JPH05184912A - Carbonaceous resource circulating device - Google Patents

Carbonaceous resource circulating device

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JPH05184912A
JPH05184912A JP3036904A JP3690491A JPH05184912A JP H05184912 A JPH05184912 A JP H05184912A JP 3036904 A JP3036904 A JP 3036904A JP 3690491 A JP3690491 A JP 3690491A JP H05184912 A JPH05184912 A JP H05184912A
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JP
Japan
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carbon
iron oxide
magnetite
treatment
gas
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JP3036904A
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Japanese (ja)
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Yutaka Tamaura
裕 玉浦
Takashi Yoshida
崇 吉田
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Original Assignee
Individual
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  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

PURPOSE:To regenerate carbonaceous resources by applying decomposition treatment to carbon dioxide. CONSTITUTION:Iron oxide is used as a catalyst raw material and the activation treatment of iron oxide, the decomposition treatment of carbon dioxide and the generation treatment of carbonaceous resource gas are performed. Iron oxide whose activity is lost by the decomposition treatment of carbon dioxide generating carbonaceous resource gas such as methane or methanol useful as resource energy gas is returned to the original iron oxide by the generation treatment of carbonaceous resource gas and this iron oxide is again subjected to activation treatment to be used in the decomposition treatment of carbon dioxide. As the heat required in the reaction, the waste heat of exhaust gas can be reutilized.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、炭酸ガスを分解処理し
て資源エネルギーガスとして有用なメタン,メタノール
などの炭素質資源に再生させる炭素質資源循環システム
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbonaceous resource circulation system for decomposing carbon dioxide to regenerate it into carbonaceous resources such as methane and methanol useful as resource energy gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】CO2による地球温化対策は、省エネル
ギーを中心に当面は進められることになるが、開発途上
国の工業化や東欧諸国の急激な経済成長によって化石燃
料使用量が著しく増加した場合には、対応しきれないと
いう問題がある。原子力エネルギーの利用には安全性や
立地条件などで問題があり、また、他の代替エネルギー
では一次エネルギー源としてすぐに使用できるものはな
く、今後数十年間は、化石燃料を使用するほかに有効な
対策はないと考えられる。地球温暖化を引き起こすこと
なく引続き化石燃料を使用して行く上に、CO2固定化
除去技術の開発は必須である。
2. Description of the Related Art Global warming countermeasures using CO 2 will be promoted for the time being, centering on energy conservation, but when the fossil fuel consumption increases significantly due to industrialization in developing countries and rapid economic growth in Eastern European countries. Has the problem of not being able to deal with it. There are problems in the use of nuclear energy in terms of safety and location conditions, and there is no other alternative energy that can be used immediately as a primary energy source. For the next several decades, it will be effective in addition to using fossil fuels. There seems to be no countermeasure. In order to continue to use fossil fuels without causing global warming, it is essential to develop CO 2 fixation and removal technology.

【0003】CO2を分離回収する技術として、従来、
化学吸収法,物理吸収法,膜分離法等が研究されてお
り、分解除去技術として、半導体光触媒法,金属コロイ
ド触媒,金属錯体,酸素等による光化学的還元法,電気
化学的還元法,化学的固定変換反応(塩基との反応,転
移反応,脱水反応,付加反応)を用いる方法及びバイオ
技術による方法等が検討されている。しかし何れも実用
化において、反応効率,コスト,エネルギー,二次公害
の発生率等で問題がある。
As a technique for separating and recovering CO 2 , conventionally,
Chemical absorption method, physical absorption method, membrane separation method, etc. have been studied, and as decomposition and removal technology, semiconductor photocatalyst method, metal colloid catalyst, metal complex, photochemical reduction method using oxygen, etc., electrochemical reduction method, chemical Methods using fixed conversion reactions (reactions with bases, rearrangement reactions, dehydration reactions, addition reactions), methods using biotechnology, etc. are being studied. However, all of them have problems in practical use, such as reaction efficiency, cost, energy, and incidence of secondary pollution.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】発明者は、近年、酸素
欠陥マグネタイトを触媒に用いてCO2をわずか250
〜350℃で炭素にまで100%に近い効率で分解する
全く新しい反応を見いだし、この反応について研究を進
めてきた。この反応を利用した排ガス中のCO2の分解
除去の実用化のめどが立ってきた。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the inventors have recently the CO 2 just oxygen defects magnetite using the catalyst 250
We have found a completely new reaction that decomposes to carbon at ~ 350 ° C with an efficiency close to 100%, and we have proceeded with research on this reaction. Prospect of practical use of decomposition and removal of CO 2 in the exhaust gas utilizing this reaction has been standing.

【0005】本発明の目的は、酸素欠陥マグネタイトを
用いたCO2の分解処理をさらに発展させ、触媒の再利
用を含めた炭素質資源循環システムを提供することにあ
る。
An object of the present invention is to further develop the decomposition treatment of CO 2 using oxygen-deficient magnetite and to provide a carbonaceous resource circulation system including reuse of a catalyst.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による炭素質資源循環システムにおいては、
鉄酸化物を触媒原料とし、鉄酸化物の活性化処理と、炭
酸ガスの分解処理と、炭素質資源ガスの発生処理とを含
む炭素質資源循環システムであって、鉄酸化物の活性化
処理は、鉄酸化物に水素を反応させて酸素欠陥鉄酸化物
を生成反応生成物として水を生じさせる処理であり、炭
酸ガスの分解処理は、活性化した鉄酸化物を触媒として
炭酸ガスを炭素に還元処理するものであり、分解により
生成した炭素は、鉄酸化物表面に析出し、酸素は、酸素
欠陥鉄酸化物中に取り込まれるものであり、炭素質資源
ガスの発生処理は、鉄酸化物の表面に析出した炭素に他
の成分を反応させて炭素質資源ガスを生成する処理であ
り、且つ鉄酸化物表面の析出炭素を除去して活性化しう
る鉄酸化物に再生する処理である。
To achieve the above object, in the carbonaceous resource circulation system according to the present invention,
A carbonaceous resource circulation system including iron oxide as a catalyst raw material, activation treatment of iron oxide, decomposition treatment of carbon dioxide gas, and generation treatment of carbonaceous resource gas. Is a process in which hydrogen is reacted with iron oxide to produce oxygen-deficient iron oxide, and water is produced as a reaction product. Carbon dioxide is decomposed by using activated iron oxide as a catalyst to convert carbon dioxide into carbon. The carbon produced by the decomposition is deposited on the surface of the iron oxide, and the oxygen is taken into the oxygen-deficient iron oxide. It is a process to generate carbonaceous resource gas by reacting carbon deposited on the surface of the substance with other components, and is a process for removing the deposited carbon on the surface of iron oxide to regenerate it into an iron oxide that can be activated. ..

【0007】また、炭素質資源ガスの発生処理に先立
ち、炭素付着鉄酸化物に水を反応させ、反応生成物とし
て水素を発生させる処理をさらに含むものである。
Further, the method further comprises a step of reacting carbon-attached iron oxide with water to generate hydrogen as a reaction product prior to the carbonaceous resource gas generation treatment.

