阅读说明：本技术 二氧化碳还原系统和二氧化碳还原方法 (Carbon dioxide reduction system and carbon dioxide reduction method ) 是由 R.达萨纳雅克阿鲁特吉 新明健一 御山稔人 于 2019-02-22 设计创作，主要内容包括：本发明的二氧化碳还原系统(1)具备输送二氧化碳的输送路径(4)和使从输送路径(4)导入并且经过了加热的二氧化碳还原的还原装置(5),在输送路径(4)中,通过可再生能源和排出热中的至少一者对二氧化碳进行加热。(A carbon dioxide reduction system (1) is provided with a transport path (4) for transporting carbon dioxide and a reduction device (5) for reducing the heated carbon dioxide introduced from the transport path (4), wherein the carbon dioxide is heated by at least one of renewable energy and exhaust heat in the transport path (4).)

二氧化碳还原系统和二氧化碳还原方法

技术领域

本发明涉及用于使二氧化碳还原的二氧化碳还原系统和二氧化碳还原方法。

背景技术

以往，在发电设备、炼钢设备等中，由于使用石油、煤等的化石燃料，而排出大量包含二氧化碳的排出气体。此外，即使在焚化炉中，也会通过焚烧废弃物等可燃物，而排出大量包含二氧化碳的排出气体。近年，为了抑制全球变暖并构建可持续的社会，抑制二氧化碳的排出量变得重要，并进行了有效活用包含二氧化碳的排出气体的尝试。

例如，专利文献1中公开了，在通过逆移反应(Reverse shift reaction)将排出气体中的二氧化碳和氢的至少一部分改性为一氧化碳和水蒸气后，通过对改性得到的气体进行微生物发酵而生成有机物质。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-77120号公报

发明内容

发明所解决的技术问题

二氧化碳的热能较低，需要加热才能还原成一氧化碳等有用物质。然而，即使对二氧化碳进行加热，通常也会产生二氧化碳，因此即使将二氧化碳还原成有用物质，也难以助于削减二氧化碳。

因此，本发明的问题在于，提供可以有助于削减二氧化碳的二氧化碳还原系统和二氧化碳还原方法。

解决问题的技术手段

本发明人等进行深入研究的结果发现，通过可再生能源或排出热对二氧化碳进行加热，从而能够有助于削减二氧化碳，完成了以下的本发明。本发明的主旨如以下的[1]～[12]所示。

