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特開2024-178585ＣＯ２ガスから少なくとも固体炭素及び炭化物の１つを分離回収するための装置及び方法
(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】P2024178585
(43)【公開日】2024-12-25
(54)【発明の名称】ＣＯ２ガスから少なくとも固体炭素及び炭化物の１つを分離回収するための装置及び方法
(51)【国際特許分類】
C01B 32/05 20170101AFI20241218BHJP
F27D 25/00 20100101ALI20241218BHJP
F27B 3/22 20060101ALI20241218BHJP
F27D 27/00 20100101ALI20241218BHJP
C01B 32/907 20170101ALI20241218BHJP
C01B 32/956 20170101ALI20241218BHJP
C01B 32/921 20170101ALI20241218BHJP
【ＦＩ】
C01B32/05
F27D25/00
F27B3/22
F27D27/00
C01B32/907
C01B32/956
C01B32/921
【審査請求】未請求
【請求項の数】18
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023096831
(22)【出願日】2023-06-13
(71)【出願人】
【識別番号】304021417
【氏名又は名称】国立大学法人東京科学大学
(74)【代理人】
【識別番号】100100011
【弁理士】
【氏名又は名称】五十嵐 省三
(72)【発明者】
【氏名】近藤 正聡
(72)【発明者】
【氏名】小野塚 龍斗
(72)【発明者】
【氏名】堀川 虎之介
【テーマコード（参考）】
4G146
4K045
4K056
【Ｆターム（参考）】
4G146AA01
4G146AA15
4G146AA16
4G146AA17
4G146BA09
4G146BC08
4G146BC32
4G146BC43
4G146CA02
4G146CB09
4G146DA03
4G146DA12
4G146DA23
4G146DA27
4G146DA45
4K045AA04
4K045AA06
4K045BA03
4K045RA19
4K045RB04
4K045RB16
4K045RB29
4K045RC20
4K056AA02
4K056AA06
4K056BA03
4K056BB06
4K056CA04
4K056EA02
4K056EA14
(57)【要約】
【課題】ランニングコストが安いＣＯ２ガスから少なくとも固体炭素及び炭化物の１つを分離回収できる装置及び方法を提供する。
【解決手段】液体金属収容容器１は液体錫（Ｓｎ、融点２３２℃）を収容し、ＣＯ２ガス供給管２はＣＯ２ガスを吹き込む。液体金属収容容器１の上部に生成物を分離回収して排出するための生成物排出管３が設けられる。液体金属収容容器１内の液体Ｓｎが少なくなった場合には、ステンレス製の液体錫（Ｓｎ）補充管５によって予め加熱された液体錫が補充される。ＣＯ２ガスから固体炭素の分離回収を液体Ｓｎ（融点２３２℃）によって行う。すなわち、液体ＳｎとＣＯ２ガスとは次のごとく反応する。
Ｓｎ＋ＣＯ２→ＳｎＯ２＋Ｃ
固体炭素が分離回収されると共に、Ｓｎ自身も酸化されて酸化錫（ＳｎＯ２）が生成物として固体炭素Ｃと共に生成物排出管３から排出される。
【選択図】 図１
【解決手段】液体金属収容容器１は液体錫（Ｓｎ、融点２３２℃）を収容し、ＣＯ２ガス供給管２はＣＯ２ガスを吹き込む。液体金属収容容器１の上部に生成物を分離回収して排出するための生成物排出管３が設けられる。液体金属収容容器１内の液体Ｓｎが少なくなった場合には、ステンレス製の液体錫（Ｓｎ）補充管５によって予め加熱された液体錫が補充される。ＣＯ２ガスから固体炭素の分離回収を液体Ｓｎ（融点２３２℃）によって行う。すなわち、液体ＳｎとＣＯ２ガスとは次のごとく反応する。
Ｓｎ＋ＣＯ２→ＳｎＯ２＋Ｃ
固体炭素が分離回収されると共に、Ｓｎ自身も酸化されて酸化錫（ＳｎＯ２）が生成物として固体炭素Ｃと共に生成物排出管３から排出される。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
液体錫を収容するための液体金属収容容器と、
前記液体金属収容容器を加熱するための容器加熱部と、
前記液体金属収容容器にＣＯ２ガスを供給するためのＣＯ２ガス供給管と、
前記ＣＯ２ガス供給管を加熱するためのＣＯ２ガス供給部加熱部と、
前記液体金属収容容器の上部に設けられ、前記液体錫と前記ＣＯ２ガスとが反応して生成された生成物を前記液体金属収容容器から排出するための生成物排出管と
を具備するＣＯ２ガスから固体炭素を分離回収するための装置。
前記液体金属収容容器を加熱するための容器加熱部と、
前記液体金属収容容器にＣＯ２ガスを供給するためのＣＯ２ガス供給管と、
前記ＣＯ２ガス供給管を加熱するためのＣＯ２ガス供給部加熱部と、
