(57)【要約】【課題】排ガス中の二酸化炭素を分解して二酸化炭素を削減でき、且つ二酸化炭素から炭素を回収することで炭素の有効利用が可能になる炭素回収装置及び炭素回収方法を提供することを目的とする。【解決手段】粒子状の酸素欠損型マグネタイトＭ１と二酸化炭素含有の排ガスＧとを接触させ、酸素欠損型マグネタイトＭ１と二酸化炭素との化学反応によって粒子状のマグネタイトＭ２及び炭素Ｃを生成する反応塔３と、反応塔３で生成されたマグネタイトＭ２及び炭素Ｃを含む混合物Ｂのうち、マグネタイトＭ２を磁力選別によって分離除去して炭素Ｃを含有する非磁性物を回収する磁力選別器５と、を備える炭素回収装置１とした。この炭素回収装置１によれば、排ガスＧ中の二酸化炭素を分解することで二酸化炭素の根本的な削減が可能になり、さらに、二酸化炭素から炭素Ｃを回収できるので、炭素Ｃの有効利用を図ることも可能になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素含有の排ガスから炭素を回収する炭素回収装置において、
粒子状の酸素欠損型マグネタイトと前記排ガスとを接触させ、前記酸素欠損型マグネタイトと前記二酸化炭素との化学反応によって粒子状のマグネタイト及び炭素を生成する反応室と、
前記反応室で生成された前記マグネタイト及び前記炭素を含む混合物のうち、前記マグネタイトを磁力選別によって分離除去して前記炭素を含有する非磁性物を回収する磁選手段と、を備えることを特徴とする炭素回収装置。
【請求項２】
前記反応室内で、前記排ガスと前記酸素欠損型マグネタイトとは、対向流にて接触することを特徴とする請求項１記載の炭素回収装置。
【請求項３】
前記磁選手段によって前記混合物から分離除去された粒子状のマグネタイトと還元ガスとを接触させ、粒子状の酸素欠損型マグネタイトを生成する再生室と、
前記再生室にて生成された前記酸素欠損型マグネタイトを前記反応室に導入する返送ラインと、を更に備えることを特徴とする請求項１または２記載の炭素回収装置。
【請求項４】
前記反応室内の排ガスを排出する排出ラインと、前記排出ラインを通過する排ガス中に含まれる炭素を捕捉する捕捉手段と、を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の炭素回収装置。
【請求項５】
二酸化炭素含有の排ガスから炭素を回収する炭素回収方法において、
粒子状の酸素欠損型マグネタイトと二酸化炭素とを接触させ、前記酸素欠損型マグネタイトと前記二酸化炭素との化学反応によって粒子状のマグネタイト及び炭素を生成し、前記マグネタイト及び前記炭素を含む混合物のうち、前記マグネタイトを磁力選別によって分離除去して前記炭素を含有する非磁性物を回収することを特徴とする炭素回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素から炭素を回収する炭素回収装置及び炭素回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業界では、京都議定書が定める温暖化ガス（主に二酸化炭素：ＣＯ２、炭酸ガス）削減目標の達成に向けて、さらなる追加削減目標を掲げている。そのような状況のもと、産業用ボイラにおいても、多種多様な非化石化燃料、例えばバイオマスへの適応により二酸化炭素を削減したり、バイオリアクタやＣＯ２吸着液を用いて大気中のＣＯ２を削減したりするなどの対策が講じられている。その一つの技術として、特許文献１には、燃焼排ガスをＣＯ２吸着液に吸着させて燃焼排ガス中から二酸化炭素を除去回収する装置及び方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００７−６１７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の方法及び装置では、大気中の二酸化炭素は削減できたとしても、二酸化炭素をそのまま回収しているに過ぎないため、回収した二酸化炭素の利用先や保存の問題が残り、二酸化炭素削減のための根本的な解決策にはなっていない。
【０００４】
