WO2023037673A1 - カーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システム - Google Patents

カーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システム Download PDF

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WO2023037673A1
WO2023037673A1 PCT/JP2022/022509 JP2022022509W WO2023037673A1 WO 2023037673 A1 WO2023037673 A1 WO 2023037673A1 JP 2022022509 W JP2022022509 W JP 2022022509W WO 2023037673 A1 WO2023037673 A1 WO 2023037673A1
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carbon dioxide
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信三 伊藤
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株式会社 ユーリカ エンジニアリング
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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/02—Liquid carbonaceous fuels essentially based on components consisting of carbon, hydrogen, and oxygen only
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight

Definitions

  • the present invention relates to a system for producing liquid fuel using carbon-neutral methane gas produced from carbon dioxide gas and low-carbon hydrogen gas generated by biomass power generation.
  • Patent Document 1 describes a method of simultaneously reacting methane, which is the main component of natural gas, with carbon dioxide and steam to produce synthesis gas in which the molar ratio of hydrogen to CO is 1 or more.
  • Patent Document 2 describes a method for producing bio-jet fuel in which gasification gas produced from biomass is subjected to FT synthesis to produce liquid hydrocarbons, and the liquid hydrocarbons are upgraded to produce jet fuel.
  • Patent Document 3 carbon dioxide gas generated in a power plant using fossil fuel is reacted with hydrogen gas generated by water electrolysis to generate methane, and the thermal energy generated by this methanation reaction is converted into steam in the power plant. Techniques used for generation are described.
  • JP-A-5-270803 JP 2017-145337 A Japanese Patent Publication No. 2016-531973
  • Patent Document 1 describes a technique for producing synthesis gas in which the molar ratio of hydrogen to CO is 1 or more from methane, which is the main component of natural gas. is not described.
  • Patent Document 2 describes a technique for producing a hydrocarbon-based material by FT-synthesizing a gasification gas produced by gasifying biomass. There is no mention of producing a liquid fuel crude oil. Also, the scale of the gasification furnace that gasifies biomass is limited.
  • Patent Document 3 describes a technique of reacting carbon dioxide gas recovered in a power plant using fossil fuel with low-carbon hydrogen gas to produce methane, and utilizing the thermal energy generated by this reaction to generate steam in the power plant. However, it is not described that the heat of reaction generated when synthesis gas is synthesized into crude liquid fuel in the liquid fuel synthesizing device is used for heating the CO2-containing absorbent in the carbon dioxide recovery device.
  • An object of the present invention is to provide a carbon-neutral methane-using liquid fuel production system that produces synthesis gas from carbon-neutral methane gas produced from carbon dioxide gas generated in biomass power generation and low-carbon hydrogen gas, and synthesizes liquid fuel crude oil from the synthesis gas. is to provide
  • the present invention includes a generator driven by a condensing turbine, a boiler that burns biomass supplied from a biomass supply device, heats high-temperature water into superheated steam, and supplies it to the condensing turbine, and the condensing turbine.
  • a condenser for condensing the low-pressure steam discharged from the boiler into condensed water; an exhaust gas is supplied from the boiler;
  • a carbon dioxide recovery apparatus comprising: an absorption tower for producing an absorption liquid containing CO2; The carbon dioxide gas is supplied from the gas recovery device, the low-carbon hydrogen gas is supplied from the low-carbon hydrogen supply device at a mass flow rate of a predetermined ratio with respect to the mass flow rate of the carbon dioxide gas, and the carbon dioxide gas and the low-carbon hydrogen gas are combined.
  • the condensed water is supplied from a reaction tube configured to cause a carbon-neutral methane gas to undergo a methanation reaction under a predetermined pressure and a predetermined temperature by a methanation reaction catalyst filled therein and to be delivered, and the condensate turbine power generation device. Then, the reaction heat generated in the methanation reaction is transferred to the condensed water to maintain the inside of the reaction tube at the predetermined temperature at which the methanation catalyst is active, and the condensed water is turned into the high-temperature water and supplied to the boiler.
  • a methanation device comprising a cooling section for delivering and synthesizing synthesis gas having a molar ratio of hydrogen gas to carbon monoxide gas of approximately 2:1 from said carbon-neutral methane gas supplied from said reaction tube of said methanation device.
  • a gas production device a liquid fuel synthesis device for reacting the synthesis gas supplied from the synthesis gas production device with a catalyst in a predetermined temperature and pressure environment to synthesize a liquid fuel crude oil, and the synthesis by the liquid fuel synthesis device
  • a carbon-neutral methane-using liquid fuel production system comprising: a heat transfer device that heats the CO2-containing absorption liquid by transferring reaction heat generated when gas is synthesized into crude liquid fuel oil to the carbon dioxide recovery device. be.
  • the condensing turbine power generator rotates the condensing turbine with superheated steam generated in the boiler by burning biomass, drives the generator, and generates green power.
  • the carbon dioxide recovery device recovers carbon dioxide from the exhaust gas discharged from the boiler.
  • the reaction tube of the methanation device was filled with the supplied carbon dioxide gas and the low-carbon hydrogen gas having a mass flow rate of a predetermined ratio with respect to the mass flow rate of the carbon dioxide gas supplied from the low-carbon hydrogen supply device.
  • Carbon-neutral methane gas is subjected to a methanation reaction under a predetermined pressure and at a predetermined temperature using a methanation reaction catalyst.
  • the cooling part of the methanation device heats the reaction heat generated by the methanation reaction to the condensed water supplied from the condensing turbine power generation device, maintains the inside of the reaction tube at a predetermined temperature at which the methanation catalyst is active, and condenses The water is turned into hot water and sent to the boiler.
  • the synthesis gas production apparatus produces synthesis gas having a molar ratio of hydrogen gas and carbon monoxide gas of approximately 2:1 from the carbon-neutral methane gas supplied from the methanation apparatus.
  • the liquid fuel synthesizing device reacts the syngas supplied from the syngas producing device with a catalyst in a predetermined temperature and pressure environment to synthesize crude liquid fuel oil.
  • the heat transfer device heat-transfers reaction heat generated when syngas is synthesized into liquid fuel crude oil in the liquid fuel synthesizing device to the carbon dioxide gas recovery device, and heats the CO2-containing absorbent in the regeneration tower.
  • green power is generated by biomass power generation
  • carbon-neutral methane gas is generated from carbon dioxide gas and low-carbon hydrogen gas generated by biomass power generation
  • synthesis gas is produced from carbon-neutral methane gas
  • synthesis gas is used as liquid fuel crude oil. It can be synthesized into oil, and the reaction heat generated during synthesis can be used to recover carbon dioxide gas.
  • organically combining established technologies it is possible to produce electric power and liquid fuel crude oil in a carbon-neutral and energy-saving manner in any process of the system without restricting the production scale.
  • a carbon-neutral methane-using liquid fuel production system 1a includes a condensing turbine power generation device 10, a carbon dioxide recovery device 25, and a methanation device 30, as shown in FIG. , a synthesis gas production unit 40 , a liquid fuel synthesis unit 50 and a heat transfer unit 58 .
  • the superheated steam supplied from the boiler 20 rotates the condensate turbine 11, and the condensate turbine 11 drives the generator 12 to generate electricity.
  • Part of the generated power is used as on-site power in the carbon-neutral methane-using liquid fuel production system 1a, and at least half of the surplus power generated during normal operation is grid-connected power that allows reverse power flow. Electricity is sold to the grid 13 .