前記液体金属収容容器の上部に設けられ、前記液体錫と前記ＣＯ２ガスとが反応して生成された生成物を前記液体金属収容容器から排出するための生成物排出管と
を具備するＣＯ２ガスから固体炭素を分離回収するための装置。
【請求項2】
さらに、前記液体金属収容容器内に前記液体Ｓｎを補充するための液体錫補充管を具備する請求項１に記載のＣＯ２ガスから固体炭素を分離回収するための装置。
【請求項3】
前記生成物は酸化錫及び固体炭素よりなる請求項１に記載のＣＯ２ガスから固体炭素を分離回収するための装置。
【請求項4】
液体錫を充填するための液体金属収容容器と、
前記液体金属収容容器を加熱するための容器加熱部と、
前記液体金属収容容器内に加熱されたアルミニウムを添加して前記液体錫を液体錫アルミニウムに変換させるための添加物供給管と、
前記液体金属収容容器にＣＯ２ガスを供給するためのＣＯ２ガス供給管と、
前記ＣＯ２ガス供給管を加熱するためのＣＯ２ガス供給部加熱部と、
前記液体金属収容容器の上部に設けられ、前記液体錫アルミニウムと前記ＣＯ２ガスとが反応して生成された生成物を前記液体金属収容容器から排出するための生成物排出管と
を具備するＣＯ２ガスから固体炭素及び炭化物を分離回収するための装置。
前記液体金属収容容器を加熱するための容器加熱部と、
前記液体金属収容容器内に加熱されたアルミニウムを添加して前記液体錫を液体錫アルミニウムに変換させるための添加物供給管と、
前記液体金属収容容器にＣＯ２ガスを供給するためのＣＯ２ガス供給管と、
前記ＣＯ２ガス供給管を加熱するためのＣＯ２ガス供給部加熱部と、
前記液体金属収容容器の上部に設けられ、前記液体錫アルミニウムと前記ＣＯ２ガスとが反応して生成された生成物を前記液体金属収容容器から排出するための生成物排出管と
を具備するＣＯ２ガスから固体炭素及び炭化物を分離回収するための装置。
【請求項5】
前記生成物はアルミニウムオキシカーバイド及び固体炭素よりなる請求項４に記載のＣＯ２ガスから固体炭素及び炭化物を分離回収するための装置。
【請求項6】
液体錫を充填するための液体金属収容容器と、
前記液体金属収容容器を加熱するための容器加熱部と、
前記液体金属収容容器内に加熱されたアルミニウム及びシリコンを添加して前記液体錫を液体錫アルミニウムシリコンに変換させるための添加物供給管と、
前記液体金属収容容器にＣＯ２ガスを供給するためのＣＯ２ガス供給管と、
前記ＣＯ２ガス供給管を加熱するためのＣＯ２ガス供給部加熱部と、
前記液体金属収容容器の上部に設けられ、前記液体錫アルミニウムシリコンと前記ＣＯ２ガスとが反応して生成された生成物を前記液体金属収容容器から排出するための生成物排出管と
を具備するＣＯ２ガスから炭化物を分離回収するための装置。
前記液体金属収容容器を加熱するための容器加熱部と、
前記液体金属収容容器内に加熱されたアルミニウム及びシリコンを添加して前記液体錫を液体錫アルミニウムシリコンに変換させるための添加物供給管と、
前記液体金属収容容器にＣＯ２ガスを供給するためのＣＯ２ガス供給管と、
前記ＣＯ２ガス供給管を加熱するためのＣＯ２ガス供給部加熱部と、
前記液体金属収容容器の上部に設けられ、前記液体錫アルミニウムシリコンと前記ＣＯ２ガスとが反応して生成された生成物を前記液体金属収容容器から排出するための生成物排出管と
を具備するＣＯ２ガスから炭化物を分離回収するための装置。
【請求項7】
前記生成物はアルミナ及びシリコンカーバイドよりなる請求項６に記載のＣＯ２ガスから炭化物を分離回収するための装置。
【請求項8】
液体錫を充填するための液体金属収容容器と、
前記液体金属収容容器を加熱するための容器加熱部と、
前記液体金属収容容器内に加熱されたアルミニウム及びチタンを添加して前記液体錫を液体錫アルミニウムチタンに変換させるための添加物供給管と、
前記液体金属収容容器にＣＯ２ガスを供給するためのＣＯ２ガス供給管と、
前記ＣＯ２ガス供給管を加熱するためのＣＯ２ガス供給部加熱部と、
前記液体金属収容容器の上部に設けられ、前記液体アルミニウム錫チタンと前記ＣＯ２ガスとが反応して生成された生成物を前記液体金属収容容器から排出するための生成物排出管と
を具備するＣＯ２ガスから炭化物を分離回収するための装置。
前記液体金属収容容器を加熱するための容器加熱部と、
前記液体金属収容容器内に加熱されたアルミニウム及びチタンを添加して前記液体錫を液体錫アルミニウムチタンに変換させるための添加物供給管と、
前記液体金属収容容器にＣＯ２ガスを供給するためのＣＯ２ガス供給管と、
前記ＣＯ２ガス供給管を加熱するためのＣＯ２ガス供給部加熱部と、
前記液体金属収容容器の上部に設けられ、前記液体アルミニウム錫チタンと前記ＣＯ２ガスとが反応して生成された生成物を前記液体金属収容容器から排出するための生成物排出管と
を具備するＣＯ２ガスから炭化物を分離回収するための装置。
【請求項9】
前記生成物はアルミナ及びチタンカーバイドよりなる請求項８に記載のＣＯ２ガスから炭化物を分離回収するための装置。
【請求項10】
液体錫を加熱する段階と、
加熱された前記液体錫中に加熱したＣＯ２ガスを吹き込む段階と、
