JP2023141390A - Manufacturing apparatus of carbon valuable, manufacturing method of carbon valuable, manufacturing system of carbon valuable and manufacturing system of polymer - Google Patents

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宣利 柳橋
Nobutoshi Yanagibashi
アルツゲ ラシカ ダサナヤケ
Aluthge Rasika Dasanayake
友樹 中間
Tomoki Nakama
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

To provide a manufacturing apparatus of carbon valuables capable of efficiently manufacturing the carbon valuables from carbon dioxide, a manufacturing method of the carbon valuables and a manufacturing system of the carbon valuables, as well as a manufacturing system of a polymer using the manufacturing apparatus of the carbon valuables.SOLUTION: According to one aspect of the present invention, an apparatus for manufacturing carbon valuables is provided. This apparatus includes a first reaction section that converts COx (1.5≤x≤2) into COx (1≤x<1.5) using a first gas component that can accept oxygen element, a second reaction section that converts COx (1≤x<1.5) into carbon valuables, a gas line that connects the first reaction section and the second reaction section and supplies gas generated in the first reaction section to the second reaction section, and a gas component removal section that is arranged in the middle of the gas line and removes a second gas component having a boiling point higher than the boiling point of CO from an exhaust gas.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、炭素有価物の製造装置、炭素有価物の製造方法、炭素有価物の製造システムおよびポリマーの製造システムに関する。 The present invention relates to an apparatus for producing carbon valuables, a method for producing carbon valuables, a system for producing carbon valuables, and a system for producing polymers.

近年、温室効果ガスの一種である二酸化炭素(CO)は、その大気中の濃度が上昇を続けている。大気中の二酸化炭素の濃度の上昇は、地球温暖化を助長する。したがって、大気中に放出される二酸化炭素を回収することは重要であり、さらに回収した二酸化炭素を炭素有価物に変換して再利用できれば、炭素循環社会を実現することができる。
また、地球規模の施策としても、気候変動に関する国際連合枠組条約の京都議定書にもあるように、地球温暖化の原因となる二酸化炭素について、先進国における削減率を、1990年を基準として各国別に定め、共同で約束期間内に削減目標値を達成することが定められている。
In recent years, the concentration of carbon dioxide (CO 2 ), a type of greenhouse gas, in the atmosphere has continued to rise. Rising concentrations of carbon dioxide in the atmosphere contribute to global warming. Therefore, it is important to recover carbon dioxide released into the atmosphere, and if the recovered carbon dioxide can be converted into valuable carbon materials and reused, a carbon recycling society can be realized.
In addition, as a global measure, as stated in the Kyoto Protocol of the United Nations Framework Convention on Climate Change, the reduction rate of carbon dioxide, which is the cause of global warming, in developed countries is set for each country based on 1990. It is stipulated that the reduction targets will be jointly achieved within the commitment period.

その削減目標を達成するため、製鉄所、精錬所または火力発電所から発生した二酸化炭素を含む排気ガスも対象となっており、これらの業界における二酸化炭素の削減に関して、様々な技術改良が行われている。かかる技術の一例としては、CO回収・貯留(CCS)が挙げられる。しかしながら、この技術では、貯留という物理的な限界があり、根本的な解決策とはなっていない。
例えば、特許文献1には、ジルコニウムを含む酸化セリウムを用いて、二酸化炭素から一酸化炭素を製造する製造装置が開示されている。
In order to achieve this reduction target, exhaust gases containing carbon dioxide generated from steel mills, smelters, and thermal power plants are also targeted, and various technological improvements have been made to reduce carbon dioxide emissions in these industries. ing. An example of such technology is CO 2 capture and storage (CCS). However, this technology has the physical limit of storage and is not a fundamental solution.
For example, Patent Document 1 discloses a production apparatus for producing carbon monoxide from carbon dioxide using cerium oxide containing zirconium.

特許第5858926号Patent No. 5858926

特許文献1には、二酸化炭素を一酸化炭素に効率的に変換する金属酸化物を特定する発明が開示されている。しかしながら、本発明者らの検討によれば、特許文献1には、一酸化炭素の製造条件や製造装置につき、図等を参照すれば判るように、概念的または一般的な情報が開示されるのみである。このため、工業的に一酸化炭素のような炭素有価物を製造するには、更なる技術改良が必要であることが判った。
また、現状、二酸化炭素から炭素有価物を効率よく製造し得る製造装置は知られていない。
Patent Document 1 discloses an invention that specifies a metal oxide that efficiently converts carbon dioxide into carbon monoxide. However, according to the studies of the present inventors, Patent Document 1 discloses conceptual or general information regarding the manufacturing conditions and manufacturing equipment for carbon monoxide, as can be seen by referring to the figures. Only. For this reason, it has been found that further technological improvements are required to industrially produce carbon valuables such as carbon monoxide.
Further, at present, there is no known production device that can efficiently produce carbon valuables from carbon dioxide.

本発明では上記事情に鑑み、二酸化炭素から炭素有価物を効率よく製造し得る炭素有価物の製造装置、炭素有価物の製造方法および炭素有価物の製造システム、ならびに炭素有価物の製造装置を使用したポリマーの製造システムを提供することとした。 In view of the above circumstances, the present invention uses a carbon valuables manufacturing apparatus, a carbon valuables manufacturing method, a carbon valuables manufacturing system, and a carbon valuables manufacturing apparatus capable of efficiently manufacturing carbon valuables from carbon dioxide. We decided to provide a production system for polymers that

本発明の一態様によれば、炭素有価物を製造する装置が提供される。この装置は、酸素元素を受容可能な第1のガス成分を利用して、CO(1.5≦x≦2)をCO(1≦x<1.5)に変換する第1の反応部と、CO(1≦x<1.5)を炭素有価物に変換する第2の反応部と、第1の反応部と第2の反応部とを接続し、第1の反応部で生じた排出ガスを第2の反応部に供給するガスラインと、ガスラインの途中に配置され、排出ガスからCOの沸点より高い沸点を有する第2のガス成分を除去するガス成分除去部とを備える。 According to one aspect of the present invention, an apparatus for producing carbon valuables is provided. This device performs a first reaction that converts CO x (1.5≦x≦2) into CO x (1≦x<1.5) using a first gas component that can accept oxygen element. a second reaction part that converts CO x (1≦x<1.5) into carbon valuables; the first reaction part and the second reaction part are connected; A gas line that supplies the generated exhaust gas to a second reaction section, and a gas component removal section that is disposed in the middle of the gas line and removes a second gas component having a boiling point higher than the boiling point of CO from the exhaust gas. Be prepared.

かかる態様によれば、二酸化炭素から炭素有価物、さらにはポリマーを効率よく製造することができる。 According to this embodiment, carbon valuables and even polymers can be efficiently produced from carbon dioxide.

本発明の炭素有価物の製造システムの第1実施形態の構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing the configuration of a first embodiment of a system for producing carbon valuables according to the present invention. 第1実施形態における第1の反応器の構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a first reactor in the first embodiment. 本発明の炭素有価物の製造システムの第2実施形態の構成を示す概略図である。It is a schematic diagram showing the composition of a 2nd embodiment of the production system of carbon valuables of the present invention. 本発明の炭素有価物の製造システムの第3実施形態の構成を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a third embodiment of a system for producing carbon valuables according to the present invention. 第4実施形態における第1の反応部の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram showing the composition of the 1st reaction part in a 4th embodiment. 第5実施形態における第1の反応部の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the 1st reaction part in 5th Embodiment.

以下、本発明の炭素有価物の製造装置、炭素有価物の製造方法、炭素有価物の製造システムおよびポリマーの製造システムについて、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
<炭素有価物の製造システム>
<<第1実施形態>>
まず、本発明の炭素有価物の製造システムの第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の炭素有価物の製造システムの第1実施形態の構成を示す概略図である。図2は、第1実施形態における第1の反応器の構成を示す模式図である。
図1に示す炭素有価物の製造システム10は、炭素有価物を製造するシステムであり、炭素有価物の製造装置100(以下、単に「製造装置100」とも言う。)と、製造装置100に接続され、排ガスを供給する排ガス供給部(ガス生成部)1および還元ガスを供給する還元ガス供給部2とを備えている。
なお、本明細書中では、ガスの流れ方向に対して上流側を単に「上流側」、下流側を単に「下流側」とも記載する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an apparatus for producing carbon valuables, a method for producing carbon valuables, a system for producing carbon valuables, and a system for producing a polymer according to the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<Carbon valuables production system>
<<First embodiment>>
First, a first embodiment of a system for producing carbon valuables according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a first embodiment of a system for producing carbon valuables according to the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the first reactor in the first embodiment.
The carbon valuables manufacturing system 10 shown in FIG. It includes an exhaust gas supply section (gas generation section) 1 that supplies exhaust gas and a reducing gas supply section 2 that supplies reducing gas.
Note that, in this specification, the upstream side with respect to the gas flow direction is also simply referred to as "upstream side," and the downstream side is also simply referred to as "downstream side."

排ガス供給部1としては、特に限定されないが、例えば、製紙工場、セメント工場、製鉄所、精錬所、火力発電所、精油所、エチレンクラッカー、製油所、化学工場から選ばれる少なくとも1つの事業所のCO排出源が挙げられる。中でも、排ガス供給部1としては、製鉄所、精錬所または火力発電所に付属する炉(例えば、燃焼炉、高炉、転炉)が好ましい。炉では、内容物の燃焼、溶融、精錬等の際に、CO(1.5≦x≦2)を含むガスが生成(発生)する。すなわち、二酸化炭素リッチな排ガスが生成する。
ゴミ焼却場にける燃焼炉(焼却炉)の場合、内容物(廃棄物)としては、例えば、プラスチック廃棄物、生ゴミ、都市廃棄物(MSW)、廃棄タイヤ、バイオマス廃棄物、家庭ゴミ(布団、紙類)、建築部材等が挙げられる。なお、これらの廃棄物は、1種を単独で含んでいても、2種以上を含んでいてもよい。
The exhaust gas supply section 1 is not particularly limited, but for example, at least one business facility selected from a paper mill, a cement factory, a steel mill, a smelter, a thermal power plant, an oil refinery, an ethylene cracker, an oil refinery, and a chemical factory. Examples include CO x emission sources. Among these, as the exhaust gas supply section 1, a furnace (for example, a combustion furnace, a blast furnace, a converter) attached to a steel mill, a smelter, or a thermal power plant is preferable. In a furnace, gas containing CO x (1.5≦x≦2) is generated (emitted) during combustion, melting, refining, etc. of the contents. That is, exhaust gas rich in carbon dioxide is generated.
In the case of a combustion furnace (incinerator) at a garbage incinerator, the contents (waste) include, for example, plastic waste, food garbage, municipal waste (MSW), waste tires, biomass waste, household garbage (bedding), etc. , paper), construction materials, etc. Note that these wastes may contain one type alone or two or more types.

排ガスは、通常、二酸化炭素に加えて、窒素、酸素、一酸化炭素、水蒸気、メタン等の他のガス成分を含む。排ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度は、特に限定されないが、生成ガスの製造コスト(一酸化炭素への変換効率)を考慮すると、1体積%以上が好ましく、5体積%以上がより好ましい。
ゴミ焼却場にける燃焼炉からの排ガスの場合、二酸化炭素が5体積%以上15体積%以下、窒素が60体積%以上70体積%以下、酸素が5体積%以上10体積%以下、水蒸気が15体積%以上25体積%以下で含まれる。
In addition to carbon dioxide, exhaust gas typically contains other gas components such as nitrogen, oxygen, carbon monoxide, water vapor, and methane. The concentration of carbon dioxide contained in the exhaust gas is not particularly limited, but in consideration of the production cost of produced gas (conversion efficiency to carbon monoxide), it is preferably 1% by volume or more, more preferably 5% by volume or more.
In the case of exhaust gas from a combustion furnace at a garbage incinerator, carbon dioxide is 5% to 15% by volume, nitrogen is 60% to 70% by volume, oxygen is 5% to 10% by volume, and water vapor is 15% by volume. It is contained in an amount of not less than 25% by volume.

高炉からの排ガス(高炉ガス)は、高炉において銑鉄を製造する際に発生するガスであり、二酸化炭素が10体積%以上15体積%以下、窒素が55体積%以上60体積%以下、一酸化炭素が25体積%以上30体積%以下、水素が1体積%以上5体積%以下で含まれる。
また、転炉からの排ガス(転炉ガス)は、転炉において鋼を製造する際に発生するガスであり、二酸化炭素が15体積%以上20体積%以下、一酸化炭素が50体積%以上60体積%以下、窒素が15体積%以上25体積%以下、水素が1体積%以上5体積%以下で含まれる。
Exhaust gas from a blast furnace (blast furnace gas) is a gas generated when producing pig iron in a blast furnace, and contains carbon dioxide of 10% to 15% by volume, nitrogen of 55% to 60% by volume, and carbon monoxide. is contained in an amount of 25 vol.% or more and 30 vol.% or less, and hydrogen is contained in an amount of 1 vol.% or more and 5 vol.% or less.
In addition, exhaust gas from a converter (converter gas) is a gas generated when manufacturing steel in a converter, and contains carbon dioxide of 15% to 20% by volume and carbon monoxide of 50% to 60% by volume. Nitrogen is contained in an amount of 15% to 25% by volume, and hydrogen is contained in an amount of 1% to 5% by volume.