  • the low-pressure steam whose pressure is lowered by rotating the condensing turbine 11 is cooled in the condenser 15 to become condensed water, which is supplied to the cooling section 32 of the methanation device 30 .
  • the condensed water absorbs the reaction heat of the methanation reaction from the reaction tube 31 while flowing through the cooling part 32, raises the temperature, becomes high-temperature water (for example, 15 MPa, 250 ° C.), and is supplied to the heat exchange part 21 of the boiler 20. be done.
  • biomass is supplied to the combustion chamber 22 from the biomass supply device 23 and burned, and heats high-temperature water supplied to the heat exchange section 21 to generate superheated steam (for example, 12 MPa, 540° C.).
  • biomass woody biomass, municipal combustible waste, agricultural waste, etc. are used.
  • the condenser 15 is provided with a cooling pipe 16 through which cooling water circulates, and the low-pressure steam discharged from the condenser turbine 11 and flowed into the condenser 15 heat-transfers the heat of condensation to the cooling water and becomes condensed water.
  • a known cooling water supply device 17 is connected to the cooling pipe 16 to circulate the cooling water.
  • the cooling water supply device 17 is configured, for example, to pump up seawater as cooling water with a pump, circulate the cooling pipe 16, and return the seawater heated to a high temperature to the sea.
  • the cooling water supply device 17 may be provided with a cooling tower, and cooling water may be circulated between the cooling tower and the cooling pipes 16 .
  • the carbon dioxide recovery device 25 is known, for example, as described in Japanese Patent No. 4956519, and includes an absorption tower 26 that absorbs carbon dioxide contained in the flue gas into a regenerated absorbent to produce a CO2-containing absorbent, a CO2 It comprises a regeneration tower 27 for separating carbon dioxide gas from the contained absorbent to produce a regenerated absorbent, a reboiler 28 for heating the regenerated absorbent to generate high-temperature steam, and the like.
  • the absorption tower 26 is supplied with the exhaust gas from the boiler 20 from the bottom, and is supplied with the regenerated absorbent cooled on the way back from the regeneration tower 27 to the absorption tower 26 from the top, and the carbon dioxide contained in the exhaust gas is absorbed by the regenerated absorbent.
  • the regeneration tower 27 is supplied with the CO2-containing absorbent heated on the way from the absorption tower 26 to the regeneration tower 27 from the upper part, and the falling CO2-containing absorbent is heated by steam supplied from the lower part to release carbon dioxide gas. to make a regenerated absorbent.
  • the reboiler 28 heats the regenerated absorbent sent from the bottom of the regeneration tower 27 to convert part of the water into steam and supplies it to the regeneration tower 27 from the bottom.
  • the regenerated absorbent from which part of the moisture has been evaporated in the reboiler 28 is returned to the absorption tower 26 .
  • the methanation device 30 is known, and includes a reaction tube 31 filled with a methanation catalyst in which Ni, Rh, Ru, Pd, Pt, etc.
  • a cooling section 32 is provided which is maintained at T.
  • the reaction tube 31 is supplied with carbon dioxide at a mass flow rate of Q1 from the carbon dioxide recovery device 25, and from a low-carbon hydrogen supply device 33 with a mass flow rate of Q2 at a predetermined ratio R to the mass flow rate of the carbon dioxide gas. is supplied.
  • the reaction tube 31 is configured to methanize the supplied carbon dioxide gas and low-carbon hydrogen gas into carbon-neutral methane gas according to the chemical formula (1) under a predetermined pressure P and a predetermined temperature T by means of a methanation catalyst, and then deliver the gas.
  • the predetermined pressure P is a pressure of 1 to 5 MPa suitable for the methanation reaction
  • the predetermined temperature T is a temperature of 250 to 500° C. at which the methanation catalyst exhibits activity.
  • Low-carbon hydrogen gas includes green hydrogen, which is produced by electrolyzing water using electricity generated by renewable energy and reducing it to hydrogen and oxygen; Blue hydrogen, which is generated by decomposing hydrogen and carbon dioxide according to quality, and recovering carbon dioxide before it is discharged into the atmosphere, and pink hydrogen, which is generated by electrolyzing water with nuclear electricity, are used.
  • the low-carbon hydrogen gas may be produced by electrolyzing water using green power generated by the condensate turbine power generator 10 .
  • the inside of the reaction tube 31 is heated by the reaction heat of the methanation reaction, but the reaction tube 31 is cooled by the cooling part 32 and the inside is maintained at a predetermined temperature T. That is, the condensed water sent out from the condenser 15 of the condensing turbine power generator 10 flows into the cooling part 32 surrounding the outer periphery of the reaction tube 31, contacts the outer periphery of the reaction tube 31, and is produced by the methanation reaction. The heat of reaction is absorbed, and the reaction heat is transferred from the reaction gas to the condensed water by turning into high-temperature water and sent to the heat exchange section 21 of the boiler 20, and the inside of the reaction tube 31 is maintained at a predetermined temperature T. be done.
  • the synthesis gas production device 40 produces synthesis gas with a molar ratio of hydrogen gas and carbon monoxide gas of approximately 2:1 from the carbon-neutral methane gas supplied from the methanation device 30 .
  • the synthesis gas production device 40 is known, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-270803, and is supplied with carbon-neutral methane gas, carbon dioxide gas, and water vapor as raw materials, which are catalytically reacted to produce hydrogen and carbon monoxide. Syngas is produced in a molar ratio of approximately 2:1.
  • the synthesis gas production apparatus 40 produces a synthesis gas having a molar ratio of hydrogen to carbon dioxide of 3:1 from carbon-neutral methane gas by a steam reforming method using water vapor as a gasification agent, so that the molar ratio of hydrogen to carbon dioxide is 1:1.
  • the synthesis gas of 1 is produced from carbon-neutral methane gas by a carbon dioxide reforming method using carbon dioxide gas as a gasifying agent, and a synthesis gas having a molar ratio of hydrogen to carbon dioxide of 3: 1 and a synthesis gas having a molar ratio of 1: 1 are mixed to produce hydrogen. It may be configured to produce a synthesis gas having a molar ratio of approximately 2:1 of the gas and carbon monoxide.
  • the synthesis gas production device 40 reacts a part of the carbon-neutral methane gas supplied from the methanation device 30 with oxygen to produce water vapor and carbon dioxide gas and generate heat, which is used to generate heat on the catalyst.
  • Known autothermal reforming processes which involve the reforming reaction of methane with water vapor and carbon dioxide may be configured to produce synthesis gas having a molar ratio of hydrogen to carbon monoxide of approximately 2:1. It is preferable to supply carbon dioxide gas from the carbon dioxide recovery device 25 and steam exhausted from the condensate turbine 11 of the condensate turbine power generation device 10 to the synthesis gas production device 40 .
  • the liquid fuel synthesizing device 50 comprises a reactor 51 filled with a catalyst and a cooling pipe 52 arranged inside the reactor 51 .
  • Synthetic gas is supplied to the reactor 51 from the syngas production device 40, and the syngas is reacted by a catalyst in a predetermined temperature and pressure environment to synthesize FT crude oil or liquid fuel crude oil such as crude methanol.
