JP2013518019A - 二酸化炭素（ｃｏ２）を再利用するためのプロセス - Google Patents

Abstract

本発明は、ＣＯ_２分子から実質的になる初期ガス流ＣＯ_２（１０６）を再利用する方法であって、前記方法は、以下の工程：ガス状のＣＯ_２流を、炭素を含有する材料（１０４）の熱分解温度に加熱する工程と、炭素元素を含有する炭素含有材料（１４）の負荷物を、ガス流により熱分解する工程であって、炭素元素によりＣＯ_２分子を還元し、一酸化炭素分子（ＣＯ）を実質的に含有する第１の高温ガス流（１１０）を生成する、工程と、一酸化炭素分子（ＣＯ）を、酸素原子（Ｏ）で酸化する工程であって、ＣＯ_２分子を実質的に含有する第２のガス流（１１４）を生成する、工程と、第２のガス流（１１４）中のＣＯ_２分子を還元し、一酸化炭素分子（ＣＯ）を実質的に含有する第３のガス流（１２０）を提供する、工程とを含む、方法に関する。この方法を実施するためのシステムも開示する。
【選択図】図１

Description

本発明は二酸化炭素を再利用するためのプロセスに関する。本発明はまた、前記プロセスを実施するシステムにも関する。

本発明の分野は二酸化炭素（ＣＯ_２）を再利用する分野、より具体的には炭素元素（Ｃ）による二酸化物還元の分野である。

ＣＯは「ガス状炭素」の基本形態であり、炭素を含有する全構造の基本的な化学物質である。ＣＯはまた、高い熱エネルギーを有する燃料ガスであり、現在使用されているように全ての「慣用の」エネルギーに変換可能である。

２つのＣＯへの炭素分子（Ｃ）によるＣＯ_２還元は完全に知られており、Ｂｏｕｄｏｕａｒｄ反応により定義されている。したがって、２ＣＯへのエネルギー移動の関心点において、その吸熱反応のエンタルピーは、作用が経済的に採算性が合うことが非常に重要である。実際に、ＣＯ_２のＣＯへの還元は吸熱性であり、以下の説明で見られるように、高温を必要とする。したがって、反応の発生を可能にするようにエネルギーを供給する必要がある。

数十年前、これらの反応の収率を改善する技術を決定する研究が行われ、環境に対する悪影響のみにより、特定の「気化」プロセスが関心の原因となることが説明されている。

ＣＯ_２還元反応の高エンタルピーを考慮して、ＣＯ_２を濃縮／回収し、保存する技術に特権が与えられ、ＣＯ_２再利用プロセスより良いが、それはまた非常に高価であり、かなりの技術手段の使用を必要とする。

本発明の目的はこれらの不都合な点を回避することである。

本発明の別の目的は、二酸化炭素を再利用する経済的に採算の合うプロセスおよびシステムを提案することである。

したがって、本発明の目的は、現在の最先端の技術のシステムより良い収率で二酸化炭素を再利用するプロセスおよびシステムを提案することである。

本発明のいわゆるＣＯ_２分子を実質的に含有するＣＯ_２の初期ガス流を再利用するプロセス手段であって、前記プロセスは、以下の工程：
前記ＣＯ_２のガス流を、炭素を含有する材料の熱分解温度にて加熱する工程と、
前記ガス流によって炭素元素を含有する炭素を含有する材料の負荷物を熱分解する工程であって、前記熱分解が、前記炭素元素によってＣＯ_２の分子を還元して、高温にて一酸化炭素分子を実質的に含有する第１のガス流を生成する工程と、
酸素元素によって前記一酸化炭素分子を酸化する工程であって、前記酸化が、ＣＯ_２分子を実質的に含有する第２のガス流を生成する工程と、
前記第２のガス流の前記ＣＯ_２分子を還元する工程であって、前記還元が、一酸化炭素分子（ＣＯ）を実質的に含有する第３のガス流を供給する工程と、
を含む、プロセスにより、これらの目的が達成できる。

本発明は、ＣＯを得るためにＣＯ_２脱酸、ＣＯ_２を得るためにＣＯ酸化および再度ＣＯを得るためにＣＯ_２の第２の脱酸を実施する。

これら３つの反応は、再利用の開始から再利用の終了までにおいて炭素を含有する材料の完全な潜在的エネルギーを感度良く移動させることができるので、異なる工程の間にそれらを使用でき、外部電源を必要としない。したがって、第１の反応は炭素を含有する材料の熱分解作用であり、前記炭素を含有する材料を８００／１０００℃にすることを目的とする。これは、炭素（Ｃ）によるＣＯ_２の「オキシリダクター（ｏｘｙｒｅｄｕｃｔｏｒ）」反応の温度であり、ＣＯ_２由来の酸素原子（Ｏ）の交換によってＣＯ（一酸化炭素）に酸化される。その反応は吸熱性であり、ＣＯ_２のガス流を、炭素を含有する材料の熱分解温度まで加熱する公知の手段によって有用なエネルギーが本発明のプロセスの開始に供給される。続いて、このエネルギーは、以下の反応により生成されるエネルギーを再利用し、システムの損失を補償するために加熱を補足することにより供給される。その第１の反応の順序において、炭素を含有する初期の材料由来の炭素はＣＯ（一酸化炭素）に「ガス化」され、ＣＯ_２はＣＯに還元される。次いで得られたガス状排出物は、１０００℃の温度のＣＯ（高い熱エネルギーを有する燃料ガス）から実質的になり、その温度の維持が、初期ＣＯ_２に供給されるような最終的な熱補足により制御される。

