JP7136523B1 - Liquid fuel production system using carbon-neutral methane - Google Patents
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Abstract
本システムは、復水タービン発電装置10と、炭酸ガス回収装置25と、メタネーション装置30と、合成ガス製造装置40と、液体燃料合成装置50と、熱移送装置58を備える。炭酸ガス回收装置は、復水タービン発電装置がバイオマス発電を行なって生じたバイオマス由来炭酸ガスを回収する。メタネーション装置は回収されたバイオマス由来炭酸ガスと低炭素水素ガスでカーボンニュートラルメタンガスを生成する。合成ガス製造装置は、カーボンニュートラルメタンガスから合成ガスを製造する。液体燃料合成装置は合成ガスから液体燃料粗油を合成する。熱移送装置は、液体燃料合成装置で合成ガスを液体燃料粗油に合成する際に生じる反応熱を炭酸ガス回收装置に熱移動し再生塔27でCO2含有吸収液を加熱する。これにより、確立した技術を有機的に結合してカーボンニュートラルかつ省エネルギーでグリーン電力および液体燃料粗油を製造することができる。The system includes a condensate turbine generator 10 , a carbon dioxide recovery device 25 , a methanation device 30 , a synthesis gas production device 40 , a liquid fuel synthesis device 50 and a heat transfer device 58 . The carbon dioxide recovery device recovers biomass-derived carbon dioxide generated by the condensate turbine power generation device performing biomass power generation. The methanation device generates carbon-neutral methane gas from recovered biomass-derived carbon dioxide and low-carbon hydrogen gas. The synthesis gas production device produces synthesis gas from carbon-neutral methane gas. The liquid fuel synthesizer synthesizes a liquid fuel crude oil from the synthesis gas. The heat transfer device heat-transfers the reaction heat generated when synthesis gas is synthesized into liquid fuel crude oil in the liquid fuel synthesizing device to the carbon dioxide gas recovery device, and heats the CO2-containing absorbent in the regeneration tower 27 . As a result, established technologies can be organically combined to produce carbon-neutral, energy-saving green power and liquid fuel crude oil.
Description
本発明は、バイオマス発電で生じる炭酸ガスと低炭素水素ガスから生成したカーボンニュートラルメタンガスを使用して液体燃料を製造するシステムに関する。 The present invention relates to a system for producing liquid fuel using carbon-neutral methane gas produced from carbon dioxide gas generated in biomass power generation and low-carbon hydrogen gas.
地球温暖化問題は深刻度を増しており、21世紀中に世界の平均温度の上昇を産業革命以前の2℃以下、少なくとも1.5℃以下に抑える対策が喫緊の課題となっている。各国はこの課題を達成するために、再生可能エネルギー(風力、太陽光、地熱、水力、バイオマス等)由来の電力供給を拡大し、化石燃料由来の発電をフェードアウトさせ、化石燃料由来電力を再エネ由来電力に転換しようとしている。また、化石燃料の燃焼によって生じる排ガスから炭酸ガスを炭酸ガス回収装置にて回収し、再エネ由来電力の余剰分で水を電気分解して低炭素水素ガスを製造し、回収された炭酸ガスと低炭素水素ガスとをメタネーション設備にて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造することが試みられている。
特許文献1には、天然ガスの主成分であるメタンに二酸化炭素と水蒸気を同時に反応させて水素とCOの生成モル比が1以上の合成ガスを生成する方法が記載されている。
特許文献2には、バイオマスから製造したガス化ガスをFT合成して液体炭化水素を製造し、この液体炭化水素をアップグレーディングしてジェット燃料を製造するバイオジェット燃料の製造方法が記載されている。
特許文献3には、化石燃料を使用する発電プラントで発生した炭酸ガスを水の電気分解で生成した水素ガスと反応させてメタン生成し、このメタネーション反応で生じる熱エネルギーを前記発電プラントの蒸気発生に利用する技術が記載されている。The problem of global warming is becoming more serious, and it is an urgent task to take measures to keep the increase in the global average temperature below 2°C, or at least below 1.5°C, during the 21st century. In order to achieve this task, each country will expand power supply derived from renewable energy (wind, solar, geothermal, hydropower, biomass, etc.), fade out power derived from fossil fuels, and replace fossil fuel derived power with renewable energy. I'm trying to convert it to derived power. In addition, carbon dioxide gas is recovered from the exhaust gas generated by burning fossil fuels with a carbon dioxide gas recovery device, and the surplus electricity derived from renewable energy is used to electrolyze water to produce low-carbon hydrogen gas. Attempts have been made to produce a hydrocarbon fuel such as methane by synthesizing low-carbon hydrogen gas in a methanation facility.
In
特許文献1には、天然ガスの主成分であるメタンから水素とCOの生成モル比が1以上の合成ガスを生成する技術が記載されているが、カーボンニュートラルなメタンから合成ガスを製造することについて記載されていない。
特許文献2には、バイオマスをガス化して生成されたガス化ガスをFT合成して炭化水素系材料を製造する技術が記載されているが、カーボンニュートラルメタンガスから製造した合成ガスをFT合成して液体燃料粗油を製造することは記載されていない。
また、バイオマスをガス化するガス化炉は規模が制限される。
特許文献3には、化石燃料を使用する発電プラントで回収した炭酸ガスを低炭素水素ガスと反応させてメタン生成し、この反応で生じる熱エネルギーを発電プラントの蒸気発生に利用する技術が記載されているが、液体燃料合成装置で合成ガスを液体燃料粗油に合成する際に生じる反応熱を炭酸ガス回收装置のCO2含有吸収液の加熱に利用することは記載されていない。
Also, the scale of the gasification furnace that gasifies biomass is limited.
