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公開番号2025043259
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-28
出願番号2024090016
出願日2024-06-03
発明の名称二酸化炭素変換装置および二酸化炭素変換装置の運転方法
出願人東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人弁理士法人サクラ国際特許事務所
主分類C25B 9/00 20210101AFI20250321BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】二酸化炭素の利用効率を向上させる。
【解決手段】二酸化炭素変換装置は、電解部と、回収部と、を具備する。回収部は、電解部から排出されるとともに二酸化炭素と酸素とを含有する第1の流体を、吸収液を含む第2の流体に気泡分散させることにより第1の気泡分散液を含む第3の流体を生成する第1の気泡分散器と、第3の流体を冷却し、冷却された第3の流体から酸素を分離することにより、二酸化炭素を含有する吸収液を含む第4の流体を生成する第1の分離部と、第1の分離部からの第4の流体を加熱して吸収液を蒸発させることにより、二酸化炭素と水蒸気とを含む気体と吸収液を含む液体とを含む第5の流体を生成し、第5の流体から気体を含む第6の流体を分離する第2の分離部と、第6の流体を冷却し、冷却された第6の流体から二酸化炭素を含む第7の流体を分離する第3の分離部と、を具備する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
二酸化炭素を電解して一酸化炭素を生成する電解部と、
前記電解部から排出される前記二酸化炭素を回収する回収部と、
を具備し、
前記回収部は、
前記電解部から排出されるとともに前記二酸化炭素と酸素とを含有する第１の流体を、吸収液を含む第２の流体に気泡分散させることにより第１の気泡分散液を含む第３の流体を生成する第１の気泡分散器と、
前記第３の流体を冷却し、冷却された前記第３の流体から前記酸素を分離することにより、前記二酸化炭素を含有する前記吸収液を含む第４の流体を生成する第１の分離部と、
前記第１の分離部からの前記第４の流体を加熱して前記吸収液を蒸発させることにより、前記二酸化炭素と水蒸気とを含む気体と前記吸収液を含む液体とを含む第５の流体を生成し、前記第５の流体から前記気体を含む第６の流体を分離する第２の分離部と、
前記第６の流体を冷却し、冷却された前記第６の流体から前記二酸化炭素を含む第７の流体を分離する第３の分離部と、
を具備する、二酸化炭素変換装置。
続きを表示（約 2,700 文字）【請求項２】
前記電解部から排出されるとともに前記二酸化炭素と前記一酸化炭素とを含有する第８の流体を前記吸収液を含む第９の流体に気泡分散させることにより第２の気泡分散液を含む第１０の流体を生成する第２の気泡分散器と、
前記第２の気泡分散器からの前記第１０の流体を冷却し、前記第１０の流体から前記一酸化炭素を分離することにより、前記二酸化炭素を含有する前記吸収液を含む第１１の流体を生成する第４の分離部と、
をさらに具備し、
前記第１の気泡分散器は、前記第１の流体を前記第４の流体を含む前記第２の流体に気泡分散させることにより前記第３の流体を生成する、
請求項１に記載の二酸化炭素変換装置。
【請求項３】
二酸化炭素供給源から供給されるとともに前記二酸化炭素と前記二酸化炭素と異なるガスとを含有する第１２の流体を前記第１の分離部からの前記第４の流体に気泡分散させることにより第３の気泡分散液を含む第１３の流体を生成する第３の気泡分散器と、
前記第３の気泡分散器からの前記第１３の流体を冷却し、前記第１３の流体から前記一酸化炭素を分離することにより、前記二酸化炭素を含有する前記吸収液を含む第１４の流体を生成する第５の分離部と、
をさらに具備し、
前記第２の分離部は、前記第５の分離部からの前記第１４の流体を含む前記第４の流体を加熱して前記第４の流体から前記第５の流体を生成し、前記第５の流体から前記第６の流体を分離する、
請求項１に記載の二酸化炭素変換装置。
【請求項４】
前記電解部から排出されるとともに前記二酸化炭素と前記一酸化炭素とを含有する第８の流体を前記吸収液を含む第９の流体に気泡分散させることにより第２の気泡分散液を含む第１０の流体を生成する第２の気泡分散器と、