前記液体錫と前記ＣＯ２ガスとの反応によって生成された生成物を排出する段階と
を具備するＣＯ２ガスから固体炭素を分離回収するための方法。
加熱された前記液体錫中に加熱したＣＯ２ガスを吹き込む段階と、
前記液体錫と前記ＣＯ２ガスとの反応によって生成された生成物を排出する段階と
を具備するＣＯ２ガスから固体炭素を分離回収するための方法。
【請求項11】
さらに、前記液体Ｓｎを補充する段階を具備する請求項１０に記載のＣＯ２ガスから固体炭素を分離回収するための方法。
【請求項12】
前記生成物は酸化錫及び固体炭素よりなる請求項１０に記載のＣＯ２ガスから固体炭素を分離回収するための方法。
【請求項13】
液体錫を加熱する段階と、
前記液体Ｓｎに加熱されたアルミニウムを添加して液体錫アルミニウムに変換する段階と、
加熱された前記液体錫アルミニウム中に加熱したＣＯ２ガスを吹き込む段階と、
前記液体錫アルミニウムと前記ＣＯ２ガスとの反応によって生成された生成物を排出する段階と
を具備するＣＯ２ガスから固体炭素を分離回収するための方法。
前記液体Ｓｎに加熱されたアルミニウムを添加して液体錫アルミニウムに変換する段階と、
加熱された前記液体錫アルミニウム中に加熱したＣＯ２ガスを吹き込む段階と、
前記液体錫アルミニウムと前記ＣＯ２ガスとの反応によって生成された生成物を排出する段階と
を具備するＣＯ２ガスから固体炭素を分離回収するための方法。
【請求項14】
前記生成物はアルミニウムオキシカーバイド及び固体炭素よりなる請求項１３に記載のＣＯ２ガスから固体炭素を分離回収するための方法。
【請求項15】
液体Ｓｎを加熱する段階と、
前記液体Ｓｎに加熱されたアルミニウム及びシリコンを添加して液体錫アルミニウムシリコンに変換する段階と、
加熱された前記液体錫アルミニウムシリコン中に加熱したＣＯ２ガスを吹き込む段階と、
前記液体錫アルミニウムシリコンと前記ＣＯ２ガスとの反応によって生成された生成物を排出する段階と
を具備するＣＯ２ガスから炭化物を分離回収するための方法。
前記液体Ｓｎに加熱されたアルミニウム及びシリコンを添加して液体錫アルミニウムシリコンに変換する段階と、
加熱された前記液体錫アルミニウムシリコン中に加熱したＣＯ２ガスを吹き込む段階と、
前記液体錫アルミニウムシリコンと前記ＣＯ２ガスとの反応によって生成された生成物を排出する段階と
を具備するＣＯ２ガスから炭化物を分離回収するための方法。
【請求項16】
前記生成物はアルミナ及びシリコンカーバイドよりなる請求項１５に記載のＣＯ２ガスから炭化物を分離回収するための方法。
【請求項17】
液体Ｓｎを加熱する段階と、
前記液体Ｓｎに加熱されたアルミニウム及びチタンを添加して液体アルミニウム錫に変換する段階と、
加熱された前記液体錫アルミニウムチタン中に加熱したＣＯ２ガスを吹き込む段階と、
前記液体アルミニウム錫チタンと前記ＣＯ２ガスとの反応によって生成された生成物を排出する段階と
を具備するＣＯ２ガスから炭化物を分離回収するための方法。
前記液体Ｓｎに加熱されたアルミニウム及びチタンを添加して液体アルミニウム錫に変換する段階と、
加熱された前記液体錫アルミニウムチタン中に加熱したＣＯ２ガスを吹き込む段階と、
前記液体アルミニウム錫チタンと前記ＣＯ２ガスとの反応によって生成された生成物を排出する段階と
を具備するＣＯ２ガスから炭化物を分離回収するための方法。
【請求項18】
前記生成物はアルミナ及びチタンカーバイドよりなる請求項１７に記載のＣＯ２ガスから炭化物を分離回収するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は液体錫（Ｓｎ）又は液体錫合金（ＳｎＡｌ、ＳｎＡｌＳｉ（Ｔｉ））を用いてＣＯ２ガスから固体炭素又は炭化物を分離回収するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、大気中の温室効果ガスＧＨＳたとえばＣＯ２ガス、ＣＨ４ガス、Ｎ２Ｏガス、代替フロンガスにより熱が地球から逃げにくくなり、地球の気温が高くなる地球温暖化が問題となっている
【0003】
温室効果ガスの排出量は、ＣＯ２ガスの何倍の温室効果を有するかを表す地球温暖化係数ＧＷＰを用いて各ガスの排出量×ＧＷＰで計算され、この結果、ＣＯ２ガスが温室効果ガスＧＨＳの９０．８％を占める。従って、温室効果ガスＧＨＳの低減には、排出されたＣＯ２ガスを分離回収し、固定化し、又は再利用する技術が必要である。
【0004】
従来のＣＯ２ガス分離回収方法は、火力発電プラント等の排気ガスをアミン溶液に接触させて約１５vol％の高濃度のＣＯ２ガスをアミン溶液に吸着させて吸収し、残りの排気ガスを大気中に戻す。次いで、アミン溶液を約１２０℃に加熱して約１００％の超高濃度のＣＯ２ガスを分離回収すると共にアミン溶液を再生する。
【0005】
上述の分離回収されたＣＯ２ガスの貯蔵方法は、分離回収されたＣＯ２ガスを液化して船舶で輸送し、海底の地下８００ｍより深い貯留層に圧入して貯留する貯留層貯留方法である。大規模なＣＯ２ガス排出源は沿岸部に多いために、海底下への貯留が適している。
【0006】