酸素保有元素による第２のＣＯ酸化反応は、熱容量およびガス流の温度を均一化する目的を有し、酸素保有元素をそれらの反応温度（８００〜１０００℃）にもたらし、維持するのに十分なエネルギーを供給することを可能にし、ＣＯ_２の第２の脱酸を実施し、初期ガス流の温度を熱分解温度まで増加させる。これにより、外部エネルギーの過剰な供給が回避され、第２の脱酸を実施し、初期ガス流の温度を増加させる。

第３の反応は、１０００℃の温度でＣＯを実質的に含む最後のガス流を得るために、酸化可能元素（これは第２の反応において還元されている）に対してＣＯ_２を脱酸素（還元）することからなり、有機材料の導入ゾーンまでのその移動に対して有用な安定性を保証し、そこで、反応の反転の危険性を有さず、前記材料によりその熱容量が変化し（１０００℃〜５００℃のその温度の還元過程において２ＣＯは１ＣＯ_２＋１Ｃになり、この反応は、「オキシリダクター（ｏｘｙｒｅｄｕｃｔｏｒ）」になるように炭素元素の存在下で抑制される）、これは熱交換の別の方法によりその温度を下げることにより起こりやすくなる。

本発明は、１モルのＣＯ_２から２モルの一酸化炭素ＣＯ（これは高エネルギーを有する燃料ガスであり、炭素を含有する多くの分子配列に有用な分子である）を得ることを可能にする。

本発明によるＣＯ_２のＣＯへの再利用は、以下の可能性：
固形燃料よりガス燃焼の十分な収率および管理、
使用されるエネルギーの十分な全体の収率、
加熱装置のかなり減少したメンテナンス、
消費される１ｋｇの固体炭素あたり３．６６ｋｇのＣＯ_２の再利用
を有する、ほぼ純粋な燃料ガスへの固形燃料の変換から放出される、ガスへの固形燃料の熱転移を実施し、それは一酸化炭素分子（ＣＯ）においてであり、炭素の初期のガス形態は、工業で一般に使用される分子を得るために他の元素へのその結合を可能にし、それらを任意の熱システムについての燃焼ガスにする。使用される一酸化炭素のガス流の燃焼後、ＣＯ_２は何度も再利用され得る。

本発明のプロセスは経済的に採算の合うプロセスである。

さらに、本発明のプロセスの収率は現在の技術水準のプロセスと比較して高い。

本発明のプロセスの有益なバージョンにおいて、第１のガス流の一酸化炭素分子を酸化する酸素元素が酸素保有酸化物により供給されてもよく、前記酸化後に前記酸素保有物質は還元される。

同様に、第２のガス流のＣＯ_２分子の還元は、一酸化炭素分子の酸化後に得られる還元した酸素保有物質により行われてもよい。

したがって、酸素の同じ保有物質は、本発明のプロセスの各々の反復において閉じた回路で使用され、酸素保有物質の各々の使用サイクルは最初に一酸化炭素分子の酸化についての反応および続いて二酸化炭素分子の還元についての反応を含む。したがって酸素保有物質は最初に還元され、次いで酸化される。

酸素保有物質の例はＮｉＯなどのニッケルに基づいた酸素保有物質であってもよい。一酸化炭素分子の酸化の間、酸素保有物質は以下の反応によりＮｉに還元される：
ＮｉＯ＋ＣＯ→Ｎｉ＋ＣＯ_２

一酸化炭素分子の還元の間、還元した酸素の酸素保有物質、すなわちＮｉは以下の反応により酸化される：
Ｎｉ＋ＣＯ_２→ＮｉＯ＋ＣＯ

酸化した酸素の保有物質、すなわちＮｉＯはその後、一酸化炭素などの分子の新規の酸化のために使用される。

本発明のプロセスは開始段階を含み、その開始段階の間、ＣＯ_２の初期ガス流が、炭素を含有する材料の負荷物の燃焼により加熱される。したがって、酸化および還元反応を開始するために最初に必要とされる熱エネルギーはこの燃焼により与えられる。この燃焼は、有益には、酸素下で実施されてもよく、前記燃焼の熱収率を最適化し、実質的にＣＯ_２により構成される燃焼ガスを生成する。前記ＣＯ_２は即座に初期ガス流に導入されるので、エネルギーを損失せずに熱転移を実施する。

