JP7361142B2 - 燃料合成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、水素および二酸化炭素より燃料を合成する燃料合成装置に関する。
地球環境上の悪影響を軽減するために、自動車の排気ガス規制が一段と進んでいる。
水素（Ｈ２）と、排気ガスや大気中に含まれる二酸化炭素（ＣＯ２）とを用いて燃料であるガソリンを合成する技術として、ＦＴ（フィッシャー・トロプシュ）法が広く知られている。ＦＴ法は、一酸化炭素（ＣＯ）とＨ２とから触媒反応を用いて炭化水素を合成する。ＦＴ法による炭化水素の合成は、反応により炭素鎖が成長する一種の重合反応である。ＦＴ法では、次のような反応が生じる（下記式（１））。
ｎＣＯ＋（２ｎ＋１）Ｈ２→ＣｎＨ２ｎ＋２＋ｎＨ２Ｏ …（１）
従来、ＦＴ法でガソリン（炭素数５以上（Ｃ５＋）の炭化水素）を合成する場合、従来は、排気ガスや大気中に含まれるＣＯ２を逆水性ガスシフト反応（下記式（２））によりＣＯ２をＣＯにしてから前記式（１）に使用していた。
ＣＯ２＋Ｈ２→ＣＯ＋Ｈ２Ｏ …（２）
近年、ＦＴ法の効率を高めるための研究が大いに進められ、革新的技術として、直接合成（Ｄｉｒｅｃｔ－ＦＴ）が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。Ｄｉｒｅｃｔ－ＦＴは、触媒の存在下、逆シフト反応とＦＴ合成反応を同時に実現し、ＣＯ２とＨ２から直接、炭化水素を製造する（下記式（３）、図３）。なお、図３は、Ｄｉｒｅｃｔ－ＦＴにおける燃料（ガソリン）合成メカニズムを説明する説明図である。
ｎＣＯ２＋ｍＨ２→ＣｎＨ２（ｍ－２ｎ）＋２ｎＨ２Ｏ …（３）
図３に示すように、ＣＯ２は、触媒（例、Ｎａ－Ｆｅ３Ｏ４／ＨＺＳＭ－５触媒）の表面上でＨ２により中間体のＣＯとＣＨ２とを経由して、Ｃ５＋の炭化水素（ガソリン）を生成する。その際、副生物としてＨ２Ｏが生成される。また、供給量不安定に伴う温調ばらつきにより、低温やＨ２リーン条件では、メタン（ＣＨ４）を含む炭素数が４以下（Ｃ１－４）の炭化水素が副生物として生成されてしまう。
ＦＴ法やＤｉｒｅｃｔ－ＦＴでは、Ｃ１－４の炭化水素を循環させて再び触媒で反応させることにより炭素鎖を成長させ、Ｃ５＋の炭化水素にする試みがなされている。しかし、Ｃ１－４の炭化水素、特にＣＨ４は反応性が低いため炭素鎖が成長し難く、循環させても反応系（装置内）での濃度は高くなる一方である。
ＣＨ４ガスは地球温暖化係数（Global Warming Potential；ＧＷＰ）が高いため、大気放出し難い。ＣＨ４は都市ガスに利用し得るが、そのためには精製工場等による更なる精製工程が必要であり、容易に行うことはできない。地球環境上の悪影響を軽減するために、ＣＯ２に加えてＣＨ４も有効利用することが好ましい。
このような状況下、ＦＴ法によるＦＴ合成反応装置で生成されたＣＨ４を改質反応器に送り、改質触媒の作用により、ＣＨ４と水蒸気（Ｈ２Ｏ）の間に改質反応を生じさせて、Ｈ２およびＣＯに転化する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。なお、特許文献１には、転化して得られたＨ２はＦＴ合成反応装置に供給し、Ｃ５＋の炭化水素の原料にしている。その一方で、特許文献１では、転化して得られたＣＯは改質反応器に供給し、改質反応器の補助燃料にしている。
特許第６０９７８２８号公報
石塚博昭、"ＣＯ２からの液体合成燃料一貫製造プロセス技術の研究開発に着手"、［online］、２０２１年２月２２日、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、［２０２１年１２月２０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ:https://www.nedo.go.jp/news/press/AA5_101410.html＞
