(57)【要約】【課題】従来より少ないエネルギーで燃焼排ガス中の酸素を高濃度化し且つ高濃度の酸素を利用して一層高濃度の二酸化炭素を回収し得る酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法を提供する。【解決手段】カソードとアノードの間に溶融炭酸塩の電解質板を備える分離装置８と、燃焼排ガスを生じる燃焼機関部１１と、燃焼機関部１１から燃焼排ガスをカソードに流す燃焼排ガス供給ライン１２と、アノードから燃焼機関部１１へ通じる燃焼機関部用アノード排出ライン１５とを備え、カソードに流れ込んだ燃焼排ガス中の二酸化炭素及び酸素は、電気化学反応を行って炭酸イオンを生じ、炭酸イオンは、アノードに移動して二酸化炭素と酸素の高純度且つ高濃度分離ガスを生じ、高濃度分離ガスは、燃焼機関部用アノード排出ライン１５を介して燃焼機関部１１へ戻される。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソードとアノードの間に溶融炭酸塩の電解質板を備える分離装置と、燃料を燃やして燃焼排ガスを生じる燃焼機関部と、該燃焼機関部から燃焼排ガスを分離装置のカソードに流す燃焼排ガス供給ラインと、前記分離装置のアノードから燃焼機関部へ通じる燃焼機関部用アノード排出ラインとを備え、
前記燃焼排ガス供給ラインからカソードに流れ込んだ燃焼排ガス中の二酸化炭素及び酸素は、
【化１】
ＣＯ２＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→ＣＯ３２−
の電気化学反応を行って炭酸イオンを生じ、炭酸イオンは、電解質板を介してアノードに移動して二酸化炭素と酸素の高純度且つ高濃度分離ガスを生じ、
前記高濃度分離ガスは、燃焼機関部用アノード排出ラインを介して空気の代わりに燃焼機関部へ戻されることを特徴とする酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法。
【請求項２】
カソードとアノードの間に溶融炭酸塩の電解質板を備える分離装置と、燃料を燃やして燃焼排ガスを生じる燃焼機関部と、他の燃焼排ガスを分離装置のカソードに流す燃焼排ガス供給ラインと、前記分離装置のアノードから燃焼機関部へ通じる燃焼機関部用アノード排出ラインとを備え、
前記燃焼排ガス供給ラインからカソードに流れ込んだ燃焼排ガス中の二酸化炭素及び酸素は、
【化２】
ＣＯ２＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→ＣＯ３２−
の電気化学反応を行って炭酸イオンを生じ、炭酸イオンは、電解質板を介してアノードに移動して二酸化炭素と酸素の高純度且つ高濃度分離ガスを生じ、
前記高濃度分離ガスは、燃焼機関部用アノード排出ラインを介して空気の代わりに燃焼機関部へ送られることを特徴とする酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法。
【請求項３】
好気性微生物を備えた微生物処理部と、分離装置のアノードから前記微生物処理部へ通じる微生物処理用アノード排出ラインとを備え、
前記分離装置のアノードで生じた二酸化炭素と酸素の高純度且つ高濃度分離ガスは、微生物処理用アノード排出ラインを介して微生物処理部に送られることにより、微生物の活性を向上させる請求項１又は２記載の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法。
【請求項４】
カソードとアノードの間に溶融炭酸塩の電解質板を備える分離装置と、燃焼排ガスを分離装置のカソードに流す燃焼排ガス供給ラインと、好気性微生物を備えた微生物処理部と、前記分離装置のアノードから微生物処理部へ通じる微生物処理用アノード排出ラインとを備え、
前記燃焼排ガス供給ラインからカソードに流れ込んだ燃焼排ガス中の二酸化炭素及び酸素は、
【化３】
ＣＯ２＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→ＣＯ３２−
の電気化学反応を行って炭酸イオンを生じ、炭酸イオンは、電解質板を介してアノードに移動して二酸化炭素と酸素の高純度且つ高濃度分離ガスを生じ、
前記高濃度分離ガスは、微性物処理用アノード排出ラインを介して微生物処理部に送られることにより、微生物の活性を向上させることを特徴とする酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一層高純度且つ高濃度の二酸化炭素を回収し得る酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、従来より少ないエネルギーで二酸化炭素ガスの排出量を低減するよう燃焼排ガスから二酸化炭素を濃縮して分離回収することが行われており、分離回収の代表的な方法としては、ＰＳＡ（プレッシャースイング吸着方式）法、アミン法、深冷分離法、膜分離法がある。
