特開 2023-103698 炭素固定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023103698

(43)【公開日】2023-07-27

(54)【発明の名称】炭素固定装置

(51)【国際特許分類】

   C01B 32/05 20170101AFI20230720BHJP

   F24V 30/00 20180101ALI20230720BHJP

   B01D 53/62 20060101ALI20230720BHJP

   B01D 53/78 20060101ALI20230720BHJP

   B01D 53/14 20060101ALI20230720BHJP

   B01D 53/81 20060101ALI20230720BHJP

【ＦＩ】

C01B32/05

F24V30/00 301

B01D53/62 ZAB

B01D53/78

B01D53/14 100

B01D53/81

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022004369

(22)【出願日】2022-01-14

(71)【出願人】

【識別番号】506213382

【氏名又は名称】アンヴァール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098729

【弁理士】

【氏名又は名称】重信 和男

(74)【代理人】

【識別番号】100204467

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 好文

(74)【代理人】

【識別番号】100148161

【弁理士】

【氏名又は名称】秋庭 英樹

(74)【代理人】

【識別番号】100195833

【弁理士】

【氏名又は名称】林 道広

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 重利

【テーマコード（参考）】

4D002

4D020

4G146

【Ｆターム（参考）】

4D002AA09

4D002AC01

4D002AC10

4D002BA02

4D002BA06

4D002BA13

4D002BA20

4D002CA06

4D002CA13

4D002DA06

4D002DA36

4D002EA02

4D020AA03

4D020BA01

4D020BA23

4D020BB01

4D020BB03

4D020CA05

4D020CB01

4G146AA01

4G146BA09

4G146BC02

4G146BC28

4G146BC35B

4G146BC36B

4G146BC43

4G146DA02

4G146DA28

4G146DA29

4G146DA31

(57)【要約】

【課題】高い炭素固定の効率を発揮する炭素固定装置を提供する。
【解決手段】マグネシウムを二酸化炭素で燃焼反応させる反応室３０と、加圧された二酸化炭素リッチな導入気体Ａ３を反応室３０に供給する供給手段２０と、反応室３０内にてアセチレンを酸素で燃焼させて反応を促す燃焼手段３１と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マグネシウムを二酸化炭素で燃焼反応させる反応室と、
加圧された二酸化炭素リッチな導入気体を前記反応室に供給する供給手段と、
前記反応室内にてアセチレンを酸素で燃焼させて前記燃焼反応を促す燃焼手段と、
を備えることを特徴とする炭素固定装置。

【請求項2】

前記燃焼手段は、前記アセチレンを導く第１流路と、前記酸素を導く第２流路と、を有していることを特徴とする請求項１に記載の炭素固定装置。

【請求項3】

前記第２流路には、前記酸素の供給量を調節するための弁が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の炭素固定装置。

【請求項4】

前記炭素固定装置は、炭化カルシウムと水を反応させ生成したアセチレンを前記燃焼手段に供給するアセチレン生成室を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の炭素固定装置。

【請求項5】

前記燃焼反応に応じて前記反応室から供給された気体のエネルギを用いて発電する発電手段と、
前記発電手段から残気体を排出する排出手段と、を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の炭素固定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭素固定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、火力発電、ガスフレアリング等で化石燃料の燃焼に伴って発生した二酸化炭素を低減するために、炭素固定を行う技術が知られている。このような技術には、二酸化炭素と金属酸化物を反応させて炭素固定を行う炭素固定装置がある（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

特許文献１には、反応室を備える炭素固定装置が記載されている。反応室内には、連通路を通じて石炭の燃焼により発生した二酸化炭素を含む導入気体が流入され、当該気体と酸化カルシウムとが混在された状態で、反応室内の温度が７５０度に調節されている。これにより、反応室内で二酸化炭素を酸化カルシウムと反応させて炭酸カルシムの生成（炭酸塩化）が促進され、炭素固定が可能となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１１－１９２４１６号公報（第４，５頁、第８図）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１のような炭素固定装置にあっては、二酸化炭素を酸化カルシウムと反応させて炭酸塩化により炭素固定を行うために反応室内の温度を７８０度以下に保つ必要があるため、炭素固定の効率を高めることが困難であった。

【0006】

発明者らは、マグネシウムと二酸化炭素を燃焼させることにより連鎖的に炭素固定を達成できることを見出したばかりでなく、二酸化炭素リッチな環境下でマグネシウムと二酸化炭素の燃焼を開始させる効率のよい手段を見出した。

【0007】

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、高い炭素固定の効率を発揮する炭素固定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】

【0008】

前記課題を解決するために、本発明の炭素固定装置は、
マグネシウムを二酸化炭素で燃焼反応させる反応室と、
加圧された二酸化炭素リッチな導入気体を前記反応室に供給する供給手段と、
前記反応室内にてアセチレンを酸素で燃焼させて前記燃焼反応を促す燃焼手段と、
を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、加圧された二酸化炭素リッチな環境下であっても、アセチレンを燃焼させることで、マグネシウムと二酸化炭素とを燃焼反応させることができた。また、アセチレンを酸素で燃焼させ、マグネシウムと二酸化炭素の反応を引き起こしつつ促進させることにより当該反応を確実に進めることができるとともに、かつ二酸化炭素濃度がある程度低くても当該反応を引き起こすことができる。さらに、マグネシウムと二酸化炭素とを燃焼反応させることにより生じた高熱を反応熱として利用することができるため、マグネシウムと二酸化炭素とを連鎖的に反応させることができる。