特許文献１に記載の技術では、ＣＯを改質反応器に供給していることから、改質反応器中のＣ量は増え続ける。その一方で、ＦＴ合成反応装置に供給する原料ガスのＣは別途新たに供給しなければならない。すなわち、特許文献１に記載の技術は、副生物として生成されるＣ１－４の炭化水素、特にＣＨ４を有効利用するという点で改善の余地があった。
本発明は前記状況に鑑みてなされたものであり、副生物として生成されるＣＨ４を有効利用して燃料を合成できる燃料合成装置を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、燃料合成装置であって、主通路の上流に配置され、ＣＯ２ガスおよびＨ２ガスを供給する供給手段と、前記供給手段の下流に配置され、前記ＣＯ２ガスおよび前記Ｈ２ガスを化学反応させて燃料を合成する燃料合成触媒と、前記燃料合成触媒の下流に配置され、前記燃料を液体にするとともに、前記液体を前記燃料合成触媒で未反応であった前記ＣＯ２ガスおよび前記Ｈ２ガス、ならびに副生物であるＣＨ４のガスを含んで成る気体と分離する気液分離手段と、前記気液分離手段により分離された前記気体を前記供給手段と前記燃料合成触媒との間に還流させる還流通路と、前記還流通路からバイパスして前記還流通路の下流に合流するとともに、前記ＣＨ４を分離するＣＨ４分離手段および前記ＣＨ４分離手段で分離されたＣＨ４を酸化させるＣＨ４酸化触媒を備えるバイパス通路と、前記還流通路と前記バイパス通路との分岐部分に備えられ、前記還流通路または前記バイパス通路との連通を選択的に切り替える切り替え弁と、前記還流通路に配置され、前記気液分離手段により分離された前記気体に含まれるＣＨ４の濃度を測定するＣＨ４濃度測定手段と、を備え、前記ＣＨ４濃度測定手段によって測定されたＣＨ４の濃度に基づいて前記切り替え弁の連通先を前記還流通路とするか、または前記バイパス通路とするかを制御することを特徴とする。
このように、請求項１に係る発明は、燃料合成装置内に留まるＣＨ４について、その濃度に応じて切り替え弁を制御してＣＨ４を部分酸化させ、その生成ガス（ＣＯ）を燃料合成触媒の上流（供給手段と燃料合成触媒との間）に還流する。これにより、請求項１に係る発明は、燃料合成触媒でＣＯを原料として用いることができ、炭素成長が十分な燃料（Ｃ５＋の炭化水素）を合成することができる。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の燃料合成装置であって、前記ＣＨ４濃度測定手段によって測定されたＣＨ４の濃度が前記燃料の合成を阻害する所定値以上になった場合に、前記切り替え弁を前記バイパス通路側に連通させることを特徴とする。
このように、請求項２に係る発明は、燃料合成装置内に留まるＣＨ４について、その濃度が高くなり、燃料の合成を阻害する所定値以上になった場合にＣＨ４を部分酸化させ、その生成ガス（ＣＯ）を燃料合成触媒の上流に還流する。これにより、請求項２に係る発明は、燃料合成触媒でＣＯを原料として用いることができ、炭素成長が十分な燃料（Ｃ５＋の炭化水素）を合成することができる。
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の燃料合成装置であって、前記供給手段はさらにＯ２ガスを供給する機能を有し、前記ＣＨ４濃度測定手段によって測定されたＣＨ４の濃度に基づいて酸化に必要なＯ２量を算出する算出手段と、前記算出手段で算出されたＯ２量に基づいて前記供給手段より前記Ｏ２ガスを前記ＣＨ４酸化触媒に供給するＯ２供給手段と、を備えることを特徴とする。