ここで、高炉ガスおよび転炉ガスを使用する場合には、一酸化炭素を分離および除去して、二酸化炭素リッチな排ガス(CO(1.5≦x≦2)を含むガス)が調製される。
高炉ガスおよび転炉ガスから一酸化炭素を分離する方法としては、例えば、低温分離方式(深冷方式)の分離器、圧力スイング吸着(PSA)方式の分離器、膜分離方式の分離器、温度スイング吸着(TSA)方式の分離器、アミン吸収式の分離器、アミン吸着式の分離器等が挙げられ、これらのうちの1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
なお、CO(1.5≦x≦2)を含むガスには、二酸化炭素を100体積%で含む純ガスを使用してもよい。
When using blast furnace gas and converter gas, carbon monoxide is separated and removed to prepare carbon dioxide-rich exhaust gas (gas containing CO x (1.5≦x≦2)). Ru.
Methods for separating carbon monoxide from blast furnace gas and converter gas include, for example, low-temperature separation type (deep cooling type) separators, pressure swing adsorption (PSA) type separators, membrane separation type separators, temperature Swing adsorption (TSA) type separators, amine absorption type separators, amine adsorption type separators, etc. can be used, and one type of these can be used alone or two or more types can be used in combination.
Note that a pure gas containing 100% by volume of carbon dioxide may be used as the gas containing CO x (1.5≦x≦2).

ただし、排ガスを使用すれば、従来、大気中に排出していた二酸化炭素を有効利用することができ、環境への負荷を低減することができる。これらの中でも、炭素循環という観点からは、製鉄所または精錬所で発生した二酸化炭素を含む排ガスが好ましい。
なお、未処理の高炉ガスおよび転炉ガスは、それぞれ上述のようなガス組成であるが、一酸化炭素を除去した後の処理済みガスは、燃焼炉からの排ガスで示したガス組成に近いガス組成となる。本明細書では、以上のようなガス(製造装置100に供給される前のガス)をいずれも排ガスと呼ぶ。
However, if exhaust gas is used, the carbon dioxide that was conventionally emitted into the atmosphere can be effectively used, and the burden on the environment can be reduced. Among these, from the viewpoint of carbon circulation, exhaust gas containing carbon dioxide generated at a steel mill or a refinery is preferable.
Note that untreated blast furnace gas and converter gas have the gas compositions described above, but the treated gas after removing carbon monoxide has a gas composition similar to that shown in the exhaust gas from the combustion furnace. composition. In this specification, all of the above gases (gases before being supplied to the manufacturing apparatus 100) are referred to as exhaust gas.

還元ガス供給部2は、例えば、水の電気分解により水素を発生させる水素発生装置で構成される。この水素発生装置には、水を貯留したタンクが接続されている。
水素発生装置によれば、多量の水素を比較的安価かつ簡便に生成することができる。また、製造装置100内で発生する凝縮水を再利用できるという利点もある。なお、水素発生装置での電気エネルギーの消費が大きいため、再生可能エネルギーとしての電力を使用することが有効である。
再生可能エネルギーとしては、太陽光発電、風カ発電、水力発電、波力発電、潮力発電、バイオマス発電、地熱発電、太陽熱および地中熱から選択される少なくとも1つを利用した電気エネルギーが使用可能である。
The reducing gas supply unit 2 is configured with, for example, a hydrogen generator that generates hydrogen by electrolyzing water. A tank storing water is connected to this hydrogen generator.
According to the hydrogen generator, a large amount of hydrogen can be generated relatively inexpensively and easily. Another advantage is that condensed water generated within the manufacturing apparatus 100 can be reused. Note that since the hydrogen generator consumes a large amount of electrical energy, it is effective to use electricity as renewable energy.
As renewable energy, electrical energy using at least one selected from solar power generation, wind power generation, hydropower generation, wave power generation, tidal power generation, biomass power generation, geothermal power generation, solar heat, and geothermal heat is used. It is possible.

なお、水素発生装置には、副生水素を発生する装置を使用することもできる。副生水素を発生する装置としては、例えば、塩化ナトリウム水溶液を電気分解する装置、石油を水蒸気改質する装置、アンモニアを製造する装置等が挙げられる。
また、還元ガス供給部2をコークス炉とすることもできる。この場合、コークス炉からの排ガスを還元ガスとして使用するようにしてもよい。コークス炉からの排ガスは、水素およびメタンを主成分とし、水素を50体積%以上60体積%以下で含むためである。
Note that a device that generates by-product hydrogen can also be used as the hydrogen generator. Examples of devices that generate by-product hydrogen include devices that electrolyze an aqueous sodium chloride solution, devices that steam-reform petroleum, and devices that produce ammonia.
Further, the reducing gas supply section 2 can also be a coke oven. In this case, exhaust gas from the coke oven may be used as the reducing gas. This is because the exhaust gas from the coke oven has hydrogen and methane as its main components, and contains hydrogen in an amount of 50% by volume or more and 60% by volume or less.

本実施形態の製造装置100は、炭素有価物を製造する装置であり、主に、ガス切換部3と、2つの第1の反応器4a、4b(第1の反応部4)と、1つの第2の反応器(第2の反応部)5とを備えている。
排ガス供給部1は、ガスラインGL1を介して、ガス切換部3に接続され、還元ガス供給部2は、ガスラインGL2を介して、ガス切換部3に接続されている。
各ガスラインGL1、GL2の途中には、これを通過するガスの温度を調整する温調部、ガスを加圧する加圧部、ガス中の不純物を除去する不純物除去部等の少なくとも1つを配置するようにしてもよい。
ガス切換部3は、例えば、分岐ガスラインと、この分岐ガスラインの途中に設けられたバルブのような流路開閉機構とを含んで構成することができる。
The production apparatus 100 of this embodiment is an apparatus for producing carbon valuables, and mainly includes a gas switching section 3, two first reactors 4a and 4b (first reaction section 4), and one reactor. A second reactor (second reaction section) 5 is provided.
The exhaust gas supply section 1 is connected to the gas switching section 3 via a gas line GL1, and the reducing gas supply section 2 is connected to the gas switching section 3 via a gas line GL2.
In the middle of each gas line GL1, GL2, at least one of a temperature control section that adjusts the temperature of the gas passing through it, a pressurization section that pressurizes the gas, an impurity removal section that removes impurities from the gas, etc. is arranged. You may also do so.
The gas switching unit 3 can be configured to include, for example, a branch gas line and a passage opening/closing mechanism such as a valve provided in the middle of the branch gas line.

ガス切換部3は、2つのガスラインGL3a、GL3bを介して、それぞれ第1の反応器4a、4bの入口ポートに接続されている。
かかる構成により、排ガス供給部1から供給された排ガス(CO(1.5≦x≦2)を含む酸化ガス)は、ガスラインGL1、ガス切換部3およびガスラインGL3a、GL3bを通過して、各第1の反応器4a、4bに供給される。
一方、還元ガス供給部2から供給された水素(酸素元素を受容可能な第1のガス成分)を含む還元ガスは、ガスラインGL2、ガス切換部3およびガスラインGL3a、GL3bを通過して、各第1の反応器4a、4bに供給される。
The gas switching unit 3 is connected to the inlet ports of the first reactors 4a, 4b via two gas lines GL3a, GL3b, respectively.
With this configuration, the exhaust gas (oxidizing gas containing CO x (1.5≦x≦2)) supplied from the exhaust gas supply section 1 passes through the gas line GL1, the gas switching section 3, and the gas lines GL3a and GL3b. , are supplied to each first reactor 4a, 4b.
On the other hand, the reducing gas containing hydrogen (the first gas component capable of accepting oxygen element) supplied from the reducing gas supply section 2 passes through the gas line GL2, the gas switching section 3, and the gas lines GL3a and GL3b, It is supplied to each first reactor 4a, 4b.

第1の反応器4a、4bは、酸素元素を受容可能な第1のガス成分を利用して、CO(1.5≦x≦2)をCO(1≦x<1.5)に変換可能である。COx(1.5≦x≦2)は、二酸化炭素リッチなガスであり、CO(1≦x<1.5)は、一酸化炭素リッチなガスである。各第1の反応器4a、4bは、図2に示すように、還元剤4Rをそれぞれ充填(収容)した複数の管体41と、複数の管体41を内部空間43に収納したハウジング42とを備える多管式の反応装置(固定層式の反応装置)で構成されている。かかる多管式の反応装置によれば、還元剤4Rと排ガスおよび還元ガスとの接触の機会を十分に確保することができる。その結果、炭素有価物を含む生成ガスの製造効率を高めることができる。
本実施形態の還元剤4Rは、例えば、粒子状(顆粒状)、鱗片状、ペレット状等であることが好ましい。かかる形状の還元剤4Rであれば、管体41への充填効率を高めることができ、管体41内に供給されるガスとの接触面積をより増大させることができる。
The first reactors 4a and 4b convert CO x (1.5≦x≦2) into CO x (1≦x<1.5) using a first gas component that can accept oxygen element. It is convertible. COx (1.5≦x≦2) is a gas rich in carbon dioxide, and COx (1≦x<1.5) is a gas rich in carbon monoxide. As shown in FIG. 2, each of the first reactors 4a and 4b includes a plurality of tube bodies 41 each filled with (housed in) a reducing agent 4R, and a housing 42 in which the plurality of tube bodies 41 are housed in an internal space 43. It consists of a multitubular reactor (fixed bed reactor) equipped with According to such a multi-tubular reactor, a sufficient opportunity for contact between the reducing agent 4R and the exhaust gas and the reducing gas can be ensured. As a result, the production efficiency of generated gas containing carbon valuables can be improved.
The reducing agent 4R of this embodiment is preferably in the form of particles, scales, pellets, etc., for example. If the reducing agent 4R has such a shape, it is possible to increase the filling efficiency into the pipe body 41 and further increase the contact area with the gas supplied into the pipe body 41.

還元剤4Rが粒子状である場合、その体積平均粒径は、特に限定されないが、1~50mmであることが好ましく、1~30mmであることがより好ましい。この場合、還元剤4Rと排ガス(二酸化炭素)との接触面積をさらに高め、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率をより向上させることができる。同様に、還元物質を含む還元ガスによる還元剤4Rの再生(還元)もより効率よく行うことができる。
粒子状の還元剤4Rは、より球形度が高まることから、転動造粒により製造された成形体であることが好ましい。
When the reducing agent 4R is in the form of particles, its volume average particle diameter is not particularly limited, but is preferably 1 to 50 mm, more preferably 1 to 30 mm. In this case, the contact area between the reducing agent 4R and the exhaust gas (carbon dioxide) can be further increased, and the conversion efficiency of carbon dioxide into carbon monoxide can be further improved. Similarly, regeneration (reduction) of the reducing agent 4R using a reducing gas containing a reducing substance can be performed more efficiently.
The particulate reducing agent 4R is preferably a molded body manufactured by rolling granulation because the sphericity is further increased.

また、還元剤4Rは、担体に担持させるようにしてもよい。
担体の構成材料としては、排ガス(酸化ガス)との接触や反応条件等により変性し難ければよく、例えば、炭素材料(グラファイト、グラフェン等)、MoCのような炭化物、ゼオライト、モンモリロナイト、ZrO、TiO、V、MgO、CeO、Al、SiOのような酸化物およびこれらを含む複合酸化物等が挙げられる。
Further, the reducing agent 4R may be supported on a carrier.
The constituent material of the carrier may be any material that is difficult to modify due to contact with exhaust gas (oxidizing gas) or reaction conditions, such as carbon materials (graphite, graphene, etc.), carbides such as Mo 2 C, zeolite, montmorillonite, Examples include oxides such as ZrO 2 , TiO 2 , V 2 O 5 , MgO, CeO 2 , Al 2 O 3 , and SiO 2 and composite oxides containing these.

これらの中でも、担体の構成材料としては、ゼオライト、モンモリロナイト、ZrO、TiO、V、MgO、Al、SiOおよびこれらを含む複合酸化物が好ましい。かかる材料で構成される担体は、還元剤4Rの反応に悪影響を及ぼさず、還元剤4Rの担持能に優れる点で好ましい。ここで、担体は、還元剤4Rの反応には関与せず、還元剤4Rを単に支持(保持)する。
かかる形態の一例としては、担体の表面の少なくとも一部を還元剤4Rで被覆する構成が挙げられる。
Among these, zeolite, montmorillonite, ZrO 2 , TiO 2 , V 2 O 5 , MgO, Al 2 O 3 , SiO 2 and composite oxides containing these are preferable as constituent materials of the carrier. A carrier made of such a material is preferable because it does not adversely affect the reaction of the reducing agent 4R and has an excellent ability to support the reducing agent 4R. Here, the carrier does not participate in the reaction of the reducing agent 4R and simply supports (holds) the reducing agent 4R.
An example of such a configuration is a configuration in which at least a portion of the surface of the carrier is coated with the reducing agent 4R.

