ＣＯの製造方法及びその装置
【課題】ＣＯ２を低コストでＣＯに還元する。
【解決手段】ＣＯ製造装置１０は、第１照射室１４及び第２照射室１６と、反応室１８とを有する。第１照射室１４に導入された炭素材、及び第２照射室１６に導入されたＣＯ２には、太陽光が照射される。これにより、炭素材及びＣＯ２が予備加熱されて活性炭素及び活性ＣＯ２となる。活性ＣＯ２は、反応室１８において、活性炭素によってＣＯに還元される。この反応は、紫外線ランプ３４から照射された紫外線によって活発化される。
【解決手段】ＣＯ製造装置１０は、第１照射室１４及び第２照射室１６と、反応室１８とを有する。第１照射室１４に導入された炭素材、及び第２照射室１６に導入されたＣＯ２には、太陽光が照射される。これにより、炭素材及びＣＯ２が予備加熱されて活性炭素及び活性ＣＯ２となる。活性ＣＯ２は、反応室１８において、活性炭素によってＣＯに還元される。この反応は、紫外線ランプ３４から照射された紫外線によって活発化される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣＯの製造方法及びその装置に関し、一層詳細には、２種類以上の出発原料を加熱する手段として太陽光を用いるＣＯの製造方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、環境保護の観点から、地球温暖化ガスの排出量を低減することに関心が払われている。大気中の地球温暖化ガスの濃度が高くなると、いわゆる温室効果が大きくなり、平均気温が上昇してしまうからである。これを回避するべく、各国において、１９９７年議決の京都議定書に定められた地球温暖化ガスの削減目標を達成する努力がなされている。さらに、日本では、２００７年にクールアース５０計画が発表され、世界全体の地球温暖化ガスの排出量を２０５０年までに現在の半分にするべきことが提案されている。
【０００３】
その一環として、ＣＯ２の排出量を低減することが試みられている。現況、ＣＯ２は、火力発電プラント、製鉄プラント、セメントプラント、化学プラント等から大気に排出された後、安定に存在して温室効果を高めているからである。
【０００４】
ＣＯ２の排出量を低減する一方策としては、排出されたＣＯ２を他の物質と反応させ、反応生成物（好適には、各種有機物の出発原料となるＣＯ）を得ることが想起される。この場合、排出されたＣＯ２を出発原料として消費するので、ＣＯ２の排出量を低減することができる。
【０００５】
例えば、特許文献１には、炭素源である木質系バイオマス等を収容した容器に対して酸素含有ガスを吹き込むとともに前記容器を加熱することで一旦ＣＯ２を発生させ、このＣＯ２を、木質系バイオマス等に含まれる炭素と反応させてＣＯに還元することについての記載がある。
【０００６】
この特許文献１記載の技術では、雰囲気を９８０℃以上の高温とする必要があるが、特許文献２には、ＣＯ２とＨ２を反応させてＣＯを得る技術において、逆ＣＯシフト触媒を用いることにより、反応温度を５００〜８５０℃の比較的低温に設定することが可能となる、との報告がなされている。
【０００７】
さらに、特許文献３には、Ｈ２の存在下にＣＯ２を太陽光によって加熱し、これによりＣＯ２を還元してＣＯを得る技術が開示されている。この特許文献３記載の技術では硫化モリブデン触媒が用いられており、反応温度は５００℃程度に設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３３０４５２号公報
【特許文献２】特開２０００−２３３９１７号公報
【特許文献３】特公平７−２３２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１記載の技術は、ＣＯ２を発生させた後、そのＣＯ２を還元するものであり、はじめから存在するＣＯ２を消費するものではない。従って、上記したようなプラント等から排出されるＣＯ２や、大気中に存在するＣＯ２を低減し得るものではない。
【００１０】
また、特許文献２、３の技術は、比較的高価なＨ２を使用するため、ＣＯ２の処理コストを低廉化することが容易ではない。また、Ｈ２を使用する関係上、反応装置等を十分な防爆仕様とする必要がある。このことも、ＣＯ２の処理コストを低廉化し得ない一因となる。
【００１１】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、ＣＯを低コストで得ることが可能であり、また、ＣＯを工業的規模で連続生産するに適切なＣＯの製造方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的は、以下の構成により達成される。
【００１３】
［１］ＣＯ２を炭素によって還元することで、反応生成物としてのＣＯを得るＣＯの製造方法であって、
太陽光をＣＯ２及び炭素に照射することで活性ＣＯ２及び活性炭素を得る工程と、
前記活性ＣＯ２と前記活性炭素を混合した後に紫外線を照射して還元反応を生起させ、ＣＯを得る工程と、
を有するＣＯの製造方法。
【００１４】
［２］ＣＯ２を炭素によって還元することで、反応生成物としてのＣＯを得るＣＯの製造装置であって、
加熱源である太陽光を集光してＣＯ２及び炭素に照射する太陽光照射手段と、
太陽光を照射することで得られた活性炭素及び活性ＣＯ２を導入する反応部と、
還元反応を生起してＣＯを得るために前記反応部に紫外線を照射する紫外線照射手段と、
を有するＣＯの製造装置。
【００１５】
前記製造装置は、前記反応部に連通してＣＯ２と炭素を個別に流通するための第１及び第２の流通路と、
前記第１の流通路を通過するＣＯ２に太陽光を照射して活性ＣＯ２を得るための第１の照射室と、
前記第２の流通路を通過する炭素に太陽光を照射して活性炭素を得るための第２の照射室と、
を備えるものとして構成することができる。この場合、前記反応部内では、前記第１及び前記第２の照射室を通過した前記活性ＣＯ２及び前記活性炭素が合流して反応する。
【００１６】
さらに、内管と外管の二重管から形成される空間からなる前記第１及び第２の流通路を含む第１の部位と、単管から形成される空間からなる前記反応部を含む第２の部位とを有する管状部材を備えるものであってもよい。
【００１７】
この場合、前記第１の部位が前記第１及び前記第２の照射室を兼ねる。そして、前記第１の部位でＣＯ２に太陽光を照射して得た活性ＣＯ２と、炭素に太陽光を照射して得た活性炭素とを、前記第２の部位で合流させて前記還元反応を生起させる。
【００１８】
なお、前記還元反応を、周期律表第４周期〜第６周期中の第５族〜第１０族の元素からなる触媒によって促進するようにしてもよい。この場合、５００℃近傍の比較的低温であっても、ＣＯ２の還元反応が容易に進行する。勿論、反応温度を、１１００℃程度の比較的高温域に設定することも可能である。
【００１９】
また、ＣＯ２及び炭素を流通しながら前記還元反応を生起させることにより、ＣＯを連続的に得ることが可能となる。すなわち、ＣＯを工業的規模で継続生産することができる。
【００２０】
炭素を流通状態とするためには、キャリアガスを用いればよい。キャリアガスとしては、ＣＯ２が好適である。この場合、キャリアガスであるＣＯ２を、炭素とは別に供給されたＣＯ２とともに前記還元反応によって消費することができるからである。
【００２１】