【0009】

前記燃焼手段は、前記アセチレンを導く第１流路と、前記酸素を導く第２流路と、を有していることを特徴としている。
この特徴によれば、二酸化炭素リッチな空間であっても、確実かつ容易にアセチレンをマグネシウム近傍の所望の箇所で燃焼させることができる。

【0010】

前記第２流路には、前記酸素の供給量を調節するための弁が設けられていることを特徴としている。
この特徴によれば、アセチレンの燃焼により発生する熱量を調節することができる。

【0011】

前記炭素固定装置は、炭化カルシウムと水を反応させ生成したアセチレンを前記燃焼手段に供給するアセチレン生成室を有していることを特徴としている。
この特徴によれば、アセチレンを長期に亘って貯留せずとも適量のアセチレンを供給可能でありかつ炭化カルシウムを貯留すればよいため安全である。

【0012】

前記燃焼反応に応じて前記反応室から供給された気体のエネルギを用いて発電する発電手段と、
前記発電手段から残気体を排出する排出手段と、を更に備えることを特徴としている。
この特徴によれば、反応室における燃焼反応により高温高圧の気体が発生するため、効率よく発電することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施例１における炭素固定システムを示す概要図である。

【図2】実施例１における炭素固定装置を示す模式図である。

【図3】本発明の実施例２における炭素固定装置を示す模式図である。

【図4】本発明の実施例３における炭素固定装置を示す模式図である。

【図5】本発明の実施例４における炭素固定装置を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明は、ＣＯ_２リッチな環境下であってもアセチレン（Ｈ_２Ｃ_２）を燃焼させることにより、混在させたマグネシウム（Ｍｇ）と二酸化炭素（ＣＯ_２）を効率よく直接反応させることができることを見出し、これを契機として全く新たな炭素の固定を図ったものである。

【0015】

本発明に係る炭素固定装置を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

【実施例0016】

本実施例の炭素固定装置１０は、二酸化炭素（ＣＯ２）をマグネシウム（Ｍｇ）と反応させて炭素固定を行うものであり、図１に示されるように、炭素固定システム１の一部を構成している。炭素固定システム１は、海水を電解して水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）と水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）を得る電解装置２と、Ｍｇを得る還元装置３をさらに備えている。

【0017】

詳しくは、電解装置２で得られたＭｇ（ＯＨ）_２に熱を与えることにより、下記反応式１により表される熱分解が行われることで、還元装置３に供給されるＭｇＯは生成される。
Ｍｇ（ＯＨ）_２→ＭｇＯ＋Ｈ_２Ｏ・・・（反応式１）

【0018】

また、還元装置３に供給されるＭｇＯは、後述する炭素固定装置１０の第１反応室３０においても生成される。

【0019】

還元装置３においては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を、炭化カルシウム（ＣａＣ_２）を還元剤とする下記反応式２により表される還元反応により、炭素固定装置１０の第１反応室３０における反応に利用されるＭｇが生成される。
ＭｇＯ＋ＣａＣ_２→Ｍｇ＋ＣａＯ＋２Ｃ・・・（反応式２）

【0020】

反応式２においてＭｇＯの還元反応に必要なエネルギは、例えばパルスパワー波によって与えることができ、不活性ガス及び還元性ガスの雰囲気下でパルスパワー波を照射することにより、ＭｇＯの還元効率を高めることができる。不活性ガスとしては、アルゴンガス、ネオンガス、ヘリウムガス、窒素ガス等を挙げることができる。還元性ガスとしては、ＣａＣ_２との反応性が低い一酸化炭素（ＣＯ）が用いられることが好ましく、パルスパワー波の照射によりＭｇＯがプラズマ化して発生する副産物としての酸素（Ｏ_２）とＣＯが反応してＣＯ_２が発生する。尚、還元性ガスとしてのＣＯには、後述する炭素固定装置１０の第１反応室３０における反応（反応式３参照）や第２反応室３２における反応（反応式５参照）で生成されたＣＯを回収したものが利用されてもよい。

【0021】

炭素固定装置１０は、還元装置３等で発生したＣＯ_２を還元装置３で得られたＭｇと反応させる第１反応室３０と、第１反応室３０の反応熱を利用して酸化カルシウム（ＣａＯ）と第１反応室３０の反応により得られた炭素（Ｃ）を反応させる第２反応室３２と、電解装置２で得られたＣａ（ＯＨ）_２を熱分解して第２反応室３２で反応させるＣａＯを得る第３反応室３３と、から主に構成されている。

