JP2001137691A - Device for carbon dioxide fixation - Google Patents

Device for carbon dioxide fixation

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JP2001137691A
JP2001137691A JP32540999A JP32540999A JP2001137691A JP 2001137691 A JP2001137691 A JP 2001137691A JP 32540999 A JP32540999 A JP 32540999A JP 32540999 A JP32540999 A JP 32540999A JP 2001137691 A JP2001137691 A JP 2001137691A
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hydrogen
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gas
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Shigeki Ono
成樹 尾野
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Research Institute Of Innovative Technology For The Earth
Shimadzu Corp
株式会社島津製作所
財団法人地球環境産業技術研究機構
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon dioxide fixation device high in heat efficiency, simple in structure and reduced in manufacturing and running costs.
SOLUTION: The impurities of a methane-based gas which is generated in a methane fermentation tank are removed at a hydrogen sulfide separating part and a nitrogen separating part and the resultant gas is introduced into a reaction tank. The reaction tank is filled with a hydrogen combustion catalyst 16 in a mat state and gaseous hydrogen from a hydrogen separator is burned over the catalyst. The reaction tank is also filled with the catalyst obtained by mixing a catalyst for the reaction to decompose methane and generate hydrogen, a catalyst for the reaction to fix carbon dioxide and a stripping agent. The heat necessary for the reaction to decompose methane and generate hydrogen being an endothermic reaction is supplied by burning hydrogen on the catalyst 16 to decompose methane and generate hydrogen on the mixed catalyst. The generated gaseous hydrogen is reacted with carbon dioxide on the mixed catalyst to fix carbon dioxide. The heat necessary for the fixation reaction is also supplied by burning hydrogen. The heat generated by the fixation reaction being exothermic reaction is used in the reaction to decompose methane and generate hydrogen. Generated carbon powder is stripped from the mixed catalyst by the stripping agent mixed in the mixed catalyst, prevented from scattering by baffle plates and recovered from the reaction tank.
COPYRIGHT: (C)2001,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、大気中又は工場等の排煙中に含まれる二酸化炭素を他の物質に変換して回収する二酸化炭素固定化装置、下水道処理、生ゴミ処理、家畜廃棄物処理などの環境制御分野一般、カーボンブラック等の炭素化合物製造分野に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention provides carbon dioxide fixing device for collecting and converting the carbon dioxide contained in the flue gas in the atmosphere or factories in another substance, sewage treatment, garbage disposal, livestock waste environmental control areas generally such things processing and more carbon compound manufacturing fields such as carbon black.

【0002】 [0002]

【従来の技術】工場、発電所、自動車等から大気中に排出される二酸化炭素(CO )は地球温暖化の主たる原因であることが知られており、近年、このCO の排出量を削減することが地球環境の保護の大きな課題となっている。 BACKGROUND ART Plant, plant, carbon dioxide discharged from an automobile or the like in the atmosphere (CO 2) is known to be a major cause of global warming, in recent years, emissions of CO 2 that reduction has become a major issue of the protection of the global environment. これに対し、従来より工場等の排煙や大気中のCO を固定化し除去するためのシステムが種々提案されている。 In contrast, a system for more the CO 2 flue gas or in the atmosphere of a factory or the like is immobilized removed conventionally been proposed.

【0003】CO を固定して再資源化する方法の一つに、例えば水素(H )雰囲気下でCO を還元し、微粉状の炭素に変換する方法が考案されている。 [0003] One way to recycle to fix the CO 2, for example, hydrogen (H 2) reduction of the CO 2 in the atmosphere, a method of converting pulverized carbon has been devised. その変換方式は、大気や排ガス中からCO を分離するCO 分離装置、その分離されたCO CO the conversion method, CO 2 separation device for separating the CO 2 from the atmosphere or in the exhaust gas, which is the separation を濃縮するCO 濃縮装置、CO とH を触媒の存在下で反応させて微粉状炭素を生成するCO /H 反応装置などから構成されている。 CO 2 concentrator for concentrating 2, the CO 2 and H 2 are reacted in the presence of a catalyst and a like CO 2 / H 2 reactor for generating finely divided carbon.

【0004】 [0004]