本発明の目的は、バイオマス発電で生じた炭酸ガスと低炭素水素ガスで生成したカーボンニュートラルメタンガスから合成ガスを製造し、前記合成ガスから液体燃料粗油を合成するカーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a carbon-neutral methane-using liquid fuel production system that produces synthesis gas from carbon-neutral methane gas produced from carbon dioxide gas generated in biomass power generation and low-carbon hydrogen gas, and synthesizes liquid fuel crude oil from the synthesis gas. is to provide
本発明は、復水タービンによって駆動される発電機と、バイオマス供給装置から供給されるバイオマスを燃焼させ、高温水を加熱し過熱蒸気にして前記復水タービンに供給するボイラーと、前記復水タービンから排出される低圧蒸気を凝縮水に凝縮させる復水器と、を備える、復水タービン発電装置と、前記ボイラーから排ガスが供給され、前記排ガスに含まれる炭酸ガスを吸収液に吸収させてCO2含有吸収液を生成する吸収塔、および前記吸収塔から前記CO2含有吸収液が供給され、前記CO2含有吸収液を加熱して前記炭酸ガスを放出させる再生塔を備える炭酸ガス回収装置と、前記炭酸ガス回收装置から前記炭酸ガスが供給され、低炭素水素供給装置から前記炭酸ガスの質量流量に対して所定比の質量流量の低炭素水素ガスが供給され、前記炭酸ガスと前記低炭素水素ガスとを内部に充填されたメタン化反応触媒によって所定圧力、所定温度下でカーボンニュートラルメタンガスにメタン化反応させて送出するように構成された反応管、および前記復水タービン発電装置から前記凝縮水が供給され前記メタン化反応で生じる反応熱を前記凝縮水に熱移動して前記反応管内部を前記メタン化触媒が活性を示す前記所定温度に維持し、前記凝縮水を前記高温水にして前記ボイラーに送出する冷却部を備えるメタネーション装置と、前記メタネーション装置の前記反応管から供給された前記カーボンニュートラルメタンガスから水素ガスと一酸化炭素ガスのモル比がほぼ2:1の合成ガスを製造する合成ガス製造装置と、前記合成ガス製造装置から供給された前記合成ガスを所定温度・圧力環境で触媒によって反応させ、液体燃料粗油を合成する液体燃料合成装置と、前記液体燃料合成装置で前記合成ガスを液体燃料粗油に合成する際に生じる反応熱を前記炭酸ガス回收装置に熱移動して前記CO2含有吸収液を加熱する熱移送装置と、を備えたカーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システムである。 The present invention includes a generator driven by a condensing turbine, a boiler that burns biomass supplied from a biomass supply device, heats high-temperature water into superheated steam, and supplies it to the condensing turbine, and the condensing turbine. a condenser for condensing the low-pressure steam discharged from the boiler into condensed water; an exhaust gas is supplied from the boiler; a carbon dioxide recovery apparatus comprising: an absorption tower for producing an absorption liquid containing CO2; The carbon dioxide gas is supplied from the gas recovery device, the low-carbon hydrogen gas is supplied from the low-carbon hydrogen supply device at a mass flow rate of a predetermined ratio with respect to the mass flow rate of the carbon dioxide gas, and the carbon dioxide gas and the low-carbon hydrogen gas are combined. The condensed water is supplied from a reaction tube configured to cause a carbon-neutral methane gas to undergo a methanation reaction under a predetermined pressure and a predetermined temperature by a methanation reaction catalyst filled therein and to be delivered, and the condensate turbine power generation device. Then, the reaction heat generated in the methanation reaction is transferred to the condensed water to maintain the inside of the reaction tube at the predetermined temperature at which the methanation catalyst is active, and the condensed water is turned into the high-temperature water and supplied to the boiler. a methanation device comprising a cooling section for delivering and synthesizing synthesis gas having a molar ratio of hydrogen gas to carbon monoxide gas of approximately 2:1 from said carbon-neutral methane gas supplied from said reaction tube of said methanation device. a gas production device, a liquid fuel synthesis device for reacting the synthesis gas supplied from the synthesis gas production device with a catalyst in a predetermined temperature and pressure environment to synthesize a liquid fuel crude oil, and the synthesis by the liquid fuel synthesis device A carbon-neutral methane-using liquid fuel production system comprising: a heat transfer device that heats the CO2-containing absorption liquid by transferring reaction heat generated when gas is synthesized into crude liquid fuel oil to the carbon dioxide recovery device. be.