さらに、前記活性ＣＯ２と前記活性炭素とが反応する反応部を、太陽光を透過することが可能な被覆部材で囲繞し、且つ前記反応部と前記被覆部材の間を真空状態とすることが好ましい。これにより、いわゆる真空断熱効果によって反応部から熱が放出することが抑制される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ＣＯ２と炭素材に太陽光を照射してこれらの予備加熱を行った後、炭素材によるＣＯ２の還元反応を行う際には、紫外線を照射するようにしている。このため、ＣＯ２と炭素材の温度を効率よく上昇させることができるとともに、還元反応を活発化させることができる。
【００２３】
また、安価であり、且つ防爆仕様の装置を用いる必要のない炭素材を使用するので、ＣＯ２の処理コストを低廉化することも容易である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＣＯ製造装置を模式的に示す要部概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るＣＯ製造装置の長手方向に沿う要部斜視側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係るＣＯの製造方法につき、それを実施するＣＯ製造装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１は、第１実施形態に係るＣＯ製造装置１０を模式的に示した要部概略構成図である。このＣＯ製造装置１０は、ケーシング１２内に、第１照射室１４及び第２照射室１６と、反応部としての反応室１８とが区画形成されて構成される。
【００２７】
ケーシング１２は、太陽光及び紫外線を透過可能な素材で形成される。そのような素材の好適な例としては、サファイヤガラスが挙げられる。また、第１照射室１４、第２照射室１６及び反応室１８を形成するための壁も、サファイヤガラス等、太陽光及び紫外線を透過可能な素材から構成される。
【００２８】
第１照射室１４の上流側及び下流側には、第１流通路２０が第１照射室１４に連通するようにして設けられる。この第１流通路２０を介して、第１照射室１４に炭素材（Ｃ）が供給される。
【００２９】
一方、第２照射室１６に対しては、該第２照射室１６にＣＯ２を供給するための第２流通路２２が連通するようにして設けられる。この第２流通路２２は、第１流通路２０に比して若干小径に設定される。換言すれば、第１流通路２０は、第２流通路２２よりも大径である。
【００３０】
また、第１照射室１４も、第２照射室１６に比して大容積に設定される。
【００３１】
第１照射室１４及び第２照射室１６の上方には、太陽光を照射するための太陽光照射手段２４が設けられる。この太陽光照射手段２４は、集光レンズ２６と、集光部２８と、光ファイバ３０と、光照射部３２とを有する。すなわち、集光レンズ２６によって集光された太陽光は、集光部２８及び光ファイバ３０によって光照射部３２に導かれ、該光照射部３２から第１照射室１４及び第２照射室１６に照射される。
【００３２】
第１照射室１４及び第２照射室１６の下流側の第１流通路２０、第２流通路２２は、反応室１８に連通する。すなわち、第１照射室１４を通過した炭素材と、第２照射室１６を通過したＣＯ２は、反応室１８で合流する。
【００３３】
反応室１８には、担体に担持されたブードア反応触媒（いずれも図示せず）が配置される。このブードア反応触媒は、反応転化率を向上させるとともに、反応時間を短縮し、且つ反応温度を低下させる作用を営む。
【００３４】
このような作用を営む具体的な物質としては、周期律表第４周期〜第６周期の第５族〜第１０族元素、好適には鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、クロム、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、タングステン、イリジウム等を含むものが挙げられる。この中、入手が容易で比較的安価であり、しかも、触媒活性が大きいことから、鉄、コバルト、ニッケルが特に好適である。
【００３５】
このような元素を含む物質の代表的なものとしては、上記元素のいずれか１種からなる単体金属や、上記元素の２種以上を含む合金が挙げられる。又は、上記元素を含む有機金属化合物であってもよい。
【００３６】
ブードア反応触媒を担持する担体の素材は、ＣＯ２と炭素材とを反応させる際の温度において安定なものが選定される。そのようなものの好適な例としては、鉄、ニッケル、コバルト等の金属や、シリカ、アルミナ、ジルコニア、珪藻土、カオリナイト、スメクタイト、タルク、ゼオライト、フェライト（酸化鉄）等のセラミックスが挙げられる。
【００３７】
また、反応室１８の近傍には、紫外線照射手段としての紫外線ランプ３４が配設される。この紫外線ランプ３４は、２００ｎｍ以下の短波長の紫外線を照射することが可能なものである。
【００３８】
反応室１８には、ＣＯ排出管３６が連通する。ＣＯ２と炭素材が反応することで生成されたＣＯは、このＣＯ排出管３６から排出される。
【００３９】
ＣＯ排出管３６には、後述する分離装置（図示せず）が設けられる。ＣＯに含まれる未反応のＣＯ２は、この分離装置で分離される。
【００４０】
このように構成されるＣＯ製造装置１０は、例えば、火力発電プラントや製鉄プラント、セメントプラント、化学プラント等に設けられる。
【００４１】
次に、このＣＯ製造装置１０を用いて実施されるＣＯの製造方法につき説明する。
【００４２】
上記したようなプラントの操業に伴って発生したＣＯ２は、より活性なガス等の不純物が除去された後、ＣＯ製造装置１０の第２流通路２２を介して第２照射室１６に供給される。なお、不純物を除去するための手法としては、活性炭吸着法、膜分離、洗浄法等の公知の手法が挙げられる。
【００４３】
一方の炭素材としては、不純物の含有量が少ないものが好ましい。例えば、産業廃棄物を炭化して得られた炭素材、カーボンブラック、活性炭、バイオマス系の炭から得られた炭素材等である。
【００４４】
産業廃棄物から炭素材を得る場合には、先ず、産業廃棄物を固定型バッチ式炉、ロータリ炉、スクリュ炉等で炭化することで炭素を得る。次に、薬品賦活法や水蒸気賦活法等によって不純物を除去することにより、高純度の炭素材を得ることができる。
【００４５】
カーボンブラックは、周知の通り、天然ガス、石炭又は石油等の化石燃料を不完全燃焼させたり、熱分解させたりすることによって得られる数百μｍ程度の微細粉末であり、市販品として容易に入手可能である。
【００４６】
活性炭は、椰子殻、石炭、おが屑等を炭化及び賦活することによって得られるものであり、その表面には、１０〜１００Å程度の微細な細孔が多数形成されている。この細孔が吸着サイトとして機能することにより、活性炭に吸着作用が発現する。
【００４７】
残余のバイオマス系の炭は、木材や竹等を用いて得られる代表的な炭素材として公知である。
【００４８】
本実施の形態では、上記したような炭素材は、微細に粉砕されて微粒子として供給される。微粒子は、比表面積が大きく、このため、ＣＯ２との反応領域が大きいので、バルク体に比してＣＯ２と効率よく反応するからである。すなわち、微粒子を用いることにより、ＣＯ２の還元反応を促進することができる。
【００４９】
