JP2009269983A - Fuel-cost-saving apparatus of eliminating carbon dioxide - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二酸化炭素を消滅させ、燃料費を節約させる装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for eliminating carbon dioxide and saving fuel costs.
洞爺湖サミットでの議長国の日本及び地球の最大の問題は地球温暖化である。1990年には炭素の重さで約60億トンだったが、2015年にはその1.6倍以上97億トンにもなると予想されている。1990年までは発展途上国の放出量は世界の4分の1程度が、2015年には半分に近づく。二酸化炭素の放出量は経済活動と共に増大する。一方発展途上国に、二酸化炭素の放出量を増やすような経済活動の発展をやめるようにとは言い難い。
日本は京都議定書以来6%増加し、今後6.4%の削減義務があり、合計12.4%削減せねばならない。そして8%の排出権を買っている。火力電力が30%、炭素全体で29%もCO2を排出している。
The biggest issue of Japan and the earth as the presidency at the Toyako Summit is global warming. In 1990, the weight of carbon was about 6 billion tons, but in 2015 it is expected to be 1.6 times more than 9.7 billion tons. Until 1990, the output of developing countries will be about one-fourth of the world, but will close to half in 2015. Carbon dioxide emissions increase with economic activity. On the other hand, it is difficult to say that developing countries should stop developing economic activities that increase carbon dioxide emissions.
Japan has increased by 6% since the Kyoto Protocol and is obliged to reduce 6.4% in the future. And they buy 8% emission credits. Thermal power 30%, is also discharged CO 2 29% in total carbon.
国連の気候変動に関する政府間パネルは、大気中の温室効果ガスの濃度を1990年の水準に保つためには、二酸化炭素などの温室効果ガスの人為的放出を60%減らす必要がある。
このように考えると、エネルギの効率的利用や省エネルギの努力だけではなく、世界の二酸化炭素放出量を回収して処理する抜本的解決法が必要である。
増え続ける二酸化炭素は回収して処理しなければならないが、二酸化炭素を出しながら発電した電気を使って二酸化炭素を処理するのでは、発電した以上に電気を使ってしまうし、二酸化炭素を減らすことは出来ない。そこで二酸化炭素をなくし、且つエネルギを得る本発明が必須になってくるのである。
The UN intergovernmental panel on climate change needs to reduce the anthropogenic release of greenhouse gases such as carbon dioxide by 60% in order to keep the concentration of greenhouse gases in the atmosphere at the 1990 level.
In view of this, not only efficient energy use and energy saving efforts, but a radical solution to recover and process the global carbon dioxide emissions is needed.
The ever-increasing carbon dioxide must be recovered and processed, but if carbon dioxide is processed using the electricity generated while producing carbon dioxide, it will use more electricity than it generates and reduce carbon dioxide. I can't. Therefore, the present invention that eliminates carbon dioxide and obtains energy becomes essential.
本発明による二酸化炭素消滅燃料費節約装置は、二酸化炭素や微小粒子状物質を封じ込め、ここに水分解等で得た水素を混入したチャンバーに前記二酸化炭素発生源からの圧力と熱を利用し加圧加熱する事により得るメタンガスを前記二酸化炭素発生源の燃料として使用する事により二酸化炭素、微小粒子状物質を消滅させ、燃料費を減少させる。 The carbon dioxide extinguisher fuel cost saving apparatus according to the present invention contains carbon dioxide and fine particulate matter, and adds pressure and heat from the carbon dioxide generation source to a chamber mixed with hydrogen obtained by water decomposition or the like. By using methane gas obtained by pressure heating as the fuel for the carbon dioxide generation source, carbon dioxide and fine particulate matter are eliminated, and fuel costs are reduced.
本発明は、自動車の排気ガスや煙突や空気からの二酸化炭素を消滅させると同時に、エネルギに変え、燃料として使い、燃料費を節減出来る発明で、地球温暖化の究極の防止法になるのみならず残り少ない石油に代るエネルギを生み出す。この発明は、地球温暖化の原因となる二酸化炭素を回収しつつ、エネルギを供給し、エネルギを節約出来る画期的効果のある発明であり、将来月に人間が住む際は貴重なエネルギを得られる。また、本発明装置を現状の自動車に搭載した場合、現状の自動車のベストの燃費が24km/lであるものを同一の自動車の燃費を42km/l以上にする事が出来る。
また、本発明で 無くしたCO2の排出枠を売ることが出来るので国家にとっても国益となり、また、その排出枠販売による入金で本装置を無料で配布出来る。そして本発明により経済成長を犠牲にせず成長しつつ低炭素と出来、地球を良くする絶大な発明である。
The present invention eliminates carbon dioxide from automobile exhaust gases, chimneys and air, and at the same time converts it into energy, which can be used as fuel, and can save fuel costs. It generates energy to replace the remaining oil. This invention has an epoch-making effect that can save energy by collecting carbon dioxide that causes global warming, and can save energy. It is done. In addition, when the present invention device is mounted on a current automobile, the best fuel economy of the current automobile can be made to be 42 km / l or more if the best fuel economy of the current automobile is 24 km / l.