【発明が解決しようとする課題】上記装置では、二酸化炭素固定化に必要なH は外部から供給する必要がある。 In THE INVENTION It is an object of the apparatus, H 2 required for the carbon dioxide immobilization should be supplied externally. は主に水の電気分解により生成されるが、大きな電力を消費するため、電力コストが高く運転コストが大変高いものとなる。 While H 2 is mainly generated by the electrolysis of water, to consume large power, it becomes the very high high operating costs power cost. また、電力を得るためのもっとも一般的な方法は火力発電であるが、火力発電では石油、 Although the most common method for obtaining a power is thermal power generation, oil thermal power,
石炭、LNG等の化石燃料を燃焼して大量のCO ガスを排出するため、総合的なCO の削減効果は高くできないというジレンマがある。 Coal, for discharging a large amount of CO 2 gas by burning fossil fuels such as LNG, the effect of reducing overall CO 2 is a dilemma that can not be increased. この水素生成における高コスト問題を解決するため、有機廃棄物を嫌気性発酵することによりメタンガス(CH )を安価に製造し、このCH の分解によるH の入手方法が提案されている。 Therefore to solve the high cost problem in a hydrogen generating, organic waste methane gas (CH 4) was manufactured at low cost by anaerobic fermentation, how to obtain H 2 due to decomposition of the CH 4 have been proposed.
しかしながら、CH を分解しH を製造する場合、その分解反応は(1)式で示されるように吸熱反応であり、H を製造するためには常に熱を供給する必要がある。 However, when manufacturing of H 2 to decompose CH 4, the decomposition reaction is an endothermic reaction as shown by equation (1), it is necessary to always supply heat in order to produce and H 2. CH →C+2H +90.1kJ/mol――――――(1) CO +2H →C+2H O−96.0kJ/mol――(2) また、二酸化炭素固定化反応は(2)式で示されるように、発熱反応であるが、この反応は400℃以上の温度で進行するため、反応を開始させるための初期過程においては熱の供給が必要である。 CH 4 → C + 2H 2 + 90.1kJ / mol ------ (1) CO 2 + 2H 2 → C + 2H 2 O-96.0kJ / mol - (2) In addition, carbon dioxide immobilization reaction (2) in as shown, but is an exothermic reaction, to proceed at the reaction temperature of above 400 ° C., it is necessary to supply heat in the initial stage to initiate the reaction. このため、メタン分解反応が生じる反応槽および二酸化炭素固定化反応が生じる反応槽へ外部から熱を供給しなければならない。 Therefore, should the heat supply from the outside to the methane decomposition reaction occurs reaction vessel and the reaction vessel carbon dioxide immobilization reaction. この熱は原料ガスとしてH もしくはCH を用い、これらを燃焼させることにより供給されるが、原料ガスおよび熱供給のための配管系統が複雑になり、装置製造コスト高の一因になっている。 This heat with H 2 or CH 4 as a source gas, are supplied by burning them, piping for the raw material gas and heat supply is complex, and a cause of device manufacturing cost there. さらに、外部でH またはCH Furthermore, H 2 or CH 4 in an external
を燃焼する場合、専用の燃焼器やコンプレッサなどが必要になる。 When burning, such as a dedicated combustor and a compressor are needed.

【0005】有機廃棄物を嫌気性発酵することによりメタンガスを製造する場合、発生したCH 中には窒素ガスと硫化水素ガスが多量に含まれている。 [0005] When producing the methane gas by organic waste to anaerobic fermentation, generated during CH 4 nitrogen gas hydrogen sulfide gas is contained in a large amount. これらのガスはメタン分解・水素生成反応および二酸化炭素固定化反応を阻害し、装置の稼働効率を低下させる原因となっている。 These gases inhibit methane decomposition and hydrogen generation reaction and the carbon dioxide fixation reaction has become a cause of reducing the operating efficiency of the apparatus. また、硫化水素ガスは非常な悪臭を有しており、 The hydrogen sulfide gas has a very bad smell,
装置周囲の環境を悪化させている。 It has exacerbated the environment around the apparatus.

【0006】CO とH を触媒の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のための反応槽においては、固定化される炭素は触媒表面上にひげ状に生成するため、生成した炭素微粉末を反応槽外に取り除くためには、この触媒表面にひげ状についた炭素と触媒とを一旦反応槽の外部に取り出し、炭素と触媒を分離した後、触媒を反応槽に戻す必要がある。 [0006] The CO 2 and H 2 in the reaction vessel for carbon dioxide immobilization of generating finely divided carbon are reacted in the presence of the catalyst, the carbon immobilized produces a whisker on the catalyst surface Therefore, in order to remove the generated carbon fines out of the reactor takes out the carbon and catalyst with the whisker-like on the catalyst surface once outside the reaction vessel, after separation of the carbon and catalyst, the reactor catalyst it is necessary to return to. この操作は非常に煩雑であるとともに、高価な炭素・触媒分離器を必要とし、装置製造コストおよびランニングコスト高の原因となっている。 This operation as well as a very complicated, require expensive carbon-catalyst separator, causing the device manufacturing cost and running cost.