なお、炭素材は、気流式粉砕機、縦型ローラミル、高速回転ミル、分級機内蔵型高速回転ミル、容器駆動媒体ミル、媒体撹拌式ミル、圧密剪断ミル、コロイドミル等の公知の粉砕機によって粉砕することが可能である。
【００５０】
ここで、カーボンブラックや活性炭は凝集粉末であり、粉砕を行うことなく使用することも可能であるが、上記したような粉砕機によって凝集を解消して一層の微粒子とし、これを使用するようにしてもよい。
【００５１】
炭素材の微粒子は、例えば、図示しない貯留容器からスクリュコンベアによって移送され、第１流通路２０を経て第１照射室１４に導入される。又は、不活性ガスやＣＯ２をキャリアガスとして流通し、このキャリアガスに微粒子を同伴させて第１流通路２０から第１照射室１４に導入するようにしてもよい。
【００５２】
以上のようにして炭素材及びＣＯ２が第１照射室１４及び第２照射室１６に導入されるともに、集光された太陽光が第１照射室１４及び第２照射室１６に対して照射される。具体的には、太陽光は、太陽光照射手段２４の集光レンズ２６によって集光され、集光部２８及び光ファイバ３０に導かれた後、光照射部３２から第１照射室１４及び第２照射室１６に照射される。この照射に伴い、第１照射室１４及び第２照射室１６内の炭素材及びＣＯ２が予備加熱され、好適には５００℃程度まで温度上昇して活性炭素及び活性ＣＯ２となる。
【００５３】
ここで、上記したように、第１流通路２０は第２流通路２２に比して大径に設定され、第１照射室１４は第２照射室１６に比して大容積に設定されている。このため、炭素材の滞留時間がＣＯ２に比して長い。従って、第１照射室１４に導入された炭素材が太陽光によって加熱される時間も長くなる。固体である炭素材は、気体であるＣＯ２よりも温度が上昇し難いが、このようにして加熱時間を長くすることができるため、炭素材の温度を十分に上昇させることが可能となる。
【００５４】
以上のようにして予備加熱された活性炭素及び活性ＣＯ２は、第１照射室１４及び第２照射室１６の下流側の第１流通路２０と第２流通路２２を経由し、反応室１８に到達して合流する。すなわち、反応室１８において、活性炭素材と活性ＣＯ２が混合される。
【００５５】
反応室１８には、上記したように、担体に担持されたブードア反応触媒（いずれも図示せず）が配置されている。従って、ＣＯ２と炭素材が効率よく反応する。すなわち、下記の式（１）に示されるブードア反応が生起され、これによりＣＯが生成される。
ＣＯ２＋Ｃ→２ＣＯ …（１）
【００５６】
ブードア反応触媒の存在下では、この反応は、反応室１８の温度が５００℃程度の比較的低温であっても容易に進行する。
【００５７】
しかも、反応室１８に対しては、紫外線ランプ３４によって波長２００ｎｍ以下の紫外線が照射される。従って、反応室１８の温度が十分に高温に保たれるとともに、活性炭素と活性ＣＯ２が紫外線によってさらに活性化される。このため、ブードア反応が活発となる。すなわち、波長２００ｎｍ以下の紫外線を反応室１８に照射することにより、ブードア反応を一層促進させることができる。
【００５８】
炭素材及びＣＯ２が連続して供給されることにより、ブードア反応が継続して生起される。従って、ＣＯ２を連続的に消費する一方、ＣＯを連続的に生産することができる。このことから諒解されるように、第１実施形態によれば、ＣＯを工業規模で連続生産することが可能である。
【００５９】
また、炭素材は安価である。その上、ブードア反応を生起させるに際し、防爆仕様の装置を用いる必要がない。従って、ＣＯ２の処理コストを低廉化することが容易である。
【００６０】
なお、この実施の形態では、１個の太陽光照射手段２４によって第１照射室１４及び第２照射室１６の双方に太陽光を照射するようにしているが、太陽光照射手段２４を２個設け、１個の太陽光照射手段２４で第１照射室１４に対して太陽光を照射する一方、残余の１個の太陽光照射手段２４で第２照射室１６に対して太陽光を照射するようにしてもよい。
【００６１】
また、炭素材に対して十分な予備加熱を行うために炭素材の滞留時間を長くするには、第１流通路２０を大径に設定する他、第１流通路２０の内部に螺旋溝を形成し、炭素材に旋回流を生じさせた状態で移送を行うようにしてもよい。
【００６２】
又は、第１流通路２０に乱流を生じさせるようにしてもよい。この場合、第１流通路２０の内径や炭素材の供給速度（例えば、キャリアガスの流速）を、乱流が生じるような範囲に設定すればよい。乱流が生じることにより、層流である場合に比して滞留時間が長くなる。
【００６３】
次に、第２実施形態に係るＣＯ製造装置につき説明する。
【００６４】
図２は、第２実施形態に係るＣＯ製造装置５０の長手方向に沿う要部斜視側面図である。このＣＯ製造装置５０は、内管５２と外管５４の二重管から形成される第１の部位５６と、前記外管５４のみから形成される第２の部位５８とを有する管状部材６０を備え、さらに、該管状部材６０が被覆部材６２に収容されることによって構成される。
【００６５】
管状部材６０に含まれる第１の部位５６は、外管５４の内孔（空間）に内管５２が挿入されることによって構成される。該内管５２の内孔（空間）には、炭素材が流通される。すなわち、内管５２の内孔は、炭素材を流通するための第１流通路として機能する。
【００６６】
一方、中空体である外管５４には、その長手方向に対して直交する方向に延在する供給管６４が設けられる。この供給管６４は、被覆部材６２に貫通形成された露出孔６６から突出して露呈するとともに、その内孔が外管５４の内孔に連通する。
【００６７】
外管５４の内孔には、供給管６４の内孔を介してＣＯ２が供給される。このことから諒解されるように、外管５４の内孔は、ＣＯ２を流通するための第２流通路として機能する。なお、外管５４において、内管５２が挿入される側の一端部は閉塞されている。このため、該端部からＣＯ２が漏洩することはない。
【００６８】
第１の部位５６の上方には、太陽光照射手段６８が配設される。この太陽光照射手段６８は、第１実施形態における太陽光照射手段２４に準拠して構成されており、従って、図１に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６９】
結局、第１の部位５６に流通する炭素材及びＣＯ２には、太陽光照射手段６８によって太陽光が照射される。すなわち、第１の部位５６において、内管５２の内孔は、炭素材に対して太陽光を照射する第１の照射室を兼ね、外管５４の内孔は、ＣＯ２に対して太陽光を照射する第２の照射室を兼ねる。
【００７０】
内管５２の長さ方向寸法は、外管５４の長さ方向寸法に比して小さい。このため、内管５２は、外管５４の長さ方向の途中まで延在する。管状部材６０において、内管５２が存在せず外管５４のみとなる右方側が、第２の部位５８として定義される。
【００７１】
内管５２の内孔に供給された炭素材は、第２の部位５８において、外管５４の内孔に放出される。一方、外管５４の内孔には、第１の部位５６において、供給管６４を介して供給されたＣＯ２が第２の部位５８に流通する。従って、炭素材とＣＯ２は、第２の部位５８において、外管５４の内孔で合流する。すなわち、第２の部位５８は、反応室（反応部）を兼ねる。
【００７２】
外管５４の内孔中、反応室となる第２の部位５８には、上記したようなブードア反応触媒（図示せず）が、ワイヤ形状に形成された担体７０に担持された状態で配置されている。なお、第２実施形態では、ブードア反応触媒及び担体７０を２箇所に設けている。
【００７３】
