JP7497242B2 - Gas production device, gas production system, and gas production method - Google Patents

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Description

本発明は、ガス製造装置、ガス製造システムおよびガス製造方法に関する。 The present invention relates to a gas production device, a gas production system, and a gas production method.

近年、温室効果ガスの一種である二酸化炭素(CO)は、その大気中の濃度が上昇を続けている。大気中の二酸化炭素の濃度の上昇は、地球温暖化を助長する。したがって、大気中に放出される二酸化炭素を回収することは重要であり、さらに回収した二酸化炭素を有価物質に変換して再利用できれば、炭素循環社会を実現することができる。
また、地球規模の施策としても、気候変動に関する国際連合枠組条約の京都議定書にもあるように、地球温暖化の原因となる二酸化炭素について、先進国における削減率を、1990年を基準として各国別に定め、共同で約束期間内に削減目標値を達成することが定められている。
In recent years, the concentration of carbon dioxide ( CO2 ), a type of greenhouse gas, in the atmosphere has been increasing. The increase in the concentration of carbon dioxide in the atmosphere contributes to global warming. Therefore, it is important to capture carbon dioxide emitted into the atmosphere, and if the captured carbon dioxide can be converted into valuable substances and reused, a carbon circulation society can be realized.
As a global policy, the Kyoto Protocol of the United Nations Framework Convention on Climate Change stipulates that each developed country must set its own reduction rate for carbon dioxide, the cause of global warming, using 1990 as a base year, and that they must jointly achieve reduction targets within the commitment period.

その削減目標を達成するため、製鉄所、精錬所または火力発電所から発生した二酸化炭素を含む排気ガスも対象となっており、これらの業界における二酸化炭素の削減に関して、様々な技術改良が行われている。かかる技術の一例としては、CO回収・貯留(CCS)が挙げられる。しかしながら、この技術では、貯留という物理的な限界があり、根本的な解決策とはなっていない。
その他、例えば、特許文献1には、二酸化炭素から有価物質に変換する技術が開示されている。具体的には、ジルコニウムを含む酸化セリウムを用いて、二酸化炭素から一酸化炭素を製造する製造装置が開示されている。
In order to achieve the reduction target, exhaust gas containing carbon dioxide generated from steel mills, smelters, and thermal power plants is also included, and various technological improvements have been made to reduce carbon dioxide in these industries. One example of such a technology is CO2 capture and storage (CCS). However, this technology has physical limitations in terms of storage, and is not a fundamental solution.
In addition, for example, Patent Document 1 discloses a technology for converting carbon dioxide into a valuable substance. Specifically, the document discloses a production apparatus for producing carbon monoxide from carbon dioxide by using cerium oxide containing zirconium.

特許5858926号Patent No. 5858926

しかしながら、発明者らの検討によると、特許文献1に記載の発明は、二酸化炭素から一酸化炭素を効果的に変換する金属酸化物を特定する発明である。特許文献1には、一酸化炭素の製造条件や製造装置においても、図にも示されているように概念的または一般的な情報が開示されるのみであり、工業的に一酸化炭素を製造するには、更なる技術改良が必要であることがわかった。
そこで、本発明の目的は、二酸化炭素を含む原料ガスから、連続かつ安定して、一酸化炭素を含む生成ガスを製造することができるガス製造装置(すなわち、工業的に有利な製造装置)、ガス製造システムおよびガス製造方法を提供することにある。
However, according to the inventors' study, the invention described in Patent Document 1 is an invention for specifying a metal oxide that effectively converts carbon dioxide into carbon monoxide. Patent Document 1 only discloses conceptual or general information on the conditions and equipment for producing carbon monoxide, as shown in the drawings, and it was found that further technical improvements are necessary to produce carbon monoxide industrially.
Therefore, an object of the present invention is to provide a gas production apparatus (i.e., an industrially advantageous production apparatus), a gas production system, and a gas production method that can continuously and stably produce a product gas containing carbon monoxide from a raw material gas containing carbon dioxide.

このような目的は、下記の本発明により達成される。 This objective is achieved by the present invention described below.

(1) 本発明のガス製造装置は、二酸化炭素を含む原料ガスと、前記二酸化炭素を還元する金属酸化物を含む還元剤とを接触させて、一酸化炭素を含む生成ガスを製造するガス製造装置であって、
前記原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記二酸化炭素との接触により酸化された前記還元剤を還元する還元物質を含む還元ガスを供給する還元ガス供給部と、
前記原料ガス供給部および前記還元ガス供給部にそれぞれ接続された複数の反応器と、前記反応器内に配置された前記還元剤とを備え、各前記反応器に供給する前記原料ガスと前記還元ガスとを切換可能な反応部と、
前記反応器を通過した後のガス同士を合流させて、混合ガスを生成するガス合流部と、
前記還元剤に前記原料ガスまたは前記還元ガスを接触させる際に、前記還元剤の温度を調整する還元剤温調部とを有し、
各前記反応器は、前記還元剤をそれぞれ充填した複数の管体と、前記複数の管体を収納したハウジングとを備え、
前記還元剤温調部は、前記複数の管体と前記ハウジングとで画成される空間に供給する媒体と、前記媒体を前記空間に移送する移送装置と、前記媒体を加熱する加熱装置または前記媒体を冷却する冷却装置とを備えることを特徴とする。
(1) A gas production apparatus of the present invention is a gas production apparatus that produces a product gas containing carbon monoxide by contacting a raw material gas containing carbon dioxide with a reducing agent containing a metal oxide that reduces the carbon dioxide,
a raw material gas supply unit for supplying the raw material gas;
a reducing gas supply unit that supplies a reducing gas containing a reducing substance that reduces the reducing agent that has been oxidized by contact with the carbon dioxide;
a reaction section including a plurality of reactors each connected to the raw material gas supply section and the reducing gas supply section, and the reducing agent disposed in the reactors, the reaction section being capable of switching between the raw material gas and the reducing gas supplied to each of the reactors;
a gas junction section for merging the gases that have passed through the reactor to generate a mixed gas;
a reducing agent temperature adjusting unit that adjusts a temperature of the reducing agent when the reducing agent is brought into contact with the raw material gas or the reducing gas,
Each of the reactors includes a plurality of tubes each filled with the reducing agent, and a housing that houses the plurality of tubes;
The reducing agent temperature control unit is characterized by comprising a medium to be supplied to a space defined by the multiple tubes and the housing, a transfer device to transfer the medium to the space, and a heating device to heat the medium or a cooling device to cool the medium.

(2) 本発明のガス製造装置では、前記還元剤温調部は、前記還元剤に前記原料ガスまたは前記還元ガスを接触させる際に、前記還元剤を加熱する還元剤加熱部であることが好ましい。
(3) 本発明のガス製造装置では、前記還元剤加熱部は、前記混合ガスと、前記反応器の前記空間に供給する前の前記媒体との間で熱交換する第1熱交換器を備えることが好ましい。
(2) In the gas production apparatus of the present invention, it is preferable that the reducing agent temperature adjustment unit is a reducing agent heating unit that heats the reducing agent when the reducing agent is brought into contact with the source gas or the reducing gas.
(3) In the gas production apparatus of the present invention, it is preferable that the reducing agent heating unit includes a first heat exchanger that exchanges heat between the mixed gas and the medium before being supplied to the space of the reactor.

(4) 本発明のガス製造装置では、前記還元剤加熱部は、前記反応器の前記空間を通過した後の前記媒体と、前記反応器に供給する前の前記原料ガスおよび前記還元ガスの少なくとも一方との間で熱交換する第2熱交換器を備えることが好ましい。
(5) 本発明のガス製造装置では、前記金属酸化物は、第3族~第12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い。
(4) In the gas production apparatus of the present invention, it is preferable that the reducing agent heating section includes a second heat exchanger that exchanges heat between the medium after passing through the space of the reactor and at least one of the raw material gas and the reducing gas before being supplied to the reactor.
(5) In the gas production apparatus of the present invention, it is preferable that the metal oxide contains at least one metal element selected from the group consisting of metal elements belonging to Groups 3 to 12.

(6) 本発明のガス製造システムは、
二酸化炭素を含む原料ガスを生成する原料ガス生成部と、
本発明のガス製造装置とを備え、
前記ガス製造装置が、前記原料ガス供給部を介して前記原料ガス生成部に接続されていることを特徴とする。
(6) The gas production system of the present invention comprises:
a raw material gas generating unit that generates a raw material gas containing carbon dioxide;
The gas production apparatus of the present invention is provided,
The gas production apparatus is characterized in that it is connected to the raw material gas generation unit via the raw material gas supply unit.

(7) 本発明のガス製造方法は、二酸化炭素を含む原料ガスと、前記二酸化炭素を還元する金属酸化物を含む還元剤とを接触させて、一酸化炭素を含む生成ガスを製造するガス製造方法であって、
前記還元剤を内部に配置した複数の反応器と、前記原料ガスと、前記二酸化炭素との接触により酸化された前記還元剤を還元する還元物質を含む還元ガスとを準備し、
前記原料ガスと前記還元ガスとを供給する前記反応器を切り換えることにより、各前記反応器内において前記還元剤に前記原料ガスと前記還元ガスとを交互に接触させて、前記二酸化炭素を前記一酸化炭素に変換した後、前記酸化された還元剤を還元し、
前記反応器を通過した後のガス同士を合流させて、混合ガスを生成し、
前記混合ガスをそのまま、または、前記混合ガスから前記一酸化炭素を精製することにより、前記生成ガスとして回収するのに際して、
前記還元剤に前記原料ガスまたは前記還元ガスを接触させる際に、各前記反応器において、前記還元剤と区画された空間に温調した媒体を供給することにより、前記還元剤の温度を調整することを特徴とする。
(7) A gas production method of the present invention includes contacting a raw material gas containing carbon dioxide with a reducing agent containing a metal oxide that reduces the carbon dioxide to produce a product gas containing carbon monoxide, the method comprising the steps of:
preparing a plurality of reactors each having the reducing agent disposed therein, the raw material gas, and a reducing gas containing a reducing substance that reduces the reducing agent oxidized by contact with the carbon dioxide;
by switching the reactors to which the raw material gas and the reducing gas are supplied, the raw material gas and the reducing gas are alternately brought into contact with the reducing agent in each of the reactors to convert the carbon dioxide into carbon monoxide, and then the oxidized reducing agent is reduced;
The gases that have passed through the reactor are combined to generate a mixed gas;
When recovering the mixed gas as the product gas as it is or by purifying the carbon monoxide from the mixed gas,
When the raw material gas or the reducing gas is brought into contact with the reducing agent, a temperature-controlled medium is supplied to a space partitioned from the reducing agent in each of the reactors, thereby adjusting the temperature of the reducing agent.

(8) 本発明のガス製造方法では、前記還元剤に前記原料ガスまたは前記還元ガスを接触させる際に、各前記反応器の前記空間に加熱した前記媒体を供給することにより、前記還元剤を加熱することが好ましい。 (8) In the gas production method of the present invention, when the raw material gas or the reducing gas is brought into contact with the reducing agent, it is preferable to heat the reducing agent by supplying the heated medium to the space of each of the reactors.

本発明によれば、二酸化炭素を含む原料ガスから、効率よくかつ連続して、一酸化炭素を含む生成ガスを製造することができる。特に、本発明では、還元剤の温度を調整する還元剤温調部を設けたので、原料ガスまたは還元ガスと還元剤との反応の種類に応じて目的の温度に維持して、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率の低下を好適に防止または抑制するとともに、還元ガスによる還元剤の再生を促進することができる。また、還元剤温調部を、多管式の反応器において還元剤と区画された空間に温調した媒体を供給して、還元剤を加熱または冷却するように構成したので、例えば、再生可能エネルギーを還元剤温調部の動力源として使用することができ、この場合、環境への負荷を低減しつつ安全に還元剤を加熱または冷却することができる。 According to the present invention, it is possible to efficiently and continuously produce a product gas containing carbon monoxide from a raw gas containing carbon dioxide. In particular, in the present invention, a reducing agent temperature control unit is provided to adjust the temperature of the reducing agent, so that the temperature can be maintained at a target temperature depending on the type of reaction between the raw gas or reducing gas and the reducing agent, and it is possible to suitably prevent or suppress a decrease in the conversion efficiency of carbon dioxide to carbon monoxide and promote the regeneration of the reducing agent by the reducing gas. In addition, the reducing agent temperature control unit is configured to supply a temperature-controlled medium to a space partitioned from the reducing agent in a multi-tube reactor to heat or cool the reducing agent, so that, for example, renewable energy can be used as a power source for the reducing agent temperature control unit, in which case the reducing agent can be safely heated or cooled while reducing the burden on the environment.

本発明のガス製造システムの一実施形態を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating one embodiment of a gas production system according to the present invention. 図1の反応器の構成を模式的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the reactor in FIG. 1. 図1の排ガス加熱部の構成を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of an exhaust gas heating unit in FIG. 1 . 還元剤加熱部の構成を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a reducing agent heating unit. 還元剤加熱部の他の構成を示す概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing another configuration of the reducing agent heating unit. 本発明のガス製造装置と炉との接続部付近の構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a configuration in the vicinity of a connection portion between a gas production apparatus and a furnace according to the present invention. 本発明のガス製造システムの他の実施形態を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing another embodiment of the gas production system of the present invention. 図7の精製器の構成を模式的に示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the refiner shown in FIG. 7 .

以下、本発明のガス製造装置、ガス製造システムおよびガス製造方法について、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。
図1は、本発明のガス製造システムの一実施形態を示す概略図であり、図2は、図1の反応器の構成を模式的に示す断面図であり、図3は、図1の排ガス加熱部の構成を示す概略図である。
図1に示すガス製造システム100は、二酸化炭素を含む排ガス(原料ガス)を生成する炉(原料ガス生成部)20と、接続部2を介して炉20に接続されたガス製造装置1とを備えている。
なお、本明細書中では、ガスの流れ方向に対して上流側を単に「上流側」、下流側を単に「下流側」とも記載する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A gas production apparatus, a gas production system, and a gas production method according to the present invention will be described in detail below with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of the gas production system of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the reactor of FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the exhaust gas heating section of FIG. 1.
The gas production system 100 shown in FIG. 1 includes a furnace (raw material gas generation section) 20 that generates exhaust gas (raw material gas) containing carbon dioxide, and a gas production apparatus 1 connected to the furnace 20 via a connection section 2.
In this specification, the upstream side with respect to the gas flow direction is also simply referred to as the "upstream side", and the downstream side is also simply referred to as the "downstream side".

炉20としては、特に限定されないが、例えば、製鉄所、精錬所または火力発電所に付属する炉であり、好ましくは燃焼炉、高炉、転炉等が挙げられる。炉20では、内容物の燃焼、溶融、精錬等の際に、排ガスが生成(発生)する。
ゴミ焼却場にける燃焼炉(焼却炉)の場合、内容物(廃棄物)としては、例えば、プラスチック廃棄物、生ゴミ、都市廃棄物(MSW)、廃棄タイヤ、バイオマス廃棄物、家庭ゴミ(布団、紙類)、建築部材等が挙げられる。なお、これらの廃棄物は、1種を単独で含んでいても、2種以上を含んでいてもよい。
The furnace 20 is not particularly limited, but may be, for example, a furnace attached to a steelworks, a smelter, or a thermal power plant, and preferably includes a combustion furnace, a blast furnace, a converter, etc. In the furnace 20, exhaust gas is generated (generated) when the contents are burned, melted, refined, etc.
In the case of a combustion furnace (incinerator) in a waste incineration plant, the contents (waste) include, for example, plastic waste, food waste, municipal solid waste (MSW), discarded tires, biomass waste, household waste (futons, paper), building materials, etc. These wastes may be contained alone or in combination of two or more types.