反応の開始後、本発明のプロセスは、有益には、第２のガス流の前記熱エネルギーの少なくとも一部の回収を含んでもよく、前記熱エネルギーの少なくとも一部は初期のガス流を加熱するために使用される。

他方で、有益なバージョンによれば、本発明のプロセスは、有益には、第３のガス流の熱エネルギーの少なくとも一部の回収を含んでもよく、前記熱エネルギーの少なくとも一部は、初期のガス流を加熱し、炭素を含有する材料を予熱するために使用される。

熱分解温度は８００〜１１００℃からなり、好ましくは１０００℃である。

さらに、本発明のプロセスは、外気の侵入を回避するように構成される機械化注入口チャンバによって炭素を含有する乾燥材料の連続供給を含む。得られる第３のガス流は、その熱エネルギーの少なくとも一部を、炭素を含有する材料と交換するようにこの注入口チャンバを通して移動でき、それらを対向流で移動する。このように、熱交換は以下でなされる：
−上流、炭素を含有する材料の有益性において、本発明のプロセスにおける熱／化学反応の固有のエネルギーを再利用することにより予熱される；
−下流、第３の最後のガス流を損失しない。実際に、Ｂｏｕｄｏｕａｒｄは以下のことを示している：１０００℃における場合、反応は２ＣＯで満たされ、他方で、１０００℃における２ＣＯはそれらの熱容量（熱）を、それらの媒体と交換し、その反応は、炭素平衡の安定なレベルにおける温度（約４５０℃）に減少するまで１ＣＯ_２＋１Ｃに反転され、その移動はその温度でほぼ平衡化（５０／５０％）される。

このように、本発明のプロセスは、ＣＯ熱（約１０００℃）を、導入される炭素を含有する材料と交換することによってこの反応の反転を抑制し（これはプロセスにおける「還元」炭素の保存であり、熱交換の過程までそれ自体反応する）、これはその手段により即座に反応し、一酸化炭素の安定なレベルで温度を平衡化（４５０℃未満）することによってその反転を抑制する。

さらに、本発明のプロセスは熱分解する工程の前に炭素を含有する負荷物を粉砕する工程を含んでもよい。炭素を含有する材料の粉砕は有益な熱分解を可能にし、その結果として前記熱分解の間にＣＯ_２分子の還元反応が起こる。

一酸化炭素分子を実質的に含む、得られた第３のガス流は重要なエネルギー源を示す。本発明のプロセスは、この第３のガス流の少なくとも一部の燃焼によって電気エネルギーまたは熱エネルギーを生成する工程を含んでもよい。

実施形態の一例によれば、炭素を含有する乾燥材料の負荷物は、
−植物または動物バイオマス、
−石炭、
−泥炭、
−褐炭、
−有機または無機残渣、
−すり減ったタイヤあるいは
−これらの炭素を含有する材料の任意の混合物
を含んでもよい。

本発明の別の態様は、ＣＯ_２を実質的に含む、いわゆる初期ガス流のための再利用システムであって、前記システムは、
−炭素を含有する材料の熱分解温度における前記ガス流による加熱手段と、
−前記熱分解温度における前記ガス流によって炭素を含有する材料の負荷物の熱分解を実施する、いわゆる第１の熱分解ゾーンであって、前記熱分解はＣＯ_２分子を還元させて、一酸化炭素分子（ＣＯ）を実質的に含む第１のガス流を生成する、第１の熱分解ゾーンと、
−前記一酸化炭素分子の酸化を実施する、いわゆる第２の酸化ゾーンであって、前記酸化は、ＣＯ_２分子を実質的に含む第２のガス流を生成する、第２の酸化ゾーンと、
−前記第２のガス流の前記ＣＯ_２分子の還元を実施する、いわゆる第３の還元ゾーンであって、前記還元は、一酸化炭素分子（ＣＯ）を実質的に含む第３のガス流を供給する、第３の還元ゾーンと、
を含む、システムを提案する。

有益なバージョンにおいて、第２のゾーンは、第１のガス流の一酸化炭素分子を酸化するために酸素元素の供給を提供する酸素保有酸化物を含有してもよく、前記酸化後に前記酸素保有物質は還元される。

有益なバージョンによれば常に、第３のゾーンは、第２のガス流からＣＯ_２分子の還元を実施する、還元状態の酸素保有酸化物を含有してもよい。

好ましいバージョンによれば、本発明のシステムは、
−第１のガス流の一酸化炭素分子の酸化後に得られる還元状態の酸素保有酸化物の第２のゾーンから第３のゾーンへの移動、および
−第２のガス流のＣＯ_２分子の還元後に得られる酸化状態の酸素保有酸化物の第３のゾーンから第２のゾーンへの移動、
を実施する輸送手段を備えてもよい。

これらの輸送手段により、第１のガス流の一酸化炭素分子の酸化反応および第２のガス流のＣＯ_２分子の還元の間の酸素保有物質の使用および再利用が可能となり、本発明のプロセスの各々の反復において閉じたサイクルで実施される。