【0008】また、炭素質資源ガスの発生処理に用いる
他の成分は、他の処理工程で反応生成物として発生した
水素又は水を利用するものであり、エチレン又はエタノ
ールを生成するものである。
Further, the other component used for the generation treatment of the carbonaceous resource gas utilizes hydrogen or water generated as a reaction product in another treatment step and produces ethylene or ethanol.

【0009】また、炭酸ガス分解処理は、炭酸ガスの還
元により生じた炭素と反応生成物としての酸素との結合
により一酸化炭素を生成する反応を含むものである。
Further, the carbon dioxide decomposition treatment includes a reaction of forming carbon monoxide by combining carbon generated by the reduction of carbon dioxide with oxygen as a reaction product.

【0010】[0010]

【作用】マグネタイトに290℃で水素ガスを通じ、酸
素の欠陥した活性化マグネタイト(酸素欠陥マグネタイ
ト)を合成し、これにCO2を反応させると、290
℃,4時間で完全(100%)に分解する。CO2の酸
素は、O2-となって酸素欠陥中に取り込まれ、Cは炭素
となってマグネタイトの表面に析出する。また350℃
では約4分でCO2分解反応が終了した。表面に炭素の
析出したマグネタイトを水と400℃で反応させ、つい
で水素と650℃で反応させると、各々H2ガスが選択
的に発生する。水素の発生量は、酸素欠陥マグネタイト
の形成に必要な量の約4倍である。排ガスの廃熱(40
0℃)を利用すれば、この水素発生反応を用いて廃熱か
ら有効に水素エネルギーあるいは水素資源を取り出すこ
とが可能となる。また、水と反応させて水素を発生させ
た後、ある条件下でさらに水と反応させると、CH3
Hが選択的に発生する。したがって、以上の反応の組み
合わせにより、CO2−CH4又はCO2−CH3OHの炭
素資源循環システムを構築することが可能となった。し
かも、反応生成物はいずれもシステムでの再利用が可能
であり、さらに、触媒原料であるマグネタイトは、活性
化,反応,炭素析出を経て再びマグネタイトに戻るた
め、完全なクローズドシステムを実現できるものであ
る。
[Function] By passing hydrogen gas through magnetite at 290 ° C., oxygen-deficient activated magnetite (oxygen-defective magnetite) is synthesized and reacted with CO 2 to give 290
Decomposes completely (100%) in 4 hours at ℃. Oxygen of CO 2 becomes O 2- and is taken into oxygen defects, and C becomes carbon and deposits on the surface of magnetite. Also 350 ° C
Then, the CO 2 decomposition reaction was completed in about 4 minutes. When magnetite with carbon deposited on the surface is reacted with water at 400 ° C. and then with hydrogen at 650 ° C., H 2 gas is selectively generated. The amount of hydrogen generated is about four times the amount required to form oxygen-deficient magnetite. Waste heat of exhaust gas (40
(0 ° C.) makes it possible to effectively extract hydrogen energy or hydrogen resources from waste heat using this hydrogen generation reaction. Moreover, when hydrogen is generated by reacting with water and then further reacting with water under certain conditions, CH 3 O
H is selectively generated. Therefore, by combining the above reactions, it became possible to construct a carbon resource circulation system of CO 2 —CH 4 or CO 2 —CH 3 OH. Moreover, all the reaction products can be reused in the system, and the magnetite, which is the catalyst raw material, returns to magnetite after activation, reaction, and carbon deposition, so that a completely closed system can be realized. Is.

【0011】図1の(a)に、CO2−CH4炭素資源循
環システムのフローチャートを示す。このシステムは、
第1〜第4のステップからなっている。
FIG. 1 (a) shows a flow chart of the CO 2 --CH 4 carbon resource recycling system. This system
It consists of first to fourth steps.

【0012】第1ステップは、マグネタイト活性化処理
である。活性化処理は、マグネタイトの脱酸素処理であ
る。この処理によりマグネタイトは、酸素欠陥マグネタ
イト(活性化マグネタイト)となり、活性化に水素を用
いると、副生物としてH2Oが生ずる。
The first step is a magnetite activation treatment. The activation treatment is a deoxidation treatment of magnetite. By this treatment, magnetite becomes oxygen-defective magnetite (activated magnetite), and when hydrogen is used for activation, H 2 O is produced as a by-product.

【0013】マグネタイトは、結晶学的に、スピネル型
構造を有し、酸素が立方最密充填しており、その隙間
(Asite,Bsite)に、+2価のFe,+3価
のFe,が1:2の割合で詰まっている。化学量論的に
はFe34と表される。同じスピネル型構造でカチオン
過剰のマグネタイト(酸素欠陥マグネタイトFe3O(
4-δと)表す)が存在するかどうかは、このような物質
がいままで合成されたことがなかったので不明であっ
た。Fe34+δH2=Fe34-δ+δH2Oの反応が
あると仮定し、Fe34とH2を様々な温度において反
応させてみた。従来の相平衡図では400℃以下ではF
34とαFeとの間で、Fe34側に幅は全く存在し
ない)。結局、Fe34とαFe間で、固溶の幅が存在
するかどうかであり、Fe34からO2-イオンが引き抜
かれたときに、Fe34-δが形成し得るかどうかであ
る。
Magnetite crystallographically has a spinel type structure and is cubically closest packed with oxygen, and +2 valent Fe and +3 valent Fe are 1: in the gap (Asite, Bsite). It is blocked at a ratio of 2. It is represented stoichiometrically as Fe 3 O 4 . Cation-rich magnetite with the same spinel structure (oxygen-deficient magnetite Fe 3 O (
It was unclear whether such a substance was present) because it has never been synthesized. Assuming that there is a reaction of Fe 3 O 4 + δH 2 = Fe 3 O 4-δ + δH 2 O, Fe 3 O 4 and H 2 were reacted at various temperatures. In the conventional phase equilibrium diagram, F at 400 ° C or lower
There is no width on the Fe 3 O 4 side between e 3 O 4 and αFe). After all, among Fe 3 O 4 and alpha iron, and the whether the width of the solid solution is present when the O 2- ions are withdrawn from the Fe 3 O 4, or Fe 3 O 4-δ can form How is it?

