JP6011014B2 - Carbon dioxide gas decomposition apparatus and decomposition method - Google Patents

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Description

本発明は、二酸化炭素ガス(COガス)を還元して固体炭素と酸素ガス(Oガス)に効率的に分解する装置及び方法に関するものである。 The present invention relates to an apparatus and method for efficiently decomposing carbon dioxide gas (CO 2 gas) into solid carbon and oxygen gas (O 2 gas).

COガスの増加による地球温暖化が国際的な問題として大きく取り上げられており、その排出量を削減することが全世界的な課題となっている。そのため、様々な設備から発生するガスからCOガスを分離回収するための技術開発が行われているが、回収したCOガスをどのように利用するかについては、有効な提案がなされていないのが現状である。 Global warming due to an increase in CO 2 gas has been widely taken up as an international problem, and reducing the amount of emissions has become a global issue. For this reason, technical development for separating and recovering CO 2 gas from gas generated from various facilities has been carried out, but no effective proposal has been made as to how to use the recovered CO 2 gas. is the current situation.

即ち、これまで、回収したCOガスを地中に埋める技術、いわゆるCCS(Carbon dioxide Capture and Storage)が欧州や米国、日本などを中心に盛んに研究されている。しかし、この技術は、COガスを地中に埋めた後の安全性の観点から、特に地震国である日本においては、社会的な合意が得られにくいだけでなく、財団法人地球環境産業技術研究機構(RITE)の試算によれば、近海を含む日本付近でのCOの埋設可能量を排出量で除した値、すなわち寿命は、わずか50年〜100年程度であるとされている。したがって、少なくとも日本においては、CCSはCOガス排出削減のための抜本的な解決策にはなりにくいと考えられる。 That is, so far, a technique for filling the collected CO 2 gas into the ground, so-called CCS (Carbon Dioxide Capture and Storage), has been actively researched mainly in Europe, the United States, Japan and the like. However, this technology is not only difficult to obtain social consensus, especially in Japan, which is an earthquake country, from the viewpoint of safety after CO 2 gas is buried in the ground. According to a trial calculation by the Research Organization (RITE), the value obtained by dividing the CO 2 embeddable amount in the vicinity of Japan including the near sea by the emission amount, that is, the lifetime is only about 50 to 100 years. Therefore, at least in Japan, CCS is unlikely to be a fundamental solution for reducing CO 2 gas emissions.

ところで、統計によれば、日本のCOガス排出量は、発電に伴うものが約30%、鉄鋼生産に伴うものが10%であり、その他は、運輸部門、民生部門が大きな割合を占めている。このうち、発電所では、石炭、石油、天然ガスの化学エネルギーを、それら化石燃料の完全酸化によって電力エネルギーに変換するため、化石燃料に含まれる炭素が酸化され、化石燃料の使用量に応じたCOガスが必然的に排出されることになる。
しかし、このような化石燃料による発電は、長期的には太陽光発電、風力発電、潮力発電などのいわゆるソフト・エネルギーの利用、バイオマス発電、原子力発電の普及により、徐々に減少するものと予想される。
By the way, according to statistics, Japan's CO 2 gas emissions are about 30% due to power generation and 10% due to steel production. Yes. Of these, at the power plant, the chemical energy of coal, oil, and natural gas is converted into electric energy by complete oxidation of these fossil fuels, so the carbon contained in the fossil fuel is oxidized and the amount of fossil fuel used is determined. CO 2 gas is inevitably discharged.
However, such fossil fuel power generation is expected to gradually decrease in the long term due to the use of so-called soft energy such as solar power generation, wind power generation, tidal power generation, and the spread of biomass power generation and nuclear power generation. Is done.

一方、製鉄所における鉄鋼生産においては、種々のプロセスにおいてCOガスが発生するが、最大の発生源は高炉プロセスである。この高炉プロセスにおけるCOガスの発生は、酸化鉄である鉄鉱石を還元材の炭素により還元し、鉄鉱石中の酸素を除去することに起因する。 On the other hand, in steel production at steelworks, CO 2 gas is generated in various processes, but the largest source is the blast furnace process. The generation of CO 2 gas in this blast furnace process results from the reduction of oxygen in the iron ore by reducing iron ore, which is iron oxide, with the reducing material carbon.

高炉プロセスでは、高炉下部から1000℃以上の熱風を送風し、コークスを燃焼させ、鉄鉱石の還元や溶解に必要な熱を供給するとともに、還元ガス(COガス)を生成させ、この還元ガスで鉄鉱石を還元し、溶銑を得る。そのため、鉄鋼生産においてもCOガスが発生することとなる。 In the blast furnace process, hot air of 1000 ° C or higher is blown from the lower part of the blast furnace, the coke is burned, the heat necessary for the reduction or melting of iron ore is supplied, and the reducing gas (CO gas) is generated. Reduce iron ore to obtain hot metal. For this reason, CO 2 gas is also generated in steel production.

発明者らは、これまでCOガスを還元して固体炭素とOガスに分解する方法について提案してきた。例えば、非特許文献1には、COガスを電圧が印加された溶融塩中に通過させ、COガスを還元して固体炭素とOガスに分解する技術について記載されている。 The inventors have so far proposed a method of reducing CO 2 gas to decompose it into solid carbon and O 2 gas. For example, Non-Patent Document 1, is passed through a CO 2 gas in the molten salt to which a voltage is applied, by reducing CO 2 gas as described for decomposing techniques to solid carbon and O 2 gas.

第42回溶融塩化学討論会 講演要旨集(2010) P15−16 発表番号1A0842nd Molten Salt Chemistry Conference Abstracts (2010) P15-16 Presentation No. 1A08

しかしながら、例えば、製鉄所で発生するCOガスを分解する場合には、その処理量は膨大であり、非特許文献1に記載された技術よりもCOガスの分解処理量を増加させることが必要である。そのためには、COガスの分解効率を向上させることが課題となる。
そこで本発明の目的は、COガスを固体炭素とOガスとに効率的に分解する装置及び方法を提案することにある。
However, for example, in the case of decomposing CO 2 gas generated in an ironworks, the processing amount is enormous, and the CO 2 gas decomposition processing amount can be increased compared to the technique described in Non-Patent Document 1. is necessary. For this purpose, to improve the decomposition efficiency of the CO 2 gas becomes a problem.
Therefore, an object of the present invention is to propose an apparatus and method for efficiently decomposing CO 2 gas into solid carbon and O 2 gas.

発明者らは、上記課題を解決するための方途について鋭意検討した。後述するように、非特許文献1に記載された技術においては、電圧が印加された溶融塩中にCOガスを通過させ、電気分解により発生したアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の原子によりCOガスが還元されて固体炭素とOガスに分解される。発明者らは、この反応においてCOガスの分解効率を向上させる方途を鋭意検討した結果、COガスと溶融塩との接触面積を増やすこと、及びCOガスと溶融塩との接触時間を長くすることによりCOガスの分解効率が向上することを見出し、そのためには、COガスを含む原料ガスの気泡を発生させる複数の吹き込み孔を有する原料ガス導入管を用意し、電極を気泡の発生域の上方に配置した下で、原料ガス導入管により原料ガスを溶融塩中に供給することが有効であることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The inventors diligently studied ways to solve the above problems. As described below, in the technique described in Non-Patent Document 1, CO 2 was passed through the CO 2 gas in the molten salt to which a voltage is applied, the alkali metal or alkaline earth metal atoms generated by electrolysis The gas is reduced and decomposed into solid carbon and O 2 gas. We, As a result of intensive studies of ways of improving the decomposition efficiency of the CO 2 gas in this reaction, to increase the contact area between the CO 2 gas and the molten salt, and a CO 2 gas contact time with the molten salt It is found that the decomposition efficiency of CO 2 gas is improved by increasing the length, and for that purpose, a source gas introduction pipe having a plurality of blowing holes for generating bubbles of the source gas containing CO 2 gas is prepared, and the electrode is made into a bubble. It has been found that it is effective to supply the raw material gas into the molten salt through the raw material gas introduction pipe under the arrangement above the generation region of the above, and the present invention has been completed.