本発明のカーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システムにおいて、復水タービン発電装置は、バイオマスの燃焼によってボイラーで生成される過熱蒸気で復水タービンを回転させ発電機を駆動してグリーン電力を生成する。炭酸ガス回収装置は、前記ボイラーから排出される排ガスから炭酸ガスを回収する。メタネーション装置の反応管は、供給された炭酸ガスと、低炭素水素供給装置から供給された前記炭酸ガスの質量流量に対して所定比の質量流量の低炭素水素ガスとを内部に充填されたメタン化反応触媒によって所定圧力、所定温度下でカーボンニュートラルメタンガスにメタン化反応させる。メタネーション装置の冷却部は、メタン化反応で生じる反応熱を復水タービン発電装置から供給される凝縮水に熱移動して反応管内部をメタン化触媒が活性を示す所定温度に維持し、凝縮水を高温水にしてボイラーに送出する。合成ガス製造装置は、メタネーション装置から供給されたカーボンニュートラルメタンガスから水素ガスと一酸化炭素ガスのモル比がほぼ2:1の合成ガスを製造する。液体燃料合成装置は、合成ガス製造装置から供給された合成ガスを所定温度・圧力環境で触媒によって反応させ、液体燃料粗油を合成する。熱移送装置は、液体燃料合成装置で合成ガスを液体燃料粗油に合成する際に生じる反応熱を炭酸ガス回收装置に熱移動し再生塔でCO2含有吸収液を加熱する。 In the carbon-neutral methane-using liquid fuel production system of the present invention, the condensing turbine power generator rotates the condensing turbine with superheated steam generated in the boiler by burning biomass, drives the generator, and generates green power. The carbon dioxide recovery device recovers carbon dioxide from the exhaust gas discharged from the boiler. The reaction tube of the methanation device was filled with the supplied carbon dioxide gas and the low-carbon hydrogen gas having a mass flow rate of a predetermined ratio with respect to the mass flow rate of the carbon dioxide gas supplied from the low-carbon hydrogen supply device. Carbon-neutral methane gas is subjected to a methanation reaction under a predetermined pressure and at a predetermined temperature using a methanation reaction catalyst. The cooling part of the methanation device heats the reaction heat generated by the methanation reaction to the condensed water supplied from the condensing turbine power generation device, maintains the inside of the reaction tube at a predetermined temperature at which the methanation catalyst is active, and condenses The water is turned into hot water and sent to the boiler. The synthesis gas production apparatus produces synthesis gas having a molar ratio of hydrogen gas and carbon monoxide gas of approximately 2:1 from the carbon-neutral methane gas supplied from the methanation apparatus. The liquid fuel synthesizing device reacts the syngas supplied from the syngas producing device with a catalyst in a predetermined temperature and pressure environment to synthesize crude liquid fuel oil. The heat transfer device heat-transfers reaction heat generated when syngas is synthesized into liquid fuel crude oil in the liquid fuel synthesizing device to the carbon dioxide gas recovery device, and heats the CO2-containing absorbent in the regeneration tower.
本発明によれば、バイオマス発電でグリーン電力を生成し、バイオマス発電で生じる炭酸ガスと低炭素水素ガスからカーボンニュートラルメタンガスを生成し、カーボンニュートラルメタンガスから合成ガスを製造し、合成ガスを液体燃料粗油に合成し、合成の際に生じる反応熱を炭酸ガスの回收に利用することができる。このように、確立した技術を有機的に結合して生産規模を制約されることなく、システムのいずれの工程においてもカーボンニュートラルかつ省エネルギーで電力および液体燃料粗油を製造することができる。 According to the present invention, green power is generated by biomass power generation, carbon-neutral methane gas is generated from carbon dioxide gas and low-carbon hydrogen gas generated by biomass power generation, synthesis gas is produced from carbon-neutral methane gas, and synthesis gas is used as liquid fuel crude oil. It can be synthesized into oil, and the reaction heat generated during synthesis can be used to recover carbon dioxide gas. In this way, by organically combining established technologies, it is possible to produce electric power and liquid fuel crude oil in a carbon-neutral and energy-saving manner in any process of the system without restricting the production scale.
