特開 2023-168871 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】P2023168871

(43)【公開日】2023-11-29

(54)【発明の名称】炭素固定装置

(51)【国際特許分類】

   C01B 32/50 20170101AFI20231121BHJP

   B01D 53/62 20060101ALI20231121BHJP

   B01D 53/83 20060101ALI20231121BHJP

【ＦＩ】

C01B32/50

B01D53/62 ZAB

B01D53/83

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022080234

(22)【出願日】2022-05-16

(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

4G146

【Ｆターム（参考）】

4D002AA02

4D002AA09

4D002AA12

4D002AC04

4D002AC10

4D002BA06

4D002BA07

4D002BA12

4D002DA06

4D002DA41

4D002EA02

4D002EA06

4D002EA11

4D002FA10

4D002GA01

4D002GA02

4D002GA05

4D002GB02

4D002GB03

4D002GB11

4D002HA01

4D002HA08

4G146JA02

4G146JB04

4G146JC39

(57)【要約】

【課題】新たな効率の良い炭素固定装置を提供する。
【解決手段】二酸化炭素をマグネシウムと反応させる反応室３０と、反応を開始させる反応開始手段３１と、水素化マグネシウムを投入する投入手段３６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、反応に応じて生じた気体を排出する排出手段９０と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

二酸化炭素をマグネシウムと反応させる反応室と、前記反応を開始させる反応開始手段と、水素化マグネシウムを投入する投入手段と、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、前記反応に応じて生じた気体を排出する排出手段と、を備えることを特徴とする炭素固定装置。

【請求項2】

前記投入手段は、分離手段により水素化マグネシウムから分離させたマグネシウムを前記反応室に投入す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】

前記分離手段は、分離室にて前記反応室の反応熱を利用して水素化マグネシウムをマグネシウムに熱分離す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】

前記分離手段は、前記反応室に水素化マグネシウムを直接供給することで前記反応室の反応熱を利用して水素化マグネシウムからマグネシウムを熱分離す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5】

前記反応熱は温度が２０００度～３０００度であることを特徴とする請求項４に記載の炭素固定装置。

【請求項6】

二酸化炭素リッチな空気における酸素濃度を測定する酸素センサを有することを特徴とする請求項１ないし５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、化学反応を利用して二酸化炭素を捕集し、炭素固定を行うものがある。

【0003】

特許文献１には、石炭等の灰分を含む燃料、ごみ等を燃焼させる燃焼炉と、燃焼炉から排出される燃焼排ガス中の二酸化炭素により燃焼灰中の酸化カルシウムを炭酸化させる反応室と、を備える炭素固定装置が記載されている。反応室では、二酸化炭素を含む導入気体と、酸化カルシウムとが混在し、反応室内の温度は７５０度に調節されている。これにより、反応室内において、二酸化炭素と酸化カルシウムとの反応による炭酸塩化が促進され、炭素固定が行われる。また、この反応に伴って発生した反応熱を回収し、回収した熱を発電に利用している。

【0004】

特許文献１のような炭素固定装置にあっては、石炭、ごみ等の燃焼により生じた高温７００度の燃焼排ガスを反応室内に供給することで、酸化カルシウムが発熱を伴って炭酸化されるため、別途加熱にエネルギを用いることなく反応室内の温度を７５０度に保つことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【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】

【0006】

しかしながら、特許文献１のような発電用の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、発電効率を高めることが困難であった。

【0007】

これに対して、発明者らは、燃焼時に生じる高熱を利用して発電効率を高めるとともに炭素固定をする方法として、マグネシウムと二酸化炭素を燃焼させる方法を見出し、研究を続けてきた。この炭素固定方法では、マグネシウムは反応性が高いことから、二酸化炭素と反応する前に一部が他の物質と反応してしまい炭素固定の効率が低下することがあった。この課題に対して研究者らはさらなる研究を重ねた末に、他の物質と反応する前にマグネシウムを二酸化炭素と反応させる方法を見出した。

