WO2023286730A1 - 合成燃料の製造方法 - Google Patents

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WO2023286730A1
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慶太 神山
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東洋エンジニアリング株式会社
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    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing SAF (Sustainable Aviation fuel) and synthetic fuel such as diesel fuel from waste such as biomass.
  • SAF Stustainable Aviation fuel
  • synthetic fuel such as diesel fuel from waste such as biomass.
  • the present invention relates to a method for producing a synthetic fuel capable of reducing the amount of carbon dioxide emitted into the atmosphere when it is converted into a synthetic fuel.
  • waste such as woody biomass and MSW (Municipal Solid Waste) is reacted with oxygen and water at a high temperature in a gasification furnace to gasify the waste, and from the resulting carbon monoxide and hydrogen
  • FT Fischer-Tropsch
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a process flow of a conventional synthetic fuel manufacturing method.
  • a waste 3 such as woody biomass or MSW is reacted with oxygen and water 4 at a high temperature to gasify the waste to produce a gasified gas G1 containing carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen.
  • a gasification step G to be produced a carbon dioxide separation step S for separating carbon dioxide from the gasification gas G1 produced in the gasification step G, and a synthesis gas G2 (monoxide FT synthesis step FT for producing synthetic fuel by performing FT synthesis using gas containing carbon and hydrogen).
  • the carbon dioxide separated in the carbon dioxide separation step S is generally discharged into the atmosphere.
  • Patent Document 1 As a method for producing a synthetic fuel using carbon dioxide as one of the raw materials, there is a method described in Patent Document 1, for example.
  • This patent discloses the conversion of carbon dioxide and water to carbon monoxide and hydrogen by co-electrolysis in a syngas production cell (solid oxide electrolyser cell), which is then converted to hydrocarbons in a catalytic reactor.
  • a process for converting to fuel is disclosed.
  • reaction formula (1) represents a reaction that produces carbon monoxide (CO) and hydrogen gas (H 2 ) by partial combustion or steam gasification of waste.
  • reaction formula (3) represents a reaction for producing a synthetic fuel (C n H 2n+2 ) from carbon monoxide (CO) and hydrogen gas (H 2 ), and the amount of carbon monoxide (CO) used The amount of hydrogen gas (H 2 ) used is more than twice (2n+1) with respect to (n).
  • reaction formula (2) a shift reaction occurs between carbon monoxide and water (CO+H 2 O) and carbon dioxide and hydrogen gas (CO 2 +H 2 ).
  • the carbon dioxide separated in the carbon dioxide separation step S is normally discharged into the atmosphere.
  • the object of the present invention is to provide a method for producing a synthetic fuel that can reduce the amount of carbon dioxide emitted into the atmosphere.
  • the present inventors combined a step such as a carbon dioxide electrolysis step with the conventional method shown in FIG. We have found that recycling as a raw material is very effective, and have completed the present invention. That is, the present invention includes each of the following aspects.
  • a method for producing a synthetic fuel having Furthermore, having a carbon dioxide electrolysis step of electrolyzing the carbon dioxide separated in the carbon dioxide separation step to generate an electrolytic gas containing carbon monoxide and carbon dioxide,
  • a method for producing a synthetic fuel characterized in that the electrolysis gas produced in the carbon dioxide electrolysis step is supplied to a carbon dioxide separation step to separate carbon dioxide from the gasification gas and the electrolysis gas.
  • [2] Further, according to [1], it has a water electrolysis step in which water is electrolyzed to generate oxygen and hydrogen, the generated hydrogen is supplied to the FT synthesis step, and the generated oxygen is supplied to the gasification step. of synthetic fuels.
  • An improved method for reducing atmospheric emissions of carbon dioxide generated in existing synthetic fuel production equipment comprising: a gasifier for reacting waste with oxygen and water at high temperature to gasify the waste to produce a gasified gas containing carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen; a carbon dioxide separator that separates carbon dioxide from at least the gasification gas produced in the gasifier; an FT synthesizer that produces a synthetic fuel by Fischer-Tropsch synthesis from the synthesis gas from which carbon dioxide is separated in the carbon dioxide separator; For existing synthetic fuel production facilities with adding a carbon dioxide electrolysis device that electrolyzes carbon dioxide separated in the carbon dioxide separation device to produce an electrolytic gas containing carbon monoxide and carbon dioxide; A method for improving a synthetic fuel production facility, comprising supplying electrolytic gas produced in a carbon dioxide electrolyzer to a carbon dioxide separator to separate carbon dioxide from the gasified gas and the electrolytic gas.
  • a water electrolyzer for electrolyzing water to generate oxygen and hydrogen is added, the generated hydrogen is supplied to the FT synthesizer, and the generated oxygen is supplied to the gasifier.[4] of synthetic fuel manufacturing facilities.
  • part of the carbon dioxide that has been discharged into the atmosphere in the conventional method is reduced to carbon monoxide in the carbon dioxide electrolysis step, and this is recycled as a raw material for FT synthesis, so that carbon dioxide into the atmosphere It can reduce carbon emissions.
  • the molar amount of hydrogen produced by electrolyzing water to be supplied to the FT synthesis step is preferably at least twice the molar amount of carbon monoxide in the electrolytic gas. As a result, the compositional balance of the raw material gas in the FT synthesis step becomes favorable.
