特開 2023-103699 マグネシウム化合物の還元装置

(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】P2023103699

(43)【公開日】2023-07-27

(54)【発明の名称】マグネシウム化合物の還元装置

(51)【国際特許分類】

   C22B 26/22 20060101AFI20230720BHJP

   C22B 5/12 20060101ALI20230720BHJP

   B22F 9/22 20060101ALI20230720BHJP

   B22F 9/14 20060101ALI20230720BHJP

   B01J 19/08 20060101ALN20230720BHJP

【ＦＩ】

C22B26/22

C22B5/12

B22F9/22 Z

B22F9/14 Z

B01J19/08 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022004370

(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）】

4G075

4K001

4K017

【Ｆターム（参考）】

4G075AA22

4G075AA62

4G075AA63

4G075BA06

4G075CA15

4G075CA47

4G075CA63

4G075DA02

4G075EB41

4G075EB42

4G075EC21

4G075ED11

4G075FB06

4G075FC15

4K001AA42

4K001BA04

4K001BA05

4K001BA06

4K001BA07

4K001BA08

4K001HA09

4K001HA11

4K001HA12

4K017AA03

4K017BA10

4K017CA06

4K017CA07

4K017CA08

4K017EF02

4K017EH15

4K017EH16

4K017EH18

4K017FB05

4K017FB06

(57)【要約】

【課題】環境負荷の小さい新たなマグネシウム化合物の還元装置を提供する。
【解決手段】反応室１０ａと、反応室１０ａ内で非平衡プラズマを発生させるプラズマ発生手段１１と、反応室１０ａに還元剤を供給する供給手段１２と、を備えている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

反応室と、
前記反応室内で非平衡プラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記反応室に還元剤を供給する供給手段と、を備えていることを特徴とするマグネシウム化合物の還元装置。

【請求項2】

前記プラズマ発生手段は、ストリーマ放電を発生させることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム化合物の還元装置。

【請求項3】

前記還元剤は、ガス状であることを特徴とする請求項１または２に記載のマグネシウム化合物の還元装置。

【請求項4】

前記供給手段は、不活性ガスを前記還元剤と共に供給することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のマグネシウム化合物の還元装置。

【請求項5】

前記供給手段は、前記プラズマ発生手段を囲うように還元性ガスを供給することを特徴とする請求項３または４に記載のマグネシウム化合物の還元装置。

【請求項6】

温度調整手段を備え、
前記温度調整手段は、前記反応室内の温度に応じて前記還元性ガスの温度・量等の供給状態を調整することを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載のマグネシウム化合物の還元装置。

【請求項7】

温度調整手段を備え、
前記温度調整手段は、前記反応室内の温度に応じて前記不活性ガスの温度・量等の供給状態を調整することを特徴とする請求項４に記載のマグネシウム化合物の還元装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マグネシウム化合物の還元装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、燃焼時に多量の熱が発生し、還元することで再利用可能であるばかりでなく、二酸化炭素中においても多量の熱を発しながら反応する金属マグネシウム（以下、単に「マグネシウム」とも言う）は、化石燃料に代わる新時代の燃料として期待が高まってきている。また、マグネシウムは、電気自動車やドローン等の次世代基幹産業製品の骨格材料としても期待されている。

【0003】

また、マグネシウムは、地殻や海水等に多量に含まれているが、その多くが酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム等のマグネシウム化合物として存在している。このことから、マグネシウムとして使用するためには、マグネシウム化合物をマグネシウムに還元する必要がある。

【0004】

マグネシウム化合物の還元方法としては、熱還元法が一般的に知られている。熱還元法は、一般的にマグネシウム化合物に還元剤を混ぜ、減圧下で高熱に加熱する方法である。そのため、高熱を維持するために多量の化石燃料を必要とするばかりでなく、二酸化炭素等発生による環境負荷も大きいという問題がある。

