JP2024006035A - Production system for organic substance, production device for organic substance and production method for organic substance - Google Patents

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Eiji Azuma
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Shuchi Sato
七海 三木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a production system or the like for organic substance which can efficiently produce organic substance without wastefully discarding heat.
SOLUTION: A production system for an organic substance is provided. The production system comprises: a gas generation portion which generates gaseous starting material including carbon monoxide and carbon dioxide; an organic substance generation portion which supplies the gaseous starting material, and generates organic substance from the gaseous starting material; and a reduction portion which is provided between the gas generation portion and the organic substance generation portion and has a reductant which reduces carbon dioxide by using carbon dioxide and hydrogen to generate carbon monoxide. When temperature at which the organic substance is generated in the organic substance generation portion is denoted as X[°C], temperature at which the carbon monoxide is generated in the reduction portion is denoted as Y[°C], the production system for the organic substance satisfies a relationship of Y≤15X.
SELECTED DRAWING: Figure 1
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本発明は、有機物質の製造システム、有機物質の製造装置及び有機物質の製造方法に関する。 The present invention relates to an organic substance production system, an organic substance production apparatus, and an organic substance production method.

近年、石油を原料として製造された油類やアルコール類等の大量消費による化石燃料資源枯渇への危惧や大気中の二酸化炭素増加という地球規模での環境問題が生じている。これらの問題に対処すべく、石油以外の原料を用いて有機物質を製造する手法、例えばトウモロコシ等の可食原料から糖発酵法によってバイオエタノールを製造する方法が注目されている。 In recent years, environmental problems on a global scale have arisen, such as concerns about the depletion of fossil fuel resources and an increase in carbon dioxide in the atmosphere due to the mass consumption of oils, alcohols, and the like produced using petroleum as raw materials. In order to address these problems, methods for producing organic substances using raw materials other than petroleum, such as methods for producing bioethanol from edible raw materials such as corn by sugar fermentation, are attracting attention.

このような可食原料を用いた糖発酵法は、限られた農地面積を食料以外の生産に用いることから、食料価格の高騰を招くおそれがある。そのため、従来、廃棄されていたような非可食原料を用いて、石油から製造されていた有機物質を製造する方法が検討されている。
例えば、特許文献1には、二酸化炭素、一酸化炭素及び水素を含む原料ガスを、ガス資化性細菌によりエタノールに変換する方法が開示されている。
Sugar fermentation methods using such edible raw materials use limited farmland area for production other than food, which may lead to a rise in food prices. Therefore, methods are being considered for producing organic substances, which were conventionally produced from petroleum, using inedible raw materials that would otherwise have been discarded.
For example, Patent Document 1 discloses a method of converting a raw material gas containing carbon dioxide, carbon monoxide, and hydrogen into ethanol using gas-assimilating bacteria.

特開2018-070465号公報Japanese Patent Application Publication No. 2018-070465

しかしながら、本発明者らの検討によれば、ガス生成部で生成された原料ガスや前処理が施された原料ガスは高温であり、有機物質の生成に適した温度への冷却が必要となる場合が多い。この場合、廃棄される熱が無駄になる。
本発明では上記事情に鑑み、熱を無駄に廃棄することなく、効率よく有機物質を製造し得る有機物質の製造システム等を提供することとした。
However, according to studies conducted by the present inventors, the raw material gas generated in the gas generation section and the pretreated raw material gas are at high temperatures and need to be cooled to a temperature suitable for producing organic substances. There are many cases. In this case, the waste heat is wasted.
In view of the above-mentioned circumstances, the present invention provides an organic substance production system that can efficiently produce organic substances without wasting heat.

本発明の一態様によれば、有機物質の製造システムが提供される。この製造システムは、一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原料ガスを生成する、ガス生成部と、原料ガスを供給し、原料ガスから有機物質を生成する、有機物質生成部と、ガス生成部と有機物質生成部との間に設けられ、二酸化炭素及び水素を利用して、二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する還元体を有する、還元部と、を備える。有機物質生成部において有機物質を生成する際の温度をX[℃]とし、還元部において一酸化炭素を生成する際の温度をY[℃]としたとき、Y≦15Xなる関係を満足する。 According to one aspect of the present invention, a system for producing organic substances is provided. This manufacturing system includes a gas generation section that generates a raw material gas containing carbon monoxide and carbon dioxide, an organic substance generation section that supplies the raw material gas and generates an organic substance from the raw material gas, and a gas generation section and an organic A reducing part is provided between the substance producing part and has a reducing body that reduces carbon dioxide to produce carbon monoxide using carbon dioxide and hydrogen. When the temperature at which an organic substance is generated in the organic substance generation section is X [° C.], and the temperature at which carbon monoxide is generated at the reduction section is Y [° C.], the relationship Y≦15X is satisfied.

かかる態様によれば、熱を無駄に廃棄することなく、高い製造効率で有機物質を製造することができる。 According to this aspect, organic substances can be produced with high production efficiency without wasting heat.

本発明の有機物質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 an organic substance manufacturing system of the present invention. 第1実施形態の有機物質の製造システムにおける還元部の構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a reducing section in the organic substance manufacturing system of the first embodiment. 第2実施形態の有機物質の製造システムにおける還元部及びその付近の構成を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of a reducing section and its vicinity in an organic substance production system according to a second embodiment. マイクロ波を照射する照射装置を有する還元部の構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a reduction section having an irradiation device that irradiates microwaves. 第3実施形態の有機物質の製造システムにおける還元部の構成を示す概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of a reducing section in an organic substance manufacturing system according to a third embodiment.

以下、有機物質の製造システム、有機物質の製造装置及び有機物質の製造方法について、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。
<第1実施形態>
まず、本発明の有機物質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、本発明の有機物質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実施形態の有機物質の製造システムにおける還元部の構成を示す模式図である。
Hereinafter, an organic substance production system, an organic substance production apparatus, and an organic substance production method will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<First embodiment>
First, a first embodiment of the organic substance manufacturing system of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a first embodiment of the organic substance manufacturing system of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the reducing section in the organic substance manufacturing system of the first embodiment.

図1に示す有機物質の製造システム100(以下、単に「製造システム100」とも言う。)は、ガス化炉(ガス生成部)10と、ガス化炉10に接続された有機物質の製造装置1(以下、単に「製造装置1」とも言う。)とを備えている。
なお、本明細書中では、ガス及び液体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。
本実施形態では、ガス化炉10としては、例えば、燃焼炉、高炉、転炉、電気炉、シャフト炉等が挙げられる。なお、ガス生成部は、ガス化炉10の他、製紙工場、セメント工場、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排出源であってもよい。
The organic substance manufacturing system 100 (hereinafter also simply referred to as the “manufacturing system 100”) shown in FIG. (hereinafter also simply referred to as "manufacturing apparatus 1").
In addition, in this specification, the upstream side with respect to the flow direction of gas and liquid is also simply described as "upstream side," and the downstream side is also simply described as "downstream side."
In this embodiment, examples of the gasification furnace 10 include a combustion furnace, a blast furnace, a converter furnace, an electric furnace, a shaft furnace, and the like. In addition to the gasification furnace 10, the gas generation section is a CO x emission source of at least one business facility selected from a paper mill, a cement factory, a thermal power plant, an oil refinery, an ethylene cracker, an oil refinery, and a chemical factory. You can.

各炉では、内容物の燃焼、溶融、精錬等の際に、二酸化炭素及び一酸化炭素を含む排ガス(原料ガス)が生成(発生)する。
ゴミ焼却場における燃焼炉(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)、産業廃棄物、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。
In each furnace, exhaust gas (raw material gas) containing carbon dioxide and carbon monoxide is generated during combustion, melting, refining, etc. of the contents.
In the case of a combustion furnace (incinerator) in a garbage incinerator, the contents (waste) include, for example, plastic waste, food waste, municipal waste (MSW), industrial waste, waste tires, biomass waste, household waste, etc. Examples include trash (futons, papers), construction materials, etc. Note that these wastes may contain one type alone or two or more types.

排ガスは、通常、二酸化炭素及び一酸化炭素に加えて、水素、窒素、酸素、水蒸気、メタン等の他のガス成分を含んでもよい。排ガスは、その他の成分として、スス、タール、窒素化合物、硫黄化合物、リン系化合物、芳香族系化合物等をさらに含んでもよい。
排ガスは、内容物(炭素源)を不完全燃焼させる熱処理(通称:ガス化)を行うこと(すなわち、炭素源を部分酸化させること)により、一酸化炭素を10体積%以上含むガスとして生成してもよい。
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、燃焼炉又は製錬所で発生した排ガスが好ましい。
In addition to carbon dioxide and carbon monoxide, exhaust gas typically may contain other gas components such as hydrogen, nitrogen, oxygen, water vapor, methane, and the like. The exhaust gas may further contain soot, tar, nitrogen compounds, sulfur compounds, phosphorus compounds, aromatic compounds, etc. as other components.
Exhaust gas is generated as a gas containing 10% by volume or more of carbon monoxide by performing heat treatment (commonly known as gasification) to incompletely burn the contents (carbon source) (that is, partially oxidizing the carbon source). You can.
By using exhaust gas, 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 generated in a combustion furnace or a smelter is preferable.

かかるガス化炉10に製造装置1が接続されている。この製造装置1は、培養槽(有機物質生成部)2と、精製装置6と、ガス化炉10と培養槽2とを接続するガスラインGL1と、培養槽2と精製装置6とを接続する液体ラインLLとを有している。
培養槽2では、供給された排ガス(原料ガス)から、ガス資化性細菌の作用(微生物発酵)により有機物質を含有する有機物質含有液を生成する。
ガス資化性細菌は、真性細菌及び古細菌の双方を含む。
A manufacturing apparatus 1 is connected to such a gasification furnace 10. This manufacturing device 1 includes a culture tank (organic substance generation section) 2, a purification device 6, a gas line GL1 that connects the gasifier 10 and the culture tank 2, and a gas line GL1 that connects the culture tank 2 and the purification device 6. It has a liquid line LL.
In the culture tank 2, an organic substance-containing liquid containing organic substances is produced from the supplied exhaust gas (raw material gas) by the action of gas-assimilating bacteria (microbial fermentation).
Gas-utilizing bacteria include both eubacteria and archaea.

真性細菌としては、例えば、クロストリジウム(Clostridium)属細菌、ムーレラ(Moorella)属細菌、アセトバクテリウム(Acetobacterium)属細菌、カルボキシドセラ(Carboxydocella)属細菌、ロドシュードモナス(Rhodopseudomonas)属細菌、ユーバクテリウム(Eubacterium)属細菌、ブチリバクテリウム(Butyribacterium)属細菌、オリゴトロファ(Oligotropha)属細菌、ブラディリゾビウム(Bradyrhizobium)属細菌、好気性水素酸化細菌であるラルソトニア(Ralsotonia)属細菌等が挙げられる。 Examples of true bacteria include Clostridium bacteria, Moorella bacteria, Acetobacterium bacteria, Carboxydocella bacteria, Rhodopseudomonas bacteria, and Eubacterium. Examples include bacteria of the genus Eubacterium, bacteria of the genus Butyribacterium, bacteria of the genus Oligotropha, bacteria of the genus Bradyrhizobium, and bacteria of the genus Ralsotonia, which are aerobic hydrogen-oxidizing bacteria.

一方、古細菌としては、例えば、メタノバクテリウム(Methanobacterium)属細菌、メタノブレウィバクタ(Methanobrevibacter)属細菌、メタノカルキュラス(Methanocalculus)属細菌、メタノコッカス(Methanococcus)属細菌、メタノサルシナ(Methanosarcina)属細菌、メタノスファエラ(Methanosphaera)属細菌、メタサーモバクタ(Methanothermobacter)属細菌、メタノトリックス(Methanothrix)属細菌、メタノキュルス(Methanoculleus)属細菌、メタノフォリス(Methanofollis)属細菌、メタノゲニウム(Methanogenium)属細菌、メタノスピリリウム(Methanospirillium)属細菌、メタノゼータ(Methanosaeta)属細菌、サーモコックス(Thermococcus)属細菌、サーモフィラム(Thermofilum)属細菌、アルカヘオグロブス(Arcaheoglobus)属細菌等が挙げられる。 On the other hand, examples of archaea include bacteria of the genus Methanobacterium, bacteria of the genus Methanobrevibacter, bacteria of the genus Methanocalculus, bacteria of the genus Methanococcus, bacteria of the genus Methanococcus, and bacteria of the genus Methanococcus. sarcina) genus Bacteria, bacteria of the genus Methanosphaera, bacteria of the genus Methanothermobacter, bacteria of the genus Methanothrix, bacteria of the genus Methanoculeus, bacteria of the genus Methanofollis, bacteria of the genus Methanofollis, Bacteria of the genus Methanogenium, Methanospirylium Examples include bacteria of the genus Methanospirillium, bacteria of the genus Methanosaeta, bacteria of the genus Thermococcus, bacteria of the genus Thermofilum, bacteria of the genus Arcaheoglobus, and the like.