In addition, CO 2 emission allowances lost in the present invention can be sold, which is a national interest for the nation, and the apparatus can be distributed free of charge by selling the emission allowances. The present invention is a great invention that improves the earth by making it low carbon while growing without sacrificing economic growth.
本発明の二酸化炭素消滅燃料費節約装置を実施するための最良の形態は、二酸化炭素と微小粒子状物質を封じ込め、ここに水分解等で得た水素を混入したチャンバーに前記二酸化炭素発生源からの圧力と熱を利用し加圧加熱する事により得るメタンガスを前記二酸化炭素発生源の燃料として使用する事により二酸化炭素や微小粒子状物質を消滅させ、燃料費を節約することである。 The best mode for carrying out the carbon dioxide extinguisher fuel cost saving apparatus of the present invention is that the carbon dioxide and the fine particulate matter are contained in the chamber into which hydrogen obtained by water decomposition or the like is mixed. By using methane gas obtained by pressurizing and heating using the pressure and heat as a fuel for the carbon dioxide generation source, carbon dioxide and fine particulate matter are eliminated, and fuel costs are saved.
次に、本発明について図面を参照して説明する。
図1は公知の車でエンジン1にガソリン2、空気3を気化器4を経てエンジンからCO25や微小粒子状物質やNOXを発生する。これは、石油の中のCが空気中のO2と燃料により結合し、CO2になるのである。ディーゼルエンジンでは微小粒子状物質やNOXを多く排出する。
図2は本発明の原理図と実施例を示す。エンジンから出たCO25はエンジンのピストン6の圧力Pを加えられて排出するが、ジョイント7で水素8と混合し、パイプ9に送られる。パイプ9には触媒(後述)がありエンジンシリンダ10のまわりに巻きつかせ、反応管として機能し、エンジンの熱hで温度を上昇させ、ピストン6の圧力Pで圧力を上げて、下記方程式によりメタンとなる。
CO2+4H2→CH4+2H2O
この排出されたCH4とH2Oは、CH411が、気化器4からきたガソリン等12と混合され、エンジンに送られ、燃料として爆発して、ピストン6を押しエンジンを回す。前記排出されたH2Oは反応管9にあるドレイン37から排出するか、純粋装置14を経て純水とし、水素発生装置15に送られ再使用する。
水素発生装置15の中核である固体高分子電解質膜フィルム16は本発明者が出願した米国特許No.5,156,927
FILM ELECTRIC
GENERATION SYSTEM
にて提案したSOLID
POLYELECTROLYTIC FILM
でこの化学式は図3に示す通りである。
図4はこの膜を使った純水の電気分解の原理で、固体高分子電解質膜が電解質の働きをする。膜の両面に電極触媒を接合し、陽極側に純水を供給し通電すると、陽極の電極触媒層で水が分解し酸素ガスが発生し、同時に生成したH+イオンは電場の働きで固体高分子電解質膜内を移動し、陰極の電極触媒層で電子を得て水素ガスを発生する。17は電極板であり、23は給電体、24は電極触媒層である。
図5は水素発生装置15のシステムフローの一例である。これの実施例は図2の15である。図2に於いて22は電極17への電源を示す。
図2の15から排出されたH28は前記の如くCH4になり燃料となるが、
15から排出されたO218はCH4排出管19に結管して送られるか又はキャブレタからの管42に結管してエンジンに送られる。
いずれにしてもH2がCO2と結合してCH4になり燃料になるので本発明によりCO2を消滅させ、かつ、燃料の使用量が減じ、燃料費を下げ、かつ、燃費を良くすることが出来る。
この図5における水素発生装置15のシステムフローは、主に、電解セル
46、水素分離タンク47、酸素分離タンク48、除湿器49,50、純水タンク51、ファイナルフィルター52、非再生ポリシャー53、熱交換器54および直流電源55から構成される。
図6は図2に基づく本発明実施例である。26はガソリン、エタノール、軽油等燃料。27はキャブレタ。28は外からの空気。29は水素を発生させるための純水である。エンジンからの排出圧力を利用し、また、エンジン1のまわりにCH4とH2の化学反応管9を巻きつけエンジン熱を吸収して反応管9の圧力と温度を上げる。
図7も本発明実施例で、反応チャンバ26の温度を上げるためエンジンの熱hを集める集熱体28を反応チャンバ26の下に設ける。
本発明実施例である反応チャンバ26の圧力を図2のピストン6の圧力に加え更に圧力を上げるためエンジン1からの排気をコンプレッサ25で化学反応チャンバ26内の圧力を上げ圧入する反応チャンバには触媒がある。温度も上がっているのでメタンと水が生成され水はドレイン管37で流され、又は純水化装置14で純水化され水素発生に再使用される。
図8はタービンエンジンの場合の本発明実施例でコンプレッサ19で圧縮燃焼されタービンブレード20が回転し、この軸が発電機やプロペラを回す。このタービンエンジンからもCO25が排出されるが、水素発生装置15から排出されるH28がタービンエンジンの出力側に設けた壁21により密封された空間で前記CO2とミックスされ、これら混合体はタービンにより圧力を加えられた管9に入り、この管には触媒があり、これら混合体はタービンによる圧力Pと管9がタービンを巻いて得た熱hで、4H2+CO2=CH4+2H2Oの反応により、管9からCH4が出て、これがコンプレッサ19より圧縮され、燃料と共に燃焼しタービン20を廻す。前記H2O42はドレイン37に落ち排除されるか純水装置14に通し純水として、水素発生装置15で再使用される。H2O