【0022】

炭素固定装置１０の第１反応室３０においては、ＣＯ_２をＭｇと反応させ、下記反応式３，４により表される炭素の固定が行われる。尚、第１反応室３０における反応は、発熱反応である。詳しくは、ＣＯ_２濃度を大気よりも比較的高くした状態でＣＯ_２をＭｇと反応させると、ＣＯ_２はＭｇとは完全に反応せずＣＯが一部生じ、反応熱の温度が約１５００度～約２０００度となる（反応式３参照）。また、ＣＯ_２濃度が高濃度、例えば９５％以上である場合には、ＣＯ_２はＭｇと略完全に反応し、ＭｇＯとＣとが生成されＣＯは生成されず、反応熱の温度が約３０００度以上となる（反応式４参照）。ＣＯ_２とＭｇの反応の観点からはＣＯ_２濃度が１００％であることが好ましい。本実施例においては、第１反応室３０における反応熱の温度が約２０００度～約３０００度となるようにＣＯ_２濃度が調整されることが好ましい。
Ｍｇ＋ＣＯ_２→ＭｇＯ＋ＣＯ ・・・（反応式３）
２Ｍｇ＋ＣＯ_２→２ＭｇＯ＋Ｃ・・・（反応式４）

【0023】

第２反応室３２においては、第１反応室３０で得られたＣを第３反応室３３で得られたＣａＯと反応させ、下記反応式５により表されるようにＣａＣ_２が生成され、Ｃのリサイクルが行われる。尚、第２反応室３２における反応は、約２０００度の温度を必要とする吸熱反応である。
ＣａＯ＋３Ｃ→ＣａＣ_２＋ＣＯ・・・（反応式５）

【0024】

第３反応室３３においては、電解装置２で得られたＣａ（ＯＨ）_２に熱を与えることにより、下記反応式６により表される熱分解が行われ、第２反応室３２における反応に利用されるＣａＯが生成される。尚、第３反応室３３における反応は、約６００度程度の温度を必要とする吸熱反応である。
Ｃａ（ＯＨ）_２→ＣａＯ＋Ｈ_２Ｏ・・・（反応式６）

【0025】

尚、電解装置２ではＣａ（ＯＨ）_２とＭｇ（ＯＨ）_２が得られる構成として説明したが、これに限らず、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）とＭｇ（ＯＨ）_２が得られる構成としてもよい。このような構成であれば、第３反応室３３では、下記反応式７により表される熱分解が行われ、第２反応室３２における反応に利用されるＣａＯが生成される。また、ＣａＯと共に生成されるＣＯ_２は、第１反応室３０における反応に利用可能である。尚、第３反応室３３における反応は、８００度～９００度程度の温度を必要とする吸熱反応である。
ＣａＣＯ_３→ＣａＯ＋ＣＯ_２・・・（反応式７）

【0026】

また、電解装置２において、電解によりＣａ（ＯＨ）_２とＭｇ（ＯＨ）_２が回収された海水には、炭酸ガス（重炭酸イオン）が含まれていないため、該海水に還元装置３で発生したＣＯ_２等の一部を吸収させることにより、炭素を固定してもよい。

【0027】

一方、第１反応室３０においては、ＣＯ_２をＭｇと反応させるにあたって約２０００度～約３０００度程度の温度が必要となる。そこで、第１反応室３０には、ＣＯ_２とＭｇとの反応を促進させるための温度を得るために、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）をＯ_２と燃焼させる燃焼手段３１が設けられている。尚、燃焼手段３１について詳しくは後述する。

【0028】

この燃焼手段３１に供給されるＣ_２Ｈ_２は、下記反応式８により表されるように、第２反応室３２で生成されたＣａＣ_２をアセチレン生成室３４内でＨ_２Ｏと混合することで生成される。また、同反応で生成されるＣａ（ＯＨ）_２は、電解装置２にて得られたＣａ（ＯＨ）_２と共に第３反応室３３へと供給され、ＣａＯの生成に再利用される。このように、Ｃ_２Ｈ_２そのものを長期に亘って貯留せずとも適量のＣ_２Ｈ_２を供給可能でありかつＣａＣ_２を貯留すればよいため安全である。
ＣａＣ_２＋２Ｈ_２Ｏ→Ｃ_２Ｈ_２＋Ｃａ（ＯＨ）_２・・・（反応式８）

【0029】

また、燃焼手段３１は、第１反応室３０内において、下記反応式９，１０により表されるように、アセチレン生成室３４にて生成されたＣ_２Ｈ_２をＯ_２で燃焼させる。詳しくは、Ｏ_２濃度が大気中と同程度の状態でＣ_２Ｈ_２をＯ_２で燃焼させると、Ｃ_２Ｈ_２はＯ_２とは完全に反応せず煤（Ｃ）、ＣＯが一部生じ、反応熱の温度が約２０００度以上となる（反応式９参照）。反応熱の温度は、Ｏ_２濃度を高めるほどに上昇し、Ｏ_２濃度が十分に高い状態（Ｃ_２Ｈ_２に対するＯ_２のモル比２対５（Ｃ_２Ｈ_２：Ｏ_２＝２：５）以上）では、Ｃ_２Ｈ_２はＯ_２と完全に反応してＣＯ_２とＨ_２Ｏが生じ、反応熱の温度が約３０００度～約３５００度となる（反応式１０参照）。
Ｃ_２Ｈ_２＋Ｏ_２→Ｃ＋ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ ・・・（反応式９）
２Ｃ_２Ｈ_２＋５Ｏ_２→４ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ・・・（反応式１０）