【0014】260〜350℃までの間を慎重に重量変
化と、X線回折データとの関係を追ってみた。280℃
では、1,2,4時間後、各々0.16,0.43,
0.84%と重量が減少し、また、X線回折測定の結果
からスピネル構造が保持されていることが分かった。表
1にスピネル構造が保持されるとして、これらの重量変
化から推定したスピネル構造のマグネタイトの化学組成
を示す。いずれの組成も酸素欠陥マグネタイトとして表
される。4時間後の試料についてX線回折の精密測定を
行ったところ、格子定数が0.8418nmであった
(図2)。この値は化学量論的マグネタイトの値(0.
83967nm)よりも大きな値であり、結晶が化学量
論的なものより多少拡がっていることを示している。こ
れは、酸素が一部欠陥したことにより、その分、カチオ
ンが結晶内に多く閉じ込められることとなり、格子間隔
が拡がったものと考えられる。H2ガスを通気する間、
出口側においてガスクロマトグラフィーでH2Oが確認
されることにより、格子中の酸素が水素ガスと反応しH
2Oとして除去されるものと推定される。
The relationship between the weight change and the X-ray diffraction data was carefully examined between 260 and 350 ° C. 280 ° C
Then, after 1, 2 and 4 hours, 0.16, 0.43 respectively
The weight decreased to 0.84%, and it was found from the result of X-ray diffraction measurement that the spinel structure was retained. Table 1 shows the chemical composition of magnetite having a spinel structure estimated from these weight changes, assuming that the spinel structure is retained. Both compositions are represented as oxygen-deficient magnetite. When the X-ray diffraction precision measurement was performed on the sample after 4 hours, the lattice constant was 0.8418 nm (FIG. 2). This value is the value of stoichiometric magnetite (0.
83967 nm), indicating that the crystals are slightly wider than the stoichiometric one. It is considered that this is because, due to the partial defect of oxygen, a large amount of cations were confined in the crystal and the lattice spacing was widened. While ventilating H 2 gas,
By confirming H 2 O by gas chromatography on the outlet side, oxygen in the lattice reacts with hydrogen gas and H 2 O
It is presumed to be removed as 2 O.

【0015】[0015]

【表1】 290℃でH2を通したことにより得ら れた酸素欠陥マグネタイトの化学組成 ─────────────────── H2を通じた時間 Fe34-x ─────────────────── 1 0.0307 2 0.0816 3 0.1563 ───────────────────[Table 1] Chemical composition of oxygen deficient magnetite obtained by passing H 2 at 290 ° C. ─────────────────── Time for passing H 2 Fe 3 O 4-x ─────────────────── 1 0.0307 2 0.0816 3 0.1563 ───────────────────

【0016】マグネタイトを200℃で2日間十分に乾
燥した後、熱天秤によってその重量変化を測定した。2
00℃で乾燥後のマグネタイトの組成はFe34517
であった。化学量論的な組成に比べて酸素が過剰となっ
ている。これは粒径が1μ以下のマグネタイト粒子では
表面が酸化されることによる。290℃まで水素を通じ
たまま約8.3℃/minで昇温し、そのまま290±
0.5℃に保持した(PI抑制)。ほぼ40分後にFe
3400の組成(化学量論的組成)まで重量が減少した
が、その後更に重量減少が見られ、100分後にはFe
33838の組成まで変化した。この試料を急冷してX
線回折分析によって格子定数を測定したものが先の図2
である。化学分析値はFe3384であり、熱天秤の結
果と一致していた。このように300℃で水素ガスを通
じることによってスピネル構造中の酸素イオンが抜けて
Fe34−δで示される酸素欠陥マグネタイトが存在す
ることが確認された。この実験結果により、先に仮定し
た Fe34+δH2=Fe34−δ+δH2O の反応が実際に起こっていることも明らかになった。
After the magnetite was sufficiently dried at 200 ° C. for 2 days, its weight change was measured by a thermobalance. Two
The composition of magnetite after drying at 00 ° C. is Fe 3 O 4 . 517
Met. Oxygen is in excess compared to stoichiometric composition. This is because the surface of magnetite particles having a particle size of 1 μm or less is oxidized. The temperature was raised to 290 ° C at about 8.3 ° C / min while passing hydrogen, and 290 ±
It was kept at 0.5 ° C (PI suppression). Fe after about 40 minutes
3 O 4 . The weight was reduced to the composition of 00 (stoichiometric composition), but further weight reduction was observed after that, and Fe was 100 minutes later.
3 O 3 . The composition changed to 838 . This sample is rapidly cooled and X
Figure 2 shows the lattice constant measured by line diffraction analysis.
Is. The chemical analysis value is Fe 3 O 3 . It was 84 , which was in agreement with the result of the thermobalance. As described above, it was confirmed that oxygen ions in the spinel structure escaped by passing hydrogen gas at 300 ° C., and oxygen-deficient magnetite represented by Fe 3 O 4 −δ exists. From this experimental result, it was revealed that the previously assumed reaction of Fe 3 O 4 + δH 2 = Fe 3 O 4 −δ + δH 2 O is actually occurring.

【0017】このような酸素欠陥マグネタイトの存在は
今までに報告がなかったが、今回水素との反応によって
強制的に酸素除去する反応を290℃という固体化学反
応としては比較的低温で行わせたことにより、初めて安
定に得ることができたと考えられる。
The existence of such oxygen-deficient magnetite has not been reported until now, but this time the reaction of forcibly removing oxygen by reaction with hydrogen was carried out at a relatively low temperature as a solid chemical reaction of 290 ° C. Therefore, it is considered that stable acquisition was possible for the first time.

【0018】第2ステップは、CO2の分解処理であ
る。活性化マグネタイトに、280℃〜350℃の温度
でCO2を作用させると、図3の曲線Aで示されるよう
にCO2は2時間後完全に(〜100%)分解された。
また、曲線Bで示されるようにCO2の分解とほぼ一致
して反応系内の圧力が減少した。これは、CO2の分解
が反応生成物として一切ガスの発生を伴わないことを示
している。実際に、ガスクロマトグラフィによりCO2
以外のガスは発生していないことが確認された。また、
元素分析装置による炭素の分析結果を表2に示す。反応
セルのCO2量の約2倍量の炭素やマグネタイト上に堆
積していた。反応量が多いのは反応開始の際セル内のH
2ガスをCO2ガスで置換するときに、CO2ガスが反応
したためと考えられる炭素の析出したマグネタイトを塩
酸溶液(1:1)で処理すると、マグネタイト部分が溶
解し、炭素分がすすとなって残り、黒濁するのが観察さ
れた。この炭素分をグラスフィルター(1μ)でロ過回
収し、重量法により秤量測定した。この結果は元素分析
によるものとほぼ一致し、反応によって炭素がマグネタ
イト表面上に確かに堆積していることが確認された。
The second step is a CO 2 decomposition process. When the activated magnetite was exposed to CO 2 at a temperature of 280 ° C. to 350 ° C., the CO 2 was completely decomposed (˜100%) after 2 hours as shown by the curve A in FIG.
Further, as shown by the curve B, the pressure in the reaction system decreased almost in agreement with the decomposition of CO 2 . This indicates that the decomposition of CO 2 is not accompanied by the generation of any gas as a reaction product. In fact, by gas chromatography, CO 2
It was confirmed that no other gas was generated. Also,
Table 2 shows the analysis results of carbon by the elemental analyzer. It was deposited on carbon or magnetite in an amount about twice the amount of CO 2 in the reaction cell. The large reaction amount is due to the H in the cell at the start of the reaction.
2 gas when substituted with CO 2 gas, CO 2 gas is reacted precipitated conceivable carbon because magnetite hydrochloric acid solution (1: 1) is treated, dissolved magnetite part, become carbon content and soot It was observed that a black turbidity remained. The carbon content was collected by filtration with a glass filter (1 μ) and weighed by a gravimetric method. This result is almost in agreement with the elemental analysis, and it was confirmed that carbon was certainly deposited on the magnetite surface by the reaction.