  • oxygen generated by electrolyzing water it is also preferable to supply oxygen generated by electrolyzing water to the gasification process. By using this oxygen for gasification of the waste, the load of the oxygen separation process can be reduced.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a process flow of a method for producing a synthetic fuel according to the present invention. It is a figure which shows an example of the process flow of the manufacturing method of the conventional synthetic fuel.
  • FIG. 1 is a diagram showing a process flow in a preferred embodiment of the synthetic fuel production method of the present invention. Each step will be described below.
  • the supply of materials and power to each process can be performed by providing a supply system including a supply line as necessary, and the discharge or removal of products and waste from each process can be performed using a discharge line as necessary. This can be done by providing an evacuation system containing
  • the oxygen separation step OS shown in FIG. 1 is a step of separating oxygen from the air 2 .
  • the oxygen separated in this oxygen separation process is supplied to the gasification process G described later.
  • gases other than oxygen in the air are adsorbed by an adsorbent (for example, synthetic zeolite) by adjusting the pressure
  • adsorbent for example, synthetic zeolite
  • VPSA Vauum Pressure Swing Adsorption
  • Gases other than adsorbed oxygen (nitrogen, etc.) may be discharged into the atmosphere.
  • the specific reaction conditions the type of adsorbent, and the configuration of the reactor including the oxygen separation device or oxygen separation system, known conditions, types, and configurations related to oxygen separation technology can be employed without limitation.
  • the present invention it is preferable to use the VPSA process as described above as one of the processes for obtaining oxygen to be supplied to the gasification process G.
  • the present invention is not limited to this.
  • high-purity oxygen gas may be obtained by other known methods (cryogenic separation method, etc.) and supplied to the gasification process G. While the VPSA process is often economically advantageous, the cryogenic separation process may be more economically advantageous, for example, in small-scale plants.
  • the waste, oxygen and water are supplied to a gasification furnace (melting furnace), A method of reacting at a predetermined temperature and pressure can be mentioned.
  • a gasification furnace melting furnace
  • the reaction temperature is usually 700°C or higher, preferably 800°C to 1200°C.
  • the waste that is used as a raw material in the gasification step G includes solids, liquids, and mixtures thereof containing hydrocarbon components that can be gasified.
  • woody biomass and MSW Moxipal Solid Waste
  • the present invention is not limited to this.
  • waste such as herbaceous biomass, PKS (Palm Kernel Shell), OPT (Oil Palm Trunk, old oil palm tree) can also be used.
  • the carbon dioxide separation step S shown in FIG. 1 is a step of separating carbon dioxide from a gas to be treated containing at least gasification gas G1 [CO 2 /CO/H 2 ].
  • gasification gas G1 alone, or both the gasification gas G1 and the electrolytic gas G3 [CO 2 /CO] generated in the carbon dioxide electrolysis step E described later can be used.
  • these may be mixed and supplied to the carbon dioxide separation step S as necessary.
  • the carbon dioxide separated in this carbon dioxide separation step S is not discharged into the atmosphere, but is supplied to the carbon dioxide electrolysis step E described later and recycled via the supply systems 7 and 8. As a result, the amount of carbon dioxide emitted into the atmosphere can be reduced.
  • the gas from which carbon dioxide has been separated that is, the synthesis gas G2 [CO/H 2 ] containing carbon monoxide and hydrogen is supplied to the FT synthesis process FT, which will be described later, as a raw material for synthetic fuel.
  • carbon dioxide is absorbed in an absorbent such as amine in the absorption step, and the absorbent is heated in the regeneration step to remove carbon dioxide.
  • an absorbent such as amine in the absorption step
  • Separate chemisorption methods are mentioned.
  • the specific reaction conditions and the configuration of the reactor including the carbon dioxide separator or carbon dioxide separation system the known conditions and configurations related to carbon dioxide separation technology can be employed without limitation.
  • the carbon dioxide electrolysis step E shown in FIG. 1 is a step of electrolyzing the carbon dioxide separated in the carbon dioxide separation step S to generate electrolytic gas G3 [CO/CO 2 ] containing carbon monoxide and carbon dioxide. .
  • the electrolytic gas G3 [CO/CO 2 ] generated in this carbon dioxide electrolysis step E is returned to the carbon dioxide separation step S.
  • Carbon dioxide electrolysis step E is typically a step of reducing part of carbon dioxide to carbon monoxide by electrolysis. Therefore, the produced electrolytic gas G3 [CO/CO 2 ] is typically a mixed gas of carbon monoxide produced by the reduction and carbon dioxide that has not been reduced.
  • the specific electrolysis conditions and the configuration of the electrolysis device or electrolysis system known conditions and configurations related to carbon dioxide electrolysis technology can be employed without limitation.
  • the step of reducing part of the carbon dioxide to carbon monoxide by electrolysis is the method described in Patent Document 1 (carbon dioxide and water in a solid oxide electrolytic cell at a high temperature (500 ° C. or higher).
  • a high temperature 500 ° C. or higher.
  • electrolysis can be performed at a low temperature (less than 100 ° C.) and there is no problem of performance deterioration due to electrode adhesion of deposited carbon. be.
  • the carbon dioxide treated in the carbon dioxide electrolysis step E may be supplied to the carbon dioxide separation step S, it is preferable to discharge a part of the carbon dioxide to the atmosphere.