第２の部位５８には、紫外線ランプ７２が配設される。この紫外線ランプ７２も、２００ｎｍ以下の短波長の紫外線を照射することが可能なものである。
【００７４】
被覆部材６２は、太陽光及び紫外線を透過可能な素材で形成される。そのような素材の好適な例としては、サファイヤガラスが挙げられる。
【００７５】
被覆部材６２の内孔と外管５４との間には、所定のクリアランスが形成される。このクリアランスからは排気が予めなされており、従って、被覆部材６２と外管５４との間は真空状態である。
【００７６】
以上のように構成されたＣＯ製造装置５０もまた、火力発電プラントや製鉄プラント、セメントプラント、化学プラント等に設けることができる。このようなプラントの操業に伴って発生したＣＯ２は、供給管６４の内孔を介して、外管５４の内孔に供給される。一方、内管５２の内孔には、上記したようにして炭素材の微粒子が供給される。
【００７７】
以上のようにして炭素材及びＣＯ２が内管５２の内孔及び外管５４の内孔に導入されるるともに、集光された太陽光が管状部材６０の第１の部位５６に対して照射される。すなわち、太陽光は、太陽光照射手段６８の集光レンズ２６によって集光され、集光部２８及び光ファイバ３０に導かれた後、光照射部３２から第１の照射室及び第２の照射室に照射される。この照射に伴い、第１の部位５６内の炭素材及びＣＯ２が予備加熱され、好適には５００℃程度まで温度上昇して活性炭素及び活性ＣＯ２となる。
【００７８】
活性炭素は、内管５２の内孔を通過した後、第２の部位５８において、外管５４の内孔に排出される。また、活性ＣＯ２は、第１の部位５６を流通して第２の部位５８に到達する。すなわち、第２の部位５８（反応室）において、活性炭素と活性ＣＯ２が混合される。
【００７９】
反応室には、上記したように、担体７０に担持されたブードア反応触媒（図示せず）が配置されているので、ＣＯ２と炭素材が効率よく反応する。すなわち、上記式（１）に示されるブードア反応が生起され、これによりＣＯが生成される。
【００８０】
しかも、反応室に対しては、紫外線ランプ７２によって波長２００ｎｍ以下の紫外線が照射される。従って、上記と同様に、反応室の温度が十分に高温に保たれるとともに、活性炭素と活性ＣＯ２が紫外線によってさらに活性化され、ブードア反応が活発となる。
【００８１】
このように、第２実施形態においても、波長２００ｎｍ以下の紫外線を反応室に照射することにより、ブードア反応を一層促進させることができる。
【００８２】
しかも、第２実施形態では、管状部材６０と被覆部材６２との間が真空状態であるために、反応室に対して真空断熱が施される。このため、反応室から熱が放出されることが抑制されるので、温度保持が容易である。このことも、ブードア反応を効率よく進行させることに寄与する。
【００８３】
ＣＯは、外管５４の閉塞先端部に設けられたＣＯ排出管７４を介して排出される。このＣＯ排出管７４には、上記したような分離装置（図示せず）が介装されており、該分離装置の作用下に、ＣＯに含まれる未反応のＣＯ２が分離除去される。
【００８４】
炭素材及びＣＯ２が連続して供給されることにより、ブードア反応が継続して生起される。従って、ＣＯ２を連続的に消費する一方、ＣＯを連続的に生産することができる。以上のように、第２実施形態においても、ＣＯを工業規模で連続生産することが可能である。また、ＣＯ２の処理コストを低廉化することが容易であることも同様である。
【符号の説明】
【００８５】
１０、５０…ＣＯ製造装置 １２…ケーシング
１４、１６…照射室 １８…反応室
２０、２２…流通路 ２４、６８…太陽光照射手段
２６…集光レンズ ３０…光ファイバ
３２…光照射部 ３４、７２…紫外線ランプ
３６、７４…ＣＯ排出管 ５２…内管
５４…外管 ５６…第１の部位
５８…第２の部位 ６０…管状部材
６２…被覆部材 ６４…供給管
７０…担体
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣＯの製造方法及びその装置に関し、一層詳細には、２種類以上の出発原料を加熱する手段として太陽光を用いるＣＯの製造方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、環境保護の観点から、地球温暖化ガスの排出量を低減することに関心が払われている。大気中の地球温暖化ガスの濃度が高くなると、いわゆる温室効果が大きくなり、平均気温が上昇してしまうからである。これを回避するべく、各国において、１９９７年議決の京都議定書に定められた地球温暖化ガスの削減目標を達成する努力がなされている。さらに、日本では、２００７年にクールアース５０計画が発表され、世界全体の地球温暖化ガスの排出量を２０５０年までに現在の半分にするべきことが提案されている。
【０００３】
その一環として、ＣＯ２の排出量を低減することが試みられている。現況、ＣＯ２は、火力発電プラント、製鉄プラント、セメントプラント、化学プラント等から大気に排出された後、安定に存在して温室効果を高めているからである。
【０００４】
ＣＯ２の排出量を低減する一方策としては、排出されたＣＯ２を他の物質と反応させ、反応生成物（好適には、各種有機物の出発原料となるＣＯ）を得ることが想起される。この場合、排出されたＣＯ２を出発原料として消費するので、ＣＯ２の排出量を低減することができる。
【０００５】
例えば、特許文献１には、炭素源である木質系バイオマス等を収容した容器に対して酸素含有ガスを吹き込むとともに前記容器を加熱することで一旦ＣＯ２を発生させ、このＣＯ２を、木質系バイオマス等に含まれる炭素と反応させてＣＯに還元することについての記載がある。
【０００６】
この特許文献１記載の技術では、雰囲気を９８０℃以上の高温とする必要があるが、特許文献２には、ＣＯ２とＨ２を反応させてＣＯを得る技術において、逆ＣＯシフト触媒を用いることにより、反応温度を５００〜８５０℃の比較的低温に設定することが可能となる、との報告がなされている。
【０００７】
さらに、特許文献３には、Ｈ２の存在下にＣＯ２を太陽光によって加熱し、これによりＣＯ２を還元してＣＯを得る技術が開示されている。この特許文献３記載の技術では硫化モリブデン触媒が用いられており、反応温度は５００℃程度に設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３３０４５２号公報
【特許文献２】特開２０００−２３３９１７号公報
【特許文献３】特公平７−２３２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１記載の技術は、ＣＯ２を発生させた後、そのＣＯ２を還元するものであり、はじめから存在するＣＯ２を消費するものではない。従って、上記したようなプラント等から排出されるＣＯ２や、大気中に存在するＣＯ２を低減し得るものではない。
【００１０】
また、特許文献２、３の技術は、比較的高価なＨ２を使用するため、ＣＯ２の処理コストを低廉化することが容易ではない。また、Ｈ２を使用する関係上、反応装置等を十分な防爆仕様とする必要がある。このことも、ＣＯ２の処理コストを低廉化し得ない一因となる。
【００１１】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、ＣＯを低コストで得ることが可能であり、また、ＣＯを工業的規模で連続生産するに適切なＣＯの製造方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的は、以下の構成により達成される。