即ち、本発明の要旨構成は以下の通りである。
(1)原料ガスに含まれる二酸化炭素ガスを、電圧を印加した溶融塩に通過させて該溶融塩中の二酸化炭素ガスを固体炭素と酸素ガスに分解する二酸化炭素ガス分解装置であって、前記溶融塩を収容する電解槽と、陽極電極と陰極電極とからなり、前記溶融塩に電圧を印加する一対の電極と、前記原料ガスを前記溶融塩中に導入する原料ガス導入管であって、該原料ガス導入管の表面に前記原料ガスの気泡を発生させる複数の吹き込み孔を有する原料ガス導入管とを備え、前記一対の電極は前記気泡の発生域の上方に配置されており、前記陽極電極の数は前記陰極電極の数よりも多いことを特徴とする二酸化炭素ガスの分解装置。
That is, the gist configuration of the present invention is as follows.
(1) A carbon dioxide gas decomposing apparatus that causes carbon dioxide gas contained in a raw material gas to pass through a molten salt to which a voltage is applied to decompose the carbon dioxide gas in the molten salt into solid carbon and oxygen gas, An electrolytic cell containing a molten salt, an anode electrode and a cathode electrode, a pair of electrodes for applying a voltage to the molten salt, and a source gas introduction pipe for introducing the source gas into the molten salt, A source gas introduction pipe having a plurality of blowing holes for generating bubbles of the source gas on the surface of the source gas introduction pipe, and the pair of electrodes are disposed above the bubble generation area, and the anode An apparatus for decomposing carbon dioxide gas, wherein the number of electrodes is larger than the number of the cathode electrodes .

(2)前記吹き込み孔は、前記陰極電極の下方に配置されている、前記(1)に記載の二酸化炭素ガスの分解装置。 (2) The carbon dioxide gas decomposition apparatus according to (1), wherein the blowing hole is disposed below the cathode electrode.

(3)前記陽極電極及び前記陰極電極は板状である、前記(1)または(2)に記載の二酸化炭素ガスの分解装置。 (3) The carbon dioxide gas decomposition apparatus according to (1) or (2), wherein the anode electrode and the cathode electrode are plate-shaped.

(4)前記原料ガスは還元炉からの排気ガスである、前記(1)〜(3)のいずれか一項に記載の二酸化炭素ガス分解装置。 (4) the raw material gas is an exhaust gas from the reduction furnace, wherein (1) to the device for decomposing carbon dioxide gas according to any one of (3).

(5)前記原料ガスは酸化炉からの排気ガスである、前記(1)〜(3)のいずれか一項に記載の二酸化炭素ガス分解装置。 (5) The raw material gas is an exhaust gas from the oxidation furnace, wherein (1) to the device for decomposing carbon dioxide gas according to any one of (3).

(6)原料ガスに含まれる二酸化炭素ガスを、陽極電極と陰極電極とからなる一対の電極により電圧が印加された溶融塩中に通過させて該溶融塩中の二酸化炭素ガスを固体炭素と酸素ガスに分解するに当たり、前記二酸化炭素ガスの前記溶融塩中への通過は、前記一対の電極の下方において前記原料ガスの気泡を発生させることにより行い、前記陽極電極の数を前記陰極電極の数よりも多くすることを特徴とする二酸化炭素ガスの分解方法。 (6) The carbon dioxide gas contained in the source gas is passed through a molten salt to which a voltage is applied by a pair of electrodes consisting of an anode electrode and a cathode electrode, and the carbon dioxide gas in the molten salt is solid carbon and oxygen Upon decomposed into gas, the passage into the molten salt of the carbon dioxide gas, have rows by generating a bubble of the raw material gas at the lower of the pair of electrodes, the number of the anode electrode of the cathode electrode A method for decomposing carbon dioxide gas characterized in that the number is larger than the number .

(7)前記気泡の発生は、前記原料ガスを前記溶融塩に導入する原料ガス導入管であって、該原料ガス導入管の表面に前記原料ガスの気泡を発生させる複数の吹き込み孔を有する原料ガス導入管を用いて行う、前記(6)に記載の二酸化炭素ガスの分解方法。 (7) The generation of the bubbles is a raw material gas introduction pipe for introducing the raw material gas into the molten salt, and a raw material having a plurality of blowing holes for generating the raw material gas bubbles on the surface of the raw material gas introduction pipe The method for decomposing carbon dioxide gas according to (6), which is performed using a gas introduction pipe.

(8)前記気泡の発生は、該発生した気泡の全てが前記一対の電極間を通過するように行う、前記(6)または(7)に記載の二酸化炭素ガスの分解方法。 (8) The method for decomposing carbon dioxide gas according to (6) or (7), wherein the generation of the bubbles is performed such that all of the generated bubbles pass between the pair of electrodes.

(9)前記原料ガスとして還元炉からの排気ガスを供給する、前記(6)〜(8)のいずれか一項に記載の二酸化炭素ガスの分解方法。 (9) The carbon dioxide gas decomposition method according to any one of (6) to (8), wherein exhaust gas from a reduction furnace is supplied as the source gas.

(10)前記原料ガスとして酸化炉からの排気ガスを供給する、前記(6)〜(8)のい
ずれか一項に記載の二酸化炭素ガスの分解方法。
(11)前記陽極電極は、ジルコニアを含む一端閉管の固体電解質を備える、前記(1)〜(5)のいずれか一項に記載の二酸化炭素ガスの分解装置。
(12)前記陽極電極は、ジルコニアを含む一端閉管の固体電解質を備える、前記(6)〜(10)のいずれか一項に記載の二酸化炭素ガスの分解方法。
(10) The method for decomposing carbon dioxide gas according to any one of (6) to (8), wherein exhaust gas from an oxidation furnace is supplied as the source gas.
(11) The carbon dioxide gas decomposition apparatus according to any one of (1) to (5), wherein the anode electrode includes a solid electrolyte having a closed end including zirconia.
(12) The said carbon dioxide gas decomposition | disassembly method as described in any one of said (6)-(10) provided with the solid electrolyte of the one end closed tube containing a zirconia.

本発明のCOガスの分解装置によれば、溶融塩中に原料ガスの気泡を発生させる複数の吹き込み孔を有する原料ガス供給管を備え、一対の電極が気泡の発生域の上方に配置された下で原料ガスが溶融塩中に供給されるため、COガスと電極との接触面積が増大し、原料ガスに含まれるCOガスを固体炭素とOガスに効率的に分解することができる。
また、本発明のCOガスの分解方法によれば、一対の電極の下方において原料ガスの気泡を発生させて溶融塩中に供給されるため、COガスと電極との接触面積が増大し、原料ガスに含まれるCOガスを固体炭素とOガスに効率的に分解することができる。
According to the CO 2 gas decomposition apparatus of the present invention, the apparatus includes a source gas supply pipe having a plurality of blowing holes for generating bubbles of the source gas in the molten salt, and the pair of electrodes are arranged above the bubble generation region. Since the source gas is supplied into the molten salt, the contact area between the CO 2 gas and the electrode is increased, and the CO 2 gas contained in the source gas is efficiently decomposed into solid carbon and O 2 gas. Can do.
In addition, according to the method for decomposing CO 2 gas of the present invention, since the gas bubbles of the source gas are generated below the pair of electrodes and supplied into the molten salt, the contact area between the CO 2 gas and the electrode increases. The CO 2 gas contained in the source gas can be efficiently decomposed into solid carbon and O 2 gas.

COガスを固体炭素と酸素ガスとに分解する原理を説明する図である。The CO 2 gas is a diagram illustrating the decomposed principles and solid carbon and oxygen gas. 本発明のCOガスの分解装置の一例を示す図である。It is a diagram illustrating an example of a device for decomposing the CO 2 gas of the present invention.

(COガスの分解の原理)
本発明を説明する前に、COガスを電圧が印加された溶融塩中に通過させて固体炭素とOガスに分解する原理について説明する。図1は、非特許文献1に記載された技術に用いられている、COガスを固体炭素と酸素ガスとに分解する原理を説明する図である。この図におけるCOガスの分解装置100は、溶融塩を収容する電解槽11と、陽極電極12aと管状の陰極電極12bとからなる一対の電極12とを備える。
(Principle of CO 2 gas decomposition)
Before describing the present invention, the principle of allowing CO 2 gas to pass through a molten salt to which voltage has been applied and decomposing it into solid carbon and O 2 gas will be described. FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of decomposing CO 2 gas into solid carbon and oxygen gas used in the technique described in Non-Patent Document 1. The CO 2 gas decomposition apparatus 100 in this figure includes an electrolytic cell 11 that contains a molten salt, and a pair of electrodes 12 including an anode electrode 12a and a tubular cathode electrode 12b.