【0030】

尚、この燃焼で生じたＣ、ＣＯ、ＣＯ_２については、ＣＯ_２は第１反応室３０の反応に供され、Ｃは第２反応室３２の反応に供され、ＣＯは第１反応室３０の反応で生じたＣＯと同様に貯蔵タンク７２に封入される。

【0031】

次いで、炭素固定装置１０について図２を用いて詳しく説明する。図２に示されるように、本実施例の炭素固定装置１０は、還元装置３および火力発電所の燃焼炉４において化石燃料を燃焼させたことによって発生した二酸化炭素リッチな排気が混合した導入気体Ａ１を用いて炭素固定及び発電が可能となっている。

【0032】

炭素固定装置１０は、ＣＯ_２リッチな導入気体Ａ１を圧縮して第１反応室３０に供給する供給手段２０と、第１反応室３０と、燃焼手段３１と、第１反応室３０から供給された気体Ａ４のエネルギを用いて発電する発電手段４０と、第２反応室３２と、第３反応室３３と、発電手段４０の下流側に配設されＣＯ_２とＣＯを分離可能なセパレータ６０と、セパレータ６０によりＣＯが分離されたＣＯ_２を含む気体Ａ９を供給手段２０に供給する循環手段８０と、発電手段４０により発電にエネルギが使用された残気体Ａ１０を排出する排出手段９０と、を備えている。尚、以降の説明において、還元装置３および燃焼炉４側を上流側、排出手段９０の後述する第８連通路９１側を下流側として説明する。

【0033】

まず、供給手段２０について説明する。供給手段２０は、上流側から順に、還元装置３および燃焼炉４の下流側に連結された第１連通路２１と、第１連通路２１内にパルスパワー波を照射するパルスパワー波照射器２２と、第１連通路２１の下流側に配設された冷却器２３と、冷却器２３の下流側に配設された第２連通路２４と、第２連通路２４の下流側に連結された軸流式の圧縮機２５と、圧縮機２５の下流側及び第１反応室３０の上流側に連結された第３連通路２６と、から主に構成されている。

【0034】

第１連通路２１には、循環手段８０も連結されており、逆止弁８２から気体Ａ９を導入可能となっている。

【0035】

パルスパワー波照射器２２は、第１連通路２１内かつ後述する逆止弁８２との合流箇所よりも上流側に配置されたプラグ２２ａからパルスストリーマ放電を実行可能となっている。本実施例では、パルスパワー波照射器２２は、半値幅８０ｎｓの高電圧を繰り返し動作で発生可能であり、充電電圧を２０ｋＶ、放電電流を１７０Ａとし、電源を５ｐｐｓ（Ｐｕｌｓｅｓ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）で運転させることで、パルスパワー波を照射し、パルスストリーマ放電を生じせしめる。このように、短パルス、高電圧小電流、短サイクルで運転させ、グロー放電やアーク放電とならないようにすることが肝要である。尚、導入気体Ａ１において、ＮＯｘ、ＳＯｘ等のような、ＣＯ_２とＭｇの反応の妨げとなるような不純物の含有量が少ない場合には、パルスパワー波照射器２２は配設されなくてもよい。また、導入気体Ａ１の温度によっては、冷却器２３も配設されなくてもよい。

【0036】

第１反応室３０は、高耐熱かつ高耐圧に形成されており、図示しない投入口からＭｇ粉末を投入可能となっている。尚、投入するＭｇは粉末以外の形状例えばフレーク状、バー状であってもよい。

【0037】

また、第１反応室３０内には、電気的に火花を発生させる点火プラグ３１ａと、Ｃ_２Ｈ_２が供給されるアセチレン供給口３１ｂと、Ｏ_２が供給される酸素供給口３１ｃが配置されており、第１反応室３０内でＣ_２Ｈ_２をＯ_２で燃焼可能となっている。

【0038】

ここで、本発明における燃焼手段３１は、点火プラグ３１ａと、アセチレン供給口３１ｂと、酸素供給口３１ｃと、アセチレン生成室３４とアセチレン供給口３１ｂを接続するアセチレン流路３１ｄ（第１流路）と、酸素ボンベ３５と酸素供給口３１ｃを接続する酸素流路３１ｅ（第２流路）と、酸素流路３１ｅの途中に設けられた流量制御弁３１ｆを備えている。尚、点火プラグは、電気的に火花を発生させるもの以外の赤熱させる方式のものであってもよい。

【0039】

図２では図示を簡略しているが、アセチレン供給口３１ｂおよび酸素供給口３１ｃは、近接配置され、かつそれぞれから出射されるＣ_２Ｈ_２およびＯ_２が混在するように、逆ハの字状に配置されている。これにより、Ｃ_２Ｈ_２とＯ_２の混合ガスとなり、点火プラグ３１ａの火花により燃焼しやすくなっている。