ＣＨ４の部分酸化にはＯ２が必要である。請求項３に係る発明は、算出手段でＣＨ４の濃度に基づいて酸化に必要なＯ２量を算出し、Ｏ２供給手段により供給手段からＯ２をＣＨ４酸化触媒に供給する。これにより、請求項３に係る発明は、必要な量のＯ２をＣＨ４酸化触媒に供給でき、他に特別な供給手段を追加しなくても必要な量のＣＨ４を部分酸化できる。
本発明によれば、副生物として生成されるＣＨ４を有効利用して燃料を合成できる燃料合成装置を提供できる。
本実施形態に係る燃料合成装置の構成を示す概略図である。 本実施形態に係る燃料合成装置における還流通路とバイパス通路との切り替えを制御するためのフローチャートである。 Ｄｉｒｅｃｔ－ＦＴにおける燃料合成メカニズムを説明する説明図である。
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る燃料合成装置１について詳細に説明する。なお、以下の説明において、上流、上流側、下流および下流側という用語は、説明対象となる装置に流れる流体の流れる方向における上流側と下流側を表す。
参照する図面において、図１は、本実施形態に係る燃料合成装置１の構成を示す概略図である。
はじめに、燃料合成装置１が有する各通路の構成を説明する。燃料合成装置１は、供給されたガスに対する燃料の合成と燃料の分離とが行われる主通路１０と、燃料の分離後の気相に残留したガスを、再び主通路１０における燃料合成触媒３よりも上流側に還流させる還流通路２０とを有する。主通路１０は、配管１１、配管１２、配管１３、配管１４、配管１５を有する。なお、燃料合成装置１は、これらの通路外に、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を有する。ＥＣＵ６０は、還流通路２０に配置されたＣＨ４濃度測定手段２３の値に基づいて、後記する切り替え弁Ｖやその他の各種調整弁を制御する。また、ＥＣＵ６０は、図示しない各種センサの値に基づいて、圧縮機３０、ヒータ４０、油水分離手段５などの制御を行う。
図１に示すように、燃料合成装置１は、主通路１０の経路上に、供給手段２と、燃料合成触媒３と、気液分離手段４とを備えている。燃料合成装置１は、供給手段２の下流に燃料合成触媒３を備え、燃料合成触媒３の下流に気液分離手段４を備えている。また、燃料合成装置１は、主通路１０の経路上かつ気液分離手段４の下流に油水分離手段５を備えている。
また、燃料合成装置１は、供給手段２と燃料合成触媒３との間に、ガスを圧縮する圧縮機３０と、圧縮したガスを加熱するヒータ４０とを備えている。圧縮機３０とヒータ４０とは、主通路１０の配管１２を介して接続されている。圧縮機３０では、ガスの圧力が３ＭＰａとなるように圧縮する。ヒータ４０では、ガスの温度が３３０～３８０℃となるように加熱する。なお、ガスの圧力および温度は、燃料合成触媒３の特性などに応じて適宜設定することができる。
供給手段２は、主通路１０の配管１１を介して圧縮機３０と接続されている。供給手段２は、主通路１０に二酸化炭素（ＣＯ２）ガスおよび水素（Ｈ２）ガスを供給する。また、供給手段２は、配管２５を介してＣＨ４酸化触媒５２と接続されている。供給手段２は、配管２５に酸素（Ｏ２）ガスを供給する。
ＣＯ２ガスは、ＣＯ２ガスを貯蔵したタンク２１から供給される。ＣＯ２ガスの供給量は、ＥＣＵ６０によって制御される。なお、ＣＯ２ガスは、自動車等の車両における内燃機関から排出された排気中または大気中のＣＯ２を吸着剤で吸着したものであってもよい。この場合、必要に応じてＣＯ２を脱離させれば、ＣＯ２タンクとして用いることができる。
Ｈ２ガスは、燃料電池等で生成された水を電気分解槽２２で電気分解して得ることができる。Ｈ２ガスは、このようにして得られたＨ２ガスをＨ２タンク（図示せず）に貯蔵しておき、Ｈ２タンクから供給することができる。また、Ｈ２ガスは、必要に応じて別個のＨ２ボンベから供給することもできる。Ｈ２ガスの供給量は、ＥＣＵ６０によって制御される。なお、水を電気分解槽２２で電気分解するとＯ２が得られる。つまり、供給手段２は、Ｏ２ガスを供給する機能を有している。燃料合成装置１は、供給手段２で生成されたＯ２ガスをＣＨ４の部分酸化に使用する。