しかしながら、上述の貯留層貯留方法は、貯留層はその上にＣＯ２ガスが漏出ないようにするための遮断層が必要である。また、地震を起こさないか、ＣＯ２ガスが漏出した場合の健康被害に対する社会受容性が必要である。さらに、ＣＯ２ガスの漏出を検出するためのモニタリングを確立する必要がある。従って、貯留層貯留方法は不適切であり、しかも、分離回収されたＣＯ２ガスは固定化されてもＣＯ２ガスは有効利用されていない。従って、分離回収されたＣＯ２ガスの有効利用が必要である。
【0007】
上述の分離回収されたＣＯ２ガスを有効化する第１の有効化方法は、ＣＯ２ガスリフォーミング方法である。すなわち、ＣＯ２ガスと天然ガスとを反応させて化学原料となる合成ガス（ＣＯ２＋Ｈ２）を合成し、内燃機関の原料、プラスチック、肥料等の製造に用いるＣＯ２ガスリフォーミング方法である。すなわち、始めに、天然ガスの成分ＣＨ４との主反応で合成ガス（ＣＯ２＋Ｈ２）を合成する。
ＣＯ２＋ＣＨ４→２ＣＯ＋２Ｈ２
また、ＣＯから
ＣＯ＋２Ｈ２→ＣＨ３ＯＨ
によりメタノールを合成する。このメタノールは内燃機関の燃料、接着剤、塗料、農薬等の原料となる。
さらにまた、Ｈ２から
３Ｈ２＋Ｎ２→２ＮＨ３
によりアンモニアを合成する。このアンモニアは肥料、合成繊維等の原料となる。
ＣＯ２＋ＣＨ４→２ＣＯ＋２Ｈ２
また、ＣＯから
ＣＯ＋２Ｈ２→ＣＨ３ＯＨ
によりメタノールを合成する。このメタノールは内燃機関の燃料、接着剤、塗料、農薬等の原料となる。
さらにまた、Ｈ２から
３Ｈ２＋Ｎ２→２ＮＨ３
によりアンモニアを合成する。このアンモニアは肥料、合成繊維等の原料となる。
【0008】
しかしながら、上述のＣＯ２ガスリフォーミング方法においては、合成ガスを合成する低温においては、炭素が析出してガス気流の閉塞（コーキング）が発生する、また、メタノール合成においては、Ｃ－Ｏ分離のための高温（約８００℃）が必要である、さらに、アンモニア合成においては、長期間使用しても劣化しない触媒が必要である、等から実用化に至っていない。
【0009】
また、上述のＣＯ２ガスリフォーミング方法の特殊方法としてメタネーション法、オレフィン合成法がある。すなわち、メタネーション法によれば、
ＣＯ２＋４Ｈ２→ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ
によりメタンを合成する。メタンは発電用燃料・都市ガスの原料として利用できる。また、オレフィン合成法によれば、
２ＣＯ２＋６Ｈ２→Ｃ２Ｈ４＋４Ｈ２Ｏ
によりエチレンを合成する。エチレンはプラスチックの原料として利用できる。
ＣＯ２＋４Ｈ２→ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ
によりメタンを合成する。メタンは発電用燃料・都市ガスの原料として利用できる。また、オレフィン合成法によれば、
２ＣＯ２＋６Ｈ２→Ｃ２Ｈ４＋４Ｈ２Ｏ
によりエチレンを合成する。エチレンはプラスチックの原料として利用できる。
【0010】
しかしながら、メタネーション法、オレフィン合成法においては、還元剤として水素の消費を必要とし、また、長期間使用しても劣化しない触媒を必要とする。尚、メタネーション法は、未だ実用化に至ってない。
【0011】
上述の分離回収されたＣＯ２ガスを有効化する第２の有効化方法は、油田の油層にＣＯ２ガスを圧入し、石油を回収し易くする石油増進回収方法である。ＣＯ２ガスは石油に混和し易いために、ＣＯ２ガスが石油に混和すると石油の粘度が下がり、石油を押し出し易くなる。
【0012】
上述の分離回収されたＣＯ２ガスを有効化する第３の有効化方法は、ＣＯ２ガスにカルシウムを反応させて生成する炭酸カルシウムと製鉄で生じる高炉スラグ等とによりコンクリートを製造するカーボンリサイクルコンクリートである。
【0013】
しかしながら、上述のＣＯ２ガス分離回収方法、第１、第２、第３の有効化方法のいずれも固体炭素又は炭化物を分離回収して再利用していない。
【0014】
従って、ＣＯ２ガスから少なくとも固体炭素及び炭化物の１つを分離回収して固定化することが求められている。
【0015】
図９は従来のＣＯ２ガスから固体炭素を分離回収のための装置を示し、（Ａ）はブロック図、（Ｂ）は生成された生成物の断面写真である（参照：非特許文献１）。
【0016】
図９の（Ａ）に示すように、液体ＧａＩｎ（Ｇａ７５vol％：Ｉｎ２５vol％）（融点１５℃）を収容するための液体金属収容容器１０１を比較的低温で加熱してＣＯ２ガスを吹き込む。この結果、液体金属合金ＧａＩｎとＣＯ２ガスとが低温で次式のごとく反応する。
４ＧａＩｎ＋３ＣＯ２→２Ｇａ２Ｏ３＋３Ｃ
従って、固体炭素が分離回収されると共に、図９の（Ｂ）に示すごとく、Ｇａ自身も酸化されて酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）が生成物として固体炭素Ｃと共に排出される。この場合、Ｇａ２Ｏ３とＣとは物理的にたとえば遠心分離法等によって分離可能である。従って、Ｇａ２Ｏ３は液体ＧａＩｎのＧａとして再利用できる。また、還元剤は不要であり、既存工学プロセスに統合し易く、スケールアップし易い。尚、上述の反応により液体金属収容容器１０１内の母材液体Ｇａは消失するので補充する必要がある。