【０００３】
夫々の方法を説明すると、ＰＳＡ（プレッシャースイング吸着方式）法は、ガスの圧力を変化させて吸着と脱着を繰り返すことにより、二酸化炭素を分離、回収する方法であり、アミン法は、アミン吸収剤に二酸化炭素を化学反応で吸収させ、それを加熱等することにより二酸化炭素を分離、回収する方法であり、深冷分離法は、混合ガス（燃焼排ガス）を低温で液化させ、各成分ガスの液化温度の違いを利用することにより、二酸化炭素を分離、回収する方法であり、膜分離法は、高分子膜に対する気体の透過速度の違いを利用することにより、高分子膜に燃焼排ガスを通して二酸化炭素を分離、回収する方法である。又、下記のような方法もある（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３３３４０号公報
【特許文献２】
特開平１１−１９１４２７号公報
【特許文献３】
特開平１１−２２３４７５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法を用いて図８に示す燃焼機関部１の燃焼排ガスから二酸化炭素を分離、回収して高濃度の二酸化炭素を得ようとする場合には、燃焼排ガス中に窒素を含んで二酸化炭素が略１０ｖｏｌ％程度の低濃度であるため、高濃度の二酸化炭素の分離、回収が困難であり、多大な動力を要すると共にコストが増加するという問題があった。又、ＰＳＡ（プレッシャースイング吸着方式）法、膜分離法を用いて空気等から酸素を分離、回収して高濃度の酸素を得ようとする場合には、空気中に窒素を含んで酸素が低濃度であるため、高濃度化の酸素の分離、回収が困難であり、二酸化炭素と略同様に、多大な動力を要すると共にコストが増加するという問題があった。
【０００６】
本発明は、従来より少ないエネルギーで燃焼排ガス中の酸素を高濃度化し且つ高濃度の酸素を利用して一層高濃度の二酸化炭素を回収し得る酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、カソードとアノードの間に溶融炭酸塩の電解質板を備える分離装置と、燃料を燃やして燃焼排ガスを生じる燃焼機関部と、該燃焼機関部から燃焼排ガスを分離装置のカソードに流す燃焼排ガス供給ラインと、前記分離装置のアノードから燃焼機関部へ通じる燃焼機関部用アノード排出ラインとを備え、
前記燃焼排ガス供給ラインからカソードに流れ込んだ燃焼排ガス中の二酸化炭素及び酸素は、
【化４】
ＣＯ２＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→ＣＯ３２−
の電気化学反応を行って炭酸イオンを生じ、炭酸イオンは、電解質板を介してアノードに移動して二酸化炭素と酸素の高純度且つ高濃度分離ガスを生じ、
前記高濃度分離ガスは、燃焼機関部用アノード排出ラインを介して空気の代わりに燃焼機関部へ戻されることを特徴とする酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法、に係るものである。
【０００８】
本発明の請求項２は、カソードとアノードの間に溶融炭酸塩の電解質板を備える分離装置と、燃料を燃やして燃焼排ガスを生じる燃焼機関部と、他の燃焼排ガスを分離装置のカソードに流す燃焼排ガス供給ラインと、前記分離装置のアノードから燃焼機関部へ通じる燃焼機関部用アノード排出ラインとを備え、
前記燃焼排ガス供給ラインからカソードに流れ込んだ燃焼排ガス中の二酸化炭素及び酸素は、
【化５】
ＣＯ２＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→ＣＯ３２−
の電気化学反応を行って炭酸イオンを生じ、炭酸イオンは、電解質板を介してアノードに移動して二酸化炭素と酸素の高純度且つ高濃度分離ガスを生じ、
前記高濃度分離ガスは、燃焼機関部用アノード排出ラインを介して空気の代わりに燃焼機関部へ送られることを特徴とする酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法、に係るものである。
【０００９】
本発明の請求項３は、好気性微生物を備えた微生物処理部と、分離装置のアノードから前記微生物処理部へ通じる微生物処理用アノード排出ラインとを備え、
前記分離装置のアノードで生じた二酸化炭素と酸素の高純度且つ高濃度分離ガスは、微生物処理用アノード排出ラインを介して前記微生物処理部に送られることにより、微生物の活性を向上させる請求項１又は２記載の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法、に係るものである。
【００１０】
本発明の請求項４は、カソードとアノードの間に溶融炭酸塩の電解質板を備える分離装置と、燃焼排ガスを分離装置のカソードに流す燃焼排ガス供給ラインと、好気性微生物を備えた微生物処理部と、前記分離装置のアノードから微生物処理部へ通じる微生物処理用アノード排出ラインとを備え、