還元剤4Rは、金属単体および金属酸化物の少なくとも一方(酸素イオン伝導性を備える酸素キャリア)を含む。金属単体および金属酸化物の少なくとも一方は、二酸化炭素を還元することができれば、特に限定されないが、第3族~第13族に属する金属元素から選択される少なくとも1種を含有することが好ましく、第3族~第12属に属する金属元素から選択される少なくとも1種を含有することがより好ましく、ランタン、チタン、バナジウム、鉄、インジウム、コバルト、ジルコニウム、銅、亜鉛、ニッケル、マンガン、クロムおよびセリウム等のうちの少なくとも1種を含有することがさらに好ましく、ランタン、ジルコニウム、鉄、ニッケル、銅、クロム、マンガンのうちの少なくとも1種を含有する金属酸化物または複合金属酸化物が特に好ましい。これらの金属酸化物は、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が特に良好なため有用である。 The reducing agent 4R contains at least one of an elemental metal and a metal oxide (oxygen carrier with oxygen ion conductivity). At least one of the simple metal and the metal oxide is not particularly limited as long as it can reduce carbon dioxide, but it is preferable that it contains at least one metal element selected from metal elements belonging to Groups 3 to 13. It is more preferable to contain at least one metal element selected from metal elements belonging to Groups 3 to 12, including lanthanum, titanium, vanadium, iron, indium, cobalt, zirconium, copper, zinc, nickel, manganese, chromium and It is more preferable to contain at least one of cerium and the like, and particularly preferable is a metal oxide or composite metal oxide containing at least one of lanthanum, zirconium, iron, nickel, copper, chromium, and manganese. These metal oxides are useful because they have particularly good efficiency in converting carbon dioxide to carbon monoxide.

また、各第1の反応器4a、4bにおいて、還元剤4R(金属単体および金属酸化物のうちの少なくとも一方)自体で管体(円筒状の成形体)41を作製してもよい。さらに、還元剤4Rで、ブロック状、格子状(例えば、網状、ハニカム状)等の成形体を作製し、ハウジング42内に配置するようにしてもよい。これらの場合、充填剤としての還元剤4Rは省略するようにしてもよいし、併用してもよい。 Further, in each of the first reactors 4a, 4b, the tube (cylindrical molded body) 41 may be made of the reducing agent 4R (at least one of a simple metal and a metal oxide) itself. Furthermore, a block-shaped, lattice-shaped (for example, net-shaped, honeycomb-shaped) molded body may be produced using the reducing agent 4R, and the molded body may be placed in the housing 42. In these cases, the reducing agent 4R as a filler may be omitted or may be used in combination.

これらの中では、還元剤4Rで網状体を作製し、ハウジング42内に配置する構成が好ましい。かかる構成の場合、各第1の反応器4a、4b内で排ガスおよび還元ガスの通過抵抗が高まるのを防止しつつ、還元剤4Rと排ガスおよび還元ガスとの接触の機会を十分に確保することもできる。
なお、2つの第1の反応器4a、4bの容積は、互いにほぼ等しく設定され、処理する排ガスの量(排ガス供給部1のサイズや製造装置100のサイズ)に応じて、適宜設定される。また、2つの第1の反応器4a、4bの容積は、排ガスおよび還元ガスの種類、還元剤4Rの性能等に応じて異ならせてもよい。
Among these, a configuration in which a net-like body is produced using the reducing agent 4R and placed inside the housing 42 is preferable. In the case of such a configuration, sufficient opportunity for contact between the reducing agent 4R and the exhaust gas and reducing gas is ensured while preventing the passage resistance of the exhaust gas and reducing gas from increasing in each of the first reactors 4a and 4b. You can also do it.
The volumes of the two first reactors 4a and 4b are set approximately equal to each other, and are appropriately set depending on the amount of exhaust gas to be treated (the size of the exhaust gas supply section 1 and the size of the manufacturing apparatus 100). Further, the volumes of the two first reactors 4a and 4b may be varied depending on the types of exhaust gas and reducing gas, the performance of the reducing agent 4R, and the like.

以上のような構成によれば、ガス切換部3においてガスライン(流路)を切り換えることにより、例えば、酸化前の還元剤4Rが収容された第1の反応器4aに、ガスラインGL3aを介して排ガス(CO(1.5≦x≦2))を供給し、酸化後の還元剤4Rが収容された第1の反応器4bに、ガスラインGL3bを介して還元ガス(第1のガス成分)を供給することができる。このとき、第1の反応器4aでは下記式1の反応が進行し、第1の反応器4bでは下記式2の反応が進行する。 According to the above configuration, by switching the gas line (flow path) in the gas switching unit 3, for example, the reducing agent 4R before oxidation is connected to the first reactor 4a containing the reducing agent 4R via the gas line GL3a. is supplied with exhaust gas (CO x (1.5≦x≦2)), and the reducing gas (first gas components). At this time, a reaction expressed by the following formula 1 proceeds in the first reactor 4a, and a reaction expressed by the following formula 2 proceeds in the first reactor 4b.

なお、下記式1および式2では、還元剤4Rに酸化鉄(FeOx-1)が含まれる場合を一例として示している。
式1: CO + FeOx-1 → CO + FeO
式2: H + FeO → HO + FeOx-1
その後、ガス切換部3においてガスラインを上記と反対に切り換えることにより、第1の反応器4aでは上記式2の反応を進行させ、第1の反応器4bでは上記式1の反応を進行させることができる。
すなわち、排ガスと還元ガスとを交互に供給することができる。
Note that in the following formulas 1 and 2, the case where the reducing agent 4R contains iron oxide (FeO x-1 ) is shown as an example.
Formula 1: CO 2 + FeO x−1 → CO + FeO x
Formula 2: H 2 + FeO x → H 2 O + FeO x-1
Thereafter, by switching the gas line in the opposite direction to the above in the gas switching unit 3, the reaction of the above formula 2 is allowed to proceed in the first reactor 4a, and the reaction of the above formula 1 is allowed to proceed in the first reactor 4b. I can do it.
That is, exhaust gas and reducing gas can be supplied alternately.

なお、上記式1および式2に示す反応は、いずれも吸熱反応である。このため、製造装置100は、還元剤4Rに排ガスまたは還元ガスを接触させる際(すなわち、排ガスまたは還元ガスと還元剤4Rとの反応の際)に、還元剤4Rを加熱する還元剤加熱部(図1中、図示せず。)をさらに有することが好ましい。
かかる還元剤加熱部を設けることにより、排ガスまたは還元ガスと還元剤4Rとの反応における温度を高温に維持して、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率の低下を好適に防止または抑制するとともに、還元ガスによる還元剤4Rの再生をさらに促進することができる。
Note that the reactions shown in Formulas 1 and 2 above are both endothermic reactions. For this reason, the manufacturing apparatus 100 includes a reducing agent heating unit ( (not shown in FIG. 1).
By providing such a reducing agent heating section, the temperature during the reaction between the exhaust gas or reducing gas and the reducing agent 4R is maintained at a high temperature, and a decrease in the conversion efficiency of carbon dioxide to carbon monoxide is suitably prevented or suppressed. , the regeneration of the reducing agent 4R by the reducing gas can be further promoted.

ただし、還元剤4Rの種類によっては、上記式1および式2に示す反応が発熱反応となる場合がある。この場合、製造装置100は、還元剤加熱部に代えて、還元剤4Rを冷却する還元剤冷却部を有することが好ましい。かかる還元剤冷却部を設けることにより、排ガスまたは還元ガスと還元剤4Rとの反応の際に、還元剤4Rが劣化するのを好適に阻止して、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率の低下を好適に防止または抑制するとともに、還元ガスによる還元剤4Rの再生をさらに促進することができる。
つまり、製造装置100には、還元剤4Rの種類(発熱反応または吸熱反応)の違いによって、還元剤4Rの温度を調整する還元剤温調部を設けることが好ましい。
However, depending on the type of reducing agent 4R, the reactions shown in Formulas 1 and 2 above may become exothermic reactions. In this case, it is preferable that the manufacturing apparatus 100 has a reducing agent cooling section that cools the reducing agent 4R instead of the reducing agent heating section. By providing such a reducing agent cooling section, deterioration of the reducing agent 4R is suitably prevented during the reaction between the exhaust gas or reducing gas and the reducing agent 4R, and the conversion efficiency of carbon dioxide into carbon monoxide is improved. It is possible to suitably prevent or suppress the decrease, and further promote the regeneration of the reducing agent 4R by the reducing gas.
That is, the manufacturing apparatus 100 is preferably provided with a reducing agent temperature control section that adjusts the temperature of the reducing agent 4R depending on the type of reducing agent 4R (exothermic reaction or endothermic reaction).

ここで、第1の反応器4a、4bにおける二酸化炭素の一酸化炭素への転化率は、90%以上であることが好ましく、92.5%以上であることがより好ましく、95%以上であることがさらに好ましい。二酸化炭素の前記一酸化炭素への転化率の上限は、通常、98%程度である。
このような転化率は、使用する還元剤4Rの種類、排ガスに含まれる二酸化炭素の濃度、還元物質の種類、還元ガスに含まれる還元物質の濃度、第1の反応器4a、4bの温度、排ガスおよび還元ガスの第1の反応器4a、4bへの流量(流速)、排ガスと還元ガスとの切り換えのタイミング等を調整することにより設定可能である。
Here, the conversion rate of carbon dioxide to carbon monoxide in the first reactors 4a, 4b is preferably 90% or more, more preferably 92.5% or more, and 95% or more. It is even more preferable. The upper limit of the conversion rate of carbon dioxide to carbon monoxide is usually about 98%.
Such a conversion rate depends on the type of reducing agent 4R used, the concentration of carbon dioxide contained in the exhaust gas, the type of reducing substance, the concentration of reducing substance contained in the reducing gas, the temperature of the first reactors 4a and 4b, It can be set by adjusting the flow rate (flow rate) of exhaust gas and reducing gas to the first reactors 4a, 4b, the timing of switching between exhaust gas and reducing gas, etc.

第1の反応器4a、4bの出口ポートには、それぞれガスラインGL4a、GL4bが接続され、これらがガス合流部Jにおいて合流して、ガスラインGL4を構成している。また、ガスラインGL4a、GL4bの途中には、必要に応じて、それぞれバルブ(図示せず。)が設けられる。
例えば、バルブの開度を調整することにより、第1の反応器4a、4bを通過する排ガスおよび還元ガスの通過速度(すなわち、還元剤4Rによる排ガスの処理速度および還元ガスによる還元剤4Rの処理速度)を設定することができる。
Gas lines GL4a and GL4b are connected to the outlet ports of the first reactors 4a and 4b, respectively, and these meet at a gas merging section J to form a gas line GL4. Additionally, valves (not shown) are provided in the middle of the gas lines GL4a and GL4b, as necessary.
For example, by adjusting the opening degree of the valve, the passing rate of the exhaust gas and reducing gas passing through the first reactors 4a and 4b (i.e., the processing rate of the exhaust gas by the reducing agent 4R and the processing rate of the reducing agent 4R by the reducing gas) can be adjusted. speed) can be set.

ガスラインGL4は、第2の反応器5の入口ポートに接続されている。すなわち、第2の反応器(第2の反応部)5は、ガスラインGL4a、GL4bおよびガスラインGL4を介して、第1の反応器4a、4b(第1の反応部)に接続されている。これにより、第1の反応器4a、4bで生じた排出ガスを混合ガスとして第2の反応器5に供給することができる。
第2の反応器5は、CO(1≦x<1.5)を炭素有価物に変換可能である。具体的には、第2の反応器5では、混合ガスに含まれる一酸化炭素と水素とから、炭素有価物の一種であるオレフィン系化合物を生成する。すなわち、第2の反応器5では、いわゆる、フィッシャー・トロプシュ反応が行われる。
第2の反応器5には、第1の反応器4a、4bで説明したのと同様の反応器を使用することができる。この場合、管体41には、例えば、鉄、コバルト、ルテニウム、ニッケル、モリブデン、アルミニウム、ケイ素のうちの少なくとも1種を含む触媒が充填される。
Gas line GL4 is connected to the inlet port of second reactor 5. That is, the second reactor (second reaction section) 5 is connected to the first reactors 4a, 4b (first reaction section) via gas lines GL4a, GL4b and gas line GL4. . Thereby, the exhaust gas generated in the first reactors 4a, 4b can be supplied to the second reactor 5 as a mixed gas.
The second reactor 5 is capable of converting CO x (1≦x<1.5) into carbon values. Specifically, in the second reactor 5, an olefin compound, which is a type of carbon valuable substance, is produced from carbon monoxide and hydrogen contained in the mixed gas. That is, in the second reactor 5, a so-called Fischer-Tropsch reaction is performed.
As the second reactor 5, a reactor similar to that described for the first reactors 4a, 4b can be used. In this case, the tube body 41 is filled with a catalyst containing at least one of iron, cobalt, ruthenium, nickel, molybdenum, aluminum, and silicon, for example.