42が純水ならば純水装置14は不要でH2O42は直接水素発生装置15に還元する。水素発生装置15から出たO218はコンプレッサ19に送られ、燃焼を助け、燃料節約となる。
尚、前記純水装置はイオン交換樹脂膜と+−電極を使用し通電するものなどがある。
図9は、工場等煙突30から発生したCO25を除去する場合の本発明実施例である。
煙突30から発生したCO25は水素発生装置15から発生した水素8と混合され、コンプレッサ25で加圧され反応チューブ31に送られる。43は駆動エネルギである。反応チューブ31のまわりは加熱管35でぐるぐる巻きにされているがこの加熱は煙突29の熱源33の熱を吸収する吸熱部32から熱伝導管34により加熱管35に熱が送られ反応チューブ31が加熱される水素発生装置15から出るO244は燃焼部45に導かれ、ここで燃焼して反応チューブ31を加熱し、加熱管35とO244による加熱45で反応チューブ31の温度が上り、反応を加速する。
前記加圧と加熱によりCO2とH2はCH4とH2Oになり、CH4は搬送管36により燃焼源23送られエネルギとなりエネルギを節減出来る。
H2O37は排出されるか純水装置14で純粋化されH2O29として再使用される。
図10も本発明実施例で、一般大気にあるなどのCO237を吸込管38で吸込み本発明CO2・H2装置39に送り込み、CH4とH2Oを生み、CH4は燃料装置13に送り込んでエネルギ化する。そのエネルギの一部h40で本発明
CO2・H2装置39を加熱圧縮してCO2・H2の反応を促進する。
ここで前記触媒と電極について少し説明する。は通常アモルファス合金から作った触媒を使用する。この触媒の入った筒に、二酸化炭素と水素の混合ガスを入れ、反応させるがこの水素は前記の如く純水からも取れるが海水からもとれ、この場合電気分解しても塩素を出さずに水素と酸素を出す電極は、資源の豊富なマンガンなどを原料とする電極がよい。海水の電気分解は、二つの電極の間に電気を流して行うが、酸素を出す電極の相手が必要な水素を作る電極である。水素を作るのには、白金の電極が一番電力を使わないことが知られるが、世界規模の二酸化炭素を処理するのに、資源が少なく高価な白金は使わずにアモルフォス・ニッケル合金で白金より高性能な電極ができる。
次に前記触媒についてもう少し詳しく説明すると、希土類金属を含む金属間化合物は、比較的温和な条件で、高速反応条件下でも高い転化率を示し、長時間、高い活性を維持できるので、二酸化炭素から効率よくメタンを製造することができる。
水素化触媒を使用して二酸化炭素を接触水素化する方法がある。例えば、主として鉄、コバルト、ニッケル等の遷移金属化合物を酸化物担体に担持してなる水素化触媒を使用する方法が知られている。
これらの水素化触媒は、一般に、高速反応条件下では、反応率が低く、また、
長時間高活性を維持することが困難であるという問題点がある。
触媒として勧められるものは活性を有する3−八面体型スメクタイト様合成多孔体からなるもの、および当該3−八面体型スメクタイト様合成多孔体を触媒とすると反応がよい。
LaNi5は、200℃という比較的温和な条件でも触媒作用を示す事が図11及び図12に示す如く確認されている。図11は二酸化炭素のメタン化反応における触媒活性の比較を示す図であり、図12は二酸化炭素のメタン化反応における流速変化を示す図である。
Si4−xAlxM2+ yO8−x/2+y−z/2(OH)2・nH2O(I)(式中xは、
0≦x≦0.8、yは2.2≦y≦3.0、zは、2.0≦z.4.5、
nは、不定比の関係を満たし、M2+は、Ni2+あるいはNi2+およびMg2+のいずれかの2価金属イオンを表す)で示される含水酸化物に、カオチン性有機化合物を添加し、100〜250℃で水熱処理し、空気中において100〜1000℃で焼成して得られる触媒、およびこの3−八面体型スメクタイト様合成多孔体を200〜600℃で水素還元処理した触媒は有効である。
二酸化炭素のメタン化反応で二酸化炭素からメタンを生成する活性を有する触媒は、Si4−xAlxM2+O8−x/2+y−z/2(OH)2・nH2O(I)(式中xは、0≦x≦0.8、yは2.2≦y≦3.0、zは2.0≦z.4.5、nは不定比の関係を満たし、M2+は、Ni2+あるいはNi2+およびMg2+のいずれかの2価金属イオンを表す)で示される含水酸化物に、カオチン性有機化合物を添加し、100〜250℃で水熱処理し、空気中において100〜1000℃で焼成して得られる、比表面積が250から1000m2/gであり、平均細孔径が20〜100Åであり、細孔容積が0.2〜1.5ml/gである3−八面体型スメクタイト様合成多孔体からなることを特徴とする触媒。触媒として用いて、二酸化炭素のメタン化反応で二酸化炭素からメタンを製造出来る。
希土類金属―ニッケル系の金属間化合物 二酸化炭素と水素とを温度200〜500℃で反応させる。図11に二酸化炭素のメタン化反応における触媒活性の比較を示す。
LaNi5は、200℃という比較的温和な条件でも触媒作用を示すことが確認されている。
LaNi5(60〜200メッシュ)1gを内径1cmのステンレス製反応管に充填しH2とCO2を200℃、3000ml/g−cat・hで供給し圧力を1〜5気圧に変化させた場合のメタン収率を図13に示す。この図13は、二酸化炭素のメタン化反応における加圧効果を示す図である。
触媒としてランタン−ニッケル系金属間化合物を用いた場合の二酸化炭素のメタン化反応は、比較的低温で反応が進行するという特徴があり、特に250〜400℃の範囲では反応温度の上昇に伴って転化率が向上する
1気圧でもメタン化反応は進行するが、圧力を高めることにより、メタンの反応収率が向上する。
希土類金属が二酸化炭素に対して親和性が高いこと、一方、希土類金属自体は水素に対する親和性が低いこと、そのため、二酸化炭素の接触水素化に対する活性が低いこと、しかし、希土類金属を水素に対して親和性が高い金属と組み合わせた金属間化合物が二酸化炭素の接触水素化において比較的温和な条件下でも高い活性を示し、高速反応下でも高い転化率を示すこと、及び、高い活性を長時間維持できる特性を結合した触媒がよい。