前記燃焼排ガス供給ラインからカソードに流れ込んだ燃焼排ガス中の二酸化炭素及び酸素は、
【化６】
ＣＯ２＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→ＣＯ３２−
の電気化学反応を行って炭酸イオンを生じ、炭酸イオンは、電解質板を介してアノードに移動して二酸化炭素と酸素の高純度且つ高濃度分離ガスを生じ、
前記高濃度分離ガスは、微性物処理用アノード排出ラインを介して微生物処理部に送られることにより、微生物の活性を向上させることを特徴とする酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法、に係るものである。
【００１１】
このように、請求項１によれば、燃焼機関部で生じた燃焼排ガスを分離装置で処理することにより、燃焼排ガスから二酸化炭素及び酸素を分離して二酸化炭素及び酸素の高純度且つ高濃度分離ガスを生じるので、二酸化炭素及び酸素を精製し高濃度化することができる。又、高濃度分離ガスを空気の代わりに燃焼機関部へ戻して燃焼させるので、高濃度分離ガス中の高濃度の酸素を利用して一層高濃度の二酸化炭素を生じ、結果的に一層高濃度の二酸化炭素を容易に回収して多大な動力を不要にすると共にコストを低減することができる。更に、空気の代わりに燃焼機関部へ戻す高濃度分離ガスには窒素を含んでいないので、燃焼機関部より排出される燃焼排ガスを低ＮＯｘ化することができる。更に又、燃焼排ガスに未燃分が含まれていた場合には、分離装置内で未燃分を燃焼するので、外部へ排出される量を大幅に低減することができる。
【００１２】
請求項２によれば、他の燃焼排ガスを分離装置で処理することにより、他の燃焼排ガスから二酸化炭素及び酸素を分離して二酸化炭素及び酸素の高純度且つ高濃度分離ガスを生じるので、二酸化炭素及び酸素を精製し高濃度化することができる。又、高濃度分離ガスを空気の代わりに燃焼機関部へ送って燃焼させるので、高濃度分離ガス中の高濃度の酸素を利用して一層高濃度の二酸化炭素を生じ、結果的に一層高濃度の二酸化炭素を容易に回収して多大な動力を不要にすると共にコストを低減することができる。更に、空気の代わりに燃焼機関部へ送る高濃度分離ガスは、窒素を含んでいないので、燃焼機関部より排出される燃焼排ガスを低ＮＯｘ化することができる。更に又、排ガス中の未燃分等の低減も図ることができる。
【００１３】
請求項３に示す如く、好気性微生物を備えた微生物処理部と、分離装置のアノードから前記微生物処理部へ通じる微生物処理用アノード排出ラインとを備え、
前記分離装置のアノードで生じた二酸化炭素と酸素の高純度且つ高濃度分離ガスは、前記微生物処理用アノード排出ラインを介して前記微生物処理部に送られることにより、微生物の活性を向上させると、微生物処理部における微生物の活性により高濃度分離ガス中の高濃度の酸素を利用して一層高濃度の二酸化炭素を生じるので、一層高濃度の二酸化炭素を容易に回収して多大な動力を確実に不要にすると共にコストを一層低減することができる。
【００１４】
請求項４によれば、燃焼排ガスを分離装置で処理することにより二酸化炭素及び酸素を分離して二酸化炭素及び酸素の高純度且つ高濃度分離ガスを生じるので、二酸化炭素及び酸素を精製し高濃度化することができる。又、微生物処理部における微生物の活性により高濃度分離ガス中の高濃度の酸素を利用して一層高濃度の二酸化炭素を生じるので、一層高濃度の二酸化炭素を容易に回収して多大な動力を不要にすると共にコストを低減することができる。更に、微生物処理部へ送る高濃度分離ガスは、窒素を含んでいないので、微性物の活性に悪影響を与えないだけでなく、微生物処理部より排出されるガスを低ＮＯｘ化することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００１６】
図１、図２は本発明の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法を実施する形態の第一例を示したものである。
【００１７】
第一例の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法は、多孔質体のカソード２とアノード３の間に溶融炭酸塩の電解質板４を配置した分離セル５と、カソード２及びアノード３に電位を与えるよう直流電源６を設けた回路７とを備えて分離装置８を構成すると共に、重油等の燃料を燃やして燃焼排ガスを生じるよう、燃料導入ライン９と空気導入ライン１０とを備えたボイラ等の燃焼機関部１１を設けている。
【００１８】