以上のようなガス資化性細菌の中から、目的とする有機物質の生成能の高い細菌が選択されて用いられる。例えば、エタノール生成能の高いガス資化性細菌としては、クロストリジウム・オートエタノゲナム(Clostridium autoethanogenum)、クロストリジウム・ユングダリイ(Clostridium ljungdahlii)、クロストリジウム・アセチクム(Clostridium aceticum)、クロストリジウム・カルボキシジボランス(Clostridium carboxidivorans)、ムーレラ・サーモアセチカ(Moorella thermoacetica)、アセトバクテリウム・ウッディイ(Acetobacterium woodii)等が挙げられる。 Among the gas-assimilating bacteria mentioned above, bacteria with a high ability to produce the desired organic substance are selected and used. For example, gas-assimilating bacteria with high ethanol-producing ability include Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, Clostridium aceticum, and Clostridium aceticum. Clostridium carboxydivorans , Moorella thermoacetica, Acetobacterium woodii, and the like.

ガス資化性細菌を培養する際に用いる培地(培養液)は、その種類に応じた適切な組成であれば、特に限定されない。例えば、ガス資化性細菌としてクロストリジウム属細菌を用いる場合、培地としては、例えば、国際公開第2017/117309号の段落0091や、米国特許出願公開第2017/260552号の段落0097~0098等を参考にすることができる。
培養槽2には、例えば、撹拌板で培養液を撹拌するタイプの培養リアクタ、培養液自体を循環させることにより培養液を撹拌するタイプの培養リアクタ、供給される排ガスの通気で生じる気泡流に伴う水流により培養液を撹拌するタイプの培養リアクタ等を用いることができる。
The medium (culture solution) used for culturing gas-assimilating bacteria is not particularly limited as long as it has an appropriate composition depending on the type. For example, when using Clostridium bacteria as gas-assimilating bacteria, for the culture medium, refer to paragraph 0091 of International Publication No. 2017/117309, paragraphs 0097 to 0098 of U.S. Patent Application Publication No. 2017/260552, etc. It can be done.
The culture tank 2 includes, for example, a culture reactor of the type that stirs the culture solution with a stirring plate, a culture reactor of the type that stirs the culture solution by circulating the culture solution itself, and a culture reactor of the type that stirs the culture solution by circulating the culture solution itself. A type of culture reactor that stirs the culture solution with accompanying water flow can be used.

ガスラインGL1の途中(すなわち、ガス化炉10と培養槽2との間)には、ガス化炉10側(上流側)から順に、改質炉3と、還元部4(還元反応器4a)と、前処理部5とが設けられている。
改質炉3では、例えば、触媒の存在下に、排ガスに含まれるメタンに水蒸気を高温で作用させて、一酸化炭素及び水素に変換する。このとき、一酸化炭素の一部は、さらに水蒸気と反応することにより、二酸化炭素及び水素に変換されてもよい。
反応温度は、500℃以上1100℃以下であることが好ましい。また、触媒としては、例えば、ニッケル触媒、酸化ニッケル触媒、ルテニウム触媒、ロジウム触媒、パラジウム触媒、白金触媒等が挙げられる。
In the middle of the gas line GL1 (that is, between the gasifier 10 and the culture tank 2), in order from the gasifier 10 side (upstream side), a reformer 3 and a reduction section 4 (reduction reactor 4a) are installed. and a preprocessing section 5 are provided.
In the reforming furnace 3, for example, in the presence of a catalyst, methane contained in the exhaust gas is reacted with steam at high temperature to convert it into carbon monoxide and hydrogen. At this time, a part of carbon monoxide may be converted into carbon dioxide and hydrogen by further reacting with water vapor.
The reaction temperature is preferably 500°C or higher and 1100°C or lower. Further, examples of the catalyst include a nickel catalyst, a nickel oxide catalyst, a ruthenium catalyst, a rhodium catalyst, a palladium catalyst, and a platinum catalyst.

改質炉3は、高温下で滞留させることで排ガスに含まれるメタンやエタン等のガス、及びタールやダイオキシン等の炭化水素を一酸化炭素及び水素に変換する方法を採用してもよい。このとき、酸素や空気のような支燃性ガスを供給して温度を上げてもよい。
さらに、一酸化炭素の一部は、酸素と反応することにより、二酸化炭素に変換されてもよい。温度は、1000℃以上であることが好ましく、1100℃以上1300℃以下であることがより好ましい。
The reforming furnace 3 may employ a method of converting gases such as methane and ethane contained in the exhaust gas and hydrocarbons such as tar and dioxins into carbon monoxide and hydrogen by retaining the gases at a high temperature. At this time, a combustion supporting gas such as oxygen or air may be supplied to raise the temperature.
Additionally, some of the carbon monoxide may be converted to carbon dioxide by reacting with oxygen. The temperature is preferably 1000°C or higher, more preferably 1100°C or higher and 1300°C or lower.

改質炉3を通過した排ガスは、後述する脱水素装置で分離された水素が混合されて、還元反応器4a(還元部4)に供給される。第1実施形態の還元反応器4aでは、触媒の作用による逆水性ガスシフト反応により、上記水素を利用して、二酸化炭素から一酸化炭素を生成可能(二酸化炭素を一酸化炭素に変換可能)である。
還元反応器4aは、図2に示すように、触媒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、触媒4Rと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、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率を高めることができる。
The exhaust gas that has passed through the reforming furnace 3 is mixed with hydrogen separated by a dehydrogenation device, which will be described later, and is supplied to the reduction reactor 4a (reduction section 4). In the reduction reactor 4a of the first embodiment, carbon monoxide can be generated from carbon dioxide (carbon dioxide can be converted into carbon monoxide) by using the hydrogen by a reverse water gas shift reaction caused by the action of a catalyst. .
As shown in FIG. 2, the reduction reactor 4a is a multi-tubular type that includes a plurality of tubes 41 each filled with (accommodates) a catalyst 4R, and a housing 42 in which the plurality of tubes 41 are housed in an internal space 43. It consists of a reactor (fixed bed type reactor). According to such a multi-tubular reactor, a sufficient opportunity for contact between the catalyst 4R and the gas can be ensured. As a result, the conversion efficiency of carbon dioxide into carbon monoxide can be increased.

なお、還元反応器4aは、管体41を省略して、ハウジング42の内部空間43に触媒4Rを充填した反応器(すなわち、単純反応器)で構成することもできる。
本実施形態の触媒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内に供給される排ガスとの接触面積をより増大させることができる。
Note that the reduction reactor 4a may be configured as a reactor (ie, a simple reactor) in which the pipe body 41 is omitted and the internal space 43 of the housing 42 is filled with the catalyst 4R.
The catalyst 4R of this embodiment is preferably in the form of particles (granules), scales, pellets, etc., for example. If the reducing agent 4R has such a shape, the filling efficiency into the pipe body 41 can be increased, and the contact area with the exhaust gas supplied into the pipe body 41 can be further increased.

触媒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、1mm以上50mm以下であることが好ましく、1mm以上30mm以下であることがより好ましい。この場合、触媒4Rとガス(二酸化炭素及び水素)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。
粒子状の触媒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 catalyst 4R is in the form of particles, its volume average particle diameter is not particularly limited, but is preferably 1 mm or more and 50 mm or less, more preferably 1 mm or more and 30 mm or less. In this case, the contact area between the catalyst 4R and the gases (carbon dioxide and hydrogen) can be further increased, and the conversion efficiency of carbon dioxide into carbon monoxide can be further improved.
The particulate catalyst 4R is preferably a molded body manufactured by rolling granulation, since the sphericity is further increased.

また、触媒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、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、活性炭等)、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のような酸化物及びこれらを含む複合酸化物等が挙げられる。
Further, the catalyst 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 or reaction conditions, such as carbon materials (graphite, graphene, carbon black, carbon nanotubes, activated carbon, etc.), carbides such as Mo 2 C, Examples include oxides such as zeolite, montmorillonite, 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及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、触媒4Rの反応に悪影響を及ぼさず、触媒4Rの担持能に優れる点で好ましい。ここで、担体は、触媒4Rの反応には関与せず、触媒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触媒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 catalyst 4R and has an excellent ability to support the catalyst 4R. Here, the carrier does not participate in the reaction of the catalyst 4R and simply supports (holds) the catalyst 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 catalyst 4R.

触媒4Rは、遷移金属を含む。遷移金属は、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、Fe、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni,Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg等が挙げられる。
触媒4Rは、Feに、Al、Ga、In、Cu、Ag、Au、Pd及びMnからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属を添加してなる合金であることが好ましく、Fe-Pd合金であることがより好ましい。これらの触媒4R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。
Catalyst 4R contains a transition metal. Transition metals are not particularly limited as long as they can reduce carbon dioxide, but include Fe, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Examples include Pt, Au, and Hg.
The catalyst 4R is preferably an alloy formed by adding at least one metal selected from the group consisting of Al, Ga, In, Cu, Ag, Au, Pd, and Mn to Fe, and is an Fe-Pd alloy. It is more preferable that there be. These catalysts 4R are useful because they have particularly good efficiency in converting carbon dioxide into carbon monoxide.

また、還元反応器4aにおいて、触媒4R自体で管体(円筒状の成形体)41を作製してもよい。さらに、触媒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、充填剤としての触媒4Rは省略するようにしてもよいし、併用してもよい。
これらの中では、触媒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、還元反応器4a内で排ガスの通過抵抗が高まるのを防止しつつ、触媒4Rと排ガスとの接触の機会を十分に確保することもできる。
Further, in the reduction reactor 4a, the tube body (cylindrical molded body) 41 may be made of the catalyst 4R itself. Furthermore, a block-shaped, lattice-shaped (for example, net-shaped, honeycomb-shaped) molded body may be produced using the catalyst 4R, and the molded body may be placed in the housing 42. In these cases, the catalyst 4R as a filler may be omitted or may be used in combination.
Among these, a configuration in which a net-like body is made of the catalyst 4R and placed inside the housing 42 is preferable. In the case of such a configuration, it is possible to prevent the passage resistance of the exhaust gas from increasing within the reduction reactor 4a, and to ensure a sufficient opportunity for the catalyst 4R to come into contact with the exhaust gas.

前処理部5は、脱水素装置とPSA装置とを有している。
脱水素装置は、還元反応器4a(還元部4)より下流側に位置し、原料ガスから水素を除去(分離)するために用いられる。この脱水素装置は、水素を選択的に透過して分離する筒状の分離膜を収容した分離器で構成することができる。
かかる分離膜の構成材料としては、例えば、金属材料、セラミックス材料、樹脂材料等が挙げられる。
金属材料としては、例えば、Pd-Cu合金、Pd-Ag合金、バナジウム合金、La-Ni-Mg系等のアモルファス合金等が挙げられる。
セラミックス材料としては、例えば、窒化チタン、ゼオライト、シリカ(ガラス)、アルミナ及びこれらの1種以上を含む複合材料(例えば、アルミナカーボン系材料)等が挙げられる。
樹脂材料としては、例えば、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン等が挙げられる。
The pretreatment section 5 includes a dehydrogenation device and a PSA device.
The dehydrogenation device is located downstream of the reduction reactor 4a (reduction section 4) and is used to remove (separate) hydrogen from the raw material gas. This dehydrogenation device can be configured with a separator containing a cylindrical separation membrane that selectively permeates and separates hydrogen.
Examples of constituent materials of such a separation membrane include metal materials, ceramic materials, resin materials, and the like.
Examples of the metal material include Pd--Cu alloy, Pd--Ag alloy, vanadium alloy, and amorphous alloy such as La--Ni--Mg alloy.
Examples of the ceramic material include titanium nitride, zeolite, silica (glass), alumina, and composite materials containing one or more of these (eg, alumina-carbon material).
Examples of the resin material include polyamide, polyimide, polysulfone, 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、水素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、水素の透過率を十分に高く維持することができる。
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, hydrogen can be separated 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 hydrogen permeability while preventing the mechanical strength of the separation membrane from decreasing excessively.