燃料合成触媒３は、供給手段２の下流に配置され、ＣＯ２ガスおよびＨ２ガスを化学反応させて燃料を合成する。合成する燃料は、例えば、炭素数５以上（Ｃ５＋）の炭化水素、具体的にはガソリンである。燃料合成触媒３は、主通路１０に配置される反応筒３１内に配置される。反応筒３１は、上流側が主通路１０の配管１３に接続され、下流側が主通路１０の配管１４に接続される。主通路１０において燃料合成触媒３の上流側から供給されるガスには、ＣＯ２およびＨ２が含まれている。ＣＯ２およびＨ２は、反応筒３１内において、所定比で化学反応（水素化反応）が行われる。燃料合成触媒３としては、例えば、Ｎａ－Ｆｅ３Ｏ４／ＨＺＳＭ－５触媒を用いることができるが、これに限定されない。Ｎａ－Ｆｅ３Ｏ４／ＨＺＳＭ－５触媒では、Ｆｅ３Ｏ４上で逆水性ガスシフト（ＲＷＧＳ）反応、Ｆｅ５Ｃ２上でＦＴ合成反応、ゼオライト上の酸点でオリゴマー化、異性化、芳香族化が進行すると考えられている。Ｎａ－Ｆｅ３Ｏ４／ＨＺＳＭ－５触媒を用いた場合、Ｃ５からＣ１１の炭化水素が最大収率７８％で得られ、メタン（ＣＨ４）やＣＯの生成は少ない。
燃料合成触媒３による燃料合成の過程は、周知の技術を用いて行うことができる。例えば、反応筒３１内におけるＣＯ２とＨ２の比が所定比になるように計量したＨ２を、電気分解槽２２やＨ２タンク（図示せず）から配管１１に供給し、さらに、圧縮機３０やヒータ４０によって反応筒３１内のガスを昇温、圧縮する。これにより、反応筒３１内では燃料合成触媒３の作用下で、前記したＲＷＧＳ反応、ＦＴ合成反応、オリゴマー化などが進行し、燃料であるＣ５からＣ１１の炭化水素（ガソリン）が生成される（下記式（４））。
ｎＣＯ２＋ｍＨ２→ＣｎＨ２（ｍ－２ｎ）＋２ｎＨ２Ｏ …（４）
気液分離手段４は、燃料合成触媒３の下流、具体的には、主通路１０における配管１４と配管１５との間に配置され、冷却して燃料を液体にするとともに、当該液体を燃料合成触媒３で未反応であったＣＯ２ガスおよびＨ２ガス、ならびに副生物であるＣＨ４のガスを含んで成る気体と分離する。気液分離手段４は、熱交換によりガソリンを含む合成ガスを冷却して凝縮することで、前記した未反応のガス（気相）と、ガソリンを主成分とする液体（液相（Ｃ５＋の炭化水素））とを分離する。また、気液分離手段４は、合成ガスを膜分離することにより、ガソリンを主成分とする液体（液相）を分離することもできる。気液分離手段４により分離され、ガソリンを主成分とする液相は、配管１５を通流して油水分離手段５に供給される。気液分離手段４により分離された気相には、副生物のＣＨ４およびＣ２－４の炭化水素、未反応のＣＯ２およびＨ２、未回収となったガソリンや水（Ｈ２Ｏ）が含まれる。気液分離手段４にて気相として分離された気体は、還流通路２０を通流して燃料合成触媒３の上流、例えば、圧縮機３０に供給され、再び燃料の合成に使用される。
油水分離手段５は、液相に含まれるガソリンと水とを、沸点の違いを利用して分離する。油水分離手段５では、液相を例えば３５℃以上１００℃未満に加熱する。これにより、液相からガソリンが蒸発して得られるので、これを気体のまま、または液化し、配管１６を通じて図示しない燃料タンクに供給する。残った液相はほぼ水（Ｈ２Ｏ）であるため、配管１７を通じて外部に排出する。なお、ガソリンを蒸発させる観点から、加熱温度は４０℃以上、５０℃以上、６０℃以上などとすることが好ましい。また、水の混入を低減する観点から、加熱温度は、９０℃以下、８０℃以下、７０℃以下などとすることができる。加熱温度は、ガソリンの分留を考慮して複数の温度帯で設定することもできる。