【0008】

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、新たな効率の良い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】

【0009】

前記課題を解決するために、本発明の炭素固定装置は、
二酸化炭素をマグネシウムと反応させる反応室と、前記反応を開始させる反応開始手段と、水素化マグネシウムを投入する投入手段と、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、前記反応に応じて生じた気体を排出する排出手段と、を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、炭素固定装置は水素化マグネシウムを用いていることから純マグネシウムを用いる場合に比べ他の物質と反応しにくく、マグネシウムが供給手段から供給された導入気体中の二酸化炭素と反応しやすいため、炭素固定の効率を高めることができる。

【0010】

前記投入手段は、分離手段により水素化マグネシウムから分離させたマグネシウムを前記反応室に投入することを特徴としている。
この特徴によれば、水素化マグネシウムからマグネシウムを分離して得ていることから、分離されたマグネシウムが供給手段から供給された導入気体中の二酸化炭素と反応しやすい。

【0011】

前記分離手段は、分離室にて前記反応室の反応熱を利用して水素化マグネシウムをマグネシウムに熱分離することを特徴としている。
この特徴によれば、熱分離されたマグネシウムは高温となっているため、二酸化炭素と反応しやすいとともに分離室にて水素を効率よく回収できる。

【0012】

前記分離手段は、前記反応室に水素化マグネシウムを直接供給することで前記反応室の反応熱を利用して水素化マグネシウムからマグネシウムを熱分離することを特徴としている。
この特徴によれば、水素化マグネシウムを反応室に直接供給することでマグネシウムに熱分離することができる。加えて、熱分離されたマグネシウムは高温となっているため、二酸化炭素と反応しやすい。

【0013】

前記反応熱は温度が２０００度～３０００度であることを特徴としている。
この特徴によれば、反応室は高温であるから水素化マグネシウムから熱分離された水素と二酸化炭素リッチな空気中に含まれる僅かな酸素との爆発反応が起きにくい。

【0014】

二酸化炭素リッチな空気における酸素濃度を測定する酸素センサを有することを特徴としている。
この特徴によれば、反応室で爆発反応が生じない所定の酸素濃度にある二酸化炭素リッチな空気を反応室に供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施例１における炭素固定装置を示す模式図である。

【図2】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。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明は、他の物質と反応しにくい水素化マグネシウム（ＭｇＨ_２）を活用することで、他の物質と反応する前に分離したマグネシウム（Ｍｇ）を二酸化炭素（ＣＯ_２）と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。

【0017】

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0018】

本実施例の炭素固定装置１０は、二酸化炭素（ＣＯ_２）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、本実施例の炭素固定装置１０は、火力発電所の燃焼炉１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。

【0019】

炭素固定装置１０は、供給手段２０と、反応室３０と、反応開始手段３１と、分離手段３６と、発電手段４０と、セパレータ６０と、循環手段８０と、排出手段９０と、を備えている。尚、以降の説明において、燃焼炉１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。

【0020】

まず、供給手段２０について説明する。供給手段２０は、ＣＯ_２リッチな導入気体Ａ１を圧縮して反応室３０に供給するために構成されている。

【0021】

供給手段２０は、上流側から順に、燃焼炉１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。

【0022】

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Ａ７を導入可能となっている。

【0023】

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。

【0024】

第２連通路２４には、冷却器２３によって冷却され、第２連通路２４を通過する気体Ａ２におけるＯ_２濃度を測定するためのＯ_２センサ２７が設けられている。

【0025】

また、第２連通路２４には、気体Ａ２にＣＯ_２を供給することでそのＯ_２濃度を調整するための二酸化炭素供給手段２８が設けられている。尚、二酸化炭素供給手段２８は配設されなくてもよい。