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

高炉からの排ガス(高炉ガス)は、高炉において銑鉄を製造する際に発生するガスであり、二酸化炭素が10~15体積%、窒素が55~60体積%、一酸化炭素が25~30体積%、水素が1~5体積%で含まれる。
また、転炉からの排ガス(転炉ガス)は、転炉において鋼を製造する際に発生するガスであり、二酸化炭素が15~20体積%、一酸化炭素が50~60体積%、窒素が15~25体積%、水素が1~5体積%で含まれる。
なお、原料ガスには、排ガスに限らず、二酸化炭素を100体積%で含む純ガスを使用してもよい。
Exhaust gas from a blast furnace (blast furnace gas) is a gas generated when producing pig iron in a blast furnace, and contains 10 to 15 volume % carbon dioxide, 55 to 60 volume % nitrogen, 25 to 30 volume % carbon monoxide, and 1 to 5 volume % hydrogen.
In addition, exhaust gas from a converter (converter gas) is a gas generated when steel is produced in the converter, and contains 15 to 20 volume % carbon dioxide, 50 to 60 volume % carbon monoxide, 15 to 25 volume % nitrogen, and 1 to 5 volume % hydrogen.
The raw material gas is not limited to exhaust gas, and a pure gas containing 100% by volume of carbon dioxide may be used.

ただし、原料ガスとして排ガスを使用すれば、従来、大気中に排出していた二酸化炭素を有効利用することができ、環境への負荷を低減することができる。これらの中でも、炭素循環という観点からは、製鉄所または精錬所で発生した二酸化炭素を含む排ガスが好ましい。
また、高炉ガスや転炉ガスは、炉から排出された未処理のガスをそのまま使用してもよく、例えば、一酸化炭素等を除去する処理を施した後の処理済みガスを使用してもよい。未処理の高炉ガスおよび転炉ガスは、それぞれ上述のようなガス組成であり、処理済みガスは、燃焼炉からの排ガスで示したガス組成に近いガス組成となる。本明細書では、以上のようなガス(ガス製造装置1に供給される前のガス)をいずれも排ガスと呼ぶ。
However, if exhaust gas is used as the raw material gas, carbon dioxide that has conventionally been discharged into the atmosphere can be effectively utilized, and the burden on the environment can be reduced. Among these, from the viewpoint of carbon circulation, exhaust gas containing carbon dioxide generated in a steelworks or a smelter is preferred.
In addition, the blast furnace gas and converter gas may be untreated gas discharged from the furnace as it is, or may be treated gas after treatment to remove carbon monoxide, for example. The untreated blast furnace gas and converter gas each have the gas composition described above, and the treated gas has a gas composition close to the gas composition shown in the exhaust gas from the combustion furnace. In this specification, all of the above gases (gases before being supplied to the gas production device 1) are referred to as exhaust gas.

<全体構成>
ガス製造装置1は、炉20から排出され、接続部2を介して供給される排ガス(二酸化炭素を含む原料ガス)と、排ガス中に含まれる二酸化炭素を還元する金属酸化物を含む還元剤とを接触させて、一酸化炭素を含む生成ガス(合成ガス)を製造する。
ガス製造装置1は、主に、接続部2と、還元ガス供給部3と、2つの反応器4a、4bと、接続部2と各反応器4a、4bとを接続するガスラインGL1と、還元ガス供給部3と各反応器4a、4bとを接続するガスラインGL2と、各反応器4a、4bに接続されたガスラインGL4とを有している。
本実施形態では、接続部2が、排ガスを反応器4a、4bに供給する原料ガス供給部を構成している。
なお、必要に応じて、ガスラインGL1、ガスラインGL2およびガスラインGL4の途中の所定の箇所には、ガスを移送するためのポンプを配置してもよい。例えば、後述する圧縮部6で排ガスの圧力を比較的低く調整する場合には、ポンプを配置することにより、ガス製造装置1内でガスを円滑に移送することができる。
<Overall composition>
The gas production apparatus 1 produces a product gas (synthetic gas) containing carbon monoxide by contacting exhaust gas (raw material gas containing carbon dioxide) discharged from the furnace 20 and supplied via the connection part 2 with a reducing agent containing a metal oxide that reduces the carbon dioxide contained in the exhaust gas.
The gas manufacturing apparatus 1 mainly includes a connection section 2, a reducing gas supply section 3, two reactors 4a, 4b, a gas line GL1 connecting the connection section 2 to each of the reactors 4a, 4b, a gas line GL2 connecting the reducing gas supply section 3 to each of the reactors 4a, 4b, and a gas line GL4 connected to each of the reactors 4a, 4b.
In this embodiment, the connection part 2 constitutes a raw material gas supply part that supplies the exhaust gas to the reactors 4a and 4b.
If necessary, pumps for transferring gas may be provided at predetermined positions along the gas lines GL1, GL2, and GL4. For example, when the pressure of the exhaust gas is adjusted to a relatively low level in the compression section 6 described below, the gas can be transferred smoothly within the gas production apparatus 1 by providing the pumps.

ガスラインGL1は、その一端部において接続部2に接続されている。一方、ガスラインGL1は、その他端部において、ガス切換部8および2つのガスラインGL3a、GL3bを介して、それぞれ反応部4が備える反応器4a、4bの入口ポートに接続されている。
かかる構成により、炉20から接続部2を介して供給された排ガスは、ガスラインGL1を通過して、各反応器4a、4bに供給される。
ガス切換部8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。
One end of the gas line GL1 is connected to the connection unit 2. Meanwhile, the other end of the gas line GL1 is connected to the inlet ports of the reactors 4a and 4b in the reaction unit 4 via the gas switching unit 8 and two gas lines GL3a and GL3b.
With this configuration, the exhaust gas supplied from the furnace 20 via the connection part 2 passes through the gas line GL1 and is supplied to each of the reactors 4a, 4b.
The gas switching unit 8 can be configured to include, for example, a branch gas line and a flow passage opening and closing mechanism such as a valve provided midway along the branch gas line.

各反応器4a、4bは、図2に示すように、還元剤4Rをそれぞれ充填した複数の管体41と、複数の管体41を収納したハウジング42とを備える多管式の反応装置(固定層式の反応装置)で構成されている。かかる多管式の反応装置によれば、還元剤4Rと排ガスおよび還元ガスとの接触の機会を十分に確保することができる。その結果、生成ガスの製造効率を高めることができる。
本実施形態の還元剤4Rは、例えば、粒子状(顆粒状)、鱗片状、ペレット状等であることが好ましい。かかる形状の還元剤4Rであれば、管体41への充填効率を高めることができ、管体41内に供給されるガスとの接触面積をより増大させることができる。
還元剤4Rが粒子状である場合、その体積平均粒径は、特に限定されないが、1~50mmであることが好ましく、3~30mmであることがより好ましい。この場合、還元剤4Rと排ガス(二酸化炭素)との接触面積をさらに高め、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率をより向上させることができる。同様に、還元物質を含む還元ガスによる還元剤4Rの再生(還元)もより効率よく行うことができる。
粒子状の還元剤4Rは、より球形度が高まることから、転動造粒により製造された成形体であることが好ましい。
As shown in Fig. 2, each of the reactors 4a and 4b is a multi-tube reactor (fixed-bed reactor) including a plurality of tubes 41 each filled with a reducing agent 4R and a housing 42 containing the plurality of tubes 41. Such a multi-tube reactor can ensure sufficient opportunities for the reducing agent 4R to come into contact with the exhaust gas and the reducing gas. As a result, the production efficiency of the generated gas can be improved.
The reducing agent 4R of the present embodiment is preferably in the form of, for example, particles (granules), flakes, pellets, etc. The reducing agent 4R in such a shape can increase the efficiency of filling the pipe 41, and can further increase the contact area with the gas supplied into the pipe 41.
When the reducing agent 4R is particulate, its volume average particle size is not particularly limited, but is preferably 1 to 50 mm, and more preferably 3 to 30 mm. In this case, the contact area between the reducing agent 4R and the exhaust gas (carbon dioxide) can be further increased, and the conversion efficiency of carbon dioxide to carbon monoxide can be further improved. Similarly, regeneration (reduction) of the reducing agent 4R by a reducing gas containing a reducing substance can also be performed more efficiently.
The particulate reducing agent 4R is preferably a compact produced by rolling granulation, since this increases the sphericity.

また、還元剤4Rは、担体に担持させるようにしてもよい。担体の構成材料としては、排ガス(原料ガス)や反応条件等に応じて変性し難いものであればよく、特に限定されないが、例えば、炭素材料(グラファイト、グラフェン等)、ゼオライト、モンモリロナイト、SiO、ZrO、TiO、V、MgO、アルミナ(Al)、シリカ、および、それら材料の複合酸化物等が挙げられる。これらの中でも、ゼオライト、モンモリロナイト、SiO、ZrO、TiO、V、MgO、アルミナ(Al)、シリカ、および、それら材料の複合酸化物が好ましい。かかる材料で構成される担体は、還元剤4Rの反応に悪影響を及ぼさず、還元剤4Rの担持能に優れる点で好ましい。ここで、担体は、還元剤4Rの反応には関与せず、還元剤4Rを単に支持(保持)する。かかる形態の一例としては、担体の表面の少なくとも一部を還元剤4Rで被覆する構成が挙げられる。 The reducing agent 4R may be supported on a carrier. The constituent material of the carrier is not particularly limited as long as it is difficult to be modified depending on the exhaust gas (raw material gas) and reaction conditions, and examples thereof include carbon materials (graphite, graphene, etc.), zeolite, montmorillonite, SiO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , V 2 O 5 , MgO, alumina (Al 2 O 3 ), silica, and composite oxides of these materials. Among these, zeolite, montmorillonite, SiO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , V 2 O 5 , MgO, alumina (Al 2 O 3 ), silica, and composite oxides of these materials are preferred. A carrier made of such a material is preferred in that it does not adversely affect the reaction of the reducing agent 4R and has excellent supporting ability for the reducing agent 4R. Here, the carrier does not participate in the reaction of the reducing agent 4 R, but simply supports (holds) the reducing agent 4 R. One example of such a form is a configuration in which at least a part of the surface of the carrier is coated with the reducing agent 4 R.

還元剤4Rに含まれる金属酸化物(酸素キャリア)は、二酸化炭素を還元することができれば、特に限定されないが、第3族~第12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4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、チタニウム、バナジウム、鉄、銅、亜鉛、ニッケル、マンガン、クロミウムおよびセリウム等のうちの少なくとも1種を含有することがさらに好ましく、鉄を含有する金属酸化物または複合酸化物が特に好ましい。これらの金属酸化物は、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が特に良好なため有用である。 The metal oxide (oxygen carrier) contained in the reducing agent 4R is not particularly limited as long as it can reduce carbon dioxide, but it preferably contains at least one type selected from metal elements belonging to groups 3 to 12, more preferably contains at least one type selected from metal elements belonging to groups 4 to 12, and even more preferably contains at least one type of titanium, vanadium, iron, copper, zinc, nickel, manganese, chromium, cerium, etc., and is particularly preferably a metal oxide or composite oxide containing iron. These metal oxides are useful because they have particularly good efficiency in converting carbon dioxide to carbon monoxide.

また、各反応器4a、4bにおいて、還元剤4R(金属酸化物)自体で管体(円筒状の成形体)41を作製してもよい。さらに、還元剤4Rで、ブロック状、格子状(例えば、網状、ハニカム状)等の成形体を作製し、ハウジング42内に配置するようにしてもよい。これらの場合、充填剤としての還元剤4Rは省略するようにしてもよいし、併用してもよい。
これらの中では、還元剤4Rで網状体を作製し、ハウジング42内に配置する構成が好ましい。かかる構成の場合、各反応器4a、4b内で排ガスおよび還元ガスの通過抵抗が高まるのを防止しつつ、還元剤4Rと排ガスおよび還元ガスとの接触の機会を十分に確保することもできる。
なお、2つの反応器4a、4bの容積は、互いにほぼ等しく設定され、処理する排ガスの量(炉20のサイズやガス製造装置1のサイズ)に応じて、適宜設定される。
In each of the reactors 4a and 4b, the tube (cylindrical molded body) 41 may be made of the reducing agent 4R (metal oxide) itself. Furthermore, a molded body having a block shape, a lattice shape (for example, a mesh shape, a honeycomb shape), or the like may be made of the reducing agent 4R and placed in the housing 42. In these cases, the reducing agent 4R as a filler may be omitted or may be used in combination.
Among these, a preferred configuration is one in which a mesh body is made of the reducing agent 4R and placed in the housing 42. In the case of such a configuration, it is possible to prevent an increase in the passage resistance of the exhaust gas and the reducing gas in each of the reactors 4a, 4b, while also ensuring sufficient opportunities for the reducing agent 4R to come into contact with the exhaust gas and the reducing gas.
The volumes of the two reactors 4a, 4b are set to be approximately equal to each other, and are appropriately set according to the amount of exhaust gas to be treated (the size of the furnace 20 and the size of the gas production device 1).

ガスラインGL1の途中には、接続部2側から順に、濃度調整部5と、圧縮部6と、微成分除去部7と、排ガス加熱部(原料ガス加熱部)10とが設けられている。
濃度調整部5は、排ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度を高める(換言すれば、二酸化炭素を濃縮する)ように調整する。排ガスは、酸素等の不要ガス成分も含む。濃度調整部5で排ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度を高めることにより、排ガス中に含まれる不要ガス成分の濃度を相対的に低くすることができる。このため、還元剤4Rによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率に、不要ガス成分が悪影響を及ぼすのを防止または抑制することができる。
濃度調整部5は、排ガス中に含まれる酸素を除去する酸素除去装置により構成することが好ましい。これにより、ガス製造装置1に持ち込まれる酸素の量を低減すること(すなわち、排ガス中に含まれる酸素の濃度を低くなるように調整すること)ができる。このため、排ガスのガス組成を爆発範囲から乖離させ、排ガスの引火を未然に防止することができる。なお、ガス製造装置1の中でも、酸素除去装置での電気エネルギーの消費が大きいため、後述するような再生可能エネルギーとしての電力を使用することが有効である。
In the gas line GL1, a concentration adjusting section 5, a compression section 6, a minor component removing section 7, and an exhaust gas heating section (raw material gas heating section) 10 are provided in this order from the connection section 2 side.
The concentration adjusting unit 5 adjusts the concentration of carbon dioxide contained in the exhaust gas to increase (in other words, to concentrate carbon dioxide). The exhaust gas also contains unnecessary gas components such as oxygen. By increasing the concentration of carbon dioxide contained in the exhaust gas with the concentration adjusting unit 5, the concentrations of the unnecessary gas components contained in the exhaust gas can be relatively lowered. This makes it possible to prevent or suppress the unnecessary gas components from adversely affecting the efficiency of conversion of carbon dioxide to carbon monoxide by the reducing agent 4R.
The concentration adjusting unit 5 is preferably configured with an oxygen removing device that removes oxygen contained in the exhaust gas. This makes it possible to reduce the amount of oxygen brought into the gas production apparatus 1 (i.e., adjust the concentration of oxygen contained in the exhaust gas to be lower). This makes it possible to move the gas composition of the exhaust gas away from the explosion range and prevent the exhaust gas from igniting. In addition, since the oxygen removing device in the gas production apparatus 1 consumes a large amount of electric energy, it is effective to use electricity as a renewable energy source as described below.

この場合、排ガス中に含まれる酸素の濃度を、排ガス全体に対して1体積%未満に調整することが好ましく、0.5体積%未満に調整することがより好ましく、0.1体積%未満に調整することがさらに好ましい。これにより、排ガスの引火をより確実に防止することができる。
排ガス中に含まれる酸素を除去する酸素除去装置は、低温分離方式(深冷方式)の分離器、圧力スイング吸着(PSA)方式の分離器、膜分離方式の分離器、温度スイング吸着(TSA)方式の分離器、化学吸収方式の分離器、化学吸着方式の分離器等のうちの1種または2種以上を用いて構成することができる。
なお、濃度調整部5では、排ガス中に二酸化炭素を追加することにより、二酸化炭素が高濃度になるように調整してもよい。
In this case, the concentration of oxygen contained in the exhaust gas is preferably adjusted to less than 1% by volume, more preferably less than 0.5% by volume, and even more preferably less than 0.1% by volume, based on the total volume of the exhaust gas, thereby making it possible to more reliably prevent the exhaust gas from igniting.
The oxygen removal device for removing oxygen contained in exhaust gas can be constructed using one or more of a low-temperature separation type (cryogenic type) separator, a pressure swing adsorption (PSA) type separator, a membrane separation type separator, a temperature swing adsorption (TSA) type separator, a chemical absorption type separator, a chemical adsorption type separator, etc.
In addition, the concentration adjusting unit 5 may adjust the carbon dioxide concentration to a high level by adding carbon dioxide to the exhaust gas.