４ＧａＩｎ＋３ＣＯ２→２Ｇａ２Ｏ３＋３Ｃ
従って、固体炭素が分離回収されると共に、図９の（Ｂ）に示すごとく、Ｇａ自身も酸化されて酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）が生成物として固体炭素Ｃと共に排出される。この場合、Ｇａ２Ｏ３とＣとは物理的にたとえば遠心分離法等によって分離可能である。従って、Ｇａ２Ｏ３は液体ＧａＩｎのＧａとして再利用できる。また、還元剤は不要であり、既存工学プロセスに統合し易く、スケールアップし易い。尚、上述の反応により液体金属収容容器１０１内の母材液体Ｇａは消失するので補充する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0017】
【非特許文献1】K.Zuraigi et al., Direct conversion of CO2 to solid carbon by Ga-based liquid metals, Energy Environ sci., 2022,15,595.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0018】
しかしながら、図９に示す従来のＣＯ２ガスから固体炭素を分離回収するための装置においては、固体炭素を分離回収できるが、液体ＧａＩｎのＧａ、Ｉｎは共に非常に高価（特に、Ｇａは高価）であるので、装置のランニングコストが大きいという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【0019】
上述の課題を解決するために、本発明に係るＣＯ２ガスから固体炭素又は炭化物を分離回収するための装置は、液体錫を収容するための液体金属収容容器と、液体金属収容容器を加熱するための容器加熱部と、液体金属収容容器にＣＯ２ガスを供給するためのＣＯ２ガス供給管と、ＣＯ２ガス供給管を加熱するためのＣＯ２ガス供給部加熱部と、液体金属収容容器の上部に設けられ、液体錫（Ｓｎ）とＣＯ２ガスとが反応して生成された生成物を液体金属収容容器から排出するための生成物排出管とを具備するものである。
【0020】
また、本発明に係るＣＯ２ガスから少なくとも固体炭素及び炭化物の１つを分離回収するための方法は、液体Ｓｎを加熱する段階と、加熱された液体Ｓｎ中に加熱したＣＯ２ガスを吹き込む段階と、液体ＳｎとＣＯ２ガスとの反応によって生成された生成物を排出する段階とを具備するものである。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、ＣＯ２ガスから少なくとも固体炭素及び炭化物の１つを分離回収できると共に生成物は物理的に分離されて再利用できる。さらに、ＳｎはＧａ、Ｉｎに比較して安価であるので、ランニングコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明に係るＣＯ２ガスから少なくとも固体炭素及び炭化物の１つを分離回収するための装置の第１の実施の形態を示す概観図である。
【図2】本発明に係るＣＯ２ガスから少なくとも固体炭素及び炭化物の１つを分離回収するための装置の第２の実施の形態を示す概観図である。
【図3】Ａｌ－Ｓｎ合金の融点を説明するためのＡｌ－Ｓｎ合金の状態図である。
【図5】本発明に係るＣＯ２ガスから少なくとも固体炭素及び炭化物の１つを分離回収するための装置の第３の実施の形態を示す概観図である。
【図6】本発明に係るＣＯ２ガスから少なくとも固体炭素及び炭化物の１つを分離回収するための装置の第４の実施の形態を示す概観図である。
【図9】従来のＣＯ２ガスから固体炭素を分離回収するための装置を示し、（Ａ）は概観図、（Ｂ）は得られた生成物の断面写真である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
図１は本発明に係るＣＯ２ガスから少なくとも固体炭素及び炭化物の１つを分離回収するための装置の第１の実施の形態を示す概観図である。
【0024】
図１において、ステンレス製の液体金属収容容器１は液体錫（Ｓｎ、融点２３２℃）を収容し、マントルヒータ１ａによって５００～７００Ｋに加熱される。ステンレス製のＣＯ２ガス供給管２は液体金属収容容器１の上方から下方に向って設けられ、ＣＯ２ガスを吹き込む。この結果、液体錫中にＣＯ２気泡が発生する。尚、ＣＯ２ガス供給管２は液体金属容器１の側方から内部に向かって設けてよい。ＣＯ２ガス供給管２はリボンヒータ２ａによって５００～７００Ｋに予め加熱される。液体金属収容容器１の上部に生成物を分離回収して排出するための生成物排出管３が設けられる。
【0025】
ＣＯ２ガス供給管２は流量調整ユニット４を介してＣＯ２ガスを供給する。また、液体金属収容容器１内の液体Ｓｎが少なくなった場合には、ステンレス製の液体錫（Ｓｎ）補充管５から予めリボンヒータ５ａによって加熱された液体Ｓｎが補充される。流量調整ユニット４及び液体錫補充管５はコンピュータ等によって構成される制御ユニット６によって制御される。また、制御ユニット６は液体Ｓｎ中に設けられた熱電対（図示せず）の温度に基づいてマントルヒータ１ａを制御し、ＣＯ２ガス供給管２内に設けられた熱電対（図示せず）の温度に基づいてリボンヒータ２ａを制御する。