[1]一种二氧化碳还原系统，其具备：使二氧化碳还原的还原装置、和

将二氧化碳输送至所述还原装置的输送路径，其中，

所述输送路径中，通过可再生能源和排出热中的至少一者对二氧化碳进行加热。

[2]根据所述[1]所述的二氧化碳还原系统，其中，

所述可再生能源利用了选自太阳能发电、风力发电、水力发电、波浪发电、潮汐发电、生物质发电、地热发电、太阳热和地热中的至少1种。

[3]根据所述[1]或[2]所述的二氧化碳还原系统，其中，

所述排出热是燃烧炉中产生的热。

[4]根据所述[1]～[3]中任一项所述的二氧化碳还原系统，其进一步具备二氧化碳分离装置，其中，

所述输送路径的二氧化碳，通过利用所述二氧化碳分离装置将二氧化碳从包含二氧化碳的排出气体中分离而得到。

[5]根据所述[4]所述的二氧化碳还原系统，其进一步具备燃烧炉，其中，

所述排出气体为所述燃烧炉中产生的排出气体，

所述输送路径是使二氧化碳以被所述燃烧炉中产生的热而加热的方式进行循环的循环路径。

[6]根据所述[5]所述的二氧化碳还原系统，其具备对所述燃烧炉中产生的包含二氧化碳的排出气体进行冷却的热交换器，其中，

所述循环路径将二氧化碳输送至所述热交换器，

在所述热交换器中，使所述二氧化碳与所述排出气体进行热交换而被加热。

[7]根据所述[6]所述的二氧化碳还原系统，其中，

所述燃烧炉具备使被燃烧物进行燃烧的燃烧室和与所述燃烧室连接的气体排出路径，所述热交换器安装于所述气体排出路径处。

[8]根据所述[1]～[7]中任一项所述的二氧化碳还原系统，其中，

所述还原装置使二氧化碳还原成一氧化碳。

[9]根据所述[1]～[8]中任一项所述的二氧化碳还原系统，其中，

所述还原装置是使二氧化碳和氢通过逆移反应而生成一氧化碳和水的逆移反应装置。

[10]根据所述[1]～[9]中任一项所述的二氧化碳还原系统，其中，

所述还原装置是化学循环型反应装置。

[11]一种二氧化碳还原方法，其具备：

通过可再生能源和排出热中的至少一者对二氧化碳进行加热的工序；和使所述经过了加热的二氧化碳还原的工序。

[12]根据所述[11]所述的二氧化碳还原方法，其进一步包含将二氧化碳从包含二氧化碳的排出气体中进行分离的工序。

此外，本发明进一步提供以下的[13]～[19]。

[13]一种二氧化碳还原系统，其具备：

燃烧炉；

将二氧化碳从所述燃烧炉中产生的包含二氧化碳的排出气体中分离的二氧化碳分离装置；

使被所述二氧化碳分离装置分离的二氧化碳以被所述燃烧炉中产生的热而加热的方式进行循环的循环路径；和

使所述经过了加热的二氧化碳还原的还原装置。

[14]根据所述[13]所述的二氧化碳还原系统，其中，

所述还原装置使二氧化碳还原成一氧化碳。

[15]根据所述[13]或[14]所述的二氧化碳还原系统，其中，

所述还原装置是使二氧化碳和氢通过逆移反应而生成一氧化碳和水的逆移反应装置。

[16]根据所述[13]～[15]中任一项所述的二氧化碳还原系统，其中，

所述还原装置是化学循环型反应装置。

[17]根据所述[13]～[16]中任一项所述的二氧化碳还原系统，其具备对所述燃烧炉中产生的包含二氧化碳的排出气体进行冷却的热交换器，其中，

所述循环路径将被所述二氧化碳分离装置分离的二氧化碳输送至所述热交换器，在所述热交换器中，使所述二氧化碳与所述排出气体进行热交换而被加热。

[18]根据所述[17]所述的二氧化碳还原系统，其中，

所述燃烧炉具备使被燃烧物进行燃烧的燃烧室和与所述燃烧室连接的气体排出路径，所述热交换器安装于所述气体排出路径处。

[19]一种二氧化碳还原方法，其具备：

将二氧化碳从燃烧炉中产生的包含二氧化碳的排出气体中进行分离的工序；

通过所述焚化炉中产生的热对所述分离得到的二氧化碳进行加热的工序；和

使所述经过了加热的二氧化碳还原的工序。

发明效果

本发明可有助于削减二氧化碳。

附图说明

[图1]是表示本发明的二氧化碳还原系统的概要图。

[图2]是表示本发明的二氧化碳还原系统的一个实施方式的示意图。

[图3]是表示本发明的二氧化碳还原系统中使用的燃烧炉的一个实例的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的二氧化碳还原系统和二氧化碳还原方法进行说明。如图1所示，本发明的二氧化碳还原系统1具备输送路径4和还原装置5。

在优选的一个实施方式中，本发明的二氧化碳还原系统1进一步包含二氧化碳分离装置3。通常而言，不能说包含二氧化碳的排出气体具有充分高的二氧化碳浓度，也不能说直接利用就能够高效地生成有用物质。然而，通过二氧化碳分离装置3分离排出气体中包含的二氧化碳之后进行加热，将经过了加热的二氧化碳还原，从而能够高效地进行排出气体中包含的二氧化碳的还原。

以下，对优选的一个实施方式详细地进行说明。

二氧化碳(CO₂)分离装置3是将二氧化碳从包含二氧化碳的排出气体中分离的装置。将二氧化碳分离的装置没有特别限定，但是作为分离方式，可举出：化学吸收法、固体吸收法、膜分离法等，其详细内容如后述的一个实施方式中所述。包含二氧化碳的排出气体没有特别限定，可举出：从燃烧炉排出的排出气体、从水泥厂排出的排出气体、从发电厂(火力)排出的排出气体、从炼钢厂排出的排出气体、从炼油厂排出的排出气体等。

输送路径4是将二氧化碳分离装置3中分离的二氧化碳输送至还原装置5的路径。分离得到的二氧化碳在输送路径4中通过加热手段2得到加热。可以通过在输送路径4中对二氧化碳进行加热，而将加热了的二氧化碳以较少的热损失导入还原装置5中。