【００１３】
［１］ＣＯ２を炭素によって還元することで、反応生成物としてのＣＯを得るＣＯの製造方法であって、
太陽光をＣＯ２及び炭素に照射することで活性ＣＯ２及び活性炭素を得る工程と、
前記活性ＣＯ２と前記活性炭素を混合した後に紫外線を照射して還元反応を生起させ、ＣＯを得る工程と、
を有するＣＯの製造方法。
【００１４】
［２］ＣＯ２を炭素によって還元することで、反応生成物としてのＣＯを得るＣＯの製造装置であって、
加熱源である太陽光を集光してＣＯ２及び炭素に照射する太陽光照射手段と、
太陽光を照射することで得られた活性炭素及び活性ＣＯ２を導入する反応部と、
還元反応を生起してＣＯを得るために前記反応部に紫外線を照射する紫外線照射手段と、
を有するＣＯの製造装置。
【００１５】
前記製造装置は、前記反応部に連通してＣＯ２と炭素を個別に流通するための第１及び第２の流通路と、
前記第１の流通路を通過するＣＯ２に太陽光を照射して活性ＣＯ２を得るための第１の照射室と、
前記第２の流通路を通過する炭素に太陽光を照射して活性炭素を得るための第２の照射室と、
を備えるものとして構成することができる。この場合、前記反応部内では、前記第１及び前記第２の照射室を通過した前記活性ＣＯ２及び前記活性炭素が合流して反応する。
【００１６】
さらに、内管と外管の二重管から形成される空間からなる前記第１及び第２の流通路を含む第１の部位と、単管から形成される空間からなる前記反応部を含む第２の部位とを有する管状部材を備えるものであってもよい。
【００１７】
この場合、前記第１の部位が前記第１及び前記第２の照射室を兼ねる。そして、前記第１の部位でＣＯ２に太陽光を照射して得た活性ＣＯ２と、炭素に太陽光を照射して得た活性炭素とを、前記第２の部位で合流させて前記還元反応を生起させる。
【００１８】
なお、前記還元反応を、周期律表第４周期〜第６周期中の第５族〜第１０族の元素からなる触媒によって促進するようにしてもよい。この場合、５００℃近傍の比較的低温であっても、ＣＯ２の還元反応が容易に進行する。勿論、反応温度を、１１００℃程度の比較的高温域に設定することも可能である。
【００１９】
また、ＣＯ２及び炭素を流通しながら前記還元反応を生起させることにより、ＣＯを連続的に得ることが可能となる。すなわち、ＣＯを工業的規模で継続生産することができる。
【００２０】
炭素を流通状態とするためには、キャリアガスを用いればよい。キャリアガスとしては、ＣＯ２が好適である。この場合、キャリアガスであるＣＯ２を、炭素とは別に供給されたＣＯ２とともに前記還元反応によって消費することができるからである。
【００２１】
さらに、前記活性ＣＯ２と前記活性炭素とが反応する反応部を、太陽光を透過することが可能な被覆部材で囲繞し、且つ前記反応部と前記被覆部材の間を真空状態とすることが好ましい。これにより、いわゆる真空断熱効果によって反応部から熱が放出することが抑制される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ＣＯ２と炭素材に太陽光を照射してこれらの予備加熱を行った後、炭素材によるＣＯ２の還元反応を行う際には、紫外線を照射するようにしている。このため、ＣＯ２と炭素材の温度を効率よく上昇させることができるとともに、還元反応を活発化させることができる。
【００２３】
また、安価であり、且つ防爆仕様の装置を用いる必要のない炭素材を使用するので、ＣＯ２の処理コストを低廉化することも容易である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＣＯ製造装置を模式的に示す要部概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るＣＯ製造装置の長手方向に沿う要部斜視側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係るＣＯの製造方法につき、それを実施するＣＯ製造装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１は、第１実施形態に係るＣＯ製造装置１０を模式的に示した要部概略構成図である。このＣＯ製造装置１０は、ケーシング１２内に、第１照射室１４及び第２照射室１６と、反応部としての反応室１８とが区画形成されて構成される。
【００２７】
ケーシング１２は、太陽光及び紫外線を透過可能な素材で形成される。そのような素材の好適な例としては、サファイヤガラスが挙げられる。また、第１照射室１４、第２照射室１６及び反応室１８を形成するための壁も、サファイヤガラス等、太陽光及び紫外線を透過可能な素材から構成される。
【００２８】
第１照射室１４の上流側及び下流側には、第１流通路２０が第１照射室１４に連通するようにして設けられる。この第１流通路２０を介して、第１照射室１４に炭素材（Ｃ）が供給される。
【００２９】
一方、第２照射室１６に対しては、該第２照射室１６にＣＯ２を供給するための第２流通路２２が連通するようにして設けられる。この第２流通路２２は、第１流通路２０に比して若干小径に設定される。換言すれば、第１流通路２０は、第２流通路２２よりも大径である。
【００３０】
また、第１照射室１４も、第２照射室１６に比して大容積に設定される。
【００３１】
第１照射室１４及び第２照射室１６の上方には、太陽光を照射するための太陽光照射手段２４が設けられる。この太陽光照射手段２４は、集光レンズ２６と、集光部２８と、光ファイバ３０と、光照射部３２とを有する。すなわち、集光レンズ２６によって集光された太陽光は、集光部２８及び光ファイバ３０によって光照射部３２に導かれ、該光照射部３２から第１照射室１４及び第２照射室１６に照射される。
【００３２】
第１照射室１４及び第２照射室１６の下流側の第１流通路２０、第２流通路２２は、反応室１８に連通する。すなわち、第１照射室１４を通過した炭素材と、第２照射室１６を通過したＣＯ２は、反応室１８で合流する。
【００３３】
反応室１８には、担体に担持されたブードア反応触媒（いずれも図示せず）が配置される。このブードア反応触媒は、反応転化率を向上させるとともに、反応時間を短縮し、且つ反応温度を低下させる作用を営む。
【００３４】
このような作用を営む具体的な物質としては、周期律表第４周期〜第６周期の第５族〜第１０族元素、好適には鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、クロム、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、タングステン、イリジウム等を含むものが挙げられる。この中、入手が容易で比較的安価であり、しかも、触媒活性が大きいことから、鉄、コバルト、ニッケルが特に好適である。
【００３５】
このような元素を含む物質の代表的なものとしては、上記元素のいずれか１種からなる単体金属や、上記元素の２種以上を含む合金が挙げられる。又は、上記元素を含む有機金属化合物であってもよい。
【００３６】
ブードア反応触媒を担持する担体の素材は、ＣＯ２と炭素材とを反応させる際の温度において安定なものが選定される。そのようなものの好適な例としては、鉄、ニッケル、コバルト等の金属や、シリカ、アルミナ、ジルコニア、珪藻土、カオリナイト、スメクタイト、タルク、ゼオライト、フェライト（酸化鉄）等のセラミックスが挙げられる。
