JPWO2017221987A1 - 有機物質の製造装置及び有機物質の製造方法 - Google Patents

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Abstract

合成ガスが生成される合成ガス生成部と、前記合成ガス中の不純物の収着能を有する収着材を備え、前記合成ガスと前記収着材とが接触することにより精製ガスを得る不純物濃度低減部と、前記精製ガスが原料として使用され、有機物質を含む有機物質含有溶液が合成される有機物質合成部と、前記有機物質含有溶液が加熱されて前記有機物質が抽出される抽出部と、前記収着材に供給される加熱気体が調製される加熱部と、前記加熱部から前記収着材に送入された加熱気体の熱量を前記抽出部に提供する熱提供部と、を備える有機物質の製造装置。

Description

本発明は、合成ガスから有機物質を製造する装置及び合成ガスから有機物質を製造する方法に関する。
本願は、２０１６年０６月２１日に、日本に出願された特願２０１６−１２２４５４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
近年、廃棄物由来のガス、石炭ガス、天然ガス、石油排ガス等の一酸化炭素及び水素を含む合成ガスを、ガス資化性細菌を用いて微生物発酵させることによりエタノールなどの有機物質を製造する方法が数多く検討されている。中でも、一般にゴミとして集められた炭素源を部分酸化した合成ガスを原料として有機物質を製造する方法は、新たな石油資源又は可食資源を消費せずに有機物質を製造できるため、将来の資源循環型社会実現に向けた重要な技術として世界中から注目されている。
しかし、上記合成ガスには、一酸化炭素及び水素以外にも原料由来の不純物が数多く含まれている。不純物が多い合成ガスをそのまま微生物に供給すると、不純物が合成ガス内に含まれる微生物に悪影響を及ぼして、微生物が死滅したり、微生物の資化率が低下したりする場合がある。そのため、合成ガスを微生物に供給する前に、不純物濃度低減工程を経て、微生物に悪影響を及ぼす成分を低減させる必要があることが知られている。
合成ガスに含まれる不純物を除去してその濃度を低減させる工程として、具体的には、温度スイング吸着法（ＴＳＡ：Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）や、圧力スイング吸着法（ＰＳＡ：Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）を用いることが知られている（特許文献１、２）。これらの吸着法では、収着材に不純物を吸着させて除去する。
日本国特開２００４−８５０９９号公報 日本国特開２０１６−５９２９６号公報
本発明者らは、特許文献１又は特許文献２に記載されているような、不純物濃度低減工程を含む有機物質の製造装置では、収着材に吸着した不純物を除去する際の熱エネルギーが多いことを見出した。本明細書における「エネルギー」とは、熱及び電気等のユーティリティに利用される資源のことである。
本発明者らは、微生物発酵を利用して有機物質を製造する方法では、微生物によって製造された有機物質含有水溶液を蒸留して有機物質を精製する抽出工程において、水分を除去する際の熱エネルギーが極めて多いことを見出した。
したがって、微生物発酵を利用して有機物質を製造する方法は、石油由来の有機物質又は可食資源由来の有機物質を製造する公知の方法に比べて、地球環境に与える悪影響がかえって大きくなることがあった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたものであり、合成ガスから有機物質を製造するに際して、有機物質の製造装置及び製造方法のエネルギー効率を向上させることを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、前記不純物濃度低減工程に使用された収着材から不純物を脱離させて再生する際に使用した熱量を抽出工程にも使用することで、上記課題を解決できることを見出した。
本発明は、以下の［１］〜［９］に記載の態様を包含する。
［１］合成ガスが生成される合成ガス生成部と、
前記合成ガス中の不純物の収着能を有する収着材を備え、前記合成ガスと前記収着材とが接触することにより精製ガスを得る不純物濃度低減部と、
前記精製ガスが原料として使用され、有機物質を含む有機物質含有溶液が合成される有機物質合成部と、
前記有機物質含有溶液が加熱されて前記有機物質が抽出される抽出部と、
前記収着材に供給される加熱気体が調製される加熱部と、
前記加熱部から前記収着材に送入された加熱気体の熱量を前記抽出部に提供する熱提供部と、
を備える有機物質の製造装置。
［２］前記有機物質含有溶液が水を含み、前記有機物質がエタノールである、［１］に記載の有機物質の製造装置。
［３］前記抽出部が蒸留装置を備える、［１］又は［２］に記載の有機物質の製造装置。
［４］前記蒸留装置が多重効用蒸留装置である、［３］に記載の有機物質の製造装置。
［５］前記熱提供部が熱交換器を有する、［１］〜［４］のいずれかに記載の有機物質の製造装置。
［６］前記合成ガス生成部が、炭素源を部分酸化して、一酸化炭素及び不純物を含む合成ガスを生成する装置を有する、［１］〜［５］のいずれかに記載の有機物質の製造装置。
［７］前記不純物が、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレンから選ばれる少なくとも一種である、［６］に記載の有機物質の製造装置。
［８］合成ガスを生成する合成ガス生成工程と、
前記合成ガスと前記合成ガス中の不純物の収着能を有する収着材とを接触させ、不純物濃度を低減させて精製ガスを得る不純物濃度低減工程と、
前記精製ガスを原料として、有機物質を含む有機物質含有溶液を合成する有機物質合成工程と、
前記有機物質含有溶液を加熱して有機物質を抽出する抽出工程と、
を含む有機物質の製造方法であって、
前記不純物濃度低減工程に使用した収着材に加熱気体を接触させて収着材から不純物を脱離させる脱離工程を有し、前記脱離工程を経た加熱気体の熱量を回収して前記抽出工程で利用する、有機物質の製造方法。
［９］前記抽出工程が前記有機物質含有溶液を蒸留する工程である、［８］に記載の有機物質の製造方法。
本発明の有機物質の製造装置及び製造方法によれば、高いエネルギー効率で合成ガスから有機物質を製造できる。
第１の実施形態に係る有機物質の製造装置を示す模式図である。 第２の実施形態に係る有機物質の製造装置を示す模式図である。 比較例１において使用される有機物質の製造装置を示す模式図である。 実施例１において使用される有機物質の製造装置を示す模式図である。 実施例２において使用される有機物質の製造装置を示す模式図である。