【0019】[0019]

【表2】 CO2の分解反応後のマグネタイトに含まれる炭素量 ───────────────────────── m mol ───────────────────────── CO2の初期総量 1.28 反応後のマグネタイト中の炭素 2.51 反応前のマグネタイト中の炭素 0.15> ─────────────────────────[Table 2] Carbon content in magnetite after the decomposition reaction of CO 2 ───────────────────────── mmol ─────── ─────────────────── CO 2 Initial total amount 1.28 Carbon in magnetite after reaction 2.51 Carbon in magnetite before reaction 0.15> ── ───────────────────────

【0020】COやO2などのガスの発生が確認されな
いことからCO2中の酸素は、酸素欠陥マグネタイト中
に取り込まれたと考えられる。これを式で示すと CO2→C+2(O2-) となり、ここで(O2-)は、酸素イオンが酸素欠陥マグ
ネタイト中の酸素欠陥サイトに取り込まれたことを意味
する。X線回折測定の結果から反応後カーバイトの生成
の無いことが確認され、式のCは炭素粉末としてマグ
ネタイト表面に存在しているものと推定される。またX
線回折測定による格子定数及び化学分析による組成は化
学量論的マグネタイトのものに一致した(図2)。これ
らのことを考慮すると酸素欠陥マグネタイトによるCO
2の分解反応は、次式のように書くことができる。
Since generation of gases such as CO and O 2 was not confirmed, it is considered that oxygen in CO 2 was taken into oxygen-defective magnetite. This can be expressed by the formula: CO 2 → C + 2 (O 2− ), where (O 2− ) means that oxygen ions are incorporated into oxygen defect sites in the oxygen defect magnetite. From the result of X-ray diffraction measurement, it was confirmed that no carbide was formed after the reaction, and it is presumed that C in the formula exists as carbon powder on the magnetite surface. Also X
The lattice constant by line diffraction measurement and the composition by chemical analysis were in agreement with those of stoichiometric magnetite (Fig. 2). Considering these things, CO due to oxygen-defective magnetite
The decomposition reaction of 2 can be written as

【0021】 Fe34-δ+1/2δCO2=Fe34+1/2δC [Fe34Cτ(τ=1/2δ)] 右辺の炭素はマグネタイト表面に析出しているものであ
り、この炭素を生成物中の成分とみなして以下ではFe
34Cτ(τ=1/2δ)と表すこととし、これを炭素
析出マグネタイトと言うことにする。
Fe 3 O 4-δ + 1 / 2δCO 2 = Fe 3 O 4 + 1 / 2δC [Fe 3 O 4 Cτ (τ = 1 / 2δ)] Carbon on the right side is deposited on the surface of the magnetite, Considering this carbon as a component in the product,
It is expressed as 3 O 4 Cτ (τ = 1 / 2δ), and this is referred to as carbon-deposited magnetite.

【0022】図4に350℃でCO2の分解反応を調べ
た結果を示す。図中の曲線は圧力計で読み取った内圧の
変化を示す。約2分間のインダクションがあった後、約
4分間で殆ど完全に1atmのCO2が分解され真空状
態となった。図3の300℃での結果と比べるとわずか
50℃だけしか温度が高くないのに、反応速度が圧倒的
に速まっている点が注目される。これは恐らく酸素欠陥
サイトを移動する酸素イオンの移動度が温度によってク
リティカルに変化するためと思われる。移動度が温度に
よってクリティカルに変化することの理由は不明である
が、酸素欠陥マグネタイト結晶の特有の物性を示すもの
として興味深い。
FIG. 4 shows the results of examining the decomposition reaction of CO 2 at 350 ° C. The curve in the figure shows the change in internal pressure read by the pressure gauge. After the induction for about 2 minutes, 1 atm of CO 2 was almost completely decomposed in about 4 minutes to be in a vacuum state. It is noteworthy that the reaction rate is overwhelmingly high, although the temperature is only 50 ° C. higher than the result at 300 ° C. in FIG. This is probably because the mobility of oxygen ions migrating through oxygen deficiency sites changes critically with temperature. The reason why the mobility changes critically with temperature is unknown, but it is interesting as a characteristic property of oxygen-defective magnetite crystals.

【0023】CO2を炭素まで分解する強い還元力は次
のように考えられる。酸素欠陥マグネタイトは、非平衡
状態で形成される準安定な結晶構造を有しており、その
意味では不安定な化合物である。室温で酸素と徐々に反
応し、酸素イオンを取り組み、より安定なスピネル構造
のFe34に変化する。酸素欠陥マグネタイトが不安定
な結晶構造になっていることはX線回折図でのピーク幅
の広がりから推測される。このように、化学量論的なマ
グネタイトに比べると、歪のかかったスピネル構造とな
っている。CO2を炭素にまで還元する強い還元力はこ
のような不安定なスピネル構造がより安定なスピネル構
造に変化しようとすることから生じるものと考えられ
る。安定なスピネル型構造を取ろうとして、酸素イオン
が結晶中に取り込まれると結晶は電気的中性を維持しよ
うとするためにnegative・chargeとして
電子を表面から放出しようとする。酸素欠陥マグネタイ
ト中では+2価のFeが電子を放出し得る原子として存
在するが、酸素欠陥マグネタイトの結晶の不安定性のた
めに異常な還元ポテンシャルを発生するものと考えられ
る。
The strong reducing power for decomposing CO 2 into carbon is considered as follows. Oxygen-deficient magnetite has a metastable crystal structure formed in a non-equilibrium state, and is an unstable compound in that sense. At room temperature, it gradually reacts with oxygen and takes on oxygen ions, and changes into more stable spinel structure Fe 3 O 4 . The unstable crystal structure of oxygen-defective magnetite is inferred from the broadening of the peak width in the X-ray diffraction pattern. Thus, it has a strained spinel structure as compared to stoichiometric magnetite. It is considered that the strong reducing power for reducing CO 2 to carbon arises from such an unstable spinel structure trying to change to a more stable spinel structure. When oxygen ions are incorporated into the crystal in an attempt to adopt a stable spinel structure, the crystal tries to emit electrons from the surface as a negative charge in order to maintain electric neutrality. In oxygen-deficient magnetite, +2 valent Fe exists as an atom capable of emitting an electron, but it is considered that an abnormal reduction potential is generated due to the instability of the crystal of oxygen-defective magnetite.

