【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二酸化炭素ガスの固定化方法に係り、特に二酸化炭素ガスを一酸化炭素ガスなどの有用物質に変換する二酸化炭素ガスの固定化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
二酸化炭素ガスなどの温室効果ガスの増加は地球温暖化の要因となる。このため、従来から、二酸化炭素ガスを分離した後に固定化、隔離、又は変換することにより、二酸化炭素ガスの排出量を削減し、地球温暖化を防止しようという数多くの試みがなされている。
【０００３】
特に、二酸化炭素ガスを水素ガスと反応させてメタンガスやメタノールなどに変換する技術は、二酸化炭素ガスを有用な物質に変換するという点で有望視されている。しかしながら、この技術においては、有用な水素ガスを原材料として消費することが問題となる。すなわち、水素ガスは、原材料として消費するより、生産物（プロダクト）として多方面に利用すべきである。また、二酸化炭素ガスを加圧して液状化し、これを深海に投棄する方法も検討されているが、この方法では、深海の環境に悪影響を与えることが危惧される。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第３７５９６７７号明細書
【非特許文献１】
船藤 淳史他，「太陽光照射による石炭のガス化（２）金属酸化物触媒による流動層ＣＯ２ガス化」，日本科学会講演予稿集，２００１年，ｐ．３４６
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、二酸化炭素ガスを一酸化炭素ガスなどの有用物質に変換することにより、地球の温暖化を防止することができ、また、炭素質原料を有効に資源化することができる二酸化炭素ガスの固定化方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の一態様は、炭素質原料と予熱したガス化剤としての二酸化炭素ガスとをガス化炉に供給してガス化し、一酸化炭素ガスを主成分とするガスを生成することを特徴とする二酸化炭素ガスの固定化方法である。この場合において、上記二酸化炭素ガスを８００℃乃至１４００℃に予熱することが好ましい。
【０００７】
本発明によれば、水素ガスなどの有用なガスを用いることなく二酸化炭素ガスを一酸化炭素ガスなどの有用物質に容易に変換することができる。したがって、地球温暖化の要因となる二酸化炭素ガスの排出量を削減して、地球温暖化を防止することができる。
【０００８】
本発明の好ましい一態様は、上記二酸化炭素ガスを太陽光により予熱することを特徴としている。このように、自然エネルギである太陽光を利用することにより、炭素質原料を部分燃焼により損失することなく、１００％有効に資源化することができる。
【０００９】
本発明の好ましい一態様は、上記二酸化炭素ガスと上記ガス化炉から排出されたガスとを熱交換させることを特徴としている。
【００１０】
上記二酸化炭素ガスと上記ガス化炉から排出されたガスとを熱交換させた後、上記二酸化炭素ガスを太陽光により予熱してもよい。また、上記二酸化炭素ガスはスチームを含んでいることが好ましい。また、上記ガス化炉は固定床式ガス化炉であることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る二酸化炭素ガスの固定化方法を応用したガス化システムの一実施形態について図１を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態におけるガス化システムの全体構成を示すブロック図である。本実施形態におけるガス化システムは、これまで大気中に排気されてきた二酸化炭素ガスをガス化剤として用いて、炭素質原料をガス化することにより、一酸化炭素ガスを主成分とするガスを得るものである。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態におけるガス化システムは、炭素質原料ａをガス化するガス化炉１と、ガス化炉１から排出された生成ガスｂとガス化剤としての二酸化炭素ガスｄとスチームｅの混合ガス間で熱交換を行う熱交換器２と、生成ガスｂを冷却及び精製するガス冷却・精製設備３と、二酸化炭素ガスｄとスチームｅの混合ガスを太陽光により加熱する太陽熱加熱装置４とを備えている。
【００１３】
本実施形態では、炭素質原料（ガス化原料）として木材チップを用いる。発熱量がある程度高ければ、どのようなものであっても炭素質原料として用いることができ、炭化物である木炭も炭素質原料とすることができる。炭化物は、ガス化の際にタールを発生しないため、ガス精製工程を簡略化あるいは省略できるというメリットを有する。
【００１４】
また、本実施形態におけるガス化炉１としては、ダウンドラフト式固定床炉が用いられている。このガス化炉１の内部には、図１に示すように、乾燥ゾーン１１、乾留ゾーン１２、還元ゾーン１３が上から順に層状に形成されている。ガス化炉１の頂部には、炭素質原料としての木材チップａを投入する投入口１４が設けられており、還元ゾーン１３の上部には、ガス化剤としての二酸化炭素ガスｄとスチームｅの混合ガスを供給する供給ポート１５が設けられている。また、ガス化炉１の底部には火格子１６が配置されており、この火格子１６の下方には、ガス化によって生成されたガスｂを排出する排出ポート１７が設けられている。