【0026】

反応室３０では、ＣＯ_２をＭｇと反応させ、下記反応式１，２により表される炭素の固定が行われる。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１参照）。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２参照）。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１）
２Ｍｇ＋ＣＯ_２→２ＭｇＯ＋Ｃ・・・（反応式２）

【0027】

上記反応を想定して、反応室３０は高耐熱かつ高耐圧に形成されている。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、アセチレン（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と、Ｍｇ粉末が投入されるマグネシウム供給口３６ａが配置されている。尚、投入するＭｇは粉末以外の形状例えばフレーク状、ペレット状、バー状、筒状であってもよい。また、その構造は細孔等を有し比表面積の大きなポーラス構造であるとＣＯ_２と反応しやすく好ましい。

【0028】

反応開始手段３１は、反応室３０内でＣ_２Ｈ_２をＯ_２で燃焼させ、反応が開始される前のＣＯ_２とＭｇの反応を促すために構成されている。反応開始手段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と、酸素ボンベ３５と、酸素ボンベ３５と酸素供給口３１ｃを接続する酸素流路３１ｅ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。

【0029】

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。また、Ｃ_２Ｈ_２及びＯ_２を効率よく混在させることが可能であれば、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が等配されている等、アセチレン供給口３１ｂ及び酸素供給口３１ｃの数、配置は適宜変更されてもよい。

【0030】

アセチレン生成室３４は、反応室３０の外側に設けられており、炭化カルシウム（ＣａＣ_２）と、水（Ｈ_２Ｏ）を供給可能に構成されている。これらが混合されることにより、Ｃ_２Ｈ_２を発生させることができる（反応式３参照）。これにより、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３）

【0031】

分離手段３６は、マグネシウム供給口３６ａと、ＭｇＨ_２ペレットがＭｇと水素（Ｈ_２）に分離される分離室３６ｂと、ＭｇＨ_２ペレットが貯留される水素化マグネシウムタンク３６ｃと、分離室３６ｂで発生したＨ_２が回収される水素タンク３６ｄと、マグネシウム供給口３６ａを分離室３６ｂに接続するマグネシウム流路３６ｅと、から主に構成されている。本実施例では、ＭｇＨ_２をペレット化することにより、例えばナノ粒子状のＭｇＨ_２と比較して意図しない爆発反応等が生じにくくなるため、安全かつ容易に保管することができる。尚、保管体制等が適切であれば、ＭｇＨ_２はペレット以外の状態例えば微粒子で保管してもよい。また、分離手段３６は本発明における炭素固定装置１０の投入手段ということもできる。

【0032】

分離室３６ｂには、点線矢印で示すように、反応室３０においてＭｇとＣＯ_２の燃焼反応によって生じる熱が供給されるようになっている。これにより、水素化マグネシウムタンク３６ｃより分離室３６ｂ内にＭｇＨ_２ペレットが投入されることで、ＭｇＨ_２が熱分離する（反応式４参照）。一方、この反応で生じたＨ_２は、水素タンク３６ｄに回収される。水素タンク３６ｄは、反応室３０及び分離室３６ｂよりも上方に設けられているため、反応室３０にＨ_２が流入しにくくなっており、かつ水素タンク３６ｄ内に容易に回収することができる。
ＭｇＨ_２→Ｍｇ＋Ｈ_２・・・（反応式４）

【0033】

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。

【0034】

発電手段４０は、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。

【0035】

セパレータ６０は、タービン４２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おり、気体Ａ５に含まれるＣＯを分離させるためのものである。また、セパレータ６０の下流側には、気体Ａ５からＣＯが回収された残りの気体Ａ６が流入する第５連通路７０と、気体Ａ５より回収されたＣＯを含む気体Ａ９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を貯留する一酸化炭素タンク７２が連結されている。

【0036】

循環手段８０は、ＣＯ_２濃度が高いと判定された気体Ａ７を供給手段２０に供給するために構成されている。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。

【0037】

排出手段９０は、ＣＯ_２濃度が低いと判定された気体Ａ８を排出するために構成されている。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。