圧縮部6は、反応器4a、4bに供給する前の排ガスの圧力を上昇させる。これにより、反応器4a、4bで一度に処理可能な排ガスの量を増大させることができる。このため、反応器4a、4bにおける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。
かかる圧縮部6は、例えば、遠心式圧縮機、軸流式圧縮機のようなターボ圧縮機、往復動圧縮機(レシプロ圧縮機)、ダイアフラム式圧縮機、シングルスクリュー圧縮機、ツインスクリュー圧縮機、スクロール圧縮機、ロータリー圧縮機、ロータリーピストン型圧縮機、スライドベーン型圧縮機のような容積圧縮機、低圧に対応可能なルーツブロワー(二葉送風機)、遠心式のブロワー等で構成することができる。
The compression section 6 increases the pressure of the exhaust gas before it is supplied to the reactors 4a and 4b. This increases the amount of exhaust gas that can be treated at one time in the reactors 4a and 4b. This further improves the efficiency of converting carbon dioxide into carbon monoxide in the reactors 4a and 4b.
The compression section 6 can be composed of, for example, a volumetric compressor such as a centrifugal compressor or an axial flow compressor, a reciprocating compressor, a diaphragm compressor, a single screw compressor, a twin screw compressor, a scroll compressor, a rotary compressor, a rotary piston type compressor, or a slide vane type compressor, a Roots blower (two-blade blower) capable of handling low pressure, a centrifugal blower, or the like.

これらの中でも、圧縮部6は、ガス製造システム100の大規模化の容易性の観点からは、遠心式圧縮機で構成することが好ましく、ガス製造システム100の製造コストを低減する観点からは、往復動圧縮機で構成することが好ましい。
圧縮部6を通過した後の排ガスの圧力は、特に限定されないが、0~1MPaGであることが好ましく、0~0.5MPaGであることがより好ましく、0.01~0.5MPaGであることがさらに好ましい。この場合、ガス製造装置1の耐圧性を必要以上に高めることなく、反応器4a、4bにおける二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率をさらに向上させることができる。
Among these, from the viewpoint of easiness in increasing the scale of the gas production system 100, it is preferable that the compression section 6 be configured with a centrifugal compressor, and from the viewpoint of reducing the manufacturing costs of the gas production system 100, it is preferable that the compression section 6 be configured with a reciprocating compressor.
The pressure of the exhaust gas after passing through the compression section 6 is not particularly limited, but is preferably 0 to 1 MPaG, more preferably 0 to 0.5 MPaG, and even more preferably 0.01 to 0.5 MPaG. In this case, the efficiency of converting carbon dioxide to carbon monoxide in the reactors 4a and 4b can be further improved without increasing the pressure resistance of the gas production apparatus 1 more than necessary.

微成分除去部7は、排ガス中に含まれる微成分(微量な不要ガス成分等)を除去する。
かかる微成分除去部7は、例えば、気液分離器、保護器(ガードリアクター)およびスクラバー(吸収塔)のうちの少なくとも1種の処理器で構成することができる。
複数の処理器を使用する場合、それらの配置順序は任意であるが、気液分離器と保護器とを組み合わせて使用する場合、気液分離器を保護器より上流側に配置するのが好ましい。この場合、排ガス中からの微成分の除去効率をより高めることができるとともに、保護器の使用期間(寿命)を延長することができる。
The minor component removal section 7 removes minor components (such as trace amounts of unnecessary gas components) contained in the exhaust gas.
The fine component removal section 7 can be composed of at least one type of treatment device selected from the group consisting of a gas-liquid separator, a guard reactor, and a scrubber (absorption tower).
When multiple treatment devices are used, the order of arrangement of the devices is arbitrary, but when a gas-liquid separator and a protective device are used in combination, it is preferable to arrange the gas-liquid separator upstream of the protective device. In this case, the efficiency of removing trace components from the exhaust gas can be further increased, and the service life (life) of the protective device can be extended.

気液分離器は、例えば、圧縮部6で排ガスを圧縮した際に生じる凝縮水(液体)を排ガスから分離する。この場合、凝縮水中には、排ガス中に残存する不要ガス成分等も溶解して除去される。
気液分離器は、例えば、単なる容器、旋回流式分離器、遠心分離器、表面張力式分離器等で構成することができる。これらの中でも、気液分離器は、構成が単純であり、安価であること等から、単なる容器で構成することが好ましい。この場合、容器内の気液界面には、気体の通過は許容するが、液体の通過を阻止するフィルタを配置するようにしてもよい。
また、この場合、容器の底部には、液体ラインを接続し、その途中にバルブを設けるようにしてもよい。かかる構成によれば、容器内に貯留された凝縮水は、バルブを開放することにより、液体ラインを介して、ガス製造装置1外に排出することができる。
なお、液体ラインを後述するタンク30に接続して、排出する凝縮水を再利用するようにしてもよい。
The gas-liquid separator separates, for example, condensed water (liquid) generated when the exhaust gas is compressed in the compression section 6 from the exhaust gas. In this case, unnecessary gas components remaining in the exhaust gas are also dissolved in the condensed water and removed.
The gas-liquid separator can be configured, for example, as a simple container, a swirl-flow separator, a centrifugal separator, a surface tension separator, etc. Among these, it is preferable that the gas-liquid separator is configured as a simple container, since it has a simple configuration and is inexpensive, etc. In this case, a filter that allows the passage of gas but prevents the passage of liquid may be disposed at the gas-liquid interface in the container.
In this case, a liquid line may be connected to the bottom of the container, and a valve may be provided on the way. With this configuration, the condensed water stored in the container can be discharged to the outside of the gas production apparatus 1 through the liquid line by opening the valve.
The liquid line may be connected to a tank 30, which will be described later, so that the discharged condensed water can be reused.

気液分離器で凝縮水が除去された排ガスは、例えば、保護器に供給するように構成することができる。
かかる保護器は、排ガス中に含まれる微成分であって、還元剤4Rとの接触により還元剤4Rの活性を低下させる成分(不活化成分)を捕捉可能な物質を備えていることが好ましい。
かかる構成によれば、排ガスが保護器を通過する際に、保護器内の物質が不活化成分と反応(捕捉)することにより、反応器4a、4b内の還元剤4Rに到達するのを阻止または抑制して保護すること(すなわち、活性の低下を防止すること)ができる。このため、還元剤4Rによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が、不活化成分の悪影響により極端に低下するのを防止または抑制することができる。
The exhaust gas from which condensed water has been removed in the gas-liquid separator may be configured to be supplied to, for example, a protector.
Such a protector preferably includes a substance capable of capturing trace components (inactivating components) contained in the exhaust gas that reduce the activity of the reducing agent 4R upon contact with the reducing agent 4R.
According to this configuration, when exhaust gas passes through the protector, the substance in the protector reacts (captures) with the inactivated components, thereby preventing or suppressing the exhaust gas from reaching the reducing agent 4R in the reactors 4a and 4b, thereby protecting the exhaust gas (i.e., preventing a decrease in activity). Therefore, it is possible to prevent or suppress a drastic decrease in the efficiency of conversion of carbon dioxide to carbon monoxide by the reducing agent 4R due to the adverse effect of the inactivated components.

かかる物質には、還元剤4Rに含まれる組成であって、不活化成分との接触により還元剤4Rの活性を低下させる組成を有する物質、具体的には、還元剤4Rに含まれる金属酸化物と同一または類似の金属酸化物を使用することができる。ここで、類似の金属酸化物とは、それに含まれる金属元素は同一であるが、組成が異なる金属酸化物、またはそれに含まれる金属元素の種類は異なるが、元素周期律表における族が同一である金属酸化物のことを言う。
また、不活化成分としては、硫黄、水銀、硫黄化合物、ハロゲン化合物、有機シリコーン、有機リンおよび有機金属化合物から選択される少なくとも1種であることが好ましく、硫黄および硫黄化合物から選択される少なくとも1種であることがより好ましい。かかる不活化成分を予め除去しておけば、還元剤4Rの活性が急激に低下するのを効果的に防止することができる。
なお、上記物質は、還元剤4Rの不活化成分と同一の成分により活性が低下する物質であればよく、酸化鉄、酸化亜鉛のような金属酸化物が上記不活化成分の捕捉能に優れる点で好ましい。
Such a substance may be a substance having a composition contained in the reducing agent 4R that reduces the activity of the reducing agent 4R by contacting with an inactivating component, specifically, a metal oxide that is the same as or similar to the metal oxide contained in the reducing agent 4R. Here, a similar metal oxide refers to a metal oxide that contains the same metal element but has a different composition, or a metal oxide that contains different types of metal elements but belongs to the same group in the periodic table of the elements.
The inactivating component is preferably at least one selected from sulfur, mercury, a sulfur compound, a halogen compound, an organic silicone, an organic phosphorus, and an organic metal compound, and more preferably at least one selected from sulfur and a sulfur compound. If such an inactivating component is removed in advance, it is possible to effectively prevent the activity of the reducing agent 4R from decreasing rapidly.
The above-mentioned substance may be any substance whose activity is reduced by the same component as the inactivating component of the reducing agent 4R, and metal oxides such as iron oxide and zinc oxide are preferred because of their excellent ability to capture the inactivating components.

保護器は、ハウジング内に網材を配置し、上記物質の粒子を網材上に載置する構成、ハウジング内に、上記物質で構成されたハニカム状のフィルタ部材や、円筒状または粒子状の成形体を配置する構成等とすることができる。
特に、保護器を圧縮部6(気液分離器)と排ガス加熱部10との間に配置する場合には、上記物質の熱による劣化を防止しつつ、不活化成分の除去効率を向上させることができる。
The protective device can be configured in such a way that a mesh material is placed within a housing and particles of the above-mentioned material are placed on the mesh material, or that a honeycomb-shaped filter member or a cylindrical or granular molded body made of the above-mentioned material is placed within the housing.
In particular, when the protective device is placed between the compression section 6 (gas-liquid separator) and the exhaust gas heating section 10, it is possible to improve the efficiency of removing inactivated components while preventing deterioration of the above-mentioned substances due to heat.

排ガス加熱部10は、反応器4a、4bに供給する前の排ガスを加熱する。排ガス加熱部10で反応前(還元前)の排ガスを予め加熱しておくことにより、反応器4a、4bにおいて、還元剤4Rによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換(還元)反応をより促進することができる。
排ガス加熱部10は、例えば、図3に示すように、電熱器101と、熱交換器(エコノマイザ)102とで構成することができる。
熱交換器102は、反応器4a、4bを通過した後のガス(混合ガス)を排出するガスラインGL4(後述参照)を構成する一部の配管を屈曲させ、ガスラインGL1を構成する配管に接近させて構成されている。かかる構成によれば、反応器4a、4bを通過した後の高温のガス(混合ガス)の熱を利用して、反応器4a、4bに供給する前の排ガスを熱交換により加熱するため、熱の有効利用を図ることができる。
The exhaust gas heating section 10 heats the exhaust gas before it is supplied to the reactors 4a and 4b. By preheating the exhaust gas before the reaction (before reduction) in the exhaust gas heating section 10, the conversion (reduction) reaction of carbon dioxide to carbon monoxide by the reducing agent 4R can be further promoted in the reactors 4a and 4b.
The exhaust gas heating section 10 can be composed of, for example, an electric heater 101 and a heat exchanger (economizer) 102 as shown in FIG.
The heat exchanger 102 is configured by bending a part of the piping constituting the gas line GL4 (see below) that discharges the gas (mixed gas) after passing through the reactors 4a and 4b, and bringing it close to the piping constituting the gas line GL1. With this configuration, the heat of the high-temperature gas (mixed gas) after passing through the reactors 4a and 4b is used to heat the exhaust gas before being supplied to the reactors 4a and 4b by heat exchange, so that the heat can be effectively utilized.

かかる熱交換器102は、例えば、ジャケット式熱交換器、浸漬コイル式熱交換器、二重管式熱交換器、シェル&チューブ式熱交換器、プレート式熱交換器、スパイラル式熱交換器等として構成することができる。
また、排ガス加熱部10では、電熱器101および熱交換器102のいずれか一方を省略してもよい。
排ガス加熱部10では、電熱器101に代えて、燃焼炉等を使用することもできる。ただし、電熱器101を使用すれば、その動力源として、再生可能エネルギーとしての電力(電気エネルギー)を使用できるため、環境への負荷を低減することができる。
再生可能エネルギーとしては、太陽光発電、風カ発電、水力発電、波力発電、潮力発電、バイオマス発電、地熱発電、太陽熱および地中熱から選択される少なくとも1つを利用した電気エネルギーが使用可能である。
The heat exchanger 102 can be configured, for example, as a jacket type heat exchanger, an immersed coil type heat exchanger, a double-pipe type heat exchanger, a shell-and-tube type heat exchanger, a plate type heat exchanger, a spiral type heat exchanger, or the like.
In addition, in the exhaust gas heating section 10, either the electric heater 101 or the heat exchanger 102 may be omitted.
In the exhaust gas heating section 10, a combustion furnace or the like can be used instead of the electric heater 101. However, if the electric heater 101 is used, electricity (electrical energy) as a renewable energy source can be used as the power source, so that the burden on the environment can be reduced.
As the renewable energy, electric energy utilizing at least one selected from photovoltaic power generation, wind power generation, hydroelectric power generation, wave power generation, tidal power generation, biomass power generation, geothermal power generation, solar heat, and geothermal heat can be used.

また、排ガス加熱部10の上流側(例えば、微成分除去部7の途中である気液分離器と保護器との間)において、ガスラインGL1から排気ガスラインを分岐させ、その端部にガス製造装置1外に設けられたベント部を接続してもよい。
この場合、排気ガスラインの途中には、好ましくはバルブが設けられる。
仮に、ガス製造装置1(ガスラインGL1)内の圧力が必要以上に上昇した場合には、バルブを開放することにより、排気ガスラインを介してベント部から排ガスの一部を排出(放出)することができる。これにより、ガス製造装置1の圧力の上昇による破損を未然に防止することができる。
In addition, an exhaust gas line may be branched off from the gas line GL1 upstream of the exhaust gas heating section 10 (for example, between the gas-liquid separator and the protector midway through the microcomponent removal section 7), and a vent section provided outside the gas manufacturing apparatus 1 may be connected to the end of the exhaust gas line.
In this case, a valve is preferably provided in the exhaust gas line.
If the pressure in the gas production device 1 (gas line GL1) rises more than necessary, a valve can be opened to discharge (release) part of the exhaust gas from the vent through the exhaust gas line, thereby preventing damage to the gas production device 1 due to an increase in pressure.

ガスラインGL2は、その一端部において還元ガス供給部3に接続されている。一方、ガスラインGL2は、ガス切換部8および2つのガスラインGL3a、GL3bを介して、それぞれ反応部4が備える反応器4a、4bの入口ポートに接続されている。
還元ガス供給部3は、二酸化炭素との接触により酸化された還元剤4Rを還元する還元物質を含む還元ガスを供給する。本実施形態の還元ガス供給部3は、水の電気分解により水素を発生させる水素発生装置で構成され、この水素発生装置に水を貯留したガス製造装置1外のタンク(還元ガス原料貯留部)30が接続されている。かかる構成により、水素発生装置(還元ガス供給部3)から供給された水素(還元物質)を含む還元ガスが、ガスラインGL2を通過して、各反応器4a、4bに供給される。
水素発生装置によれば、多量の水素を比較的安価かつ簡便に生成することができる。また、ガス製造装置1内で発生する凝縮水を再利用できるという利点もある。なお、ガス製造装置1の中でも、水素発生装置での電気エネルギーの消費が大きいため、上述したような再生可能エネルギーとしての電力を使用することが有効である。
One end of the gas line GL2 is connected to the reducing gas supply unit 3. On the other hand, the gas line GL2 is connected to the inlet ports of the reactors 4a and 4b provided in the reaction unit 4 via a gas switching unit 8 and two gas lines GL3a and GL3b, respectively.
The reducing gas supply unit 3 supplies a reducing gas containing a reducing substance that reduces the reducing agent 4R oxidized by contact with carbon dioxide. The reducing gas supply unit 3 in this embodiment is composed of a hydrogen generation device that generates hydrogen by electrolysis of water, and a tank (reducing gas raw material storage unit) 30 that stores water and is outside the gas production apparatus 1 is connected to this hydrogen generation device. With this configuration, the reducing gas containing hydrogen (reducing substance) supplied from the hydrogen generation device (reducing gas supply unit 3) passes through the gas line GL2 and is supplied to each of the reactors 4a, 4b.
The hydrogen generation device can generate a large amount of hydrogen relatively cheaply and easily. Another advantage is that the condensed water generated in the gas production device 1 can be reused. Since the hydrogen generation device consumes a large amount of electric energy in the gas production device 1, it is effective to use electricity as a renewable energy source as described above.