  • a heat medium circulation circuit 55 for circulating a heat medium between the cooling pipe 52 and the reboiler 28 of the carbon dioxide recovery device 25 is connected. Reaction heat generated when synthesis gas is synthesized into liquid fuel crude oil in the liquid fuel synthesizing device 50 is transferred to the heat medium through the cooling pipe 52 to maintain the inside of the reactor 51 at a predetermined temperature. The heat medium whose temperature has been raised by the heat of reaction is transferred to the reboiler 28 of the carbon dioxide gas recovery device 25 through the outward path 56 of the heat medium circulation circuit 55 to generate steam and heat the CO2-containing absorbent. The heat medium that has released the heat of reaction in the reboiler 28 returns to the cooling pipe 52 through the return line 57 .
  • the cooling pipe 52, the heat medium circulation circuit 55, and the reboiler 28 transfer the reaction heat generated when synthesizing the synthetic gas into the crude liquid fuel in the liquid fuel synthesizing device 50 to the carbon dioxide recovery device 25, whereupon the CO2-containing absorbent is produced.
  • a heat transfer device 58 is configured to heat the .
  • the liquid fuel synthesizing device 50 When FT crude oil is produced by the liquid fuel synthesizing device 50, the liquid fuel synthesizing device 50 is an FT synthesizing device, and the FT synthesizing device 50 performs a known Fischer-Tropsch process (FT method: Fischer-Tropsch process) from synthetic gas.
  • FT method Fischer-Tropsch process
  • a desired FT crude oil is produced by a catalyst in a predetermined temperature and pressure environment. That is, the FT synthesis device 50 supplies the synthesis gas from the synthesis gas production device 40 to the reactor 51 filled with various catalysts, and causes the synthesis reaction represented by the chemical formula (2) to occur to produce FT crude oil.
  • the liquid fuel synthesis device 50 is a methanol production device, and the methanol production device 50 uses a known methanol synthesis method from the synthesis gas supplied from the synthesis gas production device 40.
  • the synthetic reaction represented by the chemical formula (3) is carried out with a catalyst in a predetermined temperature and pressure environment to produce crude methanol. 2H 2 +CO ⁇ CH 3 OH exothermic reaction (3)
  • the condensate turbine power generator 10 burns biomass supplied from the biomass supply device 23 in the combustion chamber 22 of the boiler 20, and uses high-temperature water returned from the methanation device 30 to the heat exchange section 21. It is superheated to generate superheated steam.
  • a condensing turbine 11 driven by superheated steam drives a generator 12 . Part of the power output from the generator 12 is used as on-site power in the carbon-neutral methane-using liquid fuel manufacturing system 1 a , and surplus power is sold to the power grid 13 .
  • the water vapor whose pressure has been lowered by rotating the condensing turbine 11 exchanges heat with the cooling water supplied from the cooling water supply device 17 in the condenser 15 to become condensed water, and the cooling portion of the methanation device 30. 32.
  • the condensed water absorbs the reaction heat of the methanation reaction from the reaction tube 31 while flowing through the cooling part 32, maintains the inside of the reaction tube 31 at a predetermined temperature T, and becomes high-temperature water to the heat exchange part 21 of the boiler 20. returned.
  • the exhaust gas is supplied from the boiler 20 to the absorption tower 26, and the regenerated absorbent absorbs the carbon dioxide contained in the exhaust gas to become a CO2-containing absorbent.
  • the CO2-containing absorbent sent to the regeneration tower 27 is heated by the reaction heat transferred from the liquid fuel synthesizing device 50 by the heat transfer device 58, releases carbon dioxide gas, becomes a regenerated absorbent, and is returned to the absorption tower 26.
  • Carbon dioxide gas is supplied from the carbon dioxide recovery device 25 to the reaction tube 31 of the methanation device 30, and low-carbon hydrogen gas is supplied from the low-carbon hydrogen supply device 33 at a mass flow rate of a predetermined ratio to the mass flow rate of the carbon dioxide gas.
  • the reaction tube 31 methanates the supplied carbon dioxide gas and low-carbon hydrogen gas into carbon-neutral methane gas under a predetermined pressure and a predetermined temperature by means of a methanation catalyst.
  • the synthesis gas production device 40 is supplied with the carbon-neutral methane gas from the methanation device 30, and catalytically reacts the carbon-neutral methane gas with carbon dioxide gas and water vapor to produce a synthesis gas having a molar ratio of hydrogen gas and carbon monoxide gas of approximately 2:1. is manufactured and delivered to the liquid fuel synthesizing device 50 .
  • liquid fuel synthesizing device 50 synthesis gas is supplied from the synthesis gas production device 40 to the reactor 51, and the synthesis gas is reacted by a catalyst in a predetermined temperature and pressure environment to produce liquid fuel crude oil.
  • the liquid fuel synthesizer 50 is an FT synthesizer, FT crude oil is produced, and when it is a methanol synthesizer, crude methanol is produced. Reaction heat generated by the catalytic reaction is transferred to the heat medium flowing through the cooling pipe 52, and the inside of the reactor 51 is maintained at a predetermined temperature.
  • the heat medium heated to a high temperature by the heat of reaction is transferred by the heat medium circulation circuit 53 to the reboiler 28 of the carbon dioxide recovery device 25 to generate steam.
  • the steam flows from the reboiler 28 into the regeneration tower 27, heats the CO2-containing absorbent, and separates carbon dioxide gas.
  • biomass is burned in the condensate turbine power generation device 10 to generate green power, and carbon-neutral methane gas is produced from carbon dioxide gas and low-carbon hydrogen gas recovered from biomass flue gas. can be generated.
  • synthesis gas produced from carbon-neutral methane gas is synthesized into crude liquid fuel oil, and reaction heat generated during synthesis can be used in the carbon dioxide recovery device 25 for recovering carbon dioxide from biomass combustion exhaust gas.
  • a carbon-neutral liquid fuel production system 1b according to the second embodiment is superheated steam sent from the boiler 20 of the condensing turbine power generator 10 in the first embodiment (primary superheating in the second embodiment). steam) is further superheated by the independent superheater 60 to become secondary superheated steam having a higher temperature than the primary superheated steam.
  • the same reference numerals are given to the same components as those in the form, and the description thereof is omitted.
  • Primary superheated steam is supplied from the boiler 20 to the heat exchange section 61 of the independent superheater 60 , and part of the carbon-neutral methane delivered from the methanation device 30 is supplied to the combustion chamber 62 through the branch passage 63 .
  • a branch line 63 branches off from a line 64 that supplies carbon-neutral methane from the methanation apparatus 30 to the synthesis gas production apparatus 40 .
  • the primary superheated steam is further superheated by the independent superheater 60 to become secondary superheated steam having a temperature higher than that of the primary superheated steam, and the secondary superheated steam is supplied to the condensing turbine 11 .
  • Exhaust gas generated by combustion of carbon-neutral methane in the combustion chamber 62 may be released into the atmosphere or may be supplied to the carbon dioxide recovery device 25 .
  • a control valve for varying the flow rate of the carbon-neutral methane supplied from the methanation production device 30 to the combustion quality 62 of the independent superheater 60 is provided in the branch passage 63, the production ratio of green power and liquid fuel crude oil can be adjusted. can be adjusted accordingly.
  • FT crude oil is used as liquid fuel. again.
  • a lubricating base oil may be produced by hydrotreating or isomerizing the FT crude oil.
  • the liquid fuel synthesis device 50 is the FT synthesis device 50 that produces FT crude oil, and the FT crude oil is used for sustainable aviation. Since it is the same as the first embodiment except that an upgrading device 70 for upgrading fuel (SAF) is connected to the FT synthesis device 50, the differences will be explained, and the same components as the first embodiment are the same. , and description thereof is omitted.