【0005】

そこで、マグネシウム化合物の還元において生じる環境負荷を軽減するべく、例えばアーク放電を利用してマグネシウム化合物をマグネシウムに還元する特許文献１のような還元装置が知られている。特許文献１の還元装置は、反応室と、反応室内にて酸化マグネシウムにアーク放電を行うための一対の電極と、反応室内にメタンを供給するための供給手段と、から主に構成されている。そして、反応室内にメタンを供給した状態で一対の電極間でアーク放電を行い生成した熱プラズマ内に、酸化マグネシウム粉末を供給することで、気体のマグネシウム、一酸化炭素、水素を主成分とするプラズマを生じさせ、気体のマグネシウムを冷却することでマグネシウム粉末が得られる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１１－０３２１３１号公報（第５頁、第１図）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

このように特許文献１のような還元装置にあっては、アーク放電を用いて熱プラズマを生じさせることにより、マグネシウム化合物をマグネシウムに還元することができるため、還元にあたって二酸化炭素の発生量を低減することができる。しかしながら、熱プラズマを生じさせるにあたって高熱が必要となってくるため、耐熱に優れる反応室を設ける必要があることに加え、反応室の消耗が激しいという問題があった。

【0008】

そこで発明者らは、高熱が生じることを抑止するべく、熱プラズマと比較して相対的に低温である非平衡プラズマを用いてマグネシウム化合物を還元することを見出した。

【0009】

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、環境負荷の小さい新たなマグネシウム化合物の還元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】

【0010】

前記課題を解決するために、本発明のマグネシウム化合物の還元装置は、
反応室と、
前記反応室内で非平衡プラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記反応室に還元剤を供給する供給手段と、を備えていることを特徴としている。
この特徴によれば、低温状態において非平衡プラズマ化したマグネシウム化合物が還元剤で還元されることにより、マグネシウムを得ることができる。このようにして、環境負荷の小さいマグネシウム化合物の還元装置を提供することができる。

【0011】

前記プラズマ発生手段は、ストリーマ放電を発生させることを特徴としている。
この特徴によれば、広範囲でマグネシウム化合物を非平衡プラズマ化することができることから、還元効率を高めることができる。

【0012】

前記還元剤は、ガス状であることを特徴としている。
この特徴によれば、非平衡プラズマ化したマグネシウム化合物との反応効率を向上させることができる。

【0013】

前記供給手段は、不活性ガスを前記還元剤と共に供給することを特徴としている。
この特徴によれば、還元剤を所望の箇所に供給でき、反応効率と反応室内の温度上昇を抑えることを両立できる。

【0014】

前記供給手段は、前記プラズマ発生手段を囲うように還元性ガスを供給することを特徴としている。
この特徴によれば、還元性ガスがプラズマ化することによる反応室内の温度上昇を抑えつつ、非平衡プラズマ化したマグネシウム化合物に還元性ガスを供給することができるため、還元効率を高めることができる。

【0015】

温度調整手段を備え、
前記温度調整手段は、前記反応室内の温度に応じて前記還元性ガスの温度・量等の供給状態を調整することを特徴としている。
この特徴によれば、マグネシウム化合物の還元に伴い水が生じた場合であっても、反応室内の温度が所定温度以下に調整されるため、水とマグネシウムとが反応することを防止することができる。

【0016】

温度調整手段を備え、
前記温度調整手段は、前記反応室内の温度に応じて前記不活性ガスの温度・量等の供給状態を調整することを特徴としている。
この特徴によれば、マグネシウム化合物の還元に伴い水が生じた場合であっても、反応室内の温度が所定温度以下に調整されるため、水とマグネシウムとが反応することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施例１におけるマグネシウム化合物の還元装置が適用される炭素固定システムを示す概要図である。

【図2】実施例１におけるマグネシウム化合物の還元装置を示す図である。

【図3】本発明の実施例２におけるマグネシウム化合物の還元装置を示す図である。

【図4】実施例２におけるマグネシウム化合物の還元装置の変形例１を示す図である。

【図5】実施例２におけるマグネシウム化合物の還元装置の変形例２を示す図である。

【図6】マグネシウム化合物の還元装置によりマグネシウム化合物を連続処理するための構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明は、マグネシウム化合物の還元装置において、熱プラズマと比較して相対的に低温である非平衡プラズマを発生させることにより、高熱が生じることを抑止しつつ、マグネシウム化合物をマグネシウムに還元することが可能であることを見出し、これを契機とするものである。