二酸化炭素が吸着、活性化されやすい希土類金属と、水素が吸着、活性化されやすい金属とを主成分とする金属間化合物を触媒にとするとよい。
希土類金属は、一般に希土類元素と総称される金属であり、具体的には、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジウム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムの17元素それぞれに相当する金属である。これらの希土類金属の単体を、他の金属と比較すると、一般に、二酸化炭素に対する親和性は高いが、水素に対する親和性は低い傾向がある。触媒としては、前記希土類金属の中でもセリウム族に属する5元素、即ち、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジウム又はサマリウムを含むものが好ましく、中でもランタンが好ましい。
触媒としては、希土類金属以外の金属として、鉄族元素、即ち、鉄、コバルト又はニッケルを含むものが好ましく、中でもニッケルを含むものが好ましい。
一般に、鉄族元素は、水素に対する親和性が高く、接触水素化反応の触媒の活性成分として広く使用されている。触媒として使用する二成分系の金属間化合物としては、例えばLaNi5、CeNi5、ThNi5、LaNi2、La3Ni, La7Ni3、La2Ni7、LaNi3を挙げることができ、中でも、LaNi5が優れている。
触媒を充填した反応装置に原料ガス(二酸化炭素および水素)を導入し、反応条件については、特に限定はないが、一般に反応温度を0〜600℃、好ましくは100〜500℃さらに好ましくは150〜400℃、反応圧力を1〜100気圧好ましくは5〜80気圧、更に好ましくは10〜60気圧とするのがよい。
反応温度250〜350℃、反応圧力5〜30気圧でも、有効な収率でメタンを製造できる
ガスの流通速度は、1000〜100000ml/g−cat・h好ましくは2000〜20000ml/g−cat・hとするのがよい。なお一般に、空間速度を高くし過ぎると、二酸化炭素の転化率が低下する傾向がある。
二酸化炭素と水素の使用割合は、特に限定はないが、二酸化炭素1モルに対して水素2〜8モル好ましくは3〜6モル特に好ましくは約4モルとするのがよい。
希土類金属を含む金属間化合物、たとえばランタン−ニッケル系の金属間化合物である。そして、ランタン−ニッケル系の金属間化合物は高い水素吸蔵能を有することが知られているが、二酸化炭素の水素化に高い活性を有することは知られていない。
比較的低温においても高い活性を有するのは、二酸化炭素がランタン等の希土類金属に、水素がニッケル等の希土類金属以外の金属に、それぞれ吸着・活性化されやすい(高い親和性を有する)ためでもあると考えられる。その結果、例えば、固定ガス流速を上げても二酸化炭素の転化率が高い。
金属間化合物は組成が安定しているため長時間活性を維持できるものと考えられる。高活性触媒を用いて二酸化炭素と水素から高速且つ選択的にメタンを製造する。
金属間化合物触媒について、40−200メッシュのものを充填し、加圧、加熱下にCO2とH2の混合ガスを導入してニッケル触媒(粉末)を用いた場合と、LaNi5及びLaNi4Crを用いた場合との活性の比較を図14に示す。
Ni粉末と比較してランタン−ニッケル系の金属間化合物では、メタン収率が著しく工場していることが明らかである。なお、LaNi5は、200℃という比較的温和な条件でも触媒作用を示すことが確認されている。
図12に二酸化炭素のメタン化反応における流速変化を示し、図14に二酸化炭素のメタン化反応における触媒活性の比較を示す。
加熱溶解により調整したLaNi5(60〜200メッシュ)1gを内径1cmのステンレス製反応管に充填し、原料ガス(H2/CO2=4)を50気圧、SV=3000ml/g−cat・hで供給した場合のメタン収率を実験した。生成物の分析はオンラインガスクロマトグラフにより行った。
反応ガス(H2/CO2=4)を200℃、SV=3000ml/g−cat・hで供給し、圧力を1〜50気圧に変化させた場合のメタン収率を図13に示す。図13は二酸化炭素のメタン化反応における加圧効果を示す図である。
本発明は上記のものであるから地球温暖化のCO2を消滅させ、CO2を燃料に変化させ燃料費を節減できる画期的な発明であり、本発明を地上、空中、月などの宇宙で単独で使用する場合は本発明に含まれる事は勿論、本発明装置を自動車、船などの輸送機械、ブルドーザなどの建設機械、ビル、工場などの建物、発電所その他に取付けた場合、前記輸送機械、建設機械、建物なども本発明に含まれるものである。また、本発明で微粒子を封じ込む事も本発明に含まれるものであるが、微小粒子をフィルタで除去又は他の方法で排除するなど微粒子の処置に関係ない場合でCO2を消滅する場合も本発明に含まれるものである。
また、前記実施例以外の変形実施も本発明に含まれるものである。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a known vehicle which generates gasoline 2 and air 3 in an engine 1 through a vaporizer 4 to generate CO 2 5, fine particulate matter and NO X from the engine. This is because C in petroleum is combined with O 2 in the air by fuel and becomes CO 2 . Many discharging fine particulate matter and NO X in the diesel engine.
FIG. 2 shows a principle diagram and an embodiment of the present invention. The CO 2 5 emitted from the engine is discharged by being applied with the pressure P of the piston 6 of the engine, but is mixed with hydrogen 8 at the joint 7 and sent to the pipe 9. The pipe 9 has a catalyst (described later) and is wound around the engine cylinder 10 to function as a reaction tube. The temperature is increased by the heat h of the engine and the pressure is increased by the pressure P of the piston 6. It becomes methane.
CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O
The discharged CH 4 and H 2 O is, CH 4 11 is mixed with gasoline 12 coming from the vaporizer 4 is sent to the engine, to explode as a fuel, press piston 6 turn the engine. The discharged H 2 O is discharged from the drain 37 in the reaction tube 9 or purified water through the pure device 14 and sent to the hydrogen generator 15 for reuse.
The solid polymer electrolyte membrane film 16 which is the core of the hydrogen generator 15 is disclosed in US Pat. 5,156,927
FILM ELECTRIC
GENERATION SYSTEM
SOLID proposed in
POLYELECTROLYTIC FILM
The chemical formula is as shown in FIG.
FIG. 4 shows the principle of electrolysis of pure water using this membrane. The solid polymer electrolyte membrane functions as an electrolyte. When electrode catalyst is bonded to both sides of the membrane, pure water is supplied to the anode side and energized, water decomposes in the electrode catalyst layer of the anode and oxygen gas is generated. At the same time, the generated H + ions are It moves through the molecular electrolyte membrane and generates electrons in the cathode electrode catalyst layer to generate hydrogen gas. 17 is an electrode plate, 23 is a power feeding body, and 24 is an electrode catalyst layer.
FIG. 5 is an example of a system flow of the hydrogen generator 15. An example of this is 15 in FIG. In FIG. 2, reference numeral 22 denotes a power source to the electrode 17.
H 2 8 discharged from 15 in FIG. 2 becomes CH 4 as described above and becomes fuel,
O 2 18 discharged from 15 is connected to a CH 4 discharge pipe 19 or sent to a pipe 42 from a carburetor and sent to an engine.
In any case, H 2 is combined with CO 2 to become CH 4 and becomes fuel, so the present invention eliminates CO 2 , reduces the amount of fuel used, lowers fuel costs, and improves fuel efficiency. I can do it.
The system flow of the hydrogen generator 15 in FIG. 5 mainly includes an electrolysis cell 46, a hydrogen separation tank 47, an oxygen separation tank 48, dehumidifiers 49 and 50, a pure water tank 51, a final filter 52, a non-regenerated polisher 53, It comprises a heat exchanger 54 and a DC power supply 55.
FIG. 6 shows an embodiment of the present invention based on FIG. 26 is a fuel such as gasoline, ethanol, and light oil. 27 is a carburetor. 28 is the air from the outside. 29 is pure water for generating hydrogen. The exhaust pressure from the engine is used, and a chemical reaction tube 9 of CH 4 and H 2 is wound around the engine 1 to absorb engine heat and raise the pressure and temperature of the reaction tube 9.