  • SAF upgrading device 70 for upgrading fuel
  • An upgrading device 70 and a low-carbon hydrogen supply device 33 are connected to the FT synthesis device 50, which is a liquid fuel synthesis device.
  • the upgrading device 70 is known, and the FT crude oil supplied from the FT synthesis device 50 is hydrogenated by hydrogenation such as hydrorefining and hydrocracking under a catalyst with low-carbon hydrogen gas supplied from the low-carbon hydrogen supply device 33. Treat and upgrade to sustainable aviation fuel. This will enable energy-saving production of green power and sustainable aviation fuel in a carbon-neutral state in all production processes.
  • a carbon-neutral liquid fuel production system 1d according to a fourth embodiment is obtained by adding an independent heating device 60 of the second embodiment and an upgrading device 70 of the third embodiment to the first embodiment. Therefore, the fourth embodiment has the effects of the first to third embodiments.
  • the reboiler 28 of the carbon dioxide recovery device 25 in addition to the steam generated by heat transfer of the synthesis reaction heat in the cooling pipe 52 of the FT synthesis device 51, steam is extracted from the condensate turbine 11 of the condensate turbine power generation device 10. Steam is supplied. The supplied steam heats the CO 2 -containing absorbent in the reboiler 28 , converts part of the contained water into steam, turns itself into condensed water, part of which is returned to the cooling pipe 52 , and the remainder to the condenser 15 .
  • the steam extracted from the condensing turbine 11 is supplied to the carbon dioxide recovery device 25. sufficient amount of heat can be supplied.
  • water is used as the heat medium circulating in the heat medium circulation circuit 55, and the waste heat recovery boiler 80 to which exhaust gas is supplied from the independent superheater 60 is provided, and the heat exchange of the waste heat recovery boiler 80 is performed. Since it is the same as the fourth embodiment except that the steam outlet of the vessel 81 is connected to the outgoing line 56 of the heat medium circulation circuit 55 and the condensed water inlet is connected to the return line 57, the differences will be explained.
  • the same reference numerals are assigned to the same components as in the fourth embodiment, and the description thereof is omitted.
  • waste heat recovery boiler In the reboiler 28 of the carbon dioxide recovery device 25, in addition to steam generated by heat transfer of synthesis reaction heat in the cooling pipe 52 of the FT synthesis device 51, waste heat recovery boiler The steam generated by the exhaust heat recovered by the heat exchanger 81 of 80 is supplied. The supplied steam heats the CO 2 -containing absorbent in the reboiler 28 , converts part of the contained water into steam, turns itself into condensed water, part of which is returned to the cooling pipe 52 , and the remainder to the heat exchanger 81 .
  • the steam generated using the exhaust heat recovered from the high-temperature exhaust gas discharged from the independent superheater 60 is converted into carbon dioxide gas. Since it is supplied to the recovery device 25, it is possible to supply a sufficient amount of heat necessary for recovering the carbon dioxide gas.
  • 1a to 1f carbon-neutral liquid fuel production system
  • 10 condensing turbine generator
  • 11 condensing turbine
  • 12 generator
  • 15 condenser
  • 20 boiler
  • 21 heat exchange section
  • 22 combustion chamber
  • 23 biomass supply device
  • 25 carbon dioxide recovery device
  • 26 absorption tower
  • 27 regeneration tower
  • 28 reboiler
  • 30 methanation device
  • 31 reaction tube