この装置100を用いたCOガスの分解処理は以下のように行われる。すなわち、まず、溶融塩の材料を電解槽11に投入し、ヒーター(図示せず)により溶融塩材料を加熱して溶融塩とする。次いで、この溶融塩中にCOガスを通過させる。その後、陽極電極12aと陰極電極12bとの間に所定の電圧を印加することにより、溶融塩中に通過させたCOガスが還元されて固体炭素とOガスに分解される。 The decomposition process of CO 2 gas using this apparatus 100 is performed as follows. That is, first, a molten salt material is put into the electrolytic cell 11, and the molten salt material is heated to a molten salt by a heater (not shown). Next, CO 2 gas is passed through the molten salt. Thereafter, by applying a predetermined voltage between the anode electrode 12a and the cathode electrode 12b, the CO 2 gas passed through the molten salt is reduced and decomposed into solid carbon and O 2 gas.

ここで、溶融塩としてCaO及びCaClの混合物を用いた場合を例に、COガスの分解の原理を詳細に説明する。まず、電解槽11に投入されたCaO及びCaClを液相線温度(例えば780℃)まで加熱すると、CaO及びCaClが溶融されて溶融塩が得られる。ここで、溶融塩を構成するCaOの大部分はCa2+及びO2−となる。
CaO →Ca2++O2− (1)
また、CaClは分子として存在するほか、Ca2+及びClとして存在する。
次いで、ZrO系固体電解質からなる陽極電極12aと、金属板、例えばSUS304や316ステンレス鋼からなる管状の陰極電極12bとの間にCaOの分解電圧以上、CaClの分解電圧以下の電圧を印加すると、Ca2+イオンは、陰極電極12bにおいて電子を受け取ってCa原子となる。
Ca2++2e→ Ca (2)
Here, the principle of the decomposition of CO 2 gas will be described in detail by taking as an example the case of using a mixture of CaO and CaCl 2 as the molten salt. First, when CaO and CaCl 2 charged into the electrolytic cell 11 are heated to a liquidus temperature (for example, 780 ° C.), CaO and CaCl 2 are melted to obtain a molten salt. Here, most of CaO which comprises molten salt turns into Ca <2+> and O <2- > .
CaO → Ca 2+ + O 2− (1)
CaCl 2 exists as a molecule, and also exists as Ca 2+ and Cl .
Next, a voltage not less than the decomposition voltage of CaO and not more than the decomposition voltage of CaCl 2 is applied between the anode electrode 12a made of a ZrO 2 -based solid electrolyte and the tubular cathode electrode 12b made of a metal plate, for example, SUS304 or 316 stainless steel. Then, the Ca 2+ ions receive electrons at the cathode electrode 12b and become Ca atoms.
Ca 2+ + 2e → Ca (2)

アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、空気中ではただちに酸化されてしまうため、酸化物として存在するが、Ca2+イオンは、上記電気分解により電子を受け取り、溶融塩中では原子として存在する。こうして生成されたCa原子は非常に高い還元能力を有しているため、溶融塩を通過したCOガスを還元する結果、固体炭素が生成されるのである。
2Ca+CO→ C+2CaO (3)
Alkali metals and alkaline earth metals are immediately oxidized in the air, and therefore exist as oxides. However, the Ca 2+ ions receive electrons by the electrolysis and exist as atoms in the molten salt. Since the generated Ca atoms have a very high reducing ability, solid carbon is generated as a result of reducing the CO 2 gas that has passed through the molten salt.
2Ca + CO 2 → C + 2CaO (3)

ここで、副生成物としてCaOが生成されるが、陽極電極12aと陰極電極12bとの間には、CaOの分解電圧以上の電圧が印加されているため、このCaOは電気分解されて、Ca2+及びO2−となる。こうして、陰極電極12bにおいては、電気分解により生成されたCa原子がCOガスを還元して固体炭素が生成される。 Here, CaO is generated as a by-product. Since a voltage equal to or higher than the decomposition voltage of CaO is applied between the anode electrode 12a and the cathode electrode 12b, the CaO is electrolyzed to form CaO. 2+ and O 2− . Thus, in the cathode electrode 12b, Ca atoms generated by electrolysis reduce CO 2 gas to produce solid carbon.

一方、陽極電極12aにおいては、O2−イオンから電子が取り除かれて酸素ガスが発生する。
2O2− → O+4e (4)
On the other hand, in the anode electrode 12a, electrons are removed from the O 2− ions to generate oxygen gas.
2O 2− → O 2 + 4e (4)

以上の反応により、溶融塩中に導入されたCOガスが還元され、陽極電極12aにおいてはOガスが発生し、陰極電極12bにおいては固体炭素が生成される。本発明のCOガスの分解装置及び分解方法も、上述の原理を利用したものであり、分解反応の効率を向上させるものである。以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。 By the above reaction, the CO 2 gas introduced into the molten salt is reduced, O 2 gas is generated at the anode electrode 12a, and solid carbon is generated at the cathode electrode 12b. The CO 2 gas decomposition apparatus and decomposition method of the present invention also utilize the above-described principle and improve the efficiency of the decomposition reaction. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(COガスの分解装置)
まず、本発明のCOガスの分解装置について説明する。図2は、本発明のCOガスの分解装置の一例を示す図である。このCOガスの分解装置1は、原料ガスに含まれるCOガスを、電圧を印加した溶融塩に通過させて該溶融塩中のCOガスを固体炭素とOガスに分解するCOガス分解装置であって、溶融塩を収容する電解槽21と、陽極電極22aと陰極電極22bとからなり、溶融塩に電圧を印加する一対の電極22と、原料ガスを溶融塩中に導入する原料ガス導入管23であって、該原料ガス導入管23の表面に原料ガスの気泡を発生させる複数の吹き込み孔23aを有する原料ガス導入管23とを備える。ここで、一対の電極22は気泡の発生域の上方に配置されていることが肝要である。図2に示した装置1においては、1つの電解槽21に対して4対の電極22を有する構成となっているが、これに限定されない。
(CO 2 gas decomposition equipment)
First, the CO 2 gas decomposition apparatus of the present invention will be described. FIG. 2 is a diagram showing an example of the CO 2 gas decomposition apparatus of the present invention. Decomposing apparatus of the CO 2 gas 1, the CO 2 gas contained in the raw material gas, is passed through a molten salt of applying a voltage degrades the CO 2 gas in the molten salt to solid carbon and O 2 gas CO 2 A gas decomposing apparatus comprising an electrolytic cell 21 containing molten salt, an anode electrode 22a and a cathode electrode 22b, a pair of electrodes 22 for applying a voltage to the molten salt, and introducing a raw material gas into the molten salt. The raw material gas introduction pipe 23 is provided with a raw material gas introduction pipe 23 having a plurality of blowing holes 23 a that generate bubbles of the raw material gas on the surface of the raw material gas introduction pipe 23. Here, it is important that the pair of electrodes 22 is disposed above the bubble generation region. In the apparatus 1 shown in FIG. 2, although it has the structure which has four pairs of electrodes 22 with respect to one electrolytic cell 21, it is not limited to this.

上述のように、発明者らは、COガスと溶融塩との接触面積を増やすこと、及びCOガスと溶融塩との接触時間を長くすることによりCOガスの分解効率が向上するとの知見の下、溶融塩中に原料ガスの気泡を発生させる複数の吹き込み孔を有する原料ガス供給管を用意し、一対の電極が気泡の発生域の上方に配置した下で、原料ガスを溶融塩中に供給することが有効であることを見出したのである。以下、本発明のCOガスの分解装置の各構成について説明する。 As described above, the inventors say that the decomposition efficiency of CO 2 gas is improved by increasing the contact area between the CO 2 gas and the molten salt and increasing the contact time between the CO 2 gas and the molten salt. Under knowledge, a raw material gas supply pipe having a plurality of blowing holes for generating raw material gas bubbles in the molten salt is prepared, and the raw material gas is melted under a pair of electrodes arranged above the bubble generation region. It has been found that supplying inside is effective. The following describes each component of the decomposition apparatus of the CO 2 gas of the present invention.

電解槽21は、溶融塩を収容する容器であり、電解槽21としては、マグネシアやアルミナを主体とした耐火物を用いることができる。耐久性が高いことから、緻密質マグネシアを用いることが好ましい。   The electrolytic cell 21 is a container for containing a molten salt, and a refractory mainly composed of magnesia or alumina can be used as the electrolytic cell 21. It is preferable to use dense magnesia because of its high durability.

一対の電極22は、陽極電極22a及び陰極電極22bからなり、これらの電極間に電圧を印加することにより、電解槽21に収容された溶融塩に電圧を印加して電気分解させる。   The pair of electrodes 22 includes an anode electrode 22a and a cathode electrode 22b. By applying a voltage between these electrodes, a voltage is applied to the molten salt accommodated in the electrolytic cell 21 to cause electrolysis.