  • the reason for this is to prevent an inert gas such as nitrogen, which is an impurity of the oxygen supplied to the gasification process G, from accumulating in the system.
  • the amount of carbon dioxide emitted to the atmosphere in this step is extremely small compared to the amount emitted in the conventional method shown in FIG. 2 (that is, the amount of all carbon dioxide separated in the carbon dioxide separation step S). quantity. Therefore, according to the present invention, the amount of carbon dioxide emissions can be sufficiently reduced as compared with the conventional method.
  • renewable energy is energy that always exists in the natural world, such as sunlight, wind power, geothermal power, and hydraulic power, and is characterized by not emitting carbon dioxide during power generation. Using power from this renewable energy for the carbon dioxide electrolysis step E meets the objective of the present invention, which is to reduce carbon dioxide emissions.
  • the water electrolysis process WE shown in FIG. 1 is a process of electrolyzing water to generate oxygen and hydrogen.
  • the specific electrolysis conditions and the configuration of the electrolysis device or electrolysis system in this step WE known conditions and configurations related to water electrolysis technology can be employed without limitation.
  • the generated hydrogen is supplied via the supply system 11 to the FT synthesis process FT, which will be described later.
  • the molar amount of the hydrogen generated in the water electrolysis process WE supplied to the FT synthesis process is preferably at least twice the molar amount of carbon monoxide in the electrolytic gas G3. Thereby, the compositional balance of the raw material gas in the FT synthesis process FT becomes suitable.
  • the oxygen generated in the water electrolysis process WE is supplied to the gasification process G via the supply system 12.
  • the load of the oxygen separation process OS can be reduced.
  • the water electrolysis process WE described above it is preferable to use the water electrolysis process WE described above as one of the processes for generating hydrogen to be supplied to the FT synthesis process FT.
  • the present invention is not limited to this.
  • hydrogen may be produced by another known method and supplied to the FT synthesis step FT.
  • FT synthesis step FT shown in FIG . This is the process of producing a synthetic fuel by synthesis.
  • Fischer-Tropsch (FT) synthesis is a synthesis method for obtaining synthetic fuels (gas and liquid hydrocarbons) from carbon monoxide and hydrogen through a catalytic reaction.
  • Compounds of iron and cobalt are commonly used as catalysts.
  • the specific reaction conditions the type of catalyst, and the reactor configuration including the FT synthesis apparatus or FT synthesis system in this FT synthesis, known conditions, types, and configurations related to FT synthesis technology can be employed without limitation.
  • SAF Stainable Aviation fuel
  • other synthetic fuels 5 are obtained.
  • Other synthetic fuels include, for example, kerosene, diesel oil, naphtha, and the like. Further, the gas fraction generated during the synthesis is used as fuel gas or burned in a flare or the like and released into the atmosphere as offgas 6 .
  • the synthetic fuel production method of the present invention described above can be carried out by newly constructing all the devices for carrying out the respective steps. However, it can also be implemented by adding a carbon dioxide electrolysis device and, if necessary, other devices (for example, a water electrolysis device) to the existing production facility.
  • the method for improving a synthetic fuel production facility of the present invention is an improvement method for reducing the amount of carbon dioxide emitted into the atmosphere in the existing equipment of a synthetic fuel production facility.
  • waste, oxygen and water are reacted at high temperature to gasify the waste, and gasification gas G1 containing carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen is produced.
  • a gasifier (g) to produce a gasifier (g) to produce, a carbon dioxide separator (s) for separating carbon dioxide from at least the gasified gas G1 produced in the gasifier (g), and carbon dioxide in the carbon dioxide separator (s) an FT synthesis unit that produces a synthetic fuel by Fischer-Tropsch synthesis from the separated synthesis gas G2, and that releases the carbon dioxide separated in the carbon dioxide separation unit(s) to the atmosphere. manufacturing equipment.
  • an existing synthetic fuel production apparatus is provided with a carbon dioxide electrolyzer (e) that electrolyzes carbon dioxide to generate an electrolytic gas G3 containing carbon monoxide and carbon dioxide;
  • a supply system 7 for supplying carbon dioxide generated in the carbon separation device (s) to the carbon dioxide electrolysis device (e), and supplying electrolytic gas G3 generated in the carbon dioxide electrolysis device (e) to the carbon dioxide separation device (s).
  • a supply system 8 is added.
  • the molar amount of hydrogen generated in the water electrolyzer (we) supplied to the FT synthesis apparatus is preferably at least twice the molar amount of carbon monoxide in the electrolytic gas G3. It is also preferable to supply the oxygen generated in the water electrolyzer (we) to the gasifier (g).
  • Adding a device such as a carbon dioxide electrolysis device to existing manufacturing facilities in this way is advantageous in terms of facility costs compared to building all new facilities. Furthermore, the production of synthetic fuel can be increased by effectively utilizing the carbon dioxide emitted by existing production facilities.
  • the present invention is very useful from the viewpoint of preventing global warming because it can recycle carbon dioxide generated when producing synthetic fuel from waste and reduce the amount of carbon dioxide emitted into the atmosphere.