FIG. 7 is also an embodiment of the present invention, and a heat collector 28 for collecting engine heat h is provided below the reaction chamber 26 in order to raise the temperature of the reaction chamber 26.
In order to further increase the pressure by adding the pressure of the reaction chamber 26 according to the embodiment of the present invention to the pressure of the piston 6 in FIG. 2, the exhaust from the engine 1 is increased by the compressor 25 and the pressure in the chemical reaction chamber 26 is increased. There is a catalyst. Since the temperature is also raised, methane and water are produced and the water is flowed through the drain pipe 37, or purified by the dehydrator 14 and reused for hydrogen generation.
FIG. 8 shows an embodiment of the present invention in the case of a turbine engine, which is compressed and burned by the compressor 19 and the turbine blade 20 rotates, and this shaft rotates a generator and a propeller. CO 2 5 is also discharged from this turbine engine, but H 2 8 discharged from the hydrogen generator 15 is mixed with the CO 2 in a space sealed by a wall 21 provided on the output side of the turbine engine. The mixture enters the tube 9 pressurized by the turbine, in which there is a catalyst, which is the pressure P from the turbine and the heat h obtained by the tube 9 winding the turbine, 4H 2 + CO 2. By the reaction of = CH 4 + 2H 2 O, CH 4 comes out from the pipe 9 and is compressed by the compressor 19 and combusted together with the fuel to rotate the turbine 20. The H 2 O 42 falls into the drain 37 and is removed or passed through the pure water device 14 as pure water and reused in the hydrogen generator 15. H 2 O
If 42 is pure water, the pure water apparatus 14 is unnecessary, and H 2 O 42 is directly reduced to the hydrogen generator 15. O 2 18 exiting the hydrogen generator 15 is sent to the compressor 19 to help combustion and save fuel.
In addition, the said pure water apparatus has what uses an ion exchange resin membrane and a +-electrode and supplies electricity.
FIG. 9 shows an embodiment of the present invention when CO 2 5 generated from a chimney 30 such as a factory is removed.
The CO 2 5 generated from the chimney 30 is mixed with the hydrogen 8 generated from the hydrogen generator 15, pressurized by the compressor 25, and sent to the reaction tube 31. 43 is drive energy. The reaction tube 31 is wound around the heating tube 35, and this heating is performed by the heat conduction tube 34 through the heat absorbing portion 32 that absorbs the heat of the heat source 33 of the chimney 29, so that heat is sent to the heating tube 35. O 2 44 exiting from the hydrogen generator 15 heated is introduced into the combustion section 45 where it is burned to heat the reaction tube 31, and the temperature of the reaction tube 31 is increased by the heating tube 35 and the heating 45 by the O 2 44. Go up and accelerate the reaction.
By the pressurization and heating, CO 2 and H 2 become CH 4 and H 2 O, and CH 4 is sent to the combustion source 23 by the transfer pipe 36 to become energy and save energy.
H 2 O 37 is reused as H 2 O29 is pure of pure water device 14 or be discharged.
FIG. 10 also shows an embodiment of the present invention, in which CO 2 37, such as in the general atmosphere, is sucked through the suction pipe 38 and sent to the present CO 2 / H 2 device 39 to produce CH 4 and H 2 O, where CH 4 is a fuel device. 13 is sent to energy. The CO 2 · H 2 device 39 of the present invention is heated and compressed with a part of the energy h40 to promote the CO 2 · H 2 reaction.
Here, the catalyst and the electrode will be described briefly. Usually uses a catalyst made from an amorphous alloy. A mixture of carbon dioxide and hydrogen is put into the cylinder containing the catalyst and allowed to react, but this hydrogen can be taken from pure water as described above, but it is taken from seawater. The electrode for producing hydrogen and oxygen is preferably an electrode made of abundant resources such as manganese. The electrolysis of seawater is performed by supplying electricity between two electrodes, and the electrode that produces oxygen is the electrode that produces the necessary hydrogen. Platinum is known to use the least amount of power to make hydrogen, but platinum is an amorphous nickel alloy that uses less expensive and less expensive platinum to process global carbon dioxide. Higher performance electrodes can be made.
Next, the catalyst will be described in more detail. Intermetallic compounds containing rare earth metals exhibit a high conversion rate even under high-speed reaction conditions under relatively mild conditions, and can maintain high activity for a long time. Methane can be produced efficiently.
There is a method of catalytic hydrogenation of carbon dioxide using a hydrogenation catalyst. For example, a method using a hydrogenation catalyst in which a transition metal compound such as iron, cobalt, or nickel is supported on an oxide carrier is known.
These hydrogenation catalysts generally have a low reaction rate under fast reaction conditions,
There is a problem that it is difficult to maintain high activity for a long time.
What is recommended as a catalyst is good if the catalyst is composed of an active 3-octahedral smectite-like synthetic porous material and the 3-octahedral smectite-like synthetic porous material is used as a catalyst.