输送路径4只要是连接二氧化碳分离装置3和还原装置5的路径，就没有特别限定，可以由管道(pipe)、管等构成。管道可以是任何形状，例如可以是板状。此外，就输送路径4而言，可以在该路径的途中具备容器、罐等，例如分离得到的二氧化碳可以在该容器、罐等中通过加热手段2而被加热。分离得到的二氧化碳例如可以暂时留在所述容器、罐等中。

需要说明的是，优选输送路径4为后述的实施方式中所示的循环路径。循环路径是使二氧化碳分离装置3中分离得到的二氧化碳以通过作为排出气体产生源的燃烧炉等中产生的热而被加热的方式进行循环的路径。

加热手段2通过可再生能源和排出热中的至少一者对分离得到的二氧化碳进行加热。可再生能源利用了选自太阳能发电、风力发电、水力发电、波浪发电、潮汐发电、生物质发电、地热发电、太阳热和地热中的至少1种。此外，就排出热而言，可举出：还原装置中产生的热、还原装置以外的装置中产生的热。作为所述还原装置以外的装置中产生的热，例如可举出：燃烧炉中产生的热、水泥厂中产生的热、发电厂(火力)中产生的热、炼钢厂中产生的热、炼油厂中产生的热等。这些可以单独使用1种，也可以组合使用2种以上。

加热手段2只要能够在输送路径4中对分离得到的二氧化碳进行加热，就没有特别限定，优选由热交换器构成。就热交换器而言，例如通过使被所述可再生能源或排出热中的至少一者而加热的加热介质与在输送路径4中输送的二氧化碳进行热交换，而对二氧化碳进行加热。作为加热介质，可举出液体、气体等流体。

热交换器没有特别限定，可举出：使作为输送路径4的一部分的管、管道等与所述加热介质接触的热交换器；加热介质通过其内部的结构体的外周面上安装有管、管道等的热交换器；在所述加热介质内部配置有管、管道等的热交换器等。

加热手段2可以是可再生能源、排出热等构成的热线，就热线而言，例如，可以从外周面照射至构成输送路径4的管道、管、容器、罐等。此外，例如可以使太阳光直接照射在管道、管、容器、罐等的外周面上。就加热手段2而言，可以是通过各种发电而被加热的加热器，可以在构成输送路径4的管、管道、容器、罐的内部配置加热器，也可以从这些的外部用加热器进行加热。此外，例如可以通过将管道、管等的输送路径4的至少一部分埋入地底而通过地热得到加热。

还原装置5还原从输送路径4导入并且通过加热手段2得到加热的二氧化碳。还原装置只要能够还原二氧化碳，就没有特别限定，优选为下述逆移反应装置、甲烷化装置、甲醇合成装置、乙醇制造装置、丙烯酸合成装置，更优选为逆移反应装置，进一步优选为化学循环型反应装置。还原装置5的细节、在还原装置5中进行的二氧化碳还原的细节、生成的物质等如后所述。

如上所述，在本发明中，二氧化碳通过可再生能源或排出热而被加热，并且由于加热二氧化碳并不会排出新的二氧化碳。因此，可以充分有助于削减二氧化碳。

以下，使用一个实施方式对本发明更详细地进行说明。在以下说明的一个实施方式的二氧化碳还原系统和二氧化碳还原方法中，供给至二氧化碳分离装置的排出气体是燃烧炉中产生的排出气体，并且二氧化碳通过燃烧炉中产生的热(排出热)而被加热。因此，以下的一个实施方式的二氧化碳还原方法还包含利用二氧化碳而回收排出热的热回收工序。

图2表示本发明的一个实施方式的二氧化碳还原系统10。

二氧化碳还原系统10具备：燃烧炉11、热交换器20、二氧化碳(CO₂)分离装置30、循环路径40和还原装置50。

(燃烧炉)

就二氧化碳还原系统10中的燃烧炉11而言，例如可举出对废弃物等进行焚烧的焚化炉。焚化炉的种类没有特别限定，可使用炉排式焚烧炉(Stoker incinerator)、流动床式焚化炉、窑式焚化炉、气化熔融炉等公知的。焚化炉可以组合这些方式的2种以上。燃烧炉11优选为这些中的炉排式焚烧炉。此外，燃烧炉11不限于对废弃物进行焚烧的，只要是使在通过使被燃烧物进行燃烧而产生的排出气体中含有二氧化碳的，则可以是高炉等使焦炭等废弃物以外的进行燃烧的。作为燃烧炉11，优选是焚烧废弃物的焚化炉。