本実施形態においては、還流通路２０にバイパス通路５０が設けられている。バイパス通路５０は、還流通路２０からバイパスして還流通路２０の下流に合流する。バイパス通路５０は、その経路上に、ＣＨ４を分離するＣＨ４分離手段５１およびＣＨ４分離手段５１で分離されたＣＨ４を酸化させるＣＨ４酸化触媒５２を備えている。
ＣＨ４分離手段５１としては、例えば、分子篩を用いることができる。ＣＨ４分離手段５１を透過して分離されたＣＨ４は、配管５３を介してＣＨ４酸化触媒５２に供給される。なお、ＣＨ４分離手段５１を透過して分離された気相（透過側の気相）にはＨ２が含まれ得るが、このＨ２もＣＨ４とともにＣＨ４酸化触媒５２に供給される。一方、ＣＨ４分離手段５１を透過しなかった気相（保持側の気相）には、ＣＯ２およびＣ２－４の炭化水素が含まれ得る。ＣＯ２およびＣ２－４の炭化水素は、配管５４を介して還流通路２０に供給される。そして、これらのＣＯ２およびＣ２－４の炭化水素は、燃料合成触媒３の上流、例えば、圧縮機３０に供給され、再び燃料の合成に使用される。
ＣＨ４酸化触媒５２では、完全燃焼に必要な理論酸素量よりも低い酸素濃度で不完全燃焼させる。ＣＨ４酸化触媒５２としては、例えば、Ｐｄ／Ａｌ２Ｏ３触媒を用いることができる。Ｐｄ／Ａｌ２Ｏ３触媒は、例えば、４００℃という条件下、所定比のＣＨ４とＯ２とを反応させてＣＨ４を部分酸化させ、ＣＯとＨ２とを生成する（下記式（５））。
ＣＨ４＋１／２Ｏ２→ＣＯ＋２Ｈ２ …（５）
生成されたＣＯおよびＨ２ならびに未反応のままＣＨ４酸化触媒５２に供給されたＨ２は、配管５５を介して還流通路２０に供給される。そして、これらのＣＯおよびＨ２は、ＣＯ２およびＣ２－４の炭化水素とともに燃料合成触媒３の上流、例えば、圧縮機３０に供給され、再び燃料の合成に使用される。
還流通路２０とバイパス通路５０との分岐部分には、切り替え弁Ｖが備えられている。切り替え弁Ｖは、還流通路２０またはバイパス通路５０との連通を選択的に切り替える。
また、還流通路２０には、気液分離手段４と切り替え弁Ｖとの間にＣＨ４濃度測定手段２３が配置されている。ＣＨ４濃度測定手段２３は、気液分離手段４により分離された気体に含まれるＣＨ４の濃度を測定する。ＣＨ４濃度測定手段２３は、炭化水素の濃度を測定できるＨＣ分析計や排ガス測定装置などを用いることができる。ＣＨ４濃度測定手段２３は、ＣＨ４の濃度（測定値）をＥＣＵ６０に出力する。ＥＣＵ６０は算出手段（図示せず）を備えており、入力されたＣＨ４の濃度に応じて、ＣＨ４酸化触媒５２におけるＣＨ４の部分酸化に必要なＯ２量を算出する。当該算出手段は、ＥＣＵ６０のＣＰＵ（Central Processing Unit）（図示せず）が算出に必要なプログラムを実行することにより具現できる。そして、ＥＣＵ６０は、算出した必要Ｏ２量要求値をマスフローコントローラーＭＦＣに出力する。
ＣＨ４酸化触媒５２と供給手段２（具体的には、電気分解槽２２）とは、前記したように、配管２５で接続されている。電気分解槽２２で生成されたＯ２は、配管２５を通流してＣＨ４酸化触媒５２に供給される（Ｏ２供給手段）。また、この配管２５に、マスフローコントローラーＭＦＣが備えられている。マスフローコントローラーＭＦＣは、Ｏ２の質量流量を計測し、流量制御を行う。マスフローコントローラーＭＦＣは、ＥＣＵ６０が算出したＯ２量に応じて電気分解槽２２から供給されるＯ２の流量を制御しつつ、Ｏ２をＣＨ４酸化触媒５２に供給する。これにより、ＣＨ４酸化触媒５２ではＣＨ４の部分酸化が適切に行われる。
そして、本実施形態では、ＣＨ４濃度測定手段２３によって測定されたＣＨ４の濃度に基づいて切り替え弁Ｖの連通先を還流通路２０とするか、またはバイパス通路５０とするかを制御する。切り替え弁Ｖは、ＥＣＵ６０によって制御される。このように、燃料合成装置１は、装置内に留まるＣＨ４について、その濃度に応じて切り替え弁Ｖを制御してＣＨ４を部分酸化させ、その生成ガス（ＣＯ）を燃料合成触媒３の上流（供給手段２と燃料合成触媒３との間）に還流する。