【0038】

次に、動作について説明する。燃焼炉１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。

【0039】

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。

【0040】

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。Ｏ_２センサ２７により測定した気体Ａ２におけるＯ_２濃度がＨ_２と爆発反応が生じない所定のＯ_２濃度以下であれば、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。一方、気体Ａ２におけるＯ_２濃度が所定のＯ_２濃度を越えていれば、二酸化炭素供給手段２８によって気体Ａ２のＯ_２濃度が所定のＯ_２濃度以下となるように調整された後、圧縮機２５により圧縮される。尚、所定のＯ_２濃度は、反応室３０内の温度変化に応じてその値が更新される。

【0041】

ここで、本実施例においては、パルスパワー波照射器２２によるストリーマ放電により水素が活性化し導入気体Ａ１に含まれるＨ_２が低減されること、ＭｇＨ_２分離時に生じるＨ_２が水素タンク３６ｄに回収されることにより、反応室３０内におけるＨ_２濃度が非常に低くなっている。そのため、本実施例における所定のＯ_２濃度も比較的高い値に設定することができる。尚、気体Ａ１，Ａ２中のＯ_２濃度の低減が可能であれば、ＣＯ_２以外の物質を気体Ａ１，Ａ２に追加的に供給してもよく、また、パルスストリーマ放電とは別に、周知の方法で気体Ａ１，Ａ２中のＯ_２を他の物質と反応させることで低減してもよい。

【0042】

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反応室３０に流入する。

【0043】

反応室３０内では反応開始手段３１によりＣ_２Ｈ_２をＯ_２で燃焼させた熱（約２０００度～約３５００度）をトリガーとしてＣＯ_２とＭｇの反応が促進される。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。

【0044】

また、Ｍｇ粉末は、Ｃ_２Ｈ_２とＯ_２との燃焼炎に向かってマグネシウム供給口３６ａよりＣＯ_２ガスと共に圧送される。これは、Ｍｇが他の物質と反応することを防止するためである。すなわち、ＣＯ_２ガスを不活性ガスとして利用している。尚、ＣＯ_２ガスとして、圧縮機２５より圧送された気体Ａ３を利用してもよい。また、不活性ガスであれば適宜変更されてもよい。さらに、分離室３６ｂで粉末よりも大きな（例えば代表長数ｍｍ以上）ペレットや筒体のバルク形状のＭｇＨ_２を分離させる場合も、同様に水素が分離されたＭｇバルク材にＣＯ_２ガスを吹き付けた状態で反応室３０内に投入することが好ましい。

【0045】

このように、Ｃ_２Ｈ_２と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粉末を効率よく加熱することができる。また、反応室３０に供給されるＭｇ粉末は、分離室３６ｂ内においてＭｇＨ_２から熱分離された直後であり、高温である。これによっても、Ｍｇ粉末はＣＯ_２と反応しやすくなっている。

【0046】

ＣＯ_２によるＭｇの燃焼が開始され、反応熱が発生した以降は、反応室３０内に気体Ａ３が流入するとともに、マグネシウム供給口３６ａよりＭｇ粉末が供給されることで、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、反応室３０内の温度は約２０００度～約３０００度であった。

【0047】

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。また、ＣＯ_２によるＭｇの燃焼が開始された後は、流量制御弁３１ｆの弁開度を絞るまたは閉弁されるため、混合ガスの燃焼は停止される。

【0048】

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、反応開始手段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。

【0049】

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。

【0050】

気体Ａ４は、矢印で示されるように、反応室３０の下流側から第４連通路５０に流入しようとする。このとき、気体Ａ４は、反応室３０と第４連通路５０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。

【0051】

タービン４２を通過した気体Ａ５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Ａ５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Ａ９と、ＣＯが分離された残りの気体である気体Ａ６に分離される。高濃度のＣＯが含まれる気体Ａ９は、矢印で示されるように、第７連通路７１を通じて一酸化炭素タンク７２に封入される。

