WO2021191962A1 - Manufacturing system - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a technique for producing carbon monoxide gas by a reverse shift reaction.
- Carbon monoxide is an important raw material for producing various chemical products such as resins. Although it is possible to produce chemical products from carbon dioxide, carbon monoxide is highly useful because the production cost is high at present. As a technique for producing carbon monoxide, a reverse shift reaction that converts carbon dioxide into carbon monoxide is known. However, the theoretical conversion efficiency of the inverse shift reaction is very low and has not been studied much so far.
- Patent Document 1 describes a technique for promoting a carbon monoxide production reaction by applying an electric field to a catalyst.
- the document states, "Reformation of steelworks by-product gas that can generate fuel gas by reforming by-product gas of steelworks while utilizing sensible heat and waste heat that are not used in steelworks.
- An apparatus and a modification method are provided.
- the above problem is an electric field application catalytic reaction that reacts a raw material gas consisting of methane contained in coke oven gas and carbon dioxide contained in a by-product gas of a steel mill to generate carbon monoxide and hydrogen. It has an apparatus and an exhaust heat supply apparatus that supplies exhaust heat generated from a steel mill to a heat application, and the heat application is at least one of an electric field application catalytic reaction device and a heat exchanger that heats a raw material gas.
- This is solved by a steel mill by-product gas reforming device and a steel mill by-product gas reforming method using this device. ⁇ Disclosures the technology (see summary).
- the present invention has been made in view of the above problems, and provides a manufacturing system capable of efficiently producing carbon monoxide, which is a raw material gas, from carbon dioxide in consideration of the environment.
- the purpose is a manufacturing system capable of efficiently producing carbon monoxide, which is a raw material gas, from carbon dioxide in consideration of the environment.
- the electric field application reverse shift reactor generates carbon monoxide gas using hydrogen gas generated by the water electrolyzer, and the water electrolyzer produces the electric field application reverse shift reactor.
- Hydrogen gas is generated by using at least the water vapor generated from the generated water.
- carbon monoxide gas can be generated using the hydrogen gas generated by the water electrolyzer by cooperating the water electrolyzer and the electric field application reverse shift reaction device.
- the cost of hydrogen which is a raw material for the reverse shift reaction, can be suppressed.
- thermoelectric conversion apparatus 143 It is a schematic diagram which shows the reaction process of the manufacturing system 100 which concerns on Embodiment 1. It is a block diagram which shows the detailed structure of the manufacturing system 100. It is a detailed block diagram of the electric field application reverse shift reaction apparatus 110. It is a detailed block diagram of the solid oxide fuel cell apparatus 130. It is a detailed block diagram of a water electrolyzer 120. It is a schematic diagram which shows the structural example of the thermoelectric conversion element part of the thermoelectric conversion apparatus 143. It is a block diagram which shows the structure of the manufacturing system 100 which concerns on Embodiment 2. It is a block diagram which shows the structure of the manufacturing system 100 which concerns on Embodiment 3.
- the present invention provides decarbonization and highly efficient utilization of hydrogen by utilizing hydrogen generated from a water electrolyzer in a reverse shift reaction that produces carbon monoxide and water from carbon dioxide and hydrogen as raw materials. Provide a means to achieve both.
- FIG. 1 is a schematic view showing a reaction process of the manufacturing system 100 according to the first embodiment of the present invention.
- the manufacturing system 100 includes an electric field application reverse shift reaction device 110, a water electrolysis device 120, and a solid oxide fuel cell device 130.
- the electric field application reverse shift reactor 110 uses carbon dioxide gas and hydrogen gas to generate carbon monoxide gas and water. This formation reaction is an endothermic reaction.
- the electric field application reverse shift reactor 110 includes a catalyst that promotes a reaction that produces carbon monoxide gas. This catalytic reaction can be further promoted by the effect of NEMCA (Non-Faraday Electrochemical Modification of Catalytic Activity: non-Faraday electrochemical catalyst activation).
- NEMCA Non-Faraday Electrochemical Modification of Catalytic Activity: non-Faraday electrochemical catalyst activation.
- the NEMCA effect is generated by applying an electric field to a system composed of, for example, an anode and a cathode formed on an ionic conductor (solid electrolyte) and a redox catalyst formed on the electrodes.
- the water electrolyzer 120 produces hydrogen gas and oxygen by electrolyzing water. This reaction is endothermic and requires electrical energy.