なお、水素発生装置には、副生水素を発生する装置を使用することもできる。この場合、副生水素を含む還元ガスが各反応器4a、4bに供給される。副生水素を発生する装置としては、例えば、塩化ナトリウム水溶液を電気分解する装置、石油を水蒸気改質する装置、アンモニアを製造する装置等が挙げられる。
また、ガス製造装置1外のコークス炉に接続部を介してガスラインGL2を接続し、コークス炉からの排ガスを還元ガスとして使用するようにしてもよい。この場合、接続部が還元ガス供給部を構成する。コークス炉からの排ガスは、水素およびメタンを主成分とし、水素を50~60体積%で含むためである。
ガスラインGL2の途中には、還元ガス加熱部11が設けられている。この還元ガス加熱部11は、反応器4a、4bに供給する前の還元ガスを加熱する。還元ガス加熱部11で反応前(酸化前)の還元ガスを予め加熱しておくことにより、反応器4a、4bにおける還元ガスによる還元剤4Rの還元(再生)反応をより促進することができる。
The hydrogen generating device may be a device that generates by-product hydrogen. In this case, a reducing gas containing by-product hydrogen is supplied to each of the reactors 4a and 4b. Examples of devices that generate by-product hydrogen include devices that electrolyze a sodium chloride aqueous solution, devices that steam reform petroleum, and devices that manufacture ammonia.
Also, the gas line GL2 may be connected via a connection part to a coke oven outside the gas production apparatus 1 so that the exhaust gas from the coke oven is used as the reducing gas. In this case, the connection part constitutes a reducing gas supply part. This is because the exhaust gas from the coke oven is mainly composed of hydrogen and methane, and contains 50 to 60 volume % hydrogen.
A reducing gas heating section 11 is provided in the gas line GL2. This reducing gas heating section 11 heats the reducing gas before it is supplied to the reactors 4a and 4b. By preheating the reducing gas before reaction (before oxidation) in the reducing gas heating section 11, the reduction (regeneration) reaction of the reducing agent 4R by the reducing gas in the reactors 4a and 4b can be further promoted.

還元ガス加熱部11は、上記排ガス加熱部10と同様にして構成することができる。還元ガス加熱部11は、電熱器のみ、熱交換器のみ、電熱器と熱交換器との組み合わせで構成することが好ましく、熱交換器のみ、電熱器と熱交換器との組み合わせで構成することがより好ましい。
還元ガス加熱部11が熱交換器を備えれば、反応器4a、4bを通過した後の高温のガス(例えば、混合ガス)の熱を利用して、反応器4a、4bに供給する前の還元ガスを熱交換により加熱するため、熱の有効利用を図ることができる。
The reducing gas heating section 11 can be configured in the same manner as the above-mentioned exhaust gas heating section 10. The reducing gas heating section 11 is preferably configured with only an electric heater, only a heat exchanger, or a combination of an electric heater and a heat exchanger, and more preferably configured with only a heat exchanger, or a combination of an electric heater and a heat exchanger.
If the reducing gas heating section 11 is equipped with a heat exchanger, the heat of the high-temperature gas (e.g., mixed gas) after passing through the reactors 4a, 4b can be used to heat the reducing gas by heat exchange before being supplied to the reactors 4a, 4b, thereby enabling effective use of heat.

以上のような構成によれば、ガス切換部8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が収容された反応器4aに、ガスラインGL3aを介して排ガスを供給し、酸化後の還元剤4Rが収容された反応器4bに、ガスラインGL3bを介して還元ガスを供給することができる。このとき、反応器4aでは下記式1の反応が進行し、反応器4bでは下記式2の反応が進行する。
なお、下記式1および式2では、還元剤4Rに含まれる金属酸化物が酸化鉄(FeOx-1)であ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8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、反応器4aでは上記式2の反応を進行させ、反応器4bでは上記式1の反応を進行させることができる。
According to the above configuration, by switching the gas line (flow path) in the gas switching unit 8, for example, exhaust gas can be supplied via gas line GL3a to reactor 4a containing pre-oxidized reducing agent 4R, and reducing gas can be supplied via gas line GL3b to reactor 4b containing post-oxidized reducing agent 4R. At this time, the reaction of the following formula 1 proceeds in reactor 4a, and the reaction of the following formula 2 proceeds in reactor 4b.
In the following formulas 1 and 2, the metal oxide contained in the reducing agent 4R is iron oxide (FeOx-1) is shown as an example.
Formula 1: CO2+ FeOx-1 →CO + FeOx
Formula 2: H2+ FeOx→ H2O + FeOx-1
Then, by switching the gas line in the opposite direction in the gas switching unit 8, the reaction of the above formula 2 can be carried out in the reactor 4a, and the reaction of the above formula 1 can be carried out in the reactor 4b.

なお、上記式1および式2に示す反応は、いずれも吸熱反応である。このため、ガス製造装置1は、還元剤4Rに排ガスまたは還元ガスを接触させる際(すなわち、排ガスまたは還元ガスと還元剤4Rとの反応の際)に、還元剤4Rを加熱する還元剤加熱部(図1中、図示せず。)をさらに有することが好ましい。
かかる還元剤加熱部を設けることにより、排ガスまたは還元ガスと還元剤4Rとの反応における温度を高温に維持して、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率の低下を好適に防止または抑制するとともに、還元ガスによる還元剤4Rの再生をさらに促進することができる。
The reactions shown in the above formulas 1 and 2 are both endothermic reactions. For this reason, the gas production device 1 preferably further includes a reducing agent heating section (not shown in FIG. 1 ) that heats the reducing agent 4R when the exhaust gas or reducing gas is brought into contact with the reducing agent 4R (i.e., when the exhaust gas or reducing gas reacts with the reducing agent 4R).
By providing such a reducing agent heating section, the temperature in the reaction between the exhaust gas or reducing gas and the reducing agent 4R can be maintained at a high temperature, thereby preferably preventing or suppressing a decrease in the conversion efficiency of carbon dioxide to carbon monoxide, and further promoting 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および式2に示す反応が発熱反応となる場合がある。この場合、ガス製造装置1は、還元剤加熱部に代えて、還元剤4Rを冷却する還元剤冷却部を有することが好ましい。かかる還元剤冷却部を設けることにより、排ガスまたは還元ガスと還元剤4Rとの反応の際に、還元剤4Rが劣化するのを好適に阻止して、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率の低下を好適に防止または抑制するとともに、還元ガスによる還元剤4Rの再生をさらに促進することができる。
つまり、ガス製造装置1には、還元剤4Rの種類(発熱反応または吸熱反応)の違いによって、還元剤4Rの温度を調整する還元剤温調部を設けることが好ましい。
なお、還元剤温調部の好適な構成については、後に詳述する。
However, depending on the type of reducing agent 4R, the reactions shown in the above formulas 1 and 2 may be exothermic reactions. In this case, the gas production device 1 preferably has a reducing agent cooling unit that cools the reducing agent 4R instead of the reducing agent heating unit. By providing such a reducing agent cooling unit, it is possible to suitably prevent deterioration of the reducing agent 4R during the reaction between the exhaust gas or reducing gas and the reducing agent 4R, suitably prevent or suppress a decrease in the conversion efficiency of carbon dioxide to carbon monoxide, and further promote regeneration of the reducing agent 4R by the reducing gas.
In other words, the gas production device 1 is preferably provided with a reducing agent temperature adjustment unit that adjusts the temperature of the reducing agent 4R depending on the type of reducing agent 4R (exothermic reaction or endothermic reaction).
A suitable configuration of the reducing agent temperature adjustment section will be described in detail later.

反応器4a、4bの出口ポートには、それぞれ分岐ガスラインGL4a、GL4bが接続され、これらがガス合流部J4において合流して、ガスラインGL4を構成している。また、分岐ガスラインGL4a、GL4bの途中には、必要に応じて、それぞれバルブ(図示せず。)が設けられる。
例えば、バルブの開度を調整することにより、反応器4a、4bを通過する排ガスおよび還元ガスの通過速度(すなわち、還元剤4Rによる排ガスの処理速度および還元ガスによる還元剤4Rの処理速度)を設定することができる。
本実施形態では、反応器4a、4bおよびガス切換部8により、反応部4が構成されている。
The outlet ports of the reactors 4a and 4b are connected to branch gas lines GL4a and GL4b, respectively, which join at a gas junction J4 to form the gas line GL4. In addition, valves (not shown) are provided midway along the branch gas lines GL4a and GL4b, as necessary.
For example, by adjusting the opening of the valve, the passing speed of the exhaust gas and the reducing gas passing through the reactors 4a, 4b (i.e., the treatment speed of the exhaust gas by the reducing agent 4R and the treatment speed of the reducing agent 4R by the reducing gas) can be set.
In this embodiment, the reactors 4 a, 4 b and the gas switching unit 8 constitute the reaction unit 4 .

かかる構成により、反応器4a、4bのそれぞれを通過したガス(本実施形態では、主に、一酸化炭素および水蒸気)は、ガス合流部J4において合流することにより混合され、混合ガス(合流ガス)が生成された後、1つのガスラインGL4を通過するようになる。
このため、ガス切換部8の流路切換状態(バルブの開閉状態)を変更して、反応器4a、4bのそれぞれで異なる反応を行えば、混合ガスを連続して製造することができ、最終的には、生成ガスも連続して製造することもできる。また、反応器4a、4bにおいて交互に同一の反応を繰り返し行うため、混合ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を安定化させ、結果として、生成ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を安定化させることもできる。
したがって、上述したガス製造装置1(ガス製造システム100)は、二酸化炭素から一酸化炭素を連続かつ安定して製造することができ、工業的に有利である。
With this configuration, the gases (mainly carbon monoxide and water vapor in this embodiment) that have passed through each of the reactors 4a, 4b are mixed by merging at the gas junction J4, and after a mixed gas (junction gas) is generated, it passes through a single gas line GL4.
Therefore, by changing the flow path switching state (open/closed state of the valve) of the gas switching unit 8 to perform different reactions in the reactors 4a and 4b, it is possible to continuously produce the mixed gas, and ultimately the product gas can also be continuously produced. In addition, since the same reaction is repeatedly performed alternately in the reactors 4a and 4b, the concentration of carbon monoxide contained in the mixed gas can be stabilized, and as a result, the concentration of carbon monoxide contained in the product gas can also be stabilized.
Therefore, the above-described gas production apparatus 1 (gas production system 100) can continuously and stably produce carbon monoxide from carbon dioxide, which is industrially advantageous.

これに対して、ガス合流部J4を設けない場合、供給するガスを切り換える際には、ガス切換部8を遮断する(バルブを一旦閉じる)必要が生じ、各反応器4a、4bをバッチ式とせざるを得ない。このため、一酸化炭素の製造時間が長時間となり、変換効率が悪く、工業的に不利である。
また、各反応器4a、4bから排出されるガスの成分が、供給するガスを切り換える度に異なってしまう。このため、各反応器4a、4bから排出されたガスの後処理工程が複雑になってしまう。
ここで、混合ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度は、通常、特定の範囲(混合ガス全体に対して所定の体積%)に調整するのが好ましい。この濃度が低過ぎると、後述するガス精製部9の性能にもよるが、一酸化炭素を高濃度で含む生成ガスを得るのが難しくなる傾向がある。一方、この濃度の上限値を超えて高くしても、最終的に得られる生成ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度をさらに高める効果のそれ以上の増大が期待できない。
On the other hand, if the gas junction J4 is not provided, it becomes necessary to shut off the gas switching unit 8 (close the valve once) when switching the gas to be supplied, and each of the reactors 4a and 4b must be of a batch type, which results in a long time for producing carbon monoxide, poor conversion efficiency, and is industrially disadvantageous.
In addition, the components of the gas discharged from each of the reactors 4a and 4b differ every time the gas supply is switched, which makes the post-treatment process of the gas discharged from each of the reactors 4a and 4b complicated.
Here, it is usually preferable to adjust the concentration of carbon monoxide contained in the mixed gas to a specific range (a predetermined volume % relative to the entire mixed gas). If this concentration is too low, it tends to be difficult to obtain a product gas containing a high concentration of carbon monoxide, although this depends on the performance of the gas purification section 9 described below. On the other hand, even if the concentration is increased beyond the upper limit, no further increase in the effect of increasing the concentration of carbon monoxide contained in the final product gas cannot be expected.

ガスラインGL4の反応器4a、4bの反対側の端部には、生成ガスをガス製造装置1外に排出する生成ガス排出部40が接続されている。
また、ガスラインGL4の途中には、ガス精製部9が設けられている。
ガス精製部9では、混合ガスから一酸化炭素を精製して、高濃度の一酸化炭素を含む生成ガスを回収する。なお、混合ガス中の一酸化炭素濃度が十分に高い場合には、ガス精製部9を省略してもよい。
かかるガス精製部9は、例えば、冷却器、気液分離器、ガス分離器、分離膜およびスクラバー(吸収塔)のうちの少なくとも1種の処理器で構成することができる。
複数の処理器を使用する場合、それらの配置順序は任意であるが、冷却器と気液分離器とガス分離器とを組み合わせて使用する場合、この順で配置するのが好ましい。この場合、混合ガスからの一酸化炭素の精製効率をより高めることができる。
A generated gas discharge part 40 that discharges the generated gas to the outside of the gas production apparatus 1 is connected to the end of the gas line GL4 opposite to the reactors 4a, 4b.
Further, a gas purification section 9 is provided in the middle of the gas line GL4.
In the gas purification unit 9, carbon monoxide is purified from the mixed gas and a product gas containing a high concentration of carbon monoxide is recovered. Note that, if the concentration of carbon monoxide in the mixed gas is sufficiently high, the gas purification unit 9 may be omitted.
The gas purification section 9 can be composed of at least one type of treatment device selected from the group consisting of a cooler, a gas-liquid separator, a gas separator, a separation membrane, and a scrubber (absorption tower).
When multiple treatment devices are used, the order of arrangement of the devices may be arbitrary, but when a cooler, a gas-liquid separator, and a gas separator are used in combination, it is preferable to arrange them in this order, which can further increase the efficiency of purifying carbon monoxide from the mixed gas.

冷却器は、混合ガスを冷却する。これにより、凝縮水(液体)が生成する。
かかる冷却器は、配管の周囲に冷媒を通過させるためのジャケットを配置したジャケット式の冷却装置、反応器4a、4bと同様の構成(図2参照)とし、管体内に混合ガスを、管体の周囲に冷媒をそれぞれ通過させる多管式の冷却装置、エアフィンクーラー等を含んで構成することができる。
The cooler cools the mixed gas, which produces condensed water (liquid).
Such a cooler can be configured to include a jacket-type cooling device in which a jacket is disposed around a pipe for passing a refrigerant, a multi-tube cooling device having a configuration similar to that of the reactors 4a and 4b (see FIG. 2) in which the mixed gas passes through a tube and the refrigerant passes around the tube, an air fin cooler, or the like.

気液分離器は、冷却器で混合ガスを冷却する際に生じる凝縮水を混合ガスから分離する。このとき、凝縮水には、混合ガス中に残存する不要ガス成分(特に、二酸化炭素)を溶解して除去することができるという利点がある。
気液分離器は、微成分除去部7の気液分離器と同様に構成することができ、好ましくは単なる容器で構成することができる。この場合、容器内の気液界面には、気体の通過は許容するが、液体の通過を阻止するフィルタを配置するようにしてもよい。
また、この場合、容器の底部には、液体ラインを接続し、その途中にバルブを設けるようにしてもよい。かかる構成によれば、容器内に貯留された凝縮水は、バルブを開放することにより、液体ラインを介して、ガス製造装置1外に排出(放出)することができる。
The gas-liquid separator separates condensed water generated when the mixed gas is cooled by the cooler from the mixed gas. At this time, the condensed water has the advantage that it can dissolve and remove unnecessary gas components (especially carbon dioxide) remaining in the mixed gas.
The gas-liquid separator can be configured similarly to the gas-liquid separator of the fine component removing section 7, and can preferably be configured as a simple container. In this case, a filter that allows the passage of gas but prevents the passage of liquid may be disposed at the gas-liquid interface in the container.
In this case, a liquid line may be connected to the bottom of the container, and a valve may be provided on the way. With this configuration, the condensed water stored in the container can be discharged (released) to the outside of the gas production apparatus 1 through the liquid line by opening the valve.