【0007】メタン分解・水素生成反応と二酸化炭素固定化反応は別々の二つの反応槽で行われているが、メタン分解・水素生成反応は(1)式で示されるように吸熱反応であり、一方、二酸化炭素固定化反応は(2)式で示されるように発熱反応である。 [0007] Methane decomposition and hydrogen generation reaction and carbon dioxide fixation reaction has been carried out in separate two reactor but methane decomposition and hydrogen generation reaction is endothermic reaction as shown by equation (1), on the other hand, the carbon dioxide fixation reaction is an exothermic reaction as shown by equation (2). 従来の二酸化炭素固定化装置ではメタン分解・水素生成用の反応槽には熱を供給しなければならず、二酸化炭素固定化用の反応槽では反応により得られる熱を有効利用するための熱交換機が設けられている。 It must supply heat to the reaction vessel for methane decomposition and hydrogen generation with conventional carbon dioxide immobilization device, heat exchanger for effectively utilizing the heat obtained by the reaction in the reaction vessel for carbon dioxide immobilization It is provided. 従って、二つの反応槽に必要な配管系統が複雑になり、装置製造コスト上昇の原因となっている。 Therefore, piping required for the two reactor is complicated, causing the device manufacturing cost. さらに、これらの反応を分離して行うことは熱効率の点から考えると明らかに不利である。 Further, it is obviously disadvantageous in view from the viewpoint of heat efficiency performed by separate these reactions.

【0008】そこで、本発明は、従来の技術の有する上記問題点に鑑みてなされたものであって、熱効率が高く、構造の簡単な、製造コストおよびランニングコストを低減できる二酸化炭素固定化装置を提供することを目的とする。 [0008] The present invention, which was made in view of the above problems of the prior art points, high thermal efficiency, simple structure, carbon dioxide immobilization device that can reduce the manufacturing cost and the running cost an object of the present invention is to provide.

【0009】 [0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために本発明における二酸化炭素固定化装置は、有機廃棄物を嫌気性発酵することによりメタンガスを生成する発酵手段と、該メタンガスを分解して水素を取り出す水素生成手段と、該水素ガスと二酸化炭素ガスとの化学反応により固体炭素を生成する二酸化炭素固定手段と、を有する二酸化炭素固定化装置であって、二酸化炭素固定化反応が生じる反応槽内に二酸化炭素固定化用触媒と水素燃焼用触媒を充填したものである。 Means for Solving the Problems] carbon dioxide immobilization apparatus of the present invention in order to solve the above problems, a fermentation means for generating methane by anaerobic fermentation of organic waste, by decomposing the methane gas hydrogen generation means for extracting hydrogen, a carbon dioxide fixing apparatus having a carbon dioxide fixing means for generating solid carbon by chemical reaction between hydrogen gas and carbon dioxide gas, the reaction of the carbon dioxide fixation reaction occurs those filled with catalyst and hydrogen combustion catalyst for the carbon dioxide immobilized in the bath. 二酸化炭素固定化反応を開始させるためには、反応槽内を400℃以上に加熱しなければならず、反応槽に熱を供給する必要があるが、本発明においては、水素の一部を反応槽内に充填した水素燃焼用触媒上で燃焼させることにより、二酸化炭素固定化反応開始に必要な熱を発生させ、反応槽外部からの熱の供給を不要とすることができる。 To start the carbon dioxide fixation reaction is a reaction vessel must be heated to above 400 ° C., it is necessary to supply heat to the reaction vessel, in the present invention, the reaction a part of the hydrogen by burning on the catalyst for hydrogen combustion filled in the bath, to generate the necessary heat to start the carbon dioxide fixation reaction, the supply of heat from the reaction vessel outside it can be eliminated. これにより、 As a result,
熱供給のための燃焼器、コンプレッサーやこれらに伴う配管が不要となり、装置の簡素化が可能となる。 Combustor for heat supply, piping associated with the compressor and they are not required, it is possible to simplify the apparatus.

【0010】さらに、有機廃棄物を嫌気性発酵することによりメタンガスを製造する際にメタンガス中に含まれる窒素および硫化水素ガスを、二酸化炭素固定化反応が生じる反応槽の前段で分離する手段を設けたものである。 Furthermore, a means for separating the nitrogen and hydrogen sulfide gas contained in the methane gas, in the preceding stage of the reactor carbon dioxide fixation reaction occurs during the production of methane gas by anaerobic fermentation of organic waste those were. メタンガスが反応槽に導入される前に窒素および硫化水素ガスを分離しておくことにより、反応槽内での二酸化炭素固定化反応を阻害する要因をあらかじめ取り除くことができ、装置全体の稼働効率を上昇させることが可能となる。 By previously separating nitrogen and hydrogen sulfide gas prior to methane gas is introduced into the reaction vessel, it is possible to remove obstacles to the carbon dioxide immobilization reaction in the reaction vessel in advance, the operation efficiency of the whole device it is possible to increase.

【0011】また、二酸化炭素固定化のための反応槽に、二酸化炭素固定化用触媒の表面に生成する固体状炭素を分離できる剥離剤を、二酸化炭素固定化用触媒と混合して充填したものである。 Further, those in the reaction vessel for carbon dioxide immobilization, a release agent capable of separating solid carbon formed on the surface of the catalyst for carbon dioxide immobilization, and filled by mixing a catalyst for carbon dioxide immobilization it is. 剥離剤を混合しておくことにより、生成した炭素微粉末を反応槽外に取り除くための高価な炭素/触媒分離器を必要とせず、装置製造コストを削減することができる。 By previously mixing a release agent, the generated carbon fines without the need for expensive carbon / catalyst separator for removing from the reaction vessel, it is possible to reduce the device manufacturing cost. さらに、炭素と触媒とを一旦反応槽の外部に取り出し、炭素と触媒を分離した後、 Moreover, once it is taken out to the outside of the reaction vessel and carbon and a catalyst, after separation of the carbon and catalyst,
触媒を反応槽に戻すという煩雑な操作も不要となり、ランニングコストの低減を可能とする。 Complicated operation of returning to the reaction tank catalyst also becomes unnecessary, enabling a reduction in running costs.