  • 32 cooling section
  • 33 low-carbon hydrogen supply Apparatus 40: Synthesis gas production device 50: Liquid fuel synthesis device (FT synthesis device, methanol production device)
  • Cooling pipe 55 Heat medium circulation circuit 56 outward route, 57 return route, 58 : heat transfer device
  • 61 heat exchange section
  • 62 combustion chamber
  • 64 pipeline
  • 70 upgrading device
  • 80 waste heat recovery boiler
  • 81 heat exchanger
  • 82 Exhaust gas path

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Abstract

本システムは、復水タービン発電装置１０と、炭酸ガス回収装置２５と、メタネーション装置３０と、合成ガス製造装置４０と、液体燃料合成装置５０と、熱移送装置５８を備える。炭酸ガス回收装置は、復水タービン発電装置がバイオマス発電を行なって生じたバイオマス由来炭酸ガスを回収する。メタネーション装置は回収されたバイオマス由来炭酸ガスと低炭素水素ガスでカーボンニュートラルメタンガスを生成する。合成ガス製造装置は、カーボンニュートラルメタンガスから合成ガスを製造する。液体燃料合成装置は合成ガスから液体燃料粗油を合成する。熱移送装置は、液体燃料合成装置で合成ガスを液体燃料粗油に合成する際に生じる反応熱を炭酸ガス回收装置に熱移動し再生塔２７でＣＯ２含有吸収液を加熱する。これにより、確立した技術を有機的に結合してカーボンニュートラルかつ省エネルギーでグリーン電力および液体燃料粗油を製造することができる。

Description

カーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システム
　本発明は、バイオマス発電で生じる炭酸ガスと低炭素水素ガスから生成したカーボンニュートラルメタンガスを使用して液体燃料を製造するシステムに関する。
　地球温暖化問題は深刻度を増しており、２１世紀中に世界の平均温度の上昇を産業革命以前の２℃以下、少なくとも１．５℃以下に抑える対策が喫緊の課題となっている。各国はこの課題を達成するために、再生可能エネルギー（風力、太陽光、地熱、水力、バイオマス等）由来の電力供給を拡大し、化石燃料由来の発電をフェードアウトさせ、化石燃料由来電力を再エネ由来電力に転換しようとしている。また、化石燃料の燃焼によって生じる排ガスから炭酸ガスを炭酸ガス回収装置にて回収し、再エネ由来電力の余剰分で水を電気分解して低炭素水素ガスを製造し、回収された炭酸ガスと低炭素水素ガスとをメタネーション設備にて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造することが試みられている。
　特許文献１には、天然ガスの主成分であるメタンに二酸化炭素と水蒸気を同時に反応させて水素とＣＯの生成モル比が１以上の合成ガスを生成する方法が記載されている。
　特許文献２には、バイオマスから製造したガス化ガスをＦＴ合成して液体炭化水素を製造し、この液体炭化水素をアップグレーディングしてジェット燃料を製造するバイオジェット燃料の製造方法が記載されている。
　特許文献３には、化石燃料を使用する発電プラントで発生した炭酸ガスを水の電気分解で生成した水素ガスと反応させてメタン生成し、このメタネーション反応で生じる熱エネルギーを前記発電プラントの蒸気発生に利用する技術が記載されている。
特開平５－２７０８０３号公報 特開２０１７－１４５３３７号公報 特表２０１６－５３１９７３号公報
　特許文献１には、天然ガスの主成分であるメタンから水素とＣＯの生成モル比が１以上の合成ガスを生成する技術が記載されているが、カーボンニュートラルなメタンから合成ガスを製造することについて記載されていない。
　特許文献２には、バイオマスをガス化して生成されたガス化ガスをＦＴ合成して炭化水素系材料を製造する技術が記載されているが、カーボンニュートラルメタンガスから製造した合成ガスをＦＴ合成して液体燃料粗油を製造することは記載されていない。
　また、バイオマスをガス化するガス化炉は規模が制限される。
　特許文献３には、化石燃料を使用する発電プラントで回収した炭酸ガスを低炭素水素ガスと反応させてメタン生成し、この反応で生じる熱エネルギーを発電プラントの蒸気発生に利用する技術が記載されているが、液体燃料合成装置で合成ガスを液体燃料粗油に合成する際に生じる反応熱を炭酸ガス回收装置のＣＯ２含有吸収液の加熱に利用することは記載されていない。
　本発明の目的は、バイオマス発電で生じた炭酸ガスと低炭素水素ガスで生成したカーボンニュートラルメタンガスから合成ガスを製造し、前記合成ガスから液体燃料粗油を合成するカーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システムを提供することである。
　本発明は、復水タービンによって駆動される発電機と、バイオマス供給装置から供給されるバイオマスを燃焼させ、高温水を加熱し過熱蒸気にして前記復水タービンに供給するボイラーと、前記復水タービンから排出される低圧蒸気を凝縮水に凝縮させる復水器と、を備える、復水タービン発電装置と、前記ボイラーから排ガスが供給され、前記排ガスに含まれる炭酸ガスを吸収液に吸収させてＣＯ２含有吸収液を生成する吸収塔、および前記吸収塔から前記ＣＯ２含有吸収液が供給され、前記ＣＯ２含有吸収液を加熱して前記炭酸ガスを放出させる再生塔を備える炭酸ガス回収装置と、前記炭酸ガス回收装置から前記炭酸ガスが供給され、低炭素水素供給装置から前記炭酸ガスの質量流量に対して所定比の質量流量の低炭素水素ガスが供給され、前記炭酸ガスと前記低炭素水素ガスとを内部に充填されたメタン化反応触媒によって所定圧力、所定温度下でカーボンニュートラルメタンガスにメタン化反応させて送出するように構成された反応管、および前記復水タービン発電装置から前記凝縮水が供給され前記メタン化反応で生じる反応熱を前記凝縮水に熱移動して前記反応管内部を前記メタン化触媒が活性を示す前記所定温度に維持し、前記凝縮水を前記高温水にして前記ボイラーに送出する冷却部を備えるメタネーション装置と、前記メタネーション装置の前記反応管から供給された前記カーボンニュートラルメタンガスから水素ガスと一酸化炭素ガスのモル比がほぼ２：１の合成ガスを製造する合成ガス製造装置と、前記合成ガス製造装置から供給された前記合成ガスを所定温度・圧力環境で触媒によって反応させ、液体燃料粗油を合成する液体燃料合成装置と、前記液体燃料合成装置で前記合成ガスを液体燃料粗油に合成する際に生じる反応熱を前記炭酸ガス回收装置に熱移動して前記ＣＯ２含有吸収液を加熱する熱移送装置と、を備えたカーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システムである。
　本発明のカーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システムにおいて、復水タービン発電装置は、バイオマスの燃焼によってボイラーで生成される過熱蒸気で復水タービンを回転させ発電機を駆動してグリーン電力を生成する。炭酸ガス回収装置は、前記ボイラーから排出される排ガスから炭酸ガスを回収する。メタネーション装置の反応管は、供給された炭酸ガスと、低炭素水素供給装置から供給された前記炭酸ガスの質量流量に対して所定比の質量流量の低炭素水素ガスとを内部に充填されたメタン化反応触媒によって所定圧力、所定温度下でカーボンニュートラルメタンガスにメタン化反応させる。メタネーション装置の冷却部は、メタン化反応で生じる反応熱を復水タービン発電装置から供給される凝縮水に熱移動して反応管内部をメタン化触媒が活性を示す所定温度に維持し、凝縮水を高温水にしてボイラーに送出する。合成ガス製造装置は、メタネーション装置から供給されたカーボンニュートラルメタンガスから水素ガスと一酸化炭素ガスのモル比がほぼ２：１の合成ガスを製造する。液体燃料合成装置は、合成ガス製造装置から供給された合成ガスを所定温度・圧力環境で触媒によって反応させ、液体燃料粗油を合成する。熱移送装置は、液体燃料合成装置で合成ガスを液体燃料粗油に合成する際に生じる反応熱を炭酸ガス回收装置に熱移動し再生塔でＣＯ２含有吸収液を加熱する。