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。
分離膜の平均空孔径は、500pm以下であることが好ましく、300pm以上400pm以下であることがより好ましい。これにより、水素の分離効率をより向上させることができる。
脱水素装置は、ガスラインGL2を介して、ガスラインGL1の還元反応器4aの上流側に接続されている。かかる構成により、改質後の排ガスと水素とが混合されて、還元反応器4aに供給される。
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.
The average pore diameter of the separation membrane is preferably 500 pm or less, more preferably 300 pm or more and 400 pm or less. Thereby, hydrogen separation efficiency can be further improved.
The dehydrogenation device is connected to the upstream side of the reduction reactor 4a of the gas line GL1 via the gas line GL2. With this configuration, the reformed exhaust gas and hydrogen are mixed and supplied to the reduction reactor 4a.

ガスラインGL2の途中には、除去部7が設けられている。この除去部7は、脱水素装置から変換される水素を主とするガス(還元反応器4aに供給する前のガス)に含まれ、触媒(還元体)4Rの反応性を低下させる不純物を除去する。
かかる不純物としては、特に限定されないが、硫黄又は硫黄化合物、塩素又は塩素化合物、シアン化合物等が挙げられる。これらの中でも、不純物として、硫黄化合物、特に、硫化水素を除去することが好ましい。硫化水素を除去すれば、触媒4Rの反応性が極端に低下したり、失活するのを好適に防止することができる。
A removing section 7 is provided in the middle of the gas line GL2. This removal section 7 removes impurities that are contained in the hydrogen-based gas converted from the dehydrogenation device (the gas before being supplied to the reduction reactor 4a) and reduce the reactivity of the catalyst (reductant) 4R. do.
Such impurities include, but are not particularly limited to, sulfur or sulfur compounds, chlorine or chlorine compounds, cyanide compounds, and the like. Among these, it is preferable to remove sulfur compounds, particularly hydrogen sulfide, as impurities. By removing hydrogen sulfide, it is possible to suitably prevent the reactivity of the catalyst 4R from extremely decreasing or deactivating it.

かかる除去部7は、例えば、脱硫剤を充填した反応器で構成することができる。脱硫剤としては、例えば、酸化鉄系脱硫剤、活性炭系脱硫剤、銅-亜鉛系脱硫剤、銅-亜鉛-アルミニウム系脱硫剤、石灰系脱硫剤等が挙げられる。
なお、酸化鉄系脱硫剤を使用すれば、硫化水素との反応により生じる硫化鉄が酸素と反応することができるため、ガスラインGL2を通過するガスから酸素を除去することもできる。
The removal section 7 can be configured, for example, by a reactor filled with a desulfurizing agent. Examples of the desulfurization agent include iron oxide desulfurization agents, activated carbon desulfurization agents, copper-zinc desulfurization agents, copper-zinc-aluminum desulfurization agents, lime desulfurization agents, and the like.
Note that if an iron oxide desulfurization agent is used, iron sulfide produced by reaction with hydrogen sulfide can react with oxygen, so oxygen can also be removed from the gas passing through the gas line GL2.

PSA装置は、圧力スイング吸着方式の分離器であり、例えば、BTEX、二酸化炭素、窒素等を除去するために用いられる。
PSA装置には、例えば、活性炭、ゼオライト、シリカゲル、モレキュラーシーブズ等の多孔質材料や、アミン溶液等の水溶液を、吸着剤として用いることができる。PSA装置には、活性炭又はゼオライトが好ましく用いられる。多孔質材料の種類や細孔のサイズを設定することにより、分離可能な化合物を選択することができる。
PSA装置において2種以上の化合物を分離する場合、種類や細孔のサイズが異なる多孔質材料をそれぞれ充填した複数の分離器を用いてもよく、種類や細孔のサイズが異なる多孔質材料を充填した単一の分離器を用いてもよい。
A PSA device is a pressure swing adsorption type separator, and is used, for example, to remove BTEX, carbon dioxide, nitrogen, and the like.
For example, porous materials such as activated carbon, zeolite, silica gel, and molecular sieves, and aqueous solutions such as amine solutions can be used as adsorbents in the PSA device. Activated carbon or zeolite is preferably used in the PSA device. Separable compounds can be selected by setting the type of porous material and the size of the pores.
When separating two or more compounds in a PSA device, multiple separators each filled with porous materials of different types and pore sizes may be used; A single packed separator may also be used.

PSA装置で分離した二酸化炭素は、排ガスに混合して、還元反応器4aに供給してもよい。
また、PSA装置で分離した窒素は、ガス資化性細菌を培養する際に培養槽2に充填してもよく、還元反応器4aの洗浄用に充填してもよく、PSA装置及び/又はTSA装置(使用する場合)の洗浄用に充填してもよい。なお、窒素は上記装置の1つのみに充填しても、2つ以上に充填してもよい。
このように、排ガスから窒素を除去することにより、下流側で処理する排ガスの体積を減少させることができるので、下流側に配置される前処理部5の小型化を図ることができる。
The carbon dioxide separated by the PSA device may be mixed with exhaust gas and supplied to the reduction reactor 4a.
Further, the nitrogen separated by the PSA device may be filled into the culture tank 2 when culturing gas-utilizing bacteria, or may be filled for cleaning the reduction reactor 4a, and the nitrogen separated by the PSA device and/or the TSA May be filled for cleaning of equipment (if used). Note that nitrogen may be filled into only one of the above devices, or may be filled into two or more of the devices.
By removing nitrogen from the exhaust gas in this manner, the volume of the exhaust gas to be treated on the downstream side can be reduced, so that the pretreatment section 5 disposed on the downstream side can be downsized.

前処理部5は、脱水素装置及びPSA装置に加えて、洗浄減湿塔、フィルタ、脱酸素装置、脱アセチレン装置、TSA装置、PTSA装置等を有していてもよい。なお、これらは、単独で使用することができる他、任意の組み合わせで使用することができ、その配置順序も任意である。
洗浄減湿塔は、いわゆるスクラバーであり、排ガスに含まれる汚染物質(例えば、スス)、水溶性物質等を除去するために用いられる。洗浄減湿塔では、除去対象物に洗浄液を接触させること(湿式洗浄法)により行われる。湿式洗浄法の一例としては、ウォーターカーテンを用いた洗浄法が挙げられる。また、洗浄液としては、例えば、水、酸性溶液、アルカリ性溶液等が挙げられる。これらの中でも、洗浄液としては、水であることが好ましい。また、洗浄液の温度は、通常40℃以下であり、30℃以下であることが好ましく、25℃以下であることがより好ましく、15℃以下であることがさらに好ましい。
In addition to the dehydrogenation device and the PSA device, the pretreatment section 5 may include a washing and dehumidifying tower, a filter, a deoxidation device, a deacetylene device, a TSA device, a PTSA device, and the like. Note that these can be used alone or in any combination, and their arrangement order is also arbitrary.
The cleaning and dehumidifying tower is a so-called scrubber, and is used to remove pollutants (for example, soot), water-soluble substances, and the like contained in exhaust gas. In the cleaning and dehumidifying tower, cleaning is carried out by bringing a cleaning liquid into contact with the object to be removed (wet cleaning method). An example of a wet cleaning method is a cleaning method using a water curtain. Furthermore, examples of the cleaning liquid include water, acidic solutions, alkaline solutions, and the like. Among these, water is preferred as the cleaning liquid. Further, the temperature of the cleaning liquid is usually 40°C or lower, preferably 30°C or lower, more preferably 25°C or lower, and even more preferably 15°C or lower.

フィルタは、ススのサイズより小さいサイズの微粒子を除去するために用いられる。このフィルタは、例えば、バグフィルタ等で構成することができる。
脱酸素装置は、酸素を除去するために用いられ、酸素除去触媒として、例えば、銅(Cu)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)等の金属の粒子が充填された反応器で構成することができる。酸素除去触媒は、例えば、150℃以上400℃以下に加熱することが好ましい。
脱アセチレン装置は、アセチレンを除去するために用いられ、アセチレン除去触媒として、例えば、パラジウム(Pd)、白金(Pt)等の貴金属の粒子が充填された反応器で構成することができる。
なお、脱酸素に先立ってアセチレンを除去しておくことにより、アセチレンの酸素除去触媒に対する悪影響を好適に防止又は低減することができるという利点がある。
Filters are used to remove particulates with a size smaller than the size of soot. This filter can be composed of, for example, a bag filter.
The deoxidizer is used to remove oxygen and is composed of a reactor filled with metal particles such as copper (Cu), platinum (Pt), and nickel (Ni) as an oxygen removal catalyst. Can be done. The oxygen removal catalyst is preferably heated to, for example, 150°C or more and 400°C or less.
The deacetylenization device is used to remove acetylene, and can be configured with a reactor filled with noble metal particles such as palladium (Pd) and platinum (Pt) as an acetylene removal catalyst.
Note that, by removing acetylene prior to deoxygenation, there is an advantage that the adverse effect of acetylene on the oxygen removal catalyst can be suitably prevented or reduced.

TSA装置は、温度スイング吸着方式の分離器であり、例えば、BTEX以外の芳香族化合物等を除去するために用いられる。
PTSA装置は、圧力及び温度スイング吸着方式の分離器であり、例えば、上記PSA装置及びTSA装置で除去する成分を一括して除去するために用いられる。
なお、TSA装置及びPTSA装置に用いる吸着剤の種類、構成材料等は、PSA装置で説明したのと同様とすることができる。
The TSA device is a temperature swing adsorption type separator, and is used, for example, to remove aromatic compounds other than BTEX.
The PTSA device is a pressure and temperature swing adsorption type separator, and is used, for example, to collectively remove the components to be removed by the PSA device and TSA device.
Note that the type of adsorbent, constituent materials, etc. used in the TSA device and the PTSA device can be the same as those described for the PSA device.

前処理部5で処理された排ガスは、培養槽2に供給される。
培養槽2に供給される排ガスに含まれる二酸化炭素の濃度は、0.1体積%以上30体積%以下であることが好ましく、0.3体積%以上25体積%以下であることがより好ましく、0.5体積%以上20体積%以下であることがさらに好ましく、0.8体積%以上15体積%以下であることが特に好ましく、1体積%以上10体積%以下であることが最も好ましい。
The exhaust gas treated in the pretreatment section 5 is supplied to the culture tank 2.
The concentration of carbon dioxide contained in the exhaust gas supplied to the culture tank 2 is preferably 0.1 volume% or more and 30 volume% or less, more preferably 0.3 volume% or more and 25 volume% or less, It is more preferably 0.5 volume % or more and 20 volume % or less, particularly preferably 0.8 volume % or more and 15 volume % or less, and most preferably 1 volume % or more and 10 volume % or less.

培養槽2に供給される排ガスに含まれる一酸化炭素の濃度は、10体積%以上80体積%以下であることが好ましく、15体積%以上50体積%以下であることがより好ましく、20体積%以上45体積%以下であることがさらに好ましい。
また、培養槽2に供給される排ガスに含まれる水素の濃度は、1体積%以上45体積%以下であることが好ましく、5体積%以上35体積%以下であることがより好ましく、10体積%以上30体積%以下であることがさらに好ましい。
The concentration of carbon monoxide contained in the exhaust gas supplied to the culture tank 2 is preferably 10 volume% or more and 80 volume% or less, more preferably 15 volume% or more and 50 volume% or less, and 20 volume%. More preferably, the content is 45% by volume or less.
Further, the concentration of hydrogen contained in the exhaust gas supplied to the culture tank 2 is preferably 1 volume% or more and 45 volume% or less, more preferably 5 volume% or more and 35 volume% or less, and 10 volume% or less. More preferably, the content is 30% by volume or less.