【0012】さらに、メタン分解・水素生成用触媒と二酸化炭素固定化用触媒を一つの反応槽内に充填したものである。 Furthermore, those filled with methane decomposition and hydrogen generation catalyst and carbon dioxide immobilized catalyst in one reaction vessel. これら2種類の触媒を適当量混合し、吸熱反応であるメタン分解・水素生成反応と、発熱反応である二酸化炭素固定化反応とを一つの反応槽内で行わせることで、メタン分解・水素生成反応に必要な熱量を二酸化炭素固定化反応で発生する熱量で供給可能となる。 These two catalysts are mixed an appropriate amount of a methane decomposition and hydrogen generation reaction is endothermic reaction, and a carbon dioxide fixation reaction is an exothermic reaction that causes in one reaction vessel, methane decomposition and hydrogen generation the amount of heat required for the reaction can be supplied in the amount of heat generated by the carbon dioxide fixation reaction. これにより反応槽が一つになり、反応槽に必要であった熱供給、熱回収のための配管系が不要となり、装置製造コストを削減することができる。 Thus the reaction vessel becomes one, the reactor heat supply was required, the piping system is not required for heat recovery, it is possible to reduce the device manufacturing cost. また、装置の保守、点検が非常に容易となる。 In addition, maintenance of equipment, inspection is very easy. さらに、二酸化炭素固定化反応で発生する熱をほぼ100%有効利用することが可能になり、ランニングコストの低減がはかれる。 Furthermore, it is possible to almost 100% effective use of the heat generated by the carbon dioxide fixation reaction, reduction of running cost can be reduced.

【0013】本発明の二酸化炭素固定化装置は上記のように構成されており、配管系統および反応槽の簡素化、 [0013] Carbon dioxide immobilization apparatus of the present invention is constituted as described above, the piping system and simplification of the reaction vessel,
反応熱の有効利用等が可能となり、装置の製造コストおよびランニングコストを低減することができる。 Effective use of the heat of reaction becomes possible, it is possible to reduce the manufacturing cost and the running cost of the apparatus.

【0014】 [0014]

【発明の実施の形態】図1は、本発明のメタン発酵を利用した二酸化炭素固定化装置の一実施例を示している。 Figure 1 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION shows an embodiment of a carbon dioxide fixing apparatus utilizing methane fermentation of the present invention.

【0015】本実施例の二酸化炭素固定化装置は、生ゴミなどの有機廃棄物を嫌気性発酵槽で細菌によって分解しCH を発生させるメタン発酵槽2、硫化水素分離部4、窒素分離部6、水素発生および二酸化炭素固定化反応が起こる反応槽8、熱交換器18、凝縮器20、水素分離器22および燃料電池24を備えている。 [0015] Carbon dioxide fixation device of this embodiment, methane fermentation tank 2 for generating a decomposition CH 4 by bacteria of organic waste such as garbage by anaerobic fermentation tank, hydrogen sulfide separation unit 4, a nitrogen separation unit 6, reaction vessel 8 hydrogen generation and carbon dioxide fixation reaction occurs, the heat exchanger 18, condenser 20, and a hydrogen separator 22 and the fuel cell 24. 反応槽8 Reaction vessel 8
内部には邪魔板10、メタン分解・水素生成反応のための触媒と二酸化炭素固定化反応のための触媒および剥離剤が混合された触媒12、焼結板14および水素燃焼用の触媒16が配置されている。 Baffle 10 is inside, the catalyst and the catalyst 12 catalyst and release agent are mixed for carbon dioxide fixation reaction, sintering plate 14 and catalyst 16 for hydrogen combustion arrangement for methane decomposition and hydrogen generation reaction It is.