【0040】

尚、Ｃ_２Ｈ_２およびＯ_２が混在することが肝要であるため、例えば一つの酸素供給口３１ｃの周りに複数のアセチレン供給口３１ｂが等配されている構成であってもよく、アセチレン供給口３１ｂおよび酸素供給口３１ｃの数、配置は適宜変更されてもよい。

【0041】

アセチレン生成室３４は、第１反応室３０の外側に設けられており、第２反応室３２で生成されたＣａＣ_２と、外部からＨ_２Ｏを供給可能に構成されている。尚、アセチレン生成室３４に供給されるＨ_２Ｏは、反応式１，６で生成されたものであってもよい。また、アセチレン生成室３４に供給されるＣａＣ_２は、第２反応室３２の反応で得られたもの以外、すなわち外部から供給されるものであってもよい。

【0042】

第１反応室３０内の下流側には、ガスタービン発電装置４１のタービン４２が配置されている。

【0043】

発電手段４０は、第１反応室３０内でＣＯ_２とＭｇとが反応することで発生した高温高圧の気体Ａ４を用いて発電可能なガスタービン発電装置４１を有している。ガスタービン発電装置４１は、高温高圧の気体Ａ４の圧力により回転されるタービン４２と、タービン４２の回転に応じて発電可能な発電装置４３と、から主に構成されている。

【0044】

第２反応室３２は、ガスタービン発電装置４１のタービン４２の下流側に配設され、タービン４２を通過して温度と圧力が低下した気体Ａ５が通過するとともに、図示しない投入口から第３反応室３３で得られたＣａＯ粉末を投入可能となっている。尚、投入するＣａＯは粉末以外の形状例えばフレーク状、バー状であってもよい。また、ＣａＯ粉末は、第３反応室３３で得られたものに限らず、例えば還元装置３におけるＣａＣ_２を還元剤としたＭｇＯの還元反応により得られるＣａＯであってもよい。

【0045】

第３反応室３３は、第２反応室３２の下流側に配設され、第２反応室３２を通過して温度と圧力がさらに低下した気体Ａ６が通過するとともに、図示しない投入口から電解装置２（図１参照）およびアセチレン生成室３４で得られたＣａ（ＯＨ）_２粉末を投入可能となっている。

【0046】

セパレータ６０は、第３反応室３３の下流側に連結された第４連通路５０の下流側に配設されている。また、セパレータ６０の下流側には、気体Ａ７からＣＯが回収された気体Ａ８が流入する第５連通路７０と、回収したＣＯによりＣＯ濃度が高い気体Ａ１１が流入する第７連通路７１がそれぞれ連結されている。また、第７連通路７１の下流側には、ＣＯの貯蔵タンク７２が連結されている。

【0047】

循環手段８０は、上述した第５連通路７０と、第５連通路７０の下流側に連結された三方向弁Ｖと、三方向弁Ｖの一方の下流側に連結された第６連通路８１と、第６連通路８１の下流側に連結された逆止弁８２と、から主に構成されている。

【0048】

排出手段９０は、上述した第５連通路７０と、三方向弁Ｖと、三方向弁Ｖの他方の下流側に連結され、炭素固定装置１０の外部に連通する第８連通路９１と、から主に構成されている。尚、図２では、三方向弁Ｖの第８連通路９１が連結されている弁が閉弁状態となっている。

【0049】

次に、動作について説明する。還元装置３で得られたＣＯ_２リッチな導入気体Ａ１は、第１連通路２１に流入される。導入気体Ａ１は、ＣＯ_２濃度が約７０％程度であり、ＣＯ_２以外にも、窒素（Ｎ_２）、水素（Ｈ_２）、酸素（Ｏ_２）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）等が含まれている。また、導入気体Ａ１の温度は、３００度程度であり、単位時間当たりの流量は、０．１×１０^－４ｍ^３／ｓである。

【0050】

矢印で示されるように、第１連通路２１内に導入された導入気体Ａ１は、パルスパワー波照射器２２のプラグ２２ａから連続的に照射され続けているパルスストリーマ放電により発生している非熱平衡プラズマにより、導入気体Ａ１に含まれるＨ_２、Ｏ_２、Ｈ_２Ｏ等の反応が促進され不純物がさらに少なくなる。

【0051】

導入気体Ａ１は、矢印で示されるように、冷却器２３に導出されて冷却され、約３０度程度の気体Ａ２となる。気体Ａ２は、矢印で示されるように、第２連通路２４を通過した後、圧縮機２５により圧縮される。

【0052】

矢印で示されるように、圧力約２．０ＭＰａ、単位時間当たり流量５．０×１０^－５ｍ^３／ｓの圧縮・加圧された気体Ａ３が第３連通路２６を通過してＭｇ粉末が投入されている第１反応室３０に流入する。