【0026】
ＣＯ２ガスから固体炭素の分離回収を液体Ｓｎ（融点２３２℃）によって行うことができる。すなわち、液体ＳｎとＣＯ２ガスとは次のごとく反応する。
Ｓｎ＋ＣＯ２→ＳｎＯ２＋Ｃ
従って、固体炭素が分離回収されると共に、Ｓｎ自身も酸化されて酸化錫（ＳｎＯ２）が生成物として固体炭素Ｃと共に生成物排出管３から排出される。この場合、酸化錫（ＳｎＯ２）と固体炭素Ｃとは物理的に分離されており、従って、酸化錫（ＳｎＯ２）は遠心分離等によって固体炭素Ｃと分離されて液体Ｓｎとして再利用できる。但し、液体金属収容容器１内の液体錫は生成物として消失するので、随時、液体錫補充管５を介して補充される。
Ｓｎ＋ＣＯ２→ＳｎＯ２＋Ｃ
従って、固体炭素が分離回収されると共に、Ｓｎ自身も酸化されて酸化錫（ＳｎＯ２）が生成物として固体炭素Ｃと共に生成物排出管３から排出される。この場合、酸化錫（ＳｎＯ２）と固体炭素Ｃとは物理的に分離されており、従って、酸化錫（ＳｎＯ２）は遠心分離等によって固体炭素Ｃと分離されて液体Ｓｎとして再利用できる。但し、液体金属収容容器１内の液体錫は生成物として消失するので、随時、液体錫補充管５を介して補充される。
【0027】
このように、図１の装置においては、液体Ｓｎを加熱し、加熱した液体Ｓｎに加熱したＣＯ２ガスを吹き込み、液体ＳｎとＣＯ２ガスとの反応によって生成された生成物を排出する。液体Ｓｎは随時補充される。生成物は錫酸化物及び固体炭素である。従って、図９の従来の装置に比較してＳｎの融点はＧａＩｎの融点より高いがＳｎはＧａ、Ｉｎに比較して安価なので、ランニングコストを大幅に低減できる。たとえば、Ｓｎの市場価格はＧａの市場価格の１/２００以下、Ｉｎの市場価格の１/２０以下である。
【0028】
図２は本発明に係るＣＯ２ガスから少なくとも固体炭素及び炭化物の１つを分離回収するための装置の第２の実施の形態を示す概観図である。
【0029】
図２においては、図１の構成要素に対して、液体錫補充管５を削除し、リボンヒータ７ａによって加熱される添加物供給管７を付加してある。添加物供給管７は添加物としてアルミニウム（Ａｌ）を液体金属収容容器１内に添加して液体Ｓｎを液体錫アルミニウム（ＳｎＡｌ）に変換する。制御ユニット６は添加物供給管７内に設けられた熱電対（図示せず）の温度に基づいてリボンヒータ７ａを制御する。
【0030】
後述のごとく、液体錫（Ｓｎ）は生成物として排出されず、従って、液体Ｓｎを補充する必要はない。この結果、ランニングコストをさらに低減できる。
【0031】
図３はＡｌ－Ｓｎ合金の融点を説明するためのＡｌ－Ｓｎ合金の状態図である。
【0032】
図３に示すように、９７．８ａｔ％（９９．９５ｖｏｌ％）Ｓｎ、０．２２ａｔ％（０．０５ｖｏｌ％）Ａｌの共晶点の融点は２２８℃であるのに対し、９０ａｔ％（９７．５４ｖｏｌ％）Ｓｎ、１０ａｔ％（２．４６ｖｏｌ％）Ａｌでの融点は３８０～３９０℃である。従って、Ａｌが１０ａｔ％未満であれば、錫アルミニウム合金（ＳｎＡｌ）の融点は２３０～４００℃と比較的低いとみなせる。
【0033】
【0034】
図４に示すように、酸化物の生成反応式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）が存在する。
１／２Ｃ＋１／２Ｏ２→１／２ＣＯ２＋１／２ΔｆＧ°（ＣＯ２） （１）
１／２ＣＯ２＋Ｓｎ→ＳｎＯ＋１／２Ｃ＋ΔｆＧ°（ＳｎＯ） （２）
１／２ＣＯ２＋１／２Ｓｎ→１／２ＳｎＯ２＋１／２Ｃ＋１／２ΔｆＧ°（ＳｎＯ２） （３）
１／２ＣＯ２＋２／３Ａｌ→１／３Ａｌ２Ｏ３＋１／２Ｃ＋１／３ΔｆＧ°
（Ａｌ２Ｏ３） （４）
１／４ＣＯ２＋１／２Ａｌ→１／４Ａｌ４Ｏ４Ｃ＋１／４Ｃ＋１／４ΔｆＧ°
（Ａｌ４Ｏ４Ｃ） （５）
温度５００～７００Ｋでは、
１／２ΔｆＧ°（ＣＯ２）＞ΔｆＧ°（ＳｎＯ）＞１／２ΔｆＧ°（ＳｎＯ２）
＞１／３ΔｆＧ°（Ａｌ２Ｏ３）＞１／４ΔｆＧ°（Ａｌ４Ｏ４Ｃ）
であるので、生成反応式（５）が一番熱力学的に安定している。従って、生成物はアルミニウム酸化炭化物（アルミニウムオキシカーバイド）（Ａｌ４Ｏ４Ｃ）及び固体炭素（Ｃ）よりなる。アルミニウムオキシカーバイド及び固体炭素は物理的にたとえば遠心分離法等によって分離される。
１／２Ｃ＋１／２Ｏ２→１／２ＣＯ２＋１／２ΔｆＧ°（ＣＯ２） （１）
１／２ＣＯ２＋Ｓｎ→ＳｎＯ＋１／２Ｃ＋ΔｆＧ°（ＳｎＯ） （２）
１／２ＣＯ２＋１／２Ｓｎ→１／２ＳｎＯ２＋１／２Ｃ＋１／２ΔｆＧ°（ＳｎＯ２） （３）
１／２ＣＯ２＋２／３Ａｌ→１／３Ａｌ２Ｏ３＋１／２Ｃ＋１／３ΔｆＧ°
（Ａｌ２Ｏ３） （４）
１／４ＣＯ２＋１／２Ａｌ→１／４Ａｌ４Ｏ４Ｃ＋１／４Ｃ＋１／４ΔｆＧ°
（Ａｌ４Ｏ４Ｃ） （５）
温度５００～７００Ｋでは、
１／２ΔｆＧ°（ＣＯ２）＞ΔｆＧ°（ＳｎＯ）＞１／２ΔｆＧ°（ＳｎＯ２）
＞１／３ΔｆＧ°（Ａｌ２Ｏ３）＞１／４ΔｆＧ°（Ａｌ４Ｏ４Ｃ）