分離装置８のカソード２には、燃焼機関部１１から燃焼排ガスを流し得る燃焼排ガス供給ライン１２を接続すると共に、空気を適宜追加し得る空気追加ライン１３を接続し、更にカソード２で未反応の処理ガスを排出し得るカソード排出ライン１４を接続している。分離装置８のアノード３には、アノード３内で生じる高濃度分離ガスを燃焼機関部１１へ戻し得るよう、燃焼機関部１１の空気導入ライン１０に接続する燃焼機関部用アノード排出ライン１５を備えている。又、分離装置８には、電解質板４の溶融炭酸塩が反応に使用し得るよう５００℃〜８００℃の高温域に加熱するヒータ（図示せず）を備えており、燃焼排ガス供給ライン１２の中途位置には高濃度の二酸化炭素を回収する回収手段（図示せず）を備えるよう回収ライン１６を接続している。
【００１９】
ここで、溶融炭酸塩の電解質板４は、リチウムアルミネート（ＬｉＡｌＯ２　）等により構成したマトリックスに、電解質である炭酸塩を含浸させたものを用いており、炭酸塩には、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３等のアルカリ金属の炭酸塩及びＭｇＣＯ３、ＣａＣＯ３等のアルカリ土類金属の炭酸塩を単独若しくは混合物で使用している。又、カソード２及びアノード３には、高温で且つ酸化雰囲気に耐えられる導電性金属酸化物になるよう、夫々、酸化ニッケル、酸化鉄、あるいは、酸化銅及びその他金属酸化物が単独又は混合されたものにリチウムがドープされた多孔質体を用いている。
【００２０】
以下、本発明を実施する形態の第一例の作用を説明する。
【００２１】
燃焼機関部１１に燃料と空気を導入して燃焼した際には、酸素、水、窒素、低濃度（略１０ｖｏｌ％）の二酸化炭素等からなる通常の燃焼排ガスを生じており、第一例の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法により燃焼排ガスを処理する際には、分離装置８を５００℃〜８００℃の高温に維持して、燃焼排ガスを燃焼排ガス供給ライン１２から分離装置８のカソード２に流し込んで処理する。
【００２２】
カソード２では、
【化７】
ＣＯ２＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→ＣＯ３２−
の電気化学反応を行って炭酸イオンを生じており、炭酸イオンは電解質板４を介してアノード３に移動すると共に、微量の二酸化炭素、水及び窒素等の未反応の処理ガスはカソード排出ライン１４から外部へ排出される。ここで、カソード２には、燃焼排ガス供給ライン１２から流れ込む燃焼排ガスの組成や量を調整するよう、空気追加ライン１３から空気を適宜追加している。
【００２３】
一方、アノード３では、炭酸イオンが、
【化８】
ＣＯ３２−→ＣＯ２＋１／２Ｏ２＋２ｅ−
の反応により、燃焼排ガスの組成に関係なく二酸化炭素及び酸素を分離して、二酸化炭素が略６７ｖｏｌ％と酸素が略３３ｖｏｌ％の高純度且つ高濃度分離ガスを生じ、高濃度分離ガスは、燃焼機関部用アノード排出ライン１５より空気導入ライン１０を介して燃焼機関部１１へ戻される。ここで、高濃度分離ガスにおける略６７ｖｏｌ％の二酸化炭素、及び略３３ｖｏｌ％の酸素は、空気中の二酸化炭素及び酸素よりも高濃度である。
【００２４】
燃焼機関部１１では、空気の代わりに高濃度分離ガスを導入して高濃度の酸素を燃やして一層高濃度の二酸化炭素を生じ、一層高濃度の二酸化炭素は、燃焼排ガス供給ライン１２及び回収ライン１６より排出され、回収手段により水を除去して回収される。ここで、燃焼機関部１１で生じる燃焼排ガスは、分離装置８及び燃焼機関部１１を複数回循環させて二酸化炭素の濃度を高めてもよい。又、高濃度分離ガスを生じる分離装置８の分離セル５の容量は、燃焼機関部１１に略３３ｖｏｌ％の酸素を供給し得るよう大きな容量のものが好ましい。更に、分離セル５の能力が増すほど、空気導入ライン１０から燃焼機関部１１へ導入される空気の導入量は減少し、対照的に、空気追加ライン１３から分離装置８へ追加される空気の量が増大し且つ分離装置８から燃焼機関部用アノード排出ライン１５を介して燃焼機関部１１へ戻される高濃度分離ガス中の酸素は増加する。
【００２５】
このように、第一例によれば、燃焼機関部１１で生じた燃焼排ガスを分離装置８で処理することにより、燃焼排ガスから二酸化炭素及び酸素を分離して、略６７ｖｏｌ％の二酸化炭素及び略３３ｖｏｌ％の酸素である高純度且つ高濃度分離ガスを生じるので、二酸化炭素及び酸素を精製し高濃度化することができる。又、高濃度分離ガスを空気の代わりに燃焼機関部１１へ戻して燃焼させるので、高濃度分離ガス中の高濃度の酸素を利用して一層高濃度の二酸化炭素を生じ、結果的に一層高濃度の二酸化炭素を回収して多大な動力を不要にすると共にコストを低減することができる。更に、空気の代わりに燃焼機関部１１へ戻す高濃度分離ガスには窒素を含んでいないので、燃焼機関部１１より排出される燃焼排ガスを低ＮＯｘ化することができる。更に又、燃焼排ガスに未燃分が含まれていた場合には、分離装置８内で未燃分を燃焼するので、外部へ排出される量を大幅に低減することができる。又、分離装置８で生じた高濃度分離ガス中の酸素の濃度を略３３ｖｏｌ％にするので、空気中の酸素の濃度に比べて燃焼機関部１１の熱機関効率を上昇させることができる。ここで、高濃度分離ガス中の酸素の濃度が略３３ｖｏｌ％より高い場合には、燃焼機関部１１の燃焼温度が上がり過ぎるので、燃焼機関部１１を好適に使用することができない。又、第一例の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法によれば、全体的な二酸化炭素の排出量を削減することができる。