さらに、液体ラインの途中のバルブより下流側には、ドレイントラップを設けることが好ましい。これにより、仮に、バルブが誤作動して、液体ラインに一酸化炭素や水素が流出しても、ドレイントラップに貯留され、ガス製造装置1外に排出されるのを未然に防止することができる。このドレイントラップに代えて、あるいは、ドレイントラップとともに、バルブの誤作動検知機能、バルブが誤作動した際の冗長化対策を施してもよい。
なお、液体ラインを上述したタンク30に接続して、排出する凝縮水を再利用するようにしてもよい。
Furthermore, it is preferable to provide a drain trap downstream of the valve in the liquid line. With this, even if the valve malfunctions and carbon monoxide or hydrogen flows into the liquid line, the carbon monoxide or hydrogen can be stored in the drain trap and prevented from being discharged outside the gas production apparatus 1. Instead of or together with this drain trap, a function for detecting valve malfunction and a redundancy measure in case of valve malfunction may be provided.
The liquid line may be connected to the tank 30 described above so as to reuse the discharged condensed water.

ガス分離器は、例えば、低温分離方式(深冷方式)の分離器、圧力スイング吸着(PSA)方式の分離器、膜分離方式の分離器、温度スイング吸着(TSA)方式の分離器、金属イオン(例えば、銅イオン)と有機配位子(例えば、5-アジドイソフタル酸)とを複合化した多孔性配位高分子(Porous Coordination Polymer:PCP)を用いた分離器、アミン吸収を利用した分離器等のうちの1種または2種以上を用いて構成することができる。
また、ガスラインGL4の気液分離器とガス分離器との間には、バルブを設けるようにしてもよい。この場合、バルブの開度を調整することにより、混合ガスの処理速度(生成ガスの製造速度)を調節することができる。
The gas separator may be configured using one or more of the following: a low-temperature separation type (cryogenic type) separator, a pressure swing adsorption (PSA) type separator, a membrane separation type separator, a temperature swing adsorption (TSA) type separator, a separator using a porous coordination polymer (PCP) in which a metal ion (e.g., copper ion) and an organic ligand (e.g., 5-azidoisophthalic acid) are composited, and a separator using amine absorption.
A valve may be provided between the gas-liquid separator and the gas separator in the gas line GL4. In this case, the processing speed of the mixed gas (the production speed of the generated gas) can be adjusted by adjusting the opening of the valve.

本実施形態では、気液分離器から排出される混合ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度は、混合ガス全体に対して75~90体積%となっている。
したがって、比較的低い濃度(75~90体積%)で一酸化炭素を含む生成ガスを利用可能な分野では、混合ガスから一酸化炭素を精製することなく、そのまま次工程に供給することができる。すなわち、ガス分離器を省略することができる。
かかる分野としては、例えば、生成ガスから微生物(例えば、クロストリジウム等)による発酵により有価物質(例えば、エタノール等)を合成する分野、生成ガスを燃料または還元剤として使用して鉄鋼を製造する分野、電気デバイスを製造する分野、一酸化炭素を合成原料とする化学品(ホスゲン、酢酸等)を合成する分野等が挙げられる。
In this embodiment, the concentration of carbon monoxide contained in the mixed gas discharged from the gas-liquid separator is 75 to 90% by volume with respect to the entire mixed gas.
Therefore, in fields where a product gas containing a relatively low concentration of carbon monoxide (75 to 90% by volume) can be used, the carbon monoxide can be directly supplied to the next process without being purified from the mixed gas, i.e., a gas separator can be omitted.
Such fields include, for example, the field of synthesizing valuable substances (e.g., ethanol, etc.) from generated gas by fermentation with microorganisms (e.g., Clostridium, etc.), the field of producing steel using generated gas as a fuel or reducing agent, the field of producing electric devices, and the field of synthesizing chemicals (phosgene, acetic acid, etc.) using carbon monoxide as a synthetic raw material.

一方、比較的高い濃度(90体積%超)で一酸化炭素を含む生成ガスを利用する必要がある分野では、混合ガスから一酸化炭素を精製して、高濃度で一酸化炭素を含む生成ガスを得る。
かかる分野としては、例えば、生成ガスを還元剤として使用する分野(高炉)、生成ガスを燃料として使用して火力により発電する分野、生成ガスを原料として化学品を製造する分野、生成ガスを燃料として使用する燃料電池の分野等が挙げられる。
On the other hand, in fields where it is necessary to utilize a product gas containing carbon monoxide at a relatively high concentration (more than 90% by volume), carbon monoxide is purified from the mixed gas to obtain a product gas containing carbon monoxide at a high concentration.
Such fields include, for example, a field in which the generated gas is used as a reducing agent (blast furnaces), a field in which the generated gas is used as fuel to generate electricity by thermal power, a field in which the generated gas is used as a raw material to manufacture chemicals, and a field in which the generated gas is used as fuel for fuel cells.

次に、ガス製造システム100の使用方法(作用)について説明する。
[1]まず、ガス切換部8においてガスライン(流路)を切り換えることにより、接続部2と反応器4aとを連通し、還元ガス供給部3と反応器4bとを連通する。
[2]次に、この状態で、炉20から接続部2を介して排ガスの供給を開始する。
炉20から供給される排ガスは、通常、50~300℃の高温であるが、濃度調整部5に至るまでに、30~50℃にまで冷却される。
Next, the use (operation) of the gas production system 100 will be described.
[1] First, the gas lines (flow paths) are switched in the gas switching unit 8 to communicate the connection unit 2 with the reactor 4a and to communicate the reducing gas supply unit 3 with the reactor 4b.
[2] Next, in this state, the supply of exhaust gas from the furnace 20 via the connection part 2 is started.
The exhaust gas supplied from the furnace 20 is usually at a high temperature of 50 to 300° C., but is cooled to 30 to 50° C. before reaching the concentration adjusting section 5 .

[3]次に、排ガスは、酸素除去装置(濃度調整部5)を通過する。これにより、排ガスから酸素が除去され、排ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度が上昇する。
[4]次に、排ガスは、圧縮部6を通過する。これにより、排ガスの圧力が上昇する。
[5]次に、排ガスは、微成分除去部7を通過する。これにより、圧縮部6で排ガスを圧縮した際に生じる凝縮水や、還元剤4Rの活性を低下させる不活化成分が排ガスから除去される。
[3] Next, the exhaust gas passes through an oxygen remover (concentration adjuster 5), which removes oxygen from the exhaust gas and increases the concentration of carbon dioxide contained in the exhaust gas.
[4] The exhaust gas then passes through compression section 6, which increases the pressure of the exhaust gas.
[5] Next, the exhaust gas passes through the fine component removal section 7. This removes condensed water generated when the exhaust gas is compressed in the compression section 6 and inactive components that reduce the activity of the reducing agent 4R from the exhaust gas.

[6]次に、排ガスは、排ガス加熱部10を通過する。これにより、排ガスが加熱される。
[7]次に、排ガスは、反応器4aに供給される。反応器4aでは、還元剤4Rにより排ガス中の二酸化炭素が一酸化炭素に還元される。このとき、還元剤4Rは、酸化される。
上記工程[6]における排ガスの加熱温度は、300~700℃であることが好ましく、450~700℃であることがより好ましく、600~700℃であることがさらに好ましく、650~700℃であることが特に好ましい。排ガスの加熱温度を上記範囲に設定すれば、例えば、二酸化炭素を一酸化炭素へ変換する際の吸熱反応による還元剤4Rの急激な温度低下を防止または抑制することができるため、反応器4aにおける二酸化炭素の還元反応をより円滑に進行させることができる。
[6] Next, the exhaust gas passes through the exhaust gas heating section 10. This causes the exhaust gas to be heated.
[7] Next, the exhaust gas is supplied to the reactor 4a. In the reactor 4a, the carbon dioxide in the exhaust gas is reduced to carbon monoxide by the reducing agent 4R. At this time, the reducing agent 4R is oxidized.
The heating temperature of the exhaust gas in the above step [6] is preferably 300 to 700° C., more preferably 450 to 700° C., further preferably 600 to 700° C., and particularly preferably 650 to 700° C. If the heating temperature of the exhaust gas is set within the above range, for example, a sudden decrease in temperature of the reducing agent 4R due to an endothermic reaction when carbon dioxide is converted to carbon monoxide can be prevented or suppressed, and the reduction reaction of carbon dioxide in the reactor 4a can proceed more smoothly.

[8]上記工程[2]~[7]と並行して、タンク30から水(還元ガス原料)を水素発生装置(還元ガス供給部3)に供給し、水から水素を生成する。
[9]次に、水素を含む還元ガスは、還元ガス加熱部11を通過する。これにより、還元ガスが加熱される。
[10]次に、還元ガスは、反応器4bに供給される。反応器4bでは、還元ガス(水素)により酸化状態の還元剤4Rが還元(再生)される。
上記工程[9]における還元ガスの加熱温度は、300~700℃であることが好ましく、450~700℃であることがより好ましく、600~700℃であることがさらに好ましく、650~700℃であることが特に好ましい。還元ガスの加熱温度を上記範囲に設定すれば、例えば、酸化状態の還元剤4Rを還元(再生)する際の吸熱反応による還元剤4Rの急激な温度低下を防止または抑制することができるため、反応器4bにおける還元剤4Rの還元反応をより円滑に進行させることができる。
[8] In parallel with the above steps [2] to [7], water (reducing gas raw material) is supplied from the tank 30 to the hydrogen generation device (reducing gas supply unit 3), and hydrogen is generated from the water.
[9] Next, the reducing gas containing hydrogen passes through the reducing gas heating section 11. This causes the reducing gas to be heated.
[10] Next, the reducing gas is supplied to the reactor 4b. In the reactor 4b, the reducing agent 4R in an oxidized state is reduced (regenerated) by the reducing gas (hydrogen).
The heating temperature of the reducing gas in the above step [9] is preferably 300 to 700° C., more preferably 450 to 700° C., further preferably 600 to 700° C., and particularly preferably 650 to 700° C. If the heating temperature of the reducing gas is set within the above range, for example, a sudden decrease in temperature of the reducing agent 4R due to an endothermic reaction when reducing (regenerating) the reducing agent 4R in an oxidized state can be prevented or suppressed, so that the reduction reaction of the reducing agent 4R in the reactor 4b can proceed more smoothly.

ここで、排ガス加熱部10による排ガスの加熱温度をX[℃]とし、還元ガス加熱部11による還元ガスの加熱温度をY[℃]としたとき、|X-Y|(すなわち、XとYとの差の絶対値)は、0~25なる関係を満足することが好ましく、0~20なる関係を満足することがより好ましく、0~15なる関係を満足することがさらに好ましい。換言すれば、排ガスの加熱温度Xと還元ガスの加熱温度Yとは同一であっても、若干異なっていてもよい。上記関係を満足するように、XおよびYを設定すれば、二酸化炭素の一酸化炭素への変換と還元ガスによる還元剤4Rの還元とを良好なバランスで進行させることができる。
なお、排ガスの加熱温度Xと還元ガスの加熱温度Yとを異ならせる場合、還元ガスによる還元剤4Rの還元反応に要する熱量が、還元剤4Rによる二酸化炭素の還元反応に要する熱量よりも大きくなる傾向にあるため、還元ガスの加熱温度Yを排ガスの加熱温度Xより高く設定することが好ましい。
Here, when the heating temperature of the exhaust gas by the exhaust gas heating unit 10 is X [°C] and the heating temperature of the reducing gas by the reducing gas heating unit 11 is Y [°C], |X-Y| (i.e., the absolute value of the difference between X and Y) preferably satisfies a relationship of 0 to 25, more preferably satisfies a relationship of 0 to 20, and even more preferably satisfies a relationship of 0 to 15. In other words, the heating temperature X of the exhaust gas and the heating temperature Y of the reducing gas may be the same or slightly different. If X and Y are set so as to satisfy the above relationship, the conversion of carbon dioxide to carbon monoxide and the reduction of the reducing agent 4R by the reducing gas can be proceeded in a good balance.
In addition, when the heating temperature X of the exhaust gas and the heating temperature Y of the reducing gas are made different, the amount of heat required for the reduction reaction of the reducing agent 4R by the reducing gas tends to be larger than the amount of heat required for the reduction reaction of carbon dioxide by the reducing agent 4R, so it is preferable to set the heating temperature Y of the reducing gas higher than the heating temperature X of the exhaust gas.

本実施形態において、ガス切換部8においてガスラインの切り換えタイミング(すなわち、反応器4a、4bに供給する排ガスと還元ガスとの切り換えタイミング)は、条件I:反応器4aまたは4bへ所定の量の排ガスを供給したとき、または条件II:二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が所定の値を下回ったときとすることが好ましい。これにより、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が大きく低下する前に、反応器4a、4bの切り換えを行うため、混合ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を増大させ、かつ安定化させることができる。
なお、条件IIの検出には、反応器4a、4bの入口および出口ポート付近にそれぞれガス濃度センサを配置しておけばよい。このガス濃度センサの検出値に基づいて、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率を計算により求めることができる。
In this embodiment, the timing of switching the gas lines in the gas switching unit 8 (i.e., the timing of switching between the exhaust gas and the reducing gas supplied to the reactors 4a, 4b) is preferably set to Condition I: when a predetermined amount of exhaust gas is supplied to the reactor 4a or 4b, or Condition II: when the conversion efficiency of carbon dioxide to carbon monoxide falls below a predetermined value. In this way, the reactors 4a, 4b are switched before the conversion efficiency of carbon dioxide to carbon monoxide drops significantly, so that the concentration of carbon monoxide contained in the mixed gas can be increased and stabilized.
To detect condition II, gas concentration sensors may be disposed near the inlet and outlet ports of the reactors 4a and 4b, respectively. The conversion efficiency of carbon dioxide to carbon monoxide can be calculated based on the detection values of the gas concentration sensors.

また、混合ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度をより安定化させる観点から、反応器4a、4bへの排ガスの供給量と、反応器4a、4bへの還元ガスの供給量とは、できる限り近くなるように設定することが好ましい。具体的には、反応器4a、4bへの排ガスの供給量P[mL/分]とし、反応器4a、4bへの還元ガスの供給量をQ[mL/分]としたとき、P/Qは、0.9~2なる関係を満足することが好ましく、0.95~1.5なる関係を満足することがより好ましい。排ガスの供給量Pが多過ぎると、反応器4a、4b内の還元剤4Rの量によっては、一酸化炭素に変換されることなく、反応器4a、4bから排出される二酸化炭素の量が増加する傾向がある。 In addition, from the viewpoint of further stabilizing the concentration of carbon monoxide contained in the mixed gas, it is preferable to set the amount of exhaust gas supplied to the reactors 4a and 4b and the amount of reducing gas supplied to the reactors 4a and 4b as close as possible. Specifically, when the amount of exhaust gas supplied to the reactors 4a and 4b is P [mL/min] and the amount of reducing gas supplied to the reactors 4a and 4b is Q [mL/min], it is preferable that P/Q satisfies a relationship of 0.9 to 2, and more preferably a relationship of 0.95 to 1.5. If the amount of exhaust gas supplied P is too large, depending on the amount of reducing agent 4R in the reactors 4a and 4b, the amount of carbon dioxide discharged from the reactors 4a and 4b tends to increase without being converted to carbon monoxide.