1.第1実施形態の構成
第1実施形態に係るカーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システム1aは、図1に示すように、復水タービン発電装置10と、炭酸ガス回収装置25と、メタネーション装置30と、合成ガス製造装置40と、液体燃料合成装置50と、熱移送装置58を備える。1. Configuration of First Embodiment A carbon-neutral methane-using liquid fuel production system 1a according to the first embodiment includes a condensing turbine
復水タービン発電装置10は、ボイラー20から供給された過熱蒸気によって復水タービン11が回転され、復水タービン11によって発電機12が駆動されて発電する。発電された電力の一部は、カーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システム1aで所内電力として使用され、通常運転時の発電電力量の少なくとも半分の余剰電力は、逆潮流可能に系統連系された電力グリッド13に売電される。復水タービン11を回転させて圧力低下した低圧蒸気は復水器15で冷却されて凝縮水になり、メタネーション装置30の冷却部32に供給される。凝縮水は冷却部32を流動する間に反応管31からメタン化反応の反応熱を吸収して昇温し高温水(例えば、15MPa,250℃)になってボイラー20の熱交換部21に供給される。ボイラー20は燃焼室22にバイオマス供給装置23からバイオマスが供給されて燃焼し、熱交換部21に供給された高温水を加熱して過熱蒸気(例えば、12MPa,540℃)を生成する。バイオマスとしては、木質バイオマス、都市可燃ゴミ、農業廃棄物などを使用する。
In the condensing
復水器15には冷却水が循環する冷却管16が設けられ、復水タービン11から排出されて復水器15に流入した低圧蒸気が冷却水に凝縮熱を熱移動して凝縮水になる。冷却管16には公知の冷却水供給装置17が接続され冷却水が循環される。冷却水供給装置17は、例えば海水をポンプで冷却水として汲み上げ、冷却管16を循環し高温に加熱された海水を海に戻すように構成されている。冷却水供給装置17は冷却塔を設け、冷却塔と冷却管16との間で冷却水を循環させるようにしてもよい。
The
炭酸ガス回収装置25は、例えば特許第4956519号公報に記載されているように公知であり、再生吸収液に排ガスに含まれる炭酸ガスを吸収させてCO2含有吸収液にする吸収塔26と、CO2含有吸収液から炭酸ガスを分離させて再生吸収液にする再生塔27と、再生吸収液を加熱して高温水蒸気を生成するリボイラー28等を備える。吸収塔26は、ボイラー20から排ガスが底部から供給され、再生塔27から吸収塔26返る途中で冷却された再生吸収液が上部から供給され、排ガスに含まれる炭酸ガスを再生吸収液に吸収させて再生吸収液をCO2含有吸収液にし、炭酸ガスを回収された排ガスを上部から放出する。
再生塔27は、吸収塔26から再生塔27に往く途中で加熱されるCO2含有吸収液が上部から供給され、降下するCO2含有吸収液を下部から供給される水蒸気で加熱し炭酸ガスを放出させて再生吸収液にする。リボイラー28は、再生塔27底部から送出された再生吸収液を加熱し水分の一部を水蒸気にして再生塔27に底部から供給する。リボイラー28で水分の一部を蒸発された再生吸収液は吸収塔26に戻される。The carbon
The
メタネーション装置30は公知であり、内部にNiやRh,Ru,Pd,Pt等を担体に担持させたメタン化触媒が充填された反応管31と、反応管31を冷却して内部を所定温度Tに維持する冷却部32を備える。反応管31には、炭酸ガス回收装置25から質量流量Q1の炭酸ガスが供給され、低炭素水素供給装置33から炭酸ガスの質量流量Q1に対して所定比Rの質量流量Q2の低炭素水素ガスが供給される。反応管31は、供給された炭酸ガスと低炭素水素ガスとをメタン化触媒によって所定圧力P、所定温度T下で化学式(1)にしたがってカーボンニュートラルメタンガスにメタン化反応させて送出するように構成されている。
CO2+4H2=CH4+2H2O(発熱反応 164kJ/mol-CO2) (1)
所定圧力Pはメタン化反応に適した圧力1~5MPaであり、所定温度Tはメタン化触媒が活性を示す温度250~500℃である。
低炭素水素ガスとしては、水を再生可能エネルギーで生成した電力で電気分解し、水素と酸素に還元して生産された水素であるグリーン水素、天然ガスや石炭等の化石燃料を、水蒸気メタン改質などで水素と炭酸ガスに分解し、炭酸ガスを大気排出する前に回収する方法で生成されたブルー水素、水を原子力電気で電気分解して生成したピンク水素などを用いる。なお、低炭素水素ガスは、復水タービン発電装置10で発電したグリーン電力で水を電気分解して製造してもよい。The
CO 2 +4H 2 =CH 4 +2H 2 O (exothermic reaction 164 kJ/mol-CO 2 ) (1)
The predetermined pressure P is a pressure of 1 to 5 MPa suitable for the methanation reaction, and the predetermined temperature T is a temperature of 250 to 500° C. at which the methanation catalyst exhibits activity.
