JPH0585713A - 炭酸ガスの気相還元方法 - Google Patents

炭酸ガスの気相還元方法

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JPH0585713A
JPH0585713A JP3273274A JP27327491A JPH0585713A JP H0585713 A JPH0585713 A JP H0585713A JP 3273274 A JP3273274 A JP 3273274A JP 27327491 A JP27327491 A JP 27327491A JP H0585713 A JPH0585713 A JP H0585713A
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博史 垰田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 地球温暖化の元凶である炭酸ガスを高速かつ
大量に固定するための、低温かつ常圧という温和な条件
で炭酸ガスを選択的に一酸化炭素に還元する経済的な炭
酸ガス還元方法の提供を目的とする。 【構成】 酸化鉄上に炭酸ガスと水素を含んだガスを導
入し、加熱あるいは太陽光の照射により、炭酸ガスを水
素ガスと反応させて一酸化炭素に転化することを特徴と
する炭酸ガスの気相還元方法。酸化鉄は、無毒で資源的
にも問題がなく、大量供給可能で、極めて安価など、数
多くの特長を持っている。本発明の方法では、未利用の
低温廃熱や無公害の太陽エネルギーの利用により、炭酸
ガスは逆水性ガスシフト反応を起こして選択的に一酸化
炭素に還元されるが、この反応は気相反応であるため大
量かつ高速の炭酸ガスの処理が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭酸ガスを還元して一
酸化炭素に転化し、化成品の原料や燃料として利用する
ための炭酸ガス還元方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、地球規模の環境汚染が人類の生存
を脅かす問題として大きくクローズアップされている
が、その中で最も対策の難しい問題が炭酸ガスによる地
球温暖化である。炭酸ガスは、これまで問題になってい
た窒素酸化物や硫黄酸化物などと異なり、それ自身には
毒性はない。しかし、全世界で年間約200億トンとい
う膨大な量が排出されており、大気中の炭酸ガス濃度の
上昇に伴い、温室効果による気候変動が起こり、何千万
人もの環境難民が発生すると危ぐされている。これを防
止するため、エネルギー代替や省エネルギーなどによる
炭酸ガス排出の抑制が政策的に推進されようとしている
が、炭酸ガスの排出は経済社会の発展と密接な関係を持
っているため、その大幅な抑制は極めて難しい情勢であ
る。したがって、炭酸ガスによる地球温暖化を阻止する
ためには、炭酸ガスを高速で大量に還元・固定化する技
術の開発が不可欠である。
【0003】炭酸ガスを水素と反応させて還元する接触
水素化反応による炭酸ガスの還元・固定化法は、光化学
反応法や電気化学反応法、高分子合成による方法、有機
合成による方法などと比べ、単位時間、単位面積当りの
炭酸ガスの還元・固定化能力が大きく、大量の炭酸ガス
の処理が可能である。また、既存のフィッシャー・トロ
プシュ法炭化水素合成技術などが応用でき、気相反応で
あるため、生成物の分離が容易などの利点も持ってい
る。これまで接触水素化反応による炭酸ガスの還元・固
定化法として、ルテニウムやロジウムなどの貴金属触媒
を用いる方法が研究されてきた(例えば、F. Solymosi
and A. Erdohelyi, J. Mol. Catal., Vol.8, 471 (198
0))。
【0004】しかしこの方法は、1)使用する触媒が高
価である、2)この反応では炭酸ガスがメタンに還元さ
れるが、この反応は原料よりも生成物のエネルギーが低
くなる発熱反応であるため、エネルギー歩留まりが悪
い、3)高圧にしないと反応がうまく進行しないことが
多い、4)一般に、反応が高温で行われ、その温度を得
るのに化石燃料を使用するため、実質的に炭酸ガスの排
出抑制にならない、などの欠点を持っていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の点に鑑