上記条件Iにおける所定の量は、還元剤4Rに占める質量の割合が最も多い金属元素1モル当たり、二酸化炭素が0.01~3モルの量であることが好ましく、0.1~2.5モルの量であることがより好ましい。
また、上記条件IIにおける所定の値は、50~100%であることが好ましく、60~100%であることがより好ましく、70~100%であることがさらに好ましい。なお、所定値の上限は、95%以下であってもよく、90%以下であってもよい。
いずれの場合も、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が極端に低下する前に、反応器4a、4bの切り換えが可能であり、結果として、一酸化炭素を高濃度で含む混合ガスを安定して得ることができ、よって、一酸化炭素を高濃度で含む生成ガスを製造することもできる。
The predetermined amount in the above condition I is preferably an amount of 0.01 to 3 moles, and more preferably an amount of 0.1 to 2.5 moles, of carbon dioxide per mole of the metal element having the largest mass ratio in the reducing agent 4R.
The predetermined value in the above condition II is preferably 50 to 100%, more preferably 60 to 100%, and even more preferably 70 to 100%. The upper limit of the predetermined value may be 95% or less, or may be 90% or less.
In either case, it is possible to switch between the reactors 4a and 4b before the conversion efficiency of carbon dioxide to carbon monoxide drops drastically, and as a result, a mixed gas containing a high concentration of carbon monoxide can be stably obtained, and therefore a product gas containing a high concentration of carbon monoxide can also be produced.

なお、還元ガス(還元物質)の供給量Qは、還元剤4Rに占める質量の割合が最も多い金属元素1モル当たり、水素が0.1~3モルの量であることが好ましく、0.15~2.5モルの量であることがより好ましい。還元ガスの供給量Qを上限値を超えて多くしても、酸化状態の還元剤4Rを還元する効果のそれ以上の増大が期待できない。一方、還元ガスの供給量Qが少な過ぎると、還元ガス中に含まれる水素の量によっては、還元剤4Rの還元が不十分になる場合がある。
また、反応器4a、4bに供給する還元ガスの圧力は、大気圧であってもよく、加圧(排ガスと同程度)であってもよい。
The supply amount Q of the reducing gas (reducing substance) is preferably 0.1 to 3 moles of hydrogen per mole of the metal element having the largest mass ratio in the reducing agent 4R, and more preferably 0.15 to 2.5 moles. Even if the supply amount Q of the reducing gas is increased beyond the upper limit, no further increase in the effect of reducing the oxidized reducing agent 4R can be expected. On the other hand, if the supply amount Q of the reducing gas is too small, the reduction of the reducing agent 4R may be insufficient depending on the amount of hydrogen contained in the reducing gas.
The pressure of the reducing gas supplied to the reactors 4a and 4b may be atmospheric pressure or pressurized (approximately the same as that of the exhaust gas).

[11]次に、反応器4a、4bを通過したガスは、合流して混合ガスが生成される。この時点で、混合ガスの温度は、通常、600~650℃である。この時点での混合ガスの温度が上記範囲であれば、反応器4a、4b内の温度が十分に高温に維持されていることを意味し、還元剤4Rによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換や、還元ガスによる還元剤4Rの還元が効率よく進行していると判断することができる。
[12]次に、混合ガスは、ガス精製部9に至るまでに、100~300℃にまで冷却される。
[13]次に、混合ガスは、ガス精製部9を通過する。これにより、例えば、生成された凝縮水および凝縮水に溶解する二酸化炭素等が除去される。その結果、混合ガスから一酸化炭素が精製され、一酸化炭素を高濃度で含む生成ガスが得られる。
なお、得られる生成ガスの温度は、20~50℃である。
[14]次に、生成ガスは、生成ガス排出部40からガス製造装置1外に排出され、次工程に供される。
[11] Next, the gases that have passed through the reactors 4a and 4b are joined together to generate a mixed gas. At this point, the temperature of the mixed gas is usually 600 to 650° C. If the temperature of the mixed gas at this point is within the above range, it means that the temperature inside the reactors 4a and 4b is maintained at a sufficiently high temperature, and it can be determined that the conversion of carbon dioxide to carbon monoxide by the reducing agent 4R and the reduction of the reducing agent 4R by the reducing gas are proceeding efficiently.
[12] Next, the mixed gas is cooled to 100 to 300° C. before reaching the gas purification section 9.
[13] Next, the mixed gas passes through the gas purification unit 9. This removes, for example, the generated condensed water and carbon dioxide dissolved in the condensed water. As a result, carbon monoxide is purified from the mixed gas, and a product gas containing a high concentration of carbon monoxide is obtained.
The temperature of the resulting product gas is 20 to 50°C.
[14] Next, the produced gas is discharged from the produced gas discharge section 40 to the outside of the gas production apparatus 1 and is used for the next process.

<還元剤加熱部(還元剤温調部)の構成>
図4は、還元剤加熱部の構成を示す概略図であり、図5は、還元剤加熱部の他の構成を示す概略図である。
図4に示す還元剤加熱部12は、図2に示す多管式の反応器4a、4bにおいて、複数の管体41とハウジング42とで画成される空間43に供給する媒体と、媒体を空間43に移送する移送装置121と、媒体を加熱する加熱装置122とを備えている。
<Configuration of reducing agent heating unit (reducing agent temperature adjustment unit)>
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of the reducing agent heating unit, and FIG. 5 is a schematic diagram showing another configuration of the reducing agent heating unit.
The reducing agent heating section 12 shown in FIG. 4 includes a medium to be supplied to a space 43 defined by a plurality of tubes 41 and a housing 42 in the multi-tube reactors 4a and 4b shown in FIG. 2, a transfer device 121 that transfers the medium to the space 43, and a heating device 122 that heats the medium.

本構成例の還元剤加熱部12は、反応器4a、4bのそれぞれに接続された循環式の媒体ラインML1を備え、この媒体ラインML1に媒体が充填されている。媒体ラインML1は、途中で分岐した後、各反応器4a、4bに接続され、その後、再度合流して1つになっている。また、1つになった媒体ラインML1の途中には、移送装置121および加熱装置122が配置されている。
かかる構成によれば、加熱装置122で加熱された媒体が、媒体ラインML1を循環する際に、反応器4a、4bの空間43に供給される。これにより、還元剤4Rが管体41を介して間接的に加熱される。また、2つの反応器4a、4bの還元剤4Rの加熱温度をほぼ等しく設定することもできる。
還元剤4Rの加熱温度は、300~700℃であることが好ましく、650~700℃であることがより好ましい。加熱温度が高過ぎると、還元剤4Rを構成する金属酸化物の種類にもよるが、還元剤4Rが劣化して活性が低下し易くなる傾向がある。一方、加熱温度が低過ぎると、高濃度で一酸化炭素を含む生成ガスの製造に要する時間が長くなる傾向がある。
The reducing agent heating section 12 of this configuration example includes a circulating medium line ML1 connected to each of the reactors 4a and 4b, and the medium line ML1 is filled with a medium. The medium line ML1 branches along the way, then connects to each of the reactors 4a and 4b, and then merges again to form a single line. A transfer device 121 and a heating device 122 are disposed along the combined medium line ML1.
According to this configuration, the medium heated by the heating device 122 is supplied to the space 43 of the reactors 4a, 4b when circulating through the medium line ML1. This causes the reducing agent 4R to be indirectly heated through the tube 41. In addition, the heating temperatures of the reducing agent 4R in the two reactors 4a, 4b can be set to be approximately equal.
The heating temperature of the reducing agent 4R is preferably 300 to 700° C., and more preferably 650 to 700° C. If the heating temperature is too high, the reducing agent 4R tends to deteriorate and become less active, although this depends on the type of metal oxide constituting the reducing agent 4R. On the other hand, if the heating temperature is too low, it tends to take a long time to produce a product gas containing a high concentration of carbon monoxide.

媒体としては、気体、液体(粘性液体を含む。)等が挙げられる。
加熱装置122は、電熱器のみで構成することができる他、電熱器と排ガス加熱部10で記載したのと同様の熱交換器とで構成することもできる。
後者の構成によれば、反応器4a、4bを通過した後の高温のガスの熱を利用して、反応器4a、4bに供給する前の媒体を熱交換により加熱するため、熱の有効利用を図ることができる。
なお、媒体として気体を使用する場合、移送装置121は、送風機で構成することができる。また、媒体として液体を使用する場合、移送装置121は、ポンプで構成することができる。
なお、還元剤加熱部12は、媒体(加熱ガス)を用いる構成に代えて、電気ヒーターで構成することもできる。この場合、電気ヒーターによる加熱は、反応器4a、4bのハウジング42に対して行ってよいし、還元剤4Rが充填された管体41に対して別個に行ってもよい。
The medium may be a gas, a liquid (including a viscous liquid), or the like.
The heating device 122 can be composed of only an electric heater, or can be composed of an electric heater and a heat exchanger similar to that described in the exhaust gas heating section 10 .
According to the latter configuration, the heat of the high-temperature gas after passing through the reactors 4a, 4b is utilized to heat the medium by heat exchange before being supplied to the reactors 4a, 4b, thereby enabling effective use of heat.
When a gas is used as the medium, the transfer device 121 may be configured with a blower, and when a liquid is used as the medium, the transfer device 121 may be configured with a pump.
The reducing agent heating unit 12 may be configured with an electric heater instead of using a medium (heating gas). In this case, heating by the electric heater may be performed on the housing 42 of the reactors 4a and 4b, or may be performed separately on the tube 41 filled with the reducing agent 4R.

図5に示す還元剤加熱部12は、非循環式の媒体ラインML2を備えており、媒体として大気(気体)を使用するように構成されている。
本構成例では、媒体ラインML2の大気の供給口側から順に、移送装置121(送風機)と、第1熱交換器123と、電熱器で構成された加熱装置124とが配置され、大気の排出口側に、第2熱交換器125が配置されている。
第1熱交換器123および第2熱交換器125は、それぞれ熱交換器102と同様の構成を有していることが好ましい。
第1熱交換器123は、反応器4a、4bの管体41内を通過した後のガス(例えば、混合ガス)と、反応器4a、4bの空間43に供給する前の大気との間で熱交換する。一方、第2熱交換器125は、反応器4a、4bの空間43を通過した後の大気と、反応器4a、4bに供給する前の排ガスとの間で熱交換する。
The reducing agent heating section 12 shown in FIG. 5 includes a non-circulating medium line ML2, and is configured to use the air (gas) as the medium.
In this configuration example, a transfer device 121 (blower), a first heat exchanger 123, and a heating device 124 composed of an electric heater are arranged in this order from the atmospheric supply port side of the medium line ML2, and a second heat exchanger 125 is arranged on the atmospheric exhaust port side.
It is preferable that the first heat exchanger 123 and the second heat exchanger 125 each have a configuration similar to that of the heat exchanger 102 .
The first heat exchanger 123 exchanges heat between the gas (e.g., mixed gas) that has passed through the inside of the tubes 41 of the reactors 4a and 4b and the atmosphere before being supplied to the space 43 of the reactors 4a and 4b. On the other hand, the second heat exchanger 125 exchanges heat between the atmosphere that has passed through the space 43 of the reactors 4a and 4b and the exhaust gas before being supplied to the reactors 4a and 4b.

反応器4a、4bを通過した後の高温のガスまたは大気(媒体)の熱を利用して、反応器4a、4bに供給する前の大気(媒体)または排ガスを熱交換により加熱するため、熱の有効利用を図ることができる。
なお、第2熱交換器125は、反応器4a、4bに供給する前の排ガスとの間で熱交換する構成に代えて、反応器4a、4bに供給する前の還元ガスとの間で熱交換する構成としてもよく、反応器4a、4bに供給する前の排ガスおよび還元ガスの双方との間で熱交換する構成としてもよい。
また、図5に示す構成例によれば、図4に示す構成例より、移送装置121に接触する媒体の温度が低くなるため、比較的安価な耐熱性の低い移送装置でも使用可能であるという利点がある。
The heat of the high-temperature gas or the atmosphere (medium) after passing through the reactors 4a, 4b is used to heat the atmosphere (medium) or exhaust gas before being supplied to the reactors 4a, 4b by heat exchange, thereby making it possible to effectively utilize heat.
In addition, instead of being configured to exchange heat with the exhaust gas before being supplied to the reactors 4a, 4b, the second heat exchanger 125 may be configured to exchange heat with the reducing gas before being supplied to the reactors 4a, 4b, or may be configured to exchange heat with both the exhaust gas and the reducing gas before being supplied to the reactors 4a, 4b.
In addition, according to the configuration example shown in FIG. 5, the temperature of the medium contacting the transport device 121 is lower than in the configuration example shown in FIG. 4, so there is an advantage that a relatively inexpensive transport device with low heat resistance can be used.

ここで、反応器4a、4b(還元剤4R)を加熱するのに燃焼炉等を用いると、還元剤4Rの加熱温度(反応温度)を維持するのに、燃料を燃焼する必要が生じる。このため、二酸化炭素が発生し、二酸化炭素を大気中に放出せざるを得ないことになる。
これに対して、還元剤加熱部12を図4および図5に示す構成とすることにより、移送装置121および加熱装置122、124の動力源として、上述したような再生可能エネルギーとしての電力(電気エネルギー)を使用できるため、環境への負荷を低減することができる。
また、ガス製造装置1内に存在する可燃ガスへの引火の可能性をより確実に低減することができるという利点もある。
Here, if a combustion furnace or the like is used to heat the reactors 4a and 4b (reducing agent 4R), it becomes necessary to burn fuel to maintain the heating temperature (reaction temperature) of the reducing agent 4R, which generates carbon dioxide, which must be released into the atmosphere.
In contrast, by configuring the reducing agent heating section 12 as shown in Figures 4 and 5, electricity (electrical energy) as renewable energy as described above can be used as the power source for the transfer device 121 and the heating devices 122 and 124, thereby reducing the burden on the environment.
Another advantage is that the possibility of ignition of combustible gas present in the gas production apparatus 1 can be more reliably reduced.

上述したように、還元剤4Rによる反応が発熱反応である場合、還元剤温調部を還元剤冷却部として構成することができる。この場合、例えば、図4および図5に示す構成において、第1熱交換器123および第2熱交換器125を省略し、加熱装置122、124を冷却装置に変更すればよい。冷却装置としては、ジャケット式の冷却装置、多管式の冷却装置等が挙げられる。この場合も、還元剤4Rの冷却温度(温調後の温度)を、上述と同じ範囲とするのが好ましい。 As described above, when the reaction caused by the reducing agent 4R is an exothermic reaction, the reducing agent temperature adjustment unit can be configured as a reducing agent cooling unit. In this case, for example, in the configuration shown in Figures 4 and 5, the first heat exchanger 123 and the second heat exchanger 125 can be omitted, and the heating devices 122 and 124 can be changed to cooling devices. Examples of cooling devices include jacket-type cooling devices and multi-tube cooling devices. In this case, too, it is preferable to set the cooling temperature of the reducing agent 4R (temperature after temperature adjustment) to the same range as described above.

<接続部付近の構成>
図6は、本発明のガス製造装置と炉との接続部(原料ガス供給部)付近の構成を示す概略図である。
図6に示すように、炉20は、排ガスを大気に排出する煙突21を備えている。煙突21の高さ方向の途中には、分岐部22にガスライン23の一端部が接続されている。また、このガスライン23の他端部は、ガス製造装置1の接続部2に接続されている。
<Configuration near the connection part>
FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of the vicinity of the connection part (raw material gas supply part) between the gas production apparatus of the present invention and the furnace.
As shown in Fig. 6, the furnace 20 is provided with a chimney 21 for discharging exhaust gas into the atmosphere. One end of a gas line 23 is connected to a branching portion 22 midway along the height of the chimney 21. The other end of the gas line 23 is connected to a connection portion 2 of the gas production device 1.