- the water electrolyzer 120 includes a catalyst that promotes a reaction that produces hydrogen gas. This catalytic reaction can also be further promoted by the NEMCA effect.
- the solid oxide fuel cell device 130 produces water using hydrogen gas and oxygen gas. This reaction is an exothermic reaction and produces electrical energy. Oxygen gas can also be replaced by air.
- FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the manufacturing system 100.
- the manufacturing system 100 includes an exhaust heat supply device 141, a heat exchanger 142, a thermoelectric conversion device 143, a power supply 144, a combustor 145, and a decompressor 146. The cooperation between these devices will be described below.
- the solid line in FIG. 2 represents the movement of matter, and the dotted line represents the movement of energy. The same applies to FIGS. 7 and 8 described later.
- ⁇ Embodiment 1 Cooperation between devices>
- the problem with hydrogen gas used in the reverse shift reaction is that the production cost is high. Therefore, in the first embodiment, the electric field application reverse shift reaction device 110 and the water electrolysis device 120 are installed at the same place and operated in cooperation with each other, and the electric field application reverse shift reaction device 110 is out of the hydrogen gas generated by the water electrolysis device 120. At least a part is used to generate carbon monoxide gas. As a result, the production cost of hydrogen gas can be suppressed.
- the electric field application reverse shift reaction device 110 and the water electrolyzer 120 require heat.
- the reaction temperature is 600 ° C. or higher, but an attempt is made to lower the reaction temperature to 400 ° C. or lower due to the NEMCA effect.
- the heat at this temperature for example, sensible heat or exhaust heat that is not used in the chemical plant can be used.
- the exhaust heat is supplied from the exhaust heat supply device 141 and the heat exchanger 142 to the electric field application reverse shift reaction device 110 and the water electrolysis device 120 through the heat insulating pipe.
- the heat generated by the combustor 145 used as the heat source in the solid oxide fuel cell device 130 can be recovered by the exhaust heat supply device 141 and supplied from the exhaust heat supply device 141 and the heat exchanger 142 through the heat insulating pipe. That is, the exhaust heat can be used efficiently.
- the solid oxide fuel cell device 130 requires heat. Normally, the reaction temperature is 700 ° C. to 1000 ° C., but there is a possibility that the reaction temperature can be lowered to about 600 ° C. by improving the catalyst.
- the heat at this temperature utilizes, for example, the heat source of the combustor 145. At least a part of the oxygen gas generated by the water electrolyzer 120 can be charged into the combustor 145. As a result, the solid oxide fuel cell can be operated efficiently.
- the water electrolysis device 120 can use the water as a raw material for electrolysis. Since the solid oxide fuel cell device 130 produces water, the water electrolysis device 120 can use the water as a raw material for electrolysis. As a result, the water electrolyzer 120 can be operated efficiently.
- the heat source of the solid oxide fuel cell device 130 is thermoelectrically converted by the thermoelectric conversion device 143, and the electric energy is supplied to the power source 144.
- the power supply 144 promotes the NEMCA reaction by applying an electric field to the electric field application reverse shift reactor 110. Since the catalytic reaction is promoted by the NEMCA reaction, the reverse shift reaction, which is an endothermic reaction, can proceed at a lower temperature.
- the power supply 144 promotes the NEMCA reaction by similarly applying an electric field to the water electrolyzer 120. Since the catalytic reaction is promoted by the NEMCA reaction, the water electrolysis reaction, which is an endothermic reaction, can proceed at a lower temperature.
- the water electrolyzer 120 can use the electric energy as the electric energy of the electrochemical reaction in the water electrolysis reaction.
- the electrical energy generated by the solid oxide fuel cell device 130 can be supplied to the power source 144.
- the NEMCA reaction can be promoted by applying an electric field from the power source 144 to the electric field application reverse shift reactor 110.
- the hydrogen gas generated by the water electrolyzer 120 can be used as a fuel gas in the reaction in which the solid oxide fuel cell device 130 produces water. As a result, the water electrolyzer 120 can be operated more efficiently. Further, the production cost of the fuel gas of the solid oxide fuel cell device 130 can be suppressed.
- Oxygen gas is generated when the water electrolyzer 120 electrolyzes water.
- the combustor 145 can be operated efficiently and used as a heat source.
- the combustor 145 can be used as a heat source for the solid oxide fuel cell apparatus 130.
- the heat can be supplied to the endothermic step of the reverse shift reaction in the electric field application reverse shift reaction apparatus 110.