Low-carbon hydrogen gas includes green hydrogen, which is produced by electrolyzing water using electricity generated by renewable energy and reducing it to hydrogen and oxygen; Blue hydrogen, which is generated by decomposing hydrogen and carbon dioxide according to quality, and recovering carbon dioxide before it is discharged into the atmosphere, and pink hydrogen, which is generated by electrolyzing water with nuclear electricity, are used. The low-carbon hydrogen gas may be produced by electrolyzing water using green power generated by the condensate
反応管31に供給される炭酸ガスの質量流量Q1に対する低炭素水素ガスの質量流量Q2の所定比R(Q2:Q1)は、メタン化反応する二酸化炭素分子のモル数に対する水素分子のモル数の比は、4:1であるので、質量流量Q1に含まれる二酸化炭素分子のモル数M1に対する質量流量Q2に含まれる水素分子のモル数M2の比が4:1となるように設定する。二酸化炭素の分子量は44、水素の分子量は2であるので、M2:M1=Q2/2:Q1/44=4:1からQ2:Q1=2:11である。
The predetermined ratio R (Q2:Q1) of the mass flow rate Q2 of the low-carbon hydrogen gas to the mass flow rate Q1 of the carbon dioxide gas supplied to the
反応管31の内部はメタン化反応の反応熱よって昇温されるが、反応管31が冷却部32によって冷却され、内部が所定温度Tに維持される。即ち、復水タービン発電装置10の復水器15から送出された凝縮水が、反応管31の外周を包囲する冷却部32に流入し、反応管31の外周に接触してメタン化反応で生じた反応熱を吸収し、高温水になってボイラー20の熱交換部21に送出されることにより、反応熱が反応ガスから凝縮水に熱移動され、反応管31の内部が所定温度Tに維持される。
The inside of the
合成ガス製造装置40は、メタネーション装置30から供給されたカーボンニュートラルメタンガスから水素ガスと一酸化炭素ガスのモル比がほぼ2:1の合成ガスを製造する。合成ガス製造装置40は、例えば特開平5-270803号公報に記載されているように公知であり、カーボンニュートラルメタンガスと炭酸ガスと水蒸気を原料として供給され、触媒反応させて水素と一酸化炭素のモル比がほぼ2:1の合成ガスを製造する。
The synthesis
合成ガス製造装置40は、炭酸ガスに対する水素のモル比が3:1の合成ガスをカーボンニュートラルメタンガスから水蒸気をガス化剤としてスチームリフォーミング法で製造し、炭酸ガスに対する水素のモル比が1:1の合成ガスをカーボンニュートラルメタンガスから炭酸ガスをガス化剤として炭酸ガスリフォーミング法で製造し、炭酸ガスに対する水素のモル比が3:1の合成ガスおよび1:1の合成ガスを調合して水素と一酸化炭素のモル比がほぼ2:1の合成ガスを製造するように構成してもよい。
また、合成ガス製造装置40は、メタネーション装置30から供給されたカーボンニュートラルメタンガスの一部を酸素と反応させて水蒸気と炭酸ガスを製造するとともに熱を発生させ、その熱を用いて触媒上でメタンと水蒸気および炭酸ガスとのリフォーミング反応を行なわせる公知のオートサーマルリフォーミング法で水素と一酸化炭素のモル比がほぼ2:1の合成ガスを製造するように構成してもよい。
なお、合成ガス製造装置40に、炭酸ガス回收装置25から炭酸ガスを供給し、復水タービン発電装置10の復水タービン11から排気された水蒸気を供給するようにするとよい。The synthesis
In addition, the synthesis
It is preferable to supply carbon dioxide gas from the carbon
液体燃料合成装置50は、触媒が充填された反応器51と反応器51内に配置された冷却管52を備える。反応器51には合成ガスが合成ガス製造装置40から供給され、合成ガスを所定温度・圧力環境で触媒によって反応させ、FT粗油または粗メタノールの液体燃料粗油を合成する。
The liquid
冷却管52には炭酸ガス回收装置25のリボイラー28との間で熱媒体を循環する熱媒体循環回路55が接続されている。液体燃料合成装置50で合成ガスを液体燃料粗油に合成する際に生じる反応熱は、冷却管52で熱媒体に熱移動され反応器51の内部を所定温度に維持する。反応熱で昇温された熱媒体は熱媒体循環回路55の往路56を通って炭酸ガス回收装置25のリボイラー28に移送され水蒸気を生成してCO2含有吸収液を加熱する。反応熱をリボイラー28で放出した熱媒体は返路57を通って冷却管52に戻る。 冷却管52、熱媒体循環回路55およびリボイラー28によって、液体燃料合成装置50で合成ガスを液体燃料粗油に合成する際に生じる反応熱を炭酸ガス回收装置25に熱移動してCO2含有吸収液を加熱する熱移送装置58が構成されている。
A heat
液体燃料合成装置50でFT粗油を製造する場合、液体燃料合成装置50はFT合成装置であり、FT合成装置50は、合成ガスから公知のフィッシャー・トロプシュ法(FT法:Fischer-Tropschprocess)を用いて所定温度・圧力環境で触媒によって所望のFT粗油を生成する。即ち、FT合成装置50は、各種の触媒が充填された反応器51に合成ガスを合成ガス製造装置40から供給され、化学式(2)に示す合成反応を行わせてFT粗油を生成する。
(2n+1)H2+nCO → CnH2n+2 + nH2O 発熱反応 (2)When FT crude oil is produced by the liquid
( 2n +1) H2+ nCO → CnH2n+ 2 +nH2O exothermic reaction ( 2 )
液体燃料合成装置50で粗メタノールを製造する場合、液体燃料合成装置50はメタノール製造装置であり、メタノール製造装置50は、合成ガス製造装置40から供給された合成ガスから公知のメタノール合成法を用いて所定温度・圧力環境で触媒によって化学式(3)に示す合成反応を行わせて粗メタノールを生成する。
2H2+CO → CH3OH 発熱反応 (3)When crude methanol is produced by the liquid
2H 2 +CO → CH 3 OH exothermic reaction (3)
2.第1実施形態の作動
復水タービン発電装置10は、ボイラー20の燃焼室22でバイオマス供給装置23から供給されたバイオマスを燃焼させ、メタネーション装置30から熱交換部21に戻された高温水を過熱し過熱蒸気を生成する。過熱蒸気で駆動される復水タービン11は発電機12を稼働させる。発電機12から出力される電力の一部は、カーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システム1aにおいて所内電力として使用され、余剰電力は電力グリッド13に売電される。復水タービン11を回転させて圧力低下した水蒸気は、復水器15で冷却水供給装置17から供給された冷却水との間で熱交換して凝縮水になり、メタネーション装置30の冷却部32に送出される。凝縮水は冷却部32を流動する間に反応管31からメタン化反応の反応熱を吸収して反応管31内部を所定温度Tに維持し、高温水になってボイラー20の熱交換部21に戻される。2. Operation of First Embodiment The condensate
