(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を水素雰囲気で高温の反応炉で触媒により反応させて、炭素と水に変化させる二酸化炭素固定化装置の反応槽において、二酸化炭素とメタンもしくは水素を混合した反応ガスと触媒を加熱して反応させる透明な石英反応槽と、石英反応槽の外周に設置されたコイル状またはブロック状のヒータと、ヒータの外側に設置された透明な石英管を備え、この外側の石英管の内側に半透明で反射断熱層の金メッキ薄膜が形成されるとともに、前記金メッキ薄膜の一部に外部から内部の反応状態を観察することのできる金メッキ薄膜の無い透明なスリット部が設けられたことを特徴とする二酸化炭素固定化反応槽。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二酸化炭素固定化装置に係わり、特に、二酸化炭素とメタンもしくは水素の反応ガスと触媒を加熱して炭素を固定化する二酸化炭素固定化反応槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球温暖化防止に関して大気中の温室効果ガス濃度を低減するためには、その排出自体を抑えることが不可欠である。その排出削減のために、いろいろな方法が研究されている。大気中の二酸化炭素（ＣＯ２）や、発電所、製鉄所、セメント工場などから大量に排出されるＣＯ２を排出源で固定して再資源化する方法の一つに、例えば、水素（Ｈ２）雰囲気下でＣＯ２を還元し、微粉状炭素に変換する方法が考案されている。その変換方式は、大気や排ガスからＣＯ２を分離するＣ０２分離装置や、その分離されたＣＯ２を濃縮するＣＯ２濃縮装置、ＣＯ２とＨ２を触媒存在下で反応させて微粉状炭素を生成するＣＯ２／Ｈ２反応装置などから構成されている。
【０００３】
図２に、ＣＯ２と、ＣＨ４を分解してできるＨ２を触媒存在下で反応させて微粉状炭素を生成する二酸化炭素固定化装置の反応槽を示す。
反応槽１２の内部には、最下部にシリンダ２４がセットされ、下方からの反応ガスが一様に流入するような空間を形成している。そして、その空間に測温計１７ａがセットされている。シリンダ２４の上部に円筒状の一つのトレイ１８が設けられ、トレイ１８の底部の棚１５上にフィルタ１５ａがセットされ、トレイ１８内に触媒８が一様に充填され、反応ガスが上方に流れるようにしている。反応槽１２の外側には、加熱炉２０に触媒反応を促進するための遠赤外線ヒータ１９がセットされ、加熱用ヒータとして働く。加熱炉２０は、熱絶縁のために保温材２６で反応槽１２を覆っている。したがって、外部から反応槽１２内の反応を目視することはできない。そして、反応槽１２内に、触媒８が充填されたトレイ１８がセットされ、上部から蓋２５を用いてネジ２３により閉められる。蓋２５には反応後の排出ガスのガス出口１６ｂと、測温計１７ｂが設けられている。さらに、反応槽１２の上部には、保温用のカバー２２ａ、２２ｂが被せられる。
【０００４】
そして、二酸化炭素・メタン反応ガスが、反応槽１２の下部に設けられたガス流入口１６ａから導入され、反応立ち上げ時には、反応槽１２が遠赤外線ヒータ１９で加熱される。触媒８の温度は上昇しメタンガスは触媒反応により炭素と水素に分解する。そして二酸化炭素はその水素と反応して、炭素と水（水蒸気）になる。炭素は触媒８の表面に固定化カーボン７として固定化され、水蒸気と余剰の水素と未反応のメタン、未反応の二酸化炭素のガスが反応槽１２の上部に設けられたガス出口１６ｂから外部に排出ガスとして出る。装置全体は支持部２１により支持されている。そして、所定の時間反応させた後、常温に下げて蓋２５を開放し、内部のトレイ１８を外部に取出し、触媒８と固定化カーボン７を機械的な振動により分離する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の二酸化炭素固定化反応槽は以上のように構成されているが、反応槽１２をヒータ１５で加熱しその熱を外部に放熱しないように、加熱炉２０の外装はセラミックス製の断熱材が使われており、この保温材２６により、反応槽１２内の反応を外部から目視することができない。したがって、反応ガスが触媒によって適切な温度で反応しているか否かを観察して、反応条件を得ることができないという課題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、反応槽１２内の触媒反応を外部から観察できる二酸化炭素固定化反応槽を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の二酸化炭素固定化反応槽は、二酸化炭素を水素雰囲気で高温の反応炉で触媒により反応させて、炭素と水に変化させる二酸化炭素固定化装置の反応槽において、二酸化炭素とメタンもしくは水素を混合した反応ガスと触媒を加熱して反応させる透明な石英反応槽と、石英反応槽の外周に設置されたコイル状またはブロック状のヒータと、ヒータの外側に設置された透明な石英管を備え、この外側の石英管の内側に半透明で反射断熱層の金メッキ薄膜が形成されるとともに、前記金メッキ薄膜の一部に外部から内部の反応状態を観察することのできる金メッキ薄膜の無い透明なスリット部が設けられたものである。
【０００８】
本発明の二酸化炭素固定化反応槽は上記のように構成されており、反応槽に透明な石英筒を用い、その外周にヒータをコイル状またはブロック状に設置し、その外側に透明な石英管を設け、その内側に金メッキ薄膜の反射断熱層と一部透明なスリット部分を設けているので、外部からそのスリット部分を通して反応槽内の触媒反応を観察することができる。そのため、反応ガスが触媒によって適切な温度で反応する反応条件を得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の二酸化炭素固定化反応槽の一実施例を図１を参照しながら説明する。図１は本発明の二酸化炭素固定化反応槽の断面構造を示す図である。本反応槽は触媒８を充填する透明な石英からなる石英反応管と、その石英反応管１の外周に設けられ触媒８を加熱するコイルヒータ２と、そのコイルヒータ２に電力を供給する加熱ヒータ用電源９と、コイルヒータ２の外周に設けられた石英からなる透明な石英保護管３と、その石英保護管３の内面に形成され熱線を反射し断熱する金メッキ薄膜４と、その金メッキ薄膜の一部に設けられた外部から内部の反応状態を観察することのできる金メッキ無しのスリット１０と、石英反応管１の下部に設けられた反応ガスを導入するためのガス流入口５と、石英反応管１の上部に設けられた反応後のガスを排出するためのガス出口６とから構成されている。