初期ガス流の加熱手段は
−第２のガス流から初期ガス流までの熱エネルギーの移動および／または
−第３のガス流から初期ガス流までの熱エネルギーの移動、
を実施する少なくとも１つの熱交換器を備えてもよい。

そのような熱交換器は第２および第３のガス流の熱エネルギーを回収し、評価できる。

本発明のシステムはまた、炭素を含有する負荷物の炭素元素によるＣＯ_２分子の脱酸反応を増加させるために、炭素を含有する負荷物を初期のガス流により熱分解する前にその炭素を含有する物質のための粉砕手段を有してもよい。

一方で、本発明のシステムは、前記システムを減圧下に置く手段を備えてもよく、それにより、第３のゾーンまでの熱分解ゾーンの異なるガス流の循環が好都合になる。

本発明は、以下の反応：１ＣＯ_２＋１Ｃ＝２ＣＯ（これはＣＯ_２還元反応である）のＣＯを得るために炭素を含有する塩基に対してＣＯ_２を再利用する。この還元は４００／５００℃の熱レベルで部分的に実施されて、１０００℃で完了されてもよい。この温度において、全てのＣＯ_２は、１／２Ｏ_２をＣと交換する。この還元は吸熱（２８３ｋＪ／モル）であるので、それに反応手段を供給する必要がある。

２ＣＯへの１Ｃによる１ＣＯ_２の還元は、以下の２つの結合反応を生じさせることによりなされる：
−１つのＣに対する１／２Ｏ_２（Ｏ）との交換による還元は吸熱性である（２８３ｋＪ／モル）。
−ＣＯ中の１つのＣに対するＣＯ_２の１／２Ｏ_２（Ｏ）との交換は発熱酸化である（１１１ｋＪ／モル）。

２ＣＯへの１Ｃによる１ＣＯ_２の還元の吸熱は２８３ｋＪ／モル−１１１ｋＪ／モル＝１７２ｋＪ／１モルのＣＯ_２である。

１ｋｇのＣＯ_２は２２．７３モル（４４ｇ／モル）により構成されて、それらをＣＯに還元し、それにより、炭素の等価が必要とされる：２２．７３モルのＣ（１２ｇ／モル）または２７２．７６ｇの炭素（Ｃ）を考慮する。この反応により、４５．４６モルのＣＯ（２８ｇ／モル）、すなわち１．２７３ｋｇの一酸化炭素（ＣＯ）が得られる。

これらの条件下で、本発明の２つのＣＯ中のＣに対して再利用するＣＯ_２のエネルギー平衡は以下の通りである：約１，６４４ｋＪが、還元反応の基礎温度（４００／５００℃）にて１ｋｇのＣＯ_２＋等価炭素（２７２．７６ｇまたは５０％炭素にて６／７００ｇの炭素を含有する材料）を上昇させるために必要とされ、約２，２２０ｋＪがその完全な温度（約１０００℃）に到達する。他方で、１ｋｇのＣＯ_２の還元の吸熱は１７２ｋＪ×２２．７３モル＝３，９０９．５６ｋＪである。再利用の全エンタルピーは６，１３０ｋＪ／ｋｇのＣＯ_２にて５，５５４ｋＪである。

１，２７３ｋｇのＣＯの熱エネルギーは２８３ｋＪ／モル×４５．４６モル＝１２，８６５ｋＪである。すなわち、７，３１１ｋＪから６，７３５ｋＪ／ｋｇのＣＯ_２の限定した増加である。

ＣＯ_２還元に有用な２７２．７６ｇの炭素の熱エネルギーは２２．７３モル×３９４ｋＪ／モル＝８，９５６ｋＪである。

要約すると、
−ＣＯに再利用するＣＯ_２のエネルギー平衡は、使用される材料を調整するのに有用なエネルギーを消費する（反応エンタルピー１６４４／２２２０ｋＪ）。一連のプロセスで説明しているように、そのエネルギーは、炭素酸化（燃焼）により開始時に供給され、続いて反応流出物にわたる潜在的および検知できる熱が再利用／回収される。
−ＣＯに再利用するＣＯ_２の熱平衡は、還元剤として使用するエネルギー等価炭素（固形燃料）の燃焼に関して約４，０００ｋＪ／ｋｇのＣＯ_２より多い「完全な」ガス状燃焼の形成下で即座のエネルギーポテンシャルを生じさせる。この状態により、燃焼、収率および燃焼温度ならびに全体のエネルギー収率を最適化できる。

ＣＯに再利用するＣＯ_２の全体の結果は有意である。
−以下の可能性：
−固形燃料よりも十分なガス燃焼の収率および管理、
−使用されるエネルギーの十分な全体の収率、
−熱装置のかなり減少されるメンテナンス、
を有する、（ほぼ純粋な）燃料ガスへの固形燃料の変換から得られる、ガスへの固形燃料の熱転移の最適化、
−３．６６ｋｇのＣＯ_２／消費される固体炭素（ｋｇ）の再利用、およびガス溶液の燃焼後、ＣＯ_２は何度も再利用されてもよい。