【００２６】
図３、図４は本発明の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法を実施の形態の第二例を示したものであり、図１、図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００２７】
第二例の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法に用いる装置は、第一例と略同様に、分離セル５と回路７を備えて構成される分離装置８と、燃料導入ライン９と空気導入ライン１０とを備える燃焼機関部１１とを設けている
【００２８】
分離装置８のカソード２には、燃焼機関部１１でない他の燃焼機関（図示せず）から燃焼排ガスと空気を流し得る燃焼排ガス供給ライン１７を接続すると共に、第一例と略同様に、カソード２で未反応の処理ガスを排出し得るカソード排出ライン１４を接続している。分離装置８のアノード３には、アノード３内で生じる高濃度分離ガスを燃焼機関部１１へ送るよう、燃焼機関部１１の空気導入ライン１０に接続する燃焼機関部用アノード排出ライン１５を備えている。又、分離装置８には、第一例と略同様に、電解質板４の溶融炭酸塩が反応に使用し得るよう５００℃〜８００℃の高温域に加熱するヒータ（図示せず）を備えている。
【００２９】
一方、燃焼機関部１１には、燃焼を燃やして生じる燃焼排ガスを排出し得るよう燃焼排ガス排出ライン１８を接続しており、燃焼排ガス排出ライン１８には高濃度の二酸化炭素を回収する回収手段（図示せず）を備えている。
【００３０】
以下、本発明を実施する形態の第二例の作用を説明する。
【００３１】
第二例の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法により、他の燃焼機関（図示せず）から生じた燃焼排ガスを処理する際には、分離装置８を５００℃〜８００℃の高温に維持して、他の燃焼機関の燃焼排ガスを燃焼排ガス供給ライン１７から分離装置８のカソード２に流し込んで処理する。ここで、燃焼排ガスは、通常のものであって、酸素、水、窒素、低濃度（略１０ｖｏｌ％）の二酸化炭素等からなるものである。
【００３２】
カソード２では、
【化９】
ＣＯ２＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→ＣＯ３２−
の電気化学反応を行って炭酸イオンを生じており、炭酸イオンは電解質板４を介してアノード３に移動すると共に、微量の二酸化炭素、水及び窒素等の未反応の処理ガスはカソード排出ライン１４から外部へ排出される。ここで、他の燃焼排ガスに含まれる空気は、燃焼排ガスの組成や量を調整するものである。
【００３３】
一方、アノード３では、炭酸イオンが、
【化１０】
ＣＯ３２−→ＣＯ２＋１／２Ｏ２＋２ｅ−
の反応により、燃焼排ガスの組成に関係なく二酸化炭素及び酸素を分離して、二酸化炭素が略６７ｖｏｌ％と酸素が略３３ｖｏｌ％の高濃度分離ガスを生じ、高濃度分離ガスは、燃焼機関部用アノード排出ライン１５より空気導入ライン１０を介して燃焼機関部１１へ送られる。ここで、高濃度分離ガスにおける略６７ｖｏｌ％の二酸化炭素、及び略３３ｖｏｌ％の酸素は、空気中の二酸化炭素及び酸素よりも高濃度である。
【００３４】
燃焼機関部１１では、空気の代わりに高濃度分離ガスを導入して高濃度の酸素を燃やして一層高濃度の二酸化炭素を生じ、一層高濃度の二酸化炭素は、燃焼排ガス排出ライン１８より排出され、回収手段により水を除去して回収される。ここで、高濃度分離ガスを生じる分離装置８の分離セル５の容量は、燃焼機関部１１に略３３ｖｏｌ％の酸素を供給し得るよう大きな容量のものが好ましい。
【００３５】