さらに、培養槽2に供給される排ガスに含まれる窒素の濃度は、30体積%以下であることが好ましくり、1体積%以上25体積%以下であることがより好ましく、5体積%以上20体積%以下であることがさらに好ましい。
上記構成によれば、水素の濃度が低い排ガスが培養槽2に供給されるため、水素がガス資化性細菌の活性を低下させ難い。また、排ガスは、還元反応器4aを通過することにより、一酸化炭素の濃度が高まっているため、培養槽2において有機物質を効率よく製造することができる。
Furthermore, the concentration of nitrogen contained in the exhaust gas supplied to the culture tank 2 is preferably 30 volume% or less, more preferably 1 volume% or more and 25 volume% or less, and 5 volume% or more and 20 volume% or less. % or less is more preferable.
According to the above configuration, since exhaust gas having a low concentration of hydrogen is supplied to the culture tank 2, hydrogen is unlikely to reduce the activity of gas-assimilating bacteria. Moreover, since the exhaust gas has an increased concentration of carbon monoxide by passing through the reduction reactor 4a, organic substances can be efficiently produced in the culture tank 2.

培養槽2では、ガス資化性細菌の作用により、排ガスから有機物質を含有する有機物質含有液が生成される。
培養槽2には、液体ラインLLを介して精製装置6が接続されている。この精製装置6は、有機物質含有液から有機物質を精製する装置である。
かかる精製装置6としては、例えば、蒸留装置、浸透気化膜を含む処理装置、ゼオライト脱水膜、有機膜を含む処理装置、有機物質より沸点の低い低沸点物質を除去する処理装置、有機物質より沸点の高い高沸点物質を除去する処理装置、イオン交換膜を含む処理装置等が挙げられる。これらの装置は、単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
In the culture tank 2, an organic substance-containing liquid containing organic substances is generated from the exhaust gas by the action of gas-assimilating bacteria.
A purification device 6 is connected to the culture tank 2 via a liquid line LL. This purification device 6 is a device that purifies organic substances from an organic substance-containing liquid.
Examples of the purification device 6 include a distillation device, a treatment device including a pervaporation membrane, a zeolite dehydration membrane, a treatment device including an organic membrane, a treatment device that removes low-boiling substances that have a boiling point lower than organic substances, and a treatment device that removes low-boiling substances that have a boiling point lower than that of organic substances. Examples include processing equipment that removes high-boiling substances, processing equipment that includes an ion exchange membrane, and the like. These devices may be used alone or in combination of two or more.

蒸留装置を使用する場合、有機物質(特に、エタノール)の蒸留時における蒸留装置内の温度は、特に限定されないが、100℃以下であることが好ましく、70℃以上95℃以下であることがより好ましい。かかる温度に設定することにより、必要な有機物質とその他の成分との分離、すなわち、有機物質の蒸留(精製)をより確実に行うことができる。
有機物質の蒸留時における蒸留装置内の圧力は、常圧であってもよいが、大気圧未満(減圧蒸留)であることが好ましく、60~95kPaAであることがより好ましい。かかる圧力に設定することにより、有機物質の分離効率を向上させること、ひいては有機物質の収率を向上させることができる。
有機物質の収率(精製物に含まれる有機物質の濃度)は、好ましくは90重量%以上、より好ましくは99重量%以上、さらに好ましくは99.5重量%以上である。
When using a distillation apparatus, the temperature inside the distillation apparatus during distillation of organic substances (especially ethanol) is not particularly limited, but is preferably 100°C or less, more preferably 70°C or more and 95°C or less. preferable. By setting the temperature to such a temperature, separation of necessary organic substances from other components, that is, distillation (purification) of the organic substances can be performed more reliably.
The pressure within the distillation apparatus during distillation of the organic substance may be normal pressure, but is preferably less than atmospheric pressure (vacuum distillation), and more preferably 60 to 95 kPaA. By setting the pressure to such a pressure, it is possible to improve the separation efficiency of organic substances and, by extension, the yield of organic substances.
The yield of organic substances (the concentration of organic substances contained in the purified product) is preferably 90% by weight or more, more preferably 99% by weight or more, and even more preferably 99.5% by weight or more.

このようにして得られる有機物質は、例えば、メタノール、エタノールのようなモノオール類、2,3-ブタンジオールのようなジオール類、酢酸、乳酸、イソプレン、ブタジエン等が挙げられ、炭素数1~4のモノオール類又はジオール類であることが好ましく、エタノールであることがより好ましい。
かかる有機物質は、例えば、樹脂材料、ゴム材料等の原料として用いることもでき、各種溶媒、殺菌剤又は燃料として用いることもできる。なお、高濃度のエタノールは、ガソリン等に混合する燃料エタノールとして用いることができる他、例えば、化粧品、飲料、化学物質、燃料(ジェット燃料)等の原材料、食品等の添加物として用いることができ、汎用性が極めて高い。
Examples of the organic substances obtained in this way include monools such as methanol and ethanol, diols such as 2,3-butanediol, acetic acid, lactic acid, isoprene, and butadiene, and have a carbon number of 1 to 1. The monools or diols of No. 4 are preferable, and ethanol is more preferable.
Such organic substances can be used, for example, as raw materials for resin materials, rubber materials, etc., and can also be used as various solvents, disinfectants, or fuels. In addition, high-concentration ethanol can be used as fuel ethanol to be mixed with gasoline, etc., and can also be used, for example, as a raw material for cosmetics, beverages, chemicals, fuel (jet fuel), etc., and as an additive for foods. , extremely versatile.

次に、第1実施形態の製造システム100の使用方法(有機物質の製造方法)について説明する。
[1A]まず、ガス化炉10から排出される排ガス(一酸化炭素、二酸化炭素およびその他のガス成分を含む原料ガス)は、改質炉3に供給される。このとき、排ガスに含まれるメタンが一酸化炭素及び水素に変換される。
[2A]次に、改質炉3を通過した排ガスは、脱水素装置で分離された水素と混合される。
[3A]その後、水素が混合された排ガスは、還元反応器4aに供給される。還元反応器4aでは、二酸化炭素及び水素を利用して、二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する(還元工程)。具体的には、還元反応器4aでは、触媒4Rの作用により、二酸化炭素と水素とを反応させ、一酸化炭素と水とに変換する。これにより、排ガスに含まれる一酸化炭素の濃度及び水蒸気の濃度が高まる。
Next, a method of using the manufacturing system 100 of the first embodiment (a method of manufacturing an organic substance) will be described.
[1A] First, exhaust gas (raw material gas containing carbon monoxide, carbon dioxide, and other gas components) discharged from the gasifier 10 is supplied to the reformer 3. At this time, methane contained in the exhaust gas is converted into carbon monoxide and hydrogen.
[2A] Next, the exhaust gas that has passed through the reforming furnace 3 is mixed with hydrogen separated by the dehydrogenator.
[3A] Thereafter, the exhaust gas mixed with hydrogen is supplied to the reduction reactor 4a. In the reduction reactor 4a, carbon dioxide is reduced using carbon dioxide and hydrogen to generate carbon monoxide (reduction step). Specifically, in the reduction reactor 4a, by the action of the catalyst 4R, carbon dioxide and hydrogen are reacted and converted into carbon monoxide and water. This increases the concentration of carbon monoxide and water vapor contained in the exhaust gas.

[4A]次に、還元反応器4aを通過した排ガスは、前処理部5に供給される。前処理部5では、脱水素装置により排ガスから水素が除去(分離)される。
また、PSA装置により、排ガスからBTEX、二酸化炭素、窒素等が除去(分離)される。分離された二酸化炭素は、例えば、ガスラインGL2に合流させることができる。
さらに、前処理部5では、排ガスから、例えば、水溶性物質、スス、ススのサイズより小さいサイズの微粒子、酸素、アセチレン、BTEX以外の芳香族化合物等が除去されてもよい。
[4A] Next, the exhaust gas that has passed through the reduction reactor 4a is supplied to the pretreatment section 5. In the pretreatment section 5, hydrogen is removed (separated) from the exhaust gas by a dehydrogenation device.
Furthermore, the PSA device removes (separates) BTEX, carbon dioxide, nitrogen, etc. from the exhaust gas. The separated carbon dioxide can be combined into the gas line GL2, for example.
Further, in the pretreatment section 5, for example, water-soluble substances, soot, fine particles smaller than the size of soot, oxygen, acetylene, aromatic compounds other than BTEX, etc. may be removed from the exhaust gas.

[5A]次に、前処理部5で分離された水素は、ガスラインGL2を介して、ガスラインGL1の還元反応器4aの上流側に合流する。
このとき、ガスラインGL2を流通する水素を主とするガスは、除去部7を通過することにより、硫黄化合物(特に、硫化水素)が除去されるため、還元反応器4aの触媒4Rの活性の低下を防止又は抑制することができる。
[5A] Next, the hydrogen separated in the pretreatment section 5 flows to the upstream side of the reduction reactor 4a of the gas line GL1 via the gas line GL2.
At this time, the gas mainly consisting of hydrogen flowing through the gas line GL2 passes through the removal section 7 to remove sulfur compounds (especially hydrogen sulfide), so the activity of the catalyst 4R of the reduction reactor 4a is reduced. The decline can be prevented or suppressed.

[6A]次に、前処理部5を通過した排ガスは、培養槽2に供給される。培養槽2では、ガス資化性細菌の作用により、排ガスから有機物質を含有する有機物質含有液が生成される(培養工程:有機物質生成工程)。
ここで、培養槽(有機物質生成部)2において有機物質含有液を生成する際の温度をX[℃]とし、還元反応器4a(還元部4)において一酸化炭素を生成する際の温度をY[℃]としたとき、Y≦15Xなる関係を満足することが好ましく、Y≦12.5Xなる関係を満足することがより好ましく、Y≦10Xなる関係を満足することがさらに好ましい。XとYとが上記関係を満足すれば、還元反応器4aにおいて一酸化炭素を生成する際の温度を比較的低く設定することができるため、前処理部5での処理に先立って、排ガスを高度に冷却する必要がない。したがって、廃棄する熱を少なくすることができ無駄になり難い。
[6A] Next, the exhaust gas that has passed through the pretreatment section 5 is supplied to the culture tank 2. In the culture tank 2, an organic substance-containing liquid containing organic substances is generated from the exhaust gas by the action of gas-assimilating bacteria (cultivation process: organic substance generation process).
Here, the temperature at which the organic substance-containing liquid is generated in the culture tank (organic substance generation section) 2 is defined as X [°C], and the temperature at which carbon monoxide is generated at the reduction reactor 4a (reduction section 4) is defined as When Y [° C.], it is preferable to satisfy the relationship Y≦15X, more preferably to satisfy the relationship Y≦12.5X, and even more preferably to satisfy the relationship Y≦10X. If X and Y satisfy the above relationship, the temperature at which carbon monoxide is produced in the reduction reactor 4a can be set relatively low. No need for high cooling. Therefore, less heat can be discarded and is less likely to be wasted.

また、3X≦Yなる関係を満足することが好ましく、4X≦Yなる関係を満足することがより好ましく、5X≦Yなる関係を満足することがさらに好ましい。XとYとが上記関係を満足すれば、還元反応器4aにおいて一酸化炭素を生成する際の温度が極端に低くなることを防止して、二酸化炭素から一酸化炭素への十分な変換効率を維持することができる。
Xの具体的な値は、25℃以上50℃以下であることが好ましく、30℃以上45℃以下であることがより好ましく、35℃以上40℃以下であることがさらに好ましい。Yの具体的な値は、125℃以上500℃以下であることが好ましく、150℃以上450℃以下であることがより好ましく、175℃以上400℃以下であることがさらに好ましい。
Further, it is preferable that the relationship 3X≦Y is satisfied, it is more preferable that the relationship 4X≦Y is satisfied, and it is even more preferable that the relationship 5X≦Y is satisfied. If X and Y satisfy the above relationship, the temperature when producing carbon monoxide in the reduction reactor 4a can be prevented from becoming extremely low, and sufficient conversion efficiency from carbon dioxide to carbon monoxide can be achieved. can be maintained.
The specific value of X is preferably 25°C or more and 50°C or less, more preferably 30°C or more and 45°C or less, and even more preferably 35°C or more and 40°C or less. The specific value of Y is preferably 125°C or more and 500°C or less, more preferably 150°C or more and 450°C or less, and even more preferably 175°C or more and 400°C or less.