本発明は、分子の組合せのために炭素を含有する鎖の構築のためのＣＯの生成、および種々の工業的用途に使用されてもよい。

水素（Ｈ_２）生成システムに関連して、本発明は、ＣＯを生成することにより、メタン（ＣＨ_４）などのハイドロカーバイド（ｈｙｄｒｏｃａｒｂｉｄｅ）の全ての分子の組合せが可能となる。次いでより複雑な合成を有するハイドロカーバイドの組成が現在の精製設備において生成され得る。

本発明は、複数の使用：加熱、冷却、電気、原動力により新エネルギーに変換するための可燃性ガスエネルギー（ＣＯ）の供給源に変換されるエネルギー／供給源（固形燃料についての「熱」エネルギーポテンシャル）の変換に同様に使用されてもよい。

酸素保有物質はＮｉＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＣａＯなどを含有してもよい。

本発明の他の利点および特徴は、本発明の炭素を含有する塩基についての第１のバージョンのＣＯ_２再利用システムの原理の概略が示されている非限定的な実施形態の詳細な説明および添付の図面を参照した後に明らかになるだろう。

図１は本発明のシステムを示す。

図１により表されるシステム１００は第１のゾーン１０２を備える。第１のゾーン１０２は、炭素を含有する材料１０４の熱分解が、高温（１０００℃より高い）にてＣＯ_２の初期ガス流１０６により行われるゾーンである。炭素を含有する材料は好ましくは、ＣＯへの均一反応のために乾燥しているが、異なるガス状化合物の合成を得ることを目的とする場合、湿っていてもよい。この第１のゾーン１０２は多くのレベル１０８を有し、以下：
−炭素を含有する材料の温度の漸進的増加および最適な熱分解温度におけるＣＯ_２の維持、
−炭素を含有する材料、より具体的には炭素元素によるＣＯ_２の脱酸素反応
を可能にするように構成される。

ＣＯ_２の初期ガス流１０６および炭素を含有する材料１０４は、対向流でこの第１のゾーン１０２に連続的に導入される。ＣＯ_２１０６は約１０００℃に規定される反応温度にて導入される。実際に、ＣＯ_２の初期ガス流１０６は、開始段階で専門家により知られているような手段１０１により反応温度にて事前に加熱される。反応が開始すると、以下に説明するようにシステム１００により使用されるエネルギーの再利用に起因して、ガス流ＣＯ_２の加熱は自発的になる。

（Ｂｏｕｄｏｕａｒｄにより定義され、以前に説明した炭素の平衡により）ＣＯ_２の還元反応を実施し、その反応を最適化するために、ＣＯ_２を１０００℃以上の温度に予熱し、その後、炭素を含有する材料の温度を増加させ、あらゆる反応の反転を抑制する手段を用いて即座に反応させるために導入される炭素を含有する原材料１０４に含有される炭素の割合に関して制御した割合でＣＯ_２を導入する。開始段階がプロセスにおける自発的加熱レベルに到達するならば、前記の外部の予熱は停止または減少される。導入されるＣＯ_２の割合は、炭素を含有する材料中の炭素（Ｃ）の割合と等しくなるべきである。すなわち、１モルの炭素（Ｃ）に対して１モルのＣＯ_２。

炭素を含有する材料１０４は、独立して、植物および／または動物バイオマス、二酸化炭素、泥炭、褐炭、残渣、すり減ったタイヤなどであってもよい。それらはＣＯ_２と十分に相互作用するように粉砕していることが好ましい。それらは好ましくは、本発明の反応を得るために「乾燥」されている。炭素を含有する材料は、その保存温度にてチャンバ１０３（当業者に公知の装置により機械化されている）により熱分解の第１のゾーン１０２に導入される。そのチャンバ１０３において、炭素を含有する材料は最後のガス流１２０により対向流で交差される。前記の相互作用により、炭素を含有する材料１０４との流れ１２０の残留熱容量の変化が可能となり、流れ１２０の予熱および冷却が可能となる。次いで炭素を含有する材料は、ＣＯ_２の脱酸（還元）反応により必要とされるレベルに設定される高い温度の約１０００℃の熱分解温度にてＣＯ_２の初期ガス流１０６に対する対向流に従うゾーン１０８に導入される。熱分解は、システムについて規定された構成に応じてレベル間（ｌｅｖｅｌ ａｆｔｅｒ ｌｅｖｅｌ）で持続する。次いでＣＯ_２は、炭素を含有する材料１０４の過熱した炭素とＯをやり取りする。得られたガス状混合物は、中間ゾーンを移動することにより１つのレベル１０８から別のレベルまで通過し、続いて本発明のシステムにおいて全てのゾーンに到達し、そのレベル内で、プロセスの異なるガス流も別の交換器により移動される。したがって、ガス状混合物は、効果的かつ効率的である反応に十分な温度および熱容量を保つ。ＣＯ分子が形成して、高温（９００℃以下）にてＣＯを実質的に含む第１のガス流１１０に集まり、最終的にゾーン１０９において規定される経路を通る。ここで、初期の炭素を含有する残留材料および残留ＣＯ_２はＣＯに完全に変換される。システム１００は公知の抽出手段（図示せず）により減圧下であるので、この第１のガス流１１０は、第１のゾーン１０２から第２のゾーン１１２まで引かれる。