このように、第二例によれば、他の燃焼排ガスを分離装置８で処理することにより、他の燃焼機関（図示せず）の燃焼排ガスから二酸化炭素及び酸素を分離して、略６７ｖｏｌ％の二酸化炭素及び略３３ｖｏｌ％の酸素である高純度且つ高濃度分離ガスを生じるので、二酸化炭素及び酸素を精製し高濃度化することができる。又、高濃度分離ガスを空気の代わりに燃焼機関部１１へ送って燃焼させるので、高濃度分離ガス中の高濃度の酸素を利用して一層高濃度の二酸化炭素を生じ、結果的に一層高濃度の二酸化炭素を回収して多大な動力を不要にすると共にコストを低減することができる。ここで、燃焼機関部１１へ送る二酸化炭素と酸素の濃度比を調整して高濃度分離ガスを理論空気比にした場合には、燃焼機関部１１で１００ｖｏｌ％の二酸化炭素を生じ、水を取り除いて極めて高濃度の二酸化炭素を回収することができる。更に、空気の代わりに燃焼機関部１１へ送る高濃度分離ガスには窒素を含んでいないので、燃焼機関部１１より排出される燃焼排ガスを低ＮＯｘ化することができる。更に又、排ガス中の未燃分等の低減も図ることができる。又、分離装置８で生じた高濃度分離ガス中の酸素の濃度を略３３ｖｏｌ％にするので、空気中の酸素の濃度に比べて燃焼機関部１１の熱機関効率を上昇させることができる。ここで、高濃度分離ガス中の酸素の濃度が略３３ｖｏｌ％より高い場合には、燃焼機関部１１の燃焼温度が上がり過ぎるので、燃焼機関部１１を好適に使用することができない。更に、第二例の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法によれば、全体的な二酸化炭素の排出量を削減することができる。
【００３６】
図５は本発明の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法を実施する形態の第三例を示したものであり、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。又、図６は本発明の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法を実施する形態の第四例を示したものあり、図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００３７】
第三例の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法に用いる装置は、第一例と略同様な分離装置８と燃焼機関部１１を設けており、第四例の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法に用いる装置は、第三例と略同様な分離装置８と燃焼機関部１１を設けている。
【００３８】
第三例及び第四例の燃焼機関部用アノード排出ライン１５の中途位置には、分離装置８のアノード３から高濃度分離ガスの一部を流すよう、微生物処理用アノード排出ライン１９を介して微生物処理部２０を備えており、微生物処理部２０には、酸素を消費して二酸化炭素を生じる好気性微生物を備えている。又、第三例の微生物処理部２０には、処理ガスを二酸化炭素の回収手段（図示せず）へ送るよう、回収ライン１６へ接続する処理ガス排出ライン２１を備えており、第四例の微生物処理部２０には、第三例と略同様に、処理ガスを二酸化炭素の回収手段（図示せず）へ送るよう、燃焼排ガス排出ライン１８へ接続する処理ガス排出ライン２１を備えている。
【００３９】
以下、本発明を実施する形態の第三例及び第四例の作用を説明する。
【００４０】
第三例の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法は、第一例と略同様に、燃焼機関部１１の燃焼排ガスを分離装置８で処理して二酸化炭素が略６７ｖｏｌ％と酸素が略３３ｖｏｌ％の高純度且つ高濃度分離ガスを生じる。又、高濃度分離ガスが燃焼機関部用アノード排出ライン１５を介して戻される燃焼機関部１１では、空気の代わりに高濃度分離ガスを導入して高濃度の酸素の燃焼により一層高濃度の二酸化炭素を生じており、一層高濃度の二酸化炭素は燃焼排ガス供給ライン１２より排出され、回収ライン１６を介し回収手段により水を除去して回収される。
【００４１】
第四例の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法は、第三例と略同様に、他の燃焼機関（図示せず）の燃焼排ガスを分離装置８で処理して二酸化炭素が略６７ｖｏｌ％と酸素が略３３ｖｏｌ％の高純度且つ高濃度分離ガスを生じる。又、高濃度分離ガスが燃焼機関部用アノード排出ライン１５を介して送られる燃焼機関部１１では、空気の代わりに高濃度分離ガスを導入して高濃度の酸素の燃焼により一層高濃度の二酸化炭素を生じており、一層高濃度の二酸化炭素は、燃焼排ガス排出ライン１８より排出され、且つ回収手段により水を除去して回収される。
【００４２】
又、第三例及び第四例の高濃度分離ガスの一部は、微生物処理用アノード排出ライン１９を介して微生物処理部２０に送られており、微生物処理部２０では、高濃度分離ガス中の高濃度の酸素によって微生物が活性化することにより、酸素を変換して一層高濃度の二酸化炭素を生じ、一層高濃度の二酸化炭素は、処理ガス排出ライン２１より排出され、回収手段により水を除去して回収される。ここで、微生物処理部２０の容量は、高濃度の二酸化炭素へ迅速に変換するよう大きな容量のものが好ましい。
【００４３】
