JP2020062618A - 炭化水素生成方法及び炭化水素生成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献2では、反応物質の種類により二酸化炭素分解後に生成する物質の種類は異なるものの、特許文献1と同様に有価物ではなく、一酸化炭素や炭素そのものである。特に、一酸化炭素は有毒な物質であり、その後の取り扱いが難しいという問題がある。
[第1の実施形態]
(炭化水素生成方法)
まず、本発明の第1の実施形態に係る炭化水素生成方法について詳細に説明する。
上記固体間接触は、金属体と硬質体との間の接触である。
金属体とは金属を含むものであり、該金属の主な役割は、水素源を還元することによる水素の抽出、さらには二酸化炭素の金属炭酸塩化、金属炭酸塩への水素付加による炭化水素類への変換を促進することである。
よって、硬質体の形状、材質は、金属体表面に機械エネルギーを加えることができるものであればいかなるものも使用可能である。
(1)金属が水素源を還元することによる水素の抽出
(2)二酸化炭素の金属炭酸塩化
(3)金属炭酸塩への水素付加による炭化水素類への変換
またこれら三つの反応には全て金属体が関与する。よって、金属体への機械エネルギー付与が必須である。
(炭化水素生成装置)
次に、本発明の第2の実施形態に係る炭化水素生成装置について詳細に説明する。
図1は硬質体2で作られた空間内に金属体1を入れ、空間ごと振動を与えることで、内部の金属体1も運動させ、硬質体2との接触、非接触繰り返すことで機械エネルギーを与える例である。
図2は円筒状の硬質体2の中に金属体1を入れ回転させることで、金属体1と硬質体2とを接触させる構成の例である。硬質体2を回転させることで、金属体1が遠心力や摩擦力、重力のバランスの中で接触、非接触を繰り返しながら移動する。特に重力により落下する際に強い衝撃を与えることが可能である。
尚、図1や図2の構成では、硬質体2が反応容器の役割を兼ねることも可能である。
図6(c)は硬質体2の突起物構造と金属体1の平面を接触させながら回転させることで金属体1と硬質体2とを構成の例である。
図6(b)は金属体1の突起物構造と硬質体2の平面を接触させながら横方向に往復振動させることで金属体1と硬質体2とを構成の例である。
図6(d)は硬質体2の突起物構造と金属体1の平面を接触させながら回転させることで金属体1と硬質体2とを構成の例である。
尚、硬質体2は金属体1であってもよく、反応容器内壁面そのものが硬質体2、もしくは金属体1であっても構わない。
まずは、硬質体、金属体にステンレス鋼を用いボールミリング法により金属体に機械エネルギーを加えて二酸化炭素から炭化水素類を生成する例で説明する。
ボールミリング法は容器の中にボールを入れ、外力によって容器を運動させることにより内部に機械エネルギーを与える方法であり、本方法にも好適である。
(式1) 二酸化炭素消費率(%)=(CO2充填量−CO2回収量)/CO2充填量×100
(式2) 二酸化炭素分解率(%)=CH4充填量/CO2充填量×100
尚、二酸化炭素分解率が100%を超える場合があるのは、測定誤差や若干の不純物の混入によるものであり、本発明の効果を損なうものではない。
本実験例は、実験例1と同様に硬質体、金属体にステンレス鋼を、水素源に水を用いボールミリング法により金属体に機械エネルギーを加えて二酸化炭素から炭化水素類を生成する例である。ただし、水の代わりに同位体の重水(D2O)、二酸化炭素(12CO2)の代わりに同位体の13CO2を用いた。
本実験例は、実験例1と同様に硬質体、金属体にステンレス鋼を、水素源に水を用いボールミリング法により金属体に機械エネルギーを加えて二酸化炭素から炭化水素類を生成する例である。反応時間ごとの金属体の化学状態を分析し、中間状態を特定した。
本実験例は、実験例1と同様に硬質体、金属体にステンレス鋼、水素源に水を用いボールミリング法により金属体に機械エネルギーを加えて二酸化炭素から炭化水素類を生成する例である。特には、反応条件(回転数、処理時間)により機械エネルギー量を制御し、二酸化炭素消費率、二酸化炭素分解率を制御する例である。