ここで、陽極電極22aは、固体電解質とその内部に存在する金属棒や黒鉛粉末等の電気伝導体からなり、固体電解質としては、ジルコニアに酸化カルシウムや酸化マグネシウム、あるいは酸化イットリウムなどの希土類酸化物を添加した、強度及び靭性などの機械的特性に優れた安定化ジルコニアまたは部分安定化ジルコニアを用いることができる。このうち特に、イオン伝導性に優れたイットリア安定化ジルコニア(ZrO-Y)を用いることが好ましい。 Here, the anode electrode 22a is made of a solid electrolyte and an electric conductor such as a metal rod or graphite powder present therein, and the solid electrolyte includes rare earth oxides such as zirconia, calcium oxide, magnesium oxide, or yttrium oxide. To which stabilized zirconia or partially stabilized zirconia excellent in mechanical properties such as strength and toughness can be used. Among these, it is particularly preferable to use yttria-stabilized zirconia (ZrO 2 —Y 2 O 3 ) excellent in ion conductivity.

また、陰極電極22bの材料として用いるためには、高伝導性を有し、かつ溶融塩の腐食に耐えられる必要があり、ステンレス鋼やインコネル等を用いることができる。腐食性の点から、SUS316ステンレス鋼を用いることが好ましい。   Moreover, in order to use as a material of the cathode electrode 22b, it is necessary to have high conductivity and to withstand the corrosion of the molten salt, and stainless steel, Inconel, or the like can be used. From the point of corrosivity, it is preferable to use SUS316 stainless steel.

また、陽極電極22a及び陰極電極22bの形状は、特に限定されないが、原料ガスの気泡との接触面積が増加してCOガスの分解効率を向上させることができることから、板状であることが好ましい。 Further, the shapes of the anode electrode 22a and the cathode electrode 22b are not particularly limited. However, since the contact area with the bubbles of the source gas can be increased and the decomposition efficiency of the CO 2 gas can be improved, it may be a plate shape. preferable.

原料ガス導入管23は、COガスを含む原料ガスを溶融塩中に供給する管であり、図2に示すように、表面には原料ガスの気泡を発生させる複数の吹き込み孔23aを有している。図1に示した従来のCOガスの分解装置においては、陰極電極12bは、原料ガス導入管としての機能を兼ねており、原料ガスは、陰極電極12bの下端から原料ガスが溶融塩中に供給される。これに対して、本発明のCOガスの分解装置1においては、原料ガス導入管23に原料ガスを導入すると、原料ガスは、吹き込み孔23aにより、従来よりも小さな気泡として溶融塩中に供給される。これにより、COガスと溶融塩との接触面積が増加して、原料ガスに含まれるCOガスの分解効率が向上するのである。 The raw material gas introduction pipe 23 is a pipe for supplying a raw material gas containing CO 2 gas into the molten salt. As shown in FIG. 2, the surface has a plurality of blowing holes 23a for generating bubbles of the raw material gas. ing. In the conventional CO 2 gas decomposition apparatus shown in FIG. 1, the cathode electrode 12b also functions as a source gas introduction pipe, and the source gas is introduced into the molten salt from the lower end of the cathode electrode 12b. Supplied. On the other hand, in the CO 2 gas decomposition apparatus 1 of the present invention, when the raw material gas is introduced into the raw material gas introduction pipe 23, the raw material gas is supplied into the molten salt as bubbles smaller than before by the blowing holes 23a. Is done. Thus, increasing the contact area between the CO 2 gas and the molten salt, the decomposition efficiency of the CO 2 gas contained in the raw material gas is improved.

ここで、導入管23には複数の吹き込み孔23aが設けられていることから、少ない数の導入管23により多くのCOガスを電解槽21内に供給することができ、導入管1本当たりのCOの分解量を増加させることができる。また、1箇所から大量のCOガスを供給すると、吹き込み部分の攪拌が大きくなって陽極電極22a近傍で発生したCa等が分散し、COガスの分解反応を阻害するおそれがあるが、吹き込み孔23aの数あるいは密度を調整して気泡の発生を複数箇所に分散させることにより、上記攪拌を抑制することができる。 Here, since the introduction pipe 23 is provided with a plurality of blowing holes 23a, a large number of CO 2 gases can be supplied into the electrolytic cell 21 by a small number of introduction pipes 23, and per introduction pipe. The amount of decomposition of CO 2 can be increased. In addition, if a large amount of CO 2 gas is supplied from one place, the agitation of the blowing portion becomes large and Ca generated in the vicinity of the anode electrode 22a may be dispersed, which may inhibit the decomposition reaction of the CO 2 gas. The stirring can be suppressed by adjusting the number or density of the holes 23a to disperse the generation of bubbles at a plurality of locations.

また、陽極電極22aおよび陰極電極22bの数については、COガスの分解反応は、陽極電極22aでの酸素ガスの発生が律速するため、陽極電極22aの数を相対的に多くすることにより、COガスの分解効率を高めることができる。 Further, regarding the number of anode electrodes 22a and cathode electrodes 22b, the decomposition reaction of CO 2 gas is rate-determined by the generation of oxygen gas at the anode electrode 22a. Therefore, by relatively increasing the number of anode electrodes 22a, The decomposition efficiency of CO 2 gas can be increased.

また、気泡の発生域、すなわち吹き込み孔23aは、一対の電極22の下方に配置されること(すなわち、一対の電極22が気泡の発生域の上方に配置されること)が肝要である。COガスの分解は、原料ガス(すなわち、COガス)が溶融塩中を浮上して通過する間に行われることから、気泡の発生域を一対の電極22の下方に配置することにより、小さな気泡として供給されるCOガスと溶融塩との接触時間が長くなり、COガスの分解効率を向上させることができるのである。このように、本発明のCOガスの分解装置1においては、吹き込み孔23により従来よりも小さな気泡として原料ガスを溶融塩に供給すること、及び気泡の発生域を一対の電極の下方に配置してCOガスと溶融塩との接触時間を長くすること、により、COガスの分解効率の向上を達成しているのである。 In addition, it is important that the bubble generation region, that is, the blowing hole 23a is disposed below the pair of electrodes 22 (that is, the pair of electrodes 22 is disposed above the bubble generation region). Since the decomposition of the CO 2 gas is performed while the raw material gas (that is, the CO 2 gas) floats and passes through the molten salt, by disposing the bubble generation area below the pair of electrodes 22, The contact time between the CO 2 gas supplied as small bubbles and the molten salt becomes longer, and the decomposition efficiency of the CO 2 gas can be improved. As described above, in the CO 2 gas decomposition apparatus 1 according to the present invention, the raw material gas is supplied to the molten salt as bubbles smaller than the conventional through the blow holes 23, and the bubble generation area is disposed below the pair of electrodes. Thus, by increasing the contact time between the CO 2 gas and the molten salt, the decomposition efficiency of the CO 2 gas is improved.

また、気泡の発生域、すなわち、吹き込み孔23aの水平方向の位置は、COガスの分解が式(3)の反応により起こることから、溶融塩中にCaが多く存在する陰極電極の下方に配置することが好ましい。これにより、COガスの分解をより効率的に行うことができる。 Further, the bubble generation area, that is, the horizontal position of the blowing hole 23a is below the cathode electrode where a large amount of Ca is present in the molten salt because the decomposition of the CO 2 gas occurs by the reaction of the formula (3). It is preferable to arrange. Thus, it is possible to perform the decomposition of CO 2 gas more efficiently.

原料ガス導入管の材料としては、高伝導性を有し、かつ溶融塩の腐食に耐えられる必要があり、ステンレス鋼やインコネル等を用いることができる。耐熱性、腐食性と経済性の点から、SUS316ステンレス鋼を用いることが好ましい。   As a material for the source gas introduction pipe, it is necessary to have high conductivity and to withstand corrosion of molten salt, and stainless steel, Inconel, or the like can be used. SUS316 stainless steel is preferably used from the viewpoints of heat resistance, corrosivity, and economy.

また、吹き込み孔の径を調節することによりCOガスの気泡の径を制御することができる。例えば、COガスの気泡を小さくすることにより、比表面積が大きくなり、式(3)の反応は気泡の表面で起きることから、COガス単位体積当たりの処理量を増加させることができる。具体的な吹き込み孔23aの径は、吹き込み孔23aの数あるいは密度や、ガスの導入速度に応じて適切に設定する。 Further, it is possible to control the diameter of the bubbles CO 2 gas by adjusting the diameter of the blowing hole. For example, by reducing the bubbles of CO 2 gas, the specific surface area is increased, and the reaction of formula (3) occurs on the surface of the bubbles, so that the throughput per unit volume of CO 2 gas can be increased. The specific diameter of the blow hole 23a is appropriately set according to the number or density of the blow holes 23a and the gas introduction speed.