培養槽2において有機物質含有液を生成する際には、PSA装置で除去(分離)された窒素を培養槽2に充填するようにしてもよい。この場合、培養槽2内の空間に含まれる酸素の濃度を相対的に低減することができ、酸素がガス資化性細菌に対して悪影響を与えることを防止又は低減することができる。
[7A]最後に、培養槽2で生成された有機物質含有液は、液体ラインLLを介して精製装置6に供給される。精製装置6では、有機物質含有液に含まれる有機物質が精製され、有機物質を高い濃度で含有する精製物が得られる。
When producing the organic substance-containing liquid in the culture tank 2, the culture tank 2 may be filled with nitrogen removed (separated) by the PSA device. In this case, the concentration of oxygen contained in the space within the culture tank 2 can be relatively reduced, and the adverse effect of oxygen on gas-assimilating bacteria can be prevented or reduced.
[7A] Finally, the organic substance-containing liquid produced in the culture tank 2 is supplied to the purification device 6 via the liquid line LL. In the purification device 6, the organic substance contained in the organic substance-containing liquid is purified, and a purified product containing the organic substance at a high concentration is obtained.

<第2実施形態>
次に、本発明の有機物質の製造システムの第2実施形態について説明する。
以下、第2実施形態の有機物質の製造システムについて説明するが、第1実施形態の有機物質の製造システム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。
図3は、第2実施形態の有機物質の製造システムにおける還元部及びその付近の構成を示す概略図である。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the organic substance manufacturing system of the present invention will be described.
The organic substance manufacturing system of the second embodiment will be described below, focusing on the differences from the organic substance manufacturing system of the first embodiment, and will omit descriptions of similar matters.
FIG. 3 is a schematic diagram showing the structure of the reduction section and its vicinity in the organic substance production system of the second embodiment.

第2実施形態の製造システム100では、還元部4及びその付近の構成が異なり、それ以外は、第1実施形態の製造システム100と同様である。
図3に示す製造システム100は、ガスラインGL1の改質炉3と前処理部5との間に、排ガスから二酸化炭素を分離する脱二酸化炭素装置(分離部)8を備えている。この脱二酸化炭素装置8は、上述したPSA装置又はTSA装置の他、例えば、PTSA装置(圧力及び温度スイング吸着方式の分離器)、低温分離方式(深冷方式)の分離器、膜分離方式の分離器、アミン吸収式の分離器、アミン吸着式の分離器等で構成することができる。
The manufacturing system 100 of the second embodiment differs in the configuration of the reducing unit 4 and its vicinity, and is otherwise the same as the manufacturing system 100 of the first embodiment.
The manufacturing system 100 shown in FIG. 3 includes a carbon dioxide removal device (separation unit) 8 that separates carbon dioxide from exhaust gas between the reforming furnace 3 and the pretreatment unit 5 of the gas line GL1. In addition to the above-mentioned PSA device or TSA device, this decarbonization device 8 includes, for example, a PTSA device (a pressure and temperature swing adsorption type separator), a low temperature separation type (deep cooling type) separator, and a membrane separation type separator. It can be composed of a separator, an amine absorption type separator, an amine adsorption type separator, etc.

第2実施形態の還元部4は、ガス切換部44と、2つの還元反応器4b1、4b2とを備えている。
脱二酸化炭素装置8は、ガスラインGL11を介して、ガス切換部44に接続され、脱水素装置は、ガスラインGL2を介して、ガス切換部44に接続されている。
ガス切換部44は、2つのガスラインGL31、GL32を介して、それぞれ還元反応器4b1、4b2の入口ポートに接続されている。
かかるガス切換部44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 reduction unit 4 of the second embodiment includes a gas switching unit 44 and two reduction reactors 4b1 and 4b2.
The carbon dioxide removal device 8 is connected to the gas switching unit 44 via the gas line GL11, and the dehydrogenation device is connected to the gas switching unit 44 via the gas line GL2.
The gas switching unit 44 is connected to the inlet ports of the reduction reactors 4b1 and 4b2 via two gas lines GL31 and GL32, respectively.
The gas switching unit 44 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.

かかる構成により、排ガスはガスラインGL1を通過する際に、脱二酸化炭素装置8で二酸化炭素が分離される。分離された二酸化炭素を主とするガス(以下、「酸化ガス」とも言う。)は、ガスラインGL11、ガス切換部44及びガスラインGL31、GL32を通過して、各還元反応器4b1、4b2に供給される。
一方、脱水素装置からの、水素を主とするガス(以下、「還元ガス」とも言う。)は、ガスラインGL2、ガス切換部44及びガスラインGL31、GL32を通過して、各還元反応器4b1、4b2に供給される。
With this configuration, carbon dioxide is separated from the exhaust gas by the carbon dioxide removal device 8 when the exhaust gas passes through the gas line GL1. The separated gas mainly composed of carbon dioxide (hereinafter also referred to as "oxidizing gas") passes through the gas line GL11, the gas switching section 44, and the gas lines GL31 and GL32, and is then supplied to each of the reduction reactors 4b1 and 4b2. Supplied.
On the other hand, the gas mainly composed of hydrogen (hereinafter also referred to as "reducing gas") from the dehydrogenation device passes through the gas line GL2, the gas switching section 44, and the gas lines GL31 and GL32, and then passes through each reduction reactor. It is supplied to 4b1 and 4b2.

還元反応器4b1、4b2は、図2に示す還元反応器4aと同様の構成とされ、触媒4Rに代えて還元剤4Rが管体41に収納(充填)される。還元剤4Rは、活性を示す部分の材料が異なること以外は、触媒4Rと同様の形状、サイズ、構成等とすることができる。
還元剤4Rは、金属及びその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。金属及びその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。
The reduction reactors 4b1 and 4b2 have the same configuration as the reduction reactor 4a shown in FIG. 2, and a reducing agent 4R is housed (filled) in the tube body 41 instead of the catalyst 4R. The reducing agent 4R can have the same shape, size, configuration, etc. as the catalyst 4R, except that the material of the active part is different.
The reducing agent 4R contains at least one of a metal and its oxide (oxygen carrier with oxygen ion conductivity). At least one of the metal and its oxide is not particularly limited as long as it can reduce carbon dioxide.

金属及びその酸化物の少なくとも一方は、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、銅、亜鉛、ニッケル、マンガン、クロム及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、鉄及び/又はセリウムを含有する金属酸化物又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。 At least one of the metal and its oxide preferably contains at least one metal element selected from the metal elements belonging to Groups 3 to 13, and preferably selected from the metal elements belonging to Groups 3 to 12. It is more preferable to contain at least one of lanthanum, titanium, vanadium, iron, copper, zinc, nickel, manganese, chromium, cerium, etc. Particularly preferred are metal oxides or composite metal oxides containing. These metal oxides are useful because they have particularly good efficiency in converting carbon dioxide to carbon monoxide.

なお、2つの還元反応器4b1、4b2の容積は、互いにほぼ等しく設定され、供給されるガスの量に応じて、適宜設定される。また、2つの還元反応器4b1、4b2の容積は、ガスの組成、還元剤4Rの性能等に応じて異ならせてもよい。
以上のような構成によれば、ガス切換部44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が収容された還元反応器4b1に、ガスラインGL31を介して酸化ガスを供給し、酸化後の還元剤4Rが収容された還元反応器4b2に、ガスラインGL32を介して還元ガスを供給することができる。
The volumes of the two reduction reactors 4b1 and 4b2 are set to be approximately equal to each other, and are set appropriately depending on the amount of gas to be supplied. Further, the volumes of the two reduction reactors 4b1 and 4b2 may be varied depending on the composition of the gas, the performance of the reducing agent 4R, and the like.
According to the configuration described above, by switching the gas line (flow path) in the gas switching unit 44, for example, the oxidation reactor 4b1 containing the reducing agent 4R before oxidation is supplied to the reduction reactor 4b1 via the gas line GL31. Reducing gas can be supplied to the reducing reactor 4b2 containing the oxidized reducing agent 4R via the gas line GL32.

このとき、還元反応器4b1では下記式1の反応が進行し、還元反応器4b2では下記式2の反応が進行する。なお、下記式1及び式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44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、還元反応器4b1では上記式2の反応を進行させ、還元反応器4b2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、還元反応器4b1と還元反応器4b2とに、酸化ガスと還元ガスとが切り換えて供給される。
At this time, the reaction of the following formula 1 proceeds in the reduction reactor 4b1, and the reaction of the following formula 2 proceeds in the reduction reactor 4b2. 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 in the gas switching unit 44, the reaction of the above formula 2 can proceed in the reduction reactor 4b1, and the reaction of the above formula 1 can proceed in the reduction reactor 4b2.
That is, the oxidizing gas and the reducing gas are switched and supplied to the reduction reactor 4b1 and the reduction reactor 4b2.

なお、上記式1及び式2に示す反応は、いずれも吸熱反応である。このため、製造システム100は、還元剤4Rに酸化ガス及び還元ガスを接触させる際(すなわち、酸化ガス及び還元ガスと還元剤4Rとの反応の際)に、還元剤4Rを加熱する還元剤加熱部(図3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、酸化ガス及び還元ガスと還元剤4Rとの反応における温度を所定の温度に維持し易く、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又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 system 100 performs reducing agent heating that heats the reducing agent 4R when bringing the oxidizing gas and reducing gas into contact with the reducing agent 4R (that is, when the oxidizing gas and reducing gas react with the reducing agent 4R). It is preferable to further include a section (not shown in FIG. 3).
By providing such a reducing agent heating section, the temperature in the reaction between the oxidizing gas and reducing gas and the reducing agent 4R can be easily maintained at a predetermined temperature, and a decrease in the conversion efficiency of carbon dioxide into carbon monoxide can be suitably prevented or In addition to suppressing this, it is possible to further promote the regeneration of the reducing agent 4R by the reducing gas.

ただし、還元剤4Rの種類によっては、上記式1及び式2に示す反応が発熱反応となる場合がある。この場合、製造システム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、酸化ガス及び還元ガスと還元剤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又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、製造システム100には、還元剤4Rの種類(発熱反応又は吸熱反応)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 system 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 oxidizing gas and the reducing gas and the reducing agent 4R, thereby increasing the conversion efficiency of carbon dioxide into carbon monoxide. It is possible to suitably prevent or suppress a decrease in , and further promote the regeneration of the reducing agent 4R by the reducing gas.
That is, it is preferable that the manufacturing system 100 is 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、還元反応器4b1、4b2における二酸化炭素の一酸化炭素への転化率は、70%以上であることが好ましく、85%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、酸化ガスに含まれる二酸化炭素の濃度、還元ガスに含まれる水素の濃度、還元反応器4b1、4b2の温度、酸化ガス及び還元ガスの還元反応器4b1、4b2への流量(流速)、還元反応器4b1、4b2に対する酸化ガス及び還元ガス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 reduction reactors 4b1 and 4b2 is preferably 70% or more, more preferably 85% or more, and even more preferably 95% or more. . The upper limit of the conversion rate of carbon dioxide to carbon monoxide is usually about 98%.
Such conversion rate depends on the type of reducing agent 4R used, the concentration of carbon dioxide contained in the oxidizing gas, the concentration of hydrogen contained in the reducing gas, the temperature of the reduction reactors 4b1 and 4b2, and the reduction of the oxidizing gas and reducing gas. It can be set by adjusting the flow rate (flow rate) to the reactors 4b1 and 4b2, the timing of switching the oxidizing gas and reducing gas to the reducing reactors 4b1 and 4b2, and the like.

還元反応器4b1、4b2の出口ポートには、それぞれガスラインGL41、GL42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GL41、GL42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、還元反応器4b1、4b2を通過する酸化ガス及び還元ガスの通過速度(すなわち、還元剤4Rによる酸化ガスの処理速度及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 GL41 and GL42 are connected to the outlet ports of the reduction reactors 4b1 and 4b2, respectively, and these join together at a gas merging section J to form a gas line GL4. Furthermore, valves (not shown) are provided in the middle of the gas lines GL41 and GL42, as necessary.
For example, by adjusting the opening degree of the valve, the passing rate of the oxidizing gas and reducing gas passing through the reduction reactors 4b1 and 4b2 (i.e., the processing rate of the oxidizing gas by the reducing agent 4R and the processing rate of the reducing agent 4R by the reducing gas) speed) can be set.