図6に示す構成では、接続部2と濃度調整部5との間に、冷却部13が設けられている。そして、この冷却部13は、冷却装置131と、冷却装置131に接続された容器132とを備えている。冷却装置131は、上述したようなジャケット式の冷却装置、多管式の冷却装置等で構成することができる。
炉20から供給される排ガスは、水蒸気の他、酸化ガス成分(SO、HCl等)も含むため、冷却部13での冷却により、酸化ガス成分とともに、水蒸気を凝縮させ、酸化ガス成分が溶解した凝縮水(酸性水溶液)として除去することが好ましい。これにより、ガスラインGL1を構成する配管の腐食を好適に防止することができる。
本構成例では、冷却装置131で排ガスを冷却することにより酸性水溶液が生成され、この酸性水溶液は、容器132に貯留され、排ガスと分離される。また、容器132内の気液界面には、気体の通過は許容するが、液体の通過を阻止するフィルタを配置するようにしてもよい。
かかる構成の場合、分岐部22と冷却装置131との離間距離(図6中、L1)は、特に限定されないが、10m以下が好ましく、1~5mであることがより好ましい。離間距離L1を上記範囲に設定すれば、ガスラインGL1の目的としない箇所において、酸性ガスが溶解した凝縮水(酸性水溶液)が生成されるのを阻止して、ガスラインGL1を構成する配管の腐食をより確実に防止することができる。
6, a cooling section 13 is provided between the connection section 2 and the concentration adjusting section 5. The cooling section 13 includes a cooling device 131 and a container 132 connected to the cooling device 131. The cooling device 131 can be configured as a jacket-type cooling device or a multi-tube-type cooling device as described above.
Since the exhaust gas supplied from the furnace 20 contains oxidizing gas components (SO x , HCl, etc.) in addition to water vapor, it is preferable to condense the water vapor together with the oxidizing gas components by cooling in the cooling section 13 and remove them as condensed water (acidic aqueous solution) in which the oxidizing gas components are dissolved. This makes it possible to suitably prevent corrosion of the piping that constitutes the gas line GL1.
In this configuration example, an acidic aqueous solution is generated by cooling the exhaust gas with the cooling device 131, and this acidic aqueous solution is stored in the container 132 and separated from the exhaust gas. In addition, a filter that allows the passage of gas but prevents the passage of liquid may be disposed at the gas-liquid interface in the container 132.
In such a configuration, the distance (L1 in FIG. 6) between the branching portion 22 and the cooling device 131 is not particularly limited, but is preferably 10 m or less, and more preferably 1 to 5 m. By setting the distance L1 within the above range, it is possible to prevent the generation of condensed water (acidic aqueous solution) in which acid gas is dissolved, in unintended locations in the gas line GL1, and more reliably prevent corrosion of the piping that constitutes the gas line GL1.

また、ガス製造システム100が例えば寒冷地等に施設される場合、特に、炉20とガス製造装置1との離間距離L2によっては、ガスライン23の途中で凝縮水が生成され、さらに凍結に至ることがある。これが原因で、ガスライン23を構成する配管が破損するおそれがある。
したがって、このようなトラブルを防ぐために、ガスライン23中の排ガスを加熱することが好ましい。加熱温度は、凍結が生じない温度であればよいが、酸露点温度(例えば、120℃)以上であることが好ましく、120~150℃であることがより好ましい。これにより、ガスライン23を構成する配管が破損するのを防止しつつ、酸性ガスが溶解した凝縮水の生成による配管の腐食も好適に防止することができる。
なお、ガスライン23中の排ガスを加熱するには、例えば、ガスライン23を構成する配管の周囲に電熱線(ヒータ)を巻回して配置すればよい。また、耐腐食目的の場合、ヒーターを用いず、耐腐食性の樹脂材料(例えば、フッ素系樹脂材料)で構成される樹脂ライニング配管等を用いてもよい。
なお、本構成例においては、必要に応じて、容器132を省略してもよい。
Furthermore, when the gas production system 100 is installed in a cold region, for example, depending on the distance L2 between the furnace 20 and the gas production device 1, condensed water may be generated in the middle of the gas line 23 and may even freeze. This may cause the piping that constitutes the gas line 23 to break.
Therefore, in order to prevent such trouble, it is preferable to heat the exhaust gas in the gas line 23. The heating temperature may be any temperature at which freezing does not occur, but is preferably equal to or higher than the acid dew point temperature (e.g., 120° C.), and more preferably 120 to 150° C. This makes it possible to prevent damage to the pipes constituting the gas line 23, while also suitably preventing corrosion of the pipes due to the generation of condensed water in which acid gas is dissolved.
In order to heat the exhaust gas in the gas line 23, for example, an electric heating wire (heater) may be wound around the piping constituting the gas line 23. For the purpose of corrosion resistance, a resin-lined pipe made of a corrosion-resistant resin material (for example, a fluororesin material) may be used instead of a heater.
In this configuration example, the container 132 may be omitted, if necessary.

なお、上記実施形態では、原料ガスの一例として排ガスを代表に説明したが、上述したように、原料ガスとしては、二酸化炭素を含むガスであれば、特に排ガスに限定されるものではない。したがって、上記実施形態において、排ガスの各種処理条件(圧縮部6による加圧の圧力、反応器4a、4bへ供給する前の加熱温度、反応器4a、4bへの供給量等を含む。)は、その他の原料ガスについても同様に適用することができる。 In the above embodiment, exhaust gas has been described as a representative example of a raw material gas, but as described above, the raw material gas is not limited to exhaust gas as long as it is a gas containing carbon dioxide. Therefore, in the above embodiment, the various processing conditions for the exhaust gas (including the pressure of compression by the compression section 6, the heating temperature before supplying to the reactors 4a and 4b, the amount of supply to the reactors 4a and 4b, etc.) can be similarly applied to other raw material gases.

以上のようなガス製造装置1、ガス製造システム100を使用して、二酸化炭素を含む原料ガスから、一酸化炭素を含む生成ガスを製造することができる。
<ガス製造方法>
本実施形態のガス製造方法は、上記排ガス(原料ガス)と、上記還元剤4Rとを接触させて、一酸化炭素を含む生成ガスを製造する方法であり、I:還元剤4Rを内部に配置した複数の反応器4a、4bと、排ガスと、二酸化炭素との接触により酸化された還元剤4Rを還元する水素(還元物質)を含む還元ガスとを準備し、II:排ガスと還元ガスとを供給する反応器4a、4bを切り換えることにより、各反応器4a、4b内において還元剤4Rに排ガスと還元ガスとを交互に接触させて、二酸化炭素を一酸化炭素に変換した後、酸化された還元剤4Rを還元し、III:反応器4a、4bを通過した後のガス同士を合流させて、混合ガスを生成し、IV:混合ガスをそのまま、または、混合ガスから一酸化炭素を精製することにより、生成ガスとして回収するのに際して、還元剤4Rに排ガスまたは還元ガスを接触させる際に、各反応器4a、4bにおいて、還元剤4Rと区画された空間に温調した媒体を供給することにより、還元剤4Rの温度を調整(還元剤4Rを加熱または冷却)する。
By using the gas production apparatus 1 and the gas production system 100 as described above, a product gas containing carbon monoxide can be produced from a raw material gas containing carbon dioxide.
<Gas production method>
The gas production method of the present embodiment is a method for producing a product gas containing carbon monoxide by contacting the exhaust gas (raw material gas) with the reducing agent 4R, and includes the steps of: I: preparing a plurality of reactors 4a, 4b in which the reducing agent 4R is disposed, and exhaust gas and a reducing gas containing hydrogen (reducing substance) that reduces the reducing agent 4R oxidized by contact with carbon dioxide; II: by switching between the reactors 4a, 4b for supplying the exhaust gas and the reducing gas, the reducing agent 4R is alternately brought into contact with the exhaust gas and the reducing gas in each of the reactors 4a, 4b to produce a carbon monoxide-containing product gas. After converting oxidized carbon into carbon monoxide, the oxidized reducing agent 4R is reduced; III: the gases that have passed through the reactors 4a, 4b are joined together to generate a mixed gas; IV: the mixed gas is recovered as is or as a product gas by purifying carbon monoxide from the mixed gas. When the reducing agent 4R is brought into contact with the exhaust gas or reducing gas, a temperature-controlled medium is supplied to a space partitioned from the reducing agent 4R in each of the reactors 4a, 4b to adjust the temperature of the reducing agent 4R (heat or cool the reducing agent 4R).

<製造物>
上記ガス製造装置1、ガス製造システム100を使用して製造された生成ガスは、通常、一酸化炭素の濃度が60体積%以上、好ましくは75体積%以上、より好ましくは90体積%以上である。
また、上述したような生成ガスは、微生物(例えば、クロストリジウム等)による発酵により有価物質(例えば、エタノール等)を合成する分野、燃料または還元剤として使用して鉄鋼を製造する分野、電気デバイスを製造する分野、一酸化炭素を合成原料とする化学品(ホスゲン、酢酸等)を製造する分野、還元剤として使用する分野(高炉)、燃料として使用して火力により発電する分野、燃料として使用する燃料電池の分野等において使用することができる。
<Product>
The product gas produced using the gas production apparatus 1 and the gas production system 100 generally has a carbon monoxide concentration of 60 vol % or more, preferably 75 vol % or more, and more preferably 90 vol % or more.
Furthermore, the generated gas as described above can be used in fields such as the synthesis of valuable substances (e.g., ethanol, etc.) by fermentation with microorganisms (e.g., Clostridium, etc.), the production of steel using it as a fuel or reducing agent, the production of electric devices, the production of chemicals (phosgene, acetic acid, etc.) using carbon monoxide as a synthetic raw material, the use of it as a reducing agent (blast furnaces), the use of it as a fuel for thermal power generation, and the use of it as a fuel in fuel cells, etc.

また、上述したガス製造システム100(ガス製造装置1)において、反応器4a、4bを通過したガスは、反応器4a、4bを通過した直後に合流する構成であったが、合流する前に各種処理が施されてもよい。すなわち、分岐ガスラインGL4a、GL4bの途中には、任意の目的で、少なくとも1種の処理器を設けることができる。
次に、かかる構成のガス製造システム100について説明する。
図7は、本発明のガス製造システムの他の実施形態を示す概略図であり、図8は、図7の精製器の構成を模式的に示す断面図である。
以下、図7に示すガス製造システム100について、図1に示すガス製造システム100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7に示すガス製造システム100は、さらに、分岐ガスラインGL4a、GL4bの途中に設けられた精製器14a、14bを有している。すなわち、各精製器14a、14bは、対応する反応器4a、4bの下流側に接続され、反応器4a、4b及び精製器14a、14bを順次通過したガスは、ガス合流部J4において合流する。
In the above-described gas production system 100 (gas production apparatus 1), the gases passing through the reactors 4a and 4b are joined together immediately after passing through the reactors 4a and 4b, but various treatments may be performed before joining together. That is, at least one type of treatment device can be provided in the middle of the branch gas lines GL4a and GL4b for any purpose.
Next, the gas production system 100 having such a configuration will be described.
FIG. 7 is a schematic diagram showing another embodiment of the gas production system of the present invention, and FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the purifier of FIG.
Hereinafter, the gas production system 100 shown in FIG. 7 will be described, focusing on the differences from the gas production system 100 shown in FIG. 1, and a description of the similar points will be omitted.
7 further includes purifiers 14a, 14b provided in the branch gas lines GL4a, GL4b. That is, the purifiers 14a, 14b are connected downstream of the corresponding reactors 4a, 4b, and the gases that have passed through the reactors 4a, 4b and the purifiers 14a, 14b in sequence are joined at a gas junction J4.

各精製器14a、14bは、図8に示すように、複数の分離筒141と、複数の分離筒141を収納したハウジング(精製器本体)142とを備える多管式の精製装置で構成されている。かかる多管式の精製装置によれば、反応器4a、4bを通過したガスと分離筒141との接触の機会を十分に確保することができる。
各精製器14a、14bは、還元剤4Rとの接触により生成した水(還元物質の酸化物)と水素(還元物質)との分離、および、一酸化炭素と二酸化炭素との分離のうちの少なくとも一方が可能に構成されていることが好ましい。特に、分離筒141は、その壁部を水(水蒸気)または一酸化炭素を透過させ、水素または二酸化炭素と分離するように構成されることが好ましい。
8, each of the purifiers 14a, 14b is configured as a multi-tube type purification device including a plurality of separation tubes 141 and a housing (purifier body) 142 that houses the plurality of separation tubes 141. According to such a multi-tube type purification device, it is possible to ensure a sufficient opportunity for the gas that has passed through the reactors 4a, 4b to come into contact with the separation tubes 141.
Each of the purifiers 14a, 14b is preferably configured to be capable of at least one of separating water (oxide of the reducing substance) and hydrogen (reducing substance) generated by contact with the reducing agent 4R, and separating carbon monoxide and carbon dioxide. In particular, the separation tube 141 is preferably configured to allow water (water vapor) or carbon monoxide to pass through its wall and separate it from hydrogen or carbon dioxide.

本実施形態では、分離筒141を透過した水および一酸化炭素は、精製器14a、14bから分岐ガスラインGL4a、GL4bに排出される。一方、分離筒141内を通過した還元ガス(未反応の水素)および排ガス(未反応の二酸化炭素)は、ハウジング142(空間143)に接続されたガスラインGL14a、GL14bに排出される。
これらのガスラインGL14a、GL14bは、それぞれガスラインGL1およびガスラインGL2の途中に接続されてもよい。これにより、未反応の水素および二酸化炭素を再利用することができる。
分岐ガスラインGL4a、GL4bに排出されるガスには、水または一酸化炭素以外の他のガス成分が含まれていてもよいし、ガスラインGL14a、GL14bに排出されるガスにも、水素または二酸化炭素以外の他のガス成分が含まれていてもよい。
In this embodiment, the water and carbon monoxide that permeate the separation tube 141 are discharged from the purifiers 14a and 14b to the branch gas lines GL4a and GL4b. On the other hand, the reducing gas (unreacted hydrogen) and exhaust gas (unreacted carbon dioxide) that pass through the separation tube 141 are discharged to the gas lines GL14a and GL14b connected to the housing 142 (space 143).
These gas lines GL14a and GL14b may be connected to the gas lines GL1 and GL2, respectively, so that unreacted hydrogen and carbon dioxide can be reused.
The gas discharged to the branch gas lines GL4a and GL4b may contain gas components other than water or carbon monoxide, and the gas discharged to the gas lines GL14a and GL14b may contain gas components other than hydrogen or carbon dioxide.

なお、一酸化炭素と二酸化炭素との分離、および、水と水素との分離は、それぞれ、凝縮(液化)する温度の違いを利用して、各反応器4a、4bから排出されるガスを冷却することによっても可能である。しかしながら、この場合、反応器4a、4bの下流側で、分離後のガス成分を高温状態で使用する際(例えば、上記熱交換器102で使用する際等)には、再度、加熱する必要があり、熱エネルギーに無駄が生じる。これに対して、精製器14a、14bによれば、高温(例えば、200~500℃)でガス成分の分離操作を行うことができるので、分離後のガス成分の温度の低下が生じ難いため、生成ガスの製造全体における熱エネルギーの削減に寄与することができる。
なお、精製器14a、14bによる分離後のガス成分の温度の低下をより確実に防止する観点からは、分離筒141を加熱する加熱装置(例えば、マイクロ波を照射する照射装置等)を設けるようにしてもよい。
In addition, the separation of carbon monoxide and carbon dioxide, and the separation of water and hydrogen can also be achieved by cooling the gas discharged from each reactor 4a, 4b by utilizing the difference in condensation (liquefaction) temperature. However, in this case, when the separated gas components are used at a high temperature downstream of the reactors 4a, 4b (for example, when used in the heat exchanger 102), they need to be heated again, resulting in a waste of thermal energy. In contrast, the purifiers 14a, 14b can perform the separation operation of the gas components at a high temperature (for example, 200 to 500°C), so that the temperature of the separated gas components is unlikely to decrease, which can contribute to a reduction in thermal energy in the overall production of the generated gas.
In addition, from the standpoint of more reliably preventing a decrease in the temperature of the gas components after separation by the refiners 14a and 14b, a heating device (e.g., an irradiation device that irradiates microwaves) for heating the separation tube 141 may be provided.