こうして、本発明のCOガス分解装置は、原料ガスの気泡を発生させる複数の吹き込み孔を有する原料ガス導入管を備え、一対の電極が気泡の発生域の上方に配置されるため、原料ガスと溶融塩の接触面積が増加して、原料ガスに含まれるCOガスを固体炭素とOガスとに効率的に分解することができる。 Thus, the CO 2 gas decomposition apparatus of the present invention includes a raw material gas introduction pipe having a plurality of blowing holes for generating bubbles of the raw material gas, and the pair of electrodes are disposed above the bubble generation region. The contact area between the molten salt and the molten salt can be increased, and the CO 2 gas contained in the raw material gas can be efficiently decomposed into solid carbon and O 2 gas.

(COガスの分解方法)
次に、本発明のCOガスの分解方法について説明する。本発明のCOガスの分解方法は、原料ガスに含まれるCOガスを、陽極電極と陰極電極とからなる一対の電極により電圧が印加された溶融塩中に通過させて該溶融塩中のCOガスを固体炭素とOガスに分解する。その際、COガスの溶融塩中への通過は、一対の電極の下方において原料ガスの気泡を発生させることにより行うことが肝要である。以下、図2を参照して各工程について説明する。
(CO 2 gas decomposition method)
Next, the method for decomposing CO 2 gas of the present invention will be described. The method for decomposing a CO 2 gas of the present invention, the CO 2 gas contained in the raw material gas, a voltage by a pair of electrodes composed of an anode electrode and a cathode electrode is passed through a molten salt applied in the molten salt Decompose CO 2 gas into solid carbon and O 2 gas. At that time, it is important to pass the CO 2 gas into the molten salt by generating bubbles of the source gas below the pair of electrodes. Hereinafter, each step will be described with reference to FIG.

まず、溶融塩の材料を電解槽21に投入し、ヒーター(図示せず)により溶融塩材料を加熱して溶融塩とする。この溶融塩の材料としては、金属塩化物と金属酸化物の混合物を用いる。ここで、金属塩化物としては、アルカリ金属塩化物及びアルカリ土類金属塩化物のうちの1種以上を、また金属酸化物としては、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物のうちの1種以上との混合物を用いる。   First, a molten salt material is put into the electrolytic cell 21, and the molten salt material is heated by a heater (not shown) to form a molten salt. As the material of the molten salt, a mixture of metal chloride and metal oxide is used. Here, the metal chloride is one or more of alkali metal chloride and alkaline earth metal chloride, and the metal oxide is one of alkali metal oxide and alkaline earth metal oxide. Use a mixture with more than seeds.

上記アルカリ金属塩化物としては、LiCl、NaCl、KCl等を、アルカリ土類金属塩化物としては、MgCl、CaCl等をそれぞれ用いることができる。
また、アルカリ金属酸化物としては、LiO、NaO、KO等を、アルカリ金属土類酸化物としてはMgO、CaO等をそれぞれ用いることができる。
As the alkali metal chloride, LiCl, NaCl, KCl or the like can be used, and as the alkaline earth metal chloride, MgCl 2 , CaCl 2 or the like can be used.
As the alkali metal oxides, Li 2 O, Na 2 O , the K 2 O, etc., as the alkaline earth metal oxides may be used MgO, CaO, or the like, respectively.

また、溶融塩には金属酸化物が含まれる必要があるが、溶融塩に含まれる金属酸化物の割合は、分解効率の点から、溶融時における金属酸化物の金属塩化物への溶解度が飽和するような割合とすることが好ましい。   In addition, the molten salt needs to contain a metal oxide, but the ratio of the metal oxide contained in the molten salt is saturated from the point of decomposition efficiency in the solubility of the metal oxide in the metal chloride at the time of melting. It is preferable that the ratio be such.

次いで、原料ガス導入管23により、COガスを含む原料ガスを溶融塩中に導入して通過させる。ここで、COガスの溶融塩中への通過は、一対の電極22の下方において原料ガスの気泡を発生させることにより行うことが肝要である。これは、具体的には、COガスを含む原料ガスを溶融塩中に導入する原料ガス導入管であって、表面には原料ガスの気泡を発生させる複数の吹き込み孔23aを有する原料ガス導入管23を用意し、一対の電極22を気泡の発生域の上方に配置した下で、原料ガスを溶融塩中に供給することにより行うことができる。この原料ガス導入管23に原料ガスを導入すると、吹き込み孔23aから従来よりも小さな径の気泡として原料ガスが溶融塩中に供給され、COガスと溶融塩との接触面積が増加して分解効率が向上するのである。 Next, the source gas containing CO 2 gas is introduced into the molten salt through the source gas introduction pipe 23 and allowed to pass therethrough. Here, it is important to pass the CO 2 gas into the molten salt by generating bubbles of the raw material gas below the pair of electrodes 22. Specifically, this is a raw material gas introduction pipe for introducing a raw material gas containing CO 2 gas into a molten salt, and a raw material gas introduction having a plurality of blowing holes 23a for generating bubbles of the raw material gas on the surface. This can be done by preparing the tube 23 and supplying the raw material gas into the molten salt with the pair of electrodes 22 arranged above the bubble generation region. When the raw material gas is introduced into the raw material gas introduction pipe 23, the raw material gas is supplied into the molten salt as bubbles having a smaller diameter than the conventional through the blow hole 23a, and the contact area between the CO 2 gas and the molten salt increases and decomposes. Efficiency is improved.

ここで、原料ガスは、少なくともCOガスを含んでいれば特に限定されない。例えば、本発明を製鉄所において実施する場合には、還元炉、酸化炉、燃焼炉等から排出される排気ガスを用いることができ、その種類は問わない。例えば、高炉ガスや転炉ガスを代表的なものとして挙げることができるが、これらに限定されず、コークス炉ガスや加熱炉燃焼排気ガス等を用いることもできる。このうち、COガスの削減効果が高く、分解後に得られる固体炭素と酸素ガスの量が多いことから、高炉ガスを用いることが好ましい。 Here, the source gas is not particularly limited as long as it contains at least CO 2 gas. For example, when the present invention is carried out at a steel mill, exhaust gas discharged from a reduction furnace, an oxidation furnace, a combustion furnace or the like can be used, and the type thereof is not limited. For example, blast furnace gas and converter gas can be cited as typical examples, but the present invention is not limited thereto, and coke oven gas, heating furnace combustion exhaust gas, and the like can also be used. Among these, it is preferable to use blast furnace gas because the effect of reducing CO 2 gas is high and the amount of solid carbon and oxygen gas obtained after decomposition is large.

また、原料ガスに含まれるCOガスの濃度は、原料ガスをそのまま溶融塩中へ導く場合には、COガスを効率的に分解する点から高いことが好ましい。原料ガスとして高炉ガス、転炉ガス、加熱炉燃焼排気ガスを用いる場合、CaやLi等の金属原子とCOとの反応頻度が向上して分解を効率的に行えることから、15体積%以上であることが好ましい。 Further, the concentration of the CO 2 gas contained in the raw material gas is preferably high from the viewpoint of efficiently decomposing the CO 2 gas when the raw material gas is introduced into the molten salt as it is. When blast furnace gas, converter gas, or heating furnace combustion exhaust gas is used as a raw material gas, the reaction frequency between metal atoms such as Ca and Li and CO 2 is improved and decomposition can be efficiently performed, so that 15% by volume or more It is preferable that

さらに、原料ガスの溶融塩への導入速度は、導入速度が小さい場合には、COガスの分解効率が低下する。一方、導入速度が大きすぎる場合には、溶融塩の対流が発生し、電極近傍で発生するCaやLi等の金属原子が分散するため、吹き込み孔23aの径や密度等を考慮して適切な値に設定する。 Furthermore, when the introduction rate of the raw material gas into the molten salt is low, the decomposition efficiency of the CO 2 gas is lowered. On the other hand, when the introduction speed is too high, convection of the molten salt occurs, and metal atoms such as Ca and Li generated in the vicinity of the electrode are dispersed. Therefore, it is appropriate considering the diameter and density of the blowing holes 23a. Set to value.