ここで、オレフィン系化合物としては、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン、ブタジエン等が挙げられ、これらの1種または2種以上であってもよい。中でも、オレフィン系化合物は、エチレンを含むことが好ましい。エチレンを含むオレフィン系化合物は、各種の工業製品の原料として有用であるためである。
なお、触媒の種類を変更することにより、第2の反応器5では、混合ガスに含まれる一酸化炭素と水素とから、オレフィン系化合物以外の他の炭素有価物を生成することもできる。他の炭素有価物としては、例えば、含酸素化合物、芳香族化合物等が挙げられる。
Here, examples of the olefin compound include ethylene, propylene, butene, butadiene, etc., and one or more of these may be used. Among these, it is preferable that the olefin compound contains ethylene. This is because olefin compounds containing ethylene are useful as raw materials for various industrial products.
Note that by changing the type of catalyst, the second reactor 5 can generate other carbon valuables other than olefin compounds from the carbon monoxide and hydrogen contained in the mixed gas. Examples of other carbon valuables include oxygen-containing compounds, aromatic compounds, and the like.

含酸素化合物としては、例えば、メタノール、エタノール、アセトアルデヒド、アセトン、ブタノール等が挙げられ、これらの1種または2種以上であってもよい。中でも、含酸素化合物は、メタノールを含むことが好ましい。メタノールを含む含酸素化合物は、各種の工業製品の原料として有用であるためである。
この場合、使用可能な触媒としては、例えば、チタン、銅、銀、亜鉛、ロジウム、マンガン、ニッケル、アルミニウム、ケイ素のうちの少なくとも1種を含む触媒が挙げられる。
Examples of the oxygen-containing compound include methanol, ethanol, acetaldehyde, acetone, and butanol, and one or more of these may be used. Among these, the oxygen-containing compound preferably contains methanol. This is because oxygen-containing compounds containing methanol are useful as raw materials for various industrial products.
In this case, usable catalysts include, for example, catalysts containing at least one of titanium, copper, silver, zinc, rhodium, manganese, nickel, aluminum, and silicon.

一方、芳香族化合物としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等が挙げられ、これらの1種または2種以上であってもよい。中でも、芳香族化合物は、トルエンを含むことが好ましい。トルエンを含む芳香族化合物は、各種の工業製品の原料として有用であるためである。
この場合、使用可能な触媒としては、例えば、モリブデン、タングステン、レニウム、ニッケル、アルミニウム、ケイ素のうちの少なくとも1種を含む触媒が挙げられる。
なお、触媒は、担持触媒でもよく、ゼオライトのような複合酸化物でもよく、複合酸化物に金属を担持して構成してもよい。
On the other hand, examples of the aromatic compound include benzene, toluene, xylene, etc., and one or more of these may be used. Among them, it is preferable that the aromatic compound contains toluene. This is because aromatic compounds containing toluene are useful as raw materials for various industrial products.
In this case, examples of catalysts that can be used include catalysts containing at least one of molybdenum, tungsten, rhenium, nickel, aluminum, and silicon.
Note that the catalyst may be a supported catalyst, a composite oxide such as zeolite, or a composite oxide supporting a metal.

また、第1の反応器4a、4bから排出された排ガスおよび還元ガスは、合流させることなく、別途に同タイミングで第2の反応器5に供給し続ける連続方式を採用することもでき、第2の反応器5の出口ポートを閉じた状態で排ガスのみを供給(封入)した後、還元ガスを供給し、続いて第2の反応器5の出口ポートを開けるバッチ方式を採用することもできる。また、2つの第2の反応器5を設け、それぞれに交互に排ガスと還元ガスとを供給する方式を採用することもできる。 Alternatively, a continuous method may be adopted in which the exhaust gas and reducing gas discharged from the first reactors 4a and 4b are continuously supplied to the second reactor 5 at the same timing without being combined. It is also possible to adopt a batch method in which only the exhaust gas is supplied (sealed) with the outlet port of the second reactor 5 closed, then the reducing gas is supplied, and then the outlet port of the second reactor 5 is opened. . It is also possible to adopt a method in which two second reactors 5 are provided and exhaust gas and reducing gas are alternately supplied to each of them.

第1の反応器4a、4b(第1の反応部4)における第1の反応温度は、第2の反応器(第2の反応部)5における第2の反応温度より高いことが好ましい。この場合、第1の反応器4a、4bでの反応熱を第2の反応器5で有効利用することができる。
具体的には、第1の反応温度と第2の反応温度との差は、100℃以上であることが好ましく、150℃以上500℃以下であることがより好ましく、200℃以上400℃以下であることがさらに好ましい。これにより、第1の反応器4a、4bおよび第2の反応器5における反応効率を向上させつつ、熱の利用効率も高めることもできる。
なお、第2の反応器5の反応温度は、100℃以上400℃以下であることが好ましく、150℃以上350℃以下であることがより好ましく、200℃以上300℃以下であることがさらに好ましい。
The first reaction temperature in the first reactors 4a, 4b (first reaction section 4) is preferably higher than the second reaction temperature in the second reactor (second reaction section) 5. In this case, the reaction heat in the first reactors 4a, 4b can be effectively used in the second reactor 5.
Specifically, the difference between the first reaction temperature and the second reaction temperature is preferably 100°C or more, more preferably 150°C or more and 500°C or less, and 200°C or more and 400°C or less. It is even more preferable that there be. Thereby, while improving the reaction efficiency in the first reactors 4a, 4b and the second reactor 5, it is also possible to improve the heat utilization efficiency.
The reaction temperature of the second reactor 5 is preferably 100°C or more and 400°C or less, more preferably 150°C or more and 350°C or less, and even more preferably 200°C or more and 300°C or less. .

第1の反応器4a、4b(第1の反応部4)における第1の反応圧力は、第2の反応器(第2の反応部)5における第2の反応圧力より低いことが好ましい。この場合、第1の反応器4a、4bの前段から昇圧減圧を繰り返すことなく、ガス(排ガス、還元ガスおよび混合ガス)を第2の反応器5へ供給できる。すなわち、段階的(効率的)にガスを昇圧できることから、エネルギー利用効率を高めることができる。
第2の反応圧力は、1MPa超であることが好ましく、1,5MPa以上5MPa以下であることがより好ましく、2MPa以上4MPa以下であることがさらに好ましい。これにより、第2の反応器5における反応効率をより向上させることができる。
The first reaction pressure in the first reactors 4a, 4b (first reaction section 4) is preferably lower than the second reaction pressure in the second reactor (second reaction section) 5. In this case, gas (exhaust gas, reducing gas, and mixed gas) can be supplied to the second reactor 5 from the front stage of the first reactors 4a and 4b without repeating pressure increase and decrease. That is, since the pressure of the gas can be increased stepwise (efficiently), energy utilization efficiency can be increased.
The second reaction pressure is preferably more than 1 MPa, more preferably 1.5 MPa or more and 5 MPa or less, and even more preferably 2 MPa or more and 4 MPa or less. Thereby, the reaction efficiency in the second reactor 5 can be further improved.

ガスラインGL4の途中には、ガス成分除去部8が配置されている。このガス成分除去部8は、第1の反応器4a、4bからの排出ガスからCOの沸点より高い沸点を有する第2のガス成分を除去する。かかる第2のガス成分(不純物ガス成分)を除去することにより、第2の反応器5における反応を阻害する成分が少なくなり、その効率をより高めることができる。
本実施形態では、第2のガス成分としては、例えば、HO、CO、メタン、エタン、メタノール、エタノール、エチレンオキシド、プロピレンオキシド等を挙げることができる。
A gas component removing section 8 is arranged in the middle of the gas line GL4. This gas component removing section 8 removes a second gas component having a boiling point higher than the boiling point of CO from the exhaust gas from the first reactors 4a, 4b. By removing this second gas component (impurity gas component), the amount of components that inhibit the reaction in the second reactor 5 is reduced, and the efficiency can be further improved.
In this embodiment, examples of the second gas component include H 2 O, CO 2 , methane, ethane, methanol, ethanol, ethylene oxide, propylene oxide, and the like.

ガス成分除去部8は、第1の反応器4a、4bからの排出ガス(混合ガス)を冷却する冷却器で構成してもよく、排出ガスを昇圧しCOの沸点より高い沸点を有する第2のガス成分を液化する凝縮器で構成してもよく、第2の反応器5で反応させるべき分子の通過を許容し、それ以外の分子の通過を阻止する分離膜、または第2の反応器5で反応させるべき分子の通過を阻止し、それ以外の分子の通過を許容する分離膜で構成してもよく、冷却器と凝縮器と分離膜との任意のもしくは全ての組み合わせで構成してもよい。
冷却器は、後述するガス精製部で説明するのと同様の構成の冷却器を使用することができる。
一方、凝縮器は、昇圧するためのコンプレッサーと気液分離器とで構成することができる。
一方、分離膜は、金属、無機酸化物または金属有機構造体(Metal Organic FRAM(登録商標)eworks:MOF)で構成することができる。
The gas component removal unit 8 may be configured with a cooler that cools the exhaust gas (mixed gas) from the first reactors 4a and 4b, and a second cooler that boosts the pressure of the exhaust gas and has a boiling point higher than the boiling point of CO. It may be composed of a condenser that liquefies the gas components of the second reactor 5, a separation membrane that allows the passage of molecules to be reacted in the second reactor 5, and blocks the passage of other molecules, or a second reactor. It may be composed of a separation membrane that blocks the passage of the molecules to be reacted in step 5 and allows the passage of other molecules, or it may be composed of any or all combinations of a cooler, a condenser, and a separation membrane. Good too.
As the cooler, a cooler having the same configuration as that described in the gas purification section described later can be used.
On the other hand, the condenser may include a compressor for increasing the pressure and a gas-liquid separator.
On the other hand, the separation membrane can be made of a metal, an inorganic oxide, or a metal organic framework (Metal Organic FRAM (registered trademark) eworks: MOF).

ここで、金属としては、例えば、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、クロム、コバルトまたはこれらを含む合金等が挙げられる。金属を用いる場合、分離膜は、好ましくは、空孔率が80%以上の多孔質体とされる。
無機酸化物としては、例えば、シリカ、ゼオライト等が挙げられる。
また、金属有機構造体としては、例えば、硝酸亜鉛水和物とテレフタル酸ジアニオンとの構造体、硝酸銅水和物とトリメシン酸トリアニオンとの構造体等が挙げられる。
Here, examples of the metal include titanium, aluminum, copper, nickel, chromium, cobalt, and alloys containing these. When using metal, the separation membrane is preferably a porous body with a porosity of 80% or more.
Examples of the inorganic oxide include silica and zeolite.
Further, examples of the metal-organic structure include a structure of zinc nitrate hydrate and terephthalate dianion, a structure of copper nitrate hydrate and trimesate trianion, and the like.

分離膜は、隣接する空孔同士が連通する連続空孔(筒壁を貫通する細孔)を備える多孔質体で構成されていることが好ましい。かかる構成の分離膜であれば、HOまたはCOの透過率を高めて、HOとHとの分離および/またはCOとCOとの分離をより円滑かつ確実に行うことができる。
分離膜の空孔率は、特に限定されないが、10%以上90%以下であることが好ましく、20%以上60%以下であることがより好ましい。これにより、分離膜の機械的強度が極端に低下するのを防止しつつ、HOまたはCOの透過率を十分に高く維持することができる。
なお、分離膜の形状は、特に限定されず、円筒状、四角形、六角形のような角筒状等が挙げられる。
It is preferable that the separation membrane is composed of a porous body having continuous pores (pores penetrating the cylindrical wall) in which adjacent pores communicate with each other. With a separation membrane having such a configuration, the permeability of H 2 O or CO can be increased, and the separation between H 2 O and H 2 and/or the separation between CO and CO 2 can be performed more smoothly and reliably. .
The porosity of the separation membrane is not particularly limited, but is preferably 10% or more and 90% or less, more preferably 20% or more and 60% or less. This makes it possible to maintain a sufficiently high permeability of H 2 O or CO while preventing the mechanical strength of the separation membrane from decreasing excessively.
Note that the shape of the separation membrane is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical shape, a quadrangular shape, a rectangular tube shape such as a hexagonal shape, and the like.

二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率をより高める観点からは、酸化状態の還元剤4Rの還元(再生)効率を高めることが有効である。
この場合、分離膜の平均空孔径は、600pm以下であるのが好ましく、400~500pmであるのがより好ましい。これにより、HOとHとの分離効率をより向上させることができる。
なお、分離膜は、通常、ハウジングに収容した状態で使用される。この場合、ハウジング内の分離膜の外側の空間は、減圧してもよいし、キャリアガス(スウィープガス)を通過させるようにしてもよい。キャリアガスとしては、例えば、ヘリウム、アルゴンのような不活性ガス等が挙げられる。
From the viewpoint of further increasing the conversion efficiency of carbon dioxide into carbon monoxide, it is effective to increase the reduction (regeneration) efficiency of the reducing agent 4R in an oxidized state.
In this case, the average pore diameter of the separation membrane is preferably 600 pm or less, more preferably 400 to 500 pm. Thereby, the separation efficiency between H 2 O and H 2 can be further improved.
Note that the separation membrane is normally used while being housed in a housing. In this case, the pressure in the space outside the separation membrane within the housing may be reduced or a carrier gas (sweep gas) may be allowed to pass therethrough. Examples of the carrier gas include helium, inert gas such as argon, and the like.