以下、本発明の有機物質の製造装置及び製造方法の一実施形態について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。本発明は、下記実施形態に限定されることはなく、請求の範囲によってのみ限定される。
（第１の実施形態）
［有機物質の製造装置］
図１に示すように、本実施形態の有機物質の製造装置１は、合成ガス生成部１０と不純物濃度低減部２０と有機物質合成部３０と抽出部４０と加熱部５０と熱提供部６０とを備える。
＜合成ガス生成部＞
合成ガス生成部１０は、炭素源を部分酸化し、合成ガスを生成する装置であり、炭素源と酸素とを反応させる反応装置であれば特に限定されない。
前記炭素源としては、一般にゴミと呼ばれる廃棄物（家庭ゴミ、産業廃棄物、廃プラスチック等）、バイオマス資源、石炭、天然ガス、石油等が挙げられる。
合成ガス生成部１０としては、環境保護及び合成ガス中の一酸化炭素濃度が高いという利点から、廃棄物のガス化炉が好ましい。
本発明における合成ガスは、有機物質合成の原料になる成分が含まれていれば特に限定されないが、一酸化炭素及び水素のどちらか一方を少なくとも含むガスが好ましく、一酸化炭素及び水素の両方を含むガスがより好ましい。
合成ガス生成部１０で生成される合成ガスは、通常、不純物を含む。合成ガスに含まれる不純物とは、酸素、窒素、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、水等の空気中に通常含まれる成分以外のものを意味する。
不純物の具体例としては、炭素源をガス化する過程で副生するスス、タール、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、エタン、エチレン、アセチレン、ナフタレン、アセトアミド、シアン化水素、アセトニトリル、アクリロニトリル、塩化メチル、二硫化炭素、チオフェン、メタンチオール等が挙げられる。
前記不純物のうち、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン等の芳香族環化合物（芳香族炭化水素）；エタン、エチレン等の飽和炭化水素；エチレン、アセチレン等の不飽和炭化水素；アセトアミド等のアミド化合物；二硫化炭素等の硫黄化合物は、廃棄物のガス化工程で副生する。しかも、これらの副生物は微生物に対する細胞毒性を有する。そのため、微生物に対する細胞毒性を有する不純物は、不純物を含む合成ガスを有機物質合成部３０に導入する前に、合成ガスにおける不純物の合計濃度が通常１００ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以下、より好ましくは１ｐｐｍ以下になるまで低減させることが好ましい。
本実施形態の製造装置１は、前記不純物が、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレンから選ばれる少なくとも一種の場合に特に好適である。
前記不純物は、従来公知の測定方法、例えば、ガスクロマトグラフィー装置、質量分析装置、ガスクロマトグラフィー−質量分析装置、二次イオン質量分析装置、原子吸光分析装置、ラマン分光分析装置、フーリエ変換赤外分光法装置等で測定することができる。
＜不純物濃度低減部＞
本実施形態における不純物濃度低減部２０は、少なくとも、収着材を備える収着装置を有する。該収着装置は単独であってもよいし複数であってもよい。また、同じ収着装置を２つ以上有し、収着と脱離を並行して同時におこなえるようにすることが好ましい。
収着装置に用いられる収着材とは、吸着作用及び吸収作用の少なくとも一方を利用することによって、不純物の収着能を有して不純物を低減させることが可能な材料である。収着材が収着能を有することにより、収着材と合成ガスとが接触した際に収着材に不純物を吸着又は吸収させて、接触後の合成ガス中の不純物含有量を低減させ、不純物が少ない精製ガスを得ることができる。
具体的に、本実施形態における不純物濃度低減部２０は、スクラバ２１と脱硫部２２、圧力スイング吸着部２３（以下、「ＰＳＡ部２３」という。）と温度スイング吸着部２４（以下、「ＴＳＡ部２４」という。）と酸素除去部２５と熱交換器２６とを備える。
スクラバ２１は、合成ガス生成部１０に接続されており、合成ガス中に含まれる水溶性不純物の濃度を低減させる手段を備えている。スクラバ２１は、湿式で水溶性不純物を捕捉する装置であってもよいし、乾式で水溶性不純物を捕捉する装置であってもよい。水溶性不純物の捕捉に際しては、水溶性不純物を吸着する吸着剤、水溶性不純物を吸収する吸収剤、構造的に水溶性不純物を捕捉できる手段等の少なくとも１つを用いることができる。
脱硫部２２は、スクラバ２１に接続されており、合成ガスに含まれる硫黄成分を除去する手段を備えている。例えば、脱硫部２２は、容器内に硫黄成分の捕捉剤として機能する酸化鉄等を含む構成とすることができる。
脱硫部２２とＰＳＡ部２３との間には、合成ガスに含まれる水分を除去する脱水部が含まれていてもよい。脱水剤としては、通常シリカゲル等が用いられる。上記のように脱水部が含まれていると、その後のＰＳＡ部２３、ＴＳＡ部２４の収着材に水分が反応し、収着量が減少することを抑制できる傾向にある。
ＰＳＡ部２３は、脱硫部２２に接続されており、収着材を備える圧力スイング吸着装置を備える。ＰＳＡ部２３では、圧力スイング吸着法によって、合成ガスに含まれる不純物を低減させることができる。ＰＳＡ部２３により低減させることができる不純物としては、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系炭化水素；エタン等の飽和炭化水素；エチレン、アセチレン等の不飽和炭化水素等が挙げられる。
ＴＳＡ部２４は、ＰＳＡ部２３に接続されており、収着材を備える温度スイング吸着装置を備える。ＴＳＡ部２４では、温度スイング吸着法によって、合成ガスに含まれる不純物を低減させることができる。ＰＳＡ部２４により低減させることができる不純物としては、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系炭化水素；エタン等の飽和炭化水素；エチレン、アセチレン等の不飽和炭化水素等が挙げられる。
本実施形態におけるＴＳＡ部２４としては、例えば、収着材が各々充填された第１の容器及び第２の容器を有するものが挙げられる。２つの容器を有する場合、第１の容器には合成ガスが供給されて合成ガス中の不純物の除去に使用され、第２の容器には後述する加熱気体が供給されて、収着材を再生する処理が施される。２つの容器を有することによって、不純物の除去と収着材の再生を並行して同時におこなうことができ、合成ガス生成部１０からの合成ガスの供給を停止することなく、合成ガス中の不純物を連続的に除去できる。