その後、陽極電極22aと陰極電極22bとの間に所定の電圧を印加することにより、溶融塩中に通過させたCOガスが分解されて固体炭素とOガスが生成される。電極間(すなわち、溶融塩)に印加する電圧は、金属酸化物の分解電圧以上とする。例えば、溶融塩の材料としてLiCl−LiOを用いる場合には、金属酸化物であるLiOの理論分解電圧は2.47Vであることから、印加電圧は2.47V以上とする。これは、金属酸化物の分解電圧未満では、還元材となる金属原子が発生しないため、COガスの分解が生じないためである。 Thereafter, by applying a predetermined voltage between the anode electrode 22a and the cathode electrode 22b, the CO 2 gas passed through the molten salt is decomposed to generate solid carbon and O 2 gas. The voltage applied between the electrodes (that is, the molten salt) is not less than the decomposition voltage of the metal oxide. For example, when LiCl—Li 2 O is used as the molten salt material, the theoretical decomposition voltage of Li 2 O, which is a metal oxide, is 2.47 V, so the applied voltage is 2.47 V or higher. This is because if the metal oxide decomposition voltage is lower than the metal oxide, no metal atom as a reducing material is generated, so that the CO 2 gas is not decomposed.

ここで、印加電圧は、金属塩化物の分解電圧以下とすることが好ましい。例えば、溶融塩の材料としてLiCl−LiOを用いる場合には、塩化物であるLiClの理論分解電圧は3.46Vであるため、3.46V以下とすることが好ましい。印加電圧が金属塩化物の分解電圧を超えると、陽極では酸素ガス以外に塩素ガスも発生する。そこで、印加電圧を塩化物の分解電圧以下とすることにより、塩素ガスの発生が抑制されて酸素ガスのみが発生するため、酸素ガスを様々な用途、例えば製鉄所で再利用する上で都合がよいばかりでなく、塩素ガスの発生により装置材料の高温腐食や電解槽における溶融塩材料の減少を防止することができる。 Here, the applied voltage is preferably not more than the decomposition voltage of the metal chloride. For example, when LiCl—Li 2 O is used as the material for the molten salt, the theoretical decomposition voltage of LiCl, which is a chloride, is 3.46V, so that it is preferably 3.46V or less. When the applied voltage exceeds the decomposition voltage of metal chloride, chlorine gas is generated in addition to oxygen gas at the anode. Therefore, by setting the applied voltage to be equal to or lower than the decomposition voltage of chloride, the generation of chlorine gas is suppressed and only oxygen gas is generated. Therefore, it is convenient to reuse the oxygen gas in various applications such as steelworks. Not only is it good, but generation of chlorine gas can prevent high temperature corrosion of the device material and reduction of molten salt material in the electrolytic cell.

また、印加電圧は高いほど通電量が増えて還元剤の生成量が増加するため、COの分解量が増えることから、金属酸化物の分解電圧以上金属塩化物の分解電圧以下の範囲において高い値に設定することがより好ましい。 In addition, the higher the applied voltage, the greater the amount of electricity applied and the amount of reducing agent produced, which increases the amount of decomposition of CO 2 , so it is high in the range from the decomposition voltage of the metal oxide to the decomposition voltage of the metal chloride. More preferably, the value is set.

このように、本発明のCOガスの分解方法によれば、一対の電極の下方において原料ガスの気泡を発生させて溶融塩中に供給されるため、COガスと電極との接触面積が増大し、原料ガスに含まれるCOガスを固体炭素とOガスに効率的に分解することができる。 As described above, according to the method for decomposing CO 2 gas of the present invention, since the gas bubbles of the source gas are generated below the pair of electrodes and supplied to the molten salt, the contact area between the CO 2 gas and the electrode is reduced. The CO 2 gas contained in the raw material gas can be efficiently decomposed into solid carbon and O 2 gas.

以上の本発明のCOガスの分解方法において、原料ガス(例えば、還元炉、酸化炉、燃焼炉から排出される排気ガス)に含まれるCOガスの濃度を上げるために、COガスの分解工程の前に、原料ガス中からCOガスを分離回収する工程を設けてもよい。これにより溶融塩に通過もしくは溶融塩に接触させるCOガスの濃度を高めることができ、COガスの分解処理速度を高めることができる。 In the method for decomposing CO 2 gas or the present invention, the raw material gas (e.g., reducing furnace, an oxidation furnace, and the exhaust gases discharged from the combustion furnace) in order to increase the concentration of CO 2 gas contained in, CO 2 gas Before the decomposition step, a step of separating and recovering CO 2 gas from the raw material gas may be provided. As a result, the concentration of the CO 2 gas that passes through or contacts the molten salt can be increased, and the decomposition rate of the CO 2 gas can be increased.

原料ガス中からCOガスを分離回収する方法は特に限定されず、例えば加圧または冷却によりCOガスを液化あるいは固化する方法、苛性ソーダやアミンなどの塩基性水溶液にCOガスを吸収させた後、加熱または減圧により分離回収する方法、活性炭やゼオライト等の吸着剤にCOガス成分を吸着させた後、加熱または減圧により分離回収する方法、CO分離膜により分離回収する方法等を採用することができる。 The method for separating and recovering the CO 2 gas from the raw material gas is not particularly limited. For example, the CO 2 gas is liquefied or solidified by pressurization or cooling, the CO 2 gas is absorbed in a basic aqueous solution such as caustic soda or amine. After that, a method of separating and recovering by heating or decompression, a method of separating and recovering CO 2 gas components by adsorbing an adsorbent such as activated carbon or zeolite, a method of separating and recovering by heating or decompression, a method of separating and recovering by a CO 2 separation membrane, etc. can do.

また、本発明のCOガスの分解方法において、上記COガスの分解により陰極電極22bにおいて生成された固体炭素は、資源として再利用することができる。例えば、製鉄所においては、高炉での還元剤や補助還元剤、転炉等での熱源や加炭材として利用することができる。 In the CO 2 gas decomposition method of the present invention, the solid carbon produced in the cathode electrode 22b by the decomposition of the CO 2 gas can be reused as a resource. For example, in a steelworks, it can be used as a reducing agent or auxiliary reducing agent in a blast furnace, a heat source or a carburizing material in a converter or the like.

一方、陽極電極22aにおいてはOガスが発生するが、このOガスを回収して、例えば、製鉄所における高炉、転炉、加熱炉設備等の助燃ガスや酸化剤として利用することができる。 On the other hand, O 2 gas is generated at the anode electrode 22a, and this O 2 gas can be recovered and used as, for example, an auxiliary combustion gas or an oxidant for blast furnaces, converters, heating furnaces, etc. .

以下、本発明の実施例について説明する。
まず、溶融塩の材料であるCaCl−CaOを電解槽に投入し、ヒーターで過熱して溶融塩とした。ついで、原料ガス(90体積%CO−10体積%Ar)を100ml/分で溶融塩中に通過させた。その後、電極間に電圧を印加して、COガスを固体炭素とOガスに分解した。その際、金属棒と固体電解質からなる陽極電極の数、陰極電極の数、陰極電極の位置及びCOガスの吹き込み方法を種々に変更して行い、COガスの分解量を調査した。ここで、陽極電極を構成する固体電解質としては、ZrO−Y製の一端閉管を用い、金属棒と固体電解質の間は黒鉛粉末で満たした。また、電気分解時の溶融塩の温度は900℃とし、電極間に印加した電圧は、金属酸化物であるCaOの分解電圧である1.60V以上、塩化物であるCaClの分解電圧である3.21V以下の範囲である、3.2Vとした。
また、原料ガスの吹き込み孔23の位置は、発明例1〜6については、形成される原料ガスの気泡の全てが電極間を通過するように配置した。得られた結果を表1に示す。ここで、COガス処理量比は、比較例1のCOガス処理量を1とした場合の処理量を意味している。このCOガス処理量は、具体的には、溶融塩に導入される前の原料ガスに含まれるCOガスの濃度と、溶融塩を通過後のCOガスの濃度から算出した。
Examples of the present invention will be described below.
First, CaCl 2 —CaO, which is a molten salt material, was put into an electrolytic cell and heated with a heater to obtain a molten salt. Then, the raw material gas (90 vol% CO 2 -10 vol% Ar) was passed through the molten salt at 100ml / min. Thereafter, a voltage was applied between the electrodes to decompose the CO 2 gas into solid carbon and O 2 gas. At that time, the number of anode electrodes made of a metal rod and a solid electrolyte, the number of cathode electrodes, the position of the cathode electrodes, and the CO 2 gas blowing method were changed in various ways, and the amount of CO 2 gas decomposed was investigated. Here, as the solid electrolyte constituting the anode electrode, a ZrO 2 —Y 2 O 3 one-end closed tube was used, and the space between the metal rod and the solid electrolyte was filled with graphite powder. The temperature of the molten salt at the time of electrolysis is 900 ° C., and the voltage applied between the electrodes is 1.60 V or more which is the decomposition voltage of CaO which is a metal oxide, and the decomposition voltage of CaCl 2 which is a chloride. It was set to 3.2V which is the range below 3.21V.
Further, the positions of the raw material gas blowing holes 23 were arranged so that all of the bubbles of the raw material gas to be formed passed between the electrodes in the inventive examples 1 to 6. The obtained results are shown in Table 1. Here, the CO 2 gas throughput ratio is meant the amount of processing in the case of a 1 CO 2 gas throughput of Comparative Example 1. The CO 2 gas treatment amount is specifically the concentration of CO 2 gas contained in the raw material gas before being introduced into the molten salt, was calculated from the concentration of CO 2 gas after passing through the molten salt.