　本発明によれば、バイオマス発電でグリーン電力を生成し、バイオマス発電で生じる炭酸ガスと低炭素水素ガスからカーボンニュートラルメタンガスを生成し、カーボンニュートラルメタンガスから合成ガスを製造し、合成ガスを液体燃料粗油に合成し、合成の際に生じる反応熱を炭酸ガスの回收に利用することができる。このように、確立した技術を有機的に結合して生産規模を制約されることなく、システムのいずれの工程においてもカーボンニュートラルかつ省エネルギーで電力および液体燃料粗油を製造することができる。
第１実施形態に係るカーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システムの全体構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係るカーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システムの全体構成を示すブロック図である。 第３実施形態に係るカーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システムの全体構成を示すブロック図である。 第４実施形態に係るカーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システムの全体構成を示すブロック図である。 第５実施形態に係るカーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システムの全体構成を示すブロック図である。 第６実施形態に係るカーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システムの全体構成を示すブロック図である。
１．第１実施形態の構成
　第１実施形態に係るカーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システム１ａは、図１に示すように、復水タービン発電装置１０と、炭酸ガス回収装置２５と、メタネーション装置３０と、合成ガス製造装置４０と、液体燃料合成装置５０と、熱移送装置５８を備える。
　復水タービン発電装置１０は、ボイラー２０から供給された過熱蒸気によって復水タービン１１が回転され、復水タービン１１によって発電機１２が駆動されて発電する。発電された電力の一部は、カーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システム１ａで所内電力として使用され、通常運転時の発電電力量の少なくとも半分の余剰電力は、逆潮流可能に系統連系された電力グリッド１３に売電される。復水タービン１１を回転させて圧力低下した低圧蒸気は復水器１５で冷却されて凝縮水になり、メタネーション装置３０の冷却部３２に供給される。凝縮水は冷却部３２を流動する間に反応管３１からメタン化反応の反応熱を吸収して昇温し高温水（例えば、１５ＭＰａ，２５０℃）になってボイラー２０の熱交換部２１に供給される。ボイラー２０は燃焼室２２にバイオマス供給装置２３からバイオマスが供給されて燃焼し、熱交換部２１に供給された高温水を加熱して過熱蒸気（例えば、１２ＭＰａ，５４０℃）を生成する。バイオマスとしては、木質バイオマス、都市可燃ゴミ、農業廃棄物などを使用する。
　復水器１５には冷却水が循環する冷却管１６が設けられ、復水タービン１１から排出されて復水器１５に流入した低圧蒸気が冷却水に凝縮熱を熱移動して凝縮水になる。冷却管１６には公知の冷却水供給装置１７が接続され冷却水が循環される。冷却水供給装置１７は、例えば海水をポンプで冷却水として汲み上げ、冷却管１６を循環し高温に加熱された海水を海に戻すように構成されている。冷却水供給装置１７は冷却塔を設け、冷却塔と冷却管１６との間で冷却水を循環させるようにしてもよい。
　炭酸ガス回収装置２５は、例えば特許第４９５６５１９号公報に記載されているように公知であり、再生吸収液に排ガスに含まれる炭酸ガスを吸収させてＣＯ２含有吸収液にする吸収塔２６と、ＣＯ２含有吸収液から炭酸ガスを分離させて再生吸収液にする再生塔２７と、再生吸収液を加熱して高温水蒸気を生成するリボイラー２８等を備える。吸収塔２６は、ボイラー２０から排ガスが底部から供給され、再生塔２７から吸収塔２６返る途中で冷却された再生吸収液が上部から供給され、排ガスに含まれる炭酸ガスを再生吸収液に吸収させて再生吸収液をＣＯ２含有吸収液にし、炭酸ガスを回収された排ガスを上部から放出する。
　再生塔２７は、吸収塔２６から再生塔２７に往く途中で加熱されるＣＯ２含有吸収液が上部から供給され、降下するＣＯ２含有吸収液を下部から供給される水蒸気で加熱し炭酸ガスを放出させて再生吸収液にする。リボイラー２８は、再生塔２７底部から送出された再生吸収液を加熱し水分の一部を水蒸気にして再生塔２７に底部から供給する。リボイラー２８で水分の一部を蒸発された再生吸収液は吸収塔２６に戻される。
　メタネーション装置３０は公知であり、内部にＮｉやＲｈ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ｐｔ等を担体に担持させたメタン化触媒が充填された反応管３１と、反応管３１を冷却して内部を所定温度Ｔに維持する冷却部３２を備える。反応管３１には、炭酸ガス回收装置２５から質量流量Ｑ１の炭酸ガスが供給され、低炭素水素供給装置３３から炭酸ガスの質量流量Ｑ１に対して所定比Ｒの質量流量Ｑ２の低炭素水素ガスが供給される。反応管３１は、供給された炭酸ガスと低炭素水素ガスとをメタン化触媒によって所定圧力Ｐ、所定温度Ｔ下で化学式（１）にしたがってカーボンニュートラルメタンガスにメタン化反応させて送出するように構成されている。
ＣＯ２＋４Ｈ２＝ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ（発熱反応　１６４ｋＪ／ｍｏｌ－ＣＯ２）　　（１）
　所定圧力Ｐはメタン化反応に適した圧力１～５ＭＰａであり、所定温度Ｔはメタン化触媒が活性を示す温度２５０～５００℃である。
　低炭素水素ガスとしては、水を再生可能エネルギーで生成した電力で電気分解し、水素と酸素に還元して生産された水素であるグリーン水素、天然ガスや石炭等の化石燃料を、水蒸気メタン改質などで水素と炭酸ガスに分解し、炭酸ガスを大気排出する前に回収する方法で生成されたブルー水素、水を原子力電気で電気分解して生成したピンク水素などを用いる。なお、低炭素水素ガスは、復水タービン発電装置１０で発電したグリーン電力で水を電気分解して製造してもよい。
　反応管３１に供給される炭酸ガスの質量流量Ｑ１に対する低炭素水素ガスの質量流量Ｑ２の所定比Ｒ（Ｑ２：Ｑ１）は、メタン化反応する二酸化炭素分子のモル数に対する水素分子のモル数の比は、４：１であるので、質量流量Ｑ１に含まれる二酸化炭素分子のモル数Ｍ１に対する質量流量Ｑ２に含まれる水素分子のモル数Ｍ２の比が４：１となるように設定する。二酸化炭素の分子量は４４、水素の分子量は２であるので、Ｍ２：Ｍ１＝Ｑ２／２：Ｑ１／４４＝４：１からＱ２：Ｑ１＝２：１１である。　
　反応管３１の内部はメタン化反応の反応熱よって昇温されるが、反応管３１が冷却部３２によって冷却され、内部が所定温度Ｔに維持される。即ち、復水タービン発電装置１０の復水器１５から送出された凝縮水が、反応管３１の外周を包囲する冷却部３２に流入し、反応管３１の外周に接触してメタン化反応で生じた反応熱を吸収し、高温水になってボイラー２０の熱交換部２１に送出されることにより、反応熱が反応ガスから凝縮水に熱移動され、反応管３１の内部が所定温度Ｔに維持される。
　合成ガス製造装置４０は、メタネーション装置３０から供給されたカーボンニュートラルメタンガスから水素ガスと一酸化炭素ガスのモル比がほぼ２：１の合成ガスを製造する。合成ガス製造装置４０は、例えば特開平５－２７０８０３号公報に記載されているように公知であり、カーボンニュートラルメタンガスと炭酸ガスと水蒸気を原料として供給され、触媒反応させて水素と一酸化炭素のモル比がほぼ２：１の合成ガスを製造する。
　合成ガス製造装置４０は、炭酸ガスに対する水素のモル比が３：１の合成ガスをカーボンニュートラルメタンガスから水蒸気をガス化剤としてスチームリフォーミング法で製造し、炭酸ガスに対する水素のモル比が１：１の合成ガスをカーボンニュートラルメタンガスから炭酸ガスをガス化剤として炭酸ガスリフォーミング法で製造し、炭酸ガスに対する水素のモル比が３：１の合成ガスおよび１：１の合成ガスを調合して水素と一酸化炭素のモル比がほぼ２：１の合成ガスを製造するように構成してもよい。