炭酸ガス回収装置25は、吸収塔26に排ガスがボイラー20から供給され、再生吸収液が排ガスに含まれる炭酸ガスを吸収してCO2含有吸収液になる。再生塔27に送られたCO2含有吸収液は、液体燃料合成装置50から熱移送装置58によって熱移動された反応熱によって加熱され炭酸ガスを放出して再生吸収液になって吸収塔26に戻される。
In the carbon
メタネーション装置30の反応管31に、炭酸ガス回收装置25から炭酸ガスが供給され、低炭素水素供給装置33から炭酸ガスの質量流量に対して所定比の質量流量の低炭素水素ガスが供給される。反応管31は供給された炭酸ガスと低炭素水素ガスとをメタン化触媒によって所定圧力、所定温度下でカーボンニュートラルメタンガスにメタン化反応させる。
Carbon dioxide gas is supplied from the carbon
合成ガス製造装置40は、カーボンニュートラルメタンガスをメタネーション装置30から供給され、カーボンニュートラルメタンガスを炭酸ガスおよび水蒸気と触媒反応させて水素ガスと一酸化炭素ガスのモル比がほぼ2:1の合成ガスを製造し、液体燃料合成装置50に送出する。
The synthesis
液体燃料合成装置50は、反応器51に合成ガスが合成ガス製造装置40から供給され、合成ガスを所定温度・圧力環境で触媒によって反応させ、液体燃料粗油を生成する。
液体燃料合成装置50がFT合成装置である場合は、FT粗油が生成され、メタノール合成装置である場合は、粗メタノールが生成される。触媒反応で生じる反応熱は冷却管52を流動する熱媒体に熱移動され反応器51の内部は所定温度に維持される。In the liquid
When the
反応熱で高温に加熱された熱媒体は、熱媒体循環回路53で炭酸ガス回收装置25のリボイラー28に移送されて水蒸気を生成する。水蒸気はリボイラー28から再生塔27に流入し、CO2含有吸収液を加熱して炭酸ガスを分離する。
The heat medium heated to a high temperature by the heat of reaction is transferred by the heat medium circulation circuit 53 to the
3.第1実施形態の効果
第1実施形態によれば、復水タービン発電装置10でバイオマスを燃焼させてグリーン電力を生成し、バイオマの燃焼排ガスから回収した炭酸ガスと低炭素水素ガスからカーボンニュートラルメタンガスを生成することができる。そして、カーボンニュートラルメタンガスから製造した合成ガスを液体燃料粗油に合成し、合成の際に生じる反応熱をバイオマスの燃焼排ガスから炭酸ガスを回收する炭酸ガス回收装置25に利用することができる。このように、確立した技術を有機的に結合して生産規模を制約されることなく、システムのいずれの工程においてもカーボンニュートラルかつ省エネルギーでグリーン電力および液体燃料粗油を製造することができる。3. Effect of the First Embodiment According to the first embodiment, biomass is burned in the condensate turbine
4.第2実施形態の構成
第2実施形態にかかるカーボンニュートラル液体燃料製造システム1bは、第1実施形態において、復水タービン発電装置10のボイラー20から送出された過熱蒸気(第2実施形態では一次過熱蒸気と言う。)が独立過熱装置60によってさらに過熱されて一次過熱蒸気より高温の二次過熱蒸気になる点以外は第1実施形態と同じであるので、相違点について説明し、第1の実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。4. Configuration of Second Embodiment A carbon-neutral liquid fuel production system 1b according to the second embodiment is superheated steam sent from the
独立過熱装置60の熱交換部61にボイラー20から一次過熱蒸気が供給され、燃焼室62はメタネーション装置30から送出されるカーボンニュートラルメタンの一部が分岐路63を通って供給される。分岐路63は、カーボンニュートラルメタンをメタネーション装置30から合成ガス製造装置40に供給する管路64から分岐している。これにより、一次過熱蒸気は、独立過熱装置60でさらに過熱されて一次過熱蒸気より高温の二次過熱蒸気に過熱され復水タービン11に供給される。燃焼室62でカーボンニュートラルメタンの燃焼で生じる排ガスは大気に放出してもよく、或いは炭酸ガス回收装置25に供給してもよい。
Primary superheated steam is supplied from the
5.第2実施形態の作動および効果
メタネーション装置30から送出されたカーボンニュートラルメタンの一部が独立過熱装置60の燃焼室62で燃焼し、ボイラー20から熱交換部61に供給された過熱蒸気を更に過熱して二次過熱蒸気にする。一部のバイオマス、特に都市可燃ゴミ(廃棄物)を燃料とする場合、廃棄物には腐食物質が含まれており、ボイラー腐食を防止するため蒸気温度が制限されるが、独立過熱装置60を設けて再熱することで発電効率の向上を図ることができる。5. Operation and effects of the second embodiment Part of the carbon-neutral methane sent from the
メタネーション製造装置30から独立過熱装置60の燃焼質62に供給されるカーボンニュートラルメタンの流量を可変にする調整弁を分岐路63に設けると、グリーン電力と液体燃料粗油の生産割合を必要に応じて調整することができる。
なお、第1および第2実施形態では、FT粗油を液体燃料としている。また。FT粗油を水素化処理、異性化処理して潤滑油基油を製造してもよい。If a control valve for varying the flow rate of the carbon-neutral methane supplied from the
In addition, in 1st and 2nd embodiment, FT crude oil is used as liquid fuel. Also. A lubricating base oil may be produced by hydrotreating or isomerizing the FT crude oil.