  • Electricity 2 Air 3: Waste 4: Water 5: Fuel 6: Off-gas 7: Carbon dioxide supply system 8: Electrolytic gas supply system 9: Electricity generated by renewable energy 10: Electricity generated by renewable energy Electric power 11: Hydrogen supply system 12: Oxygen supply system OS: Oxygen separation process G: Gasification process S: Carbon dioxide separation process FT: FT synthesis process E: Carbon dioxide electrolysis process WE: Water electrolysis process G1: Gasification gas G2: Syngas G3: Electrolytic gas

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Abstract

廃棄物を高温で酸素と水と反応させてガス化するガス化工程Ｇと、工程Ｇで生成したガス化ガスＧ１から二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離工程Ｓと、工程Ｓで生じた合成ガスＧ２からフィッシャー・トロプシュ合成により合成燃料を生成するＦＴ合成工程ＦＴと、工程Ｓで分離された二酸化炭素を電気分解して一酸化炭素及び二酸化炭素を含む電解ガスＧ３を生成する二酸化炭素電解工程Ｅと、を有し、二酸化炭素電解工程Ｅにおいて生成した電解ガスＧ３を二酸化炭素分離工程Ｓに供給し、ガス化ガスＧ１及び電解ガスＧ３から二酸化炭素を分離する合成燃料の製造方法によって、二酸化炭素の大気中への排出量の低減を可能とする。

Description

合成燃料の製造方法
　本発明は、バイオマス等の廃棄物からＳＡＦ（Sustainable aviation fuel）やディーゼル燃料等の合成燃料を製造する方法に関し、より詳しくは、廃棄物と酸素と水とを高温で反応させて廃棄物をガス化する際に生成する二酸化炭素の大気中への排出量を低減できる合成燃料の製造方法に関する。
　従来、木質バイオマスやＭＳＷ（Municipal Solid Waste、都市ゴミ）等の廃棄物と酸素と水とをガス化炉にて高温で反応させて廃棄物をガス化し、その得られた一酸化炭素及び水素からフィッシャー・トロプシュ（ＦＴ）合成により合成燃料を製造する技術が知られている。
　図２は、従来の合成燃料の製造方法の工程フローの一例を示す図である。この図２に示す方法は、木質バイオマスやＭＳＷなどの廃棄物３と酸素と水４とを高温で反応させて廃棄物をガス化し、二酸化炭素、一酸化炭素及び水素を含むガス化ガスＧ１を生成するガス化工程Ｇと、ガス化工程Ｇにおいて生成したガス化ガスＧ１から二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離工程Ｓと、二酸化炭素分離工程Ｓにおいて二酸化炭素が分離された合成ガスＧ２（一酸化炭素と水素を含むガス）を用いてＦＴ合成を行って、合成燃料を生成するＦＴ合成工程ＦＴとを含む。この従来の方法において、二酸化炭素分離工程Ｓで分離された二酸化炭素は、通常、大気中に排出される。
　なお、二酸化炭素を原料の一つとする合成燃料の製造方法として、例えば特許文献１に記載の方法がある。この特許文献１には、二酸化炭素及び水を合成ガス生成セル（固体酸化物電解槽セル）中で共電解することにより一酸化炭素及び水素に変換し、次いでこれを触媒反応器中で炭化水素燃料に変換するプロセスが開示されている。
　バイオマス等の廃棄物からＦＴ合成によりＳＡＦなどの合成燃料を製造する際の主要な反応は以下の反応式で示される。
　　ＣｐＨｑ＋ｐＨ２Ｏ　→　ｐＣＯ＋（ｐ＋（ｑ／２））Ｈ２（１）
　　ＣＯ＋Ｈ２Ｏ　　　←→　　　ＣＯ２＋Ｈ２　　　　　　　（２）
　ｎＣＯ＋（２ｎ＋１）Ｈ２　→　ＣｎＨ２ｎ＋２＋ｎＨ２Ｏ　　　（３）
　以上の反応式（１）は、廃棄物を部分燃焼又は水蒸気ガス化することにより一酸化炭素（ＣＯ）及び水素ガス（Ｈ２）を生成する反応を表わしている。そして反応式（３）は、一酸化炭素（ＣＯ）及び水素ガス（Ｈ２）から合成燃料（ＣｎＨ２ｎ+２）を生成する反応を表わしており、一酸化炭素（ＣＯ）の使用量（ｎ）に対する水素ガス（Ｈ２）の使用量は２倍以上（２ｎ＋１）である。一方、反応式（２）で表わされるように、一酸化炭素及び水（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ）と二酸化炭素及び水素ガス（ＣＯ２＋Ｈ２）の間にはシフト反応が生じる。その結果、一酸化炭素（ＣＯ）の生成量が多い場合は水素ガス（Ｈ２）の生成量が少なくなり、逆に水素ガス（Ｈ２）の生成量が多い場合は一酸化炭素（ＣＯ）の生成量が少なくなる。したがって、水素ガス（Ｈ２）の生成量を一酸化炭素の生成量の２倍以上に増やす場合は、その分一酸化炭素（ＣＯ）の生成量が減ってしまう。しかも、大気中に排出する二酸化炭素（ＣＯ２）の生成量が増えてしまう。