【００１０】
石英反応管１は、透明な石英の円筒で、下部に設けられたガス流入口５から二酸化炭素とメタンもしくは水素の反応ガスが導入され、石英反応管１の内部に充填された触媒８の元で、４００〜７００℃に加熱され、還元反応して触媒８の表面に固定化カーボン７を析出させるものである。
コイルヒータ２は、石英反応管１の外周に、コイル状またはブロック状に設けられ、加熱ヒータ用電源９によって電力が供給され発熱するものである。この供給電流を調節することにより石英反応管１内の触媒８の温度を４００〜７００℃に制御することができる。
【００１１】
石英保護管３は、透明な石英の円筒で、コイルヒータ２の外側に設けられ、内面に金メッキ薄膜４を形成し、コイルヒータ２からの熱を反射する断熱壁として作用するとともに、反応槽の機械的な強度を保持している。
金メッキ薄膜４は、石英保護管３の内面に蒸着法、スパッター法、化学反応塗布法等により形成され、波長１μｍを超える赤外域では９５％以上反射し、可視領域では十分透過する特性を持つものである。
【００１２】
金メッキ無しのスリット１０は、外部から内部の触媒反応を観察することができる窓で、その大きさは最低１０×３０ｍｍ程度あれば目視窓として用いることができる。そのため金メッキ薄膜４の形成されていない金メッキ無しのスリット１０の部分が石英保護管３の内面に作られている。
反応流動状態を目視１１するには、約４５０℃以上昇温すれば、金メッキ薄膜４を通して内部を観察することもできるが、金メッキ無しのスリット１０を設けているため、室温付近でも内部の触媒反応状態を観察することができる。そのため、低温から高温に至るまでの反応状態を外部から観察することができる。
【００１３】
次に、本反応槽の操作を説明する。まず、石英反応管１の上部の蓋を開ける。そして、内部に触媒８を充填する。蓋を閉めて、下部のガス流入口５から二酸化炭素とメタンもしくは水素を導入する。同時に加熱ヒータ用電源９をＯＮして、コイルヒータ２に電流を流し、コイルヒータ２を発熱させる。内部に設けられた測温計（図示していない）で温度を監視し、同時に金メッキ無しのスリット１０から反応流動状態を目視１１する。
【００１４】
内部温度を４００〜７００℃で制御し、反応流動状態を目視１１しながら、加熱ヒータ用電源９でコイルヒータ２に流す電流を調節したり、ガス流量を調節したりして最適な触媒反応を行なわせる。それによって、触媒８の表面に固定化カーボン７が効率よく析出する。所定の時間反応後、電源をＯＦＦし反応槽を常温にして、反応ガスの供給を止め、石英反応管１の上部の蓋を開け、内部の固定化された固定化カーボン７と触媒８を外部に取出す。外部で機械的な振動により触媒８と固定化カーボン７を分離する。
【００１５】
上記の実施例では、ヒータコイル２を石英反応管１の外側にコイル状にして、内部の触媒を加熱したが、石英反応管１の外表面にヒータ材料を薄膜でコーティング形成して、透明可能なものにしても良い。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の二酸化炭素固定化反応槽は上記のように構成されており、透明な石英筒を反応槽として用い、ヒータをコイル状またはブロック状にして、外部から反応槽内の触媒流動状態を観察できるスリット窓が設けられているので、反応ガスが適切な温度とガス流量で反応しているかを観察しながら、温度とガス流量を制御することができ、触媒反応を効率よく行うことができる。さらに、ヒータの外側に石英の保護筒を設けて、その内面に熱線を反射断熱する金メッキ薄膜が設けられているので、小型で省電力タイプの加熱炉を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の二酸化炭素固定化反応槽の一実施例を示す図である。
【図２】  従来の二酸化炭素固定化反応槽を示す図である。
【符号の説明】
１…石英反応管                      ２…コイルヒータ
３…石英保護管                      ４…金メッキ薄膜
５…ガス流入口                      ６…ガス出口
７…固定化カーボン                  ８…触媒
９…加熱ヒータ用電源              １０…金メッキ無しのスリット
１１…反応流動状態を目視            １２…反応槽
１２ａ…外筒                        １５…棚
１５ａ…フィルタ                    １６ａ…ガス流入口
１６ｂ…ガス出口                    １７ａ…測温計
１７ｂ…測温計                      １８…トレイ
１９…ヒータ                        ２０…加熱炉
２１…支持部                        ２２ａ…カバー
２２ｂ…カバー                      ２３…ネジ
２４…シリンダ                      ２５…蓋
２６…保温材
【図１】
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【図２】
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