上述したように、各反応器4a、4bからは、比較的高温のガスが排出される。したがって、分離筒141は、耐熱性を備えることが好ましい。これにより、分離筒141の変質および劣化を防止することができる。
かかる分離筒141は、金属、無機酸化物または金属有機構造体(Metal Organic Frameworks:MOF)で構成されていることが好ましい。この場合、分離筒161に優れた耐熱性を付与し易い。ここで、金属としては、例えば、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、クロム、コバルトまたはこれらを含む合金等が挙げられる。無機酸化物としては、例えば、シリカ、ゼオライト等が挙げられる。また、金属有機構造体としては、例えば、硝酸亜鉛水和物とテレフタル酸ジアニオンとの構造体、硝酸銅水和物とトリメシン酸トリアニオンとの構造体等が挙げられる。金属を用いる場合、分離筒141は、好ましくは、空孔率が80%以上の多孔質材料で構成される。
As described above, gas at a relatively high temperature is discharged from each of the reactors 4a and 4b. Therefore, it is preferable that the separation tube 141 has heat resistance. This can prevent the separation tube 141 from being altered or deteriorated.
The separation tube 141 is preferably made of a metal, an inorganic oxide, or a metal organic framework (MOF). In this case, it is easy to impart excellent heat resistance to the separation tube 141. Examples of the metal include titanium, aluminum, copper, nickel, chromium, cobalt, and alloys containing these. Examples of the inorganic oxide include silica and zeolite. Examples of the metal organic framework include a structure of zinc nitrate hydrate and terephthalic acid dianion, and a structure of copper nitrate hydrate and trimesic acid trianion. When a metal is used, the separation tube 141 is preferably made of a porous material having a porosity of 80% or more.

分離筒141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。かかる構成の分離筒141であれば、水または一酸化炭素の透過率を高めて、水と水素との分離および/または一酸化炭素と二酸化炭素との分離をより円滑かつ確実に行うことができる。
分離筒141の空孔率は、特に限定されないが、5~95%であることが好ましく、10~90%であることがより好ましく、20~60%であることがさらに好ましい。これにより、分離筒141の機械的強度が極端に低下するのを防止しつつ、水または一酸化炭素の透過率を十分に高く維持することができる。
なお、分離筒141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。
The separation tube 141 is preferably made of a porous body having continuous pores (pores penetrating the tube wall) in which adjacent pores are connected to each other. With the separation tube 141 having such a configuration, the permeability of water or carbon monoxide can be increased, and separation of water and hydrogen and/or separation of carbon monoxide and carbon dioxide can be performed more smoothly and reliably.
The porosity of the separation tube 141 is not particularly limited, but is preferably 5 to 95%, more preferably 10 to 90%, and even more preferably 20 to 60%. This makes it possible to prevent the mechanical strength of the separation tube 141 from decreasing excessively while maintaining a sufficiently high permeability to water or carbon monoxide.
The shape of the separation tube 141 is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical shape, a rectangular shape, and a rectangular tube shape such as a hexagon.

ガス合流部J4において合流した後のガスの取扱性を向上させ(引火を未然に防止し)、生成ガスの製造効率を高く維持する観点からは、未反応の水素を除去することが有効である。
すなわち、図8に示すように、反応器4a、4bを通過した水素(H)および水(HO)から、分離筒141を介して水をハウジング142内の空間143に移動させるように構成するのが好ましい。
この場合、分離筒141の平均空孔径は、600pm以下であるのが好ましく、400~500pmであるのがより好ましい。これにより、水と水素との分離効率をより向上させることができる。
なお、ハウジング142内の空間143は、減圧してもよいし、キャリアガス(スウィープガス)を通過させるようにしてもよい。キャリアガスとしては、例えば、ヘリウム、アルゴンのような不活性ガス等が挙げられる。
From the viewpoint of improving the handleability of the gas after merging at the gas junction J4 (preventing ignition) and maintaining high production efficiency of the generated gas, it is effective to remove unreacted hydrogen.
That is, as shown in FIG. 8, it is preferable to configure the system so that water is moved from hydrogen (H 2 ) and water (H 2 O) that have passed through reactors 4 a and 4 b to a space 143 in a housing 142 via a separation tube 141 .
In this case, the average pore diameter of the separation cylinder 141 is preferably 600 pm or less, and more preferably 400 to 500 pm, so that the efficiency of separating water and hydrogen can be further improved.
The space 143 within the housing 142 may be depressurized or a carrier gas (sweep gas) may be passed through the space 143. Examples of the carrier gas include an inert gas such as helium or argon.

また、分離筒141は、親水性を有することが好ましい。分離筒141が親水性を有すれば、水の分離筒141に対する親和性が高まり、水が分離筒141をより円滑に透過し易くなる。
分離筒141に親水性を付与する方法としては、無機酸化物中の金属元素の比率を変更(例えば、Al/Si比を高める等)して分離筒141の極性を向上させる方法、分離筒141を親水性ポリマーで被覆する方法、分離筒141を親水性基(極性基)を有するカップリング剤で処理する方法、分離筒141に対してプラズマ処理、コロナ放電処理等を行う方法等が挙げられる。
さらに、分離筒141の表面電位を調整することにより、水に対する親和性を制御するようにしてもよい。
Moreover, it is preferable that separation tube 141 has hydrophilic properties. If separation tube 141 has hydrophilic properties, the affinity of water to separation tube 141 increases, and water can more easily pass through separation tube 141.
Methods for imparting hydrophilicity to separation tube 141 include a method of improving the polarity of separation tube 141 by changing the ratio of metal elements in the inorganic oxide (e.g., increasing the Al/Si ratio), a method of coating separation tube 141 with a hydrophilic polymer, a method of treating separation tube 141 with a coupling agent having a hydrophilic group (polar group), a method of subjecting separation tube 141 to plasma treatment, corona discharge treatment, etc.
Furthermore, the surface potential of the separation cylinder 141 may be adjusted to control its affinity for water.

一方、分離筒141において、一酸化炭素と二酸化炭素との分離を優先させて行う場合、水と水素との分離および一酸化炭素と二酸化炭素との分離の双方を同時に行う場合には、分離筒141の構成材料、空孔率、平均空孔径、親水性または疎水性の程度、表面電位等を適宜組み合わせて設定するようにすればよい。
なお、精製器は、ガスラインGL4の途中であって、ガス合流部J4とガス精製部9との間に設けるようにしてもよい。
また、精製器14a、14bを設ける場合、上記ガス精製部9を省略するようにしてもよい。
On the other hand, when separation of carbon monoxide and carbon dioxide is given priority in separation tube 141, and when separation of water and hydrogen and separation of carbon monoxide and carbon dioxide are both performed simultaneously, the constituent material, porosity, average pore size, degree of hydrophilicity or hydrophobicity, surface potential, etc. of separation tube 141 can be set in an appropriate combination.
The refiner may be provided midway along the gas line GL4, between the gas junction J4 and the gas refinement unit 9.
In addition, when the purifiers 14a and 14b are provided, the gas purifying section 9 may be omitted.

以上、本発明のガス製造装置、ガス製造システムおよびガス製造方法について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明のガス製造装置およびガス製造システムは、それぞれ上記実施形態に対して、他の任意の追加の構成を有していてもよく、同様の機能を発揮する任意の構成と置換されていてよく、一部の構成が省略されていてもよい。
また、本発明のガス製造方法は、上記実施形態に対して、任意の目的の工程が追加されていてもよい。
Although the gas production apparatus, the gas production system, and the gas production method of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these.
For example, the gas production apparatus and gas production system of the present invention may each have any other additional configuration compared to the above-mentioned embodiments, may be replaced with any configuration that performs a similar function, or some configurations may be omitted.
Moreover, in the gas production method of the present invention, a step for any purpose may be added to the above embodiment.

また、上記実施形態では、還元ガスとして水素を含むガスを代表に説明したが、還元ガスには、還元物質として、水素に代えてまたは水素とともに、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。
また、上記実施形態では、反応器に供給する前の排ガス(原料ガス)、還元ガスまたは加熱用の媒体と、混合ガスとの間で熱交換する構成の熱交換器について説明したが、各反応器から排出され、混合ガスとされる前のガスと熱交換する構成の熱交換器を採用するようにしてもよい。
In the above embodiment, a gas containing hydrogen has been described as a representative reducing gas. However, the reducing gas may be a gas containing at least one selected from hydrocarbons (e.g., methane, ethane, acetylene, etc.) and ammonia as a reducing substance instead of or in addition to hydrogen.
In the above embodiment, the heat exchanger is configured to exchange heat between the exhaust gas (raw material gas), the reducing gas or the heating medium before being supplied to the reactor and the mixed gas. However, a heat exchanger configured to exchange heat with the gas discharged from each reactor and before being made into the mixed gas may be adopted.

100…ガス製造システム
1…ガス製造装置
2…接続部
3…還元ガス供給部
4…反応部
4a、4b…反応器
41…管体、42…ハウジング、43…空間、44…隔壁部、4R…還元剤
5…濃度調整部
6…圧縮部
7…微成分除去部
8…ガス切換部
9…ガス精製部
10…排ガス加熱部
101…電熱器、102…熱交換器
11…還元ガス加熱部
12…還元剤加熱部
121…移送装置、122…加熱装置、123…第1熱交換器、124…電熱器、
125…第2熱交換器
13…冷却部
131…冷却装置、132…容器
14a、14b…精製器
141…分離筒、142…ハウジング、143…空間
20…炉
21…煙突、22…分岐部、23…ガスライン
30…タンク
40…生成ガス排出部
GL1…ガスライン
GL2…ガスライン
GL3a、GL3b…ガスライン
GL4…ガスライン
GL4a、GL4b…分岐ガスライン、J4…ガス合流部
GL14a、GL14b…ガスライン
L1…離間距離
L2…離間距離
100...gas production system 1...gas production device 2...connection section 3...reducing gas supply section 4...reaction section 4a, 4b...reactor 41...tube body, 42...housing, 43...space, 44...partition section, 4R...reducing agent 5...concentration adjustment section 6...compression section 7...trace component removal section 8...gas switching section 9...gas purification section 10...exhaust gas heating section 101...electric heater, 102...heat exchanger 11...reducing gas heating section 12...reducing agent heating section 121...transfer device, 122...heating device, 123...first heat exchanger, 124...electric heater,
125...Second heat exchanger 13...Cooling section 131...Cooling device, 132...Container 14a, 14b...Refiner 141...Separation tube, 142...Housing, 143...Space 20...Furnace 21...Chimney, 22...Branch section, 23...Gas line 30...Tank 40...Produced gas discharge section GL1...Gas line GL2...Gas line GL3a, GL3b...Gas line GL4...Gas line GL4a, GL4b...Branch gas line, J4...Gas junction GL14a, GL14b...Gas line L1...Separation distance L2...Separation distance

Claims (5)

二酸化炭素を含む原料ガスと、前記二酸化炭素を還元する金属酸化物を含む還元剤とを接触させて、一酸化炭素を含む生成ガスを製造するガス製造装置であって、
前記原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記二酸化炭素との接触により酸化された前記還元剤を還元する還元物質を含む還元ガスを供給する還元ガス供給部と、
前記原料ガス供給部および前記還元ガス供給部にそれぞれ接続された複数の反応器と、前記反応器内に配置された前記還元剤とを備え、各前記反応器に供給する前記原料ガスと前記還元ガスとを切換可能な反応部と、
前記反応器を通過した後のガス同士を合流させて、混合ガスを生成するガス合流部と、
前記還元剤に前記原料ガスまたは前記還元ガスを接触させる際に、前記還元剤の温度を加熱する還元剤加熱部とを有し、
各前記反応器は、前記還元剤をそれぞれ充填した複数の管体と、前記複数の管体を収納したハウジングとを備え、
前記還元剤加熱部は、前記複数の管体と前記ハウジングとで画成される空間に供給する媒体と、前記媒体を前記空間に移送する移送装置と、前記媒体を加熱する加熱装置と、前記混合ガスと前記反応器の前記空間に供給する前の前記媒体との間で熱交換する第1熱交換器とを備えることを特徴とするガス製造装置。
A gas production apparatus for producing a product gas containing carbon monoxide by contacting a raw material gas containing carbon dioxide with a reducing agent containing a metal oxide that reduces the carbon dioxide, the apparatus comprising:
a raw material gas supply unit for supplying the raw material gas;
a reducing gas supply unit that supplies a reducing gas containing a reducing substance that reduces the reducing agent that has been oxidized by contact with the carbon dioxide;
a reaction section including a plurality of reactors each connected to the raw material gas supply section and the reducing gas supply section, and the reducing agent disposed in the reactors, the reaction section being capable of switching between the raw material gas and the reducing gas supplied to each of the reactors;
a gas junction section for merging the gases that have passed through the reactor to generate a mixed gas;
a reducing agent heating unit that heats the temperature of the reducing agent when the reducing agent is brought into contact with the raw material gas or the reducing gas,
Each of the reactors includes a plurality of tubes each filled with the reducing agent, and a housing that houses the plurality of tubes;
The reducing agent heating unit comprises a medium to be supplied to a space defined by the plurality of tubes and the housing, a transfer device to transfer the medium to the space, a heating device to heat the medium, and a first heat exchanger to exchange heat between the mixed gas and the medium before being supplied to the space of the reactor .
前記還元剤加熱部は、前記反応器の前記空間を通過した後の前記媒体と、前記反応器に供給する前の前記原料ガスおよび前記還元ガスの少なくとも一方との間で熱交換する第2熱交換器を備える請求項に記載のガス製造装置。 2. The gas manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the reducing agent heating unit is provided with a second heat exchanger that exchanges heat between the medium after passing through the space of the reactor and at least one of the raw material gas and the reducing gas before being supplied to the reactor. 前記金属酸化物は、第3族~第12族に属する金属元素から選択される少なくとも1種を含有する請求項1または2に記載のガス製造装置。 3. The gas production apparatus according to claim 1 , wherein the metal oxide contains at least one metal element selected from the group consisting of metal elements belonging to groups 3 to 12. 二酸化炭素を含む原料ガスを生成する原料ガス生成部と、
請求項1~のいずれか1項に記載のガス製造装置とを備え、
前記ガス製造装置が、前記原料ガス供給部を介して前記原料ガス生成部に接続されていることを特徴とするガス製造システム。
a raw material gas generating unit that generates a raw material gas containing carbon dioxide;
The gas production apparatus according to any one of claims 1 to 3 ,
The gas production system is characterized in that the gas production apparatus is connected to the raw material gas generation unit via the raw material gas supply unit.
二酸化炭素を含む原料ガスと、前記二酸化炭素を還元する金属酸化物を含む還元剤とを接触させて、一酸化炭素を含む生成ガスを製造するガス製造方法であって、
前記還元剤を内部に配置した複数の反応器と、前記原料ガスと、前記二酸化炭素との接触により酸化された前記還元剤を還元する還元物質を含む還元ガスとを準備し、
前記原料ガスと前記還元ガスとを供給する前記反応器を切り換えることにより、各前記反応器内において前記還元剤に前記原料ガスと前記還元ガスとを交互に接触させて、前記二酸化炭素を前記一酸化炭素に変換した後、前記酸化された還元剤を還元し、
前記反応器を通過した後のガス同士を合流させて、混合ガスを生成し、
前記混合ガスをそのまま、または、前記混合ガスから前記一酸化炭素を精製することにより、前記生成ガスとして回収するのに際して、
前記還元剤に前記原料ガスまたは前記還元ガスを接触させる際に、各前記反応器において、前記還元剤と区画された空間に加熱した媒体を供給することにより、前記還元剤の温度を加熱するように構成され、
前記媒体の加熱は、加熱装置、および前記混合ガスと前記反応器の前記空間に供給する前の前記媒体との間での熱交換により行われることを特徴とするガス製造方法。
1. A gas production method for producing a product gas containing carbon monoxide by contacting a raw material gas containing carbon dioxide with a reducing agent containing a metal oxide that reduces the carbon dioxide, comprising:
preparing a plurality of reactors each having the reducing agent disposed therein, the raw material gas, and a reducing gas containing a reducing substance that reduces the reducing agent oxidized by contact with the carbon dioxide;
by switching the reactors to which the raw material gas and the reducing gas are supplied, the raw material gas and the reducing gas are alternately brought into contact with the reducing agent in each of the reactors to convert the carbon dioxide into carbon monoxide, and then the oxidized reducing agent is reduced;
The gases that have passed through the reactor are combined to generate a mixed gas;
When recovering the mixed gas as the product gas as it is or by purifying the carbon monoxide from the mixed gas,
When the raw material gas or the reducing gas is brought into contact with the reducing agent, a heated medium is supplied to a space partitioned from the reducing agent in each of the reactors, thereby heating the temperature of the reducing agent;
2. A method for producing a gas, comprising the steps of: heating the medium by a heating device and exchanging heat between the mixed gas and the medium before it is fed into the space of the reactor .
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