特表２０１６-５１１２９６号公報
　図２に示した従来の方法において、二酸化炭素分離工程Ｓで分離された二酸化炭素は、通常、大気中に排出される。しかしながら、温室効果ガスの一つである二酸化炭素を大気中に大量に排出することは、地球温暖化防止の観点から好ましくない。そこで本発明者は、二酸化炭素の大気中への排出量を低減する為に、二酸化炭素の有効なリサイクル方法について検討した。
　すなわち本発明の目的は、二酸化炭素の大気中への排出量を低減できる合成燃料の製造方法を提供することにある。
　本発明者は、上記目的を達成する為に鋭意検討した結果、図２に示した従来の方法に対して二酸化炭素電解工程等の工程を組み合わせ、電気分解により生成した一酸化炭素をＦＴ合成の原料としてリサイクルすることが非常に有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち本発明は、以下の各態様を含む。
［１］廃棄物と酸素と水とを高温で反応させて廃棄物をガス化し、二酸化炭素、一酸化炭素及び水素を含むガス化ガスを生成するガス化工程と、
　少なくともガス化工程において生成したガス化ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離工程と、
　二酸化炭素分離工程において二酸化炭素が分離された合成ガスからフィッシャー・トロプシュ合成により合成燃料を生成するＦＴ合成工程と、
　を有する合成燃料の製造方法において、
　さらに、二酸化炭素分離工程において分離された二酸化炭素を電気分解して一酸化炭素及び二酸化炭素を含む電解ガスを生成する二酸化炭素電解工程を有し、
　二酸化炭素電解工程において生成した電解ガスを二酸化炭素分離工程に供給し、ガス化ガス及び電解ガスから二酸化炭素を分離することを特徴とする合成燃料の製造方法。
［２］さらに、水を電気分解して酸素と水素を生成する水電解工程を有し、生成した水素をＦＴ合成工程に供給し、生成した酸素をガス化工程に供給する［１］に記載の合成燃料の製造方法。
［３］さらに、空気から酸素を分離する酸素分離工程を有し、分離した酸素をガス化工程に供給する［１］又は［２］に記載の合成燃料の製造方法。
［４］既存の合成燃料の製造設備の装置において発生する二酸化炭素の大気中への排出量を低減する為の改良方法であって、
　廃棄物と酸素と水とを高温で反応させて廃棄物をガス化し、二酸化炭素、一酸化炭素及び水素を含むガス化ガスを生成するガス化装置と、
　少なくともガス化装置において生成したガス化ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離装置と、
　二酸化炭素分離装置において二酸化炭素が分離された合成ガスからフィッシャー・トロプシュ合成により合成燃料を生成するＦＴ合成装置と、
　を有する既存の合成燃料の製造設備に対して、
　二酸化炭素分離装置において分離された二酸化炭素を電気分解して一酸化炭素及び二酸化炭素を含む電解ガスを生成する二酸化炭素電解装置を追加し、
　二酸化炭素電解装置において生成した電解ガスを二酸化炭素分離装置に供給し、ガス化ガス及び電解ガスから二酸化炭素を分離することを特徴とする合成燃料の製造設備の改良方法。
［５］さらに、水を電気分解して酸素と水素を生成する水電解装置を追加し、生成した水素をＦＴ合成装置に供給し、生成した酸素をガス化装置に供給する［４］に記載の合成燃料の製造設備の改良方法。
　本発明においては、従来の方法では大気中に排出されていた二酸化炭素の一部を二酸化炭素電解工程において一酸化炭素に還元し、これをＦＴ合成の原料としてリサイクルするので、大気中への二酸化炭素排出量を低減できる。
　さらに、水を電気分解して生成した水素をＦＴ合成工程に供給することが好ましい。これにより、ＦＴ合成工程における原料ガス中の水素の不足分を補うことができる。この場合、水を電気分解して生成した水素のＦＴ合成工程に供給するモル量は、電解ガス中の一酸化炭素のモル量の２倍以上であることが好ましい。これにより、ＦＴ合成工程における原料ガスの組成バランスが好適になる。
　さらに、水を電気分解して生成した酸素をガス化工程に供給することも好ましい。この酸素を廃棄物のガス化に利用することにより、酸素分離工程の負荷を低減できる。
本発明の合成燃料の製造方法の工程フローの一例を示す図である。 従来の合成燃料の製造方法の工程フローの一例を示す図である。
　図１は、本発明の合成燃料の製造方法の好ましい一形態における工程フローを示す図である。以下、各工程について説明する。各工程への材料や電力の供給は、必要に応じて供給ラインを含む供給系を設けることで行うことができ、各工程からの生成物や廃棄物の排出あるいは取り出しは必要に応じて排出ラインを含む排出系を設けることで行うことができる。