また、ＴＳＡ部２４としては、例えば、収着材が各々充填された容器の数を３つ以上にすることにより、収着材の再生処理に時間をかけることが可能になり、吸着能力を向上させることができる。また、第１の容器が吸着モード、第２の容器が再生モードのときに、第３の容器を収着材の交換などのメンテナンス工程に回すことができる。
ＰＳＡ部２３及びＴＳＡ部２４に用いられる収着材は、上述した不純物に対して適宜選択することができる。収着材の具体例としては、多孔質シリカ、ゼオライト、活性炭等の吸着材；Ｋ２ＣＯ３水溶液、アミン溶液等の吸収剤；アミン修飾多孔質シリカ等の固体吸収剤等が挙げられる。これら収着材のなかでも、ベンゼン等の芳香族系炭化水素に対する吸着能が高く、加熱によって容易に再生可能であることから、活性炭が好ましい。
酸素除去部２５は、容器内に、合成ガス中に含まれる酸素を除去する触媒を含む構成を有する。酸素除去部２５を通過した合成ガスにおいては、酸素濃度が低減される。また、酸素除去部２５は、酸素と共に、アセチレン濃度を低減するように構成されていてもよい。さらに、酸素除去部２５は、酸素除去部２５に到達した合成ガスに含まれるアセチレン等の不飽和炭化水素等に水素添加する機能を有していてもよい。
熱交換器２６は、ＴＳＡ部２４と酸素除去部２５との間に配置され、ＴＳＡ部２４から送り出された合成ガスを加熱するための加熱手段である。酸素を除去する触媒を含む前記の酸素除去部２５は、例えば１５０℃以上という高温で機能するため、熱交換器２６によって、酸素除去部２５に供給する合成ガスを、熱媒との熱交換により加熱する。
上述したように、触媒を用いた酸素除去部２５は、例えば１５０℃以上という高温で作動する。このため、酸素除去部２５には高温の合成ガスが供給され、さらに、酸素除去部２５において酸素が水素や一酸化炭素と反応して、結果的に２００℃程度にまで合成ガスの温度が上昇する。よって、酸素除去部２５から排出される合成ガスも高温になっている。しかし、有機物質合成部３０に高温のガスをそのまま供給すると、ガス資化性細菌が死滅するおそれがある。
このため、本実施形態では、酸素除去部２５と有機物質合成部３０との間には、熱交換器２７が設けられている。この熱交換器２７により合成ガスの温度を低減させることができ、その結果、熱交換器２７から例えば１００℃以下の低温の合成ガスを有機物質合成部３０に供給することができる。よって、熱交換器２７を設けることによって、有機物質合成部３０内の微生物が死滅することを抑制できる。
＜有機物質合成部＞
有機物質合成部３０は、合成ガスを含む前記精製ガスを原料として、有機物質を含む有機物質含有溶液を製造できれば特に限定されないが、ガス資化性細菌を有する発酵槽を備えることが好ましい。
有機物質合成部３０が発酵槽を備える場合には、合成ガスと共に、ガス資化性細菌を含む培養液が発酵槽に供給される。
有機物質合成部３０において製造される有機物質としては特に制限されない。有機物質としては、アルコール、有機酸、脂肪酸、油脂、ケトン、バイオマス、糖、ギ酸、乳酸等が挙げられる。より具体的には、有機物質としては、メタノール、エタノール、ブタノール、イソプロピルアルコール、２，３−ブタンジオール、酢酸、乳酸、イソプレン等が挙げられる。前記有機物質のなかでも、収率が高く、消費エネルギーが少ない点から、エタノールを含む有機物質が好ましい。製造される有機物質の用途としては特に限定されず、樹脂等の原料、化粧品、飲料、化学物質として用いることもできるし、各種燃料として用いることもできる。
本実施形態で使用されるガス資化性細菌は、合成ガスを養分として発酵することにより有機物質を生成させることが可能な微生物であり、真性細菌又は古細菌が挙げられる。
真性細菌としては、例えば、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）属細菌、ムーレラ（Ｍｏｏｒｅｌｌａ）属細菌、アセトバクテリウム（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属細菌、カルボキシドセラ（Ｃａｒｂｏｘｙｄｏｃｅｌｌａ）属細菌、ロドシュードモナス（Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属細菌、ユーバクテリウム（Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属細菌、ブチリバクテリウム（Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属細菌、オリゴトロファ（Ｏｌｉｇｏｔｒｏｐｈａ）属細菌、ブラディリゾビウム（Ｂｒａｄｙｒｈｉｚｏｂｉｕｍ）属細菌、好気性水素酸化細菌であるラルソトニア（Ｒａｌｓｏｔｏｎｉａ）属細菌等が挙げられる。
古細菌としては、例えば、Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ属、Ｍｅｔｈａｎｏｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒ属、Ｍｅｔｈａｎｏｃａｌｃｕｌｕｓ属、Ｍｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ属、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ属、Ｍｅｔｈａｎｏｓｐｈａｅｒａ属、Ｍｅｔｈａｎｏｔｈｅｒｍｏｂａｃｔｅｒ属、Ｍｅｔｈａｎｏｔｈｒｉｘ属、Ｍｅｔｈａｎｏｃｕｌｌｅｕｓ属、Ｍｅｔｈａｎｏｆｏｌｌｉｓ属、Ｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｉｕｍ属、Ｍｅｔｈａｎｏｓｐｉｒｉｌｌｉｕｍ属、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｅｔａ属、Ｔｈｅｒｍｏｃｏｃｃｕｓ属、Ｔｈｅｒｍｏｆｉｌｕｍ属、Ａｒｃａｈｅｏｇｌｏｂｕｓ属等に属するものが挙げられる。
前記古細菌のうち、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ属、Ｍｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ属、Ｍｅｔｈａｎｏｔｈｅｒｍｏｂａｃｔｅｒ属、Ｍｅｔｈａｎｏｔｈｒｉｘ属、Ｔｈｅｒｍｏｃｏｃｃｕｓ属、Ｔｈｅｒｍｏｆｉｌｕｍ属、又はＡｒｃｈａｅｏｇｌｏｂｕｓ属が好ましい。さらに、一酸化炭素及び二酸化炭素資化性の観点から、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ属、Ｍｅｔｈａｎｏｔｈｅｒｍｏｂａｃｔｏｒ属、又はＭｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ属がより好ましく、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ属又はＭｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ属が特に好ましい。
Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ属に属するアーキアの具体例として、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ ｂａｒｋｅｒｉ、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ ｍａｚｅｉ、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ ａｃｅｔｉｖｏｒａｎｓ等が挙げられる。
上記のようなガス資化性細菌の中から、目的とする有機物質の生成能の高い細菌が適宜選択されて用いられる。
有機物質合成部３０において、例えば、有機物質としてエタノールを製造する場合には、ガス資化性細菌として、エタノール生成能の高いクロストリジウム・オートエタノゲナム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ）、クロストリジウム・ユングダリイ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ）、クロストリジウム・アセチクム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｃｅｔｉｃｕｍ）、クロストリジウム・カルボキシジボランス（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃａｒｂｏｘｉｄｉｖｏｒａｎｓ）、ムーレラ・サーモアセチカ（Ｍｏｏｒｅｌｌａ ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃａ）、アセトバクテリウム・ウッディイ（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｗｏｏｄｉｉ）等が用いられる。
本実施形態の製造装置１は、有機物質合成部３０において生成される有機物質がエタノール、得られる有機物質含有溶液が水を含む場合に特に好適である。
合成ガスからエタノール等のアルコールを精製させる微生物としては、クロストリジウム属が好ましい。有機物質合成部３０に培地が含まれる場合、その培地に含まれる液の具体例としては、例えば、水等が挙げられる。
＜抽出部＞
抽出部４０は、有機物質合成部３０に接続されており、有機物質含有溶液から、目的とする有機物質を抽出して高純度化する部分である。抽出部４０としては、例えば、蒸留装置、浸透気化膜を含む処理装置、ゼオライト脱水膜を含む処理装置、有機物質より沸点の低い低沸点物質（水等）を除去する処理装置、有機物質より沸点の高い高沸点物質を除去する処理装置、イオン交換膜を含む処理装置等が挙げられる。これらのなかでも、抽出部４０は、有機物質を容易に抽出でき且つ熱量の再利用に適していることから、蒸留装置を備えることが好ましい。さらに、蒸留装置としては、有機物質合成部３０から供給された有機物質含有溶液の蒸留に要する熱量を容易に低減させることができ、エネルギー効率が高いことから、多重効用蒸留装置がより好ましい。多重効用蒸留装置としては、二重効用蒸留部を有するものが挙げられる。
また、抽出部４０は、有機物質を吸着する吸着剤又は有機物質を吸収する吸収剤を有する温度スイング吸着装置（ＴＳＡ装置）であってもよい。抽出部４０を構成するＴＳＡ装置は、不純物濃度低減部２０を構成するＴＳＡ部２４とは別個の装置である。
＜加熱部＞
加熱部５０は、前記収着材に供給される加熱気体が調製される装置である。
上記のＴＳＡ部２４においては、収着材に不純物を収着させて除去するため、有機物質の製造装置１の運転時間が長くなると、収着材における不純物収着量が次第に減少し、最終的には収着飽和に達する。そのため、ある程度収着量が減少した時点で、収着した不純物を脱離させる必要がある。本実施形態では、収着材を加熱することにより、収着材に収着した不純物を脱離させて再生する。加熱部５０は、加熱用ガスを加熱する加熱手段を備え、収着材を加熱するための加熱気体を生成し、収着材に供給するための装置である。
上記加熱気体は、空気、窒素やアルゴン等の不活性ガス又はこれらの混合気体からなる加熱用ガスを加熱することにより調製できる。加熱用ガスを加熱することにより調製される加熱気体としては、取り扱いやすいことから、窒素ガス、希ガス、過熱水蒸気が好ましく、コスト面からは、窒素ガス、過熱水蒸気がより好ましい。
加熱用ガスを加熱する加熱手段としては、電気ヒータ、燃焼炉等を用いてもよいし、電気炉、ボイラー、ガス化炉における排熱等を用いてもよい。
＜熱提供部＞
熱提供部６０は、加熱部５０から前記収着材に送入された加熱気体の熱量を抽出部４０に提供する手段である。
具体的には、熱提供部６０は、収着材の再生に使用された高温のガスを抽出部４０に接続される配管、熱交換器等が挙げられ、下記の理由から熱交換器を有することが好ましい。本実施形態における熱提供部６０は、ＴＳＡ部２４に接続された配管６１と、配管６１に接続された熱交換器６２とを備える。
収着材に接触した後の加熱気体は脱離した不純物を含有する。その不純物を含む加熱気体をそのまま有機物質含有溶液に接触させると、脱離した不純物が有機物質中に混入し、有機物質と共に抽出されてしまう懸念がある。熱提供部６０が熱交換器を有して、前記加熱気体の熱量を抽出部４０に提供する熱媒に交換すれば、加熱気体を有機物質含有溶液に接触させずに済むため、不純物が有機物質含有溶液に混入することを防ぐことができる。
熱交換器を経て抽出部４０に向かう熱媒としては、過熱蒸気、各種ガス、高沸点液体（金属ナトリウム、など）等、一般に用いられる熱媒であれば特に限定はされないが、窒素ガスが好ましい。
［有機物質の製造方法］
本実施形態の有機物質の製造方法は、合成ガス生成工程と不純物濃度低減工程と有機物質合成工程と抽出工程とを含んで、有機物質を製造する。
また、本実施形態の有機物質の製造方法においては、前記不純物濃度低減工程に使用した収着剤に加熱気体を接触させて、収着材から不純物を脱離させる脱離工程を有し、前記脱離工程を経た加熱気体の熱量を回収して前記抽出工程で利用する。
＜合成ガス生成工程＞
合成ガス生成工程は、合成ガスを生成する工程である。具体的には、前記の炭素源を部分酸化して合成ガスを生成する工程である。
炭素源の部分酸化方法としては、例えば、炭素源の炭素量に対して化学量論的に酸素が少ない条件下で、炭素源を燃焼させる方法が挙げられる。
合成ガスとしては、一酸化炭素及び水素の少なくとも一方を少なくとも含むガスが好ましく、一酸化炭素及び水素の両方を含むガスがより好ましい。また、合成ガス生成工程により得られる合成ガスは、一酸化炭素及び水素以外に、主に炭素源由来の不純物を含む。