6.第3実施形態
第3実施形態にかかるカーボンニュートラル液体燃料製造システム1cは、第1実施形態において、液体燃料合成装置50をFT粗油を製造するFT合成装置50とし、FT粗油を持続可能航空燃料(SAF)にアップグレーディングするアップグレーディング装置70をFT合成装置50に接続した点以外は第1実施形態と同じであるので、相違点について説明し、第1実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。6. Third Embodiment In the carbon-neutral liquid fuel production system 1c according to the third embodiment, in the first embodiment, the liquid
液体燃料合成装置であるFT合成装置50にはアップグレーディング装置70および低炭素水素供給装置33が接続されている。アップグレーディング装置70は公知であり、FT合成装置50から供給されるFT粗油を低炭素水素供給装置33から供給される低炭素水素ガスによって触媒下で水素化精製、水素化分解などの水素化処理を行なって持続可能航空燃料にアップグレードする。
これにより、すべての製造工程においてカーボンニュートラルな状態でグリーン電力および持続可能航空燃料を省エネルギーで製造することができる。An
This will enable energy-saving production of green power and sustainable aviation fuel in a carbon-neutral state in all production processes.
7.第4実施形態
第4実施形態にかかるカーボンニュートラル液体燃料製造システム1dは、第1実施形態に第2実施形態の独立過熱装置60および第3実施形態のアップグレーディング装置70を追加したものである。従って、第4実施形態は第1乃至第3実施形態が奏する効果を奏する。7. Fourth Embodiment A carbon-neutral liquid
8.第5実施形態
第3実施形態において、熱媒体循環回路55を循環する熱媒体を水とし、熱媒体循環回路55の往路56に復水タービン11の抽気口を接続し、返路57に復水器15を接続した点以外は第3実施形態と同じであるので、相違点について説明し、第3実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。8. Fifth Embodiment In the third embodiment, water is used as the heat medium circulating in the heat
炭酸ガス回收装置25のリボイラー28には、FT合成装置51の冷却管52で合成反応熱を熱移動して生成された水蒸気に加え、復水タービン発電装置10の復水タービン11から抽気された水蒸気が供給される。供給された水蒸気はリボイラー28でCO2含有吸収液を加熱し含有水分の一部を水蒸気にし、自らは凝縮水となり一部が冷却管52に戻され、残部が復水器15に戻される。
In the
第5実施形態によれば、FT合成装置51での合成反応熱で生成された水蒸気に加え、復水タービン11から抽気した水蒸気を炭酸ガス回收装置25に供給するので、炭酸ガスの回収に必要な熱量を十分供給することができる。
According to the fifth embodiment, in addition to the steam generated by the synthesis reaction heat in the FT synthesis device 51, the steam extracted from the condensing
9.第6実施形態
第4実施形態において、熱媒体循環回路55を循環する熱媒体を水とし、独立過熱装置60から排ガスが供給される廃熱回収ボイラー80を設け、排熱回収ボイラー80の熱交換器81の蒸気出口が熱媒体循環回路55の往路56に接続され、凝縮水入口が返路57に接続されている点以外は第4実施形態と同じであるので、相違点について説明し、第4実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。9. Sixth Embodiment In the fourth embodiment, water is used as the heat medium circulating in the heat
炭酸ガス回收装置25のリボイラー28には、FT合成装置51の冷却管52で合成反応熱を熱移動して生成された水蒸気に加え、独立過熱装置60から排出された高温排ガスから廃熱回収ボイラー80の熱交換器81で回収した排熱で生成された水蒸気が供給される。供給された水蒸気はリボイラー28でCO2含有吸収液を加熱し含有水分の一部を水蒸気にし、自らは凝縮水となり一部が冷却管52に戻され、残部が熱交換器81に戻される。
In the
第6実施形態によれば、FT合成装置51での合成反応熱で生成される水蒸気に加え、独立過熱装置60から排出される高温排ガスから回収した排熱を使用して生成した水蒸気を炭酸ガス回收装置25に供給するので、炭酸ガスの回収に必要な熱量を十分に供給できる。
According to the sixth embodiment, in addition to the steam generated by the synthesis reaction heat in the FT synthesis device 51, the steam generated using the exhaust heat recovered from the high-temperature exhaust gas discharged from the
1a~1f:カーボンニュートラル液体燃料製造システム、10:復水タービン発電装置、11:復水タービン、12:発電機、15:復水器、20:ボイラー、21:熱交換部、22:燃焼室、23:バイオマス供給装置、25:炭酸ガス回收装置、26:吸収塔、27:再生塔、28:リボイラー、30:メタネーション装置、31:反応管、32:冷却部、33:低炭素水素供給装置、40:合成ガス製造装置、50:液体燃料合成装置(FT合成装置、メタノール製造装置)、51:反応器、52:冷却管、55:熱媒体循環回路、56往路、57返路、58:熱移送装置、60:独立過熱装置、61:熱交換部、62:燃焼室、63分岐路、64:管路、70:アップグレーディング装置、80:排熱回収ボイラー、81:熱交換器、82:排ガス路 1a to 1f: carbon-neutral liquid fuel production system, 10: condensing turbine generator, 11: condensing turbine, 12: generator, 15: condenser, 20: boiler, 21: heat exchange section, 22: combustion chamber , 23: biomass supply device, 25: carbon dioxide recovery device, 26: absorption tower, 27: regeneration tower, 28: reboiler, 30: methanation device, 31: reaction tube, 32: cooling section, 33: low-carbon hydrogen supply Apparatus 40: Synthesis gas production device 50: Liquid fuel synthesis device (FT synthesis device, methanol production device) 51: Reactor 52: Cooling pipe 55: Heat medium circulation circuit 56 outward route, 57 return route, 58 : heat transfer device, 60: independent superheater, 61: heat exchange section, 62: combustion chamber, 63 branch passage, 64: pipeline, 70: upgrading device, 80: waste heat recovery boiler, 81: heat exchanger, 82: Exhaust gas path
Claims (5)
前記ボイラーから排ガスが供給され、前記排ガスに含まれる炭酸ガスを吸収液に吸収させてCO2含有吸収液を生成する吸収塔、および前記吸収塔から前記CO2含有吸収液が供給され、前記CO2含有吸収液を加熱して前記炭酸ガスを放出させる再生塔を備える炭酸ガス回収装置と、
前記炭酸ガス回收装置から前記炭酸ガスが供給され、低炭素水素供給装置から前記炭酸ガスの質量流量に対して所定比の質量流量の低炭素水素ガスが供給され、前記炭酸ガスと前記低炭素水素ガスとを内部に充填されたメタン化反応触媒によって所定圧力、所定温度下でカーボンニュートラルメタンガスにメタン化反応させて送出するように構成された反応管、および前記復水タービン発電装置から前記凝縮水が供給され前記メタン化反応で生じる反応熱を前記凝縮水に熱移動して前記反応管内部を前記メタン化触媒が活性を示す前記所定温度に維持し、前記凝縮水を前記高温水にして前記ボイラーに送出する冷却部を備えるメタネーション装置と、