【0052】

一方、ＣＯが分離された残りの気体である気体Ａ６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Ａ６に含まれるＣＯ_２濃度を測定可能な図示しないＣＯ_２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Ａ７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Ａ７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。

【0053】

また、ＣＯ_２濃度が一定（本実施例では、１０ｖｏｌ％）未満である気体Ａ８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、気体Ａ８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。

【0054】

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、反応開始手段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。

【0055】

また、炭素固定装置１０は水素化マグネシウム（ＭｇＨ_２）を用いていることから純マグネシウム（Ｍｇ）を用いる場合に比べ他の物質と反応しにくく、またＭｇＨ_２からＭｇを分離して得ていることから、分離されたＭｇが他の物質と反応する前に、供給手段２０から供給された気体Ａ３中のＣＯ_２と反応しやすく、炭素固定の効率を高めることができる。例えば、反応性が高い純Ｍｇを反応室３０に供給する装置では、反応室３０に投入する前に気体中のＯ_２と燃焼反応する虞がある。すなわち、ＭｇＨ_２を分離手段３６内に直接供給することにより安全性を高めることができる。

【0056】

尚、反応室３０内で生じたＭｇＯを回収して、図示しないプラズマ分離装置を用いて、ＭｇＯをプラズマ化させることにより、Ｍｇに還元することが可能である。これにより、ＭｇＯから還元されたＭｇを水素化させて分離室３６ｂに供給し、Ｍｇをリサイクルしてもよい。また、プラズマ装置として、非平衡プラズマを用いる際は、ＭｇＯの表面部分をＭｇに還元し、その表面部分が還元されたものを水素化させて分離室３６ｂに供給するものであってもよい。これらのように還元する前のＭｇＯは、微粒子状、ペレット状等いずれの状態であってもよいが、いずれの状態であったとしても還元や水素化における効率の観点から、ポーラス構造を成していることが好ましい。尚、非平衡プラズマを用いるプラズマ分離装置を分離装置の例として例示したが、これに限られず、ＭｇＯをＭｇに還元可能な分離装置であれば高熱、マイクロ波等を利用した分離装置であればよく、適宜変更されてもよい。

【0057】

また、分離室３６ｂは反応室３０の外部に設けられている構成として説明したが、これに限らず、反応室３０内に独立して、反応室３０の壁に分離室が設けられていてもよい。このような構成であれば、反応室３０内で発生した熱を分離室に供給するための手段を簡素にすることばかりでなく、分離されたＭｇが他の物質と反応することを確実に低減することができる。

【実施例0058】

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、反応室１３０内にパルスパワー波を照射する反応開始用のパルスパワー波照射器１３１（反応開始手段）と、反応室１３０内に水素化マグネシウム（ＭｇＨ_２）ペレットを供給するための水素化マグネシウム供給手段１３６と、第４連通路５０より水素（Ｈ_２）を回収するための水素タンク１３６ｄを備えている。

【0059】

反応開始用のパルスパワー波照射器１３１は、半値幅４０ｎｓの高電圧を繰り返し動作で発生可能であり、充電電圧を１００ｋＶ、放電電流を１７０Ａとし、電源を１０ｐｐｓで運転させることで、反応開始用のパルスパワー波を照射し、反応開始用の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。

【0060】

水素化マグネシウム供給手段１３６は、水素化マグネシウム供給口１３６ａと、水素化マグネシウムタンク３６ｃと、水素化マグネシウム供給口１３６ａを水素化マグネシウムタンク３６ｃに接続する水素化マグネシウム流路１３６ｅとから主に構成されている。

【0061】

尚、投入するＭｇＨ_２はペレット以外の形状例えば粉末、フレーク状、バー状、筒状であってもよい。また、その構造は細孔等を有し比表面積の大きなポーラス構造であるとＣＯ_２と反応しやすく好ましい。