【0016】有機廃棄物をメタン細菌などの細菌と共にメタン発酵槽2に導入し、有機廃棄物の嫌気性発酵によって、CH やCO を含むガスを生じさせる。 [0016] The organic waste with bacteria such as methane bacteria are introduced into the methane fermentation tank 2, the anaerobic fermentation of organic waste, causing a gas containing CH 4 and CO 2. その発生ガス中には、主生成物であるCH の他に窒素ガス、 On its generated gas, in addition to the nitrogen gas CH 4 is the main product,
硫化水素ガスが含まれており、まずこの発生ガスは硫化水素分離部4に送られる。 It includes a hydrogen sulfide gas, first the generated gas is fed to the hydrogen sulfide separation unit 4. 硫化水素分離部は内部に酸化亜鉛(ZnO)が充填されており、(3)式で示される反応により硫化水素を吸着することにより発生ガス中の硫化水素を除去する。 Hydrogen sulfide separation unit is internal to the zinc oxide (ZnO) is filled, the removal of hydrogen sulfide generated in the gas by adsorbing hydrogen sulfide by reaction shown by equation (3). S+ZnO→ZnS+H O――――――(3) さらに、硫化水素を除去された発生ガスは窒素分離部6 H 2 S + ZnO → ZnS + H 2 O ------ (3) Furthermore, the generated gas that has been removed hydrogen sulfide nitrogen separation section 6
へ送られる。 It is sent to. 窒素分離部6内部にはゼオライトが充填されており、ゼオライトの分子篩い作用により、二酸化炭素、メタン、窒素の混合ガスから窒素を分離する。 Inside a nitrogen separation unit 6 and the zeolite is filled, the molecular sieve effect of the zeolite, separating carbon dioxide, methane, nitrogen from a gas mixture of nitrogen. ここで、窒素ガス分離に使用可能なゼオライトとしては、C Here, the available zeolite used in nitrogen gas separation, C
a−、Ba−モルデナイト等がある。 a-, there is a Ba- mordenite.

【0017】メタン発酵槽2で発生したガスは硫化水素分離部4および窒素分離部6で硫化水素ガスおよび窒素ガスを取り除かれた後、反応槽8下部に導入される。 The gas generated in the methane fermentation tank 2 after removing the hydrogen sulfide gas and nitrogen gas with hydrogen sulfide separation unit 4 and the nitrogen separation unit 6, is introduced into the lower reaction vessel 8. 反応槽8には固定化されるCO および水素分離器22から供給されるH も下部から導入される。 H 2 supplied from the CO 2 and hydrogen separator 22 is immobilized to the reaction vessel 8 is also introduced from the bottom. 導入されたC Introduced C
は触媒12により分解され水素を生成する。 H 4 produces hydrogen is decomposed by the catalyst 12. この分解反応は(1)式で示したように吸熱反応であり、熱を供給する必要がある。 The decomposition reaction is an endothermic reaction as shown by equation (1), it is necessary to supply heat. 本発明ではこの熱を、水素分離器22から供給されるH を触媒16上で燃焼させることによって得るものである。 In the present invention this heat, and H 2 supplied from the hydrogen separator 22 is intended to obtain by burning on the catalyst 16. 触媒16としては、例えばA As the catalyst 16, for example A
を担体とするPt、Auなどを用いることができ、反応槽8内にマット状に充填される。 Pt for the l 2 O 3 with a carrier, may be used an Au, it is filled in a mat shape in the reaction vessel 8. 水素の燃焼反応は(4)式で表される。 Combustion reaction of hydrogen is represented by the equation (4). +1/2O →H O−285kJ/mol―――――(4) この水素の燃焼により反応槽8全体の温度を上昇させることができ、メタン分解・水素生成反応を進行させることができる。 H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O-285kJ / mol ----- (4) it is possible to raise the temperature of the entire reaction vessel 8 by the combustion of the hydrogen, thereby advancing the methane decomposition and hydrogen generation reaction can. ここで得られたH を用いて、(2)式で示される二酸化炭素固定化反応が触媒12上で進行するが、この二酸化炭素固定化反応は400℃以上で進行するものであり、反応を開始させるためには触媒12を4 With H 2 obtained here, (2) carbon dioxide fixation reaction represented by the formula can proceed on the catalyst 12, the carbon dioxide fixation reaction has been made to proceed at 400 ° C. or higher, the reaction the catalyst 12 in order to start the 4
00℃以上に加熱しなければならない。 00 ℃ must be heated to above. 本発明ではこの加熱に必要な熱も、触媒16上での水素の燃焼反応から得るものであり、反応槽8には反応槽外部から熱を供給する必要がない。 The heat required for heating in the present invention also are those obtained from the combustion reaction of hydrogen on the catalyst 16, it is not necessary to supply heat from the reaction vessel outside the reaction vessel 8. 触媒12としては、例えばSiO やAl As the catalyst 12, for example SiO 2 or Al を担体とするNi、Coなどを用いることができ、通気性を有する焼結板上に層状に配置されている。 The 2 O 3 can be used Ni, Co and the like to the carrier, it is arranged in layers sintered board having air permeability.