图3是燃烧炉11为炉排式焚烧炉的情况下的示意图。炉排式焚烧炉如图3所示，具备：投入废弃物等被燃烧物的投入口12、使投入的被燃烧物进行燃烧的炉排(Stoker)13、将通过炉排13中的燃烧而生成的焚烧灰排出的灰排出口14。

通常而言，炉排13为阶梯状或倾斜状，从投入口12投入至炉排13上段的被燃烧物在炉排13的上段得到干燥，然后被输送至中段并且使被燃烧物在中段进行燃烧。接着，将得到燃烧的被燃烧物输送至后段并在后段进行后燃烧，成为焚烧灰并从灰排出口14排出。此外，在炉排13中，为了使被燃烧物进行燃烧，而从炉排13的下方等输送氧、空气等。

燃烧炉11中，使被燃烧物进行燃烧的燃烧室17由设置有炉排的下段燃烧室15和与下段燃烧室15的上方连接的气体燃烧室16组成，通过炉排13中的燃烧产生的气体在气体燃烧室16中进行进一步燃烧。气体燃烧室16中进一步燃烧的气体，作为排出气体，通过与气体燃烧室16(即，燃烧室17)连接的气体排出路径18而排出至燃烧炉11的外部，输送至下述二氧化碳分离装置30。

排出气体包含通过被燃烧物的燃烧而生成的二氧化碳。此外，根据燃烧炉11的燃料方式，例如可以是包含二氧化碳、一氧化碳、氢的合成气体。此外，通常而言，排出气体中除了二氧化碳以外，还可以包含氮、氧和水(水蒸气)，除了这些之外，还可以进一步包含一氧化碳、氢。

就排出气体而言，例如可以包含二氧化碳为2～30质量％、一氧化碳为15～45％、氢为10～50％、氮为25～67质量％、氧为0.5～20质量％、水为5～40质量％的气体。此外，例如可以包含二氧化碳为2.5～25质量％、氮为35～70质量％、氧为4～18质量％、水为10～35质量％的气体。

就从燃烧室17输送至气体排出路径18的排出气体的温度T1而言，由于是刚刚燃烧后的气体，因此是高温的。具体而言，例如为200～1300℃，优选为300～900℃。

需要说明的是，上文中，燃烧室17显示为由下段燃烧室15和气体燃烧室16构成，但是气体焚烧室16可以省略，下段燃烧室15可以直接与气体排出路径18连接。此外，上文中，虽然以燃烧炉为炉排式焚烧炉的情况为例子进行了说明，但是燃烧炉可以是任一种，只要适宜使用具备燃烧室和气体排出路径的公知的燃烧炉即可。

(热交换器)

二氧化碳还原系统10如上所述具备热交换器20。在本实施方式中，热交换器20安装于气体排出路径18。热交换器20将从燃烧室17送入的排出路径18内部的排出气体进行冷却。

需要说明的是，通过热交换器20的内部的介质是下述通过二氧化碳分离装置30而分离得到的二氧化碳。热交换器20内部的二氧化碳通过与从燃烧室17送入、在气体排出路径18内部并且具有高温的排出气体进行热交换而被加热。

热交换器20可以为任意方式，可以为管式、板式中的任一种，也可以是这些的组合。此外，就管式而言，例如，导热管可以卷绕成线圈状、电容器状，也可以将多根管捆束。此外，热交换器20可以如图3所示设置在气体排出路径18内部，也可以以沿着气体排出路径18外周面的方式进行设置，优选设置在气体排出路径18内部。

此外，在气体排出路径18内部，除了热交换器20以外，还可以设置有热交换器(未图示)，通过该热交换器使气体排出路径18内部的排出气体冷却。就这样的热交换器而言，例如，构成锅炉的一部分并且通过排出气体而被加热的热交换器内部的介质可以用于驱动锅炉。

通过热交换器20冷却的排出气体从气体排出路径18排出至燃烧炉11的外部，如图2所示，输送至二氧化碳分离装置30。此处，排出气体可以直接输送至二氧化碳分离装置30，优选在进行了各种处理后，输送至二氧化碳分离装置30。