【0062】

これにより、反応室１３０内で反応開始用のパルスパワー波照射器１３１のプラグ１３１ａから短時間の反応開始用のパルスストリーマ放電により発生した非熱平衡プラズマにより、反応開始用のＭｇと気体Ａ３に含まれるＣＯ_２とが直接反応し、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。

【0063】

尚、ＣＯ_２とＭｇとの反応開始時に用いられるＭｇは、前記実施例１のようにＭｇＨ_２から分離されたものであってもよく、前回の炭素固定後に残ったものであってもよく、適宜変更されてもよい。

【0064】

ＭｇとＣＯ_２との反応が開始すると、水素化マグネシウム供給手段１３６は、水素化マグネシウム供給口１３６ａより反応室１３０内にＭｇＨ_２を供給する。そして、ＣＯ_２とＭｇとの反応により発生する高温の反応熱によりＭｇとＨ_２とに熱分離されるとともに、このＭｇと気体Ａ３に含まれるＣＯ_２とを連続的に反応させ続けることができる。すなわち、反応室１３０は分離手段としても機能する。また、熱分離されたＭｇは高温となっているため、ＣＯ_２と反応しやすい。加えて、ＭｇＨ_２を反応室１３０内に供給するタイミングや温度を調整することで、確実に反応室１３０内でＭｇＨ_２を分離させることができる。これに対して反応性が高い純Ｍｇを反応室１３０内に供給する装置では、反応室１３０に投入する前に気体中のＯ_２と燃焼反応する虞がある。すなわち、ＭｇＨ_２を反応室１３０内に直接供給することにより安全性を高めることができる。

【0065】

尚、ＣＯ_２とＭｇとの反応により発生する高温の反応熱によりＭｇとＨ_２とに熱分離される例について説明したが、反応熱や圧力等を調整することで、水素化マグネシウム供給口１３６ａより反応室１３０内に供給されたＭｇＨ_２がＣＯ_２と直接反応するようにしてもよい。

【0066】

また、本実施例においても、前記実施例１と同様に、反応室１３０内の温度は約２０００度～約３０００度となる。ここで、水（Ｈ_２Ｏ）は、その温度が２０００度以上になると水素分子（Ｈ_２）と酸素分子（Ｏ_２）に分離し、２５００度以上になると水素原子（Ｈ）と酸素原子（Ｏ）に分離するため、ＭｇＨ_２の熱分離により反応室１３０内に水素が生じても気体Ａ３中に含まれる僅かな酸素との爆発反応が起きにくくなっている。

【0067】

加えて、反応室１３０内に流入したＯ_２は、Ｍｇと反応する。このことからも、爆発反応が起きにくくなっている。

【0068】

また、前記実施例１と同様に、反応室１３０内の温度が２０００度未満の場合においても、Ｏ_２センサ２７と二酸化炭素供給手段２８により気体Ａ３の酸素濃度が調整されるため、爆発反応が起きにくくなっている。

【0069】

また、第４連通路５０に設けられている水素タンク１３６ｄにＨ_２が回収されるため、反応室１３０よりも外側でＨ_２とＯ_２との爆発反応が発生することが防止されている。尚、水素タンク１３６ｄにＨ_２を回収する方法は周知の方法である。

【0070】

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。

【0071】

例えば、前記実施例では、炭素固定装置１０は、発電手段４０を備えている構成として説明したが、これに限られず、発電手段４０を備えていなくてもよく、ボイラとして使用されてもよく、単に炭素固定のみに使用されてもよく、適宜変更されてもよい。

【0072】

また、前記実施例では、ＭｇＨ_２は熱分離される構成として説明したが、これに限られず、例えば水（Ｈ_２Ｏ）と反応させてＭｇＯとした後、上述したプラズマ分離装置を用いてＭｇに還元してもよく、Ｍｇを得る方法は適宜変更されてもよい。