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公開番号2025041169
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-26
出願番号2023148297
出願日2023-09-13
発明の名称合成ガス製造装置
出願人株式会社豊田中央研究所
代理人個人,個人
主分類C01B 32/40 20170101AFI20250318BHJP(無機化学)
要約【課題】比較的小規模で、且つ、排ガスから合成ガスへの変換効率が高い合成ガス製造装置を提供する。
【解決手段】合成ガス製造装置であって、排ガスの供給時には二酸化炭素を吸収し、二酸化炭素を吸収した状態での水素の供給時には一酸化炭素を放出するCO₂吸収還元型触媒が内蔵された第1反応器と、水素の供給時には還元され、還元された状態での二酸化炭素および水の供給時には酸化されつつ一酸化炭素および水素を生成する不定比金属酸化物が内蔵された第2反応器と、第1反応器と第2反応器とを接続する接続流路と、合成ガス製造装置を制御する制御部と、を備え、制御部は、CO₂吸収還元型触媒に二酸化炭素を吸収させつつ不定比金属酸化物を還元させる吸収還元工程と、一酸化炭素を含んだ水素供給時ガスを第2反応器へ供給させつつ第2反応器から合成ガスを送出させる供給送出工程と、を交互に実行する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
一酸化炭素および水素を含む合成ガスを製造する合成ガス製造装置であって、
二酸化炭素を含む排ガスの供給時には前記排ガス中の二酸化炭素を吸収するとともに、二酸化炭素を吸収した状態での水素の供給時には一酸化炭素を放出するＣＯ
2
吸収還元型触媒が内蔵された第１反応器と、
水素の供給時には還元されるとともに、還元された状態での二酸化炭素および水の供給時には酸化されつつ二酸化炭素および水を還元して一酸化炭素および水素を生成する不定比金属酸化物が内蔵された第２反応器と、
前記第１反応器と前記第２反応器とを接続する接続流路と、
前記合成ガス製造装置を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第１反応器へ前記排ガスを供給させることで前記ＣＯ
2
吸収還元型触媒に二酸化炭素を吸収させつつ、前記第２反応器へ水素を供給させることで前記不定比金属酸化物を還元させる吸収還元工程と、
前記第１反応器へ水素を供給させることで前記ＣＯ
2
吸収還元型触媒から放出される一酸化炭素を含んだ水素供給時ガスを前記第２反応器へ供給させつつ、前記第２反応器から前記合成ガスを送出させる供給送出工程と、を交互に実行する、合成ガス製造装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
請求項１に記載の合成ガス製造装置であって、
前記制御部は、さらに、
前記吸収還元工程を実行したのち前記供給送出工程を実行する前に、前記第１反応器内を減圧脱気させること、もしくは、前記第１反応器へ不活性ガスを供給させることで、前記第１反応器に残留した前記排ガスを前記合成ガス製造装置の外部に除去させる除去工程と、
前記供給送出工程を実行したのち前記吸収還元工程を実行する前に、前記第１反応器内を減圧脱気させること、もしくは、前記第１反応器へ不活性ガスを供給させることで、前記第１反応器に残留した前記水素供給時ガスを前記第２反応器内に供給させる供給工程と、を実行する、合成ガス製造装置。
【請求項３】
請求項１に記載の合成ガス製造装置であって、さらに、
前記第１反応器と、前記第２反応器と、前記接続流路と、を含む複数のユニットを備え、
前記ユニットの各々は並列に配置され、
前記制御部は、前記合成ガス製造装置による前記合成ガスの製造時において、前記ユニットの各々が互いに異なるタイミングで前記吸収還元工程を開始するよう制御するとともに、前記吸収還元工程を実行している前記ユニットが常に少なくとも１つ存在している第１状態を維持する、合成ガス製造装置。
【請求項４】
請求項３に記載の合成ガス製造装置であって、
前記制御部は、前記合成ガス製造装置による前記合成ガスの製造時において、前記第１状態に加えて、前記ユニットの各々が互いに異なるタイミングで前記供給送出工程を開始するよう制御するとともに、前記供給送出工程を実行している前記ユニットが常に少なくとも１つ存在している第２状態を維持する、合成ガス製造装置。
【請求項５】
請求項１に記載の合成ガス製造装置であって、さらに、
前記水素供給時ガスに含まれる一酸化炭素のモル量および二酸化炭素のモル量を測定する濃度測定部を備え、
前記制御部は、前記濃度測定部が測定した値に基づいて前記供給送出工程時に前記第２反応器から送出される前記合成ガスに含まれる一酸化炭素の合計モル量を推算し、推算した一酸化炭素の合計モル量に対する前記第１反応器へ供給した水素の合計モル量のモル比が、１．０以上、かつ、３．０以下の範囲の値となるよう、前記第１反応器へ供給する水素の量を調整する、合成ガス製造装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の合成ガス製造装置であって、さらに、
前記吸収還元工程時に前記第１反応器に供給されたのち排出された前記排ガスと前記第２反応器に供給される水素との間で熱交換を行わせる第１熱交換器と、
前記吸収還元工程時に前記第１反応器に供給される前記排ガスと前記第２反応器から送出された水を含むガスとの間で熱交換を行わせる第２熱交換器と、