ガスラインGL4は、脱二酸化炭素装置8と前処理部5との間において、ガスラインGL1に合流している。これにより、還元反応器4b1、4b2で生成された一酸化炭素を排ガスに合流させて、培養槽2に供給することができる。
したがって、前処理部5を介して培養槽2に供給される排ガスでは、一酸化炭素の濃度を十分に高めることができる。その結果、培養槽2における有機物質の生成効率をより向上させることができる。
The gas line GL4 joins the gas line GL1 between the carbon dioxide removal device 8 and the pretreatment section 5. Thereby, the carbon monoxide generated in the reduction reactors 4b1 and 4b2 can be combined with the exhaust gas and supplied to the culture tank 2.
Therefore, the concentration of carbon monoxide in the exhaust gas supplied to the culture tank 2 via the pretreatment section 5 can be sufficiently increased. As a result, the production efficiency of organic substances in the culture tank 2 can be further improved.

次に、第2実施形態の製造システム100の使用方法(有機物質の製造方法)について説明する。
[0B]まず、ガス切換部44においてガスライン(流路)を切り換えることにより、ガスラインGL11と還元反応器4b1とを連通し、ガスラインGL2と還元反応器4b2とを連通する。
[1B]次に、ガス化炉10から排出される排ガスは、改質炉3に供給される。
[2B]その後、改質炉3を通過した排ガスは、脱二酸化炭素装置8を通過する際に、二酸化炭素が除去(分離)される。
Next, a method of using the manufacturing system 100 of the second embodiment (a method of manufacturing an organic substance) will be described.
[0B] First, by switching the gas lines (flow paths) in the gas switching unit 44, the gas line GL11 and the reduction reactor 4b1 are communicated, and the gas line GL2 and the reduction reactor 4b2 are communicated.
[1B] Next, the exhaust gas discharged from the gasifier 10 is supplied to the reformer 3.
[2B] Thereafter, when the exhaust gas that has passed through the reforming furnace 3 passes through the carbon dioxide removal device 8, carbon dioxide is removed (separated).

[3B-1]次に、脱二酸化炭素装置8で分離された二酸化炭素を主とするガス(酸化ガス)は、ガスラインGL11を介して、還元反応器4b1に供給される。還元反応器4b1では、還元剤4Rは、二酸化炭素との接触により二酸化炭素を還元して一酸化炭素に変換する。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。
ここで、還元反応器4b1(排ガス、還元剤4R)の温度は、125℃以上500℃以下であることが好ましく、150℃以上450℃以下であることがより好ましく、175℃以上400℃以下であることがさらに好ましい。
なお、ここでの熱源は、プロセス(例えば、還元ガスボイラ等)から排熱の再利用で獲得してもよい。
[3B-1] Next, the gas mainly composed of carbon dioxide (oxidizing gas) separated by the carbon dioxide removal device 8 is supplied to the reduction reactor 4b1 via the gas line GL11. In the reduction reactor 4b1, the reducing agent 4R reduces carbon dioxide through contact with carbon dioxide and converts it into carbon monoxide. At this time, the reducing agent 4R is brought into an oxidized state by contact with carbon dioxide.
Here, the temperature of the reduction reactor 4b1 (exhaust gas, reducing agent 4R) is preferably 125°C or more and 500°C or less, more preferably 150°C or more and 450°C or less, and 175°C or more and 400°C or less. It is even more preferable that there be.
Note that the heat source here may be obtained by reusing exhaust heat from a process (for example, a reducing gas boiler, etc.).

また、還元反応器4b1(排ガス、還元剤4R)の圧力は、1MPaG未満であることが好ましく、0.9MPaG以下であることがより好ましく、0.2MPaG以上0.8MPaG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、還元反応器4b1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。
Further, the pressure of the reduction reactor 4b1 (exhaust gas, reducing agent 4R) is preferably less than 1 MPaG, more preferably 0.9 MPaG or less, and even more preferably 0.2 MPaG or more and 0.8 MPaG or less. .
If the reaction conditions are set within the above range, for example, the reduction reaction of carbon dioxide in the reduction reactor 4b1 can proceed more smoothly.

[3B-2]一方、脱水素装置からガスラインGL2を介して、水素を主とするガス(還元ガス)を還元反応器4b2に供給する。還元反応器4b2では、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。
ここで、還元反応器4b2(還元ガス、還元剤4R)の温度は、125℃以上500℃以下であることが好ましく、150℃以上450℃以下であることがより好ましく、175℃以上400℃以下であることがさらに好ましい。
上記と同様に、ここでの熱源も、プロセス(例えば、還元ガスボイラ等)から排熱の再利用で獲得してもよい。
[3B-2] On the other hand, a gas mainly consisting of hydrogen (reducing gas) is supplied from the dehydrogenation device to the reduction reactor 4b2 via the gas line GL2. In the reduction reactor 4b2, the reducing agent 4R in an oxidized state is reduced (regenerated) by contact with hydrogen. At this time, water is produced.
Here, the temperature of the reduction reactor 4b2 (reducing gas, reducing agent 4R) is preferably 125°C or more and 500°C or less, more preferably 150°C or more and 450°C or less, and 175°C or more and 400°C or less. It is more preferable that
Similar to the above, the heat source here may also be obtained by recycling waste heat from the process (eg, reducing gas boiler, etc.).

また、還元反応器4b2(還元ガス、還元剤4R)の圧力は、1MPaG未満であることが好ましく、0.9MPaG以下であることがより好ましく、0.2MPaG以上0.8MPaG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、還元反応器4b2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。
Further, the pressure of the reduction reactor 4b2 (reducing gas, reducing agent 4R) is preferably less than 1 MPaG, more preferably 0.9 MPaG or less, and even more preferably 0.2 MPaG or more and 0.8 MPaG or less. preferable.
If the reaction conditions are set within the above range, for example, the reduction reaction of the reducing agent 4R in the reduction reactor 4b2 can proceed more smoothly.

還元反応器4b1、4b2に対して、上記工程[3B-1]と上記工程[3B-2]とを入れ換えて行うことにより、還元剤4Rによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換と、酸化状態の還元剤4Rの水素による還元(再生)を交互に行うことができる。
工程[3B-1]と工程[3B-2]とを入れ換える間に、PSA装置で分離した窒素を還元反応器4b1、4b2に供給(充填)するようにしてもよい。すなわち、還元反応器4b1、4b2に窒素パージしてもよい。
By performing the above step [3B-1] and the above step [3B-2] interchangeably for the reduction reactors 4b1 and 4b2, the conversion of carbon dioxide into carbon monoxide by the reducing agent 4R and the oxidation state Reduction (regeneration) of the reducing agent 4R with hydrogen can be performed alternately.
While replacing step [3B-1] and step [3B-2], the nitrogen separated by the PSA device may be supplied (filled) to the reduction reactors 4b1 and 4b2. That is, the reduction reactors 4b1 and 4b2 may be purged with nitrogen.

[4B]次に、還元反応器4b1、4b2を通過したガスは、GL41、GL42及びGL4を介して、ガスラインGL1を通過する排ガスと混合された後、前処理部5に供給される。
[5B]次に、前処理部5を通過した排ガスは、培養槽2に供給される。
[6B]最後に、培養槽2で生成された有機物質含有液は、精製装置6に供給される。
[4B] Next, the gas that has passed through the reduction reactors 4b1 and 4b2 is mixed with the exhaust gas that passes through the gas line GL1 via GL41, GL42, and GL4, and then is supplied to the pretreatment section 5.
[5B] Next, the exhaust gas that has passed through the pretreatment section 5 is supplied to the culture tank 2.
[6B] Finally, the organic substance-containing liquid produced in the culture tank 2 is supplied to the purification device 6.

かかる第2実施形態の製造システム100によれば、第1実施形態の製造システム100と同様の作用及び効果が得られる。
特に、第2実施形態では、2つの還元反応器4b1、4b2では、還元剤(還元体)4Rによる二酸化炭素の還元反応により、二酸化炭素から離脱した酸素元素の少なくとも一部は、還元剤4Rに取り込まれるため、還元反応の系内で分離可能である。そして、2つの還元反応器4b1、4b2に、酸化ガスと還元ガスとを切り替えて供給する。このため、反応生成物である一酸化炭素と水とが1つの還元反応器4b1、4b2(還元反応の系)内に共存し難くなる。よって、化学平衡の制約による二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率の低下を防止又は抑制することができる。
According to the manufacturing system 100 of the second embodiment, the same operations and effects as those of the manufacturing system 100 of the first embodiment can be obtained.
In particular, in the second embodiment, in the two reduction reactors 4b1 and 4b2, at least a part of the oxygen element released from carbon dioxide is converted into the reducing agent 4R by the reduction reaction of carbon dioxide by the reducing agent (reductant) 4R. Since it is incorporated, it can be separated within the reduction reaction system. Then, the oxidizing gas and the reducing gas are switched and supplied to the two reduction reactors 4b1 and 4b2. Therefore, it becomes difficult for carbon monoxide and water, which are reaction products, to coexist in one reduction reactor 4b1, 4b2 (reduction reaction system). Therefore, a decrease in the conversion efficiency of carbon dioxide to carbon monoxide due to chemical equilibrium constraints can be prevented or suppressed.

なお、第2実施形態において、還元反応器の設置数は1つであっても、3つ以上であってもよい。
1つの還元反応器を設置する場合、例えば、酸化ガスと還元ガスとを切り替えて交互に、還元反応器に供給することができる。
また、3つ以上の還元反応器を設置する場合、例えば、1つの還元反応器に酸化ガスを供給する際に、残りの還元反応器に連続又は並行して還元ガスを供給することができる。
Note that in the second embodiment, the number of reduction reactors installed may be one, or three or more.
When one reduction reactor is installed, for example, oxidizing gas and reducing gas can be switched and alternately supplied to the reduction reactor.
Further, when three or more reduction reactors are installed, for example, when supplying oxidizing gas to one reduction reactor, reducing gas can be supplied to the remaining reduction reactors continuously or in parallel.

また、酸化状態の還元剤4Rを還元(再生)するのに水素を主とするガスを代表に説明したが、水素に代えてまたは水素に加えて、炭化水素(例えば、メタン、エタン、アセチレン等)およびアンモニアから選択される少なくとも1種を含むガスを使用することもできる。
例えば、脱アセチレン装置を使用する場合、脱アセチレン装置で分離されるアセチレンをガスラインGL2に混合して、還元反応器4b1、4b2に供給するようにしてもよい。
In addition, although we have explained using a gas mainly composed of hydrogen to reduce (regenerate) the reducing agent 4R in an oxidized state, instead of or in addition to hydrogen, hydrocarbons (e.g., methane, ethane, acetylene, etc.) ) and ammonia can also be used.
For example, when a deacetylenization device is used, acetylene separated by the deacetylenization device may be mixed into the gas line GL2 and supplied to the reduction reactors 4b1 and 4b2.

また、還元部4は、マイクロ波を照射する照射装置49を有していてもよい。
図4は、マイクロ波を照射する照射装置を有する還元部の構成を示す模式図である。
図4に示す還元部4は、還元反応器4a、4b1、4b2と、照射装置49とを有している。
かかる照射装置49を設けることにより、マイクロ波により還元体(触媒又は還元剤4R)の表面付近のみを局所的(優先的)に活性化させることができる。このため、比較的低温でも、二酸化炭素を一酸化炭素に変換し易くなる。
Furthermore, the reduction unit 4 may include an irradiation device 49 that irradiates microwaves.
FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of a reducing section having an irradiation device that irradiates microwaves.
The reduction section 4 shown in FIG. 4 includes reduction reactors 4a, 4b1, and 4b2 and an irradiation device 49.
By providing such an irradiation device 49, only the vicinity of the surface of the reducing body (catalyst or reducing agent 4R) can be locally (preferentially) activated by microwaves. Therefore, carbon dioxide can be easily converted into carbon monoxide even at relatively low temperatures.