【００３７】
また、反応室１８の近傍には、紫外線照射手段としての紫外線ランプ３４が配設される。この紫外線ランプ３４は、２００ｎｍ以下の短波長の紫外線を照射することが可能なものである。
【００３８】
反応室１８には、ＣＯ排出管３６が連通する。ＣＯ２と炭素材が反応することで生成されたＣＯは、このＣＯ排出管３６から排出される。
【００３９】
ＣＯ排出管３６には、後述する分離装置（図示せず）が設けられる。ＣＯに含まれる未反応のＣＯ２は、この分離装置で分離される。
【００４０】
このように構成されるＣＯ製造装置１０は、例えば、火力発電プラントや製鉄プラント、セメントプラント、化学プラント等に設けられる。
【００４１】
次に、このＣＯ製造装置１０を用いて実施されるＣＯの製造方法につき説明する。
【００４２】
上記したようなプラントの操業に伴って発生したＣＯ２は、より活性なガス等の不純物が除去された後、ＣＯ製造装置１０の第２流通路２２を介して第２照射室１６に供給される。なお、不純物を除去するための手法としては、活性炭吸着法、膜分離、洗浄法等の公知の手法が挙げられる。
【００４３】
一方の炭素材としては、不純物の含有量が少ないものが好ましい。例えば、産業廃棄物を炭化して得られた炭素材、カーボンブラック、活性炭、バイオマス系の炭から得られた炭素材等である。
【００４４】
産業廃棄物から炭素材を得る場合には、先ず、産業廃棄物を固定型バッチ式炉、ロータリ炉、スクリュ炉等で炭化することで炭素を得る。次に、薬品賦活法や水蒸気賦活法等によって不純物を除去することにより、高純度の炭素材を得ることができる。
【００４５】
カーボンブラックは、周知の通り、天然ガス、石炭又は石油等の化石燃料を不完全燃焼させたり、熱分解させたりすることによって得られる数百μｍ程度の微細粉末であり、市販品として容易に入手可能である。
【００４６】
活性炭は、椰子殻、石炭、おが屑等を炭化及び賦活することによって得られるものであり、その表面には、１０〜１００Å程度の微細な細孔が多数形成されている。この細孔が吸着サイトとして機能することにより、活性炭に吸着作用が発現する。
【００４７】
残余のバイオマス系の炭は、木材や竹等を用いて得られる代表的な炭素材として公知である。
【００４８】
本実施の形態では、上記したような炭素材は、微細に粉砕されて微粒子として供給される。微粒子は、比表面積が大きく、このため、ＣＯ２との反応領域が大きいので、バルク体に比してＣＯ２と効率よく反応するからである。すなわち、微粒子を用いることにより、ＣＯ２の還元反応を促進することができる。
【００４９】
なお、炭素材は、気流式粉砕機、縦型ローラミル、高速回転ミル、分級機内蔵型高速回転ミル、容器駆動媒体ミル、媒体撹拌式ミル、圧密剪断ミル、コロイドミル等の公知の粉砕機によって粉砕することが可能である。
【００５０】
ここで、カーボンブラックや活性炭は凝集粉末であり、粉砕を行うことなく使用することも可能であるが、上記したような粉砕機によって凝集を解消して一層の微粒子とし、これを使用するようにしてもよい。
【００５１】
炭素材の微粒子は、例えば、図示しない貯留容器からスクリュコンベアによって移送され、第１流通路２０を経て第１照射室１４に導入される。又は、不活性ガスやＣＯ２をキャリアガスとして流通し、このキャリアガスに微粒子を同伴させて第１流通路２０から第１照射室１４に導入するようにしてもよい。
【００５２】
以上のようにして炭素材及びＣＯ２が第１照射室１４及び第２照射室１６に導入されるともに、集光された太陽光が第１照射室１４及び第２照射室１６に対して照射される。具体的には、太陽光は、太陽光照射手段２４の集光レンズ２６によって集光され、集光部２８及び光ファイバ３０に導かれた後、光照射部３２から第１照射室１４及び第２照射室１６に照射される。この照射に伴い、第１照射室１４及び第２照射室１６内の炭素材及びＣＯ２が予備加熱され、好適には５００℃程度まで温度上昇して活性炭素及び活性ＣＯ２となる。
【００５３】
ここで、上記したように、第１流通路２０は第２流通路２２に比して大径に設定され、第１照射室１４は第２照射室１６に比して大容積に設定されている。このため、炭素材の滞留時間がＣＯ２に比して長い。従って、第１照射室１４に導入された炭素材が太陽光によって加熱される時間も長くなる。固体である炭素材は、気体であるＣＯ２よりも温度が上昇し難いが、このようにして加熱時間を長くすることができるため、炭素材の温度を十分に上昇させることが可能となる。
【００５４】
以上のようにして予備加熱された活性炭素及び活性ＣＯ２は、第１照射室１４及び第２照射室１６の下流側の第１流通路２０と第２流通路２２を経由し、反応室１８に到達して合流する。すなわち、反応室１８において、活性炭素材と活性ＣＯ２が混合される。
【００５５】
反応室１８には、上記したように、担体に担持されたブードア反応触媒（いずれも図示せず）が配置されている。従って、ＣＯ２と炭素材が効率よく反応する。すなわち、下記の式（１）に示されるブードア反応が生起され、これによりＣＯが生成される。
ＣＯ２＋Ｃ→２ＣＯ …（１）
【００５６】
ブードア反応触媒の存在下では、この反応は、反応室１８の温度が５００℃程度の比較的低温であっても容易に進行する。
【００５７】
しかも、反応室１８に対しては、紫外線ランプ３４によって波長２００ｎｍ以下の紫外線が照射される。従って、反応室１８の温度が十分に高温に保たれるとともに、活性炭素と活性ＣＯ２が紫外線によってさらに活性化される。このため、ブードア反応が活発となる。すなわち、波長２００ｎｍ以下の紫外線を反応室１８に照射することにより、ブードア反応を一層促進させることができる。
【００５８】
炭素材及びＣＯ２が連続して供給されることにより、ブードア反応が継続して生起される。従って、ＣＯ２を連続的に消費する一方、ＣＯを連続的に生産することができる。このことから諒解されるように、第１実施形態によれば、ＣＯを工業規模で連続生産することが可能である。
【００５９】
また、炭素材は安価である。その上、ブードア反応を生起させるに際し、防爆仕様の装置を用いる必要がない。従って、ＣＯ２の処理コストを低廉化することが容易である。
【００６０】
なお、この実施の形態では、１個の太陽光照射手段２４によって第１照射室１４及び第２照射室１６の双方に太陽光を照射するようにしているが、太陽光照射手段２４を２個設け、１個の太陽光照射手段２４で第１照射室１４に対して太陽光を照射する一方、残余の１個の太陽光照射手段２４で第２照射室１６に対して太陽光を照射するようにしてもよい。
【００６１】
また、炭素材に対して十分な予備加熱を行うために炭素材の滞留時間を長くするには、第１流通路２０を大径に設定する他、第１流通路２０の内部に螺旋溝を形成し、炭素材に旋回流を生じさせた状態で移送を行うようにしてもよい。
【００６２】
又は、第１流通路２０に乱流を生じさせるようにしてもよい。この場合、第１流通路２０の内径や炭素材の供給速度（例えば、キャリアガスの流速）を、乱流が生じるような範囲に設定すればよい。乱流が生じることにより、層流である場合に比して滞留時間が長くなる。
【００６３】
次に、第２実施形態に係るＣＯ製造装置につき説明する。
【００６４】