本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、排ガス中の二酸化炭素を分解して二酸化炭素を削減でき、且つ二酸化炭素から炭素を回収することで炭素の有効利用が可能になる炭素回収装置及び炭素回収方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、二酸化炭素含有の排ガスから炭素を回収する炭素回収装置において、粒子状の酸素欠損型マグネタイトと排ガスとを接触させ、酸素欠損型マグネタイトと二酸化炭素との化学反応によって粒子状のマグネタイト及び炭素を生成する反応室と、反応室で生成されたマグネタイト及び炭素を含む混合物のうち、マグネタイトを磁力選別によって分離除去して炭素を含有する非磁性物を回収する磁選手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
酸素欠損型マグネサイトは、酸素イオンを強く要求する化学反応をする物質であり、二酸化炭素に接触すると、二酸化炭素と化学反応して二酸化炭素を分解し、炭素を析出させる。本発明では、粒子状の酸素欠損型マグネサイトを二酸化炭素含有の排ガスに接触させることで粒子状のマグネタイトと炭素とを生成しており、このマグネタイトと炭素とを含む混合物の中から、磁力選別によってマグネタイトを分離除去することで、炭素を含む非磁性物を回収している。本発明によれば、排ガス中の二酸化炭素を分解することで二酸化炭素の根本的な削減が可能になり、さらに、二酸化炭素から炭素を含む非磁性物を回収できるので、炭素の有効利用を図ることも可能になる。
【０００７】
さらに、反応室内で、排ガスと酸素欠損型マグネタイトとは、対向流にて接触すると好適である。排ガスと酸素欠損型マグネタイトとが効率よく接触するようになり、排ガス中の二酸化炭素の分解が促進され、炭素の回収効率も向上する。
【０００８】
さらに、磁選手段によって混合物から分離除去された粒子状のマグネタイトと還元ガスとを接触させ、粒子状の酸素欠損型マグネタイトを生成する再生室と、再生室にて生成された酸素欠損型マグネタイトを反応室に導入する返送ラインと、を更に備えると好適である。磁選手段によって分離除去されたマグネタイトを酸素欠損型マグネタイトとして再利用でき、ランニングコストの低減を図ることが可能になる。
【０００９】
さらに、反応室内の排ガスを排出する排出ラインと、排出ラインを通過する排ガス中に含まれる炭素を捕捉する捕捉手段と、を更に備えると好適である。捕捉手段で捕捉された炭素を回収することで、炭素を再利用するための回収効率が向上する。
【００１０】
また、本発明は、二酸化炭素含有の排ガスから炭素を回収する炭素回収方法において、粒子状の酸素欠損型マグネタイトと二酸化炭素とを接触させ、酸素欠損型マグネタイトと二酸化炭素との化学反応によって粒子状のマグネタイト及び炭素を生成し、マグネタイト及び炭素を含む混合物のうち、マグネタイトを磁力選別によって分離除去して炭素を含有する非磁性物を回収することを特徴とする。本発明によれば、排ガス中の二酸化炭素を分解することで二酸化炭素の根本的な削減が可能になり、さらに、二酸化炭素から炭素を含む非磁性物を回収できるので、炭素の有効利用を図ることも可能になる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、排ガス中の二酸化炭素を分解して二酸化炭素を削減でき、且つ二酸化炭素から炭素を回収することで炭素の有効利用が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る炭素回収装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る炭素回収装置を概略的に示す図である。
【００１３】
図１に示されるように、炭素回収装置１は、ボイラなどの燃焼炉や加熱炉の産業施設から排出された二酸化炭素含有の排ガスＧから炭素Ｃを回収する装置である。炭素回収装置１は、排ガスＧ中の二酸化炭素を分解して炭素Ｃを析出させるので温暖化の主原因である二酸化炭素（ＣＯ２）を根本的に低減させることができる。
【００１４】
炭素回収装置１は、産業施設から排出された排ガスＧ及び粒子状の酸素欠損型マグネタイトＭ１（Ｆｅ３Ｏ（４−ｘ））を受け入れる反応塔（反応室）３と、反応塔３から排出された炭素Ｃ及び粒子状のマグネタイトＭ２の混合物Ｂを磁力選別する磁力選別器５と、磁力選別器５で選別されたマグネタイトＭ２を酸素欠損型マグネタイトＭ１として再生させる再生塔７と、を備えている。
【００１５】