- the heat can be supplied to the endothermic step of the water electrolysis reaction of the water electrolysis apparatus 120.
- the water electrolyzer 120 can be operated more efficiently.
- thermoelectric conversion device 143 can be cooled by decompressing the water generated by the electric field application reverse shift reaction device 110 by the decompressor 146 and supplying it to the thermoelectric conversion device 143. Further, the water vapor generated by the evaporation of the cooling water can be used as the raw material water in the water electrolysis reaction of the water electrolysis apparatus 120. As a result, the conversion efficiency of the thermoelectric conversion device 143 can be maintained well, and the electric field application reverse shift reaction device 110 can be operated more efficiently.
- FIG. 3 is a detailed configuration diagram of the electric field application reverse shift reaction device 110.
- the electric field application reverse shift reaction device 110 includes a flow rate control device 111, a raw material gas supply port 112, a catalyst 113, a heat source 114, an electric field application unit 115, and a reaction vessel 116.
- the power supply 144 may be configured as a part of the electric field application reverse shift reaction device 110, or may be configured as a device shared by each device in the manufacturing system 100.
- the flow rate control device 111 adjusts the flow rates of the carbon dioxide gas and the hydrogen gas supplied as raw materials, and then supplies the gas to the raw material gas supply port 112. It is efficient to use carbon dioxide gas recovered from, for example, a chemical plant. At least a part of the hydrogen gas is produced by the water electrolyzer 120.
- the raw material gas is introduced into the reaction vessel 116 via the raw material gas supply port 112.
- a catalyst 113 is arranged in the reaction vessel 116, and carbon monoxide gas and water are generated through the catalytic reaction. Since this reaction is an endothermic reaction, heat is supplied from the heat source 114.
- the heat source 114 for example, heat supplied from the exhaust heat supply device 141 or the heat exchanger 142 can be used.
- the electric field application unit 115 activates the catalytic reaction of the catalyst 113 by applying an electric field to the reaction vessel 116 using the electric energy supplied from the power source 144.
- the power supply 144 can use the electric energy supplied from the thermoelectric conversion device 143.
- Carbon monoxide gas and water generated using the raw material gas are output from the reaction vessel 116.
- Carbon monoxide gas can be used as a raw material gas for various chemical products.
- Water can be used as cooling water for the thermoelectric conversion device 143.
- the high temperature steam can be used as a raw material gas for the water electrolyzer 120.
- FIG. 4 is a detailed configuration diagram of the solid oxide fuel cell device 130.
- the solid oxide fuel cell device 130 includes a flow control device 131, an air introduction port 132, a raw material gas supply port 133, a heat source 137, a pipe 138, and a solid fuel cell stack.
- the solid fuel cell stack is composed of a cathode 134, an anode 135, and a solid electrolyte 136 (oxygen ion conductor).
- the flow rate control device 131 adjusts the flow rates of hydrogen gas and oxygen gas supplied as raw materials, and then supplies the gas to the raw material gas supply port 133. At least a part of the hydrogen gas is produced by the water electrolyzer 120. At least a part of the oxygen gas is produced by the water electrolyzer 120. Oxygen contained in the air introduced from the air introduction port 132 may be used in combination.
- the raw material gas is supplied to the solid fuel cell stack via the raw material gas supply port 133.
- Solid oxide fuel cell stacks use fuel gas to generate water, heat, and electrical energy.
- Water is supplied as a raw material for the water electrolyzer 120.
- the electric energy is supplied as electric energy in the electrochemical reaction of the water electrolyzer 120.
- the heat is supplied to the thermoelectric conversion device 143 via the heat source 137.
- the electric energy output by the thermoelectric conversion device 143 is supplied to the NEMCA reaction of the electric field application reverse shift reaction device 110 and the water electrolysis device 120 via the power supply 144.
- the reaction of the solid oxide fuel cell device 130 to generate water from hydrogen and oxygen proceeds at a temperature of, for example, about 600 ° C.
- the heat source 137 provides heat for the reaction.
- heat source 137 for example, heat from the exhaust heat supply device 141 or heat from the combustor 145 can be used.
- the heat source 137 also has a role of supplying heat to the high temperature side of the thermoelectric conversion device 143.
- the pipe 138 is a pipe that conveys the water generated by the electric field application reverse shift reaction device 110 to the cooling side of the thermoelectric conversion device 143.