　［酸素分離工程］
　図１に示す酸素分離工程ＯＳは、空気２から酸素を分離する工程である。この酸素分離工程において分離した酸素は後述するガス化工程Ｇに供給する。
　この酸素分離工程において空気から酸素を分離する方法としては、代表的には、圧力を調整することにより空気中の酸素以外のガス（窒素等）を吸着剤（例えば合成ゼオライト）に吸着させて、高純度の酸素ガスを得る方法（Vacuum Pressure Swing Adsorption（ＶＰＳＡ）法）が挙げられる。吸着した酸素以外のガス（窒素等）は、大気中に排出すれば良い。その具体的な反応条件、吸着剤の種類や、酸素分離装置または酸素分離システムを含む反応装置構成については、酸素分離技術に関する公知の条件、種類及び構成を制限なく採用できる。
　本発明においては、ガス化工程Ｇに供給する為の酸素を得る工程の一つとして、上記のようなＶＰＳＡ工程を用いることが好ましい。ただし、本発明はこれに限定されない。ＶＰＳＡ工程に代えて、他の公知の方法（深冷分離法など）によって高純度の酸素ガスを得て、それをガス化工程Ｇに供給しても構わない。ＶＰＳＡ工程が経済性の点で有利である場合が多いが、例えば小規模プラントにおいては深冷分離法の方が経済性の点で有利である場合がある。
　［ガス化工程］
　図１に示すガス化工程Ｇは、廃棄物３と、水４と、酸素とを高温で反応させて廃棄物をガス化し、二酸化炭素、一酸化炭素及び水素を含むガス化ガスＧ１［ＣＯ２／ＣＯ／Ｈ２］を生成する工程である。このガス化工程Ｇにおいて生成したガス化ガスＧ１［ＣＯ２／ＣＯ／Ｈ２］は、後述する二酸化炭素分離工程Ｓに供給する。
　この工程Ｇにおいて廃棄物と酸素と水とを高温で反応させて廃棄物をガス化する方法としては、代表的には、ガス化炉（溶融炉）に廃棄物、酸素及び水を供給し、所定の温度及び圧力で反応させる方法が挙げられる。その具体的な反応条件や、ガス化装置またはガス化システムを含む反応装置構成については、ガス化技術に関する公知の条件及び構成を制限なく採用できる。例えば、反応温度は通常７００℃以上であり、好ましくは８００℃～１２００℃である。
　ガス化工程Ｇにおいて原料となる廃棄物としては、ガス化可能な炭化水素成分を含む固体、液体及びこれらの混合物を挙げることができ、例えば、木質バイオマスやＭＳＷ（Municipal Solid Waste、都市ゴミ）である。ただし、本発明はこれに限定されない。例えば草本バイオマス、ＰＫＳ（Palm Kernel Shell、パーム椰子殻）、ＯＰＴ（Oil Palm Trunk、オイルパーム古木）等の廃棄物も使用可能である。
　［二酸化炭素分離工程］
　図１に示す二酸化炭素分離工程Ｓは、少なくともガス化ガスＧ１［ＣＯ２／ＣＯ／Ｈ２］を含む処理対象のガスから二酸化炭素を分離する工程である。処理対象ガスとして、ガス化ガスＧ１単独を、あるいは、ガス化ガスＧ１と後述する二酸化炭素電解工程Ｅにおいて生成した電解ガスＧ３［ＣＯ２／ＣＯ］の両方を用いることができる。ガス化ガスＧ１及び電解ガスＧ３から二酸化炭素を分離する場合には、必要に応じてこれらを混合して二酸化炭素分離工程Ｓに供給してもよい。
　この二酸化炭素分離工程Ｓにおいて分離した二酸化炭素は大気中へ排出せずに、後述する二酸化炭素電解工程Ｅに供給し、供給系７、８を介してリサイクルする。その結果、二酸化炭素の大気中への排出量を低減できる。
　一方、二酸化炭素が分離された後のガス、すなわち一酸化炭素及び水素を含む合成ガスＧ２［ＣＯ／Ｈ２］は合成燃料の原料として、後述するＦＴ合成工程ＦＴに供給する。
　この工程Ｓにおいて処理対象ガスから二酸化炭素を分離する方法としては、代表的には、吸収工程でアミンなどの吸収液に二酸化炭素を吸収させ、再生工程で吸収液を加熱することで二酸化炭素を分離する化学吸収法が挙げられる。その具体的な反応条件や、二酸化炭素分離装置または二酸化炭素分離システムを含む反応装置構成については、二酸化炭素分離技術に関する公知の条件及び構成を制限なく採用できる。
　［二酸化炭素電解工程］
　図１に示す二酸化炭素電解工程Ｅは、二酸化炭素分離工程Ｓにおいて分離された二酸化炭素を電気分解して一酸化炭素及び二酸化炭素を含む電解ガスＧ３［ＣＯ／ＣＯ２］を生成する工程である。この二酸化炭素電解工程Ｅにおいて生成した電解ガスＧ３［ＣＯ／ＣＯ２］は、二酸化炭素分離工程Ｓに戻す。
　二酸化炭素電解工程Ｅは、代表的には、二酸化炭素の一部を電気分解により一酸化炭素に還元する工程である。したがって、生成する電解ガスＧ３［ＣＯ／ＣＯ２］は、代表的には、還元により生成した一酸化炭素と還元されなかった二酸化炭素との混合ガスとなる。その具体的な電解条件や、電解装置または電解システムの構成については、二酸化炭素電解技術に関する公知の条件及び構成を制限なく採用できる。
　この二酸化炭素の一部を電気分解により一酸化炭素に還元する工程は、特許文献１に記載のような方法（二酸化炭素及び水を固体酸化物電解槽セル中において、高温（５００℃以上）で共電解することにより一酸化炭素及び水素に変換する方法）と比較して、低温（１００℃未満）で電気分解が可能であり、析出炭素の電極付着による性能低下の問題も生じないという利点もある。