このように、第三例及び第四例によれば、微生物処理部２０における微生物の活性により高濃度分離ガス中の高濃度の酸素を利用して一層高濃度の二酸化炭素を生じるので、一層高濃度の二酸化炭素を容易に回収して多大な動力を確実に不要にすると共にコストを一層低減することができる。又、微生物処理部２０は、好気性微生物の種類を選択することによって有機性廃棄物を処理することができると共に、高濃度の酸素によって迅速に処理することができる。更に、第三例は、第一例と略同様な作用効果を得ることができ、第四例は、第二例と略同様な作用効果を得ることができる。
【００４４】
図７は本発明の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法を実施の形態の第五例を示したものであり、図２、図５、図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００４５】
第五例の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法に用いる装置は、第二例と略同様な分離装置８と、第三例又は第四例と略同様な微生物処理部２０とを設けている
【００４６】
分離装置８のカソード２には、燃焼機関部１１でない他の燃焼機関（図示せず）から燃焼排ガスと空気を流し得る燃焼排ガス供給ライン１７を接続すると共に、カソード２で未反応の処理ガスを排出し得るカソード排出ライン１４を接続している。分離装置８のアノード３には、アノード３内で生じる高濃度分離ガスを、第三例又は第四例と略同様な微生物処理部２０へ送るよう微生物処理用アノード排出ライン１９を接続している。又、第三例の微生物処理部２０には、処理ガスを二酸化炭素の回収手段（図示せず）へ送るよう処理ガス排出ライン２１を備えている。
【００４７】
以下、本発明を実施する形態の第五例の作用を説明する。
【００４８】
第五例の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法により、他の燃焼機関（図示せず）から生じた燃焼排ガスを処理する際には、第二例と略同様に、燃焼排ガスを燃焼排ガス供給ライン１２から分離装置８のカソード２に流し込んで処理する。
【００４９】
カソード２では、
【化１１】
ＣＯ２＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→ＣＯ３２−
の電気化学反応を行って炭酸イオンを生じており、炭酸イオンは電解質板４を介してアノード３に移動すると共に、微量の二酸化炭素、水及び窒素等の未反応の処理ガスはカソード排出ライン１４から外部へ排出される。ここで、他の燃焼排ガスに含まれる空気は、燃焼排ガスの組成や量を調整するものである。
【００５０】
一方、アノード３では、炭酸イオンが、
【化１２】
ＣＯ３２−→ＣＯ２＋１／２Ｏ２＋２ｅ−
の反応により、燃焼排ガスの組成に関係なく二酸化炭素及び酸素を分離して、二酸化炭素が略６７ｖｏｌ％と酸素が略３３ｖｏｌ％の高純度且つ高濃度分離ガスを生じ、高濃度分離ガスは、微生物処理用アノード排出ライン１９を介して微生物処理部２０へ送られる。ここで、高濃度分離ガスにおける略６７ｖｏｌ％の二酸化炭素、及び略３３ｖｏｌ％の酸素は、空気中の二酸化炭素及び酸素よりも高濃度である。
【００５１】
微生物処理部２０では、高濃度分離ガス中の酸素により微生物が活性化することにより、酸素を変換して一層高濃度の二酸化炭素を生じており、一層高濃度の二酸化炭素は、処理ガス排出ライン２１より排出され、回収手段により水を除去して回収される。
【００５２】
このように、第五例によれば、燃焼排ガスを分離装置８で処理することにより二酸化炭素及び酸素を分離して二酸化炭素及び酸素の高純度且つ高濃度分離ガスを生じるので、二酸化炭素及び酸素を精製し高濃度化することができる。又、微生物処理部２０における微生物の活性により高濃度分離ガス中の高濃度の酸素を利用して一層高濃度の二酸化炭素を生じるので、一層高濃度の二酸化炭素を容易に回収して多大な動力を不要にすると共にコストを低減することができる。更に、微生物処理部２０へ送る高濃度分離ガスは、窒素を含んでいないので、微性物の活性に悪影響を与えないだけでなく、微生物処理部２０より排出されるガスを低ＮＯｘ化することができる。又、微生物処理部２０は、好気性微生物の種類を選択することによって有機性廃棄物を処理することもでき、且つ高濃度の酸素によって迅速に処理することができる。
【００５３】
なお、本発明の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法は、上述の実施の形態例に限定されるものではなく、分離装置で生じた高濃度分離ガス中の高濃度の酸素を他の用途に用いてもよいこと、燃焼排ガスは燃焼機関部による燃焼排ガスの代わりに内燃機関等の他の燃焼により生じた燃焼排ガスでもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００５５】