図２は、第２実施形態に係るＣＯ製造装置５０の長手方向に沿う要部斜視側面図である。このＣＯ製造装置５０は、内管５２と外管５４の二重管から形成される第１の部位５６と、前記外管５４のみから形成される第２の部位５８とを有する管状部材６０を備え、さらに、該管状部材６０が被覆部材６２に収容されることによって構成される。
【００６５】
管状部材６０に含まれる第１の部位５６は、外管５４の内孔（空間）に内管５２が挿入されることによって構成される。該内管５２の内孔（空間）には、炭素材が流通される。すなわち、内管５２の内孔は、炭素材を流通するための第１流通路として機能する。
【００６６】
一方、中空体である外管５４には、その長手方向に対して直交する方向に延在する供給管６４が設けられる。この供給管６４は、被覆部材６２に貫通形成された露出孔６６から突出して露呈するとともに、その内孔が外管５４の内孔に連通する。
【００６７】
外管５４の内孔には、供給管６４の内孔を介してＣＯ２が供給される。このことから諒解されるように、外管５４の内孔は、ＣＯ２を流通するための第２流通路として機能する。なお、外管５４において、内管５２が挿入される側の一端部は閉塞されている。このため、該端部からＣＯ２が漏洩することはない。
【００６８】
第１の部位５６の上方には、太陽光照射手段６８が配設される。この太陽光照射手段６８は、第１実施形態における太陽光照射手段２４に準拠して構成されており、従って、図１に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６９】
結局、第１の部位５６に流通する炭素材及びＣＯ２には、太陽光照射手段６８によって太陽光が照射される。すなわち、第１の部位５６において、内管５２の内孔は、炭素材に対して太陽光を照射する第１の照射室を兼ね、外管５４の内孔は、ＣＯ２に対して太陽光を照射する第２の照射室を兼ねる。
【００７０】
内管５２の長さ方向寸法は、外管５４の長さ方向寸法に比して小さい。このため、内管５２は、外管５４の長さ方向の途中まで延在する。管状部材６０において、内管５２が存在せず外管５４のみとなる右方側が、第２の部位５８として定義される。
【００７１】
内管５２の内孔に供給された炭素材は、第２の部位５８において、外管５４の内孔に放出される。一方、外管５４の内孔には、第１の部位５６において、供給管６４を介して供給されたＣＯ２が第２の部位５８に流通する。従って、炭素材とＣＯ２は、第２の部位５８において、外管５４の内孔で合流する。すなわち、第２の部位５８は、反応室（反応部）を兼ねる。
【００７２】
外管５４の内孔中、反応室となる第２の部位５８には、上記したようなブードア反応触媒（図示せず）が、ワイヤ形状に形成された担体７０に担持された状態で配置されている。なお、第２実施形態では、ブードア反応触媒及び担体７０を２箇所に設けている。
【００７３】
第２の部位５８には、紫外線ランプ７２が配設される。この紫外線ランプ７２も、２００ｎｍ以下の短波長の紫外線を照射することが可能なものである。
【００７４】
被覆部材６２は、太陽光及び紫外線を透過可能な素材で形成される。そのような素材の好適な例としては、サファイヤガラスが挙げられる。
【００７５】
被覆部材６２の内孔と外管５４との間には、所定のクリアランスが形成される。このクリアランスからは排気が予めなされており、従って、被覆部材６２と外管５４との間は真空状態である。
【００７６】
以上のように構成されたＣＯ製造装置５０もまた、火力発電プラントや製鉄プラント、セメントプラント、化学プラント等に設けることができる。このようなプラントの操業に伴って発生したＣＯ２は、供給管６４の内孔を介して、外管５４の内孔に供給される。一方、内管５２の内孔には、上記したようにして炭素材の微粒子が供給される。
【００７７】
以上のようにして炭素材及びＣＯ２が内管５２の内孔及び外管５４の内孔に導入されるるともに、集光された太陽光が管状部材６０の第１の部位５６に対して照射される。すなわち、太陽光は、太陽光照射手段６８の集光レンズ２６によって集光され、集光部２８及び光ファイバ３０に導かれた後、光照射部３２から第１の照射室及び第２の照射室に照射される。この照射に伴い、第１の部位５６内の炭素材及びＣＯ２が予備加熱され、好適には５００℃程度まで温度上昇して活性炭素及び活性ＣＯ２となる。
【００７８】
活性炭素は、内管５２の内孔を通過した後、第２の部位５８において、外管５４の内孔に排出される。また、活性ＣＯ２は、第１の部位５６を流通して第２の部位５８に到達する。すなわち、第２の部位５８（反応室）において、活性炭素と活性ＣＯ２が混合される。
【００７９】
反応室には、上記したように、担体７０に担持されたブードア反応触媒（図示せず）が配置されているので、ＣＯ２と炭素材が効率よく反応する。すなわち、上記式（１）に示されるブードア反応が生起され、これによりＣＯが生成される。
【００８０】
しかも、反応室に対しては、紫外線ランプ７２によって波長２００ｎｍ以下の紫外線が照射される。従って、上記と同様に、反応室の温度が十分に高温に保たれるとともに、活性炭素と活性ＣＯ２が紫外線によってさらに活性化され、ブードア反応が活発となる。
【００８１】
このように、第２実施形態においても、波長２００ｎｍ以下の紫外線を反応室に照射することにより、ブードア反応を一層促進させることができる。
【００８２】
しかも、第２実施形態では、管状部材６０と被覆部材６２との間が真空状態であるために、反応室に対して真空断熱が施される。このため、反応室から熱が放出されることが抑制されるので、温度保持が容易である。このことも、ブードア反応を効率よく進行させることに寄与する。
【００８３】
ＣＯは、外管５４の閉塞先端部に設けられたＣＯ排出管７４を介して排出される。このＣＯ排出管７４には、上記したような分離装置（図示せず）が介装されており、該分離装置の作用下に、ＣＯに含まれる未反応のＣＯ２が分離除去される。
【００８４】
炭素材及びＣＯ２が連続して供給されることにより、ブードア反応が継続して生起される。従って、ＣＯ２を連続的に消費する一方、ＣＯを連続的に生産することができる。以上のように、第２実施形態においても、ＣＯを工業規模で連続生産することが可能である。また、ＣＯ２の処理コストを低廉化することが容易であることも同様である。
【符号の説明】
【００８５】
１０、５０…ＣＯ製造装置 １２…ケーシング
１４、１６…照射室 １８…反応室
２０、２２…流通路 ２４、６８…太陽光照射手段
２６…集光レンズ ３０…光ファイバ
３２…光照射部 ３４、７２…紫外線ランプ
３６、７４…ＣＯ排出管 ５２…内管
５４…外管 ５６…第１の部位
５８…第２の部位 ６０…管状部材
６２…被覆部材 ６４…供給管
７０…担体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ２を炭素によって還元することで、反応生成物としてのＣＯを得るＣＯの製造方法であって、
太陽光をＣＯ２及び炭素に照射することで活性ＣＯ２及び活性炭素を得る工程と、
前記活性ＣＯ２と前記活性炭素を混合した後に紫外線を照射して還元反応を生起させ、ＣＯを得る工程と、