As shown in FIGS. 11 and 12, it has been confirmed that LaNi 5 exhibits a catalytic action even under a relatively mild condition of 200 ° C. FIG. 11 is a diagram showing a comparison of catalytic activity in the methanation reaction of carbon dioxide, and FIG. 12 is a diagram showing a change in flow rate in the methanation reaction of carbon dioxide.
Si 4-x Al x M 2+ y O 8-x / 2 + y-z / 2 (OH) 2 .nH 2 O (I) (wherein x is
0 ≦ x ≦ 0.8, y is 2.2 ≦ y ≦ 3.0, and z is 2.0 ≦ z. 4.5,
n is a non-stoichiometric relationship, and M2 + represents a hydrous oxide represented by Ni2 + or a divalent metal ion of Ni2 + and Mg2 +), and a chaotic organic compound is added at 100 to 250 ° C. A catalyst obtained by hydrothermal treatment and calcination in air at 100 to 1000 ° C., and a catalyst obtained by hydrogen reduction treatment of this 3-octahedral smectite-like synthetic porous body at 200 to 600 ° C. are effective.
A catalyst having an activity of generating methane from carbon dioxide by methanation reaction of carbon dioxide is Si 4-x Al x M 2+ O 8-x / 2 + yz / 2 (OH) 2 .nH 2 O (I) ( Where x is 0 ≦ x ≦ 0.8, y is 2.2 ≦ y ≦ 3.0, z is 2.0 ≦ z.4.5, n satisfies the non-stoichiometric relationship, M 2+ is A chaotic organic compound is added to a hydrous oxide represented by Ni 2+ or a divalent metal ion of Ni 2+ and Mg 2+ ), hydrothermally treated at 100 to 250 ° C., and 100 to 100 in air. 3-octahedral surface obtained by firing at 1000 ° C., having a specific surface area of 250 to 1000 m 2 / g, an average pore diameter of 20 to 100 mm, and a pore volume of 0.2 to 1.5 ml / g A catalyst comprising a body-shaped smectite-like synthetic porous material. It can be used as a catalyst to produce methane from carbon dioxide by carbon dioxide methanation.
Rare earth metal-nickel intermetallic compound Carbon dioxide and hydrogen are reacted at a temperature of 200 to 500 ° C. FIG. 11 shows a comparison of catalytic activity in the methanation reaction of carbon dioxide.
LaNi 5 has been confirmed to exhibit a catalytic action even under a relatively mild condition of 200 ° C.
When 1 g of LaNi 5 (60 to 200 mesh) is filled in a stainless steel reaction tube with an inner diameter of 1 cm, H 2 and CO 2 are supplied at 200 ° C. and 3000 ml / g-cat · h, and the pressure is changed to 1 to 5 atm. The methane yield of is shown in FIG. FIG. 13 is a diagram showing the pressurization effect in the methanation reaction of carbon dioxide.
The methanation reaction of carbon dioxide when using a lanthanum-nickel intermetallic compound as a catalyst is characterized in that the reaction proceeds at a relatively low temperature, and particularly in the range of 250 to 400 ° C., the reaction temperature increases. Although the methanation reaction proceeds even at 1 atm at which the conversion rate is improved, the reaction yield of methane is improved by increasing the pressure.
Rare earth metals have a high affinity for carbon dioxide, while rare earth metals themselves have a low affinity for hydrogen, and therefore have a low activity for catalytic hydrogenation of carbon dioxide, but rare earth metals have a low affinity for hydrogen. Intermetallic compounds in combination with metals with high affinity show high activity even under relatively mild conditions in catalytic hydrogenation of carbon dioxide, high conversion rate even under high-speed reaction, and high activity for a long time A catalyst that combines the characteristics that can be maintained is preferred.
It is preferable to use an intermetallic compound having as a main component a rare earth metal that is easily adsorbed and activated by carbon dioxide and a metal that is easily adsorbed and activated by hydrogen.
The rare earth metal is a metal generally called a rare earth element, specifically, scandium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, It is a metal corresponding to each of the 17 elements of ytterbium and lutetium. When these rare earth metals are compared with other metals, the affinity for carbon dioxide is generally high, but the affinity for hydrogen tends to be low. As the catalyst, a catalyst containing five elements belonging to the cerium group among the rare earth metals, that is, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium or samarium is preferable, and lanthanum is particularly preferable.
As the catalyst, a metal containing an iron group element, that is, iron, cobalt, or nickel is preferable as a metal other than the rare earth metal, and a catalyst containing nickel is particularly preferable.
In general, iron group elements have high affinity for hydrogen and are widely used as active components of catalysts for catalytic hydrogenation reactions. Examples of binary intermetallic compounds used as catalysts include LaNi 5 , CeNi 5 , ThNi 5 , LaNi 2 , La 3 Ni, La 7 Ni 3 , La 2 Ni 7 and LaNi 3. LaNi 5 is excellent.
The raw material gas (carbon dioxide and hydrogen) is introduced into the reactor filled with the catalyst, and the reaction conditions are not particularly limited, but the reaction temperature is generally 0 to 600 ° C., preferably 100 to 500 ° C., more preferably 150 to 500 ° C. The reaction pressure may be 400 ° C. and 1 to 100 atm, preferably 5 to 80 atm, and more preferably 10 to 60 atm.