【0024】なお、金属鉄では今回のように、300℃
付近でしかも高効率で速い反応でCO2を分解させるこ
とはできない。これは金属鉄では、CO2の分解に伴っ
て金属が金属酸化物になるときに結晶構造の変化を伴う
ことが大きな原因と思われる。今回のようにスピネル構
造が保持されたまま酸素イオンが透過するだけの状態と
はかなり反応効率に差異がある。もう一つ別の原因とし
て、金属では反応によってカーバイトが表面に形成され
るのでCO2との反応性が低下することが考えられる。
For metallic iron, this time, 300 ° C
It is impossible to decompose CO 2 in the vicinity and in a highly efficient and fast reaction. This is considered to be largely due to the change in crystal structure of metallic iron when the metal becomes a metal oxide with the decomposition of CO 2 . There is a considerable difference in reaction efficiency from the state in which oxygen ions permeate while retaining the spinel structure as in this case. As another cause, it is conceivable that metal reacts with the formation of carbide to reduce the reactivity with CO 2 .

【0025】第3ステップは、炭素析出マグネタイトを
利用した水素ガスの発生処理である。上述のように酸素
欠陥マグネタイトとCO2を反応させると表面に炭素を
析出したマグネタイト[炭素析出マグネタイト:Fe3
4Cτ(τ=1/2δ)]が形成される。ここではC
2との反応の生成物である炭素析出マグネタイトにつ
いてH2Oとの反応を調べた。結果を表3に示す。反応
時間は何れも40分であるが、400℃以上では反応は
5分間でほぼ完了していた。400℃では水素が選択的
に発生し、600℃で水素の発生量が約半分に減少する
とともにCOとCO2とがほぼ同量発生した。このよう
に炭素析出マグネタイトを用いることにより400℃で
水から水素ガスを選択的に発生できることが分かった。
400℃での発生量49.3ml/gは後で述べるよう
にマグネタイトから酸素欠陥マグネタイトを形成する必
要量のほぼ4倍量に相当している。したがって、この反
応で発生する水素ガスを第1ステップに用いれば、マグ
ネタイトを再生して二酸化炭素分解過程を繰り返し行わ
せることが出来る。再生に利用する水素量を差し引いた
残りの余分の水素ガスは、水素燃料や化学原料として利
用することができる。
The third step is a hydrogen gas generation process using carbon-deposited magnetite. As described above, when oxygen-deficient magnetite and CO 2 are reacted, magnetite having carbon deposited on the surface [carbon-deposited magnetite: Fe 3
O 4 C τ (τ = 1 / 2δ)] is formed. Here C
The reaction with H 2 O was investigated on the carbon-deposited magnetite that is the product of the reaction with O 2 . The results are shown in Table 3. The reaction time was 40 minutes in each case, but at 400 ° C. or higher, the reaction was almost completed in 5 minutes. At 400 ° C., hydrogen was selectively generated, and at 600 ° C., the amount of hydrogen generated was reduced to about half, and CO and CO 2 were generated at almost the same amount. As described above, it was found that hydrogen gas can be selectively generated from water at 400 ° C. by using the carbon-deposited magnetite.
The generated amount of 49.3 ml / g at 400 ° C. corresponds to almost four times the required amount of forming oxygen deficient magnetite from magnetite as described later. Therefore, if hydrogen gas generated by this reaction is used in the first step, it is possible to regenerate magnetite and repeat the carbon dioxide decomposition process. The remaining excess hydrogen gas after subtracting the amount of hydrogen used for regeneration can be used as hydrogen fuel or a chemical raw material.

【0026】[0026]

【表3】 炭素付着マグネタイトに水を反応させたときの生成物 ────────────────────────── 温度(℃) H2 CO CO2 (ml/g) ────────────────────────── 400 14.8 0.48 1.02 600 9.0 11.2 12.3 ──────────────────────────[Table 3] Products produced by reacting carbon-attached magnetite with water ────────────────────────── Temperature (℃) H 2 CO CO 2 (ml / g) ────────────────────────── 400 14.8 0.48 1.02 600 9.0 9.0 11.2 12. 3 ──────────────────────────

【0027】表4に炭素析出マグネタイトの炭素量と水
素発生量との関係を示す。通常の活性炭とマグネタイト
のみを単に混ぜ合わせたものでは、水素の発生はみられ
ない。また水素で活性化する前のマグネタイトのみでも
水素の発生はみられない。これに対し、水素で活性化し
たマグネタイト(酸素欠陥マグネタイト)及び炭素析出
マグネタイトにおいては、水素の発生がみられる。興味
深いのは、炭素析出マグネタイト中の炭素量が0.25
%以上では水素の発生量が炭素の量に依存しない点であ
り、これについては後述することにする。また、活性化
マグネタイトでは反応後に化学量論的なマグネタイトと
なっていたのに対して、炭素析出マグネタイトは一部酸
化された組成(Fe3412)になっていた。更に、炭
素析出マグネタイトでは200〜400℃において反応
前後で炭素の量に殆ど差異がみられなかった。
Table 4 shows the relationship between the amount of carbon and the amount of hydrogen generated in the carbon-deposited magnetite. Hydrogen is not observed in a simple mixture of ordinary activated carbon and magnetite. In addition, no hydrogen is generated even with magnetite alone before being activated by hydrogen. On the other hand, hydrogen is generated in magnetite activated with hydrogen (oxygen deficient magnetite) and carbon-deposited magnetite. What is interesting is that the amount of carbon in the carbon-deposited magnetite is 0.25.
%, The amount of hydrogen generated does not depend on the amount of carbon, which will be described later. Moreover, whereas in the activated magnetite has been a stoichiometric magnetite after the reaction, the carbon precipitated magnetite was supposed to compositions that are partially oxidized (Fe 3 O 4. 12) . Furthermore, in the carbon-deposited magnetite, there was almost no difference in the amount of carbon before and after the reaction at 200 to 400 ° C.

【0028】[0028]

【表4】 炭素析出マグネタイトに水を反応させたときのH2発生量 ──────────────────────────── H2発生量(ml/g) ──────────────────────────── マグネタイト 0 活性炭混合マグネタイト 0 炭素析出マグネタイト 0.15wt% 7.33 0.25wt% 40.2 0.50wt% 40.6 0.80wt% 44.7 ────────────────────────────[Table 4] H 2 generation amount when water is reacted with carbon-deposited magnetite ───────────────────────────── H 2 generation Amount (ml / g) ──────────────────────────── Magnetite 0 Activated carbon mixed magnetite 0 Carbon precipitated magnetite 0.15wt% 7.33 0.25 wt% 40.2 0.50 wt% 40.6 0.80 wt% 44.7 ─────────────────────────────

【0029】第4ステップでは、炭素析出マグネタイト
を利用したメタンの発生処理である。炭素析出マグネタ
イトと水素ガスとの反応によって炭化水素が生成する。
このとき、CO2を共存させれば、反応は促進する。表
5は、炭化水素の組成と温度との関係を示す。反応時間
は30分でそれ以上の反応時間による組成の変化はみら
れなかった。300℃では炭化水素のガスの発生がな
く、析出した炭素は水素と反応しない。しかし、650
℃では、わずかにエタンの発生がみられるがほとんどの
炭素が水素と反応してメタンに変化した(表中の650
℃でのメタンの発生量は炭素析出マグネタイト中の炭素
量から計算される理論量にほぼ一致している)。反応
後、いずれの試料もX線回折測定によれば、スピネル型
構造が維持されていることが分かった。
The fourth step is a methane generation process using carbon-deposited magnetite. Hydrocarbons are produced by the reaction between carbon-deposited magnetite and hydrogen gas.
At this time, if CO 2 coexists, the reaction is accelerated. Table 5 shows the relationship between hydrocarbon composition and temperature. The reaction time was 30 minutes, and no change in the composition due to the reaction time was observed. At 300 ° C., no hydrocarbon gas is generated, and the deposited carbon does not react with hydrogen. But 650
At ℃, ethane was slightly generated, but most of the carbon reacted with hydrogen and changed to methane (650 in the table).
The amount of methane generated at ℃ is almost in agreement with the theoretical amount calculated from the amount of carbon in carbon-deposited magnetite). After the reaction, it was found by the X-ray diffraction measurement that all the samples maintained the spinel structure.