Figure 0006011014
Figure 0006011014

全ての条件で溶融塩中から固体炭素が発生し、回収することができた。また、陽極電極の内部から酸素ガスが発生し、回収することができた。
比較例1では、図1に示したような、溶融塩中に1つの陽極電極とCOガスの吹込み管を兼ねた、1つの管状の陰極電極を用いる条件で行い、COガスの処理量は6.2ml/分であった。
発明例1では、図2に示したような、溶融塩中に4つの陽極電極と、4つの専用陰極電極と、複数個の吹き込み孔を有する原料ガス導入管とを用いる条件で行い、COガスの処理量は82.4ml/分となり、比較例1と比較して13.3倍の処理量であった。
発明例2では、溶融塩中に2つの陽極電極と、2つの専用陰極電極と、複数個の吹き込み孔を有する原料ガス導入管とを用いる条件で行い、COガスの処理量は51.5ml/分となり、比較例1と比較して8.3倍の処理量であった。
発明例3では、溶融塩中に1つの陽極電極と、2つの専用陰極電極と、複数個の吹き込み孔を有する原料ガス導入管とを用いる条件で行い、COガスの処理量は45.8ml/分となり、比較例1と比較して7.4倍の処理量であった。
発明例4では、溶融塩中に2つの陽極電極と、1つの専用陰極電極と、複数個の吹き込み孔を有する原料ガス導入管とを用いる条件で行い、COガスの処理量は48.1ml/分となり、比較例1と比較して7.8倍の処理量であった。
発明例5では、溶融塩中に1つの陽極電極と、1つの専用陰極電極と、複数個の吹き込み孔を有する原料ガス導入管とを用いる条件で行い、COガスの処理量は28.6ml/分となり、比較例1と比較して4.6倍の処理量であった。
発明例6では、溶融塩中に1つの陽極電極と、1つの専用陰極電極と、原料ガスを単管から吹き込む条件で行い、COガスの処理量は11.6ml/分となり、比較例1と比較して1.9倍の処理量であった。
このように、発明例1〜6においては、比較例1に対してCOガスの処理量が増加し、COガスの分解効率が向上していることが分かる。
Under all conditions, solid carbon was generated from the molten salt and could be recovered. Further, oxygen gas was generated from the inside of the anode electrode and could be recovered.
In Comparative Example 1, as shown in FIG. 1, also serves as a one anode electrode and the CO 2 gas blowing tube in the molten salt is performed under a condition of using the cathode electrode of one tubular, CO 2 process gas The amount was 6.2 ml / min.
In Invention Example 1, as shown in FIG. 2, carried out under the conditions used and four anode in the molten salt, and four dedicated cathode and a source gas inlet pipe having a plurality of blowing holes, CO 2 The gas throughput was 82.4 ml / min, which was 13.3 times the throughput of Comparative Example 1.
In Invention Example 2, it is carried out under conditions using two anode electrodes, two dedicated cathode electrodes, and a raw material gas introduction pipe having a plurality of blowing holes in the molten salt, and the CO 2 gas throughput is 51.5 ml. The amount of treatment was 8.3 times that of Comparative Example 1.
In Invention Example 3, the measurement was performed under the conditions using one anode electrode, two dedicated cathode electrodes, and a raw material gas introduction pipe having a plurality of blow holes in the molten salt, and the CO 2 gas throughput was 45.8 ml. The amount of treatment was 7.4 times that of Comparative Example 1.
In Invention Example 4, it is carried out under conditions using two anode electrodes, one dedicated cathode electrode, and a raw material gas introduction pipe having a plurality of blowing holes in the molten salt, and the CO 2 gas throughput is 48.1 ml. The amount of treatment was 7.8 times that of Comparative Example 1.
In Invention Example 5, it is carried out under the condition of using one anode electrode, one dedicated cathode electrode, and a raw material gas introduction pipe having a plurality of blowing holes in the molten salt, and the CO 2 gas throughput is 28.6 ml. The amount of processing was 4.6 times that of Comparative Example 1.
In Invention Example 6, one anode electrode, one dedicated cathode electrode, and a raw material gas were blown from a single tube into the molten salt, and the CO 2 gas throughput was 11.6 ml / min. Comparative Example 1 The amount of treatment was 1.9 times.
Thus, in the invention Examples 1-6, the processing amount of CO 2 gas is increased relative to Comparative Example 1, it can be seen that the decomposition efficiency of the CO 2 gas is improved.

高炉から発生した還元ガスを原料ガスとして用い、100ml/分で溶融塩中に通過させ、COガスを分解した。その他の条件は実施例1と全て同一である。用いた高炉ガスの組成を表2に示し、得られた結果を表3に示す。 The reducing gas generated from the blast furnace was used as a raw material gas and allowed to pass through the molten salt at 100 ml / min to decompose the CO 2 gas. All other conditions are the same as in Example 1. The composition of the blast furnace gas used is shown in Table 2, and the obtained results are shown in Table 3.

Figure 0006011014
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全ての条件で溶融塩中から固体炭素が発生し、回収することができた。また、陽極電極の内部から酸素ガスが発生し、回収することができた。
比較例2では図1に示すような、溶融塩中に1つの陽極電極と、COガスの吹込み管を兼ねた、1つの管状の陰極電極を用いる条件で行い、COガスの処理量は1.4ml/分であった。
本発明7では図2に示すような、溶融塩中に4つの陽極電極と、4つの専用陰極電極と、複数個の吹き込み孔を有する原料ガス導入管とを用いる条件で行い、COガスの処理量は18.1ml/分となり、比較例1と比較して12.9倍の処理量であった。
本発明8では、溶融塩中に2つの陽極電極と、2つの専用陰極電極と、複数個の吹き込み孔を有する原料ガス導入管とを用いる条件で行い、COガスの処理量は11.4ml/分となり、比較例2と比較して8.1倍の処理量であった。
本発明9では、溶融塩中に1つの陽極電極と、2つの専用陰極電極と、複数個の吹き込み孔を有する原料ガス導入管とを用いる条件で行い、COガスの処理量は9.6ml/分となり、比較例2と比較して6.9倍の処理量であった。
本発明10では、溶融塩中に2つの陽極電極と、1つの専用陰極電極と、複数個の吹き込み孔を有する原料ガス導入管とを用いる条件で行い、COガスの処理量は11.2ml/分となり、比較例2と比較して8.0倍の処理量であった。
本発明11では、溶融塩中に1つの陽極電極と、1つの専用陰極電極と、複数個の吹き込み孔を有する原料ガス導入管とを用いる条件で行い、COガスの処理量は6.8ml/分となり、比較例2と比較して4.9倍の処理量であった。
本発明12では、溶融塩中に1つの陽極電極と、1つの専用陰極電極と、原料ガスを単管から吹き込む条件で行い、COガスの処理量は2.4ml/分となり、比較例2と比較して1.7倍の処理量であった。
Under all conditions, solid carbon was generated from the molten salt and could be recovered. Further, oxygen gas was generated from the inside of the anode electrode and could be recovered.
In Comparative Example 2, as shown in FIG. 1, the amount of CO 2 gas was processed under the condition of using one anode electrode in a molten salt and one tubular cathode electrode that also served as a CO 2 gas blowing tube. Was 1.4 ml / min.
As shown in the present invention 7 in FIG. 2, four anode in the molten salt, and four dedicated cathode, performed under the condition of using a raw material gas introduction pipe having a plurality of blowing holes, CO 2 gas The processing amount was 18.1 ml / min, which was 12.9 times the processing amount as compared with Comparative Example 1.
In the present invention 8, and two anode in the molten salt, and two dedicated cathode, performed under the condition of using a raw material gas introduction pipe having a plurality of blowing holes, the processing amount of CO 2 gas 11.4ml The amount of treatment was 8.1 times that of Comparative Example 2.
In the ninth aspect of the present invention, the molten salt is used under the condition that one anode electrode, two dedicated cathode electrodes, and a raw material gas introduction pipe having a plurality of blowing holes are used, and the CO 2 gas throughput is 9.6 ml. The amount of treatment was 6.9 times that of Comparative Example 2.
In the present invention 10, the process is carried out under conditions using two anode electrodes, one dedicated cathode electrode, and a source gas introduction pipe having a plurality of blowing holes in the molten salt, and the CO 2 gas throughput is 11.2 ml. The amount of treatment was 8.0 times that of Comparative Example 2.
In the present invention 11, carried out at the conditions used and one anode in the molten salt, and one dedicated cathode and a source gas inlet pipe having a plurality of blowing holes, the processing amount of CO 2 gas 6.8ml The amount of treatment was 4.9 times that of Comparative Example 2.
In the present invention 12, one anode electrode, one dedicated cathode electrode, and a raw material gas are blown from a single tube into the molten salt, and the CO 2 gas throughput is 2.4 ml / min. The amount of treatment was 1.7 times that of.