【0019】

本発明に係るマグネシウム化合物の還元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0020】

実施例１に係るマグネシウム化合物の還元装置につき、図１から図２を参照して説明する。

【0021】

本実施例１のマグネシウム化合物の還元装置１（以下、単に「還元装置１」とも言う）は、図１に示されるように、炭素固定システム１００において、マグネシウム化合物としての酸化マグネシウム（ＭｇＯ）をマグネシウム（Ｍｇ）に還元するために用いられる。

【0022】

炭素固定システム１００は、還元装置１と、電解装置２と、低温焼成装置３と、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置４と、から主に構成されており、還元装置１においてＭｇＯから還元されたＭｇをＭｇ／ＣＯ_２発電装置４に供給することにより、二酸化炭素（ＣＯ_２）中におけるＭｇの燃焼反応によりＣＯ_２を炭素固定しつつ、その高い反応熱を利用して発電を行うものである。さらに、炭素固定システム１００は、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置４において生成されたＭｇＯを還元装置１においてＭｇに還元し、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置４におけるＭｇの燃焼反応に再利用することにより循環させるマグネシウムルーピングにより、環境負荷を小さくすることができる。

【0023】

電解装置２においては、海水を電解して水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）を生成する。

【0024】

低温焼成装置３においては、電解装置２で得られたＭｇ（ＯＨ）_２に後述するＭｇ／ＣＯ_２発電装置４で発生した熱（６００℃）を与えて熱分解させ（反応式１参照）、ＭｇＯを生成する。
Ｍｇ（ＯＨ）_２→ＭｇＯ＋Ｈ_２Ｏ・・・（反応式１）

【0025】

還元装置１においては、高電圧パルスを利用して、低温焼成装置３で得られたＭｇＯの非平衡プラズマ還元反応を行わせ（反応式２参照）、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置４の反応に利用されるＭｇを生成する。
２ＭｇＯ→２Ｍｇ＋Ｏ_２・・・（反応式２）

【0026】

詳しくは、還元装置１に供給されたＭｇＯに対して、高電圧パルスを直接印加することによりＭｇＯから多量の電子が放出され、ＭｇＯが非平衡プラズマ化し、非平衡プラズマ還元反応によりＭｇが得られるものと推察される。尚、Ｍｇと共に得られる酸素（Ｏ_２）は、反応性が高い酸素ラジカル（Ｏ_２ ^－）となる。

【0027】

ＭｇＯが非平衡プラズマ化することにより発生するＯ_２ ^－は、非平衡プラズマ還元反応により得られるＭｇとの反応性が高く、常温でもＭｇを再び酸化させてＭｇＯを生成してしまうことから還元効率が低下してしまう。そのため、還元装置１においては、非平衡プラズマ化したＭｇＯに対して還元剤としての還元性ガス（本実施例１においては水素（Ｈ_２））を供給し、水（Ｈ_２Ｏ）を発生させる（反応式３参照）ことにより、Ｍｇの酸化を抑制し、ＭｇＯの還元効率が高められている。
ＭｇＯ＋Ｈ_２→２Ｍｇ＋Ｈ_２Ｏ・・・（反応式３）

【0028】

Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置４においては、ＣＯ_２をＭｇと反応させ（下記反応式４，５参照）、炭素の固定が行われる。尚、ＣＯ_２とＭｇの反応は、発熱反応である。

【0029】

詳しくは、例えば火力発電所で生じた排気等、ＣＯ_２リッチな気体に含まれる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℃～約２０００℃となる（反応式４参照）。
Ｍｇ＋ＣＯ_２→ＭｇＯ＋ＣＯ・・・（反応式４）