　そして、二酸化炭素電解工程Ｅで生成した電解ガスＧ３を二酸化炭素分離工程Ｓに供給系８を介して戻すことにより、電解ガスＧ３［ＣＯ／ＣＯ２］中の一酸化炭素は合成燃料の原料の一部になる。
　なお、二酸化炭素電解工程Ｅで処理した後の二酸化炭素の全てを二酸化炭素分離工程Ｓに供給してもよいが、一部の二酸化炭素は大気へ排出することが好ましい。その理由は、ガス化工程Ｇに供給する酸素の不純物である窒素などの不活性ガスが系内に蓄積するのを防ぐためである。ただし、この工程において大気へ排出する二酸化炭素の排出量は、図２に示した従来の方法における排出量（すなわち二酸化炭素分離工程Ｓにおいて分離した全ての二酸化炭素の量）と比較すると、極めて少ない量である。したがって本発明によれば、従来の方法と比較して二酸化炭素の排出量を十分低減できる。
　二酸化炭素電解工程Ｅには再生可能エネルギーによって発電された電力９を使用することが好ましい。再生可能エネルギーとは、太陽光、風力、地熱、水力等の自然界に常に存在するエネルギーであり、発電の際に二酸化炭素を排出しないという特徴がある。この再生可能エネルギーからの電力を二酸化炭素電解工程Ｅに使用することは、二酸化炭素の排出量を低減するという本発明の目的に沿うことになる。
　［水電解工程］
　図１に示す水電解工程ＷＥは、水を電気分解して酸素と水素を生成する工程である。この工程ＷＥにおける具体的な電解条件や、電解装置または電解システムの構成については、水電解技術に関する公知の条件及び構成を制限なく採用できる。
　水電解工程ＷＥにおいては、生成した水素を後述するＦＴ合成工程ＦＴに供給系１１を介して供給する。これにより、ＦＴ合成工程ＦＴにおける原料ガス中の水素量が不足する場合には、この水素量の不足分を補うことができる。水電解工程ＷＥで生成した水素のＦＴ合成工程に供給するモル量は、電解ガスＧ３中の一酸化炭素のモル量の２倍以上であることが好ましい。これにより、ＦＴ合成工程ＦＴにおける原料ガスの組成バランスが好適になる。
　一方、水電解工程ＷＥにおいて生成した酸素は、ガス化工程Ｇに供給系１２を介して供給する。この酸素を廃棄物のガス化に利用することにより、酸素分離工程ＯＳの負荷を低減できる。
　水電解工程ＷＥには、先に説明した二酸化炭素電解工程Ｅの場合と同様に、再生可能エネルギーによって発電された電力１０を使用することが好ましい。
　本発明においては、以上説明した水電解工程ＷＥをＦＴ合成工程ＦＴに供給する水素を生成する工程の一つとして用いることが好ましい。ただし、本発明はこれに限定されない。水電解工程ＷＥに代えて、他の公知の方法によって水素を生成し、それをＦＴ合成工程ＦＴに供給しても構わない。
　［ＦＴ合成工程］
　図１に示すＦＴ合成工程ＦＴは、二酸化炭素分離工程Ｓにおいて二酸化炭素が分離された合成ガスＧ２、すなわち一酸化炭素及び水素を含む合成ガスＧ２［ＣＯ／Ｈ２］からフィッシャー・トロプシュ（ＦＴ）合成により合成燃料を生成する工程である。
　フィッシャー・トロプシュ（ＦＴ）合成とは、触媒反応により一酸化炭素と水素から合成燃料（ガスおよび液体炭化水素）を得る合成法である。触媒としては、鉄やコバルトの化合物が通常使用される。このＦＴ合成における具体的な反応条件、触媒の種類や、ＦＴ合成装置またはＦＴ合成システムを含む反応装置構成については、ＦＴ合成技術に関する公知の条件、種類及び構成を制限なく採用できる。
　このＦＴ合成工程ＦＴにより、ＳＡＦ（Sustainable aviation fuel）及びその他の合成燃料５が得られる。その他の合成燃料としては、例えば灯油、ディーゼル油、ナフサなどが挙げられる。また、合成時に生じたガス留分は、燃料ガスとして使用するか、フレアなどで燃焼させオフガス６として大気に放出する。
　［合成燃料の製造設備の改良方法］
　以上説明した本発明の合成燃料の製造方法は、各工程を実施する為の各装置を全て新たに建造することによって実施できる。ただし、既存の製造設備に対して二酸化炭素電解装置及び必要に応じてその他の装置（例えば水電解装置）を追加することによっても実施できる。
　すなわち、本発明の合成燃料の製造設備の改良方法は、既存の合成燃料の製造設備の装置において発生する二酸化炭素の大気中への排出量を低減する為の改良方法である。
　改良の対象としての既存の合成燃料の製造設備の一例として、廃棄物と酸素と水とを高温で反応させて廃棄物をガス化し、二酸化炭素、一酸化炭素及び水素を含むガス化ガスＧ１を生成するガス化装置（ｇ）と、少なくともガス化装置（ｇ）において生成したガス化ガスＧ１から二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離装置（ｓ）と、二酸化炭素分離装置（ｓ）において二酸化炭素が分離された合成ガスＧ２からフィッシャー・トロプシュ合成によって合成燃料を生成するＦＴ合成装置と、を有し、二酸化炭素分離装置（ｓ）において分離された二酸化炭素を大気中に放出する、既存の合成燃料の製造設備を挙げることができる。