【0018】メタン分解・水素生成反応および二酸化炭素固定化反応で生成した炭素粉末は触媒12中に混合されている剥離剤により触媒12から剥離されるが、この遊離した炭素粉末は飛散しやすく、反応槽8の後段へと運ばれ、パイプの目詰まり等のトラブルの原因となる。 [0018] Carbon powder produced by the methane decomposition and hydrogen generation reaction and the carbon dioxide fixation reaction is peeled from the catalyst 12 with a release agent is mixed in the catalyst 12, the loose carbon powder tends to scatter, It is transported to the subsequent reaction vessel 8, causing troubles such as clogging of the pipe.
本発明ではこのようなトラブルを防止するため、反応槽8内に邪魔板10を設置している。 Because the present invention to prevent such trouble, have established baffle 10 into the reaction vessel 8. 邪魔板10により遊離した炭素粉末は反応槽8の外部へ飛散することはなく、すべて回収される。 Carbon powder liberated by baffle 10 is not being scattered to the outside of the reaction vessel 8, it is all recovered. また、触媒12中に剥離剤を混合した結果、生成した炭素粉末を触媒から分離するための炭素・触媒分離器を必要とせず、反応器8内から容易に炭素粉末を回収することができる。 As a result of mixing the release agent in the catalyst 12, the generated carbon powder without the need for carbon-catalyst separator for separating from the catalyst, it is possible to easily recover the carbon powder from the inside of the reactor 8.

【0019】反応槽8で生成した混合ガスは熱交換器1 The gas mixture produced in the reaction vessel 8 is a heat exchanger 1
8を通り、凝縮器20に導入される。 Through 8, it is introduced into the condenser 20. 熱交換器18において高温の混合ガスは降温され、この際に混合ガスから得られる熱は熱交換器18に蓄えられる。 A mixed gas of high temperature in the heat exchanger 18 is cooled, heat obtained from the mixed gas in this case is stored in the heat exchanger 18. 混合ガス中の水蒸気は凝縮器20で水となり、系外へ排出される。 Water vapor in the mixed gas becomes water in the condenser 20, and is discharged out of the system. 水蒸気を取り除かれた混合ガスはさらに水素分離器22に導入される。 Mixed gas from the removed steam is further introduced into the hydrogen separator 22. 水素分離器22において、混合ガス中に含まれる水素が分離精製され、この水素ガスは一部は燃料電池24に導入され電力として蓄えられ、一部は水素燃焼用の水素として反応槽8に導入される。 In the hydrogen separator 22, hydrogen contained in the mixed gas is separated and purified, partially the hydrogen gas is stored as electric power is introduced into the fuel cell 24, in part introduced into the reaction vessel 8 as a hydrogen for hydrogen combustion It is. 水素分離器2 Hydrogen separator 2
2には、水素分子を選択的に透過させる透過膜を利用する、あるいは水素分子を選択的に吸着する吸着剤を利用する等の、周知の種々の方法を用いることができる。 The 2, utilizes a permeable membrane which selectively permeates hydrogen molecule, or the like utilizing an adsorbent which selectively adsorbs hydrogen molecules, can be used various known methods. 残りの排ガスである未反応の二酸化炭素およびメタンは熱交換器18へと運ばれ、熱交換器18で蓄えられた熱により昇温された後、再び反応槽8に循環される。 Carbon dioxide and methane unreacted with the remaining exhaust gas is conveyed to the heat exchanger 18 after being heated by the heat stored in the heat exchanger 18, it is recirculated into the reaction vessel 8.

【0020】二酸化炭素固定化反応は発熱反応であり、 [0020] Carbon dioxide fixation reaction is exothermic,
一旦反応が開始すれば熱の供給は必要でなく、逆に生成する熱をメタン分解・水素生成反応に利用することができる。 Once the reaction has started the supply of heat is not necessary, it is possible to utilize the heat produced back to methane decomposition and hydrogen generation reaction. 触媒12に混合されるメタン分解・水素生成反応用触媒と二酸化炭素固定化反応用触媒の混合量を適当に調整し、さらに反応槽8に供給される水素ガスの量を調整することで触媒16上において水素ガスの燃焼により発生する熱量を適当に調節することにより、メタン分解・水素生成反応に必要な熱を、反応槽8外部より供給すること無しに、過不足無く発生させることが可能になり、理想的な熱効率が実現でき、ランニングコストの低減が可能になる。 Catalyst by a mixing amount of the catalyst for methane decomposition and hydrogen generation reaction which is mixed with carbon dioxide immobilization reaction catalyst in the catalyst 12 appropriately adjusted to adjust the amount of hydrogen gas is further fed to the reaction vessel 8 16 by adjusting the amount of heat generated by the combustion of hydrogen gas in the above appropriately, the heat required for the methane decomposition and hydrogen generation reaction, without feeding from the reaction vessel 8 externally, so can generate just enough becomes the ideal heat efficiency can be realized, it is possible to reduce the running cost.

【0021】反応槽8から排出される反応ガスを熱交換器18、凝縮器20および水素分離器28に送った後、 [0021] The reaction gas discharged from the reaction tank 8 was sent to the heat exchanger 18, the condenser 20 and the hydrogen separator 28,
再び反応槽8に循環させることにより、混合ガス中のC By circulating the reaction tank 8 again, C in the mixed gas
をすべて炭素と水に変換でき、外部に一切のCO The O 2 can all be converted into carbon and water, any CO 2 to the outside
を排出しないことが可能となる。 It is possible that do not emit.