【００１５】
本実施形態においては、ガス化剤として、二酸化炭素ガスｄとスチームｅの混合ガスを用いているが、このうちのスチームｅは必要に応じて加えられる。二酸化炭素ガスｄとスチームｅの混合ガスは、熱交換器２においてガス化炉１から排出された生成ガスｂと熱交換して昇温される。熱交換器２において加熱された混合ガスは、太陽熱加熱装置４に供給され、太陽光により８００℃〜１４００℃に予熱される。この太陽熱加熱装置４は、太陽光を集光してこれを熱源として上記混合ガスを加熱する。太陽熱加熱装置４において予熱された混合ガス（二酸化炭素ガスｄとスチームｅ）は、ガス化炉１の側面の供給ポート１５からガス化炉１内に供給される。
【００１６】
ガス化炉１に投入される木材チップａは、投入される前に予め数ｍｍのサイズに破砕されており、この破砕された木材チップａは投入口１４からガス化炉１の内部に投入される。ガス化炉１の内部においては、木材チップａとガス化剤としての二酸化炭素ガスｄとスチームｅの混合ガスが無酸素下で接触して反応することにより、一酸化炭素ガスを主成分とし、水素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気などを副次的成分とするガスが生成される。なお、本実施形態におけるガス化では、ガス化反応を促進させるために触媒を添加することは考えていない。
【００１７】
生成されたガスは、還元ゾーン１３の木材チップａの堆積層中を下降し、火格子１６を通過した後、排出ポート１７を介してガス化炉１から排出される。上述したように、ガス化炉１内の木材チップａの堆積層として、上から順番に乾燥ゾーン１１、乾留ゾーン１２、還元ゾーン１３が形成されるが、温度が最も高いのは還元ゾーン１３である。この還元ゾーン１３の温度は、６００℃〜１０００℃、好ましくは８００℃〜９５０℃であり、この還元ゾーン１３の上部の供給ポート１５からガス化剤としての二酸化炭素ガスｄ及びスチームｅが供給されるようになっている。なお、残渣としての灰ｃは火格子１６下方のガス化炉１底部から外部に排出される。
【００１８】
ガス化炉１から排出された生成ガスｂは熱交換器２に送られ、上述したように、二酸化炭素ガスｄとスチームｅの混合ガスと熱交換して降温される。次いで、生成ガスｂはガス冷却・精製設備３に供給され、このガス冷却・精製設備３において生成ガスｂに含まれるダストやタールが水洗浄により除去される。
【００１９】
ここで、上述したガス化炉１におけるガス化反応としては、ブドアール反応（Ｃ＋ＣＯ２＝２ＣＯ−４０．８ｋｃａｌ、発生炉ガス反応とも呼ばれる）が主体的に起こり、水性ガス化反応（Ｃ＋Ｈ２Ｏ＝Ｈ２＋ＣＯ−３１．１ｋｃａｌ）とＣＯ転化反応（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ＝Ｈ２＋ＣＯ２＋９．７ｋｃａｌ）が副次的に起こる。これらの反応式中のＨ２Ｏは、炭素質原料が保有している水分又はガス化剤として加えたスチームｅである。このように、全体的には吸熱反応が支配的であるため、吸熱反応熱の補給をどのようにして行うかが問題となるが、本実施形態では、上述したように、内部廃熱（すなわち生成ガスの保有顕熱）及び太陽光を利用してこの吸熱反応熱の補給を行っている。すなわち、熱交換器２において生成ガスｂからの熱回収によりガス化剤に熱を供給し、更に、太陽熱加熱装置４において太陽光による熱をガス化剤に補給している。なお、廃熱と太陽光のいずれか一方のみを利用してもよいが、これらを組み合わせることが好ましい。また、廃熱には、ガスタービン等の排ガスによる外部廃熱を利用してもよい。
【００２０】
ガス化炉としては、固定床炉や流動床炉、気流床炉、溶融床炉、ロータリーキルン炉などが知られている。本発明に係る二酸化炭素ガスの固定化方法では、高温部での炭素質原料とガス化剤（二酸化炭素ガス）との接触時間を長く取れることが必要となるが、固定床炉はこのような要求を満たし、しかも炭素質原料の微粉砕が不要で、炉構造が簡単、運転操作が比較的容易であることから、本発明に係る二酸化炭素ガスの固定化方法に特に好適であると考えられる。
【００２１】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【００２２】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、水素ガスなどの有用なガスを用いることなく、安価な炭素質原料から二酸化炭素ガスを一酸化炭素ガスなどの有用物質に容易に変換することができる。したがって、地球温暖化の要因となる二酸化炭素ガスの排出量を削減して、地球温暖化を防止することができる。また、自然エネルギである太陽光を利用することにより、炭素質原料を有効に資源化することができ、より一層地球温暖化の防止に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるガス化システムの全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ ガス化炉
２ 熱交換器
３ ガス冷却・精製設備
４ 太陽熱加熱装置
１１ 乾燥ゾーン
１２ 乾留ゾーン
１３ 還元ゾーン
１４ 投入口
１５ 供給ポート
１６ 火格子
１７ 排出ポート
ａ 木材チップ（炭素質原料）