前記メタネーション装置の前記反応管から供給された前記カーボンニュートラルメタンガスから水素ガスと一酸化炭素ガスのモル比がほぼ2:1の合成ガスを製造する合成ガス製造装置と、
前記合成ガス製造装置から供給された前記合成ガスを所定温度・圧力環境で触媒によって反応させ、液体燃料粗油を合成する液体燃料合成装置と、
前記液体燃料合成装置で前記合成ガスを液体燃料粗油に合成する際に生じる反応熱を前記炭酸ガス回收装置に熱移動して前記CO2含有吸収液を加熱する熱移送装置と、
を備えたカーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システム。A generator driven by a condensing turbine, a boiler that burns biomass supplied from a biomass supply device, heats high-temperature water into superheated steam and supplies it to the condensing turbine, and is discharged from the condensing turbine. a condensing turbine power plant comprising a condenser for condensing low pressure steam into condensate;
Exhaust gas is supplied from the boiler, an absorption tower in which carbon dioxide gas contained in the exhaust gas is absorbed by an absorption liquid to generate a CO2-containing absorption liquid, and the CO2-containing absorption liquid is supplied from the absorption tower, and the CO2-containing absorption a carbon dioxide recovery device comprising a regeneration tower for heating the liquid to release the carbon dioxide;
The carbon dioxide gas is supplied from the carbon dioxide recovery device, the low-carbon hydrogen gas is supplied from the low-carbon hydrogen supply device at a mass flow rate of a predetermined ratio with respect to the mass flow rate of the carbon dioxide gas, and the carbon dioxide gas and the low-carbon hydrogen are supplied. a reaction tube configured to cause a carbon-neutral methane gas to undergo a methanation reaction under a predetermined pressure and a predetermined temperature by means of a methanation reaction catalyst filled therein, and to be sent out; and the condensed water from the condensate turbine power generation device. is supplied, the reaction heat generated in the methanation reaction is transferred to the condensed water, the inside of the reaction tube is maintained at the predetermined temperature at which the methanation catalyst is active, and the condensed water is converted into the high-temperature water. a methanation device comprising a cooling section feeding a boiler;
a synthesis gas production device for producing a synthesis gas having a molar ratio of hydrogen gas and carbon monoxide gas of approximately 2:1 from the carbon-neutral methane gas supplied from the reaction tube of the methanation device;
A liquid fuel synthesizing device that reacts the syngas supplied from the syngas manufacturing device with a catalyst in a predetermined temperature and pressure environment to synthesize liquid fuel crude oil;
a heat transfer device that heats the CO2-containing absorption liquid by transferring reaction heat generated when synthesizing the synthesis gas into the crude liquid fuel in the liquid fuel synthesizing device to the carbon dioxide recovery device;
A carbon-neutral methane-based liquid fuel production system.
前記熱移送装置は、前記液体燃料合成装置で生じる前記反応熱を前記炭酸ガス回收装置から送出される凝縮水の一部に熱移送して生成した水蒸気および前記独立過熱装置から排出される排ガスから排熱を回収する排熱回収ボイラーで前記炭酸ガス回收装置から送出される凝縮水の他部を加熱して生成された水蒸気を前記炭酸ガス回收装置に循環させて前記CO2含有吸収液を加熱する請求項1または請求項2に記載のカーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システム。an independent superheater to which part of the carbon-neutral methane gas sent out from the reaction tube of the methanation device is supplied, and part of the carbon-neutral methane gas is burned to superheat the superheated steam sent out from the boiler; prepared,
The heat transfer device transfers the reaction heat generated in the liquid fuel synthesizing device to a part of the condensed water sent out from the carbon dioxide gas recovery device to generate steam and the exhaust gas discharged from the independent superheater. An exhaust heat recovery boiler for recovering exhaust heat heats the other part of the condensed water sent from the carbon dioxide recovery device, and circulates steam generated by the carbon dioxide recovery device to heat the CO2-containing absorbent. The carbon-neutral methane-using liquid fuel manufacturing system according to claim 1 or 2.
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