【0053】

第１反応室３０内では燃焼手段３１によりＣ_２Ｈ_２をＯ_２で燃焼させた熱をトリガーとしてＣＯ_２とＭｇの反応が促進される。この動作については以下に詳しく説明する。これにより、気体Ａ３に含まれるＣＯ_２とＭｇが直接反応し、ＭｇＯ、Ｃ、ＣＯ等が生成されることを確認した。すなわち、ＣＯ_２の炭素固定がなされ、気体Ａ３のＣＯ_２濃度が低減された。

【0054】

ＣＯ_２とＭｇとの燃焼反応が開始させるにあたって、まずアセチレン生成室３４にＣａＣ_２とＨ_２Ｏを供給することでＣ_２Ｈ_２を生成する。

【0055】

生成されたＣ_２Ｈ_２は、アセチレン流路３１ｄを通じてアセチレン供給口３１ｂから第１反応室３０内に供給される。これとともに、流量制御弁３１ｆが閉弁状態からＣ_２Ｈ_２に応じた量のＯ_２が供給される開度に開弁される。同時に点火プラグ３１ａを点火する。

【0056】

この燃焼による反応熱は、Ｏ_２の供給量を増減することで、約２０００度～約３５００度に調節できる。本実施例では、この反応熱を３０００度以上かつ５秒間継続するようにＯ_２の供給量を調整した。尚、この反応熱は、３０００度に限られるものではなく、後述するようにＣＯ_２によるＭｇの燃焼が開始され得る温度であればよく、さらに、第２反応室３２に供されるＣＯ_２の濃度にもよるが、この濃度が低いほど反応熱を高温とすることが好ましい。また、継続時間についても同様に５秒に限られない。

【0057】

Ｃ_２Ｈ_２をＯ_２で燃焼させた反応熱によりＣＯ_２によるＭｇの燃焼が開始され、反応熱が発生し、以降は、第１反応室３０内に気体Ａ３が流入することで、ＣＯ_２とＭｇとが連続的に反応することが観察された。このとき、第１反応室３０内の温度は約２０００度～約３０００度であった。

【0058】

尚、Ｃ_２Ｈ_２をＯ_２で燃焼させた反応熱によりＣＯ_２によるＭｇの燃焼が開始されなかった場合には、ＣＯ_２によるＭｇの燃焼が開始されるまで、所定間隔置きにＣ_２Ｈ_２をＯ_２で燃焼させることを繰り返し行う。

【0059】

このように、ＭｇとＣＯ_２とがまだ燃焼反応していない状態では、燃焼手段３１によるＣ_２Ｈ_２とＯ_２との燃焼をトリガーとしてＭｇとＣＯ_２とを反応させることが可能であり、ＭｇとＣＯ_２との反応が開始して以降の反応については、発生する高温の反応熱により連続的に反応させ続けることができる。

【0060】

また、ＭｇとＣＯ_２との燃焼反応を効率よく生じさせるべく、Ｃ_２Ｈ_２をＯ_２で燃焼させて生じた燃焼炎がＭｇ粉末に直接あたるように点火プラグ３１ａ、アセチレン供給口３１ｂおよび酸素供給口３１ｃの位置を調整している。これにより、ＣＯ_２リッチな空間であっても、確実かつ容易にＣ_２Ｈ_２をＭｇ近傍の所望の箇所で燃焼させることができる。そのため、ＭｇとＣＯ_２とを燃焼反応させるために要するＣ_２Ｈ_２およびＯ_２の量を少なくすることができる。

【0061】

ここで、Ｃ_２Ｈ_２がＯ_２で燃焼する温度（約２０００度～約３５００度）、ＭｇがＣＯ_２で燃焼反応する温度（約２０００度～約３０００度）が共に高温であることから、燃焼手段３１、特に第１反応室３０内に配置されている点火プラグ３１ａ、アセチレン供給口３１ｂおよび酸素供給口３１ｃは通水等の冷却手段により、冷却されることが好ましい。このときの冷却水は、冷却器２３と共通であってもよく、冷却手段にのみ供給されるものであってもよい。また、冷却手段に供給される流体は冷却水（Ｈ_２Ｏ）以外の液体であってもよく、気体であってもよく、適宜変更されてもよい。

【0062】

また、点火プラグ３１ａ、アセチレン供給口３１ｂおよび酸素供給口３１ｃを保護する観点から、第１反応室３０に供給される気体Ａ３内のＣＯ_２濃度は９０％未満であり、好ましくは２０～８０％程度、より好ましくは７０％程度であるとよい。ＣＯ_２濃度が７０％程度の状態でＣＯ_２をＭｇと反応させると、上述したように反応熱の温度が約２０００度～約３０００度となるため、点火プラグ３１ａ、アセチレン供給口３１ｂおよび酸素供給口３１ｃを保護するために必要な構成を簡素にする、または省略することができる。

【0063】

同様に、点火プラグ３１ａを保護する観点から、Ｃ_２Ｈ_２が燃焼する時間は短時間であることが好ましい。そのため、ＭｇがＣＯ_２と燃焼反応し始めたのち、素早く流量制御弁３１ｆの弁開度を絞るまたは閉弁することが肝要である。