ｂ 生成ガス
ｃ 灰
ｄ 二酸化炭素ガス
ｅ スチーム[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for immobilizing carbon dioxide gas, and more particularly, to a method for immobilizing carbon dioxide gas for converting carbon dioxide gas to a useful substance such as carbon monoxide gas.
[0002]
[Prior art]
The increase in greenhouse gases such as carbon dioxide gas causes global warming. For this reason, conventionally, many attempts have been made to reduce carbon dioxide gas emissions and prevent global warming by fixing, sequestering, or converting carbon dioxide gas after separating it.
[0003]
In particular, a technique for converting carbon dioxide gas to hydrogen gas to convert it into methane gas, methanol, or the like is promising in terms of converting carbon dioxide gas into useful substances. However, in this technique, there is a problem in that useful hydrogen gas is consumed as a raw material. That is, hydrogen gas should be used in various ways as a product rather than consumed as a raw material. A method of pressurizing and liquefying carbon dioxide gas and dumping it into the deep sea has also been studied, but this method may adversely affect the deep-sea environment.
[0004]
[Patent Document 1]
US Pat. No. 3,759,677 [Non-Patent Document 1]
Funefuji Atsushi other, "gasification of coal by sunlight irradiation (2) fluidized-bed CO 2 gasification with a metal oxide catalyst", Japan Science Society Preprint, 2001, p. 346
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of such problems of the related art, and can prevent global warming by converting carbon dioxide gas to a useful substance such as carbon monoxide gas. It is another object of the present invention to provide a method for immobilizing carbon dioxide gas, which can effectively utilize a carbonaceous material as a resource.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem in the related art, one embodiment of the present invention is to supply a carbonaceous raw material and a preheated carbon dioxide gas as a gasifying agent to a gasification furnace to gasify the carbonaceous raw material and carbon monoxide. This is a method for immobilizing carbon dioxide gas, characterized by generating a gas containing gas as a main component. In this case, it is preferable to preheat the carbon dioxide gas to 800 ° C. to 1400 ° C.