反応塔３は鉛直方向に沿った縦長の塔であり、下部側面には排ガスＧの導入管（導入ライン）９が接続されており、導入管９には、排ガスＧ中の塵芥などを除去するためのバグフィルタ１１が設けられている。反応塔３の上部側面には、粒子状（粉体含む）の酸素欠損型マグネタイトＭ１を受け入れる投入口３ａが設けられている。投入口３ａから投入された粒子状の酸素欠損型マグネタイトＭ１は下方に流動し、反応塔３の下部から導入された排ガスＧは上昇して対向流を形成し、酸素欠損型マグネタイトＭ１と排ガスＧとは対向接触する。酸素欠損型マグネタイトＭ１は、酸素イオンを強く要求する化学反応をする物質であり、排ガスＧ中の二酸化炭素に接触すると、二酸化炭素と化学反応して二酸化炭素を分解し、まず一酸化炭素（ＣＯ）を生成する。さらに、酸素欠損型マグネタイトＭ１は一酸化炭素（ＣＯ）から酸素を奪って炭素Ｃを析出させる。この反応は、式（１）,（２）で表される。
【００１６】
ＣＯ２＋Ｆｅ３Ｏ（４-ｘ）→ＣＯ＋Ｆｅ３Ｏ４  ・・・（１）
ＣＯ＋Ｆｅ３Ｏ（４-ｘ）→Ｃ＋Ｆｅ３Ｏ４  ・・・（２）
【００１７】
式（１）で示されるように、排ガスＧ中の二酸化炭素は、酸素欠損型マグネタイトＭ１に酸素を奪われて一酸化炭素（ＣＯ）になり、さらに酸素を奪われて炭素Ｃになる。その結果、排ガスＧ中の二酸化炭素は分解され、排ガスＧ中の二酸化炭素は削減される。ここで、炭素Ｃは、酸素を吸収したマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）Ｍ２の表面に付着した状態で析出し、排ガスＧ中のダイオキシン類などの有害物質を吸着するので、排ガスＧからは二酸化炭素のみならず、有害物質も除去される。なお、排ガスＧ中の二酸化炭素の一部については、炭素Ｃまで分解されずに一酸化炭素（ＣＯ）として残留することが想定されるが、その場合であっても、二酸化炭素から一酸化炭素（ＣＯ）に分解されていることで、実質的には二酸化炭素の削減に寄与している。
【００１８】
また、反応塔３の天井部には、大気開放された排出管（排出ライン）１３が接続されており、排出管１３には、内部を通過する排ガスＧ中の炭素Ｃを捕捉するバグフィルタ（捕捉手段）１５が設けられている。反応塔３から排出された排ガスＧは、炭素Ｃを同伴しながらバグフィルタ１５を通過し、バグフィルタ１５で炭素Ｃが取り除かれた状態で大気に放出される。一方で、バグフィルタ１５で捕捉された炭素Ｃは、コンベアなどの図示しない移送手段によってカーボン回収部１７に送られ、燃焼炉や加熱炉の燃料またはカーボン原料として再利用される。
【００１９】
反応塔３の底部には、炭素Ｃが付着したマグネタイトＭ２（混合物Ｂ）の出口３ｂが設けられている。混合物Ｂは、スクリューコンベアなどの粉体移送装置によって磁力選別器５に移送される。
【００２０】
図２に示されるように、磁力選別器５は、炭素ＣとマグネタイトＭ２との混合物Ｂを受け入れ、且つ振動ふるいによってマグネタイトＭ２から炭素Ｃを剥離させるホッパ１９と、このホッパ１９から流下するマグネタイトＭ２を吸着する左右一対の磁気ドラム２１と、この磁気ドラム２１の周面に摺接することで磁気ドラム２１の周面に吸着された粒子状のマグネタイトＭ２を回収する左右一対のスクレーパ２３と、磁気ドラム２１の間から流下する炭素Ｃ含有の非磁性物を回収するカーボン回収槽２５とを備えている。なお、スクレーパ２３によって掻き取られた粒子状のマグネタイトＭ２は、コンベヤなどの移送装置によってマグネタイト粒子回収槽２７（図１参照）に移送される。マグネタイト粒子回収槽２７に回収された粒子状のマグネタイトＭ２は、大気とは遮断された気密の管路やコンベヤなどの移送装置が配置された粉体移送ライン２９を通って再生塔７に供給される。
【００２１】
再生塔７は、マグネタイトＭ２を受け入れ、そのマグネタイトＭ２を還元ガスの一種である水素ガスＧｈに反応させて酸素欠損型マグネタイトＭ１を生成する。再生塔７は、鉛直方向に沿って縦長の塔であり、上部の側面には、粒子状のマグネタイトＭ２を受け入れる受入口７ａが設けられている。受入口７ａは、粉体移送ライン２９を介してマグネタイト粒子回収槽２７に接続されている。
【００２２】
また、再生塔７には、水素ガスＧｈの循環ライン３１が接続されている。循環ライン３１は、再生塔７の下部に接続された供給管３１ａと、再生塔７の上部に接続された引き抜き管３１ｂとを備えており、引き抜き管３１ｂは、供給管３１ａに接続されている。図示しないポンプなどの駆動装置によって供給管３１ａから再生塔７内に供給された水素ガスＧｈは、引き抜き管３１ｂを介して供給管３１ａに戻され、再び、再生塔７内に供給されて循環する。水素ガスＧｈは、例えば、水の電気分解などで精製でき、この場合、水素ガスＧｈの精製に伴って生じる酸素ガスはボイラなどの燃焼用酸素として使用できる。その結果、ボイラなどから排出される排ガスＧ中の二酸化炭素濃度を低く抑えることができる。
【００２３】