【0030】

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と炭素（Ｃ）とが生成されＣＯは生成されず、反応熱の温度が約３０００℃以上となる（反応式５参照）。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、反応熱の温度が約２０００℃～約３０００℃となるようにＣＯ_２濃度が調整されることが好ましい。
２Ｍｇ＋ＣＯ_２→２ＭｇＯ＋Ｃ・・・（反応式５）

【0031】

Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置４では、反応を利用して回転される図示しないタービンを利用して、発電が行われている。

【0032】

Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置４において生成されたＭｇＯは、還元装置１に供給されることにより、再びＭｇに還元される（反応式２，３参照）。

【0033】

次いで、本実施例１における還元装置１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１の還元装置１は、反応室１０ａが形成されるケーシング１０と、反応室１０ａ内で非平衡プラズマを発生させるプラズマ発生手段としての高電圧パルス印加装置１１と、反応室１０ａに還元性ガスとしてのＨ_２と不活性ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）を共に供給可能な供給手段１２と、温度調整手段１３と、から主に構成されている。

【0034】

高電圧パルス印加装置１１は、反応室１０ａの上下に配置される針状の電極１１ａと、平板状の電極１１ｂと、を備えている。電極１１ａは、電極１１ｂ上に供給されたＭｇＯに先端を接触させた状態で配置される。すなわち、高電圧パルス印加装置１１は、ＭｇＯに高電圧パルスを直接印加する。

【0035】

詳しくは、高電圧パルス印加装置１１は、図示しない静電容量の大きなコンデンサに充電した電荷を電極１１ａから電極１１ｂに向けて短時間で一気に放電する。尚、高電圧パルス印加装置１１からの印加電圧は、１～８０ｋＶであることが好ましく、２～４０ｋＶであることがより好ましく、４～２０ｋＶであることがより一層好ましい。

【0036】

また、高電圧パルス印加装置１１による高電圧パルスの印加は、断続的に複数回行ってもよく、放電回数、放電時間、周波数等の条件は、還元されるマグネシウム化合物の種類や平均粒子径等に応じて適宜調整されてよい。

【0037】

ケーシング１０の内部は、筒状の区画部材１０ｂにより内側の反応室１０ａと外側の供給室１０ｃとに区画されている。反応室１０ａと供給室１０ｃは、区画部材１０ｂの下端と電極１１ｂの上面との間に形成される隙間Ｇにより連通している。

【0038】

供給室１０ｃには、供給手段１２が接続されている。供給手段１２から供給口１０ｄを通して供給室１０ｃに供給された還元性ガスと不活性ガス（図２の矢印Ａ１参照）は、隙間Ｇを通って反応室１０ａに供給される（図２の矢印Ａ２参照）。反応室１０ａに供給された還元性ガスと不活性ガスは、排出口１０ｅを通して外部に排出される（図２の矢印Ａ３参照）。このように、ケーシング１０の内部には、還元性ガスと不活性ガスによる流れが形成される。

【0039】

また、高電圧パルス印加装置１１により高電圧パルスを印加する前には、供給手段１２から不活性ガスのみを供給することにより、ケーシング１０の内部、特に反応室１０ａ内が不活性ガスにより満たされた状態とすることが好ましい。これにより、反応室１０ａ内が電気の流れやすい大気で満たされている場合と比べて、ＭｇＯに高電圧パルスが直接印加されやすくなる。尚、不活性ガスとしてアルゴンのような希ガスを用いる場合には、減圧下では不活性ガスに電気が流れやすくなるため、高電圧パルスの印加は、常圧（大気圧）下または加圧下で行われることが好ましい。

【0040】

温度調整手段１３は、反応室１０ａ内の温度に応じて還元性ガスと不活性ガスの温度・量等の供給状態を調整する。尚、温度調整手段１３は、還元性ガスと不活性ガスの少なくとも一方の温度・量等の供給状態を調整するものであればよい。高電圧パルス印加装置１１からＭｇＯに高電圧パルスが直接印加され、ＭｇＯが非平衡プラズマ化する。このとき、反応室１０ａ内の温度は、後述するように省エネルギ量の観点、Ｈ_２ＯとＭｇの反応量を減らす観点から、８０℃以下に調整されることが好ましく、６０℃以下に調整されることがより好ましく、４０度以下に調整されることがより一層好ましい。また、ＭｇＯが非平衡プラズマ化することにより、温度が過度に上昇する際には、ケーシング１０の内部における還元性ガスと不活性ガスの流れにより反応室１０ａ内の温度を調整する。