であるので、生成反応式（５）が一番熱力学的に安定している。従って、生成物はアルミニウム酸化炭化物（アルミニウムオキシカーバイド）（Ａｌ４Ｏ４Ｃ）及び固体炭素（Ｃ）よりなる。アルミニウムオキシカーバイド及び固体炭素は物理的にたとえば遠心分離法等によって分離される。
【0035】
Ａｌの価格はＧａの価格より安くＡｌの生産量はＧａの約１６０倍であり、アルミニウムオキシカーバイド（Ａｌ４Ｏ４Ｃ）は耐熱衝撃性、低熱膨張率、耐酸化性がよく、鉄鋼等の溶融金属の耐火物として期待され、転炉壁に使われるＭｇＯに添加することにより保護膜（ＭｇＡｌ２Ｏ４）を形成するのに用いられる。
【0036】
このように、図２の装置においては、液体アルミニウム錫を加熱し、加熱した液体アルミニウム錫に加熱したＣＯ２ガスを吹き込み、液体錫アルミニウムとＣＯ２ガスとの反応によって生成された生成物を排出する。この場合、母材液体錫は酸化されないので、補充する必要はない。アルミニウムのみを適宜添加する。生成物はアルミニウムオキシカーバイド及び固体炭素である。従って、図９の従来の装置に比較してＳｎＡｌの融点はＧａＩｎの融点より高いが、Ｓｎ、ＡｌはＧａ、Ｉｎに比較して安価なので、ランニングコストを大幅に低減できる。
【0037】
図５は本発明に係るＣＯ２ガスから少なくとも固体炭素及び炭化物の１つを分離回収するための装置の第３の実施の形態を示す概観図である。
【0038】
図５においては、添加物供給管７は添加物としてアルミニウム（Ａｌ）及びシリコン（Ｓｉ）を液体金属収容容器１内に添加して液体Ｓｎを液体錫アルミニウムシリコン（ＳｎＡｌＳｉ）に変換する。
【0039】
図５の液体ＳｎＡｌＳｉとＣＯ２ガスとの化学反応式は次のごとくである。
２ＣＯ２＋４Ａｌ＋Ｓｉ→Ａｌ４Ｏ４Ｃ＋ＳｉＣ（ΔＧ＝－１３３２ ｋＪ、ａｔ３００Ｋ）
３ＣＯ２＋４Ａｌ＋３Ｓｉ→２Ａｌ２Ｏ３＋３ＳｉＣ（ΔＧ＝－１９４６ ｋＪ、ａｔ３００Ｋ）
従って、アルミニウムオキシカーバイド（Ａｌ４Ｏ４Ｃ）よりもアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）がシリコンカーバイド（ＳｉＣ）と共に生成される。この場合も、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とシリコンカーバイド（ＳｉＣ）とは遠心分離法等によって物理的に分離できる。
２ＣＯ２＋４Ａｌ＋Ｓｉ→Ａｌ４Ｏ４Ｃ＋ＳｉＣ（ΔＧ＝－１３３２ ｋＪ、ａｔ３００Ｋ）
３ＣＯ２＋４Ａｌ＋３Ｓｉ→２Ａｌ２Ｏ３＋３ＳｉＣ（ΔＧ＝－１９４６ ｋＪ、ａｔ３００Ｋ）
従って、アルミニウムオキシカーバイド（Ａｌ４Ｏ４Ｃ）よりもアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）がシリコンカーバイド（ＳｉＣ）と共に生成される。この場合も、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とシリコンカーバイド（ＳｉＣ）とは遠心分離法等によって物理的に分離できる。
【0040】
このように、図５の装置においては、液体錫アルミニウムシリコンを加熱し、加熱した液体錫アルミニウムシリコンに加熱したＣＯ２ガスを吹き込み、液体錫アルミニウムシリコンとＣＯ２ガスとの反応によって生成された生成物を排出する。この場合も、母材液体Ｓｎは酸化されないので、補充する必要はない。アルミニウム、シリコンのみを適宜添加する。生成物はシリコンカーバイド及びアルミナである。従って、図９の従来の装置に比較してＳｎＡｌＳｉの融点はＧａＩｎの融点より高いが、Ｓｎ、Ａｌ、ＳｉはＧａ、Ｉｎに比較して安価なので、ランニングコストを大幅に低減できる。
【0041】
Ａｌ、Ｓｉの価格はＧａの価格より安く生産量も大きい。アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）については、純度９９．５％が汎用的に使用される。また、高純度ほど機械的強度、耐食性に優れる。さらに、電気絶縁性を有するので、半導体基板等に用いられ、耐摩耗性を有するので、工業用炉材の摩耗部品、人工骨、軸受等に用いられ、高剛性を有するので、半導体・液晶パネルの製造装置などの精密部材等に用いられ、生体親和性を有するので、歯科用インプラントなどの医療用接合部品等に用いられる。他方、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）については、高硬度（高温でも）性、耐摩耗性、耐食性、液中での良好な摺動特性、高破壊電界強度を有するので、摺動部品（ケミカルポンプ軸受け、シャフト）、粉砕機（分級機）、耐熱部品（バーナーノズル）、耐摩耗部品（ブラストノズル）、パワー半導体等に用いられる。特に、半導体としての需要が増加傾向にあり、Ｓｉと比較し、１０倍の破壊電界強度を有し、かつ同じ耐圧を１／１０の厚みで実現できる。これにより、電子機器の小型化に役立つ。また、Ｓｉと比較して３倍の熱伝導率を有するので、放熱性がよく、冷却装置の小型化を図れる。
【0042】