本実験例は、実験例1と同様に硬質体、金属体にステンレス鋼を、水素源に水を用いボールミリング法により金属体に機械エネルギーを加えて二酸化炭素から炭化水素類を生成する例である。特には、反応条件(金属体の量)により機械エネルギー量を制御し、二酸化炭素消費率、二酸化炭素分解率を制御する例である。
本実験例は、硬質体に反応性の低い金属酸化物である酸化ジルコニウムを用い、金属体には種々の金属の粉末を用いて、ボールミリング法により金属体に機械エネルギーを加えて二酸化炭素から炭化水素類を生成する例である。合金と単一金属の反応性を比較する。
図7は本実施例における炭化水素生成装置を示す模式図である。図7に示す炭化水素生成装置において、反応容器3内に金属体導入手段7から金属体1を導入し、反応容器内壁に硬質金属を採用することで硬質体2とした。
図8は本実施例における炭化水素生成装置を示す模式図である。図8に示す炭化水素生成装置においては、反応容器3内に金属体導入手段7から円筒状の金属体1と硬質体2を導入した。これら金属体1と硬質体2は駆動手段12により接触状態を維持する位置関係に維持されながら回転される。
反応容器3にはさらに、ガス導入手段4、水素源導入手段5、ガス排出手段6が設置されている。
さらに、本実施例に係る炭化水素生成装置には、金属体排出手段8が設置されている。
2 硬質体
3 反応容器
4 ガス導入手段
5 水素源導入手段
6 ガス排出手段
7 金属体導入手段
8 金属体排出手段
12 駆動手段
13 検知手段
Claims (10)
- 二酸化炭素から炭化水素を生成する方法において、二酸化炭素を含むガスと水素源の存在下、ステンレス鋼を含む金属体に固体間接触によって単位面積当たりの接触圧力が30kPa以上となる機械エネルギーを加え、二酸化炭素に水素を付加して炭化水素を生成することを特徴とする炭化水素生成方法。
- 前記水素源が水であることを特徴とする請求項1に記載の炭化水素生成方法。
- 前記機械エネルギー量を制御することにより、生成する炭化水素の生成量もしくは生成効率を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の炭化水素生成方法。
- 二酸化炭素もしくは前記炭化水素の量もしくは濃度を検知し、フィードバックして、前記二酸化炭素を含むガスの量と前記機械エネルギー量のいずれか一つ以上を制御することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の炭化水素生成方法。
- 前記二酸化炭素への水素の付加が、二酸化炭素を金属体表面で金属炭酸塩化し、水素の存在下で金属体に機械エネルギーを加え、前記炭酸塩に水素を付加することによってなされることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の炭化水素生成方法。
- 二酸化炭素から炭化水素を生成する装置であって、
二酸化炭素を含むガスと水素源の存在下、固体間接触により金属体に機械エネルギーを与える反応容器と、
前記反応容器に二酸化炭素を含むガスを導入するガス導入手段と、
前記反応容器に水素源を導入する水素源導入手段と、
前記反応容器で生成した炭化水素を含むガスを排出するガス排出手段と、を備え、
前記反応容器内で二酸化炭素に水素を付加して炭化水素を生成する
ことを特徴とする炭化水素生成装置。 - 前記反応容器に、金属体導入手段、金属体排出手段のいずれか一つ以上が備えられていることを特徴とする請求項6に記載の炭化水素生成装置。
- 前記反応容器、もしくはガス排出手段に、二酸化炭素もしくは生成した炭化水素の量もしくは濃度を検知する検知手段が備えられていることを特徴とする請求項6又は7に記載の炭化水素生成装置。
- 前記検知手段の検知結果をフィードバックし、反応容器への二酸化炭素を含むガスの導入量と前記機械エネルギー量のいずれか一つ以上を制御する制御手段が備えられていることを特徴とする請求項8に記載の炭化水素生成装置。
- さらに、生成された炭化水素を用いて前記金属体に与える機械エネルギーを供給する供給手段を有することを特徴とする請求項6ないし9のいずれか1項に記載の炭化水素生成装置。
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