【0041】

以上、説明したように、本実施例１の還元装置１に供給されたＭｇＯに高電圧パルス印加装置１１により高電圧パルスを直接印加することにより、低温状態において非平衡プラズマ化したＭｇＯが還元剤としてのＨ_２で還元され、Ｍｇを得ることができる。このように、本発明のマグネシウム化合物の還元装置は、従来の熱還元法、電解法、熱平衡プラズマ還元反応による方法等に比べて、マグネシウム化合物の還元に必要なエネルギ量を小さくすることができ、二酸化炭素を排出することもないことから、環境負荷の小さいマグネシウム化合物の還元装置を提供することができる。尚、還元装置１に供給されたＭｇＯが全てＭｇに還元されない場合、図示しない遠心分離装置等を用いてＭｇのみを分離することにより得られるＭｇの純度を高めてもよい。

【0042】

また、プラズマ発生手段として高電圧パルス印加装置１１を用いることにより、電流を抑制してジュール加熱を低減することができる。また、印加時間が短時間であり、非通電の時間があることにより、マグネシウム化合物を非平衡プラズマ化しやすい。

【0043】

また、還元剤がガス状であることにより、非平衡プラズマ化したＭｇＯとの反応効率を向上させることができる。

【0044】

また、供給手段１２は、不活性ガスを還元剤と共に供給することにより、還元剤を所望の箇所に供給でき、反応効率と反応室１０ａ内の温度上昇を抑えることを両立できる。また、反応室１０ａ内への大気の混入を防止することができる。

【0045】

また、供給手段１２は、高電圧パルス印加装置１１を構成する電極１１ａ，１１ｂを囲うように供給室１０ｃに還元性ガスを供給することにより、還元性ガスがプラズマ化することによる反応室１０ａ内の温度上昇を抑えつつ、非平衡プラズマ化したＭｇＯに還元性ガスを供給することができるため、還元効率を高めることができる。

【0046】

また、温度調整手段１３は、反応室１０ａ内の温度に応じて不活性ガスと還元性ガスの温度・量等の供給状態を調整することにより、ＭｇＯの還元に伴いＨ_２Ｏが生じた場合であっても、反応室１０ａ内の温度が所定温度以下に調整されるため、Ｈ_２ＯとＭｇとが反応することを防止することができる。詳しくは、非平衡プラズマ化したＭｇＯと還元性ガスとしてのＨ_２が反応して生成されるＨ_２Ｏ（反応式３参照）の温度が高い状態（例えば１００℃以上の水蒸気）では、還元されたＭｇと再反応しやすくなることから、温度調整手段１３によって反応室１０ａ内の温度を所定温度以下に調整することにより、Ｈ_２ＯとＭｇとが反応することを防止している。

【0047】

尚、還元装置１において還元されるマグネシウム化合物は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）に限られず、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）、臭化マグネシウム（ＭｇＢｒ_２）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３）、窒化マグネシウム（Ｍｇ_３Ｎ_２）、硫化マグネシウム（ＭｇＳ）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ_４）等であってもよい。

【0048】

また、還元装置１において還元されるマグネシウム化合物は、粉体、粒体、膜等の形態であってもよい。また、マグネシウム化合物は、マグネシウム化合物の還元効率を高める観点から粉体あるいは粒体であることが好ましい。マグネシウム化合物の粉体あるいは粒体の平均粒子径は、１ｎｍ～５ｍｍであることが好ましく、５ｎｍ～５００μｍであることがより好ましく、１０ｎｍ～１００μｍであることがより一層好ましい。尚、マグネシウム化合物の平均粒子径は、例えばレーザ回折／散乱法や光子相関法により測定された粒子径分布から求めることができる。