また、分離膜は、親水性を備えることが好ましい。分離膜が親水性を有すれば、水の分離膜に対する親和性が高まり、HOが分離膜をより円滑に透過し易くなる。
分離膜に親水性を付与する方法としては、無機酸化物中の金属元素の比率を変更(例えば、Al/Si比を高める等)して分離膜の極性を向上させる方法、分離膜を親水性ポリマーで被覆する方法、分離膜を親水性基(極性基)を有するカップリング剤で処理する方法、分離膜に対してプラズマ処理、コロナ放電処理等を行う方法等が挙げられる。
さらに、分離膜の表面電位を調整することにより、水に対する親和性を制御するようにしてもよい。
Further, the separation membrane is preferably hydrophilic. If the separation membrane has hydrophilicity, the affinity of water for the separation membrane will increase, and H 2 O will more easily permeate through the separation membrane.
Methods of imparting hydrophilicity to a separation membrane include methods of improving the polarity of the separation membrane by changing the ratio of metal elements in the inorganic oxide (for example, increasing the Al/Si ratio); Examples include a method of coating the separation membrane with a polymer, a method of treating the separation membrane with a coupling agent having a hydrophilic group (polar group), and a method of subjecting the separation membrane to plasma treatment, corona discharge treatment, etc.
Furthermore, the affinity for water may be controlled by adjusting the surface potential of the separation membrane.

一方、分離膜において、COとCOとの分離を優先させて行う場合、HOとHとの分離およびCOとCOとの分離の双方を同時に行う場合には、分離膜の構成材料、空孔率、平均空孔径、親水性または疎水性の程度、表面電位等を適宜組み合わせて設定するようにすればよい。
かかる分離膜で第1の反応器4a、4bの管体41を構成することも考えられるが、この場合、分離膜が熱により劣化するため、第1の反応器4a、4bの温度(反応温度)を高温に設定することができない。
これに対して、分離膜を第1の反応器4a、4b外に配置することにより、第1の反応器4a、4bの温度を比較的高温に設定することができ、よって、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率および還元ガスによる還元剤4Rの再生(還元)効率をより高めることができる。
On the other hand, when separating CO and CO 2 with priority in a separation membrane, or when separating both H 2 O and H 2 and separating CO and CO 2 at the same time, the configuration of the separation membrane is The material, porosity, average pore diameter, degree of hydrophilicity or hydrophobicity, surface potential, etc. may be appropriately combined and set.
It is also possible to configure the tube bodies 41 of the first reactors 4a, 4b with such separation membranes, but in this case, the separation membranes deteriorate due to heat, so the temperature of the first reactors 4a, 4b (reaction temperature ) cannot be set to a high temperature.
On the other hand, by arranging the separation membrane outside the first reactors 4a, 4b, the temperature of the first reactors 4a, 4b can be set to a relatively high temperature, and therefore, the temperature of the first reactors 4a, 4b can be set to a relatively high temperature. The conversion efficiency to carbon oxide and the regeneration (reduction) efficiency of the reducing agent 4R by the reducing gas can be further improved.

ガス成分除去部8を通過した排ガスおよび還元ガスの混合ガス(排出ガス)が第2の反応器5に供給される。すなわち、第1の反応器4a、4bにおける還元剤4R(金属単体および金属酸化物の少なくとも一方)との未反応の水素(還元物質)を、第2の反応器5における一酸化炭素のオレフィン系化合物への変換に使用するように構成されている。
このように、未反応の水素(還元物質)を再利用することにより、原料の無駄を削減することができる。
The mixed gas (exhaust gas) of exhaust gas and reducing gas that has passed through the gas component removal section 8 is supplied to the second reactor 5 . That is, unreacted hydrogen (reducing substance) with the reducing agent 4R (at least one of an elemental metal and a metal oxide) in the first reactors 4a and 4b is converted into an olefin-based carbon monoxide in the second reactor 5. Configured for use in conversion to chemical compounds.
In this way, by reusing unreacted hydrogen (reducing substance), waste of raw materials can be reduced.

第2の反応器5の出口ポートには、ガスラインGL5が接続されている。
ガスラインGL5の第2の反応器5の反対側の端部には、生成ガスを製造装置100外に排出する生成ガス排出部6が接続されている。
なお、ガスラインGL5の途中には、ガス精製部を設けるようにしてもよい。
ガス精製部では、混合ガスからオレフィン系化合物を精製して、高濃度のオレフィン系化合物を含む生成ガスを回収する。なお、混合ガス中のオレフィン系化合物が十分に高い場合には、ガス精製部は省略される。
A gas line GL5 is connected to the outlet port of the second reactor 5.
A produced gas discharge section 6 that discharges produced gas to the outside of the manufacturing apparatus 100 is connected to the end of the gas line GL5 on the opposite side of the second reactor 5.
Note that a gas purification section may be provided in the middle of the gas line GL5.
In the gas purification section, olefin compounds are purified from the mixed gas and a generated gas containing a high concentration of olefin compounds is recovered. Note that if the content of olefin compounds in the mixed gas is sufficiently high, the gas purification section is omitted.

かかるガス精製部は、例えば、冷却器、気液分離器、ガス分離器、分離膜およびスクラバー(吸収塔)のうちの少なくとも1種の処理器で構成することができる。
ガス分離器は、例えば、低温分離方式(深冷方式)の分離器、圧力スイング吸着(PSA)方式の分離器、膜分離方式の分離器、温度スイング吸着(TSA)方式の分離器、金属イオン(例えば、銅イオン)と有機配位子(例えば、5-アジドイソフタル酸)とを複合化した多孔性配位高分子(Porous Coordination Polymer:PCP)を用いた分離器、アミン吸収を利用した分離器等のうちの1種または2種以上を用いて構成することができる。
Such a gas purification section can be configured with at least one type of processor selected from a cooler, a gas-liquid separator, a gas separator, a separation membrane, and a scrubber (absorption tower), for example.
Examples of gas separators include low-temperature separation type (deep cooling type) separators, pressure swing adsorption (PSA) type separators, membrane separation type separators, temperature swing adsorption (TSA) type separators, and metal ion separators. A separator using a porous coordination polymer (PCP) that is a composite of (e.g., copper ions) and an organic ligand (e.g., 5-azidoisophthalic acid), separation using amine absorption It can be configured using one or more types of vessels.

次に、炭素有価物の製造システム10の使用方法(炭素有価物の製造方法)について説明する。
[1]まず、ガス切換部3においてガスライン(流路)を切り換えることにより、排ガス供給部1と第1の反応器4aとを連通し、還元ガス供給部2と第1の反応器4bとを連通する。
[2]次に、この状態で、排ガス供給部1からガスラインGL1を介して、排ガスを第1の反応器4aに供給する。第1の反応器4aでは、還元剤4Rにより排ガス中の二酸化炭素が一酸化炭素に還元されることにより、CO(1.5≦x≦2)がCO(1≦x<1.5)に変換される。このとき、還元剤4Rは、二酸化炭素との接触により酸化状態とされる。
Next, a method of using the system 10 for producing carbon valuables (method for producing carbon valuables) will be described.
[1] First, by switching the gas line (flow path) in the gas switching unit 3, the exhaust gas supply unit 1 and the first reactor 4a are connected, and the reducing gas supply unit 2 and the first reactor 4b are connected. communicate.
[2] Next, in this state, exhaust gas is supplied from the exhaust gas supply section 1 to the first reactor 4a via the gas line GL1. In the first reactor 4a, carbon dioxide in the exhaust gas is reduced to carbon monoxide by the reducing agent 4R, thereby converting CO x (1.5≦x≦2) into CO x (1≦x<1.5 ) is converted to At this time, the reducing agent 4R is brought into an oxidized state by contact with carbon dioxide.

上記工程[2]における第1の反応器4a(排ガス、還元剤4R)の温度(第1の反応温度)は、600℃以上であることが好ましく、650℃以上1100℃以下であることがより好ましく、700℃以上1000℃以下であることがさらに好ましい。
また、第1の反応器4a(排ガス、還元剤4R)の圧力(第1の反応圧力)は、1MPaG以下であることが好ましく、0MPaG以上0.5MPaG以下であることがより好ましく、0.01MPaG以上0.5MPaG以下であることがさらに好ましい。
反応条件を上記範囲に設定すれば、例えば、二酸化炭素を一酸化炭素へ変換する際の吸熱反応による還元剤4Rの急激な温度低下を防止または抑制することができるため、第1の反応器4aにおける二酸化炭素の還元反応をより円滑に進行させることができる。
The temperature (first reaction temperature) of the first reactor 4a (exhaust gas, reducing agent 4R) in the above step [2] is preferably 600°C or higher, more preferably 650°C or higher and 1100°C or lower. The temperature is preferably 700°C or more and 1000°C or less.
Further, the pressure (first reaction pressure) of the first reactor 4a (exhaust gas, reducing agent 4R) is preferably 1 MPaG or less, more preferably 0 MPaG or more and 0.5 MPaG or less, and 0.01 MPaG More preferably, it is 0.5 MPaG or less.
If the reaction conditions are set within the above range, for example, it is possible to prevent or suppress a rapid temperature drop in the reducing agent 4R due to an endothermic reaction when converting carbon dioxide to carbon monoxide. The reduction reaction of carbon dioxide can proceed more smoothly.

[3]上記工程[1]~[2]と並行して、タンクから水(還元ガス原料)を水素発生装置(還元ガス供給部2)に供給し、水から水素を生成する。
[4]次に、水素発生装置からガスラインGL2を介して、水素を含む還元ガスを第1の反応器4bに供給する。第1の反応器4bでは、還元ガス(水素)との接触により酸化状態の還元剤4Rが還元(再生)される。このとき、水が生成される。
[3] In parallel with the above steps [1] and [2], water (reducing gas raw material) is supplied from the tank to the hydrogen generator (reducing gas supply unit 2) to generate hydrogen from water.
[4] Next, a reducing gas containing hydrogen is supplied from the hydrogen generator to the first reactor 4b via the gas line GL2. In the first reactor 4b, the reducing agent 4R in an oxidized state is reduced (regenerated) by contact with reducing gas (hydrogen). At this time, water is produced.

上記工程[4]における第1の反応器4b(還元ガス、還元剤4R)の温度(反応温度)は、600℃以上であることが好ましく、650~1100℃であることがより好ましく、700~1000℃であることがさらに好ましい。
また、第1の反応器4b(還元ガス、還元剤4R)の圧力(第1の反応圧力)は、1MPaG以下であることが好ましく、0MPaG以上0.5MPaG以下であることがより好ましく、0.01MPaG以上0.5MPaG以下であることがさらに好ましい。
反応条件を上記範囲に設定すれば、例えば、酸化状態の還元剤4Rを還元(再生)する際の吸熱反応による還元剤4Rの急激な温度低下を防止または抑制することができるため、第1の反応器4bにおける還元剤4Rの還元反応をより円滑に進行させることができる。
実施形態では、上記工程[2]~[4]が水素(酸素元素を受容可能な第1のガス成分)を利用して、CO(1.5≦x≦2)をCO(1≦x<1.5)に変換する第1の変換工程を構成する。
The temperature (reaction temperature) of the first reactor 4b (reducing gas, reducing agent 4R) in the above step [4] is preferably 600°C or higher, more preferably 650-1100°C, and 700-1100°C. More preferably, the temperature is 1000°C.
Further, the pressure (first reaction pressure) of the first reactor 4b (reducing gas, reducing agent 4R) is preferably 1 MPaG or less, more preferably 0 MPaG or more and 0.5 MPaG or less, and 0. More preferably, it is 01 MPaG or more and 0.5 MPaG or less.
If the reaction conditions are set within the above range, for example, it is possible to prevent or suppress a rapid temperature drop of the reducing agent 4R due to an endothermic reaction when reducing (regenerating) the reducing agent 4R in an oxidized state. The reduction reaction of the reducing agent 4R in the reactor 4b can proceed more smoothly.
In the embodiment, the above steps [2] to [4] utilize hydrogen (the first gas component capable of accepting oxygen element) to convert CO x (1.5≦x≦2) into CO x (1≦ x<1.5).

[5]次に、第1の反応器4a、4bを通過したガスは、合流して混合ガスが生成される。この時点で、混合ガスの温度は、通常、600~650℃である。この時点での混合ガスの温度が上記範囲であれば、第1の反応器4a、4b内の温度が十分に高温に維持されていることを意味し、還元剤4Rによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換や、還元ガスによる還元剤4Rの還元が効率よく進行していると判断することができる。 [5] Next, the gases that have passed through the first reactors 4a and 4b are combined to generate a mixed gas. At this point, the temperature of the gas mixture is typically 600-650°C. If the temperature of the mixed gas at this point is within the above range, it means that the temperature in the first reactors 4a, 4b is maintained at a sufficiently high temperature, and carbon monoxide due to the reducing agent 4R It can be determined that the conversion to 4R and the reduction of the reducing agent 4R by the reducing gas are progressing efficiently.