再生塔７の上部から投入された粒子状のマグネタイトＭ２は上部から下部に流動し、再生塔７の下部から供給された水素ガスＧｈは上昇して対向流を形成し、マグネタイトＭ２と水素ガスＧｈとは対向接触する。マグネタイトＭ２は水素ガスＧｈに接触することで化学反応し、酸素欠損型マグネタイトＭ１に変換される。この反応は、式（３）で表される。
【００２４】
Ｆｅ３Ｏ４＋ＸＨ２→Ｆｅ３Ｏ（４−ｘ）＋ＸＨ２０  ・・・（３）
【００２５】
式（２）で示されるように、再生塔７内に供給されたマグネタイトＭ２は、循環する水素ガスＧｈに接触することで酸素欠損型マグネタイトＭ１と水分となる。再生塔７の底部には、堆積する酸素欠損型マグネタイトＭ１を空気に触れさせることなく反応塔３の投入口３ａまで移送する気密な管路やコンベアなどを備えた返送ライン３３が接続されている。また、再生塔７の底には、酸素欠損型マグネタイトＭ１の生成に伴って生じる水分を排出するための排出管７ｂが設けられている。排出管７ｂから排出された水分は放流されるか、または系内で再利用される。
【００２６】
次に、炭素回収装置１を利用した炭素回収方法について説明する。ボイラなどから排出される二酸化炭素含有の排ガスＧを反応塔３に導入すると共に、再生塔７で生成された酸素欠損型マグネタイトＭ１を反応塔３に導入し、排ガスＧと酸素欠損型マグネタイトＭ１とを対向接触させ、炭素ＣとマグネタイトＭ２との混合物Ｂを生成する。ここで炭素Ｃは、マグネタイトＭ２の表面に付着している。
【００２７】
その後、炭素Ｃが付着したマグネタイトＭ２（混合物Ｂ）を磁力選別器５のホッパ１９に投入して振動ふるいをかけ、マグネタイトＭ２から炭素Ｃを剥離させる。さらに、混合物Ｂのうち、マグネタイトＭ２を磁力選別によって分離除去して炭素Ｃ含有の非磁性物を回収する。
【００２８】
一方で、磁力選別によって分離除去されたマグネタイトＭ２を再生塔７に投入し、還元ガスである水素ガスＧｈに接触させる。マグネタイトＭ２は水素ガスＧｈによって還元され、再び酸素欠損型マグネタイトＭ１になる。次に、再生された酸素欠損型マグネタイトＭ１を、再度、反応塔３に投入して二酸化炭素の除去に利用する。
【００２９】
以上の炭素回収装置１及び炭素回収方法によれば排ガスＧ中の二酸化炭素を分解除去できるため、二酸化炭素の根本的な削減が可能になる。さらに、粒子状の酸素欠損型マグネタイトＭ１を排ガスＧに接触させることで二酸化炭素を分解除去する構成であり、炭素ＣとマグネタイトＭ２とを磁力選別という物理的な処理によって分離回収するため、従来確立されつつあるＣＯ２固定化技術に比べて構造の簡素化及び設備の小型化が可能となり、排ガスＧ中の二酸化炭素を効率よく削減できる。
【００３０】
さらに、磁力選別器５で分離回収された非磁性体中の炭素Ｃは純度が高く、ボイラなどの燃焼炉や加熱炉の燃料として再利用できる。また、分離回収された炭素Ｃにダイオキシン類などの有害物質が含まれていなければ、カーボン原料としての再利用も可能である。
【００３１】
さらに、磁力選別器５で分離回収された粒子状のマグネタイトＭ２は、再生塔７で再び酸素欠損型マグネタイトＭ１になって再利用できるため、ランニングコストの低減に有効である。
【００３２】
また、排ガスＧ中の二酸化炭素から炭素Ｃを除去するための回収媒体として鉄系酸化物を用いるので、媒体劣化に伴う廃棄の際に環境負荷は非常に少なくて済む。
【００３３】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、反応室や再生室は縦長の塔に限定されず、横に広がった槽のような構造であってもよい。また、再生室内に導入される還元ガスは水素ガスに限定されず、還元性を有するその他のガスであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る炭素回収装置を概略的に示す図である。
【図２】本実施形態に係る磁力選別器を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…炭素回収装置、３…反応塔（反応室）、５…磁力選別器（磁選手段）、７…再生塔（再生室）、１３…排出ライン、１５…バグフィルタ（捕捉手段）、３３…返送ライン、Ｂ…混合物、Ｃ…炭素、Ｇ…排ガス、Ｍ１…酸素欠損型マグネタイト、Ｍ２…マグネタイト。
【図１】
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【図２】
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