【0064】

また、アセチレン供給口３１ｂ、アセチレン流路３１ｄ、およびアセチレン生成室３４を保護する観点から、アセチレン供給口３１ｂの開口面積は、３１ｄの流路断面積よりも狭くなっている。これにより、アセチレン供給口３１ｂから離れた位置でＣ_２Ｈ_２が燃焼する。尚、アセチレン供給口３１ｂの開口面積を調整するような機構が設けられていてもよく、このような構成であれば、アセチレン生成室３４におけるＣ_２Ｈ_２の生成量が不十分な状態ではアセチレン供給口３１ｂを閉塞し、一定以上の量が生成された場合にはその量に応じて開口面積を調整することで適切な位置で燃焼させることができる。

【0065】

また、アセチレン流路３１ｄの途中には、逆火を防止するべく逆火防止器が設けられている。

【0066】

ＣＯ_２とＭｇとの反応により、気体Ａ３の温度が急激に上昇することに伴って、気体Ａ３が急激に膨張するため、高温高圧の気体Ａ４となり、下流側に噴出される。

【0067】

気体Ａ４は、矢印で示されるように、第１反応室３０の下流側から第２反応室３２に流入しようとする。このとき、気体Ａ４は、第１反応室３０と第２反応室３２との間に配設されているガスタービン発電装置４１のタービン４２を回転させる。この気体Ａ４の通過に伴いタービン４２が回転されることにより、ガスタービン発電装置４１の発電装置４３による発電が行われる。

【0068】

第２反応室３２に流入した約２０００度～約３０００度の高温の気体Ａ５には、第１反応室３０における反応により生成され主にＭｇＯとＣからなる混合物の粒子が含まれており、気体Ａ５中のＣが第２反応室３２に投入されているＣａＯ粉末と反応し、ＣａＣ_２、ＣＯ等が生成されることを確認した。

【0069】

また、吸熱反応であるＣａＯとＣとの反応により、気体Ａ５の温度が急激に低下することに伴って、気体Ａ５が急激に収縮するため、温度と圧力が低下した気体Ａ６となり、下流側に噴出される。

【0070】

第３反応室３３に流入した約１１００度の高温の気体Ａ６は、第３反応室３３に投入されているＣａ（ＯＨ）_２粉末と反応し、ＣａＯ、Ｈ_２Ｏ等が生成されることを確認した。

【0071】

また、吸熱反応であるＣａ（ＯＨ）_２の熱分解反応により、気体Ａ６の温度が急激に低下することに伴って、気体Ａ６が急激に収縮するため、温度と圧力がさらに低下した気体Ａ７となり、下流側に噴出される。

【0072】

第３反応室３３から流出した気体Ａ７は、矢印で示されるように、第４連通路５０を通じてセパレータ６０に導出される。セパレータ６０では、気体Ａ７に含まれるＣＯが分離されるため、高濃度のＣＯが含まれる気体Ａ１１と、ＣＯが分離された残りの気体である気体Ａ８に分離される。高濃度のＣＯが含まれる気体Ａ１１は、矢印で示されるように、第７連通路７１を通じて貯蔵タンク７２に封入される。

【0073】

一方、ＣＯが分離された残りの気体である気体Ａ８は、矢印で示されるように、第５連通路７０に導出される。第５連通路７０には、気体Ａ８に含まれるＣＯ_２濃度を測定可能な図示しない濃度センサが設けられており、ＣＯ_２濃度が一定（本実施例では、１０ｖｏｌ％）以上である気体Ａ９の場合には、三方向弁Ｖの第８連通路９１側が閉弁状態となり、第５連通路７０及び第６連通路８１側が開弁状態となる。これにより、気体Ａ９は、矢印で示されるように、三方向弁Ｖ、第６連通路８１及び逆止弁８２を通じて、第１連通路２１に導出され、導入気体Ａ１と共に上述したサイクルが繰り返し行われることとなる。

【0074】

また、ＣＯ_２濃度が一定（本実施例では、１０ｖｏｌ％）未満である残気体Ａ１０の場合には、三方向弁Ｖの第６連通路８１側が閉弁状態となり、第５連通路７０及び第８連通路９１側が開弁状態となる。これにより、残気体Ａ１０は、点線矢印で示されるように、三方向弁Ｖ及び第８連通路９１を通じて外部に排出される。

【0075】

以上説明したように、本実施例の炭素固定装置１０では、加圧された二酸化炭素（ＣＯ_２）リッチな導入気体Ａ３に、燃焼手段３１によるアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）と酸素（Ｏ_２）との燃焼にて生じた反応熱を供給することで、ＣＯ_２をマグネシウム（Ｍｇ）と反応させることができた。これにより、少なくとも酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と炭素（Ｃ）とが生成されることで炭素固定がなされるとともに、この反応は約２０００度～約３０００度の高温となることから、高温高圧の気体Ａ４が発生するため、発電手段４０による発電効率が高い。