＜不純物濃度低減工程＞
不純物濃度低減工程は、前記合成ガスと前記合成ガス中の不純物の収着能を有する収着材とを接触させ、不純物濃度を低減させて精製ガスを得る工程である。
本実施形態における不純物濃度低減工程では、まず、合成ガス生成部１０から供給された合成ガスを、スクラバ２１に通して、合成ガス中に含まれる水溶性不純物の濃度を低減させる。次いで、スクラバ２１に通したガスを脱硫部２２に通して、合成ガスに含まれる硫黄成分を除去する。
次いで、脱硫部２２に通したガスをＰＳＡ部２３に通し、さらに、ＴＳＡ部２４に通して、炭化水素系不純物を除去する。ＰＳＡ部２３及びＴＳＡ部２４においては、炭化水素系不純物を収着材に吸着又は吸収させて捕捉して除去する。
ＰＳＡ部２３において、合成ガス中の不純物を収着材に吸着させる際には、常圧以上になるように合成ガスを供給し、不純物を収着材から脱離させる際には、収着材周囲の雰囲気を減圧する。
ＴＳＡ部２４において、合成ガス中の不純物を収着材に吸着させる際には、収着材の温度を下げ、不純物を収着材から脱離させる際には、収着材の温度を上げる。
ＴＳＡ部２４が、収着材が各々充填された第１の容器及び第２の容器を有する場合、ＰＳＡ部２３から第１の容器に合成ガスを供給し、合成ガス中の不純物を除去することができる。それと同時に、加熱部５０から第２の容器に加熱気体を供給し、収着材を加熱して再生処理することができる。したがって、ＴＳＡ部２４が２つの容器を有すれば、合成ガス生成工程からの合成ガスの供給を停止することなく、合成ガス中の不純物を連続的に除去できる。
ＴＳＡ部２４を通った合成ガスは、熱交換器２６に通して例えば１５０℃以上、好ましくは２５０℃以上に加熱し、酸素除去部２５に供給する。酸素除去部２５においては、合成ガスが、酸素を除去する触媒に接触して酸素が除去される。したがって、合成ガス中の酸素濃度を低減させることができる。
酸素除去部２５がアセチレンを除去できる構成になっている場合には、酸素除去部２５を通すことによって合成ガス中のアセチレン濃度を低減させることができる。
酸素除去部２５が不飽和炭化水素に水素添加できる構成になっている場合には、酸素除去部２５を通すことによって合成ガス中の不飽和炭化水素に水素添加して飽和炭化水素にすることができる。
酸素除去部２５においては、酸素が水素や一酸化炭素と反応することによりガス温度が上昇することがあり、そのガスの上昇温度は、合成ガスの酸素濃度に依存する。
不純物濃度低減工程では、不純物濃度低減部２０に送入される前の合成ガス中の不純物総量に対して、不純物が、通常１０質量％以上、好ましくは３０質量％以上、より好ましくは５０質量％以上、更に好ましくは８０質量％以上、特に好ましくは質量９５％以上、最も好ましくは９８質量％以上が除去される。不純物濃度低減工程によって不純物を除去することで、後の有機物質合成工程で用いられるガス資化性細菌の使用効率低下を抑制できる傾向にある。そのため、有機物質の収率を向上させることができる。
＜脱離工程＞
脱離工程は、収着材から不純物を脱離させて、収着材を再生する工程である。
上述したように、有機物質の製造時間が長くなるにつれて、収着材への不純物の収着量が次第に減少する。そのため、本実施形態では、ある程度収着量が減少した時点で、収着材を加熱することにより、収着材に収着した不純物を脱離させて再生する。
本実施形態における脱離工程においては、ＴＳＡ部２４内を加熱気体が通過し、収着材に収着した不純物の脱離を生じさせることが出来れば特に限定されない。具体的には、加熱部５０において生成した加熱気体を、ＴＳＡ部２４において使用されている収着材に送入し、接触させて加熱する方法を適用してもよい。あるいは、加熱部５０とＴＳＡ部２４とを組み合わせ、ＴＳＡ部２４を加熱した上で加熱用ガスを供給してもよい。これにより、収着材に収着した不純物を脱離させて、収着材を再生させる。
脱離工程の際には、加熱と共に収着材を減圧してもよい。加熱と共に減圧すれば、不純物をより容易に脱離させることができる。
加熱気体を収着材に送入しているときには、収着材への合成ガスの供給を停止する。
収着材に送られる加熱気体の温度は、収着材から不純物が脱離する温度によって適宜設定することができるが、通常６０℃以上、好ましくは１００℃以上、より好ましくは１５０℃以上、さらに好ましくは２００℃以上、特に好ましくは３００℃以上、最も好ましくは３２０℃以上である。加熱気体の温度が前記範囲であると収着材から不純物が十分に脱離される傾向にある。
加熱気体と収着材の接触時間は特に限定されないが、通常３０秒以上、好ましくは３０分以上、より好ましくは１時間以上、さらに好ましくは４時間以上、特に好ましくは８時間以上である。加熱気体と収着材との接触時間が前記範囲であると収着材から不純物が十分に脱離される傾向にある。
＜有機物質合成工程＞
有機物質合成工程は、前記精製ガスを原料として、有機物質を含む有機物質含有溶液を合成する工程である。
例えば、有機物質合成工程では、有機物質合成部３０において、合成ガスを含む前記精製ガスを養分とし、ガス資化性細菌を利用して微生物発酵させることにより、有機物質を含む有機物質含有溶液を製造することができる。
＜抽出工程＞
抽出工程は、前記有機物質含有溶液を加熱して有機物質を抽出する工程である。具体的に、抽出工程では、有機物質合成部３０から供給された、有機物質を含む有機物質含有溶液を抽出部４０から有機物質を取り出す。抽出部４０から有機物質を取り出す際には、抽出部４０を加熱する工程を有する。
例えば、抽出工程において、蒸留塔を備える蒸留装置を利用する場合には、有機物質合成部３０から供給された前記有機物質含有溶液を蒸留して有機物質を取り出す。蒸留においては蒸留塔の内部を加熱する。
抽出工程においてＴＳＡ装置を利用する場合には、有機物質合成部３０から供給された前記有機物質含有溶液を吸着剤に吸着又は吸収剤に吸収させ、その後、ＴＳＡ装置を加熱して吸着剤又は吸収剤から有機物質を脱離させて取り出す。
上記のような抽出工程によって、有機物質とそれ以外の物質とを分離して、高純度の有機物質を得ることができる。
抽出工程において、有機物質含有溶液を蒸留する場合、蒸留装置内の温度は特に限定されないが、通常８０℃以上であり、１００℃以上が好ましい。特に有機物質含有溶液がエタノール水溶液の場合には、蒸留装置内の温度は、通常８０℃以上であり、１００℃以上が好ましい。
蒸留装置内の温度とは、蒸留塔の下部又はリボイラー内の最も温度が高い箇所の温度を意味する。また、多重効用蒸留装置を採用する場合には通常９５℃以上、好ましくは１２０℃以上であり、より好ましくは１４０℃以下である。
蒸留によって気化した気体を凝集する際の凝集器の温度は、通常６０℃以下、好ましくは４０℃以下、より好ましくは３５℃以下である。凝集器の温度は低いほど、回収率が上がるが、凝縮させるためのコンデンサーが大きくなり、電力を多量に消費するチラーが必要になることもある。