[6]次に、混合ガスをガスラインGL4を介してガス成分除去部8に通過させる。このとき、第1の反応器4a、4bからの排出ガスからCOの沸点より高い沸点を有する第2のガス成分が除去される。
本実施形態では、本工程[6]が変換工程で生じた排出ガスから、COの沸点より高い沸点を有する第2のガス成分を除去する除去工程を構成する。
[7]次に、ガス成分除去部8を通過した混合ガスを第2の反応器5に供給する。第2の反応器5では、一酸化炭素がオレフィン系化合物に変換される。
本実施形態では、本工程[7]が排気ガス中のCO(1≦x<1.5)を炭素有価物に変換する第2の変換工程を構成する。
[6] Next, the mixed gas is passed through the gas component removing section 8 via the gas line GL4. At this time, a second gas component having a boiling point higher than the boiling point of CO is removed from the exhaust gas from the first reactors 4a, 4b.
In this embodiment, this step [6] constitutes a removal step of removing a second gas component having a boiling point higher than the boiling point of CO from the exhaust gas generated in the conversion step.
[7] Next, the mixed gas that has passed through the gas component removal section 8 is supplied to the second reactor 5. In the second reactor 5, carbon monoxide is converted into olefinic compounds.
In this embodiment, this step [7] constitutes the second conversion step of converting CO x (1≦x<1.5) in the exhaust gas into carbon valuables.

そして、オレフィン系化合物を含む生成ガス(混合ガス)は、ガスラインGL5を介して生成ガス排出部6から製造装置100外に排出され、次工程に供される。
本実施形態では、第2の反応器5の設置数は1であり、第1の反応器4a、4bの設置数は2である。すなわち、第2の反応器5の設置数は、第1の反応器4a、4bの設置数未満である。かかる設置数とすることにより、第2の反応器5に供給可能な一酸化炭素の絶対量を大きくすることができ、オレフィン系化合物の生成量を高めることができる。
The produced gas (mixed gas) containing the olefin compound is then discharged from the produced gas discharge section 6 to the outside of the manufacturing apparatus 100 via the gas line GL5, and is subjected to the next process.
In this embodiment, the number of installed second reactors 5 is one, and the number of installed first reactors 4a, 4b is two. That is, the number of installed second reactors 5 is less than the number of installed first reactors 4a, 4b. By installing such a number, the absolute amount of carbon monoxide that can be supplied to the second reactor 5 can be increased, and the amount of olefin compounds produced can be increased.

<<第2実施形態>>
次に、本発明の炭素有価物の製造システムの第2実施形態について説明する。
図3は、本発明の炭素有価物の製造システムの第2実施形態の構成を示す概略図である。
以下、第2実施形態の炭素有価物の製造システム10について説明するが、第1実施形態の炭素有価物の製造システム10との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第2実施形態の炭素有価物の製造システム10は、2つの第2の反応器5a、5bが設けられている。
<<Second embodiment>>
Next, a second embodiment of the carbon valuables production system of the present invention will be described.
FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of a second embodiment of the carbon valuables production system of the present invention.
The carbon valuables manufacturing system 10 of the second embodiment will be described below, focusing on the differences from the carbon valuables manufacturing system 10 of the first embodiment, and the explanation will be omitted for similar matters. Omitted.
The carbon valuables production system 10 of the second embodiment is provided with two second reactors 5a and 5b.

第1の反応器4aの出口ポートに接続されたガスラインGL4aは、第2の反応器5aの入口ポートに接続され、第1の反応器4bの出口ポートに接続されたガスラインGL4bは、第2の反応器5bの入口ポートに接続されている。
ガスラインGL4a、GL4bの途中からガスラインGL6a、GL6bが分岐し、ガス合流部J1で合流して、ガスラインGL6を構成している。
また、第2の反応器5a、5bの出口ポートには、ガスラインGL5a、GL5bが接続され、ガス合流部J2で合流して、ガスラインGL5を構成している。
The gas line GL4a connected to the outlet port of the first reactor 4a is connected to the inlet port of the second reactor 5a, and the gas line GL4b connected to the outlet port of the first reactor 4b is connected to the inlet port of the second reactor 5a. It is connected to the inlet port of No. 2 reactor 5b.
Gas lines GL6a and GL6b branch from the middle of gas lines GL4a and GL4b, and merge at a gas merging portion J1 to form gas line GL6.
Further, gas lines GL5a and GL5b are connected to the outlet ports of the second reactors 5a and 5b, and are merged at a gas junction J2 to form a gas line GL5.

ガスラインGL4a、GL4bとガスラインGL6a、GL6bとの分岐部には、切換バルブが設けられている。
第1の反応器4a、4bから排出された排ガスは、ガスラインGL4a、GL4bを通過して、第2の反応器5a、5bに供給される。また、ガスラインGL4a、GL4bの途中には、それぞれガス成分除去部8a、8bが配置されている。
第1の反応器4a、4bから排出された還元ガスは、ガスラインGL6a、GL6b、GL6を通過し、例えば、水が除去された後、還元ガス供給部2に返還される。
A switching valve is provided at the branch portion between the gas lines GL4a, GL4b and the gas lines GL6a, GL6b.
The exhaust gas discharged from the first reactors 4a, 4b passes through gas lines GL4a, GL4b and is supplied to the second reactors 5a, 5b. Further, gas component removal units 8a and 8b are arranged in the middle of the gas lines GL4a and GL4b, respectively.
The reducing gas discharged from the first reactors 4a, 4b passes through the gas lines GL6a, GL6b, GL6, and is returned to the reducing gas supply unit 2 after, for example, water is removed.

本実施形態では、第2の反応器5a、5bの設置数は2であり、第1の反応器4a、4bの設置数も2である。すなわち、第2の反応器5a、5bの設置数は、第1の反応器4a、4bの設置数と同じである。かかる構成とすることにより、第2の反応器5a、5bにおいて、一酸化炭素のオレフィン系化合物への変換に、水素や水が不要な場合に、その変換反応が阻害されるのを防止することができる。
なお、第2の反応器の設置数は、第1の反応器の設置数を超えて多くしてもよい。この場合、排ガスを通過させない第2の反応器を設けることができる。このため、生成ガス(オレフィン系化合物)を製造するための通常運転を継続しつつ、通常運転に使用されていない第2の反応器に対して、メンテナンス等の他の操作を行うことができる。
In this embodiment, the number of installed second reactors 5a, 5b is two, and the number of installed first reactors 4a, 4b is also two. That is, the number of installed second reactors 5a, 5b is the same as the number of installed first reactors 4a, 4b. With this configuration, when hydrogen or water is not required for converting carbon monoxide into an olefin compound in the second reactors 5a and 5b, the conversion reaction is prevented from being inhibited. I can do it.
Note that the number of second reactors installed may be greater than the number of first reactors installed. In this case, a second reactor can be provided that does not allow exhaust gas to pass through. Therefore, other operations such as maintenance can be performed on the second reactor that is not used for normal operation while continuing normal operation for producing product gas (olefin compound).

<<第3実施形態>>
次に、本発明の炭素有価物の製造システムの第3実施形態について説明する。
図4は、本発明の炭素有価物の製造システムの第3実施形態の構成を示す概略図である。
以下、第3実施形態の炭素有価物の製造システム10について説明するが、第1または第2実施形態の炭素有価物の製造システム10との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第2実施形態の炭素有価物の製造システム10は、3つの第2の反応器5a~5cが設けられている。
<<Third embodiment>>
Next, a third embodiment of the carbon valuables production system of the present invention will be described.
FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of a third embodiment of the system for producing carbon valuables of the present invention.
The carbon valuables manufacturing system 10 of the third embodiment will be described below, focusing on the differences from the carbon valuables manufacturing system 10 of the first or second embodiment, and regarding similar matters, The explanation will be omitted.
The carbon valuables production system 10 of the second embodiment is provided with three second reactors 5a to 5c.

ガスラインGL4は、ガス切換部7において分岐し、各第2の反応器5a~5cの入口ポートに接続されている。また、ガスラインGL4の途中には、ガス成分除去部8が配置されている。
また、第2の反応器5a~5cの出口ポートには、ガスラインGL5a~GL5cが接続され、ガスラインGL5a~GL5cの第2の反応器5a~5cの反対側の端部には、生成ガス排出部6a~6cが接続されている。
本実施形態では、第2の反応器5a~5cが、一酸化炭素を異なるオレフィン系化合物A~Cに変換可能に構成されている。
The gas line GL4 branches at the gas switching section 7 and is connected to the inlet port of each of the second reactors 5a to 5c. Further, a gas component removing section 8 is arranged in the middle of the gas line GL4.
Further, gas lines GL5a to GL5c are connected to the outlet ports of the second reactors 5a to 5c, and the ends of the gas lines GL5a to GL5c opposite to the second reactors 5a to 5c are connected to the generated gas The discharge parts 6a to 6c are connected.
In this embodiment, the second reactors 5a to 5c are configured to be able to convert carbon monoxide into different olefin compounds A to C.

かかる構成によれば、1つの炭素有価物の製造システム10により、複数種(本実施形態では、3種)のオレフィン系化合物A~Cを製造することができ、汎用性が高い。
また、本実施形態では、第2の反応器5a~5cの設置数は3であり、第1の反応器4a、4bの設置数は2である。すなわち、第2の反応器5a~5cの設置数は、第1の反応器4a、4bの設置数を上回っている。
なお、上記第1~第3実施形態では、金属単体および金属酸化物の少なくとも一方が、二酸化炭素を還元する還元剤として機能する例について説明したが、金属単体および金属酸化物の少なくとも一方を、二酸化炭素と還元物質との反応を促進する触媒として機能させることもできる。この場合、第1の反応器内に触媒を収容し、この第1の反応器に排ガスと還元ガスとを同時に供給することにより、逆水性ガスシフト反応が行われる。
According to this configuration, a plurality of types (in this embodiment, three types) of olefin compounds A to C can be produced by one carbon valuables production system 10, and the system is highly versatile.
Further, in this embodiment, the number of second reactors 5a to 5c installed is three, and the number of first reactors 4a and 4b installed is two. That is, the number of installed second reactors 5a to 5c exceeds the number of installed first reactors 4a and 4b.
In the first to third embodiments described above, an example has been described in which at least one of the simple metal and the metal oxide functions as a reducing agent for reducing carbon dioxide. It can also function as a catalyst that promotes the reaction between carbon dioxide and reducing substances. In this case, a reverse water gas shift reaction is performed by accommodating a catalyst in a first reactor and simultaneously supplying exhaust gas and reducing gas to this first reactor.

<<第4実施形態>>
第1の反応部4は、次のような構成とすることもできる。
図5は、第4実施形態の第1の反応部の構成を示す概略図である。
以下、第4実施形態の第1の反応部4について説明するが、第1実施形態の第1の反応部4との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<<Fourth embodiment>>
The first reaction section 4 can also have the following configuration.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the first reaction section of the fourth embodiment.
The first reaction section 4 of the fourth embodiment will be described below, focusing on the differences from the first reaction section 4 of the first embodiment, and omitting the explanation of similar matters. .

第4実施形態の第1の反応部4は、4つ(複数)の第1の反応器4a1、4a2、4b1、4b2を有する。
ガス切換部3は、ガスラインGL3a、GL3bを介して、それぞれ第1の反応器4a1、4b1の入口ポートに接続されている。
第1の反応器4a2、4b2の出口ポートには、それぞれガスラインGL4a、GL4bが接続され、ガス合流部J4において合流して、ガスラインGL4を構成している。
そして、本実施形態では、第1の反応器4a1と第1の反応器4a2とがガスラインGL5aにより直列に接続され、第1の反応器4b1と第1の反応器4b2とがガスラインGL5bにより直列に接続されている。
The first reaction section 4 of the fourth embodiment has four (plural) first reactors 4a1, 4a2, 4b1, and 4b2.
The gas switching unit 3 is connected to the inlet ports of the first reactors 4a1 and 4b1 via gas lines GL3a and GL3b, respectively.
Gas lines GL4a and GL4b are connected to the outlet ports of the first reactors 4a2 and 4b2, respectively, and join together at a gas junction J4 to form a gas line GL4.
In this embodiment, the first reactor 4a1 and the first reactor 4a2 are connected in series by the gas line GL5a, and the first reactor 4b1 and the first reactor 4b2 are connected by the gas line GL5b. connected in series.

かかる構成によれば、CO(1.5≦x≦2)からオレフィン系化合物(炭素有価物)への変換効率(転化率)をより向上させることができる。
なお、4つの第1の反応器4a1、4a2、4b1、4b2の容積は、互いにほぼ等しく設定され、処理する排ガスの量(排ガス供給部1のサイズや製造装置100のサイズ)に応じて、適宜設定される。また、4つの第1の反応器4a1、4a2、4b1、4b2のうちの少なくとも1つの容積は、排ガスおよび還元ガスの種類、還元剤4Rの性能等に応じて異ならせてもよい。
さらに、第1の反応器4a1、4b1で使用する還元剤4Rと、第1の反応器4a2、4b2で使用する還元剤4Rとは、同一の組成および構造(形状)であってもよく、異なる組成または構造(形状)であってもよい。
According to this configuration, the conversion efficiency (conversion rate) from CO x (1.5≦x≦2) to an olefin compound (carbon valuables) can be further improved.
The volumes of the four first reactors 4a1, 4a2, 4b1, and 4b2 are set approximately equal to each other, and can be adjusted as appropriate depending on the amount of exhaust gas to be treated (the size of the exhaust gas supply unit 1 and the size of the manufacturing apparatus 100). Set. Further, the volume of at least one of the four first reactors 4a1, 4a2, 4b1, and 4b2 may be varied depending on the types of exhaust gas and reducing gas, the performance of the reducing agent 4R, and the like.
Further, the reducing agent 4R used in the first reactors 4a1 and 4b1 and the reducing agent 4R used in the first reactors 4a2 and 4b2 may have the same composition and structure (shape), or may have different It may be composition or structure (shape).