【0076】

また、Ｃ_２Ｈ_２をＯ_２で燃焼させ、ＭｇとＣＯ_２の燃焼反応を引き起こしつつ促進させることにより当該反応を確実に進めることができるとともに、かつＣＯ_２濃度がある程度低くても（例えば大気中のＣＯ_２濃度を僅かに上回る程度でも）当該反応を引き起こすことができる。さらに、ＭｇとＣＯ_２とを燃焼反応させることにより生じた高熱を反応熱として利用することができるため、ＭｇとＣＯ_２とを連鎖的に反応させることができる。

【0077】

また、炭素固定装置１０の第１反応室３０におけるＭｇとＣＯ_２の反応で生じるＣを第２反応室３２において酸化カルシウム（ＣａＯ）と反応させて炭化カルシウム（ＣａＣ_２）を生成することにより、第１反応室３０における反応により生成されるＣをリサイクルして廃棄物を減らすとともに、第１反応室３０の反応熱を利用して第２反応室３２におけるＣａＯとＣの反応に必要な高い温度（約２０００度）を得ることができるため、少ないエネルギでＣａＣ_２を得ることができる。詳しくは、第１反応室３０における反応生成物である高温状態（約２０００度～約３０００度）のＣが第２反応室３２に投入されているＣａＯと反応することにより、第２反応室３２を再加熱する必要なくエネルギ効率よくＣａＣ_２を得ることができる。

【0078】

また、第１反応室３０におけるＭｇとＣＯ_２の反応による反応熱の温度が約２０００度～約３０００度とすることで、第１反応室３０における反応生成物であるＣが第２反応室３２におけるＣａＯとの反応に必要な温度を保つことができる。

【0079】

また、炭素固定装置１０は、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）をＣａＯとＨ_２Ｏに熱分解する第３反応室３３を備えることにより、第３反応室３３で得られたＣａＯを第２反応室３２におけるＣａＣ_２の生成の材料として利用できる。

【0080】

また、第３反応室３３は、第２反応室３２の下流に配設され、第２反応室３２における排熱を利用して第３反応室３３におけるＣａ（ＯＨ）_２の熱分解に必要な温度を得ることができるため、エネルギを有効活用できる。

【0081】

また、本実施例の炭素固定システム１は、海水を電解してＣａ（ＯＨ）_２と水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）を得る電解装置２と、電解装置２で得られたＭｇ（ＯＨ）_２または炭素固定装置１０の第１反応室３０で得られたＭｇＯを基にＣａＣ_２により還元してＭｇとＣＯ_２を得る還元装置３と、還元装置３で発生したＣＯ_２をＭｇと反応させる第１反応室３０の反応熱を利用してＣａＯと第１反応室３０の反応により得られたＣを反応させる第２反応室３２と、電解装置２で得られたＣａ（ＯＨ）_２を熱分解して第２反応室３２で反応させるＣａＯを得る第３反応室３３を備える炭素固定装置１０を有するものである。

【0082】

また、炭素固定システム１は、還元装置３の反応に用いるＣａＣ_２を一部流用して第１反応室３０における燃焼反応を促進することができる。すなわち、炭素固定システム１由来の生成物により第１反応室３０における燃焼反応を促進することができる。

【0083】

そのため、ＭｇとＣＯ_２を反応させるにあたって、上述したようにエネルギを有効活用できるばかりか、炭素固定の循環サイクルに由来しないリン（Ｐ）、鉄（Ｆｅ）、セリウム（Ｃｅ）等の不純物が混じることが無く、効率よく炭素固定することができる。また、ＣａＣ_２の原料となるＣａＯに限らず、炭素固定システム１を構成する還元装置３及び炭素固定装置１０の各反応室における反応に必要なＭｇ及びＣａを安価に得ることができる。

【実施例0084】

実施例２に係る炭素固定装置につき、図３を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する説明については省略する。本実施例の炭素固定装置１１０は、第１反応室３０内にマグネシウム（Ｍｇ）粉末を供給するためのマグネシウム供給手段３６を備えている。

【0085】

マグネシウム供給手段３６は、第１反応室３０内に設けられているマグネシウム供給口３６ａと、Ｍｇ粉末が貯留される貯留タンク３６ｂと、マグネシウム供給口３６ａを貯留タンク３６ｂに接続するマグネシウム流路３６ｃとから主に構成されており、マグネシウム供給口３６ａは、燃焼手段３１のアセチレン供給口３１ｂと酸素供給口３１ｃの間に配置されている。尚、マグネシウム供給口３６ａは、マグネシウム粉末が、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）と酸素（Ｏ_２）の燃焼炎に向けて出射等により供給されることが肝要である。

【0086】

これにより、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）と酸素（Ｏ_２）の混合ガスにＭｇ粉末が混入された状態で混合ガスを燃焼させることができるため、Ｍｇ粉末を加熱する効率がよく、ＭｇとＣＯ_２の燃焼反応を生じさせやすい。尚、ＭｇとＣＯ_２の燃焼反応が生じた後は、前記実施例１と同様に図示しない投入口からＭｇ粉末が投入されるため、マグネシウム供給口３６ａ、アセチレン供給口３１ｂ、および酸素供給口３１ｃに、ＭｇとＣＯ_２の燃焼反応によって生じる熱が及びにくくなっている。