【0022】反応槽8で生成し分離された炭素は工業用カーボンブラックとして使用することができ、廃棄物を有用物質に変換することが可能であり、資源の節約に貢献することができる。 The product was separated carbon in the reaction vessel 8 can be used as an industrial carbon black, it is possible to convert waste into useful material, it can contribute to the saving of resources.

【0023】以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の変更を行うことができる。 [0023] Having described the embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiments, make various changes within the scope of the present invention described in the claims can. 例えば、硫化水素分離部4で使用される充填剤としては、酸化亜鉛の他にも常温で硫化水素ガスと反応して硫化物を生成する化合物であれば良く、酸化鉛、酸化カドミウム等を用いることができる。 For example, the filler used in hydrogen sulfide separation unit 4 may be a compound that generates an addition to react with hydrogen sulfide gas at room temperature sulfide zinc oxide, lead oxide, cadmium oxide or the like is used be able to. さらに、窒素分離部6で使用される充填剤としては、ゼオライトの他にも適当なサイズの細孔を有し分子篩い作用を示す材料であれば良く、多孔質シリカ等を用いることができる。 Further, as the filler used in the nitrogen separation unit 6 may be a material exhibiting a molecular sieve effect it has pores in addition to also suitable sized zeolites can be used porous silica. また、触媒12に混合される二酸化炭素固定化反応用触媒としてNi−SiO を用いることにより、 Further, by using the Ni-SiO 2 as the carbon dioxide fixation reaction catalyst to be mixed with the catalyst 12,
カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、フラーレン等の付加価値の高い炭素化合物を生成することをができる。 Carbon nanotubes, carbon nanofibers, generating a high carbon compound value-added fullerene or the like can. 上記触媒には第3成分としてPt、La、C The above catalyst Pt as a third component, La, C
e、K等を添加してもよい。 e, it may be added to the K and the like.

【0024】 [0024]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る二酸化炭素固定化装置は次のような効果を有している。 As described above, according to the present invention, the carbon dioxide fixing apparatus according to the present invention has the following effects. (1)二酸化炭素固定化反応が生じる反応槽内に二酸化炭素固定化用触媒と水素燃焼用触媒を充填することにより、二酸化炭素固定化反応開始に必要な熱を水素燃焼用触媒上で水素ガスを燃焼させることにより発生させ、反応槽外部からの熱の供給を不要とすることができ、装置の簡素化が可能となる。 (1) by filling the catalyst and hydrogen combustion catalyst for the carbon dioxide immobilization in the reaction vessel to carbon dioxide fixation reaction occurs, hydrogen gas heat required to initiate the carbon dioxide fixation reaction on the catalyst for hydrogen combustion is generated by burning the, the supply of heat from the reaction vessel outside can be eliminated, it is possible to simplify the apparatus. (2)有機廃棄物を嫌気性発酵することによりメタンガスを製造する際にメタンガス中に含まれる窒素および硫化水素ガスを反応槽の前段で分離する手段を有することにより、反応槽内での二酸化炭素固定化反応を阻害する要因を取り除くことができ、装置全体の稼働効率を上昇させることが可能となる。 (2) by having means for separating at the preceding stage of the reactor with nitrogen and hydrogen sulfide gas contained in the methane gas in the production of methane gas by organic waste to anaerobic fermentation, carbon dioxide in the reaction vessel can remove the obstacles to immobilization reaction, it is possible to increase the operating efficiency of the entire device. (3)反応槽に、二酸化炭素固定化用触媒の表面に生成する固体状炭素を分離できる剥離剤を、二酸化炭素固定化用触媒と混合して充填することにより、炭素/触媒分離器を必要とせず、装置製造コストを削減することができる。 (3) to the reaction vessel, the release agent capable of separating solid carbon formed on the surface of the catalyst for carbon dioxide immobilization, by filling mixed with a catalyst for carbon dioxide immobilization, require carbon / catalyst separator without, it is possible to reduce the device manufacturing cost. (4)反応槽内に邪魔板を設置することにより、生成する炭素粉末の飛散を防止することができ、炭素粉末の回収を容易にする。 (4) By installing a baffle in the reaction vessel, generator it is possible to prevent scattering of the carbon powder, to facilitate recovery of the carbon powder. (5)メタン分解・水素生成用触媒と二酸化炭素固定化用触媒を一つの反応槽内に充填することにより、二酸化炭素固定化反応で発生する熱を有効利用することが可能になり、ランニングコストの低減がはかれる。 (5) by filling the methane decomposition and hydrogen generation catalyst and carbon dioxide fixing catalyst for the single reaction vessel, it is possible to effectively use the heat generated by the carbon dioxide fixation reaction, the running cost reduction of can be achieved. さらに、 further,
反応槽が一つになり、反応槽に必要であった熱供給、熱回収のための配管系が不要となり、装置製造コストを削減することができる。 The reaction vessel is in one reaction vessel heat supply was required, the piping system is not required for heat recovery, it is possible to reduce the device manufacturing cost. (6)有用な炭素化合物を副製品として得ることができる。 (6) can be obtained useful carbon compounds as a by-product.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の二酸化炭素固定化装置の実施例の全体構成図である。 1 is an overall configuration diagram of an embodiment of the carbon dioxide fixation device of the present invention.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