蒸留装置内の温度を前記範囲に設定することにより、有機物質を十分に蒸留して、必要な有機物質とその他の成分（廃液）とを容易に分離でき、有機物質を確実に回収することができる。
また、有機物質の蒸留時における蒸留装置内の圧力は、特に限定されないが、熱源の低温化という観点では、大気圧未満であることが好ましく、６０〜９５ｋＰａ（ゲージ圧）程度であることがより好ましい。しかし、高温の熱源を準備できるときには蒸留装置内の圧力を大気圧以上にすることもできる。蒸留装置内が高圧であるほど、有機物質を凝縮させやすいため、凝集時の温度を過度の低温としなくても十分に目的の有機物質を得られる傾向にある。また、多重効用蒸留装置を使用するときには、蒸留装置を複数の蒸留域に分け、各蒸留域でそれぞれ圧力が異なることが好ましい。
蒸留装置内の圧力を前記範囲に設定することにより、有機物質の分離効率を向上させることができ、有機物質の収率を向上させることができる。
また、本実施形態では、前記脱離工程を経た加熱気体の熱量を回収して抽出工程において利用する。
具体的には、収着材の再生に使用した加熱気体を、配管６１を通して熱交換器６２に導入する。熱交換器６２では、抽出工程に送られる有機物質含有溶液を加熱する。熱交換器６２を用いると、配管６１を通して供給された加熱気体と有機物質含有溶液とを非接触で熱交換することができ、有機物質含有溶液を加熱することができる。非接触の熱交換により、加熱気体に含まれる不純物が有機物質含有溶液に混入することを防止できるため、より高純度の有機物質を容易に製造できる。
熱交換器６２に導入される加熱気体の温度は、通常８０℃以上、好ましくは１００℃以上、より好ましくは１５０℃以上、更に好ましくは３００℃以上、特に好ましくは３２５℃以上である。
＜作用効果＞
上記の有機物質の製造装置１及び製造方法では、ＴＳＡ部２４の収着材を再生する際に使用する加熱気体の熱量を回収し、抽出部４０において再利用する。このため、抽出部４０を加熱するために、他の熱源から別途供給する熱量を低減させることができる。
よって、本実施形態によれば、合成ガスから有機物質を製造する際のエネルギー効率を向上させることができる。その結果、製造装置１を用いることにより、有機物質を安価に製造できる。
本実施形態の製造装置１及び製造方法は、廃棄物から合成ガスを生成し、その合成ガスからエタノールを製造する場合に特に好適である。
（第２の実施形態）
［有機物質の製造装置］
図２に示すように、本実施形態の有機物質の製造装置２は、合成ガス生成部１０と不純物濃度低減部２０と有機物質合成部３０と抽出部４０と加熱部５０と熱提供部６０とを備える。
第２の実施形態に係る製造装置２は、ＴＳＡ部２４から排出された加熱気体が熱交換器２６を経由し、熱交換器６２に接続された配管６１を通って熱交換器６２に供給される点が第１の実施形態と異なる。また、第２の実施形態に係る製造装置２は、加熱用ガスが熱交換器２７を経由して加熱部５０に供給される点が第１の実施形態の製造装置１と異なる。
ＴＳＡ部２４から排出される加熱気体は、例えば２５０℃以上、好ましく３００℃以上、より好ましくは３２０℃以上という非常に高い温度を有する。このため、第１の実施形態の製造装置１では、熱交換器６２に送られる加熱気体の温度と熱交換器６２に供給される有機物質含有溶液との温度差が大きすぎるため、熱交換器６２での熱交換効率が十分に高いとはいえない。それに対し、本実施形態の製造装置２では、ＴＳＡ部２４から排出された高温の加熱気体を熱交換器２６に経由させることで、酸素除去部２５に供給する合成ガスの温度を昇温させることができる。それと共に、熱交換器２６において加熱気体と合成ガスとで熱交換させることにより、降温させた加熱気体を熱交換器６２に供給することができる。
したがって、本実施形態の製造装置２では、熱交換器６２に送られる加熱気体の温度と熱交換器６２に供給される有機物質含有溶液との温度差を小さくしており、熱交換器６２での熱交換効率を向上させることができる。これより、本実施形態の製造装置２及び製造方法によれば、有機物質を製造する際のエネルギー効率をより高めることができ、有機物質の製造コストをより低減させることができる。
また、第１の実施形態の製造装置１のように、加熱用ガスを加熱部５０に直接供給し、加熱部５０において十分に昇温するためには、加熱部５０に多量のエネルギーを供給する必要がある。それに対して、本実施形態の製造装置２では、高温の合成ガスが供給される熱交換器２７において、加熱用ガスと合成ガスとの間で熱交換させた後、加熱用ガスを予熱した状態で加熱部５０に送入することができる。このため、加熱用ガスを製造装置１とは異なる別の加熱装置を用いて昇温する必要がなく、加熱用ガスとして温度が低いものを使用することができる。
したがって、第２の実施形態の製造装置２では、加熱用ガスとして温度が低いものを使用するにもかかわらず、加熱部５０において加熱用ガスの加熱に要するエネルギーを削減することができる。これより、実施形態の製造装置２及び製造方法によれば、有機物質を製造する際のエネルギー効率をより高めることができ、有機物質の製造コストをより低減することができる。
（他の実施形態）
上記の実施形態では、ＰＳＡ部とＴＳＡ部とを併用し、ＰＳＡ部により合成ガスを処理した後にＴＳＡ部により合成ガスを処理したが、本発明は、この構成に限定されない。本発明の有機物質の製造装置は、ＴＳＡ部のみを有していてもよい。また、例えば、本発明の有機物質の製造装置は、ＴＳＡ部とＴＳＡ部の下流側に接続されたＰＳＡ部とを有していてもよい。すなわち、合成ガスをＴＳＡ部により処理した後にＰＳＡ部により処理してもよい。
また、本発明の有機物質の製造装置は、ＴＳＡ部とＰＳＡ部との少なくとも一方を複数有していてもよい。その場合、ＴＳＡ部とＰＳＡ部との接続の順序は特に限定されず、例えば、合成ガスの流れに沿って上流側から、ＰＳＡ部、ＴＳＡ部及びＰＳＡ部が設けられていてもよい。
また、本発明の有機物質の製造方法を構成する不純物濃度低減部は、少なくともＴＳＡ部を備えていればよく、スクラバ及び脱硫部は任意の構成である。スクラバ、脱硫部及びＰＳＡ部は、合成ガスに含まれる不純物の種類、目的とする有機物質の濃度等に応じて適宜設置される。
＜比較例１＞
図３に、比較例１における有機物質の製造装置３を示す。この有機物質の製造装置３は、合成ガス生成部１０と不純物濃度低減部２０と有機物質合成部３０と抽出部４０と加熱部５０とを備えるが、熱提供部を備えないこと以外は第１の実施形態の有機物質の製造装置と同様である。
この製造装置３において、以下の条件で、合成ガスからエタノールを２４時間製造するシミュレーションを行った結果、エタノール製造に必要な熱量は５４９９ｋＷであった。