[0007]
According to the present invention, carbon dioxide gas can be easily converted to a useful substance such as carbon monoxide gas without using a useful gas such as hydrogen gas. Therefore, it is possible to reduce the amount of carbon dioxide gas emission that causes global warming and prevent global warming.
[0008]
In a preferred aspect of the present invention, the carbon dioxide gas is preheated by sunlight. In this way, by utilizing sunlight, which is a natural energy, the carbonaceous raw material can be effectively recycled 100% without loss due to partial combustion.
[0009]
In a preferred aspect of the present invention, the carbon dioxide gas and the gas discharged from the gasification furnace are heat-exchanged.
[0010]
After heat exchange between the carbon dioxide gas and the gas discharged from the gasification furnace, the carbon dioxide gas may be preheated by sunlight. Further, the carbon dioxide gas preferably contains steam. Further, the gasification furnace is preferably a fixed-bed gasification furnace.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a gasification system to which the method for immobilizing carbon dioxide gas according to the present invention is applied will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a gasification system according to one embodiment of the present invention. The gasification system in the present embodiment uses a carbon dioxide gas, which has been exhausted into the atmosphere, as a gasifying agent, and gasifies the carbonaceous raw material, thereby producing a gas mainly containing carbon monoxide gas. Gain.
[0012]
As shown in FIG. 1, a gasification system according to this embodiment includes a gasification furnace 1 for gasifying a carbonaceous raw material a, a product gas b discharged from the gasification furnace 1, and carbon dioxide gas as a gasifying agent. a heat exchanger 2 for performing heat exchange between a mixed gas of d and steam e, a gas cooling / refining facility 3 for cooling and purifying the produced gas b, and a mixed gas of carbon dioxide gas d and steam e heated by sunlight And a solar heating device 4.
[0013]
In this embodiment, wood chips are used as the carbonaceous raw material (gasification raw material). As long as the calorific value is high to some extent, any material can be used as the carbonaceous material, and charcoal, which is a carbide, can also be used as the carbonaceous material. Since the carbide does not generate tar during gasification, it has an advantage that the gas purification step can be simplified or omitted.
[0014]
Further, as the gasification furnace 1 in the present embodiment, a down draft type fixed bed furnace is used. As shown in FIG. 1, a drying zone 11, a carbonization zone 12, and a reduction zone 13 are formed in a layered form in the gasification furnace 1 in order from the top. At the top of the gasifier 1, there is provided an inlet 14 into which wood chips a as a carbonaceous raw material are introduced. Above the reduction zone 13, carbon dioxide gas d as a gasifying agent and steam e are supplied. A supply port 15 for supplying a mixed gas is provided. Further, a grate 16 is arranged at the bottom of the gasification furnace 1, and a discharge port 17 for discharging gas b generated by gasification is provided below the grate 16.
[0015]
In the present embodiment, a mixed gas of carbon dioxide gas d and steam e is used as a gasifying agent, but steam e among them is added as needed. The mixed gas of the carbon dioxide gas d and the steam e exchanges heat with the product gas b discharged from the gasification furnace 1 in the heat exchanger 2 to be heated. The mixed gas heated in the heat exchanger 2 is supplied to the solar heating device 4 and is preheated to 800 ° C. to 1400 ° C. by sunlight. The solar heating device 4 collects sunlight and heats the mixed gas using the collected sunlight as a heat source. The mixed gas (carbon dioxide gas d and steam e) preheated in the solar heating device 4 is supplied into the gasification furnace 1 from a supply port 15 on the side surface of the gasification furnace 1.