前記供給送出工程時に前記第１反応器に供給される水素と前記第２反応器から送出された前記合成ガスとの間で熱交換を行わせる第３熱交換器と、のうち少なくとも１つを備える、合成ガス製造装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成ガス製造装置に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策の観点から、排ガスから回収した二酸化炭素を用いて、メタノールや炭化水素などの化成品を合成することが検討されている。特許文献１には、廃棄物から二酸化炭素および水素を含むガスと残渣とを得るガス化工程を行ったのち、二酸化炭素および水素を含むガスからメタノールを合成するメタノール製造工程を行う廃棄物処理システムが開示されている。特許文献２には、二酸化炭素および水素を含む原料ガスから逆シフト反応により、一酸化炭素を含有する一酸化炭素含有ガスを生成する一酸化炭素製造装置が開示されている。一酸化炭素含有ガスは、化成品の合成に用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０１２／０１７８９３号
特開２０２２－１７１０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の廃棄物処理システムで用いられるガス化工程は、一般的に非常に高い温度域（例えば８００～１１００℃）で行われるため、大規模な耐熱性反応器が必要となる。また、ガス化工程にて得られた残渣を焼却する焼却工程や、その焼却工程によって発生する相当量の二酸化炭素をメタノールに変換する工程を付け加える必要があるとともに、それら工程が稼働可能な温度域は大きく異なる場合が多い。そのため、システム全体が複雑且つ大規模になり、ガス化工程における廃棄物からガスへの変換効率および当該ガスからメタノールを合成する合成効率が低下する傾向にある。
【０００５】
一方、特許文献２においても、一酸化炭素含有ガスを生成する複合塔の内部には一酸化炭素含有ガスに含有される水蒸気を吸着する吸着材が含まれるとともに吸着材から水を脱離する減圧装置など多くの構成が必要であるため、装置全体が複雑且つ大規模になり、原料ガスから一酸化炭素含有ガスへの変換効率が低下する傾向にある。このため、比較的小規模で、且つ、化成品の合成に用いられるガスへの変換効率が高い装置の開発が望まれていた。
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、比較的小規模で、且つ、排ガスから合成ガスへの変換効率が高い合成ガス製造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】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００８】
（１）本発明の一形態によれば、合成ガス製造装置が提供される。この合成ガス製造装置は、一酸化炭素および水素を含む合成ガスを製造する合成ガス製造装置であって、二酸化炭素を含む排ガスの供給時には前記排ガス中の二酸化炭素を吸収するとともに、二酸化炭素を吸収した状態での水素の供給時には一酸化炭素を放出するＣＯ
2
吸収還元型触媒が内蔵された第１反応器と、水素の供給時には還元されるとともに、還元された状態での二酸化炭素および水の供給時には酸化されつつ二酸化炭素および水を還元して一酸化炭素および水素を生成する不定比金属酸化物が内蔵された第２反応器と、前記第１反応器と前記第２反応器とを接続する接続流路と、前記合成ガス製造装置を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１反応器へ前記排ガスを供給させることで前記ＣＯ
2
吸収還元型触媒に二酸化炭素を吸収させつつ、前記第２反応器へ水素を供給させることで前記不定比金属酸化物を還元させる吸収還元工程と、前記第１反応器へ水素を供給させることで前記ＣＯ
2
吸収還元型触媒から放出される一酸化炭素を含んだ水素供給時ガスを前記第２反応器へ供給させつつ、前記第２反応器から前記合成ガスを送出させる供給送出工程と、を交互に実行する。
【０００９】
この構成によれば、ＣＯ
2
吸収還元型触媒によって排ガスから吸収された二酸化炭素を用いて、メタノールや炭化水素等の化成品の合成に用いられる合成ガスを製造することから、外気への二酸化炭素の排出量を削減しつつ、合成ガスを製造することができる。また、この構成によれば、装置のサイズを決める要因となる構成が主に２つの反応器（第１反応器および第２反応器）であるとともに、第１反応器および第２反応器は同等の温度域で好適に稼働可能であるため近接して配置できることから、合成ガス製造装置を比較的小規模の装置とすることができる。さらに、供給送出工程時において、水素供給時ガスに含まれる一酸化炭素、二酸化炭素、水素および水のうち二酸化炭素および水は第２反応器にて一酸化炭素および水素に変換されることから、高い変換効率で排ガスから合成ガスを製造することができる。したがって、この構成によれば、外気への二酸化炭素の排出量を削減しつつ、比較的小規模で、且つ、排ガスから合成ガスへの変換効率が高い合成ガス製造装置を提供することができる。
【００１０】
（２）上記形態の合成ガス製造装置において、前記制御部は、さらに、前記吸収還元工程を実行したのち前記供給送出工程を実行する前に、前記第１反応器内を減圧脱気させること、もしくは、前記第１反応器へ不活性ガスを供給させることで、前記第１反応器に残留した前記排ガスを前記合成ガス製造装置の外部に除去させる除去工程と、前記供給送出工程を実行したのち前記吸収還元工程を実行する前に、前記第１反応器内を減圧脱気させること、もしくは、前記第１反応器へ不活性ガスを供給させることで、前記第１反応器に残留した前記水素供給時ガスを前記第２反応器内に供給させる供給工程と、を実行してもよい。
この構成によれば、酸素を含んでいる排ガスを除去工程によって第１反応器から除去することができるとともに、水素を含んでいる水素供給時ガスを供給工程によって第１反応器から除去することができる。したがって、第１反応器の内部に高濃度の酸素と水素とが共存することによる爆発の可能性を防止できることから、合成ガス製造装置を用いた合成ガスの製造における安全性を向上することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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