第２のゾーン１１２は、図１においてＭｅＯとして示した金属酸化物などの酸素保有材料を使用する。酸素保有材料ＭｅＯと接触することにより、高温にてＣＯを実質的に含む第１のガス流１１０は酸素保有材料から酸素を分離し、失った酸素原子はその完全燃焼用になる。前記発熱反応は非燃焼下で生じ、ゾーン１０２のチャンバ１０３に導入される場合、炭素を含有する材料１０４の１ｋｇ当たりに生成される１．２７３ｋｇのＣＯ（すなわち４５．４６モルのＣＯ）により１２，８６５ｋＪを生成する。

第２のゾーン１１２は、蒸気生産ボイラーまたは任意の他の公知の熱発生器であってもよい。与えた例において、前記第２のゾーン１１２は、ＣＯ_２の初期ガス流１０６が移動し、第１のゾーン１０２に導入する前に、その熱容量の一部を獲得する熱交換器である。

酸素保有材料ＭｅＯの脱酸は、通常、吸熱反応であり、この吸熱を補償するために、ＣＯの第１のガス流１１０は、プロセスにおける再利用および熱交換の間、非常に高温である。他方で、酸素保有材料ＭｅＯはプロセスにおける熱再利用の間均等に予熱される。

与えた例において、酸素保有材料ＭｅＯは、酸化物「ＮｉＯ」の状態である、ニッケル「Ｎｉ」に基づいた調製物を含んでもよい。この場合、全反応：ＮｉＯの還元およびＣＯの酸化は発熱である：
ＮｉＯ＋ＣＯ＝Ｎｉ＋ＣＯ_２−３８．７ｋＪ／ＣＯのモル。

この反応はＣＯ_２を実質的に含む第２のガス流１１４を生成する。

しかしながら、その第２のゾーン１１２における温度は、酸素保有材料の耐久性を保つために１０００℃以下に維持されるべきである。第２のゾーン１１２を交差する初期ガス流１０６に対する発熱反応の熱転移により、１０００℃以下における第２のゾーンの温度の維持が可能となる。熱転移は、ゾーン１１２および１１６の両方に共通の熱交換器１１８または任意の他の熱回収手段により実施されるので、反応から初期ガス流１０６までのエネルギー転移は、「酸素保有」材料およびガス流が考慮されるゾーンの最適温度を維持することにより徐々に実施される。

第２のゾーン１１２におけるＣＯのＣＯ_２への完全な酸化の時点で、初期ＣＯ_２還元の吸熱（炭素含有材料の熱分解の間、１７２ｋＪ／１モルのＣＯ_２）が以下のように再利用される：
−「酸素保有」材料ＭｅＯはＭｅに非活性化（または還元）され、８００〜１０００℃からなる温度で第２のゾーンから重力（および／または機械的）により抽出される。これらの材料Ｍｅはシステム１００の第３のゾーン１１６への輸送により移動される。
−ＣＯ_２を実質的に含む第２のガス流１１４は９００℃以下の温度で第２のゾーン１１２から出て行く。この第２のガス流は第３のゾーン１１６において９００℃未満の温度で導入され、そこで、第２のゾーン１１２から第３のゾーン１１６に導かれる脱酸または還元された酸素保有材料Ｍｅと接触して再度ＣＯに還元される。

第３のゾーン１１６において、第２のゾーン１１２からの第２のガス流１１４は、不活性化または還元された酸素保有材料Ｍｅと交差し、そのＭｅとＣＯ_２の化合物は以下の反応により酸素原子をやり取りする：
ＣＯ_２＋Ｍｅ＝ＣＯ＋ＭｅＯ。

他方で、この反応は以下を生成する：
−８００℃以下の温度でＣＯを実質的に含む第３のガス流１２０、および
−第２のゾーン１１２において再利用され得る活性化または酸化された酸素保有材料ＭｅＯ。

本発明の実施例において、この反応は以下のように記載される：
ＣＯ_２＋Ｎｉ＝ＣＯ＋ＮｉＯ＋３８．７ｋＪ／１モルのＣＯ_２。

その反応の吸熱は第１のゾーンにおける反応の有効な発熱を０にする。初期ガス流１０６を輸送するための第３の熱交換器１１８はまた、この第３のゾーン１１６にある。ＣＯ_２の初期ガス流１０６は、第３のゾーンから第１のゾーンまでこの熱交換器１１８内を対向流で循環し、開示されている反応のセットに有用な最大熱容量および約１０００℃の温度に到達する。