【0030】[0030]

【表5】 炭素析出マグネタイトに水を反 応させたときの炭化水素生成量 ───────────────────────── 温 度 CH4 26 (℃) (ml/g) (ml/g) ───────────────────────── 300 0 0 450 1.19 0 650 3.87 0.011 ─────────────────────────[Table 5] Hydrocarbon yield when carbon precipitating magnetite is reacted with water ───────────────────────── Temperature CH 4 C 2 H 6 (℃) (ml / g) (ml / g) ───────────────────────── 300 0 0 450 1.19 0 650 3.87 0.011 ─────────────────────────

【0031】メタンを発生させた後に得られたマグネタ
イト(炭素成分0.05%以下)を用いて、第1ステッ
プの処理、すなわち、300℃で水素ガスを通じ、それ
にCO2を反応させるとCO2が完全に分解された。この
ようにメタン発生反応後に回収されるマグネタイトは、
第2ステップのCO2分解反応に再使用できることが確
認された。また、300℃で水素と反応させた試料は、
酸素欠陥マグネタイトになっていた。このように、30
0℃での水素との処理により、炭素析出マグネタイト
は、炭素を析出したままでも酸素欠陥マグネタイトに再
生できることが分かった。
When the magnetite obtained after generating methane (carbon content is 0.05% or less) is used in the first step, that is, when hydrogen gas is passed at 300 ° C. and CO 2 is reacted with it, CO 2 Was completely disassembled. The magnetite recovered after the methane generation reaction is
It was confirmed that it can be reused for the CO 2 decomposition reaction in the second step. In addition, the sample reacted with hydrogen at 300 ℃,
It was oxygen-deficient magnetite. Like this, 30
By treatment with hydrogen at 0 ° C., it was found that the carbon-deposited magnetite can be regenerated into oxygen-defective magnetite even with carbon deposited.

【0032】図1の(b)は、CO2−CH3OH炭素循
環システムのフローチャトを示す図である。このシステ
ムにおいても、第1〜第3ステップは、先のCO2−C
4炭素循環システムと同じである。本システムでは、
第4ステップとして炭素析出マグネタイトにH2Oを反
応させるものである。反応温度は約400℃、その後冷
却により水蒸気を凝結させてゆくとメタノール(CH3
OH)が生成する。その他、第3ステップにおいて、炭
素析出マグネタイトを300℃で空気と反応させるとC
Oが発生することが見いだされている。このCOを先ほ
どのH2ガスと反応させてもメタノールを合成すること
ができる。メタノールはそのものが需要がある他、化学
原料として重要な位置を占めており、メタノールを出発
物質として種々の有機化学品が製造される。このように
今回のマグネタイトを利用するCO2の除去分解技術
は、二酸化炭素の再資源化技術としても期待できるもの
である。
FIG. 1B is a diagram showing a flow chart of the CO 2 --CH 3 OH carbon circulation system. Also in this system, the first to third steps are the same as those of the CO 2 -C.
H 4 is the same as the carbon cycle system. In this system,
As a fourth step, H 2 O is reacted with carbon-deposited magnetite. The reaction temperature is about 400 ° C., and when the water vapor is condensed by cooling, methanol (CH 3
OH) is produced. In addition, in the third step, when carbon-deposited magnetite is reacted with air at 300 ° C., C
It has been found that O occurs. Methanol can also be synthesized by reacting this CO with the H 2 gas. Methanol itself is in demand and also occupies an important position as a chemical raw material, and various organic chemicals are manufactured using methanol as a starting material. As described above, the CO 2 removal and decomposition technology using magnetite of this time can be expected as a technology for recycling carbon dioxide.

【0033】以上、図1の(a),(b)のシステムの
フローチャートに明らかなとおり、CO2は、CH4また
はCH3OHとしてシステムにより取出され、CH4又は
CH3OHの燃焼により生じたCO2は、再びシステムに
導入してCH4又はCH3OHの生成に利用できる。ま
た、副産物として生じたH2Oは、H2の発生や、CH3
OHの生成に利用でき、さらにH2は、マグネタイトの
活性処理に利用することにより、システムに発生するガ
スは、システムの稼動に、あるいはこれを資源エネルギ
ーガスとして活用できる点が大きな特徴である。しか
も、触媒に用いるマグネタイトは、活性化,炭素析出を
経て再び元のマグネタイトに戻るものであるため、廃棄
物は一切生じない。
The above, in FIG. 1 (a), as will be apparent to the flow chart of system (b), CO 2 is removed by the system as CH 4 or CH 3 OH, caused by combustion of CH 4 or CH 3 OH The CO 2 can be reintroduced into the system and used for the production of CH 4 or CH 3 OH. Further, as the resulting H 2 O byproducts, generation and H 2, CH 3
A major feature is that the gas generated in the system can be used for the operation of the system or can be used as a resource energy gas by using it for the production of OH and further for the use of H 2 for the active treatment of magnetite. Moreover, since the magnetite used for the catalyst returns to the original magnetite after being activated and deposited with carbon, no waste is generated.

【0034】本発明において、メタンガス発生時には熱
エネルギーを要するが、その他、反応はすべて排ガスの
熱量を有効に利用することができる。排ガス中のCO2
を除去して炭素析出マグネタイトを得て、これを水と反
応させて水素ガスを発生させる。ここで得られる水素ガ
スをマグネタイトの再活性化とメタンガス発生の両方に
供給し、メタンガスは燃料として使用し、このとき発生
するCO2は再び活性化されたマグネタイトによってC
として回収する。
In the present invention, heat energy is required when methane gas is generated, but other than that, the heat quantity of the exhaust gas can be effectively utilized in all the reactions. CO 2 in exhaust gas
Are removed to obtain carbon-deposited magnetite, which is reacted with water to generate hydrogen gas. The hydrogen gas obtained here is supplied to both the reactivation of magnetite and the generation of methane gas, and the methane gas is used as a fuel, and the CO 2 generated at this time is converted to C by the reactivated magnetite.
Collect as.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上のように本発明のシステムによれ
ば、エネルギー的には廃熱を利用できるので、かなり高
効率で発生した炭素質エネルギーガスを燃料として再利
用できる。当然のことながらこのシステムではCO2
スの発生がないのでCO2に起因する地球温暖化の問題
を解決できる効果を有する。
As described above, according to the system of the present invention, since the waste heat can be used in terms of energy, it is possible to reuse the carbonaceous energy gas generated with considerably high efficiency as a fuel. As a matter of course, since this system does not generate CO 2 gas, it has an effect of solving the problem of global warming caused by CO 2 .