有機物質の製造装置３を用いた有機物質の製造方法では、はじめに、合成ガス生成部１０において、原料廃棄物と、深冷分離によって空気から製造された酸素ガスとを接触させて、原料廃棄物に含まれる炭素源を部分酸化して、１００００Ｎｍ３／ｈの、一酸化炭素、二酸化炭素及び水素等を含む合成ガスを得た。
次に、該合成ガスを、スクラバ２１、脱硫部２２、ＰＳＡ部２３に通して不純物を除去した。ＰＳＡ部２３を出た時点での精製ガス量は７０００Ｎｍ３／ｈであった。
その後、該精製ガスを、ＴＳＡ部２４、酸素除去部２５に通した後、クロストリジウム属細菌を含む発酵槽からなる有機物質合成部３０に供給した。有機物質合成部３０において、合成ガスを原料とした発酵を起こすことにより、５質量％のエタノールを含む水溶液を得た。
そして、５質量％エタノール水溶液を、蒸留塔から構成された抽出部４０に入れ、濃度が９２質量％になるまで蒸留して、エタノールを得た。
本シミュレーションでは、酸素除去部２５を２３５℃に設定し、抽出部４０を１００℃に設定し、ＴＳＡ部２４内の収着材を再生させる加熱気体（深冷分離によって酸素を除去された窒素ガス）７０００Ｎｍ３を３２５℃まで加熱し、１２時間流入させる前提条件とした。また、ＴＳＡ部２４は、収着材が充填された第１の容器と第２の容器を備えるものとした。第１の容器において収着材に合成ガス中の不純物を吸着させているときには、第２の容器において収着材から不純物を脱離させ、第２の容器において収着材に合成ガス中の不純物を吸着させているときには、第１の容器において収着材から不純物を脱離させるモデルとした。
図３には、シミュレーションから求められたガスの温度を記載した。
シミュレーションの結果、酸素除去部２５において用いる熱量は２６０ｋＷ、ＴＳＡ部２４の収着材を再生するための窒素ガスの加熱に用いる熱量は３７８ｋＷ、抽出部４０においてエタノール水溶液を蒸留する際に用いる熱量は４８６１ｋＷであった。したがって、合成ガスからエタノールを製造する際に要した熱量の合計は５４９９ｋＷであった。
＜実施例１＞
図４に、実施例１における有機物質の製造装置２を示す。この有機物質の製造装置２は、合成ガス生成部１０と不純物濃度低減部２０と有機物質合成部３０と抽出部４０と加熱部５０と熱提供部６０を備え、第２の実施形態の有機物質の製造装置と同様である。
この製造装置２において、以下の条件で、合成ガスからエタノールを２４時間製造するシミュレーションを行った結果、エタノール製造に必要な熱量は４９６７ｋＷであった。
実施例１でのシミュレーションでは、酸素除去部２５で生じた熱を窒素ガスの予熱に利用した点、ＴＳＡ部２４から排出された加熱窒素ガスの熱量を、酸素除去部２５に供給する合成ガスの加熱に利用すると共に熱提供部６０を用いて抽出部４０の蒸留塔の加熱に利用した点が比較例１とは異なる。その他の条件は比較例１と同様とした。
図４には、シミュレーションから求められたガスの温度を記載した。
シミュレーションの結果、酸素除去部２５において用いる熱量は０ｋＷ、ＴＳＡ部２４の収着材を再生するための窒素ガスの加熱に用いる熱量は２５７ｋＷ、抽出部４０においてエタノール水溶液を蒸留する際に用いる新たに加える熱量は４７１０ｋＷであった。したがって、合成ガスからエタノールを製造する際に要した熱量の合計は４９６７ｋＷであった。
よって、収着材の再生に用いた窒素ガスの熱量を、熱提供部によって抽出部に供給することにより、合成ガスからエタノールを製造する際の消費エネルギー量を大きく削減することができることが明らかになった。
＜実施例２＞
図５に、実施例２における有機物質の製造装置１を示す。この有機物質の製造装置１は、合成ガス生成部１０と不純物濃度低減部２０と有機物質合成部３０と抽出部４０と加熱部５０と熱提供部６０を備え、第１の実施形態の有機物質の製造方法と同様である。この製造装置１は、ＴＳＡ部２４と熱交換器２９の間に加熱気体が通過する配管があることを除けば比較例１の製造装置３と同様である。
この製造装置１において、以下の条件で、合成ガスからエタノールを２４時間製造するシミュレーションを行った結果、エタノール製造に必要な熱量は５１２１ｋＷであった。
実施例２のシミュレーションでは、ＴＳＡ部２４から排出された加熱窒素ガスの熱量を熱提供部６０を用いて抽出部４０の蒸留塔の加熱に利用した点が比較例１とは異なる。その他の条件は比較例１と同様とした。
図５には、シミュレーションから求められたガスの温度を記載した。
シミュレーションの結果、酸素除去部２５において用いる熱量は２６０ｋＷ、ＴＳＡ部２４の収着材を再生するための窒素ガスの加熱に用いる熱量は３７８ｋＷ、抽出部４０においてエタノール水溶液を蒸留する際に用いる新たに加える熱量は４４８３ｋＷであった。したがって、合成ガスからエタノールを製造する際に要した熱量の合計は５１２１ｋＷであった。
よって、収着材の再生に用いた窒素ガスの熱量を、熱提供部によって抽出部に供給することにより、合成ガスからエタノールを製造する際の消費エネルギー量を大きく削減することができることが明らかになった
本発明の有機物質の製造装置及び製造方法によれば、高いエネルギー効率で合成ガスから有機物質を製造できる。
１，２：製造装置
１１：合成ガス生成部
２０：不純物濃度低減部
２１：スクラバ
２２：脱硫部
２３：圧力スイング吸着部（ＰＳＡ部）
２４：温度スイング吸着部（ＴＳＡ部）
２５：酸素除去部
２６：熱交換器
２７：熱交換器
３０：有機物質合成部
４０：抽出部
５０：加熱部
６０：熱提供部
６１：配管
６２：熱交換器

Claims (9)

  1. 合成ガスが生成される合成ガス生成部と、
    前記合成ガス中の不純物の収着能を有する収着材を備え、前記合成ガスと前記収着材とが接触することにより精製ガスを得る不純物濃度低減部と、
    前記精製ガスが原料として使用され、有機物質を含む有機物質含有溶液が合成される有機物質合成部と、
    前記有機物質含有溶液が加熱されて前記有機物質が抽出される抽出部と、
    前記収着材に供給される加熱気体が調製される加熱部と、
    前記加熱部から前記収着材に送入された加熱気体の熱量を前記抽出部に提供する熱提供部と、
    を備える有機物質の製造装置。
  2. 前記有機物質含有溶液が水を含み、前記有機物質がエタノールである、請求項１に記載の有機物質の製造装置。
  3. 前記抽出部が蒸留装置を備える、請求項１又は２に記載の有機物質の製造装置。
  4. 前記蒸留装置が多重効用蒸留装置である、請求項３に記載の有機物質の製造装置。
  5. 前記熱提供部が熱交換器を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機物質の製造装置。
  6. 前記合成ガス生成部が、炭素源を部分酸化して、一酸化炭素及び不純物を含む合成ガスを生成する装置を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の有機物質の製造装置。