【0049】

また、還元性ガスは、水素（Ｈ_２）に限られず、還元性を有する気体であれば、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ_４）、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）等であってもよい。

【0050】

また、不活性ガスは、アルゴン（Ａｒ）に限られず、特にマグネシウム化合物や還元性ガスに対して反応性が低い気体であれば、ネオン（Ｎｅ）、ヘリウム（Ｈｅ）等の希ガスや窒素（Ｎ_２）等であってもよい。

【0051】

また、高電圧パルスの印加は、常温で行われてもよく、冷却して行われてもよい。また、高電圧パルスの印加は、大気条件下で行われてもよい。また、高電圧パルスの印加は、減圧下または真空条件下で行われてもよい。

【実施例0052】

本発明の実施例２に係るマグネシウム化合物の還元装置につき、図３を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

【0053】

本実施例２において、図３に示されるように、還元装置１においては、高電圧パルスを利用して、低温焼成装置３（図１参照）で得られたＭｇＯの非平衡プラズマ還元反応を行わせ（反応式２参照）、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置４の反応に利用されるＭｇを生成する。

【0054】

詳しくは、還元装置１に供給されたＭｇＯに対して、反応室１０ａ（図３参照）内において発生するストリーマ放電（図３の電極間におけるドットハッチング参照）により非平衡プラズマ化した不活性ガスとしてのＡｒが衝突して、Ｍｇが飛び出すことによりＭｇＯが非平衡プラズマ化し、非平衡プラズマ還元反応によりＭｇが得られるものと推察される。尚、本実施例２においては、不活性ガスとしてＡｒを用いることにより不活性ガスが非平衡プラズマ化した際の温度を４０℃以下、好ましくは１０℃～３５℃の範囲に維持することができる。

【0055】

次いで、本実施例２における還元装置１について図３を用いて詳しく説明する。図３に示されるように、本実施例１の還元装置１は、反応室１０ａが形成されるケーシング１０と、反応室１０ａ内で非平衡プラズマを発生させるプラズマ発生手段としての高電圧パルス印加装置１１と、反応室１０ａに還元性ガスとしてのＨ_２と不活性ガスとしてのＡｒを共に供給可能な供給手段１２と、温度調整手段１３と、から主に構成されている。

【0056】

高電圧パルス印加装置１１は、反応室１０ａの上下に配置される針状の電極１１ａと、平板状の電極１１ｂと、を備えている。電極１１ａは、電極１１ｂ上に供給されたＭｇＯから先端を離間させた状態で配置される。

【0057】

詳しくは、高電圧パルス印加装置１１は、図示しない静電容量の大きなコンデンサに充電した電荷を電極１１ａから電極１１ｂに向けて短時間で一気に放電することにより、ストリーマ放電を発生させる。尚、高電圧パルス印加装置１１からの印加電圧は、１～８０ｋＶであることが好ましく、２～４０ｋＶであることがより好ましく、４～２０ｋＶであることがより一層好ましい。

【0058】

また、高電圧パルス印加装置１１によるストリーマ放電は、断続的に複数回行ってもよく、放電回数、放電時間、周波数等の条件は、還元されるマグネシウム化合物の種類や平均粒子径等に応じて適宜調整されてよい。

【0059】

以上、説明したように、本実施例２の還元装置１に供給されたＭｇＯを高電圧パルス印加装置１１により発生させたストリーマ放電にさらすことにより、低温状態において非平衡プラズマ化したＭｇＯが還元剤としてのＨ_２で還元され、Ｍｇを得ることができる。このように、本発明のマグネシウム化合物の還元装置は、従来の熱還元法、電解法、熱平衡プラズマ還元反応による方法等に比べて、マグネシウム化合物の還元に必要なエネルギ量を小さくすることができ、二酸化炭素を排出することもないことから、環境負荷の小さいマグネシウム化合物の還元装置を提供することができる。