[0016]
The wood chips a to be put into the gasification furnace 1 are crushed in advance to a size of several mm before being put in, and the crushed wood chips a are put into the gasification furnace 1 through the inlet 14. You. Inside the gasification furnace 1, a mixed gas of a wood chip a, a carbon dioxide gas d as a gasifying agent, and steam e contacts and reacts in an oxygen-free state, and contains carbon monoxide gas as a main component. A gas containing hydrogen gas, carbon dioxide gas, water vapor and the like as secondary components is generated. In addition, in the gasification in this embodiment, it is not considered to add a catalyst to promote the gasification reaction.
[0017]
The generated gas descends in the accumulation layer of the wood chips a in the reduction zone 13, passes through the grate 16, and is discharged from the gasification furnace 1 through the discharge port 17. As described above, the drying zone 11, the dry distillation zone 12, and the reduction zone 13 are formed in this order from the top as a deposition layer of the wood chips a in the gasification furnace 1, and the highest temperature is in the reduction zone 13. is there. The temperature of the reduction zone 13 is 600 ° C. to 1000 ° C., and preferably 800 ° C. to 950 ° C., and carbon dioxide gas d and steam e as a gasifying agent are supplied from a supply port 15 above the reduction zone 13. It has become so. The ash c as a residue is discharged outside from the bottom of the gasifier 1 below the grate 16.
[0018]
The product gas b discharged from the gasification furnace 1 is sent to the heat exchanger 2 and, as described above, exchanges heat with the mixed gas of the carbon dioxide gas d and the steam e to be cooled. Next, the produced gas b is supplied to the gas cooling / refining facility 3, where dust and tar contained in the produced gas b are removed by water washing.
[0019]
Here, as the gasification reaction in the gasification furnace 1 described above, a Boudouard reaction (C + CO 2 = 2CO−40.8 kcal, also called a generator gas reaction) mainly occurs, and a water gasification reaction (C + H 2 O = H 2 + CO-31.1 kcal) and a CO conversion reaction (CO + H 2 O = H 2 + CO 2 +9.7 kcal) occur side by side. H 2 O in these reaction formulas is water contained in the carbonaceous raw material or steam e added as a gasifying agent. As described above, since the endothermic reaction is dominant as a whole, how to supply the endothermic reaction heat is a problem. In the present embodiment, however, as described above, the internal waste heat (that is, This endothermic reaction heat is supplied by utilizing the generated gas (sensible heat) and sunlight. That is, heat is supplied to the gasifying agent by heat recovery from the generated gas b in the heat exchanger 2, and heat by sunlight is supplied to the gasifying agent in the solar heating device 4. Note that either one of waste heat and sunlight may be used, but it is preferable to combine them. Further, external waste heat generated by exhaust gas from a gas turbine or the like may be used as the waste heat.
[0020]
Known gasification furnaces include a fixed-bed furnace, a fluidized-bed furnace, a gas-flow bed furnace, a molten-bed furnace, and a rotary kiln furnace. In the method for immobilizing carbon dioxide gas according to the present invention, it is necessary to increase the contact time between the carbonaceous raw material and the gasifying agent (carbon dioxide gas) in the high-temperature section. Since it satisfies the requirements, does not require fine grinding of the carbonaceous raw material, has a simple furnace structure, and is relatively easy to operate, it is considered to be particularly suitable for the method for immobilizing carbon dioxide gas according to the present invention. .
[0021]
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention may be embodied in various forms within the scope of the technical idea.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, carbon dioxide gas can be easily converted from an inexpensive carbonaceous material into a useful substance such as carbon monoxide gas without using a useful gas such as hydrogen gas. Therefore, it is possible to reduce the amount of emission of carbon dioxide gas that causes global warming and prevent global warming. In addition, by using sunlight, which is natural energy, carbonaceous materials can be effectively turned into resources, which can further contribute to prevention of global warming.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a gasification system according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gasifier 2 Heat exchanger 3 Gas cooling / refining equipment 4 Solar heating device 11 Drying zone 12 Dry distillation zone 13 Reduction zone 14 Input port 15 Supply port 16 Grate 17 Discharge port a Wood chip (carbonaceous raw material)
b Generated gas c Ash d Carbon dioxide gas e Steam