マイクロ波は、周波数300MHz~300GHzの電磁波を意味し、周波数300~3000MHzの極超短波(UHF)、周波数3~30GHzのセンチメートル波(SHF)、周波数30~300GHzのミリ波(EHF)、周波数300~3000GHzのサブミリ波(SHF)に分類される。これらの中でも、マイクロ波としては、極超短波(UHF)が好ましい。極超短波(UHF)を使用することにより、還元体をより短時間で、目的の温度まで加熱することができる。
なお、マイクロ波の照射を行う場合、電波法に準拠した電波の漏洩対策が適切に講じられる。
Microwave refers to electromagnetic waves with a frequency of 300 MHz to 300 GHz, including ultrahigh frequency (UHF) with a frequency of 300 to 3000 MHz, centimeter wave (SHF) with a frequency of 3 to 30 GHz, millimeter wave (EHF) with a frequency of 30 to 300 GHz, and It is classified as submillimeter wave (SHF) of ~3000GHz. Among these, ultrahigh frequency (UHF) is preferable as the microwave. By using ultrahigh frequency (UHF), the reductant can be heated to the desired temperature in a shorter time.
Note that when performing microwave irradiation, measures against leakage of radio waves in accordance with the Radio Law are appropriately taken.

マイクロ波の照射は、連続的に行ってもよく、間欠的(パルス的)に行ってもよい。
なお、照射装置49は、図4に示すように、還元反応器4a、4b1、4b2の外部に配置してもよく、内部に配置してもよい。
また、排ガスのガス組成を爆発範囲から乖離させておけば、マイクロ波の照射条件によらず、排ガスに対する着火源となることを好適に防止することができる。
Microwave irradiation may be performed continuously or intermittently (pulsed).
Note that the irradiation device 49 may be placed outside or inside the reduction reactors 4a, 4b1, and 4b2, as shown in FIG.
Further, by keeping the gas composition of the exhaust gas away from the explosive range, it is possible to suitably prevent the exhaust gas from becoming an ignition source, regardless of the microwave irradiation conditions.

<第3実施形態>
次に、本発明の有機物質の製造システムの第3実施形態について説明する。
以下、第3実施形態の有機物質の製造システムについて説明するが、第1及び第2実施形態の有機物質の製造システム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。
図5は、第3実施形態の有機物質の製造システムにおける還元部の構成を示す概略図である。
<Third embodiment>
Next, a third embodiment of the organic substance manufacturing system of the present invention will be described.
The organic substance manufacturing system according to the third embodiment will be described below, focusing on the differences from the organic substance manufacturing systems according to the first and second embodiments, and will omit descriptions of similar matters. do.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the reducing section in the organic substance manufacturing system of the third embodiment.

第3実施形態の製造システム100では、還元部4の構成が異なり、それ以外は、第1実施形態の製造システム100と同様である。
第3実施形態の還元部4は、水素を利用して、二酸化炭素の電気化学的な還元反応により、一酸化炭素に変換する還元反応器4c(反応セル、電解槽又は電気化学セルとも呼ばれる。)で構成されている。
図5に示す還元反応器4cは、ハウジング42と、ハウジング42内の空間を左右に区画するバイポーラ膜47とを有している。
The manufacturing system 100 of the third embodiment differs in the configuration of the reducing unit 4, and is otherwise the same as the manufacturing system 100 of the first embodiment.
The reduction unit 4 of the third embodiment is a reduction reactor 4c (also called a reaction cell, an electrolytic cell, or an electrochemical cell) that converts hydrogen into carbon monoxide through an electrochemical reduction reaction of carbon dioxide. ).
The reduction reactor 4c shown in FIG. 5 includes a housing 42 and a bipolar membrane 47 that partitions the space inside the housing 42 into left and right sides.

バイポーラ膜47は、カチオン交換層471とアニオン交換層472とを接合した接合体で構成されている。
このバイポーラ膜47で区画されたハウジング42内の右側の空間421及び左側の空間422には、それぞれ液体(例えば、電解液)421w、422wが貯留されている。
そして、液体421wには、カソード45が浸漬され、液体422wには、アノード46が浸漬されている。カソード45及びアノード46は、それぞれ、例えば酸化銅のナノワイヤの表面を二酸化スズで被覆した触媒で構成することができる。
The bipolar membrane 47 is composed of a joined body in which a cation exchange layer 471 and an anion exchange layer 472 are joined.
A right space 421 and a left space 422 within the housing 42, which are partitioned by the bipolar membrane 47, store liquids (eg, electrolyte) 421w and 422w, respectively.
The cathode 45 is immersed in the liquid 421w, and the anode 46 is immersed in the liquid 422w. The cathode 45 and the anode 46 can each be composed of a catalyst, for example, a surface of copper oxide nanowires coated with tin dioxide.

また、カソード45及びアノード46には、電源48が電気的に接続されている。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、有機物質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。
かかる還元反応器4cでは、液体491に排ガス(二酸化炭素)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、二酸化炭素の還元反応により一酸化炭素が生成される。
一方、液体422w中では、水酸化物イオンは、アノード46で電子を奪い取られることにより、酸素に変換される。
Further, a power source 48 is electrically connected to the cathode 45 and the anode 46 . 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 organic substances can be further improved.
In the reduction reactor 4c, when exhaust gas (carbon dioxide) is supplied to the liquid 491, carbon monoxide is generated by a reduction reaction of carbon dioxide due to the action of electrons supplied from the power supply 48 and the catalyst.
On the other hand, in the liquid 422w, hydroxide ions are converted into oxygen by having their electrons taken away by the anode 46.

また、液体421wのpHは、中性付近に設定し、液体422wのpHは、アルカリ性(13程度)に設定することが好ましい。
本実施形態では、カソード45が、電子を供与して、二酸化炭素を一酸化炭素に変換する還元体を構成している。なお、カソード45は、上記触媒を集電体に担持させて構成することもでき、この場合、触媒自体が還元体を構成する。
また、触媒として金属錯体を用いる場合には、液体421wに金属錯体を溶解してもよい。
Further, it is preferable that the pH of the liquid 421w is set to around neutrality, and the pH of the liquid 422w is set to be alkaline (about 13).
In this embodiment, the cathode 45 constitutes a reductant that donates electrons and converts carbon dioxide into carbon monoxide. Note that the cathode 45 can also be configured by supporting the above-mentioned catalyst on a current collector, and in this case, the catalyst itself constitutes a reductant.
Further, when a metal complex is used as a catalyst, the metal complex may be dissolved in the liquid 421w.

以上説明したような有機物質の製造システム、有機物質の製造装置及び有機物質の製造方法によれば、還元反応器(還元部)における反応温度と培養槽(有機物質生成部)における反応温度とを乖離し過ぎないように設定するので、廃棄される熱を無駄にすることなく、効率よく有機物質を製造することができる。
また、本発明において、原料ガスからの有機物質の生成は、触媒を収納した反応器(有機物質生成部)により行うようにしてもよい。
かかる触媒としては、例えば、ルテニウム、ロジウム、マンガン、ゲルマニウム、タンタル、ジルコニウム、ニオブ、ハフニウム、ランタン、セリウム、アルミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛、ケイ素またはそれらの酸化物等が挙げられ、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。
According to the organic substance production system, organic substance production apparatus, and organic substance production method as described above, the reaction temperature in the reduction reactor (reduction section) and the reaction temperature in the culture tank (organic substance production section) can be adjusted. Since the settings are made so that they do not deviate too much, it is possible to efficiently produce organic substances without wasting discarded heat.
Further, in the present invention, the generation of organic substances from the raw material gas may be performed using a reactor (organic substance generation section) containing a catalyst.
Examples of such catalysts include ruthenium, rhodium, manganese, germanium, tantalum, zirconium, niobium, hafnium, lanthanum, cerium, aluminum, magnesium, copper, zinc, silicon, and oxides thereof. One type can be used alone or two or more types can be used in combination.

この場合も、有機物質生成部における反応温度と還元部における反応温度とは、上述のような関係を満足するように設定される。これにより、廃棄される熱を無駄にするのを好適に防止又は抑制することができる。
触媒を用いて原料ガスからの有機物質の生成する際の具体的な温度は、30℃以上40℃以下であることが好ましく、35℃以上38℃以下であることがより好ましい。
さらに、次に記載の各態様で提供されてもよい。
Also in this case, the reaction temperature in the organic substance generation section and the reaction temperature in the reduction section are set so as to satisfy the above-mentioned relationship. Thereby, it is possible to suitably prevent or suppress wastage of wasted heat.
The specific temperature at which an organic substance is generated from a raw material gas using a catalyst is preferably 30°C or more and 40°C or less, more preferably 35°C or more and 38°C or less.
Furthermore, each aspect described below may be provided.

(1)有機物質の製造システムであって、一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原料ガスを生成する、ガス生成部と、前記原料ガスを供給し、前記原料ガスから有機物質を生成する、有機物質生成部と、前記ガス生成部と前記有機物質生成部との間に設けられ、前記二酸化炭素及び水素を利用して、前記二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する還元体を有する、還元部と、を備え、前記有機物質生成部において前記有機物質を生成する際の温度をX[℃]とし、前記還元部において前記一酸化炭素を生成する際の温度をY[℃]としたとき、Y≦15Xなる関係を満足する、有機物質の製造システム。 (1) A system for producing an organic substance, including a gas generation unit that generates a raw material gas containing carbon monoxide and carbon dioxide, and an organic material that supplies the raw material gas and generates an organic substance from the raw material gas. a reducing body that is provided between the gas generating unit and the organic substance generating unit and that uses the carbon dioxide and hydrogen to reduce the carbon dioxide and generate carbon monoxide; and when the temperature at which the organic substance is produced in the organic substance generation section is X [°C], and the temperature at which the carbon monoxide is produced in the reduction section is Y [°C]. , Y≦15X.

(2)上記(1)に記載の有機物質の製造システムにおいて、3X≦Yなる関係を満足する、有機物質の製造システム。 (2) The organic substance manufacturing system according to (1) above, which satisfies the relationship 3X≦Y.

(3)上記(1)又は(2)に記載の有機物質の製造システムにおいて、前記還元部は、さらに、前記還元体にマイクロ波を照射する照射装置を有する、有機物質の製造システム。 (3) The system for producing an organic substance according to (1) or (2) above, wherein the reducing unit further includes an irradiation device that irradiates the reductant with microwaves.

(4)上記(1)~(3)のいずれか1項に記載の有機物質の製造システムにおいて、さらに、前記還元部に供給する前記二酸化炭素を前記原料ガスから分離する、分離部を備え、前記分離部で分離した前記二酸化炭素を前記還元部に供給し、前記還元部で生成された前記一酸化炭素を前記原料ガスに合流させて、前記有機物質生成部に供給するように構成されている、有機物質の製造システム。 (4) The system for producing an organic substance according to any one of (1) to (3) above, further comprising a separation section that separates the carbon dioxide supplied to the reduction section from the source gas, The carbon dioxide separated in the separation section is supplied to the reduction section, and the carbon monoxide generated in the reduction section is combined with the raw material gas and supplied to the organic substance generation section. A manufacturing system for organic substances.

(5)上記(1)~(4)のいずれか1項に記載の有機物質の製造システムにおいて、前記有機物質生成部は、ガス資化性細菌の作用により前記原料ガスから前記有機物質含有液を生成する培養槽である、有機物質の製造システム。 (5) In the system for producing an organic substance according to any one of (1) to (4) above, the organic substance generating section converts the raw material gas into the organic substance-containing liquid by the action of gas-assimilating bacteria. An organic substance production system that is a culture tank that produces .

(6)上記(1)~(5)のいずれか1項に記載の有機物質の製造システムにおいて、前記還元部は、前記還元体による前記二酸化炭素の還元反応により、前記二酸化炭素から離脱した酸素元素の少なくとも一部を前記還元反応の系内で分離可能な少なくとも1つの反応器を有する、有機物質の製造システム。 (6) In the system for producing an organic substance according to any one of (1) to (5) above, the reducing unit includes oxygen released from the carbon dioxide by the reduction reaction of the carbon dioxide by the reductant. A system for producing an organic substance, comprising at least one reactor capable of separating at least a portion of an element within the reduction reaction system.

(7)上記(6)に記載の有機物質の製造システムにおいて、前記還元体は、前記二酸化炭素を還元して前記一酸化炭素に変換する際に酸化状態とされ、酸化状態の前記還元体は前記水素との接触により還元される、有機物質の製造システム。 (7) In the system for producing an organic substance according to (6) above, the reductant is brought into an oxidized state when reducing the carbon dioxide and converting it into the carbon monoxide, and the reductant in the oxidized state is A system for producing an organic substance that is reduced by contact with the hydrogen.