第３のガス流１２０は、炭素を含有材料が連続して導入されるチャンバ１０３を通してシステム１００から抽出される。対向流での第３のガス流１２０および炭素を含有する材料１０４の接触および相互作用により、炭素を含有する材料が事前に加熱され、１ＣＯ_２＋１ＣにおいてＣＯ分子の全ての反転を抑制することにより第３のガス流１２０を冷却する。

前記反応の熱平衡は欠失している。それは、システムにおける様々な損失（開示した例について約１０％）および流れ１２０の残留熱容量に対応する熱供給を必要とする（「そのまま（ａｓ ｓｕｃｈ）」を使用しない場合、本発明のシステムからそれを抽出している）。前記熱補足は、厳密に制御された熱供給により上流で供給されてもよく、予熱している初期ＣＯ_２１０６のために装置１０１において（酸素燃焼において）ＣＯを消費し、次いでＣＯ_２に変換される前記ＣＯ分子がシステムにおいて再利用される。

第３のゾーン１１６から抽出されるＣＯの第３のガス流１２０は、任意の熱装置において「それ自体」使用されてもよく、ならびに／あるいはモーターおよび／またはガスタービンにおいて電気に変換されてもよい燃焼ガスである。この第３のガス流１２０を構成するＣＯ分子は、合成の炭酸を含む分子複合体の組合せのための主要な分子として使用されてもよく、炭化水素分子における水素（Ｈ_２）の供給および／または生成に関する。

要約すると：
−システム１００の注入口において、１モルのＣＯ_２および１モルの炭素（炭であってもよい、種々の炭素を含有する材料の形態において）が導入される。
−ＣＯ_２は第１のゾーン１２０における熱分解に有用な熱保有物質（「感熱」エネルギー担体）として機能する。
−３９４ｋＪ／モルにおけるエネルギーポテンシャルの炭素。
−排出口において、このシステムは、２８３ｋＪ／モル×２＝５６６ｋＪのエネルギーポテンシャル、すなわち初期ＣＯ_２の還元による２ＣＯにおけるＣのエネルギーの転移に有用な１７２ｋＪのエネルギーを増加させる、２モルのＣＯを生成する。このエネルギーは、外部電源の供給により反応の開始時に供給され、開始段階後のシステムの反応サイクルにおいて回収される。主な反応の最小消費のみが残り、熱損失の補償は使用される装置に特有である。

したがって、本発明のプロセスの全体の収率は９０％より多い。ＣおよびＣＯ_２変換からのエネルギー転移の合計、約５１０ｋＪを考慮すると、そこから、１１６ｋＪ／１モルの初期ＣＯ_２のエネルギーポテンシャルが増加し（生成したＣＯおよびプロセスは前記ＣＯの熱使用について定義される）、生成したエネルギーの再利用に起因して回収した補足的エネルギーの１１６／３９４ｋＪ／１モルのＣＯ_２＝２９．４４％の節約、すなわち大気にＣＯ_２の２９．４４％未満が排出されずに済む（ＧＥＳ）。２モルの工業的ＣＯを生成するために使用される炭素１モル当たり再利用される１モルの二酸化炭素（ＣＯ_２、ＧＥＳ）を考慮すると、大気にガスが放出されない。

本発明は上記に開示した例に限定されないことは十分に理解される。

Claims (19)