【0036】[0036]

【実施例】以下に本発明の実施例を示す。EXAMPLES Examples of the present invention will be shown below.

【0037】(実施例1) ステップ1:図5において、マグネタイト(Fe34
1の10gを石英ウール4で挾んで石英カラム2内に充
填し、電気炉3内で300℃で4時間水素ガス(100
0ml)と反応させて酸素欠陥鉄酸化物を得た。
Example 1 Step 1: In FIG. 5, magnetite (Fe 3 O 4 )
10 g of No. 1 was sandwiched with quartz wool 4 and packed in a quartz column 2, and hydrogen gas (100
0 ml) to obtain oxygen-deficient iron oxide.

【0038】ステップ2:次に二酸化炭素をカラムに導
入し、300℃で反応させ、マグネタイト表面上に炭素
を析出させた。この鉄酸化物中には0.3%炭素が含ま
れていた。このとき消費した水素を炭素析出量より計算
すると、全量1000mlの内、112mlであること
が分かる。
Step 2: Next, carbon dioxide was introduced into the column and reacted at 300 ° C. to deposit carbon on the magnetite surface. This iron oxide contained 0.3% carbon. When the hydrogen consumed at this time was calculated from the carbon deposition amount, it was found that it was 112 ml out of the total amount of 1000 ml.

【0039】ステップ3:ステップ2で作成した炭素付
着鉄酸化物10gを石英セルに充填し、水蒸気を400
℃で接触させた。30分反応後、反応セル内に水素ガス
が450ml生成した。反応後の鉄酸化物中には0.2
7%炭素が含まれていた。全鉄に対する2価鉄の比は
0.26であった。これは化学量論的なマグネタイトの
比(0.33)と比べ酸化された状態にあることが分か
る。言い替えれば酸素を水からマグネタイト格子中に取
り込んだと考えられるが実際の水素の発生量はこれより
も3倍以上多い。反応機構の詳細は不明であるが、現状
では炭素の析出したマグネタイトが触媒的に反応して水
を水素と酸素に分解しているものと考えられる。発生し
た酸素はマグネタイト表面に吸着している可能性が強
い。
Step 3: A quartz cell is filled with 10 g of the carbon-adhered iron oxide prepared in Step 2 and 400 steam is added.
Contacted at ° C. After reacting for 30 minutes, 450 ml of hydrogen gas was produced in the reaction cell. 0.2 in iron oxide after reaction
It contained 7% carbon. The ratio of divalent iron to total iron was 0.26. It can be seen that this is in an oxidized state compared to the stoichiometric magnetite ratio (0.33). In other words, it is considered that oxygen was taken from water into the magnetite lattice, but the actual amount of hydrogen generated was more than three times higher than this. Although the details of the reaction mechanism are unknown, it is considered that magnetite with carbon deposited catalytically decomposes water into hydrogen and oxygen at present. It is highly possible that the generated oxygen is adsorbed on the magnetite surface.

【0040】また、ステップ2で作成した反応後の炭素
付着鉄酸化物10gを石英セルに充填し、真空ポンプで
反応セル内を減圧状態(5×10-4Torr)にしなが
ら500℃で2時間放置した。マグネタイト中の全鉄に
対する2価鉄の比は0.26であったが、この操作によ
って0.33、つまり化学量論的なマグネタイトとなっ
た。また表面に吸着している酸素も除去できるものと推
測される。マグネタイト上に析出した炭素は変化しなか
った。
Further, 10 g of the carbon adhering iron oxide after the reaction prepared in step 2 was filled in a quartz cell, and the inside of the reaction cell was depressurized (5 × 10 −4 Torr) with a vacuum pump at 500 ° C. for 2 hours. I left it. The ratio of divalent iron to total iron in magnetite was 0.26, but this operation resulted in 0.33, that is, stoichiometric magnetite. It is also presumed that the oxygen adsorbed on the surface can be removed. The carbon deposited on the magnetite did not change.

【0041】ステップ4:ステップ3で生成した水素2
25mlを500℃で反応させたところ、メタンが発生
することが確認された。この反応後のマグネタイト中の
炭素は0.011%であった。
Step 4: Hydrogen 2 produced in Step 3
When 25 ml was reacted at 500 ° C., it was confirmed that methane was generated. Carbon in the magnetite after this reaction was 0.011%.

【0042】ちなみに、ステップ4で得られたメタン生
成反応後のマグネタイト(Fe34)10gを石英カラ
ム内に充填し、300℃5時間水素ガス(1000m
l)と反応させ、酸素欠陥鉄酸化物を得た。使用した水
素は、ステップ3で生成した一部(225ml)を使用
した。
Incidentally, 10 g of magnetite (Fe 3 O 4 ) obtained in the step 4 after the methanation reaction was filled in a quartz column, and hydrogen gas (1000 m) was supplied at 300 ° C. for 5 hours.
It was reacted with 1) to obtain oxygen-deficient iron oxide. The hydrogen used was a portion (225 ml) generated in Step 3.

【0043】次に、ステップ2の処理として二酸化炭素
をカラムに導入し、300℃で反応させ、マグネタイト
表面上に炭素を析出させた。この鉄酸化物中には0.3
%炭素が含まれていた。この操作によりマグネタイト及
び水素は、繰り返し二酸化炭素分解反応に使用できるこ
とが分かった。以上、ステップ1からステップ4まで各
反応を組み合わせて炭素資源を最終的にメタンに換える
サイクルが構築できることが分かる。
Next, as the treatment of step 2, carbon dioxide was introduced into the column and reacted at 300 ° C. to deposit carbon on the surface of magnetite. 0.3 in this iron oxide
It contained% carbon. By this operation, it was found that magnetite and hydrogen can be repeatedly used for carbon dioxide decomposition reaction. As described above, it is understood that a cycle in which carbon resources are finally converted to methane can be constructed by combining the reactions from step 1 to step 4.

【0044】(実施例2) ステップ3:実施例1のステップ2で作成した炭素付着
鉄酸化物10gを石英セルに充填し、水蒸気を400℃
で接触させた。180分反応後、反応セル内に水素ガス
が290ml発生した。
(Example 2) Step 3: 10 g of the carbon-adhered iron oxide prepared in Step 2 of Example 1 was filled in a quartz cell and steam was heated at 400 ° C.
Contacted with. After the reaction for 180 minutes, 290 ml of hydrogen gas was generated in the reaction cell.