<<第5実施形態>>
次に、本発明の炭素有価物の製造システムの第5実施形態について説明する。
図6は、第5実施形態における第1の反応器の構成を示す模式図である。
以下、第5実施形態の炭素有価物の製造システム10について説明するが、第1~第4実施形態の炭素有価物の製造システム10との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<<Fifth embodiment>>
Next, a fifth embodiment of the carbon valuables production system of the present invention will be described.
FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of the first reactor in the fifth embodiment.
The carbon valuables manufacturing system 10 of the fifth embodiment will be described below, focusing on the differences from the carbon valuables manufacturing system 10 of the first to fourth embodiments, and regarding similar matters, The explanation will be omitted.

図6に示す第1の反応部4は、二酸化炭素の還元反応を電気化学的に行う反応器(反応セル、電解槽または電気化学セルとも呼ばれる。)で構成されている。
第1の反応部4は、ハウジング42と、ハウジング42内に設けられたカソード45、アノード46および固体電解質層47と、カソード45およびアノード46に電気的に接続された電源48とを有している。
かかる構成において、ハウジング42内の空間は、カソード(還元体)45、アノード46および固体電解質層47の積層体によって、左右に区画されている。
The first reaction section 4 shown in FIG. 6 is composed of a reactor (also called a reaction cell, an electrolytic cell, or an electrochemical cell) that electrochemically performs a reduction reaction of carbon dioxide.
The first reaction section 4 includes a housing 42, a cathode 45, an anode 46, and a solid electrolyte layer 47 provided within the housing 42, and a power source 48 electrically connected to the cathode 45 and anode 46. There is.
In this configuration, the space within the housing 42 is divided into left and right sections by a laminate of a cathode (reductant) 45, an anode 46, and a solid electrolyte layer 47.

ハウジング42は、カソード側入口ポート421aと、カソード側出口ポート421bと、アノード側入口ポート422aと、アノード側出口ポート422bとを備えている。カソード側入口ポート421aおよびカソード側出口ポート421bは、ハウジング42内の左側空間のカソード室に連通し、アノード側入口ポート422aおよびアノード側出口ポート422bは、ハウジング42内の右側空間のアノード室に連通している。 The housing 42 includes a cathode inlet port 421a, a cathode outlet port 421b, an anode inlet port 422a, and an anode outlet port 422b. The cathode side inlet port 421a and the cathode side outlet port 421b communicate with the cathode chamber in the left side space in the housing 42, and the anode side inlet port 422a and the anode side outlet port 422b communicate with the anode chamber in the right side space in the housing 42. are doing.

カソード45およびアノード46は、それぞれ、導電性を有する担体と、この担体に担持された触媒とで構成されている。
担体は、例えば、炭素繊維織物(カーボンクロス、カーボンフェルト等)、カーボンペーパーのような炭素材料で構成することができる。
また、触媒としては、例えば、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウムのような白金族金属、金のような遷移金属、これらの金属の合金、これらの金属と他の金属との合金等が挙げられる。
The cathode 45 and the anode 46 each include a conductive carrier and a catalyst supported on the carrier.
The carrier can be made of a carbon material such as carbon fiber fabric (carbon cloth, carbon felt, etc.) or carbon paper.
Examples of catalysts include platinum group metals such as platinum, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, and iridium, transition metals such as gold, alloys of these metals, and alloys of these metals with other metals. can be mentioned.

固体電解質層47は、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系ポリマー膜(ナフィオン(登録商標)等)、スルホ系イオン交換樹脂膜等で構成することができる。
電源48には、再生可能エネルギーとしての電力を発生する電源を使用することが好ましい。これにより、炭素有価物を含む生成ガスの製造におけるエネルギー効率をより向上させることができる。
The solid electrolyte layer 47 can be composed of, for example, a fluorine-based polymer membrane having sulfonic acid groups (Nafion (registered trademark), etc.), a sulfo-based ion exchange resin membrane, or the like.
As the power source 48, it is preferable to use a power source that generates electricity as renewable energy. Thereby, the energy efficiency in producing generated gas containing carbon valuables can be further improved.

かかる第1の反応器4では、カソード側入口ポート421aから排ガス(二酸化炭素および水)が供給されると、電源48から供給される電子と触媒との作用により、二酸化炭素および水の還元反応により一酸化炭素および水素が生成されるとともに、酸素イオンが生成される。
一酸化炭素および水素は、カソード側出口ポート421bからガスライン(ガスラインGL4)に排出され、酸素イオンは、アノード46に向かって固体電解質層47内を拡散する。アノード46に到達した酸素イオンは、電子を奪い取られることにより、酸素に変換され、アノード側出口ポート422bから排出される。
In the first reactor 4, when exhaust gas (carbon dioxide and water) is supplied from the cathode side inlet port 421a, a reduction reaction of carbon dioxide and water occurs due to the action of the electrons supplied from the power supply 48 and the catalyst. Carbon monoxide and hydrogen are produced, as well as oxygen ions.
Carbon monoxide and hydrogen are discharged from the cathode side exit port 421b to the gas line (gas line GL4), and oxygen ions diffuse within the solid electrolyte layer 47 toward the anode 46. The oxygen ions that have reached the anode 46 are converted into oxygen by depriving them of electrons, and are discharged from the anode side exit port 422b.

かかる構成では、カソード側出口ポート421bから排出された一酸化炭素および水素は、第2の反応器5(5a~5c)に供給される。このため、一酸化炭素からオレフィン系化合物への変換反応のような水素を必要とする反応には好適である。 In this configuration, carbon monoxide and hydrogen discharged from the cathode side outlet port 421b are supplied to the second reactor 5 (5a to 5c). Therefore, it is suitable for reactions that require hydrogen, such as conversion reactions from carbon monoxide to olefin compounds.

以上の説明では、酸素元素を受容可能な第1のガス成分として水素を代表にして説明したが、他のガス成分を使用することもできる。他の第1のガス成分としては、酸素元素を受容することにより、エポキシ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基およびカルボニル基から選択される少なくとも1つの構造を有する化合物、COまたはNOに変換されるガス成分が挙げられる。
かかる第1のガス成分としては、例えば、メタン、エタン、プロパン、アセチレン、エチレン、プロピレン、ブテン、メタノール、エタノール、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、一酸化炭素、アンモニア等を挙げることができる。
なお、第2の反応部5の構成によっては、酸素元素を受容した第1のガス成分を、CO(1≦x<1.5)の炭素有価物への変換に利用することもできる。この場合、生成される炭素有価物としては、例えば、パラフィン、芳香族系化合物(ベンゼン、トルエン、キシレン、スチレン、フェノール等)、含酸素化合物(エタノール、プロパノール、ブタノール、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ベンズアルデヒド、エチレングリコール、アセトン、アクリル酸等)、含窒素化合物(尿素等)等が挙げられる。
In the above description, hydrogen was used as a representative first gas component capable of accepting the oxygen element, but other gas components can also be used. Other first gas components include compounds having at least one structure selected from epoxy groups, hydroxyl groups, carboxyl groups and carbonyl groups, which are converted into CO 2 or NO 2 by accepting the oxygen element. Examples include gas components.
Examples of the first gas component include methane, ethane, propane, acetylene, ethylene, propylene, butene, methanol, ethanol, acetaldehyde, propionaldehyde, carbon monoxide, ammonia, and the like.
Note that depending on the configuration of the second reaction section 5, the first gas component that has received the oxygen element can also be used for converting CO x (1≦x<1.5) into carbon valuables. In this case, the carbon valuables produced include, for example, paraffin, aromatic compounds (benzene, toluene, xylene, styrene, phenol, etc.), oxygenated compounds (ethanol, propanol, butanol, acetaldehyde, propionaldehyde, benzaldehyde, Examples include ethylene glycol, acetone, acrylic acid, etc.), nitrogen-containing compounds (urea, etc.), and the like.

また、第2の反応部5には、CO(1≦x<1.5)の炭素有価物への変換に利用可能な第3のガス成分を供給するようにしてもよい。かかる第3のガス成分としては、例えば、酸素元素を受容した第1のガス成分と同一のガス成分、第2の反応部5の反応における触媒として機能するガス成分、塩化水素、シアン化水素、臭化水素等が挙げられる。
さらに、第2の反応部5を複数の第2の反応器で構成し、供給する2種類のガスを交互に切り替えることにより、ケミカルルーピング法による炭素有価物の生成(製造)を行うこともできる。
Further, the second reaction section 5 may be supplied with a third gas component that can be used to convert CO x (1≦x<1.5) into carbon valuables. Examples of the third gas component include the same gas component as the first gas component that has received the oxygen element, a gas component that functions as a catalyst in the reaction in the second reaction section 5, hydrogen chloride, hydrogen cyanide, and bromide. Examples include hydrogen.
Furthermore, by configuring the second reaction section 5 with a plurality of second reactors and alternately switching two types of gas to be supplied, it is also possible to generate (manufacture) carbon valuables by a chemical looping method. .

<ポリマーの製造システム>
本発明のポリマーの製造システムは、上述した製造装置100と、炭素有価物をモノマーとして重合して、ポリマーを生成するポリマー生成部とを備える。
ポリマー生成部は、製造装置100の生成ガス排出部6に接続されている。
ポリマー生成部において生成されるポリマーとしては、例えば、ポリスチレン、フェノール樹脂、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、アクリル樹脂、ポリカーボネート等が挙げられる。
生成されるポリマーの種類は、第2の反応部5に供給される排出ガスの組成、第2の反応部5で使用される触媒の組成、反応条件(第2の反応温度、第2の反応圧力等)、第3のガス成分の組成等に応じて変更することができる。
<Polymer manufacturing system>
The polymer production system of the present invention includes the above-described production apparatus 100 and a polymer production section that polymerizes carbon valuables as monomers to produce polymers.
The polymer generation section is connected to the produced gas discharge section 6 of the manufacturing apparatus 100.
Examples of the polymer produced in the polymer production section include polystyrene, phenol resin, styrene butadiene rubber (SBR), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), polypropylene (PP), acrylic resin, and polycarbonate.
The type of polymer produced depends on the composition of the exhaust gas supplied to the second reaction section 5, the composition of the catalyst used in the second reaction section 5, and the reaction conditions (second reaction temperature, second reaction temperature, (pressure, etc.), the composition of the third gas component, etc.

以上説明したような炭素有価物の製造装置および製造システム、ならびにポリマーの製造システムによれば、CO(1.5≦x≦2)から炭素有価物への変換を、2つの工程を経て行うため、単一の工程で行う場合と比較して、反応の平衡状態を炭素有価物が生成される側に傾斜させることができる。
特に、2つの反応の間でCOの沸点より高い沸点を有する第2のガス成分を除去するため、2段目の反応が阻害され難くなり、炭素有価物への変換効率(転化率)を十分に高めることができる。
また、1段目の反応および2段目の反応の種類の選択および組み合わせにより、目的とする炭素有価物を製造することができる。
According to the carbon valuables manufacturing apparatus and manufacturing system and polymer manufacturing system described above, the conversion of CO x (1.5≦x≦2) into carbon valuables is performed through two steps. Therefore, compared to a single step, the equilibrium state of the reaction can be tilted toward the side where carbon valuables are produced.
In particular, since the second gas component with a boiling point higher than the boiling point of CO is removed between the two reactions, the second-stage reaction is less likely to be inhibited, and the conversion efficiency (conversion rate) to carbon valuables is sufficiently increased. can be increased to
Further, by selecting and combining the types of the first-stage reaction and the second-stage reaction, the desired carbon valuables can be produced.