2---メタン発酵槽 4---硫化水素分離部 6---窒素分離部 8---反応槽 10---邪魔板 12、16---触媒 14---焼結板 18---熱交換器 20---凝縮器 22---水素分離器 24---燃料電池 2 --- methane fermentation tank 4 --- hydrogen sulfide separation unit 6 --- nitrogen separation unit 8 --- reaction vessel 10 --- baffles 12, 16 --- catalytic 14 --- sintered plate 18 - heat exchanger 20 --- condenser 22 --- hydrogen separator 24 --- fuel cell

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4D004 AA02 AA03 AB05 CA18 CA34 CC09 4D059 AA01 AA07 BA12 BA15 CA14 CC10 DA37 4G046 CA02 CB02 CC08 CC09 JA01 4G075 AA04 BA06 BD04 BD12 CA02 CA54 DA01 EB01 ────────────────────────────────────────────────── ─── front page of continued F-term (reference) 4D004 AA02 AA03 AB05 CA18 CA34 CC09 4D059 AA01 AA07 BA12 BA15 CA14 CC10 DA37 4G046 CA02 CB02 CC08 CC09 JA01 4G075 AA04 BA06 BD04 BD12 CA02 CA54 DA01 EB01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 有機廃棄物を嫌気性発酵することによりメタンガスを生成する発酵手段と、該メタンガスを分解して水素を取り出す水素生成手段と、該水素ガスと二酸化炭素ガスとの化学反応により固体炭素を生成する二酸化炭素固定手段と、を有する二酸化炭素固定化装置において、二酸化炭素固定化反応が生じる反応槽内に二酸化炭素固定化用触媒と水素燃焼用触媒を充填したことを特徴とする二酸化炭素固定化装置。 1. A and fermentation means for generating methane gas by organic waste to anaerobic fermentation, and hydrogen generation means for extracting hydrogen by decomposing the methane gas, solid chemical reaction between hydrogen gas and carbon dioxide gas dioxide in the carbon dioxide fixing device comprising a carbon dioxide fixing means for generating the carbon, and characterized in that it is filled with a catalyst and hydrogen combustion catalyst for the carbon dioxide immobilization in the reaction vessel to carbon dioxide fixation reaction occurs carbon fixation device.
  2. 【請求項2】 前記反応槽に、二酸化炭素固定化用触媒と生成する固体状炭素とを分離する剥離剤を充填したことを特徴とする請求項1記載の二酸化炭素固定化装置。 To wherein said reaction vessel, carbon dioxide immobilization device according to claim 1, characterized in that filled with release agent for separating the solid carbon product and catalyst for carbon dioxide immobilization.
  3. 【請求項3】 有機廃棄物を嫌気性発酵することによりメタンガスを生成する発酵手段と、該メタンガスを分解して水素を取り出す水素生成手段と、該水素ガスと二酸化炭素ガスとの化学反応により固体炭素を生成する二酸化炭素固定手段と、を有する二酸化炭素固定化装置において、該メタンガス中に含有される窒素ガスおよび硫化水素ガスを分離する手段を有することを特徴とする二酸化炭素固定化装置。 3. A fermentation means for generating methane gas by organic waste to anaerobic fermentation, and hydrogen generation means for extracting hydrogen by decomposing the methane gas, solid chemical reaction between hydrogen gas and carbon dioxide gas in the carbon dioxide fixing apparatus having a carbon dioxide fixing means for generating the carbon dioxide fixing apparatus characterized by having means for separating nitrogen gas and hydrogen sulfide gas contained in the methane gas.
  4. 【請求項4】 有機廃棄物を嫌気性発酵することによりメタンガスを生成する発酵手段と、該メタンガスを分解して水素を取り出す水素生成手段と、該水素ガスと二酸化炭素ガスとの化学反応により固体炭素を生成する二酸化炭素固定手段と、を有する二酸化炭素固定化装置において、二酸化炭素固定化反応が生じる反応槽内にメタン分解・水素生成用触媒と二酸化炭素固定化用触媒を充填したことを特徴とする二酸化炭素固定化装置。 4. A fermentation means for generating methane gas by organic waste to anaerobic fermentation, and hydrogen generation means for extracting hydrogen by decomposing the methane gas, solid chemical reaction between hydrogen gas and carbon dioxide gas in the carbon dioxide fixing device comprising a carbon dioxide fixing means for generating the carbon, and wherein the filled with catalyst for methane decomposition and hydrogen generation and carbon dioxide fixation catalyst for the reaction vessel to carbon dioxide fixation reaction occurs carbon dioxide immobilization apparatus to.
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