例如，如图2所示，在气体排出路径18与二氧化碳分离装置30之间的路径上，设置有冷却装置21，通过热交换器20冷却的排出气体可以在冷却装置21中进行进一步冷却后，被输送至二氧化碳分离装置30。作为冷却装置21没有特别限定，可举出：热交换器、冷却塔等。冷却塔只要使用水喷雾式、空气冷却式等通常在焚化炉中使用的即可。

此外，在气体排出路径18与二氧化碳分离装置30之间的路径上，可以设置清洁装置22，通过热交换器20冷却的排出气体在清洁装置22中得到清洁后，被输送至二氧化碳分离装置30。作为清洁装置22，可举出：袋滤器等煤烟除去装置、活性炭过滤器等各种吸附过滤器、脱硝反应塔等氮氧化物除去装置、酸性气体除去装置等，通过这些清洁装置除去煤烟、二噁英、氯化氢、硫氧化物、氮氧化物、有机物等。

需要说明的是，可以在二氧化碳还原系统10中设置冷却装置21和清洁装置22中的任一者，可以设置两者，也可以两者都不设置。此外，可以设置冷却装置21和清洁装置22以外的处理装置。此外，冷却装置21和清洁装置22可以分别为单个，也可以设置多个。

输送至二氧化碳分离装置30的排出气体通过如上所述的热交换器20得到冷却，此外，如上所述，根据需要进一步通过冷却装置21而进行冷却，从而变成低温。但是，具有耐热性的二氧化碳分离装置30等，根据二氧化碳分离装置30的种类而定，可以在不通过冷却装置21进行冷却的情况下输送至二氧化碳分离装置30。此外，就排出气体而言，可以在不通过下述热交换器20进行冷却的情况下，或不通过热交换器20和冷却装置21中的任一者进行冷却的情况下，输送至二氧化碳分离装置30。

优选输送至二氧化碳分离装置30的排出气体的温度T2例如为0～500℃，优选为5～450℃。通过将温度T2设置在所述范围内，而可以在不对二氧化碳分离装置30造成负担的情况下，适当地从排出气体中分离二氧化碳。

需要说明的是，从气体排出路径18排出的排出气体可以在通过鼓风机(未图示)等而被赋予压力的状态下，被输送至二氧化碳分离装置30。

(二氧化碳分离装置)

二氧化碳分离装置30将二氧化碳从燃料炉11送入的排出气体中分离。作为二氧化碳分离装置30的分离方式，没有特别限定，可举出：化学吸收法、固体吸收法、膜分离法等。作为使用化学吸收法的装置，例如可举出：将排出气体中的二氧化碳吸收至包含胺溶液等的溶液中而进行分离的装置、利用了压力变动吸附法(PSA法)等的装置等。作为使用固体吸收法的装置，可举出将可以吸收二氧化碳的固体吸收剂担载在多孔质支撑体上的装置等。此外，可以为利用了TSA(变温吸附，Thermal Swing adsorption)法的装置等。作为膜分离法中使用的装置，可举出二氧化碳分离膜。作为二氧化碳分离膜，可举出PBI类(聚苯并咪唑类)的分离膜等。PBI类分离膜具有耐热性，即使在相对高温的排出气体的情况下也可以将二氧化碳分离。在这些中，优选使用二氧化碳分离膜。

在本发明中，二氧化碳分离装置30中的二氧化碳的分离，不需要严格地从排出气体单独分离二氧化碳，只要分离成二氧化碳含有率得到了提高的气体和其它气体即可。二氧化碳含有率得到了提高的气体中的二氧化碳含有率优选为30～100质量％，更优选为55～99质量％。需要说明的是，在本说明书，为了简化说明，也将这样二氧化碳含有率得到了提高的气体简称为分离得到的二氧化碳进行说明。

分离得到的二氧化碳通过循环路径40被输送至所述热交换器20，被用作通过热交换器20内部的介质。此处，分离得到的二氧化碳的温度T3，例如为0～550℃，优选为5～450℃。因此，在热交换器20内部中，分离得到的二氧化碳与燃烧炉11内部产生的排出气体进行热交换而被加热。由此，可高效地利用通过燃烧炉11内部的燃烧产生的热能。