　本発明にかかる改良方法では、既存の合成燃料の製造装置に対して、二酸化炭素を電気分解して一酸化炭素及び二酸化炭素を含む電解ガスＧ３を生成する二酸化炭素電解装置（ｅ）と、二酸化炭素分離装置（ｓ）で発生した二酸化炭素を二酸化炭素電解装置（ｅ）に供給する供給系７と、二酸化炭素電解装置（ｅ）で生成した電解ガスＧ３を二酸化炭素分離装置（ｓ）に供給する供給系８が追加される。
　この二酸化炭素電解装置（ｅ）及び供給系７、８を含む循環系の追加によって、既存の設備において二酸化炭素分離装置（ｓ）から大気中に放出されていた二酸化炭素を二酸化炭素電解装置（ｅ）に回収し、かつ二酸化炭素電解装置（ｅ）においてその一部を一酸化炭素に変換して合成ガスＧ２の成分として利用して、二酸化炭素の排出量の効果的な低減が可能となる。
　さらに、この改良方法においては、水を電気分解して酸素と水素を生成する水電解装置（ｗｅ）を追加し、生成した水素をＦＴ合成装置に供給系１１を介して供給することが好ましい。この場合、水電解装置（ｗｅ）で生成した水素のＦＴ合成装置に供給するモル量は、電解ガスＧ３中の一酸化炭素のモル量の２倍以上であることが好ましい。また、水電解装置（ｗｅ）で生成した酸素をガス化装置（ｇ）に供給することも好ましい。
　このように既存の製造設備に対して二酸化炭素電解装置等の装置を追加することは、新規に全ての設備を建造する場合に比べて設備コストの点で有利である。さらに、既存の製造設備では排出していた二酸化炭素を有効利用することで、合成燃料の製造量を増大できる。
　本発明は、廃棄物から合成燃料を製造する際に生成する二酸化炭素をリサイクルし、二酸化炭素の大気中への排出量を低減できるので、地球温暖化防止の観点から非常に有用である。
　１：電力
　２：空気
　３：廃棄物
　４：水
　５：燃料
　６：オフガス
　７：二酸化炭素供給系
　８：電解ガス供給系
　９：再生可能エネルギーによって発電された電力
　１０：再生可能エネルギーによって発電された電力
　１１：水素供給系
　１２：酸素供給系
　ＯＳ：酸素分離工程
　Ｇ：ガス化工程
　Ｓ：二酸化炭素分離工程
　ＦＴ：ＦＴ合成工程
　Ｅ：二酸化炭素電解工程
　ＷＥ：水電解工程
　Ｇ１：ガス化ガス
　Ｇ２：合成ガス
　Ｇ３：電解ガス

Claims (5)

  1. 　廃棄物と酸素と水とを高温で反応させて廃棄物をガス化し、二酸化炭素、一酸化炭素及び水素を含むガス化ガスを生成するガス化工程と、
    　少なくともガス化工程において生成したガス化ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離工程と、
    　二酸化炭素分離工程において二酸化炭素が分離された合成ガスからフィッシャー・トロプシュ合成により合成燃料を生成するＦＴ合成工程と、
    　を有する合成燃料の製造方法において、
    　さらに、二酸化炭素分離工程において分離された二酸化炭素を電気分解して一酸化炭素及び二酸化炭素を含む電解ガスを生成する二酸化炭素電解工程を有し、
    　二酸化炭素電解工程において生成した電解ガスを二酸化炭素分離工程に供給し、ガス化ガス及び電解ガスから二酸化炭素を分離することを特徴とする合成燃料の製造方法。
  2. 　さらに、水を電気分解して酸素と水素を生成する水電解工程を有し、生成した水素をＦＴ合成工程に供給し、生成した酸素をガス化工程に供給する請求項１に記載の合成燃料の製造方法。
  3. 　さらに、空気から酸素を分離する酸素分離工程を有し、分離した酸素をガス化工程に供給する請求項１又は２に記載の合成燃料の製造方法。
  4. 　既存の合成燃料の製造設備の装置において発生する二酸化炭素の大気中への排出量を低減する為の改良方法であって、
    　廃棄物と酸素と水とを高温で反応させて廃棄物をガス化し、二酸化炭素、一酸化炭素及び水素を含むガス化ガスを生成するガス化装置と、
    　少なくともガス化装置において生成したガス化ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離装置と、
    　二酸化炭素分離装置において二酸化炭素が分離された合成ガスからフィッシャー・トロプシュ合成により合成燃料を生成するＦＴ合成装置と、
    　を有する既存の合成燃料の製造設備に対して、
    　二酸化炭素分離装置において分離された二酸化炭素を電気分解して一酸化炭素及び二酸化炭素を含む電解ガスを生成する二酸化炭素電解装置を追加し、
    　二酸化炭素電解装置において生成した電解ガスを二酸化炭素分離装置に供給し、ガス化ガス及び電解ガスから二酸化炭素を分離することを特徴とする合成燃料の製造設備の改良方法。
  5. 　さらに、水を電気分解して酸素と水素を生成する水電解装置を追加し、生成した水素をＦＴ合成装置に供給し、生成した酸素をガス化装置に供給する請求項４に記載の合成燃料の製造設備の改良方法。
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