Even if the reaction temperature is 250 to 350 ° C. and the reaction pressure is 5 to 30 atm, the flow rate of the gas capable of producing methane with an effective yield is 1000 to 100,000 ml / g-cat · h, preferably 2000 to 20000 ml / g-cat · h. It is good to do. In general, if the space velocity is too high, the conversion rate of carbon dioxide tends to decrease.
The use ratio of carbon dioxide and hydrogen is not particularly limited, but 2 to 8 moles, preferably 3 to 6 moles, and particularly preferably about 4 moles of hydrogen per mole of carbon dioxide.
An intermetallic compound containing a rare earth metal, for example, a lanthanum-nickel based intermetallic compound. Lanthanum-nickel intermetallic compounds are known to have a high hydrogen storage capacity, but are not known to have a high activity in hydrogenating carbon dioxide.
The reason why it has high activity even at relatively low temperatures is that carbon dioxide is easily adsorbed and activated by rare earth metals such as lanthanum, and hydrogen is adsorbed and activated by metals other than rare earth metals such as nickel (having high affinity). It is believed that there is. As a result, for example, even if the fixed gas flow rate is increased, the conversion rate of carbon dioxide is high.
It is considered that the intermetallic compound can maintain activity for a long time because the composition is stable. Methane is produced at high speed and selectively from carbon dioxide and hydrogen using a highly active catalyst.
About the intermetallic compound catalyst, a 40-200 mesh one is filled, a mixed gas of CO 2 and H 2 is introduced under pressure and heating, and a nickel catalyst (powder) is used, and LaNi 5 and LaNi 4 A comparison of the activity with the case of using Cr is shown in FIG.
Compared to Ni powder, it is clear that lanthanum-nickel intermetallic compounds have a significant methane yield. It has been confirmed that LaNi 5 exhibits a catalytic action even under a relatively mild condition of 200 ° C.
FIG. 12 shows a change in flow rate in the methanation reaction of carbon dioxide, and FIG. 14 shows a comparison of catalytic activity in the methanation reaction of carbon dioxide.
1 g of LaNi 5 (60 to 200 mesh) adjusted by heating and melting is filled in a stainless steel reaction tube having an inner diameter of 1 cm, and the raw material gas (H 2 / CO 2 = 4) is 50 atm, SV = 3000 ml / g-cat · h. The methane yield in the case of feeding in was experimented. Analysis of the product was performed by online gas chromatograph.
FIG. 13 shows the methane yield when the reaction gas (H 2 / CO 2 = 4) was supplied at 200 ° C. and SV = 3000 ml / g-cat · h and the pressure was changed to 1 to 50 atm. FIG. 13 is a view showing the pressurizing effect in the methanation reaction of carbon dioxide.
Since the present invention is as described above, it is an epoch-making invention that can eliminate CO 2 of global warming, change CO 2 into fuel, and save fuel costs. When used alone in the present invention, of course, it is included in the present invention. Transportation machines, construction machines, buildings, and the like are also included in the present invention. In addition, it is also included in the present invention to contain fine particles in the present invention, but CO 2 may be extinguished when it is not related to the treatment of fine particles, such as removing fine particles with a filter or excluding them by other methods. It is included in the present invention.
In addition, modified embodiments other than the above-described embodiments are also included in the present invention.
1 エンジン
2 ガソリン
3 空気
4 気化器
6 ピストン
7 ジョイント
8 水素
10 エンジンシリンダ
14 純粋化装置
15 水素発生装置
16 固体高分子電解質膜フィルム
17 電極板
19 コンプレッサ
20 タービングレード
21 壁
22 電源
24 電極触媒層
25 コンプレッサ
27 キャブレタ
30 煙突
31 反応チューブ
32 吸熱部
33 熱源
34 熱伝導管
35 加熱管
36 搬送管
37 ドレイン管
38 吸込管
46 電解セル
47 水素分離タンク
48 酸素分離タンク
49、50 除湿器
51 純水タンク
52 フィルター
53 非再生ポリシャー
54 熱交換器
55 直流電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Gasoline 3 Air 4 Vaporizer 6 Piston 7 Joint 8 Hydrogen 10 Engine cylinder 14 Purifier 15 Hydrogen generator 16 Solid polymer electrolyte membrane film 17 Electrode plate 19 Compressor 20 Turbine grade 21 Wall 22 Power supply 24 Electrode catalyst layer 25 Compressor 27 Carburetor 30 Chimney 31 Reaction tube 32 Heat absorption part 33 Heat source 34 Heat conduction tube 35 Heating tube 36 Transport tube 37 Drain tube 38 Suction tube 46 Electrolysis cell 47 Hydrogen separation tank 48 Oxygen separation tank 49, 50 Dehumidifier 51 Pure water tank 52 Filter 53 Non-recycling polisher 54 Heat exchanger 55 DC power supply
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