図６は本発明に係るＣＯ２ガスから固体炭素又は炭化物を分離回収するための装置の第４の実施の形態を示す概観図である。
【0043】
図６においては、添加物供給管７′は添加物としてアルミニウム（Ａｌ）及びチタン（Ｔｉ）を液体金属収容容器１内に添加して液体Ｓｎを液体錫アルミニウムチタン（ＳｎＡｌＴｉ）に変換する。
【0044】
図６の液体ＳｎＡｌＴｉとＣＯ２ガスとの化学反応式は次のごとくである。
２ＣＯ２＋４Ａｌ＋Ｔｉ→Ａｌ４Ｏ４Ｃ＋ＴｉＣ（ΔＧ＝－１４５１ ｋＪ、ａｔ３００Ｋ）
３ＣＯ２＋４Ａｌ＋３Ｔｉ→２Ａｌ２Ｏ３＋３ＴｉＣ（ΔＧ－２３０４ ｋＪ、ａｔ３００Ｋ）
従って、アルミニウムオキシカーバイド（Ａｌ４Ｏ４Ｃ）よりもアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）がチタンカーバイド（ＴｉＣ）と共に生成される。この場合も、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とチタンカーバイド（ＴｉＣ）とは遠心分離法等によって物理的に分離できる。
２ＣＯ２＋４Ａｌ＋Ｔｉ→Ａｌ４Ｏ４Ｃ＋ＴｉＣ（ΔＧ＝－１４５１ ｋＪ、ａｔ３００Ｋ）
３ＣＯ２＋４Ａｌ＋３Ｔｉ→２Ａｌ２Ｏ３＋３ＴｉＣ（ΔＧ－２３０４ ｋＪ、ａｔ３００Ｋ）
従って、アルミニウムオキシカーバイド（Ａｌ４Ｏ４Ｃ）よりもアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）がチタンカーバイド（ＴｉＣ）と共に生成される。この場合も、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とチタンカーバイド（ＴｉＣ）とは遠心分離法等によって物理的に分離できる。
【0045】
このように、図６の装置においては、液体錫アルミニウムチタンを加熱し、加熱した液体アルミニウム錫チタンに加熱したＣＯ２ガスを吹き込み、液体アルミニウム錫チタンとＣＯ２ガスとの反応によって生成された生成物を排出する。この場合も、母材液体Ｓｎは酸化されないので、補充する必要はない。アルミニウム、チタンのみを適宜添加する。生成物はチタンカーバイド及びアルミナである。従って、図９の従来の装置に比較してＳｎＡｌＴｉの融点はＧａＩｎの融点より高いが、Ｓｎ、Ａｌ、ＴｉはＧａ、Ｉｎに比較して安価なので、ランニングコストを大幅に低減できる。
【0046】
Ａｌ、Ｔｉの価格はＧａの価格より安く生産量も大きい。アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）については、上述のごとくである。他方、チタンカーバイド（ＴｉＣ）については、高硬度、高融点、耐摩耗性、導電性(温度にほぼ依存しない) 等を有するので、スパッタリングターゲット、切削工具、アーク溶接電極等に用いることができる。
【0047】
【0048】
始めに、図７の（Ａ）を参照すると、アルミナ坩堝７１を準備し、錫（Ｓｎ）及び添加物としてのアルミニウム（Ａｌ）又はアルミニウム（Ａｌ）及びシリコン（Ｓｉ）あるいはチタン（Ｔｉ）をアルミナ坩堝７１に入れる。
【0049】
次に、図７の（Ｂ）を参照すると、錫（Ｓｎ）、添加物（Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ）をすりつぶしながらホットプレート７２によって３００℃以上に加熱する。
【0050】
次に、図７の（Ｃ）を参照すると、液体Ｓｎ、液体ＳｎＡｌ、液体ＳｎＡｌＳｉ又は液体ＳｎＡｌＴｉを得る。
【0051】
次に、図７の（Ｄ）を参照すると、液体Ｓｎ、液体ＳｎＡｌ、液体ＳｎＡｌＳｉ、液体ＳｎＡｌＴｉを液体金属収容容器１に充填し、ＣＯ２ガス供給管２が固定された蓋１’で液体金属収容容器１を塞ぐ。
【0052】
最後に、図７の（Ｅ）を参照すると、加熱したＣＯ２ガスをＣＯ２ガス供給管２を介して吹き込む。
【0053】
その後、液体ＳｎＡｌ、液体ＳｎＡｌＳｉ又は液体ＳｎＡｌＴｉを固化させる。このようにして得られた固化したＳｎＡｌ、ＳｎＡｌＳｉ又はＳｎＡｌＴｉ上に図８の断面写真に示す生成物が形成された。つまり、生成物はＳｎＡｌＴｉと物理的に分離されている。
【0054】
尚、上述の実施の形態では、マントルヒータ１ａ、リボンヒータ５ａ、７ａ、７’ａは他のタイプたとえばシースヒータ、ホットプレート又は太陽熱を利用するものになし得る。
【0055】
また、本発明は上述の実施の形態の自明の範囲のいかなる変更にも適用し得る。
【符号の説明】
【0056】
１、１０１：液体金属収容容器
１ａ：マントルヒータ
２：ＣＯ２ガス供給管
２ａ：リボンヒータ
３：生成物排出管
４：流量調整ユニット
５：液体錫補充管
５ａ：リボンヒータ
６：制御ユニット
７、７’：添加物供給管
７ａ、７’ａ：リボンヒータ
１ａ：マントルヒータ
２：ＣＯ２ガス供給管
２ａ：リボンヒータ
３：生成物排出管
４：流量調整ユニット
５：液体錫補充管
５ａ：リボンヒータ
６：制御ユニット
７、７’：添加物供給管
７ａ、７’ａ：リボンヒータ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