これにより、燃料合成装置１は、燃料合成触媒３でＣＯを原料として用いることができ、炭素成長が十分な燃料（Ｃ５＋の炭化水素）を合成することができる。つまり、燃料合成装置１は、燃料合成触媒３で副生物として生成されるＣＨ４を有効利用して燃料を合成できる。
燃料合成装置１は、二酸化炭素を使用して燃料（ガソリン）を合成するので二酸化炭素を削減でき、地球環境上の悪影響を軽減できる。
燃料合成装置１は、ＣＨ４濃度測定手段２３によって測定されたＣＨ４の濃度が燃料の合成を阻害する所定値以上になった場合に、切り替え弁Ｖをバイパス通路５０側に連通させるとよい。所定値は、燃料合成触媒３の能力を考慮して適宜設定できる。
このような態様とすると、燃料合成装置１は、装置内に留まるＣＨ４について、その濃度が高くなり、燃料の合成を阻害する所定値以上になった場合、ＥＣＵ６０は、切り替え弁Ｖの連通先をバイパス通路５０に切り替えてＣＨ４を部分酸化させ、その生成ガス（ＣＯ）を燃料合成触媒３の上流に還流させる。したがって、燃料合成装置１は、燃料合成触媒でＣＯを原料として用いることができ、炭素成長が十分な燃料（Ｃ５＋の炭化水素）を合成することができる。
なお、この態様において、ＣＨ４の濃度が所定値未満の場合、ＥＣＵ６０は、切り替え弁Ｖを不動とし、その連通先を還流通路２０のままとする。運転開始時および通常運転時の切り替え弁Ｖの連通先は、還流通路２０となっている。そして、未反応のＣＯ２、Ｈ２および副生物のＣＨ４、Ｃ２－４の炭化水素は、燃料合成触媒３の上流、具体的には、圧縮機３０に供給（還流）される。このようにすると、ＣＨ４酸化触媒５２を使用しないので、ＣＨ４酸化触媒５２の劣化が抑制でき、ＣＨ４酸化触媒５２の長寿命化を図ることができる。
次に、図２を参照して、本実施形態に係る燃料合成装置１における還流通路２０とバイパス通路５０との切り替えを制御するための好ましい態様について説明する。図２は、本実施形態に係る燃料合成装置１における還流通路２０とバイパス通路５０との切り替えを制御するためのフローチャートである。
図２に示すように、燃料合成装置１が運転を開始する。供給手段２、圧縮機３０、ヒータ４０、燃料合成触媒３、気液分離手段４および油水分離手段５がそれぞれ前記した如く稼動して、燃料であるＣ５＋の炭化水素を合成する。燃料の合成に伴い、燃料合成触媒３では副生物としてＣＨ４が生成される。
その後、ＣＨ４濃度測定手段２３が、気液分離手段４で分離された副生物のＣＨ４の濃度を測定し、ＣＨ４の濃度をＥＣＵ６０に出力する（ステップＳ１）。ＥＣＵ６０は、ＣＨ４濃度測定手段２３で測定されたＣＨ４の濃度が、所定値未満であるか、所定値以上であるかを判断する（ステップＳ２）。
ＥＣＵ６０は、ステップＳ２でＣＨ４の濃度が所定値未満の場合、ＥＣＵ６０は、切り替え弁Ｖを不動とし、連通先を還流通路２０のままとする（ステップＳ３）。この場合、ＣＨ４酸化触媒５２へのＯ２の供給は必要ないので、ＥＣＵ６０は、マスフローコントローラーＭＦＣを閉じておく制御を行う（ステップＳ４）。その後、ステップＳ１に戻り、燃料合成装置１の運転およびＣＨ４濃度測定手段２３による副生物のＣＨ４の濃度の測定を行う。
一方、ＥＣＵ６０は、ステップＳ２でＣＨ４の濃度が所定値以上の場合、ＥＣＵ６０は、切り替え弁Ｖの連通先をバイパス通路５０に切り替える（ステップＳ５）。また、これと並行して、ステップＳ２において、ＥＣＵ６０は、算出手段により、ＣＨ４の濃度に応じて、ＣＨ４酸化触媒５２におけるＣＨ４の部分酸化に必要なＯ２量を算出し、算出した必要Ｏ２量要求値をマスフローコントローラーＭＦＣに出力する。そして、ＥＣＵ６０は、マスフローコントローラーＭＦＣを作動させ、ＥＣＵ６０が算出したＯ２量に応じて電気分解槽２２から供給されるＯ２の流量を制御しつつ、Ｏ２をＣＨ４酸化触媒５２に供給する（ステップＳ６）。必要な量のＯ２の供給が終了したら、ステップＳ１に戻り、燃料合成装置１の運転およびＣＨ４濃度測定手段２３による副生物のＣＨ４の濃度の測定を行う。