1. ＣＯ_２分子を実質的に含むいわゆるＣＯ_２のガス流（１０６）を再利用するプロセスであって、前記プロセスは以下の工程：
   炭素を含有する材料（１０４）の熱分解温度にて前記ＣＯ_２のガス流を加熱する工程と、
   前記ガス流によって炭素元素を含有する炭素を含有する材料（１０４）の負荷物を熱分解する工程であって、前記熱分解は、前記炭素元素によりＣＯ_２分子を還元して、高温にて一酸化炭素分子（ＣＯ）を実質的に含有する第１のガス流（１１０）を生成する、工程と、
   前記一酸化炭素分子（ＣＯ）を酸素元素（Ｏ）により酸化する工程であって、前記酸化が、ＣＯ_２分子を実質的に含有する第２のガス流（１１４）を生成する、工程と、
   前記第２のガス流（１１４）の前記ＣＯ_２分子を還元する工程であって、前記還元が、一酸化炭素分子（ＣＯ）を実質的に含有する第３のガス流（１２０）を供給する、工程と、
   を含むことを特徴とする、プロセス。
2. 前記第１のガス流（１１０）の一酸化炭素分子を酸化する酸素元素が、酸素保有酸化物（ＭｅＯ）により供給され、前記酸素保有物質（ＭｅＯ）が前記酸化後に還元されることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
3. 前記第２のガス流（１１４）のＣＯ_２分子の還元が、一酸化炭素分子（ＣＯ）の酸化後に得られた還元した酸素保有物質（Ｍｅ）により実施されることを特徴とする、請求項２に記載のプロセス。
4. 開始段階を含み、前記開始段階の間のＣＯ_２の初期ガス流の加熱が、炭素を含有する材料の負荷物の燃焼により実施されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプロセス。
5. 前記第２のガス流（１１４）の熱エネルギーの少なくとも一部を回収することを含み、前記熱エネルギーの少なくとも一部が初期ガス流（１０６）を加熱するために使用されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプロセス。
6. 前記第３のガス流（１２０）の熱エネルギーの少なくとも一部を回収することを含み、前記熱エネルギーの少なくとも一部が、前記初期ガス流（１０６）を加熱するため、および／または前記炭素を含有する材料（１０４）を予熱するために使用されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロセス。
7. 前記熱分解温度が８００〜１１００℃からなることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプロセス。
8. １モルの二酸化炭素（ＣＯ_２）に対して１モルの炭素（Ｃ）の割合に関して、熱分解ゾーン（１０２）において炭素を含有する材料（１０４）および初期ガス流（１０６）の連続かつ対向流での導入を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプロセス。
9. 前記熱分解する工程の前に、炭素を含有する負荷物を粉砕する工程を含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のプロセス。
10. 前記第３のガス流（１２０）の少なくとも一部の燃焼により電気エネルギーまたは熱エネルギーを生成することを含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のプロセス。
11. 炭素を含有する乾燥負荷物が、
    植物または動物バイオマス、
    石炭、
    泥炭、
    褐炭、
    残渣、
    すり減ったタイヤ、あるいは
    これらの炭素含有材料の任意の組合せ
    を含むことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のプロセス。
12. ＣＯ_２を実質的に含有するいわゆるガス流（１０６）を再利用するシステム（１００）であって、前記システム（１００）は、
    炭素を含有する材料（１０４）の熱分解温度にて前記初期ガス流（１０６）を加熱する手段（１１８／１０１）と、
    前記熱分解温度にて前記ガス流（１０６）によって炭素を含有する材料（１０４）の負荷物の熱分解を実施する、いわゆる第１の熱分解ゾーン（１０２）であって、前記熱分解は、ＣＯ_２分子を還元し、一酸化炭素分子（ＣＯ）を実質的に含有する第１のガス流（１１０）を生成する、第１の熱分解ゾーン（１０２）と、
    前記一酸化炭素分子（ＣＯ）の酸化を実施する、いわゆる第２の酸化ゾーン（１１２）であって、前記酸化が、ＣＯ_２分子を実質的に含有する第２のガス流（１１４）を生成する、第２の酸化ゾーン（１１２）と、
    前記第２のガス流（１１４）の前記ＣＯ_２分子の還元を実施する、いわゆる第３の還元ゾーン（１１６）であって、前記還元が、一酸化炭素分子（ＣＯ）を実質的に含有する第３のガス流（１２０）を供給する、第３の還元ゾーン（１１６）と、
    を含むことを特徴とする、システム。
13. 酸素保有酸化物（ＭｅＯ）を含有する前記第２のゾーン（１１２）が、酸素元素の供給を提供して前記第１のガス流（１１０）の一酸化炭素分子を酸化し、前記酸化後に前記酸素保有物質が還元されることを特徴とする、請求項１２に記載のシステム。
14. 還元状態の酸素保有酸化物（Ｍｅ）を含有する前記第３のゾーン（１１６）が、前記第２のガス流（１１４）のＣＯ_２分子の還元を実施することを特徴とする、請求項１２または１３に記載のシステム。
15. 前記第１のガス流（１１０）由来の一酸化炭素分子（ＣＯ）の酸化後に得られた還元状態の酸素保有酸化物（Ｍｅ）の前記第２のゾーン（１１２）から前記第３のゾーン（１１６）までの移動、および
    前記第２のガス流（１１４）由来のＣＯ_２分子の還元後に得られた酸化状態の酸素保有酸化物（ＭｅＯ）の前記第３のゾーン（１１６）から前記第２のゾーン（１１２）までの移動、
    を実施する輸送手段を備えることを特徴とする、請求項１３および１４に記載のシステム。
16. 前記酸素保有物質がニッケルに基づくことを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のシステム。
17. 少なくとも１つの熱交換器（１１８）を含む、前記初期ガス流を加熱する手段が、
    前記第２のガス流（１１４）から前記初期ガス流（１０６）までの熱エネルギーの移動、および／または
    前記第３のガス流（１２０）から前記初期ガス流（１０６）までの熱エネルギーの移動、
    を実施することを特徴とする、請求項１２〜１６のいずれか一項に記載のシステム。
18. 炭素を含有する負荷物を粉砕する手段を備えることを特徴とする、請求項１２〜１７のいずれか一項に記載のシステム。
19. 前記システムを減圧下に置く手段を備えることを特徴とする、請求項１２〜１８のいずれか一項に記載のシステム。

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