【0060】

また、高電圧パルス印加装置１１は、ストリーマ放電を発生させることにより、広範囲でマグネシウム化合物を非平衡プラズマ化することができることから、還元効率を高めることができる。

【0061】

尚、高電圧パルス印加装置１１は、誘電体バリア放電の電極形式により小さなストリーマ放電を多数発生させるものであってもよい。例えば、図４に示される還元装置１の変形例１のように、平板状の電極１１１ａ，１１１ｂの内、電極１１１ｂをガラス等の誘電体１１１ｃで被覆することにより、誘電体バリア放電を発生させてもよい。これにより、反応室１０ａのより広範囲を安定して非平衡プラズマ化させることができる。尚、電極１１１ａ，１１１ｂの両方を誘電体により被覆してもよい。

【0062】

また、図５に示される還元装置１の変形例２のように、棒状の電極２１１ａを円筒状の電極２１１ｂの内側に配置し、電極２１１ｂの内周面をガラス等の誘電体２１１ｃで被覆することにより、誘電体バリア放電を発生させてもよい。これにより、反応室１０ａの上方に形成される投入口１０ｆからＭｇＯを連続投入することにより、ＭｇＯを非平衡プラズマ化させることができる。尚、電極２１１ａの外周面と電極２１１ｂの内周面の両方を誘電体により被覆してもよい。

【0063】

また、供給手段１２から供給口１０ｄを通して供給室１０ｃに供給された還元性ガスと不活性ガスは、略円錐形状の区画部材２１０ｂと電極２１１ｂに被覆される誘電体２１１ｃの内周面との間に形成される隙間Ｇを通って反応室１０ａに供給される。これにより、還元性ガスがプラズマ化することによる反応室１０ａ内の温度上昇を抑えつつ、非平衡プラズマ化したＭｇＯに還元性ガスを供給することができるため、還元効率を高めることができる。

【0064】

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

【0065】

例えば、前記実施例では、マグネシウム化合物の還元装置は、炭素固定システムにおいて、マグネシウム化合物としてのＭｇＯをＭｇに還元するために用いられるものとして説明したが、これに限らず、例えば電解装置において海水を電解して生成されたＭｇ（ＯＨ）_２を還元装置でＭｇに還元してもよい。

【0066】

また、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置４において生成されるＭｇＯとＣ（反応式５参照）は、高温の水蒸気（Ｈ_２Ｏ）と反応させることにより、Ｈ_２の生成に利用されてもよい。

【0067】

また、マグネシウム化合物の還元装置は、炭素固定システムに適用されるものに限られない。

【0068】

また、還元剤は、ガス状のものに限らず、固体や液体であってもよい。

【0069】

また、供給手段は、還元剤のみを供給するものであってもよく、不活性ガスは別途供給されてもよい。

【0070】

また、前記実施例における変形例２に示されるように、プラズマ発生手段を囲うように還元性ガスを供給するものでなくてもよい。

【0071】

また、マグネシウム化合物の還元装置は、マグネシウム化合物を連続処理できるようになっていることが好ましく、例えば図６に示されるように、ＭｇＯを載せた前記実施例における平板状の電極１１ｂ，１１１ｂをベルトコンベア２０により順次移動させ還元装置１で連続処理してもよい。この場合、電極１１ｂ，１１１ｂは、電極１１ａ，１１１ａに対向する位置で高電圧パルス印加装置１１と電気的に接続されるようになっている。尚、ベルトコンベア２０以外にもチェーンコンベアやスクリュコンベア等の搬送手段によりマグネシウム化合物を還元装置に供給して連続処理してもよい。また、スクリュコンベアの場合、反応室内に配置されるスクリュコンベアの回転軸または羽の少なくともいずれかがプラズマ発生手段の一方の電極を構成していればよい。

【0072】

また、還元装置に供給された粒状のマグネシウム化合物の下方から不活性ガスを上向きに噴出させることにより流動床を形成し、マグネシウム化合物と非平衡プラズマ還元反応により得られたＭｇを急速に混合して還元効率を高めるようにしてもよい。