前記第２の気泡分散器からの前記第１０の流体を冷却し、前記第１０の流体から前記一酸化炭素を分離することにより、前記二酸化炭素を含有する前記吸収液を含む第１１の流体を生成する第４の分離部と、
二酸化炭素供給源から供給されるとともに前記二酸化炭素と前記二酸化炭素と異なるガスとを含有する第１２の流体を前記第１の分離部からの前記第４の流体に気泡分散させることにより第３の気泡分散液を含む第１３の流体を生成する第３の気泡分散器と、
前記第３の気泡分散器からの前記第１３の流体を冷却し、前記第１３の流体から前記一酸化炭素を分離することにより、前記二酸化炭素を含有する前記吸収液を含む第１４の流体を生成する第５の分離部と、
をさらに具備し、
前記第１の気泡分散器は、前記第１の流体を前記第４の流体を含む前記第２の流体に気泡分散させることにより前記第３の流体を生成し、
前記第２の分離部は、前記第５の分離部からの前記第１４の流体を含む前記第４の流体を加熱して前記第４の流体から前記第５の流体を生成し、前記第５の流体から前記第６の流体を分離する、
請求項１に記載の二酸化炭素変換装置。
【請求項５】
前記第３の分離部からの前記第７の流体を前記電解部に供給する、
請求項１に記載の二酸化炭素変換装置。
【請求項６】
前記第１の流体は、前記第８の流体よりも二酸化炭素の分圧が低く、
前記第１２の流体は、前記第８の流体よりも前記二酸化炭素の分圧が低い、
請求項４に記載の二酸化炭素変換装置。
【請求項７】
前記第２の気泡分散器は、前記第１の気泡分散器と並列に接続され、
前記第３の気泡分散器は、前記第２の気泡分散器と並列に接続される、
請求項４に記載の二酸化炭素変換装置。
【請求項８】
二酸化炭素変換装置の運転方法であって、
前記二酸化炭素変換装置は、
二酸化炭素を電解して一酸化炭素を生成する電解部と、
前記電解部から排出される前記二酸化炭素を回収する回収部と、
を具備し、
前記運転方法は、
前記回収部に設けられた第１の気泡分散器を用い、前記電解部から排出されるとともに前記二酸化炭素と酸素とを含有する第１の流体を、吸収液を含む第２の流体に気泡分散させることにより第１の気泡分散液を含む第３の流体を生成し、
前記第３の流体を冷却し、冷却された前記第３の流体から前記酸素を分離することにより、前記二酸化炭素を含有する前記吸収液を含む第４の流体を生成し、
前記第４の流体を加熱して前記吸収液を蒸発させることにより、前記二酸化炭素と水蒸気とを含む気体と前記吸収液を含む液体とを含む第５の流体を生成し、前記第５の流体から前記気体を含む第６の流体を分離し、
前記第６の流体を冷却し、冷却された前記第６の流体から前記二酸化炭素を含む第７の流体を分離する、
二酸化炭素変換装置の運転方法。
【請求項９】
前記運転方法は、
前記回収部に設けられた第２の気泡分散器を用い、前記電解部から排出されるとともに前記二酸化炭素と前記一酸化炭素とを含有する第８の流体を前記吸収液を含む第９の流体に気泡分散させることにより第２の気泡分散液を含む第１０の流体を生成し、
前記第１０の流体を冷却し、前記第１０の流体から前記一酸化炭素を分離することにより、前記二酸化炭素を含有する前記吸収液を含む第１１の流体を生成し、
前記第１の気泡分散器を用い、前記第１の流体を前記第４の流体を含む前記第２の流体に気泡分散させることにより前記第３の流体を生成する、
請求項８に記載の二酸化炭素変換装置の運転方法。
【請求項１０】
前記運転方法は、
前記回収部に設けられた第３の気泡分散器を用い、二酸化炭素供給源から供給されるとともに前記二酸化炭素と前記二酸化炭素と異なるガスとを含有する第１２の流体を前記第４の流体に気泡分散させることにより第３の気泡分散液を含む第１３の流体を生成し、
前記第１３の流体を冷却し、前記第１３の流体から前記一酸化炭素を分離することにより、前記二酸化炭素を含有する前記吸収液を含む第１４の流体を生成し、
前記第１４の流体を含む前記第４の流体を加熱して前記第４の流体から前記第５の流体を生成し、前記第５の流体から前記第６の流体を分離する、
請求項８に記載の二酸化炭素変換装置の運転方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、二酸化炭素変換装置および二酸化炭素変換装置の運転方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
地球温暖化の進展とともに二酸化炭素（ＣＯ
２