  7. 前記不純物が、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレンから選ばれる少なくとも一種である、請求項６に記載の有機物質の製造装置。
  8. 合成ガスを生成する合成ガス生成工程と、
    前記合成ガスと前記合成ガス中の不純物の収着能を有する収着材とを接触させ、不純物濃度を低減させて精製ガスを得る不純物濃度低減工程と、
    前記精製ガスを原料として、有機物質を含む有機物質含有溶液を合成する有機物質合成工程と、
    前記有機物質含有溶液を加熱して有機物質を抽出する抽出工程と、
    を含む有機物質の製造方法であって、
    前記不純物濃度低減工程に使用した収着材に加熱気体を接触させて、収着材から不純物を脱離させる脱離工程を有し、前記脱離工程を経た加熱気体の熱量を回収して前記抽出工程で利用する、有機物質の製造方法。
  9. 前記抽出工程が前記有機物質含有溶液を蒸留する工程である、請求項８に記載の有機物質の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA3222280A1 (en) * 2018-02-12 2019-08-15 Lanzatech, Inc. Integrated process for filtering constituents from a gas stream
US11566267B2 (en) 2018-03-26 2023-01-31 Sekiguji Chemical Co., Ltd. Method for producing organic substance
MX2020012737A (es) * 2018-05-28 2021-05-14 Pierson Capital Environmental Beijing Ltd Metodos y composiciones eficientes para la recuperacion de productos a partir de un pretratamiento de materiales vegetales con acidos organicos.
JP6608010B1 (ja) * 2018-07-25 2019-11-20 積水化学工業株式会社 制御装置、サーバ、管理システム、コンピュータプログラム、学習モデル及び制御方法
JP6756932B1 (ja) * 2018-09-25 2020-09-16 積水化学工業株式会社 ゼオライト吸着材の再利用方法および再生吸着材
JP2020063429A (ja) * 2019-09-10 2020-04-23 積水化学工業株式会社 制御装置、サーバ、管理サーバ、コンピュータプログラム、学習モデル及び制御方法
JP2021049482A (ja) * 2019-09-24 2021-04-01 積水化学工業株式会社 精製ガスの製造方法及びガス精製装置
CN111995547B (zh) 2020-01-19 2021-07-09 浙江新和成股份有限公司 己二腈的制备方法和装置
CN114159922A (zh) * 2021-11-10 2022-03-11 宁夏首朗吉元新能源科技有限公司 一种铁合金尾气净化系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016017549A1 (ja) * 2014-07-30 2016-02-04 積水化学工業株式会社 化学品製造装置及び化学品製造方法
JP2016059296A (ja) * 2014-09-16 2016-04-25 積水化学工業株式会社 有機物質を製造する装置、有機物質を製造する方法、合成ガスの製造方法及び合成ガスの製造装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4971606A (en) 1989-11-06 1990-11-20 Air Products And Chemicals, Inc. Closed-loop thermal regeneration of adsorbents containing reactive adsorbates
JP3640023B2 (ja) 2002-08-27 2005-04-20 株式会社前川製作所 排出ｃｏ２の回収システム
ES2547428T3 (es) * 2009-04-29 2015-10-06 Lanzatech New Zealand Limited Mejora de la captura del carbono en la fermentación
US8163809B2 (en) * 2009-11-30 2012-04-24 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process for decreasing or eliminating unwanted hydrocarbon and oxygenate products caused by Fisher Tropsch Synthesis reactions in a syngas treatment unit
US8895274B2 (en) * 2011-11-28 2014-11-25 Coskata, Inc. Processes for the conversion of biomass to oxygenated organic compound, apparatus therefor and compositions produced thereby
KR20210054025A (ko) 2012-10-15 2021-05-12 주식회사 소니 인터랙티브 엔터테인먼트 조작 디바이스
WO2015037710A1 (ja) * 2013-09-13 2015-03-19 積水化学工業株式会社 有機物質の製造装置及び有機物質の製造方法
CN103521201B (zh) * 2013-10-09 2015-05-20 四川天一科技股份有限公司 用焦炉气和转炉气制甲醇中转炉气变温吸附剂再生的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016017549A1 (ja) * 2014-07-30 2016-02-04 積水化学工業株式会社 化学品製造装置及び化学品製造方法
JP2016059296A (ja) * 2014-09-16 2016-04-25 積水化学工業株式会社 有機物質を製造する装置、有機物質を製造する方法、合成ガスの製造方法及び合成ガスの製造装置

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