み、炭酸ガスによる地球温暖化に対処して、未利用の低
温廃熱や無公害の太陽エネルギーを利用した、低温かつ
常圧という温和な条件で炭酸ガスを高速で選択的に一酸
化炭素に還元する経済的な炭酸ガス還元方法の提供を目
的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的は本発明によれ
ば、酸化鉄上に炭酸ガスと水素を導入し、加熱あるいは
太陽光を照射することによって達成される。炭酸ガスは
酸化鉄上で水素ガスと反応して一酸化炭素に転化される
が、一酸化炭素はそのまま燃料としても使用できるし、
既存の合成ガス(一酸化炭素と水素)からのメタノール
製造プロセスやC1化学技術などを利用して、最近、自
動車用燃料として脚光を浴びているメタノールや化成品
の原料に変換して利用することもできる。
【0007】本発明に用いられる酸化鉄は三二酸化鉄や
四三酸化鉄、一酸化鉄、あるいはそれらの混合物などが
挙げられるが、特に多孔質で表面積の大きなα型三二酸
化鉄や四三酸化鉄、または超微粒子のα型三二酸化鉄や
四三酸化鉄が好ましい。またそれらを担体に担持したも
のでもよいし、酸化鉄の中に金属の鉄が混入していても
良い。酸化鉄は鉄錆であり、極めてありふれた物質で、
無毒で資源的にも問題がなく、大量供給可能で、極めて
安価など、数多くの特長を持っている。酸化鉄は、鉄屑
や鉄の切削屑などの廃棄物から簡単に製造することがで
きる。
【0008】本発明の方法において、酸化鉄は前処理な
しで、そのまま用いてもよいが、予め水素気流中で加熱
還元したり、減圧下で加熱還元したものを用いた方が効
率が良い。酸化鉄を水素気流中で加熱還元する場合、水
素気流の代わりにアルゴンやヘリウムなどの不活性ガス
と水素との混合ガスを用いてもよい。酸化鉄を加熱還元
する際の加熱温度は300〜550℃、特に350℃程
度が最も好ましく、温度がそれ以上になると焼結が進
み、触媒の表面積が小さくなるため、触媒活性が低下す
る。加熱時間は1時間程度が望ましく、加熱温度を高く
するにつれて短くした方がよい。加熱時間が長くなりす
ぎると焼結が進み、触媒の表面積が小さくなるため、触
媒活性が低下する。また、減圧下で加熱還元する場合に
は、加熱温度は575〜650℃が最も好ましい。
【0009】こうして得られた加熱還元した酸化鉄や前
処理なしの酸化鉄に、炭酸ガスと水素を含んだガスを流
通させながら廃熱や集光した太陽光の照射などで加熱す
ることにより、炭酸ガスは触媒上で水素と反応し、ほぼ
100%の選択率で一酸化炭素に転化される。このと
き、炭素などの生成は見られない。また、酸化鉄に炭酸
ガスと水素を含んだ加熱されたガスを流通させ反応させ
てもよい。同様に炭酸ガスは触媒上で水素と反応し、ほ
ぼ100%の選択率で一酸化炭素に転化される。
【0010】本発明に用いられる反応ガスは炭酸ガスと
水素の混合ガスであるが、アルゴンやヘリウムなどの不
活性ガスや窒素ガス、窒素酸化物などを含んでいてもよ
い。また、煙突からの高温廃ガスに水素ガスを添加した
ものでも良い。炭酸ガス対水素のモル比は1に近い方が
好ましい。
【0011】本発明の方法において太陽エネルギーを熱
源として用いる場合には、樋型平面鏡集光集熱器や樋型
複合放物面鏡集光集熱器、樋型放物面鏡集光集熱器、樋
型放物面鏡を平面鏡で疑似した集光集熱器、回転放物面
鏡集光集熱器、線型フレネルレンズ集光集熱器、円型フ
レネルレンズ集光集熱器等の集光集熱器が使用され、そ
の集熱管内あるいは焦点付近に酸化鉄が置かれ、導入さ
れた炭酸ガスと水素が触媒上で反応し、一酸化炭素に転
化される。加熱還元された酸化鉄や一酸化鉄、四三酸化
鉄は黒色で太陽光をよく吸収し、しかも、半導体である
ため光の照射によって励起され、炭酸ガスと水素との反
応が促進される。
【0012】本発明の方法によって得られる反応生成物
である一酸化炭素は、そのまま燃料としても使用できる
し、既存のC1化学技術などを利用して化成品の原料に
変換して利用することもできる。この炭酸ガスを一酸化
炭素に転化する反応は吸熱反応であるため、エネルギー
歩留まりが良く、生成物である一酸化炭素は太陽エネル
ギーや廃熱など、熱源の熱を蓄えたことになる。
【0013】
【実施例】本発明の実施例の内で特に代表的なものを以