）を発生する天然ガス、石炭、石油の使用削減が求められている。また、二酸化炭素を原料とする化学合成の開発が進められている。この一環として二酸化炭素を電解し、一酸化炭素（ＣＯ）含有ガスを生成する二酸化炭素変換装置が存在する。二酸化炭素変換装置では、生成される一酸化炭素等の炭素化合物と同量の二酸化炭素がアノード側に移動し、酸素とともに放出される。この結果、二酸化炭素変換装置に供給される二酸化炭素の有効利用率が５０％以下と低い。このため、二酸化炭素の利用率が高い二酸化炭素変換装置および二酸化炭素変換方法が求められている。
【０００３】
しかしながら、従来検討されている二酸化炭素変換装置では、供給される二酸化炭素のうち、一酸化炭素の発生量と同量の二酸化炭素が酸素とともに放出される。この結果、供給される二酸化炭素から一酸化炭素への転換率が低くなり、二酸化炭素の利用率が低くなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
Ｊ．Ａ．Ｒａｂｉｎｏｗｉｚ，Ｍ．Ｗ．Ｋａｎａｎ，Ｔｈｅｆｕｔｕｒｅｏｆｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓｄｅｐｅｎｄｓｏｎｓｏｌｖｉｎｇｏｎｅｂａｓｉｃｐｒｏｂｌｅｍ，ＮａｔｕｒｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，１１，Ａｒｔｉｃｌｅｎｕｍｂｅｒ：５２３１（２０２０）＜ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１０３８／ｓ４１４６７－０２０－１９１３５－８＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、二酸化炭素の利用効率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の二酸化炭素変換装置は、二酸化炭素を電解して一酸化炭素を生成する電解部と、電解部から排出される二酸化炭素を回収する回収部と、を具備する。回収部は、電解部から排出されるとともに二酸化炭素と酸素とを含有する第１の流体を、吸収液を含む第２の流体に気泡分散させることにより第１の気泡分散液を含む第３の流体を生成する第１の気泡分散器と、第３の流体を冷却し、冷却された第３の流体から酸素を分離することにより、二酸化炭素を含有する吸収液を含む第４の流体を生成する第１の分離部と、第１の分離部からの第４の流体を加熱して吸収液を蒸発させることにより、二酸化炭素と水蒸気とを含む気体と吸収液を含む液体とを含む第５の流体を生成し、第５の流体から気体を含む第６の流体を分離する第２の分離部と、第６の流体を冷却し、冷却された第６の流体から二酸化炭素を含む第７の流体を分離する第３の分離部と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
実施形態の二酸化炭素変換装置の構成例を示すブロック図である。
電解部１０の構成例を示す模式図である。
電解セルスタック１０１の構造例を示す断面模式図である。
回収部２０の構成例を示す模式図である。
渦流ターボミキサーの構造例を示す断面模式図である。
回収部２０の他の構成例を示す模式図である。
回収部２０の他の構成例を示す模式図である。
回収部２０の他の構成例を示す模式図である。
回収部２０の他の構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態の二酸化炭素変換装置について、図面を参照して説明する。以下に示す各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、その説明を一部省略する場合がある。図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各部の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。
【０００９】
本明細書において、「接続する」とは、特に指定する場合を除き、直接的に接続することだけでなく、間接的に接続することも含む。さらに、本明細書において、「接続する」とは、特に指定する場合を除き、物理的に接続することだけでなく、電気的に接続することも含む。
【００１０】
実施形態の二酸化炭素変換装置の構成例について説明する。図１は、実施形態の二酸化炭素変換装置の構成例を示すブロック図である。図１は、二酸化炭素変換装置１を示す。
（【００１１】以降は省略されています）

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