発明例1〜12で得られた固体炭素の一部を、コークス炉において石炭の一部もしくは全量と置き換えてコークス化し、還元剤として高炉にて使用した。また、残りの固体炭素の一部を微粉炭の一部として高炉の羽口から吹き込み、補助還元剤として高炉に再利用した。さらに、残りの固体炭素の全てをブリケット化し、転炉での土状黒鉛の代替として加炭材として再利用した。これらは全て、問題なく行うことができた。
以上、得られた固体炭素を用いて、高炉及び転炉の操業を問題なく行うことができた。
Part of the solid carbon obtained in Invention Examples 1 to 12 was replaced with a part or all of the coal in a coke oven to be coke, and used as a reducing agent in the blast furnace. In addition, a part of the remaining solid carbon was blown from the tuyere's tuyere as part of the pulverized coal and reused as an auxiliary reducing agent in the blast furnace. Furthermore, all the remaining solid carbon was briquetted and reused as a carburizing material as a substitute for earth graphite in the converter. All this could be done without problems.
As mentioned above, the operation of a blast furnace and a converter was able to be performed without a problem using the obtained solid carbon.

1,100 COガスの分解装置
11,21 電解槽
12,22 一対の電極
12a,22a 陽極電極
12b,22b 陰極電極
23 原料ガス導入管
23a 吹き込み孔
1,100 CO 2 gas decomposition apparatus 11, 21 Electrolyzer 12, 22 Pair of electrodes 12a, 22a Anode electrode 12b, 22b Cathode electrode 23 Raw material gas introduction pipe 23a Blow hole

Claims (12)

原料ガスに含まれる二酸化炭素ガスを、電圧を印加した溶融塩に通過させて該溶融塩中の二酸化炭素ガスを固体炭素と酸素ガスに分解する二酸化炭素ガス分解装置であって、
前記溶融塩を収容する電解槽と、
陽極電極と陰極電極とからなり、前記溶融塩に電圧を印加する一対の電極と、
前記原料ガスを前記溶融塩中に導入する原料ガス導入管であって、該原料ガス導入管の表面に前記原料ガスの気泡を発生させる複数の吹き込み孔を有する原料ガス導入管と、
を備え、前記一対の電極は前記気泡の発生域の上方に配置されており、
前記陽極電極の数は前記陰極電極の数よりも多いことを特徴とする二酸化炭素ガスの分解装置。
A carbon dioxide gas decomposing apparatus that decomposes the carbon dioxide gas in the molten salt into solid carbon and oxygen gas by passing the carbon dioxide gas contained in the raw material gas through the molten salt to which a voltage is applied,
An electrolytic cell containing the molten salt;
A pair of electrodes consisting of an anode electrode and a cathode electrode for applying a voltage to the molten salt;
A raw material gas introduction pipe for introducing the raw material gas into the molten salt, the raw material gas introduction pipe having a plurality of blowing holes for generating bubbles of the raw material gas on the surface of the raw material gas introduction pipe;
The pair of electrodes is disposed above the bubble generation area ,
The carbon dioxide gas decomposition apparatus, wherein the number of the anode electrodes is larger than the number of the cathode electrodes .
前記吹き込み孔は、前記陰極電極の下方に配置されている、請求項1に記載の二酸化炭素ガスの分解装置。   The carbon dioxide gas decomposition apparatus according to claim 1, wherein the blowing hole is disposed below the cathode electrode. 前記陽極電極及び前記陰極電極は板状である、請求項1または2に記載の二酸化炭素ガスの分解装置。   The carbon dioxide gas decomposition apparatus according to claim 1, wherein the anode electrode and the cathode electrode are plate-shaped. 前記原料ガスは還元炉からの排気ガスである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の二酸化炭素ガス分解装置。 The raw material gas is an exhaust gas from the reduction furnace, decomposition apparatus of carbon dioxide gas according to any one of claims 1 to 3. 前記原料ガスは酸化炉からの排気ガスである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の二酸化炭素ガス分解装置。 The raw material gas is an exhaust gas from the oxidation furnace, cracker carbon dioxide gas according to any one of claims 1 to 3. 原料ガスに含まれる二酸化炭素ガスを、陽極電極と陰極電極とからなる一対の電極により電圧が印加された溶融塩中に通過させて該溶融塩中の二酸化炭素ガスを固体炭素と酸素ガスに分解するに当たり、
前記二酸化炭素ガスの前記溶融塩中への通過は、前記一対の電極の下方において前記原料ガスの気泡を発生させることにより行い、前記陽極電極の数を前記陰極電極の数よりも多くすることを特徴とする二酸化炭素ガスの分解方法。
The carbon dioxide gas contained in the source gas is passed through a molten salt to which a voltage is applied by a pair of electrodes consisting of an anode electrode and a cathode electrode, and the carbon dioxide gas in the molten salt is decomposed into solid carbon and oxygen gas. In doing so,
Passing into the molten salt of the carbon dioxide gas, have rows by generating a bubble of the raw material gas at the lower of the pair of electrodes, the number of the anode electrode to be larger than the number of the cathode electrode A method for decomposing carbon dioxide gas characterized by the above.
前記気泡の発生は、前記原料ガスを前記溶融塩に導入する原料ガス導入管であって、該原料ガス導入管の表面に前記原料ガスの気泡を発生させる複数の吹き込み孔を有する原料ガス導入管を用いて行う、請求項6に記載の二酸化炭素ガスの分解方法。   The generation of the bubbles is a source gas introduction pipe for introducing the source gas into the molten salt, and a source gas introduction pipe having a plurality of blowing holes for generating bubbles of the source gas on the surface of the source gas introduction pipe The method for decomposing carbon dioxide gas according to claim 6 performed using 前記気泡の発生は、該発生した気泡の全てが前記一対の電極間を通過するように行う、請求項6または7に記載の二酸化炭素ガスの分解方法。   The method for decomposing carbon dioxide gas according to claim 6 or 7, wherein the generation of the bubbles is performed so that all of the generated bubbles pass between the pair of electrodes. 前記原料ガスとして還元炉からの排気ガスを供給する、請求項6〜8のいずれか一項に記載の二酸化炭素ガスの分解方法。   The method for decomposing carbon dioxide gas according to any one of claims 6 to 8, wherein exhaust gas from a reduction furnace is supplied as the source gas. 前記原料ガスとして酸化炉からの排気ガスを供給する、請求項6〜8のいずれか一項に記載の二酸化炭素ガスの分解方法。   The method for decomposing carbon dioxide gas according to any one of claims 6 to 8, wherein exhaust gas from an oxidation furnace is supplied as the source gas. 前記陽極電極は、ジルコニアを含む一端閉管の固体電解質を備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載の二酸化炭素ガスの分解装置。The said anode electrode is a carbon dioxide gas decomposition | disassembly apparatus as described in any one of Claims 1-5 provided with the solid electrolyte of the one end closed tube containing a zirconia. 前記陽極電極は、ジルコニアを含む一端閉管の固体電解質を備える、請求項6〜10のいずれか一項に記載の二酸化炭素ガスの分解方法。The said anode electrode is a decomposition method of the carbon dioxide gas as described in any one of Claims 6-10 provided with the solid electrolyte of the one end closed tube containing a zirconia.
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