　また、合成ガス製造装置４０は、メタネーション装置３０から供給されたカーボンニュートラルメタンガスの一部を酸素と反応させて水蒸気と炭酸ガスを製造するとともに熱を発生させ、その熱を用いて触媒上でメタンと水蒸気および炭酸ガスとのリフォーミング反応を行なわせる公知のオートサーマルリフォーミング法で水素と一酸化炭素のモル比がほぼ２：１の合成ガスを製造するように構成してもよい。
　なお、合成ガス製造装置４０に、炭酸ガス回收装置２５から炭酸ガスを供給し、復水タービン発電装置１０の復水タービン１１から排気された水蒸気を供給するようにするとよい。
　液体燃料合成装置５０は、触媒が充填された反応器５１と反応器５１内に配置された冷却管５２を備える。反応器５１には合成ガスが合成ガス製造装置４０から供給され、合成ガスを所定温度・圧力環境で触媒によって反応させ、ＦＴ粗油または粗メタノールの液体燃料粗油を合成する。
　冷却管５２には炭酸ガス回收装置２５のリボイラー２８との間で熱媒体を循環する熱媒体循環回路５５が接続されている。液体燃料合成装置５０で合成ガスを液体燃料粗油に合成する際に生じる反応熱は、冷却管５２で熱媒体に熱移動され反応器５１の内部を所定温度に維持する。反応熱で昇温された熱媒体は熱媒体循環回路５５の往路５６を通って炭酸ガス回收装置２５のリボイラー２８に移送され水蒸気を生成してＣＯ２含有吸収液を加熱する。反応熱をリボイラー２８で放出した熱媒体は返路５７を通って冷却管５２に戻る。　冷却管５２、熱媒体循環回路５５およびリボイラー２８によって、液体燃料合成装置５０で合成ガスを液体燃料粗油に合成する際に生じる反応熱を炭酸ガス回收装置２５に熱移動してＣＯ２含有吸収液を加熱する熱移送装置５８が構成されている。
　液体燃料合成装置５０でＦＴ粗油を製造する場合、液体燃料合成装置５０はＦＴ合成装置であり、ＦＴ合成装置５０は、合成ガスから公知のフィッシャー・トロプシュ法（ＦＴ法：Ｆｉｓｃｈｅｒ－Ｔｒｏｐｓｃｈｐｒｏｃｅｓｓ）を用いて所定温度・圧力環境で触媒によって所望のＦＴ粗油を生成する。即ち、ＦＴ合成装置５０は、各種の触媒が充填された反応器５１に合成ガスを合成ガス製造装置４０から供給され、化学式（２）に示す合成反応を行わせてＦＴ粗油を生成する。
（２ｎ＋１）Ｈ２＋ｎＣＯ　→　ＣｎＨ２ｎ＋２　＋　ｎＨ２Ｏ　　　発熱反応　　（２）
　液体燃料合成装置５０で粗メタノールを製造する場合、液体燃料合成装置５０はメタノール製造装置であり、メタノール製造装置５０は、合成ガス製造装置４０から供給された合成ガスから公知のメタノール合成法を用いて所定温度・圧力環境で触媒によって化学式（３）に示す合成反応を行わせて粗メタノールを生成する。
２Ｈ２＋ＣＯ　→　ＣＨ３ＯＨ　　　発熱反応　　　　　（３）
２．第１実施形態の作動
　復水タービン発電装置１０は、ボイラー２０の燃焼室２２でバイオマス供給装置２３から供給されたバイオマスを燃焼させ、メタネーション装置３０から熱交換部２１に戻された高温水を過熱し過熱蒸気を生成する。過熱蒸気で駆動される復水タービン１１は発電機１２を稼働させる。発電機１２から出力される電力の一部は、カーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システム１ａにおいて所内電力として使用され、余剰電力は電力グリッド１３に売電される。復水タービン１１を回転させて圧力低下した水蒸気は、復水器１５で冷却水供給装置１７から供給された冷却水との間で熱交換して凝縮水になり、メタネーション装置３０の冷却部３２に送出される。凝縮水は冷却部３２を流動する間に反応管３１からメタン化反応の反応熱を吸収して反応管３１内部を所定温度Ｔに維持し、高温水になってボイラー２０の熱交換部２１に戻される。
　炭酸ガス回収装置２５は、吸収塔２６に排ガスがボイラー２０から供給され、再生吸収液が排ガスに含まれる炭酸ガスを吸収してＣＯ２含有吸収液になる。再生塔２７に送られたＣＯ２含有吸収液は、液体燃料合成装置５０から熱移送装置５８によって熱移動された反応熱によって加熱され炭酸ガスを放出して再生吸収液になって吸収塔２６に戻される。
　メタネーション装置３０の反応管３１に、炭酸ガス回收装置２５から炭酸ガスが供給され、低炭素水素供給装置３３から炭酸ガスの質量流量に対して所定比の質量流量の低炭素水素ガスが供給される。反応管３１は供給された炭酸ガスと低炭素水素ガスとをメタン化触媒によって所定圧力、所定温度下でカーボンニュートラルメタンガスにメタン化反応させる。
　合成ガス製造装置４０は、カーボンニュートラルメタンガスをメタネーション装置３０から供給され、カーボンニュートラルメタンガスを炭酸ガスおよび水蒸気と触媒反応させて水素ガスと一酸化炭素ガスのモル比がほぼ２：１の合成ガスを製造し、液体燃料合成装置５０に送出する。
　液体燃料合成装置５０は、反応器５１に合成ガスが合成ガス製造装置４０から供給され、合成ガスを所定温度・圧力環境で触媒によって反応させ、液体燃料粗油を生成する。
液体燃料合成装置５０がＦＴ合成装置である場合は、ＦＴ粗油が生成され、メタノール合成装置である場合は、粗メタノールが生成される。触媒反応で生じる反応熱は冷却管５２を流動する熱媒体に熱移動され反応器５１の内部は所定温度に維持される。
　反応熱で高温に加熱された熱媒体は、熱媒体循環回路５３で炭酸ガス回收装置２５のリボイラー２８に移送されて水蒸気を生成する。水蒸気はリボイラー２８から再生塔２７に流入し、ＣＯ２含有吸収液を加熱して炭酸ガスを分離する。
３．第１実施形態の効果
　第１実施形態によれば、復水タービン発電装置１０でバイオマスを燃焼させてグリーン電力を生成し、バイオマの燃焼排ガスから回収した炭酸ガスと低炭素水素ガスからカーボンニュートラルメタンガスを生成することができる。そして、カーボンニュートラルメタンガスから製造した合成ガスを液体燃料粗油に合成し、合成の際に生じる反応熱をバイオマスの燃焼排ガスから炭酸ガスを回收する炭酸ガス回收装置２５に利用することができる。このように、確立した技術を有機的に結合して生産規模を制約されることなく、システムのいずれの工程においてもカーボンニュートラルかつ省エネルギーでグリーン電力および液体燃料粗油を製造することができる。
４．第２実施形態の構成
　第２実施形態にかかるカーボンニュートラル液体燃料製造システム１ｂは、第１実施形態において、復水タービン発電装置１０のボイラー２０から送出された過熱蒸気（第２実施形態では一次過熱蒸気と言う。）が独立過熱装置６０によってさらに過熱されて一次過熱蒸気より高温の二次過熱蒸気になる点以外は第１実施形態と同じであるので、相違点について説明し、第１の実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
　独立過熱装置６０の熱交換部６１にボイラー２０から一次過熱蒸気が供給され、燃焼室６２はメタネーション装置３０から送出されるカーボンニュートラルメタンの一部が分岐路６３を通って供給される。分岐路６３は、カーボンニュートラルメタンをメタネーション装置３０から合成ガス製造装置４０に供給する管路６４から分岐している。これにより、一次過熱蒸気は、独立過熱装置６０でさらに過熱されて一次過熱蒸気より高温の二次過熱蒸気に過熱され復水タービン１１に供給される。燃焼室６２でカーボンニュートラルメタンの燃焼で生じる排ガスは大気に放出してもよく、或いは炭酸ガス回收装置２５に供給してもよい。
５．第２実施形態の作動および効果
　メタネーション装置３０から送出されたカーボンニュートラルメタンの一部が独立過熱装置６０の燃焼室６２で燃焼し、ボイラー２０から熱交換部６１に供給された過熱蒸気を更に過熱して二次過熱蒸気にする。一部のバイオマス、特に都市可燃ゴミ（廃棄物）を燃料とする場合、廃棄物には腐食物質が含まれており、ボイラー腐食を防止するため蒸気温度が制限されるが、独立過熱装置６０を設けて再熱することで発電効率の向上を図ることができる。
　メタネーション製造装置３０から独立過熱装置６０の燃焼質６２に供給されるカーボンニュートラルメタンの流量を可変にする調整弁を分岐路６３に設けると、グリーン電力と液体燃料粗油の生産割合を必要に応じて調整することができる。
　なお、第１および第２実施形態では、ＦＴ粗油を液体燃料としている。また。ＦＴ粗油を水素化処理、異性化処理して潤滑油基油を製造してもよい。
６．第３実施形態