以上のように、本実施形態に係る燃料合成装置１は、ＣＨ４濃度測定手段２３によって測定されたＣＨ４の濃度に基づいて切り替え弁Ｖの連通先を還流通路２０とするか、またはバイパス通路５０とするかを制御できる。そして、燃料合成装置１は、装置内に留まるＣＨ４について、その濃度に応じて切り替え弁Ｖを制御してＣＨ４を部分酸化させ、その生成ガス（ＣＯ）を燃料合成触媒３の上流（供給手段２と燃料合成触媒３との間）に還流する。これにより、燃料合成装置１は、燃料合成触媒３でＣＯを原料として用いることができ、炭素成長が十分な燃料（Ｃ５＋の炭化水素）を合成することができる。
本発明は、以上に説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。また、構造的に可能な範囲において、上述の実施形態を組み合わせることができる。
１ 燃料合成装置
２ 供給手段
３ 燃料合成触媒
４ 気液分離手段
５ 油水分離手段
１０ 主通路
１１～１７ 配管
２０ 還流通路
２１ タンク
２２ 電気分解槽
２３ ＣＨ４濃度測定手段
２５ 配管
３０ 圧縮機
３１ 反応筒
４０ ヒータ
５０ バイパス通路
５１ ＣＨ４分離手段
５２ ＣＨ４酸化触媒
５３～５５ 配管
６０ ＥＣＵ
ＭＦＣ マスフローコントローラー
Ｖ 切り替え弁

Claims (3)

  1. 主通路の上流に配置され、ＣＯ２ガスおよびＨ２ガスを供給する供給手段と、
    前記供給手段の下流に配置され、前記ＣＯ２ガスおよび前記Ｈ２ガスを化学反応させて燃料を合成する燃料合成触媒と、
    前記燃料合成触媒の下流に配置され、前記燃料を液体にするとともに、前記液体を前記燃料合成触媒で未反応であった前記ＣＯ２ガスおよび前記Ｈ２ガス、ならびに副生物であるＣＨ４のガスを含んで成る気体と分離する気液分離手段と、
    前記気液分離手段により分離された前記気体を前記供給手段と前記燃料合成触媒との間に還流させる還流通路と、
    前記還流通路からバイパスして前記還流通路の下流に合流するとともに、前記ＣＨ４を分離するＣＨ４分離手段および前記ＣＨ４分離手段で分離されたＣＨ４を酸化させるＣＨ４酸化触媒を備えるバイパス通路と、
    前記還流通路と前記バイパス通路との分岐部分に備えられ、前記還流通路または前記バイパス通路との連通を選択的に切り替える切り替え弁と、
    前記還流通路に配置され、前記気液分離手段により分離された前記気体に含まれるＣＨ４の濃度を測定するＣＨ４濃度測定手段と、を備え、
    前記ＣＨ４濃度測定手段によって測定されたＣＨ４の濃度に基づいて前記切り替え弁の連通先を前記還流通路とするか、または前記バイパス通路とするかを制御する
    ことを特徴とする燃料合成装置。
  2. 前記ＣＨ４濃度測定手段によって測定されたＣＨ４の濃度が前記燃料の合成を阻害する所定値以上になった場合に、前記切り替え弁を前記バイパス通路側に連通させることを特徴とする請求項１に記載の燃料合成装置。
  3. 前記供給手段はさらにＯ２ガスを供給する機能を有し、
    前記ＣＨ４濃度測定手段によって測定されたＣＨ４の濃度に基づいて酸化に必要なＯ２量を算出する算出手段と、
    前記算出手段で算出されたＯ２量に基づいて前記供給手段より前記Ｏ２ガスを前記ＣＨ４酸化触媒に供給するＯ２供給手段と、
    を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料合成装置。
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