さらに、次に記載の各態様で提供されてもよい。
前記炭素有価物の製造装置において、前記第1の反応部は、酸素イオン伝導性を備える酸素キャリアを収容した反応器を有し、前記CO(1.5≦x≦2)と前記第1のガス成分とが、前記反応器に交互に供給される、炭素有価物の製造装置。
前記炭素有価物の製造装置において、前記第1の反応部は、直列に接続された複数の前記反応器を有する、炭素有価物の製造装置。
前記炭素有価物の製造装置において、前記第1のガス成分は、前記酸素元素を受容することにより、エポキシ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基およびカルボニル基から選択される少なくとも1つの構造を有する化合物、HO、COまたはNOに変換される、炭素有価物の製造装置。
前記炭素有価物の製造装置において、前記第1の反応部における第1の反応温度は、前記第2の反応部における第2の反応温度より高い、炭素有価物の製造装置。
前記炭素有価物の製造装置において、前記第1の反応温度と前記第2の反応温度との差は、100℃以上である、炭素有価物の製造装置。
前記炭素有価物の製造装置において、前記第1の反応部における第1の反応圧力は、前記第2の反応部における第2の反応圧力より低い、炭素有価物の製造装置。
前記炭素有価物の製造装置において、前記第1の反応圧力は、1MPaG以下である、炭素有価物の製造装置。
前記炭素有価物の製造装置において、前記第2の反応部において、前記酸素元素を受容した前記第1のガス成分が前記CO(1≦x<1.5)の前記炭素有価物への変換に利用される、炭素有価物の製造装置。
炭素有価物を製造する方法であって、酸素元素を受容可能な第1のガス成分を利用して、CO(1.5≦x≦2)をCO(1≦x<1.5)に変換する第1の変換工程と、前記変換工程で生じた排出ガスから、COの沸点より高い沸点を有する第2のガス成分を除去する除去工程と、前記排気ガス中の前記CO(1≦x<1.5)を前記炭素有価物に変換する第2の変換工程とを有する、炭素有価物の製造方法。
炭素有価物を製造するシステムであって、前記炭素有価物の製造装置と、前記CO(1.5≦x≦2)を含むガスを生成するガス生成部とを備える、炭素有価物の製造システム。
ポリマーを製造するシステムであって、前記炭素有価物の製造装置と、前記炭素有価物をモノマーとして重合して、前記ポリマーを生成するポリマー生成部とを備える、ポリマーの製造システム。
もちろん、この限りではない。
Furthermore, each aspect described below may be provided.
In the apparatus for producing carbon valuables, the first reaction section includes a reactor containing an oxygen carrier having oxygen ion conductivity, and the first reaction section has a reactor containing an oxygen carrier having oxygen ion conductivity, and the CO x (1.5≦x≦2) and the first and gas components are alternately supplied to the reactor.
The apparatus for producing carbon valuables, wherein the first reaction section includes a plurality of the reactors connected in series.
In the apparatus for producing carbon valuables, the first gas component accepts the oxygen element to form a compound having at least one structure selected from epoxy groups, hydroxyl groups, carboxyl groups, and carbonyl groups, H An apparatus for producing carbon valuables, which is converted into 2 O, CO 2 or NO 2 .
The apparatus for producing carbon valuables, wherein the first reaction temperature in the first reaction section is higher than the second reaction temperature in the second reaction section.
The apparatus for producing carbon valuables, wherein the difference between the first reaction temperature and the second reaction temperature is 100°C or more.
The apparatus for producing carbon valuables, wherein the first reaction pressure in the first reaction section is lower than the second reaction pressure in the second reaction section.
The apparatus for producing carbon valuables, wherein the first reaction pressure is 1 MPaG or less.
In the apparatus for producing carbon valuables, in the second reaction section, the first gas component that has received the oxygen element converts the CO x (1≦x<1.5) into the carbon valuables. Carbon valuables production equipment used for.
A method for producing carbon valuables, wherein CO x (1.5≦x≦2) is converted into CO x (1≦x<1.5) by using a first gas component that can accept oxygen element. a first conversion step of converting the CO x (1 ≦x<1.5) into the carbon valuables.
A system for manufacturing carbon valuables, the system comprising the carbon valuables manufacturing device and a gas generation section that generates the gas containing the CO x (1.5≦x≦2). system.
1. A system for producing a polymer, comprising: a production device for the carbon valuables; and a polymer generation section for producing the polymer by polymerizing the carbon valuables as a monomer.
Of course, this is not the case.

既述のとおり、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を何ら限定するものではない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 As mentioned above, various embodiments according to the present invention have been described, but these are presented as examples and do not limit the scope of the invention in any way. The new embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and changes can be made without departing from the gist of the invention. The embodiment and its modifications are included within the scope and gist of the invention, and are included within the scope of the invention described in the claims and its equivalents.

例えば、炭素有価物の製造装置および炭素有価物の製造システムは、それぞれ上記実施形態に対して、他の任意の追加の構成を有していてもよく、同様の機能を発揮する任意の構成と置換されていてよく、一部の構成が省略されていてもよい。
また、本発明の炭素有価物の製造方法は、上記実施形態に対して、他の任意の追加の工程を有していてもよく、同様の機能を発揮する任意の工程と置換されていてよく、一部の工程が省略されていてもよい。
さらに、上記第1~第5実施形態の任意の構成を組み合わせるようにしてもよい。
For example, the carbon valuables manufacturing device and the carbon valuables manufacturing system may each have any other additional configuration with respect to the above embodiment, or any configuration that exhibits a similar function. They may be replaced, or some components may be omitted.
Further, the method for producing carbon valuables of the present invention may include any other additional steps in addition to the above embodiments, and may be replaced with any other step that exhibits a similar function. , some steps may be omitted.
Furthermore, any configurations of the first to fifth embodiments may be combined.

10 :炭素有価物の製造システム
100 :炭素有価物の製造装置
1 :排ガス供給部
2 :還元ガス供給部
3 :ガス切換部
4 :第1の反応部
4R :還元剤
4a :第1の反応器
4a1 :第1の反応器
4a2 :第1の反応器
4b :第1の反応器
4b1 :第1の反応器
4b2 :第1の反応器
41 :管体
42 :ハウジング
43 :内部空間
421a :カソード側入口ポート
421b :カソード側出口ポート
422a :アノード側入口ポート
422b :アノード側出口ポート
45 :カソード
46 :アノード
47 :固体電解質層
48 :電源
5 :第2の反応部
5a :第2の反応器
5b :第2の反応器
5c :第2の反応器
6 :生成ガス排出部
6a :生成ガス排出部
6b :生成ガス排出部
6c :生成ガス排出部
7 :ガス切換部
8 :ガス成分除去部
8a :ガス成分除去部
8b :ガス成分除去部
GL1 :ガスライン
GL2 :ガスライン
GL3a :ガスライン
GL3b :ガスライン
GL4 :ガスライン
GL4a :ガスライン
GL4b :ガスライン
GL5 :ガスライン
GL5a :ガスライン
GL5b :ガスライン
GL5c :ガスライン
GL6 :ガスライン
GL6a :ガスライン
GL6b :ガスライン
J :ガス合流部
J1 :ガス合流部
J2 :ガス合流部
J4 :ガス合流部
10 : Carbon valuables manufacturing system 100 : Carbon valuables manufacturing apparatus 1 : Exhaust gas supply part 2 : Reducing gas supply part 3 : Gas switching part 4 : First reaction part 4R : Reducing agent 4a : First reactor 4a1: First reactor 4a2: First reactor 4b: First reactor 4b1: First reactor 4b2: First reactor 41: Pipe body 42: Housing 43: Internal space 421a: Cathode side Inlet port 421b: Cathode side outlet port 422a: Anode side inlet port 422b: Anode side outlet port 45: Cathode 46: Anode 47: Solid electrolyte layer 48: Power supply 5: Second reaction section 5a: Second reactor 5b: Second reactor 5c: Second reactor 6: Product gas discharge section 6a: Product gas discharge section 6b: Product gas discharge section 6c: Product gas discharge section 7: Gas switching section 8: Gas component removal section 8a: Gas Component removing section 8b: Gas component removing section GL1: Gas line GL2: Gas line GL3a: Gas line GL3b: Gas line GL4: Gas line GL4a: Gas line GL4b: Gas line GL5: Gas line GL5a: Gas line GL5b: Gas line GL5c :Gas line GL6 :Gas line GL6a :Gas line GL6b :Gas line J :Gas merging part J1 :Gas merging part J2 :Gas merging part J4 :Gas merging part

Claims (12)

炭素有価物を製造する装置であって、
酸素元素を受容可能な第1のガス成分を利用して、CO(1.5≦x≦2)をCO(1≦x<1.5)に変換する第1の反応部と、
前記CO(1≦x<1.5)を前記炭素有価物に変換する第2の反応部と、
前記第1の反応部と前記第2の反応部とを接続し、前記第1の反応部で生じた排出ガスを前記第2の反応部に供給するガスラインと、
前記ガスラインの途中に配置され、前記排出ガスからCOの沸点より高い沸点を有する第2のガス成分を除去するガス成分除去部とを備える、炭素有価物の製造装置。
An apparatus for producing carbon valuables,
a first reaction section that converts CO x (1.5≦x≦2) into CO x (1≦x<1.5) using a first gas component capable of accepting oxygen element;
a second reaction section that converts the CO x (1≦x<1.5) into the carbon valuables;
a gas line connecting the first reaction section and the second reaction section and supplying exhaust gas generated in the first reaction section to the second reaction section;
An apparatus for producing carbon valuables, comprising: a gas component removal section that is disposed in the middle of the gas line and removes a second gas component having a boiling point higher than the boiling point of CO from the exhaust gas.
請求項1に記載の炭素有価物の製造装置において、
前記第1の反応部は、酸素イオン伝導性を備える酸素キャリアを収容した反応器を有し、
前記CO(1.5≦x≦2)と前記第1のガス成分とが、前記反応器に交互に供給される、炭素有価物の製造装置。
The apparatus for producing carbon valuables according to claim 1,
The first reaction section has a reactor containing an oxygen carrier having oxygen ion conductivity,
An apparatus for producing carbon valuables, wherein the CO x (1.5≦x≦2) and the first gas component are alternately supplied to the reactor.
請求項2に記載の炭素有価物の製造装置において、
前記第1の反応部は、直列に接続された複数の前記反応器を有する、炭素有価物の製造装置。
The apparatus for producing carbon valuables according to claim 2,
The first reaction section is an apparatus for producing carbon valuables, wherein the first reaction section includes a plurality of the reactors connected in series.
請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の炭素有価物の製造装置において、
前記第1のガス成分は、前記酸素元素を受容することにより、エポキシ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基およびカルボニル基から選択される少なくとも1つの構造を有する化合物、HO、COまたはNOに変換される、炭素有価物の製造装置。
In the apparatus for producing carbon valuables according to any one of claims 1 to 3,
By accepting the oxygen element, the first gas component converts into a compound having at least one structure selected from an epoxy group, a hydroxyl group, a carboxyl group, and a carbonyl group, H2O , CO2 , or NO2 . Equipment for producing carbon valuables.
請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の炭素有価物の製造装置において、
前記第1の反応部における第1の反応温度は、前記第2の反応部における第2の反応温度より高い、炭素有価物の製造装置。
In the apparatus for producing carbon valuables according to any one of claims 1 to 4,
The first reaction temperature in the first reaction section is higher than the second reaction temperature in the second reaction section.
請求項5に記載の炭素有価物の製造装置において、
前記第1の反応温度と前記第2の反応温度との差は、100℃以上である、炭素有価物の製造装置。
The apparatus for producing carbon valuables according to claim 5,
The apparatus for producing carbon valuables, wherein the difference between the first reaction temperature and the second reaction temperature is 100° C. or more.
請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の炭素有価物の製造装置において、
前記第1の反応部における第1の反応圧力は、前記第2の反応部における第2の反応圧力より低い、炭素有価物の製造装置。
In the apparatus for producing carbon valuables according to any one of claims 1 to 6,
The first reaction pressure in the first reaction section is lower than the second reaction pressure in the second reaction section.
請求項7に記載の炭素有価物の製造装置において、
前記第1の反応圧力は、1MPaG以下である、炭素有価物の製造装置。
The apparatus for producing carbon valuables according to claim 7,
The apparatus for producing carbon valuables, wherein the first reaction pressure is 1 MPaG or less.
請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の炭素有価物の製造装置において、
前記第2の反応部において、前記酸素元素を受容した前記第1のガス成分が前記CO(1≦x<1.5)の前記炭素有価物への変換に利用される、炭素有価物の製造装置。
In the apparatus for producing carbon valuables according to any one of claims 1 to 8,
In the second reaction section, the first gas component that has received the oxygen element is used to convert the CO x (1≦x<1.5) into the carbon valuables. Manufacturing equipment.
炭素有価物を製造する方法であって、
酸素元素を受容可能な第1のガス成分を利用して、CO(1.5≦x≦2)をCO(1≦x<1.5)に変換する第1の変換工程と、
前記変換工程で生じた排出ガスから、COの沸点より高い沸点を有する第2のガス成分を除去する除去工程と、
前記排気ガス中の前記CO(1≦x<1.5)を前記炭素有価物に変換する第2の変換工程とを有する、炭素有価物の製造方法。
A method for producing carbon valuables, the method comprising:
a first conversion step of converting CO x (1.5≦x≦2) to CO x (1≦x<1.5) using a first gas component capable of accepting oxygen element;
a removal step of removing a second gas component having a boiling point higher than the boiling point of CO from the exhaust gas generated in the conversion step;
a second conversion step of converting the CO x (1≦x<1.5) in the exhaust gas into the carbon valuables.
炭素有価物を製造するシステムであって、
請求項1~請求項9のいずれか1項に記載の炭素有価物の製造装置と、
前記CO(1.5≦x≦2)を含むガスを生成するガス生成部とを備える、炭素有価物の製造システム。
A system for producing carbon valuables,
The apparatus for producing carbon valuables according to any one of claims 1 to 9,
A system for producing carbon valuables, comprising: a gas generation section that generates a gas containing the CO x (1.5≦x≦2).
ポリマーを製造するシステムであって、
請求項1~請求項9のいずれか1項に記載の炭素有価物の製造装置と、
前記炭素有価物をモノマーとして重合して、前記ポリマーを生成するポリマー生成部とを備える、ポリマーの製造システム。
A system for producing a polymer, the system comprising:
The apparatus for producing carbon valuables according to any one of claims 1 to 9,
A polymer production system comprising: a polymer production section that polymerizes the carbon valuables as a monomer to produce the polymer.
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