を有することを特徴とするＣＯの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法において、前記還元反応を、周期律表第４周期〜第６周期中の第５族〜第１０族の元素からなる触媒によって促進することを特徴とするＣＯの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の製造方法において、前記活性ＣＯ２と前記活性炭素とが反応する反応部を、太陽光を透過することが可能な被覆部材で囲繞し、且つ前記反応部と前記被覆部材の間を真空とすることを特徴とするＣＯの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法において、ＣＯ２及び炭素を流通しながら前記還元反応を生起させることを特徴とするＣＯの製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の製造方法において、炭素を流通状態とするためのキャリアガスとしてＣＯ２を用いることを特徴とするＣＯの製造方法。
【請求項６】
ＣＯ２を炭素によって還元することで、反応生成物としてのＣＯを得るＣＯの製造装置であって、
加熱源である太陽光を集光してＣＯ２及び炭素に照射する太陽光照射手段と、
太陽光を照射することで得られた活性炭素及び活性ＣＯ２を導入する反応部と、
還元反応を生起してＣＯを得るために前記反応部に紫外線を照射する紫外線照射手段と、
を有することを特徴とするＣＯの製造装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置において、前記反応部に連通してＣＯ２と炭素を個別に流通するための第１及び第２の流通路と、
前記第１の流通路を通過するＣＯ２に太陽光を照射して活性ＣＯ２を得るための第１の照射室と、
前記第２の流通路を通過する炭素に太陽光を照射して活性炭素を得るための第２の照射室と、
を備え、
前記反応部内では、前記第１及び前記第２の照射室を通過した前記活性ＣＯ２及び前記活性炭素が合流して反応することを特徴とするＣＯの製造装置。
【請求項８】
請求項７記載の装置において、内管と外管の二重管から形成される空間からなる前記第１及び第２の流通路を含む第１の部位と、単管から形成される空間からなる前記反応部を含む第２の部位とを有する管状部材を備え、
前記第１の部位が前記第１及び前記第２の照射室を兼ね、
前記第１の部位でＣＯ２に太陽光を照射して得た活性ＣＯ２と、炭素に太陽光を照射して得た活性炭素とを、前記第２の部位で合流して前記還元反応を生起することを特徴とするＣＯの製造装置。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項に記載の装置において、さらに、少なくとも前記反応部を囲繞し且つ太陽光を透過することが可能な被覆部材を備え、前記反応部と前記被覆部材との間が真空状態とされることを特徴とするＣＯの製造装置。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項に記載の装置において、前記反応部に、周期律表第４周期〜第６周期中の第５族〜第１０族の元素からなる触媒を保持したことを特徴とするＣＯの製造装置。
【請求項１】
ＣＯ２を炭素によって還元することで、反応生成物としてのＣＯを得るＣＯの製造方法であって、
太陽光をＣＯ２及び炭素に照射することで活性ＣＯ２及び活性炭素を得る工程と、
前記活性ＣＯ２と前記活性炭素を混合した後に紫外線を照射して還元反応を生起させ、ＣＯを得る工程と、
を有することを特徴とするＣＯの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法において、前記還元反応を、周期律表第４周期〜第６周期中の第５族〜第１０族の元素からなる触媒によって促進することを特徴とするＣＯの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の製造方法において、前記活性ＣＯ２と前記活性炭素とが反応する反応部を、太陽光を透過することが可能な被覆部材で囲繞し、且つ前記反応部と前記被覆部材の間を真空とすることを特徴とするＣＯの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法において、ＣＯ２及び炭素を流通しながら前記還元反応を生起させることを特徴とするＣＯの製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の製造方法において、炭素を流通状態とするためのキャリアガスとしてＣＯ２を用いることを特徴とするＣＯの製造方法。
【請求項６】
ＣＯ２を炭素によって還元することで、反応生成物としてのＣＯを得るＣＯの製造装置であって、
加熱源である太陽光を集光してＣＯ２及び炭素に照射する太陽光照射手段と、
太陽光を照射することで得られた活性炭素及び活性ＣＯ２を導入する反応部と、
還元反応を生起してＣＯを得るために前記反応部に紫外線を照射する紫外線照射手段と、
を有することを特徴とするＣＯの製造装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置において、前記反応部に連通してＣＯ２と炭素を個別に流通するための第１及び第２の流通路と、
前記第１の流通路を通過するＣＯ２に太陽光を照射して活性ＣＯ２を得るための第１の照射室と、
前記第２の流通路を通過する炭素に太陽光を照射して活性炭素を得るための第２の照射室と、
を備え、
前記反応部内では、前記第１及び前記第２の照射室を通過した前記活性ＣＯ２及び前記活性炭素が合流して反応することを特徴とするＣＯの製造装置。
【請求項８】
請求項７記載の装置において、内管と外管の二重管から形成される空間からなる前記第１及び第２の流通路を含む第１の部位と、単管から形成される空間からなる前記反応部を含む第２の部位とを有する管状部材を備え、
前記第１の部位が前記第１及び前記第２の照射室を兼ね、
前記第１の部位でＣＯ２に太陽光を照射して得た活性ＣＯ２と、炭素に太陽光を照射して得た活性炭素とを、前記第２の部位で合流して前記還元反応を生起することを特徴とするＣＯの製造装置。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項に記載の装置において、さらに、少なくとも前記反応部を囲繞し且つ太陽光を透過することが可能な被覆部材を備え、前記反応部と前記被覆部材との間が真空状態とされることを特徴とするＣＯの製造装置。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項に記載の装置において、前記反応部に、周期律表第４周期〜第６周期中の第５族〜第１０族の元素からなる触媒を保持したことを特徴とするＣＯの製造装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１０１９８６（Ｐ２０１２−１０１９８６Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５３４４７（Ｐ２０１０−２５３４４７）
【出願日】平成２２年１１月１２日（２０１０．１１．１２）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１２日（２０１０．１１．１２）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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