　第３実施形態にかかるカーボンニュートラル液体燃料製造システム１ｃは、第１実施形態において、液体燃料合成装置５０をＦＴ粗油を製造するＦＴ合成装置５０とし、ＦＴ粗油を持続可能航空燃料（ＳＡＦ）にアップグレーディングするアップグレーディング装置７０をＦＴ合成装置５０に接続した点以外は第１実施形態と同じであるので、相違点について説明し、第１実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
　液体燃料合成装置であるＦＴ合成装置５０にはアップグレーディング装置７０および低炭素水素供給装置３３が接続されている。アップグレーディング装置７０は公知であり、ＦＴ合成装置５０から供給されるＦＴ粗油を低炭素水素供給装置３３から供給される低炭素水素ガスによって触媒下で水素化精製、水素化分解などの水素化処理を行なって持続可能航空燃料にアップグレードする。
　これにより、すべての製造工程においてカーボンニュートラルな状態でグリーン電力および持続可能航空燃料を省エネルギーで製造することができる。
７．第４実施形態
　第４実施形態にかかるカーボンニュートラル液体燃料製造システム１ｄは、第１実施形態に第２実施形態の独立過熱装置６０および第３実施形態のアップグレーディング装置７０を追加したものである。従って、第４実施形態は第１乃至第３実施形態が奏する効果を奏する。
８．第５実施形態
　第３実施形態において、熱媒体循環回路５５を循環する熱媒体を水とし、熱媒体循環回路５５の往路５６に復水タービン１１の抽気口を接続し、返路５７に復水器１５を接続した点以外は第３実施形態と同じであるので、相違点について説明し、第３実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
　炭酸ガス回收装置２５のリボイラー２８には、ＦＴ合成装置５１の冷却管５２で合成反応熱を熱移動して生成された水蒸気に加え、復水タービン発電装置１０の復水タービン１１から抽気された水蒸気が供給される。供給された水蒸気はリボイラー２８でＣＯ２含有吸収液を加熱し含有水分の一部を水蒸気にし、自らは凝縮水となり一部が冷却管５２に戻され、残部が復水器１５に戻される。
　第５実施形態によれば、ＦＴ合成装置５１での合成反応熱で生成された水蒸気に加え、復水タービン１１から抽気した水蒸気を炭酸ガス回收装置２５に供給するので、炭酸ガスの回収に必要な熱量を十分供給することができる。
９．第６実施形態
　第４実施形態において、熱媒体循環回路５５を循環する熱媒体を水とし、独立過熱装置６０から排ガスが供給される廃熱回収ボイラー８０を設け、排熱回収ボイラー８０の熱交換器８１の蒸気出口が熱媒体循環回路５５の往路５６に接続され、凝縮水入口が返路５７に接続されている点以外は第４実施形態と同じであるので、相違点について説明し、第４実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
　炭酸ガス回收装置２５のリボイラー２８には、ＦＴ合成装置５１の冷却管５２で合成反応熱を熱移動して生成された水蒸気に加え、独立過熱装置６０から排出された高温排ガスから廃熱回収ボイラー８０の熱交換器８１で回収した排熱で生成された水蒸気が供給される。供給された水蒸気はリボイラー２８でＣＯ２含有吸収液を加熱し含有水分の一部を水蒸気にし、自らは凝縮水となり一部が冷却管５２に戻され、残部が熱交換器８１に戻される。
　第６実施形態によれば、ＦＴ合成装置５１での合成反応熱で生成される水蒸気に加え、独立過熱装置６０から排出される高温排ガスから回収した排熱を使用して生成した水蒸気を炭酸ガス回收装置２５に供給するので、炭酸ガスの回収に必要な熱量を十分に供給できる。
　１ａ～１ｆ：カーボンニュートラル液体燃料製造システム、１０：復水タービン発電装置、１１：復水タービン、１２：発電機、１５：復水器、２０：ボイラー、２１：熱交換部、２２：燃焼室、２３：バイオマス供給装置、２５：炭酸ガス回收装置、２６：吸収塔、２７：再生塔、２８：リボイラー、３０：メタネーション装置、３１：反応管、３２：冷却部、３３：低炭素水素供給装置、４０：合成ガス製造装置、５０：液体燃料合成装置（ＦＴ合成装置、メタノール製造装置）、５１：反応器、５２：冷却管、５５：熱媒体循環回路、５６往路、５７返路、５８：熱移送装置、６０：独立過熱装置、６１：熱交換部、６２：燃焼室、６３分岐路、６４：管路、７０：アップグレーディング装置、８０：排熱回収ボイラー、８１：熱交換器、８２：排ガス路

Claims (5)

  1. 　復水タービンによって駆動される発電機と、バイオマス供給装置から供給されるバイオマスを燃焼させ、高温水を加熱し過熱蒸気にして前記復水タービンに供給するボイラーと、前記復水タービンから排出される低圧蒸気を凝縮水に凝縮させる復水器と、を備える、復水タービン発電装置と、
    　前記ボイラーから排ガスが供給され、前記排ガスに含まれる炭酸ガスを吸収液に吸収させてＣＯ２含有吸収液を生成する吸収塔、および前記吸収塔から前記ＣＯ２含有吸収液が供給され、前記ＣＯ２含有吸収液を加熱して前記炭酸ガスを放出させる再生塔を備える炭酸ガス回収装置と、
    　前記炭酸ガス回收装置から前記炭酸ガスが供給され、低炭素水素供給装置から前記炭酸ガスの質量流量に対して所定比の質量流量の低炭素水素ガスが供給され、前記炭酸ガスと前記低炭素水素ガスとを内部に充填されたメタン化反応触媒によって所定圧力、所定温度下でカーボンニュートラルメタンガスにメタン化反応させて送出するように構成された反応管、および前記復水タービン発電装置から前記凝縮水が供給され前記メタン化反応で生じる反応熱を前記凝縮水に熱移動して前記反応管内部を前記メタン化触媒が活性を示す前記所定温度に維持し、前記凝縮水を前記高温水にして前記ボイラーに送出する冷却部を備えるメタネーション装置と、
    　前記メタネーション装置の前記反応管から供給された前記カーボンニュートラルメタンガスから水素ガスと一酸化炭素ガスのモル比がほぼ２：１の合成ガスを製造する合成ガス製造装置と、
    　前記合成ガス製造装置から供給された前記合成ガスを所定温度・圧力環境で触媒によって反応させ、液体燃料粗油を合成する液体燃料合成装置と、
    　前記液体燃料合成装置で前記合成ガスを液体燃料粗油に合成する際に生じる反応熱を前記炭酸ガス回收装置に熱移動して前記ＣＯ２含有吸収液を加熱する熱移送装置と、
    を備えたカーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システム。
  2. 　前記液体燃料合成装置から供給された前記液体燃料粗油を前記低炭素水素供給装置から供給される前記低炭素水素ガスでアップグレーディングして持続可能航空燃料を製造する請求項１に記載のカーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システム。
  3. 　前記メタネーション装置の前記反応管から送出される前記カーボンニュートラルメタンガスの一部が供給され、前記カーボンニュートラルメタンガスの一部を燃焼させて前記ボイラーから送出される前記過熱蒸気を過熱する独立過熱装置を備える請求項１または請求項２に記載のカーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システム。
  4. 　前記熱移送装置は、前記液体燃料合成装置で生じる前記反応熱を前記復水器から送出される前記凝縮水の一部に熱移送して生成した水蒸気および前記復水タービンから抽気された水蒸気を前記炭酸ガス回收装置に循環させて前記ＣＯ２含有吸収液を加熱する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のカーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システム。
  5. 　前記メタネーション装置の前記反応管から送出される前記カーボンニュートラルメタンガスの一部が供給され、前記カーボンニュートラルメタンガスの一部を燃焼させて前記ボイラーから送出される前記過熱蒸気を過熱する独立過熱装置を備え、
    　前記熱移送装置は、前記液体燃料合成装置で生じる前記反応熱を前記炭酸ガス回收装置から送出される凝縮水の一部に熱移送して生成した水蒸気および前記独立過熱装置から排出される排ガスから排熱を回収する排熱回収ボイラーで前記炭酸ガス回收装置から送出される凝縮水の他部を加熱して生成された水蒸気を前記炭酸ガス回收装置に循環させて前記ＣＯ２含有吸収液を加熱する請求項１または請求項２に記載のカーボンニュートラルメタン使用液体燃料製造システム。
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