Ｉ）請求項１によれば、燃焼機関部で生じた燃焼排ガスを分離装置で処理することにより、燃焼排ガスから二酸化炭素及び酸素を分離して二酸化炭素及び酸素の高純度且つ高濃度分離ガスを生じるので、二酸化炭素及び酸素を精製し高濃度化することができる。又、高濃度分離ガスを空気の代わりに燃焼機関部へ戻して燃焼させるので、高濃度分離ガス中の高濃度の酸素を利用して一層高濃度の二酸化炭素を生じ、結果的に一層高濃度の二酸化炭素を容易に回収して多大な動力を不要にすると共にコストを低減することができる。更に、空気の代わりに燃焼機関部へ戻す高濃度分離ガスには窒素を含んでいないので、燃焼機関部より排出される燃焼排ガスを低ＮＯｘ化することができる。更に又、燃焼排ガスに未燃分が含まれていた場合には、分離装置内で未燃分を燃焼するので、外部へ排出される量を大幅に低減することができる。
【００５６】
ＩＩ）請求項２によれば、他の燃焼排ガスを分離装置で処理することにより、他の燃焼排ガスから二酸化炭素及び酸素を分離して二酸化炭素及び酸素の高純度且つ高濃度分離ガスを生じるので、二酸化炭素及び酸素を精製し高濃度化することができる。又、高濃度分離ガスを空気の代わりに燃焼機関部へ送って燃焼させるので、高濃度分離ガス中の高濃度の酸素を利用して一層高濃度の二酸化炭素を生じ、結果的に一層高濃度の二酸化炭素を容易に回収して多大な動力を不要にすると共にコストを低減することができる。更に、空気の代わりに燃焼機関部へ送る高濃度分離ガスは、窒素を含んでいないので、燃焼機関部より排出される燃焼排ガスを低ＮＯｘ化することができる。更に又、排ガス中の未燃分等の低減も図ることができる。
【００５７】
ＩＩＩ）請求項３に示す如く、好気性微生物を備えた微生物処理部と、分離装置のアノードから前記微生物処理部へ通じる微生物処理用アノード排出ラインとを備え、前記分離装置のアノードで生じた二酸化炭素と酸素の高純度且つ高濃度分離ガスは、前記微生物処理用アノード排出ラインを介して前記微生物処理部に送られることにより、微生物の活性を向上させると、微生物処理部における微生物の活性により高濃度分離ガス中の高濃度の酸素を利用して一層高濃度の二酸化炭素を生じるので、一層高濃度の二酸化炭素を容易に回収して多大な動力を確実に不要にすると共にコストを一層低減することができる。
【００５８】
ＩＶ）請求項４によれば、燃焼排ガスを分離装置で処理することにより二酸化炭素及び酸素を分離して二酸化炭素及び酸素の高純度且つ高濃度分離ガスを生じるので、二酸化炭素及び酸素を精製し高濃度化することができる。又、微生物処理部における微生物の活性により高濃度分離ガス中の高濃度の酸素を利用して一層高濃度の二酸化炭素を生じるので、一層高濃度の二酸化炭素を容易に回収して多大な動力を不要にすると共にコストを低減することができる。更に、微生物処理部へ送る高濃度分離ガスは、窒素を含んでいないので、微性物の活性に悪影響を与えないだけでなく、微生物処理部より排出されるガスを低ＮＯｘ化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法を実施する形態の第一例を示す概念図である。
【図２】第一例の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法に用いる分離装置を示す概念図である。
【図３】本発明の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法を実施する形態の第二例を示す概念図である。
【図４】第二例の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法に用いる分離装置を示す概念図である。
【図５】本発明の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法を実施する形態の第三例を示す概念図である。
【図６】本発明の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法を実施する形態の第四例を示す概念図である。
【図７】本発明の酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法を実施する形態の第五例を示す概念図である。
【図８】燃焼機関部の燃焼を示す概念図である。
【符号の説明】
１　　燃焼機関部
２　　カソード
３　　アノード
４　　電解質板
８　　分離装置
１１　　燃焼機関部
１２　　燃焼排ガス供給ライン
１５　　燃焼機関部用アノード排出ライン
１７　　燃焼排ガス供給ライン
１９　　微生物処理用アノード排出ライン
２０　　微生物処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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