在热交换器20中，经过了加热的二氧化碳通过循环路径40被输送至还原装置50。另一方面，燃烧炉11中产生的排出气体由通过热交换器20内部的二氧化碳而被冷却，如上所述，被排出至燃烧炉11的外部并输送至二氧化碳分离装置30。

二氧化碳分离装置30中分离得到的二氧化碳可以例如通过鼓风机等，在被赋予压力的状态下，通过循环路径40，被输送至还原装置50。此处，就循环路径40的内部的压力而言，例如，优选为101.35～999kPa，更优选为101.50～500kPa。就二氧化碳而言，在被赋予压力后通过循环路径40，从而在热交换器20中高效地进行热交换。

需要说明的是，二氧化碳分离装置30中分离得到的二氧化碳只要以通过所述热交换器20内部的方式进行循环即可，例如，可以以也通过所述冷却装置21中使用的热交换器的内部的方式进行循环。即，分离得到的二氧化碳可以依次通过冷却装置21的热交换器内部和热交换器20内部，被输送至还原装置50。如果根据这样的方式，则分离得到的二氧化碳通过燃烧炉11中产生的热能而更高效地得到加热。

(还原装置)

如上所述，向还原装置50中供给由热交换器20等加热的二氧化碳。此处，向还原装置50中供给的二氧化碳的温度T4优选为200～900℃，更优选为300～700℃。通过将二氧化碳的温度T4设置在所述范围内，而能够减少还原装置50中追加性的加热，并且，即使不进行加热，也可以将二氧化碳还原。

在还原装置50中，使供给的二氧化碳被还原。此处，通过二氧化碳的还原得到的物质可以是一氧化碳，也可以是甲烷、甲醇、乙酸、乙烷、乙烯等有机物质，但是优选为一氧化碳。优选还原装置50可以通过吸热反应进行还原，优选为进行逆移反应的逆移反应装置，更优选为化学循环型反应装置。

此外，为了通过二氧化碳的还原而得到所述物质，优选将二氧化碳以外的气体成分供给至还原装置50，具体而言，优选如图2所示，供给氢气。当供给氢气时，通过以下式(1)表示的逆移反应，由二氧化碳和氢生成一氧化碳和水。

CO₂+H₂→CO+H₂O (1)

优选供给至还原装置50的氢得到了加热。具体而言，就所供给的氢而言，例如，可以加热至200℃以上，但是在是后述的一锅型反应的情况下，例如可以加热至300～900℃以上，更优选为350～750℃。此外，在化学循环反应的情况下，优选为200～700℃，更优选为200～650℃。

氢的加热方法没有特别限定，可以与二氧化碳同样，通过使氢作为介质通过安装于燃烧炉(气体排出路径)的热交换器的内部、冷却装置21的热交换器内部而进行加热，也可以通过其他方法进行加热。

逆移反应装置例如是内部填充有促进所述(1)的反应的逆移反应用催化剂的反应器，是在同一反应器内部进行二氧化碳的还原和氢的氧化这两者的反应器。需要说明的是，这样在同一反应器内部进行二氧化碳的还原和氢的氧化这两者的逆移反应，在本说明书中也称为一锅型反应。

在一锅型反应中，通过使二氧化碳和氢通过同一反应器内部，而在该反应器内部生成一氧化碳和水(水蒸气)，从该反应器排出一氧化碳和水(水蒸气)。

一锅型反应中的反应器内部的气体温度例如为300～1000℃，优选为450～850℃。如上所述，预先将供给至还原装置50的二氧化碳、或二氧化碳和氢进行加热。因此，反应器可以不进行加热，但是在气体温度未达到所述温度等情况下，可以进行加热。

作为所述一锅型反应中使用的逆移反应用催化剂，可举出含有钌(Ru)、铑(Ru)等贵金属催化剂、Mn、Fe、Co等金属催化剂的催化剂等。

此外，就逆移反应而言，作为更优选的方式，有化学循环型反应。化学循环型反应中使用的反应装置(化学循环型反应装置)具备第1和第2反应器，所述式(1)表示的反应作为第1和第2反应而分别在第1和第2反应器中进行。具体而言，分别将金属氧化物催化剂填充至第1和第2反应器，在一个反应器中进行将二氧化碳还原成一氧化碳的第1反应，在另一个反应器中进行将氢氧化成水的第2反应。所述第1和第2反应分别由以下的式(2)、(3)的反应式表示。