(8)上記(7)に記載の有機物質の製造システムにおいて、前記還元部は、複数の前記反応器を有し、各前記反応器には、前記二酸化炭素と前記水素とが切り換えて供給される、有機物質の製造システム。 (8) In the system for producing an organic substance according to (7) above, the reducing section includes a plurality of the reactors, and each of the reactors is supplied with the carbon dioxide and the hydrogen in a switched manner. A production system for organic substances.

(9)一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原料ガスを生成するガス生成部に接続して使用される有機物質の製造装置であって、前記原料ガスを供給し、前記原料ガスから有機物質を生成する、有機物質生成部と、前記ガス生成部と前記有機物質生成部との間に設けられ、前記二酸化炭素及び水素を利用して、前記二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する還元体を有する、還元部と、を備え、前記有機物質生成部において前記有機物質を生成する際の温度をX[℃]とし、前記還元部において前記一酸化炭素を生成する際の温度をY[℃]としたとき、Y≦15Xなる関係を満足する、有機物質の製造装置。 (9) An organic substance production device used by being connected to a gas generation unit that generates a raw material gas containing carbon monoxide and carbon dioxide, which supplies the raw material gas and generates an organic substance from the raw material gas. an organic substance generating section, and a reductant that is provided between the gas generating section and the organic substance generating section, and that reduces the carbon dioxide and generates carbon monoxide using the carbon dioxide and hydrogen. a reducing part having a temperature of X [°C] when the organic substance is produced in the organic substance generating part, and a temperature of Y [°C] when the carbon monoxide is produced in the reducing part. ], an apparatus for producing an organic substance that satisfies the relationship Y≦15X.

(10)有機物質の製造方法であって、一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原料ガスを供給し、前記原料ガスから有機物質を生成する、有機物質生成工程と、前記有機物質生成工程に先立って、前記二酸化炭素及び水素を利用して、還元体により前記二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する、還元工程と、を備え、前記有機物質生成工程において前記有機物質を生成する際の温度をX[℃]とし、前記還元工程において前記一酸化炭素を生成する際の温度をY[℃]としたとき、Y≦15Xなる関係を満足する、有機物質の製造方法。
もちろん、この限りではない。
(10) A method for producing an organic substance, comprising an organic substance generation step of supplying a raw material gas containing carbon monoxide and carbon dioxide and generating an organic substance from the raw material gas, and prior to the organic substance generation step. , a reduction step of reducing the carbon dioxide with a reductant to generate carbon monoxide using the carbon dioxide and hydrogen, and a temperature at which the organic substance is generated in the organic substance generation step. is X [° C.], and the temperature at which the carbon monoxide is produced in the reduction step is Y [° C.], the method for producing an organic substance satisfies the relationship Y≦15X.
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、本発明の有機物質の製造システム及び有機物質の製造装置は、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、本発明の有機物質の製造方法は、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。
For example, the organic substance production system and organic substance production apparatus of the present invention may each have any other additional configuration with respect to the above embodiment, or any configuration that exhibits a similar function. may be replaced with , or a part of the structure may be omitted.
In addition, the method for producing an organic substance of the present invention may include any other additional steps than the above embodiments, and may be replaced with any other step that exhibits the same function. Some steps may be omitted.

さらに、本発明では、排ガス(原料ガス)から水素を分離する脱水素装置(水素分離部)は、省略してもよい。
この場合、例えば、水の電気分解を利用した水素発生装置によって生成される水素、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のような副生水素を発生する装置によって生成される水素、コークス炉から排出されるコークス炉ガスに含まれる水素を用いることができる。
Furthermore, in the present invention, the dehydrogenation device (hydrogen separation section) that separates hydrogen from exhaust gas (raw material gas) may be omitted.
In this case, for example, hydrogen produced by a hydrogen generator that uses water electrolysis, a device that electrolyzes an aqueous sodium chloride solution, a device that steam reformes petroleum, or a device that produces ammonia can be used as a by-product. Hydrogen produced by a generating device or hydrogen contained in coke oven gas discharged from a coke oven can be used.

100 :有機物質の製造システム
10 :ガス化炉
1 :有機物質の製造装置
2 :培養槽
3 :改質炉
4 :還元部
4a :還元反応器
4b1 :還元反応器
4b2 :還元反応器
4c :還元反応器
41 :管体
42 :ハウジング
421 :空間
421w :液体
422 :空間
422w :液体
43 :内部空間
44 :ガス切換部
45 :カソード
46 :アノード
47 :バイポーラ膜
471 :カチオン交換層
472 :アニオン交換層
48 :電源
49 :照射装置
4R :触媒、還元剤
5 :前処理部
6 :精製装置
7 :除去部
8 :脱二酸化炭素装置
GL1 :ガスライン
GL11 :ガスライン
GL2 :ガスライン
GL31 :ガスライン
GL32 :ガスライン
GL4 :ガスライン
GL41 :ガスライン
GL42 :ガスライン
LL :液体ライン
J :ガス合流部
100: Organic substance production system 10: Gasification furnace 1: Organic substance production apparatus 2: Culture tank 3: Reforming furnace 4: Reduction section 4a: Reduction reactor 4b1: Reduction reactor 4b2: Reduction reactor 4c: Reduction Reactor 41: Tube 42: Housing 421: Space 421w: Liquid 422: Space 422w: Liquid 43: Internal space 44: Gas switching section 45: Cathode 46: Anode 47: Bipolar membrane 471: Cation exchange layer 472: Anion exchange layer 48: Power source 49: Irradiation device 4R: Catalyst, reducing agent 5: Pretreatment section 6: Purification device 7: Removal section 8: Carbon dioxide removal device GL1: Gas line GL11: Gas line GL2: Gas line GL31: Gas line GL32: Gas line GL4: Gas line GL41: Gas line GL42: Gas line LL: Liquid line J: Gas confluence section

Claims (10)

有機物質の製造システムであって、
一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原料ガスを生成する、ガス生成部と、
前記原料ガスを供給し、前記原料ガスから有機物質を生成する、有機物質生成部と、
前記ガス生成部と前記有機物質生成部との間に設けられ、前記二酸化炭素及び水素を利用して、前記二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する還元体を有する、還元部と、を備え、
前記有機物質生成部において前記有機物質を生成する際の温度をX[℃]とし、前記還元部において前記一酸化炭素を生成する際の温度をY[℃]としたとき、Y≦15Xなる関係を満足する、有機物質の製造システム。
A production system for organic substances,
a gas generation unit that generates a raw material gas containing carbon monoxide and carbon dioxide;
an organic substance generation unit that supplies the raw material gas and generates an organic substance from the raw material gas;
a reducing section provided between the gas generating section and the organic substance generating section, the reducing section having a reducing body that reduces the carbon dioxide to generate carbon monoxide using the carbon dioxide and hydrogen; Prepare,
When the temperature at which the organic substance is produced in the organic substance generation section is X [°C], and the temperature at which the carbon monoxide is produced at the reduction section is Y [°C], the relationship Y≦15X. A manufacturing system for organic substances that satisfies the following.
請求項1に記載の有機物質の製造システムにおいて、
3X≦Yなる関係を満足する、有機物質の製造システム。
The organic substance production system according to claim 1,
An organic material manufacturing system that satisfies the relationship 3X≦Y.
請求項1に記載の有機物質の製造システムにおいて、
前記還元部は、さらに、前記還元体にマイクロ波を照射する照射装置を有する、有機物質の製造システム。
The organic substance production system according to claim 1,
The reduction unit further includes an irradiation device that irradiates the reductant with microwaves.
請求項1に記載の有機物質の製造システムにおいて、
さらに、前記還元部に供給する前記二酸化炭素を前記原料ガスから分離する、分離部を備え、
前記分離部で分離した前記二酸化炭素を前記還元部に供給し、前記還元部で生成された前記一酸化炭素を前記原料ガスに合流させて、前記有機物質生成部に供給するように構成されている、有機物質の製造システム。
The organic substance production system according to claim 1,
further comprising a separation unit that separates the carbon dioxide supplied to the reduction unit from the source gas;
The carbon dioxide separated in the separation section is supplied to the reduction section, and the carbon monoxide generated in the reduction section is combined with the raw material gas and supplied to the organic substance generation section. A manufacturing system for organic substances.
請求項1に記載の有機物質の製造システムにおいて、
前記有機物質生成部は、ガス資化性細菌の作用により前記原料ガスから前記有機物質含有液を生成する培養槽である、有機物質の製造システム。
The organic substance production system according to claim 1,
The organic substance production system is an organic substance production system, wherein the organic substance generation unit is a culture tank that generates the organic substance-containing liquid from the raw material gas by the action of gas-assimilating bacteria.
請求項1に記載の有機物質の製造システムにおいて、
前記還元部は、前記還元体による前記二酸化炭素の還元反応により、前記二酸化炭素から離脱した酸素元素の少なくとも一部を前記還元反応の系内で分離可能な少なくとも1つの反応器を有する、有機物質の製造システム。
The organic substance production system according to claim 1,
The reduction unit includes at least one reactor capable of separating at least a part of the oxygen element released from the carbon dioxide by the reduction reaction of the carbon dioxide by the reductant in the reduction reaction system. manufacturing system.
請求項6に記載の有機物質の製造システムにおいて、
前記還元体は、前記二酸化炭素を還元して前記一酸化炭素に変換する際に酸化状態とされ、酸化状態の前記還元体は前記水素との接触により還元される、有機物質の製造システム。
The organic substance production system according to claim 6,
The reductant is brought into an oxidized state when the carbon dioxide is reduced and converted into the carbon monoxide, and the reductant in the oxidized state is reduced by contact with the hydrogen.
請求項7に記載の有機物質の製造システムにおいて、
前記還元部は、複数の前記反応器を有し、
各前記反応器には、前記二酸化炭素と前記水素とが切り換えて供給される、有機物質の製造システム。
The organic substance production system according to claim 7,
The reduction section includes a plurality of the reactors,
A system for producing an organic substance, wherein the carbon dioxide and the hydrogen are selectively supplied to each of the reactors.
一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原料ガスを生成するガス生成部に接続して使用される有機物質の製造装置であって、
前記原料ガスを供給し、前記原料ガスから有機物質を生成する、有機物質生成部と、
前記ガス生成部と前記有機物質生成部との間に設けられ、前記二酸化炭素及び水素を利用して、前記二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する還元体を有する、還元部と、を備え、
前記有機物質生成部において前記有機物質を生成する際の温度をX[℃]とし、前記還元部において前記一酸化炭素を生成する際の温度をY[℃]としたとき、Y≦15Xなる関係を満足する、有機物質の製造装置。
An organic substance production device used in connection with a gas generation unit that generates a raw material gas containing carbon monoxide and carbon dioxide,
an organic substance generation unit that supplies the raw material gas and generates an organic substance from the raw material gas;
a reducing section provided between the gas generating section and the organic substance generating section, the reducing section having a reducing body that reduces the carbon dioxide to generate carbon monoxide using the carbon dioxide and hydrogen; Prepare,
When the temperature at which the organic substance is produced in the organic substance generation section is X [°C], and the temperature at which the carbon monoxide is produced at the reduction section is Y [°C], the relationship Y≦15X. Organic substance manufacturing equipment that satisfies the following.
有機物質の製造方法であって、
一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原料ガスを供給し、前記原料ガスから有機物質を生成する、有機物質生成工程と、
前記有機物質生成工程に先立って、前記二酸化炭素及び水素を利用して、還元体により前記二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する、還元工程と、を備え、
前記有機物質生成工程において前記有機物質を生成する際の温度をX[℃]とし、前記還元工程において前記一酸化炭素を生成する際の温度をY[℃]としたとき、Y≦15Xなる関係を満足する、有機物質の製造方法。
A method for producing an organic substance, the method comprising:
an organic substance generation step of supplying a raw material gas containing carbon monoxide and carbon dioxide and generating an organic substance from the raw material gas;
Prior to the organic substance generation step, a reduction step of reducing the carbon dioxide with a reductant to generate carbon monoxide using the carbon dioxide and hydrogen,
When the temperature at which the organic substance is generated in the organic substance generation step is X [°C], and the temperature at which the carbon monoxide is generated in the reduction step is Y [°C], the relationship Y≦15X. A method for producing organic substances that satisfies the following.
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