下に示す。
【0014】実施例1 粒径0.5μmのα型三二酸化鉄280mgを直径1c
mの石英製U字型反応管に充填し、水素気流中、350
℃で1時間加熱した後、所定の温度で炭酸ガスと水素
1:1の混合ガスを20ml/minの流量で流通させ
て反応させ、得られた反応生成物をガスクロマトグラフ
を用いて分析した。その結果、250℃で1.2%、3
00℃で6%、350℃で16%、400℃で23%、
450℃で27%、500℃で32%の炭酸ガスが一酸
化炭素に転化していた。また、200℃という極めて低
い温度条件でも少量ではあるが炭酸ガスが一酸化炭素に
転化していた。一酸化炭素以外の反応生成物は見られな
かった。350℃以上の反応温度で得られたこれらの転
化率は、炭酸ガスが水素と反応して一酸化炭素と水蒸気
に転化する逆水性ガスシフト反応の平衡値から得られる
値とほぼ同じであり、この反応条件での理論的な限界値
である。
【0015】実施例2 粒径10mmの多孔質の四三酸化鉄300mgを直径1
cmのパイレックスガラス製U字型反応管に充填し、炭
酸ガスと水素とアルゴン5:5:1の混合ガスを25m
l/minの流量で流通させて反応させ、反応生成物を
ガスクロマトグラフを用いて分析した。その結果、30
0℃で4%、350℃で10%、400℃で18%、4
50℃で24%、500℃で30%の炭酸ガスが一酸化
炭素に転化していた。一酸化炭素以外の反応生成物は見
られなかった。
【0016】実施例3 市販の粒径0.7μmの一酸化鉄5gを石英ガラス製の
透明容器内に充填し、炭酸ガスと水素1:1の混合ガス
を3ml/minの流量で流通させながら、直径1.5
mのフレネルレンズによって集光した太陽光を照射して
反応させ、得られた反応生成物をガスクロマトグラフを
用いて分析した。その結果、5%の炭酸ガスが一酸化炭
素に転化していた。一酸化炭素以外の反応生成物は見ら
れなかった。
【0017】実施例4 粒径0.3μmのγ型三二酸化鉄10gを減圧下、59
0℃で1.5時間加熱した。得られた触媒10gを長さ
1m幅20cmの樋型複合放物面鏡集光集熱器の中の石
英ガラス製の集熱管内に充填し、炭酸ガスと水素1:1
の混合ガスを2ml/minの流量で流通させながら集
光した太陽光を照射して反応させ、得られた反応生成物
をガスクロマトグラフを用いて分析した。その結果、8
%の炭酸ガスが一酸化炭素に転化していた。
【0018】
【発明の効果】本発明は以上説明したように、低温かつ
常圧という温和な条件で炭酸ガスを高速で選択的に一酸
化炭素に還元できる、経済的な炭酸ガス還元方法を提供
するものである。酸化鉄はありふれた物質であり、無毒
で資源的にも問題がなく、大量供給可能で極めて安価な
ど、数多くの特長を持っている。また、触媒として使用
された後、廃棄される際も公害を引き起こさないし、何
度でも繰り返し使用できる。本発明の方法により、炭酸
ガスは逆水性ガスシフト反応を起こして高速で選択的に
一酸化炭素に還元される。この反応は気相反応であり、
連続的に行われるため、大量の炭酸ガスの処理が可能で
あり、吸熱反応であるためエネルギーの歩留まりが良
く、熱源として太陽熱や廃熱を利用すれば、生成物であ
る一酸化炭素はそれらの熱を蓄えたことになるし、ヒー
トポンプとしての利用も可能である。また、反応生成物
である一酸化炭素はそのまま燃料としても利用できる
し、既存のC1化学技術を用いて自動車用燃料として脚
光を浴びているメタノールや化成品の原料などに変換し
て利用することもできるため、地球環境保全の面からも
エネルギー対策の面からも非常に効果が大きい。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化鉄上に炭酸ガスと水素を導入し、加
    熱あるいは太陽光の照射により、炭酸ガスを水素ガスと
    反応させて一酸化炭素に転化することを特徴とする炭酸
    ガスの気相還元方法。
  2. 【請求項2】 酸化鉄として、四三酸化鉄を用いること
    を特徴とする請求項1の炭酸ガスの気相還元方法。
  3. 【請求項3】 酸化鉄として、還元した三二酸化鉄を用
    いることを特徴とする請求項1の炭酸ガスの気相還元方
    法。
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