通过将二氧化碳供给至一个反应器中，将氢供给至另一个反应器中，而分别进行第1和第2反应，从一个反应器排出包含一氧化碳的气体，从另一个反应器排出包含水(水蒸气)的气体。

CO₂(气体)+MO_x-1(固体)→CO(气体)+MO_x(固体) (2)

H₂(气体)+MO_x(固体)→H₂O(气体)+MO_x-1(固体) (3)

(需要说明的是，在式(2)、(3)中，M表示金属，x表示正整数。)

作为化学循环型反应装置，可举出具有使金属氧化物催化剂在两个反应器间进行循环的催化剂循环路径的反应装置。在该化学循环型反应装置中，在将二氧化碳供给至第1反应器进行还原反应并排出一氧化碳的同时，将氢供给至第2反应器进行氧化反应并排出水。此外，在第1反应器中进行了氧化的金属氧化物催化剂被输送至第2反应器，并且在第2反应器中进行了还原的金属氧化物催化剂被输送至第1反应器，从而使金属氧化物催化剂进行循环。这样通过使金属氧化物催化剂进行循环，即使分别在第1和第2反应器中分别重复进行还原和氧化，金属氧化物催化剂也可以长时间持续使用而不失活。

此外，作为化学循环型反应装置，可以是对催化剂进行固定并切换供给至各反应器的气体的类型的反应装置。该类型的化学循环型反应装置具备分别填充有金属氧化物催化剂的第1和第2反应器，第1和第2反应器均安装有向其供给二氧化碳和氢的管线。并且，二氧化碳被供给至一个反应器中，在该反应器中进行还原反应，排出一氧化碳，同时，氢被供给至另一个反应器中，在该反应器中进行氧化反应，排出水。

被供给二氧化碳的反应器和被供给氢的反应器随时间推移而适当地进行切换，由此，在各反应器中，重复进行金属氧化物催化剂的氧化和还原，金属氧化物催化剂可以长时间持续使用而不失活。

在化学循环型反应装置中，第1反应器(即，进行二氧化碳的还原的反应器)内部的气体温度例如为450～1000℃，优选为500～850℃。此外，第2反应器(即，进行氢的氧化的反应器)内部的气体温度例如为300～800℃，优选为300～750℃。

第1和第2反应器可以不进行加热，但是在向这些反应器供给的二氧化碳和氢的气体温度未到达所述温度等情况下，可以进行加热。

化学循环型反应装置中的金属氧化物催化剂只要使用公知的金属氧化物催化剂即可，例如可举出选自La、Sr、Co、Ce、Zr、Y和Fe中的1种或2种以上金属的氧化物等。作为氧化物，可以是具有钙钛矿型的晶体结构的氧化物等。

还原装置50中得到的一氧化碳可以进一步通过微生物发酵等而变换为有机物质等。此外，还原装置50中得到的水可以通过适当液化等而去除。

如上所述，如果根据本实施方式，则通过利用燃烧炉中生成的热能将二氧化碳分离装置中分离得到的二氧化碳进行加热后进行还原，能够高效地将燃烧炉中产生的排出气体中包含的二氧化碳还原。此外，在本实施方式中，能够通过将热容较大并且不活泼的二氧化碳设为热回收介质，安全并且高效地对燃烧炉中产生的热进行回收。

需要说明的是，在以上的实施方式中，设置有对燃烧炉中产生的包含二氧化碳的排出气体进行冷却的热交换器，但是也可以不设置热交换器，燃烧炉中产生的包含二氧化碳的排出气体可以在不被热交换器冷却的情况下输送至二氧化碳分离装置。

但是，在该情况下，由于分离得到的二氧化碳需要通过燃烧炉中产生的热得到加热，因此，例如可以使管道等通过燃烧室，使二氧化碳分离装置中分离得到的二氧化碳通过该管道而对二氧化碳进行加热。

符号说明

1 二氧化碳还原系统

2 加热手段

3 二氧化碳分离装置

4 输送路径

5 还原装置

10 二氧化碳还原系统

11 燃烧炉

12 投入口

13 炉排

14 灰排出口

15 下段燃烧室

16 气体燃烧室

17 燃烧室

18 气体排出路径

20 热交换器

21 冷却装置

22 清洁装置

30 二氧化碳分离装置

40 循环路径

50 还原装置