【0045】ステップ4:25℃まで冷却して水蒸気を
凝結させると水槽からメタノールが0.02g検出され
た。反応後のマグネタイトは実施例1と同様に再度炭酸
ガス分解に利用できる。以下その手順を示す。
Step 4: When cooled to 25 ° C. to condense steam, 0.02 g of methanol was detected in the water tank. The magnetite after the reaction can be reused for carbon dioxide decomposition in the same manner as in Example 1. The procedure is shown below.

【0046】ステップ1:反応後の炭素付着鉄酸化物1
0gを石英セルに充填し、真空ポンプで反応セル内を減
圧状態(5×10-4Torr)にしながら500℃で2
時間放置した。その後、後に示す実施例3で発生回収さ
れた水素を含む1000mlの水素と、300℃で5時
間反応させてマグネタイトを活性化した。
Step 1: Carbon-adhered iron oxide 1 after reaction
0 g was filled in a quartz cell, and the pressure in the reaction cell was reduced by a vacuum pump (5 × 10 −4 Torr) at 500 ° C. for 2 hours.
Left for hours. Thereafter, the magnetite was activated by reacting with 1000 ml of hydrogen containing hydrogen generated and recovered in Example 3 described later at 300 ° C. for 5 hours.

【0047】ステップ2:次に二酸化炭素をカラムに導
入して300℃で反応させ、マグネタイト表面上に炭素
を析出させた。この鉄酸化物中には0.3%炭素が含ま
れていた。この操作によりマグネタイト及び水素を繰り
返し二酸化炭素分解反応に使用できることが分かった。
Step 2: Next, carbon dioxide was introduced into the column and reacted at 300 ° C. to deposit carbon on the surface of the magnetite. This iron oxide contained 0.3% carbon. By this operation, it was found that magnetite and hydrogen can be repeatedly used for carbon dioxide decomposition reaction.

【0048】(実施例3)実施例1のステップ2で使用
した反応後の炭素付着鉄酸化物10gを石英セルに充填
し、空気ガス(100ml)と550℃で2時間反応さ
せた。ガスクロマトグラフ分析の結果、COが15ml
発生したことが分かった。
Example 3 A quartz cell was filled with 10 g of the carbon adhering iron oxide after the reaction used in step 2 of Example 1, and the reaction was performed with air gas (100 ml) at 550 ° C. for 2 hours. As a result of gas chromatographic analysis, CO is 15 ml
It turned out that it happened.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のシステムのフローチャートを示す図で
あって、(a)は、CO2−CH4循環システム、(b)
は、CO2−CH3OHのチャートを示す。
FIG. 1 is a diagram showing a flow chart of the system of the present invention, in which (a) is a CO 2 —CH 4 circulation system, and (b) is a system.
Shows a chart of the CO 2 -CH 3 OH.

【図2】酸素欠陥マグネタイトの格子定数の変化を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing changes in the lattice constant of oxygen-defective magnetite.

【図3】酸素欠陥マグネタイトによるCO2の分解特性
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing decomposition characteristics of CO 2 by oxygen-defective magnetite.

【図4】350℃における酸素欠陥マグネタイトによる
CO2の分解反応の内圧変化を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing changes in internal pressure of a decomposition reaction of CO 2 by oxygen-defective magnetite at 350 ° C.

【図5】本発明の実施例に用いた実験装置を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing an experimental device used in an example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 マグネタイト 2 石英カラム 3 電気炉 1 magnetite 2 quartz column 3 electric furnace

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C10J 3/72 6958−4H ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI technical display location C10J 3/72 6958-4H

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 鉄酸化物を触媒原料とし、鉄酸化物の活
性化処理と、炭酸ガスの分解処理と、炭素質資源ガスの
発生処理とを含む炭素質資源循環システムであって、 鉄酸化物の活性化処理は、鉄酸化物に水素を反応させて
酸素欠陥鉄酸化物を生成反応生成物として水を生じさせ
る処理であり、 炭酸ガスの分解処理は、活性化した鉄酸化物を触媒とし
て炭酸ガスを炭素に還元処理するものであり、分解によ
り生成した炭素は、鉄酸化物表面に析出し、 酸素は、酸素欠陥鉄酸化物中に取り込まれるものであ
り、 炭素質資源ガスの発生処理は、鉄酸化物の表面に析出し
た炭素に他の成分を反応させて炭素質資源ガスを生成す
る処理であり、且つ鉄酸化物表面の析出炭素を除去して
活性化しうる鉄酸化物に再生する処理であることを特徴
とする炭素質資源循環システム。
1. A carbonaceous resource circulation system comprising iron oxide as a catalyst raw material, which comprises an activation treatment of iron oxide, a decomposition treatment of carbon dioxide gas, and a generation treatment of carbonaceous resource gas. The activation process of a substance is a process of reacting hydrogen with an iron oxide to generate oxygen-deficient iron oxide, which produces water as a reaction product. The decomposition process of carbon dioxide gas is a catalyst of activated iron oxide. As carbon dioxide is reduced to carbon, carbon generated by decomposition is deposited on the surface of iron oxide, and oxygen is taken into oxygen-deficient iron oxide, generating carbonaceous resource gas. The treatment is a treatment in which carbon deposited on the surface of the iron oxide is reacted with other components to generate a carbonaceous resource gas, and the deposited carbon on the iron oxide surface is removed to form an iron oxide that can be activated. Carbon characterized by being regenerated Resource recycling system.
【請求項2】 炭素質資源ガスの発生処理に先立ち、炭
素付着鉄酸化物に水を反応させ、反応生成物として水素
を発生させる処理をさらに含むものであることを特徴と
する請求項1に記載の炭素質資源循環システム。
2. The method according to claim 1, further comprising a step of reacting carbon-attached iron oxide with water to generate hydrogen as a reaction product prior to the carbonaceous resource gas generation treatment. Carbon resource recycling system.
【請求項3】 炭素質資源ガスの発生処理に用いる他の
成分は、他の処理工程で反応生成物として発生した水素
又は水を利用するものであり、エチレン又はエタノール
を生成するものであることを特徴とする請求項1又は2
に記載の炭素質資源循環システム。
3. The other component used for the treatment of carbonaceous resource gas generation utilizes hydrogen or water generated as a reaction product in another treatment step, and produces ethylene or ethanol. Claim 1 or 2 characterized by
The carbonaceous resource recycling system described in.
【請求項4】 炭酸ガス分解処理は、炭酸ガスの還元に
より生じた炭素と反応生成物としての酸素との結合によ
り一酸化炭素を生成する反応を含むものであることを特
徴とする請求項1に記載の炭素質資源循環システム。
4. The carbon dioxide decomposing treatment includes a reaction of forming carbon monoxide by combining carbon generated by the reduction of carbon dioxide with oxygen as a reaction product. Carbon resource recycling system.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012017916A1 (en) * 2010-08-04 2012-02-09 三井金属鉱業株式会社 System for conversion of carbon dioxide into carbon monoxide in ironworks
WO2022163836A1 (en) 2021-01-28 2022-08-04 三菱マテリアル株式会社 Method for producing carbon material, carbon material, method for decomposing carbon dioxide, and reducing agent

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