- the water cooling effect can be obtained by bringing the pipe 138 into contact with the cooling side of the thermoelectric conversion device 143.
- the water in the pipe 138 and the cooling side of the thermoelectric conversion device 143 can exchange heat, the water cooling effect can be obtained, so that these members do not necessarily have to be in contact with each other in a strict sense.
- an intermediary eg, fixing member, adhesive, air, etc.
- FIG. 5 is a detailed configuration diagram of the water electrolyzer 120.
- the water electrolyzer 120 includes a flow control device 121, a raw material gas supply port 122, a heat source 123, and a solid oxide fuel cell (SOEC) stack.
- SOEC solid oxide fuel cell
- the SOEC stack is composed of a cathode 124, an anode 125, and a solid electrolyte 126 (oxygen ion conductor).
- the flow rate control device 121 adjusts the flow rate of water supplied as a raw material, and then supplies the water to the raw material gas supply port 122.
- Water is supplied to the SOEC stack via the raw material gas supply port 122.
- the SOEC stack uses raw water to generate hydrogen gas and oxygen gas.
- Hydrogen gas is supplied to the electric field application reverse shift reactor 110 and the solid oxide fuel cell device 130.
- the oxygen gas is supplied to the solid oxide fuel cell device 130 and also to the combustor 145.
- the heat source 123 supplies heat to the endothermic process of the water electrolysis reaction.
- heat source 123 for example, heat from the exhaust heat supply device 141 or heat from the combustor 145 can be used.
- the role of the water electrolyzer 120 will be further considered below.
- hydrogen used as a raw material for a reverse shift reaction has been synthesized by a steam reforming reaction of hydrocarbons or the like, but this has a problem that carbon dioxide gas is emitted in addition to inefficiency.
- Alkaline water electrolysis and polyelectrolytes can produce hydrogen gas at low temperatures (about 60 ° C.), but on the other hand, the hydrogen conversion efficiency per input power is as low as 80% or less.
- high-temperature steam electrolysis (SOEC) has advantages in that it does not emit carbon dioxide, has good hydrogen conversion efficiency per input power, and can reuse unused heat from peripheral devices.
- the electrolysis of water is a reaction in which the number of molecules increases, and the higher the temperature, the lower the work required for the reaction.
- the energy required for water electrolysis decreases around 100 ° C. as a boundary. Since the energy obtained by burning the hydrogen obtained by water electrolysis does not depend on the temperature, when the electrolysis of water is carried out at a high temperature, an endothermic reaction occurs, and hydrogen and oxygen having an energy amount equal to or higher than the input power can be obtained. In other words, it can be said that the exhaust heat can be recovered as hydrogen.
- SOEC is a process of converting heat into fuel substances such as hydrogen gas, and is highly efficient as a hydrogen production method. At the same time, it can be expected as a new method for recovering exhaust heat. This is because the heat source of SOEC is sufficient even at a medium and low temperature of about 150 ° C. or higher, and can be used as a means for recovering solar heat and low temperature exhaust heat.
- the water electrolysis reaction of SOEC requires electric energy, it is possible to convert the surplus electric power at night into hydrogen and store it. Further, in the daytime when the generated electric power peaks, the solid oxide fuel cell device 130 generates electric power, and the electric power can be obtained from the hydrogen. That is, there is an advantage that the power load can be smoothed by operating these devices in cooperation.
- the energy used to generate hydrogen gas is electrical energy and about 25% is thermal energy. If this 25% of the heat energy can be supplemented from the exhaust heat, the exhaust heat can be recovered as hydrogen. Further, the efficiency of the combustor 145 can be improved by recirculating the oxygen produced as a by-product in the SOEC to the combustor 145.
- FIG. 6 is a schematic view showing a configuration example of a thermoelectric conversion element unit of the thermoelectric conversion device 143.
- the reaction temperature of the solid oxide fuel cell device 130 is about 700 ° C. to 1000 ° C., but there is a possibility that the temperature can be lowered to about 600 ° C. by improving the catalyst. Consider using the temperature of about 600 ° C. required for the reaction of the solid oxide fuel cell device 130 as the high temperature side of the thermoelectric conversion device 143.
- the electric energy output is calculated from the resistance value of the solid oxide catalyst material to which the electric field is to be applied.
- B Two trial calculation results could be obtained.
- thermoelectric converter 143 can provide the electrical energy required for the NEMCA effect.
- the hydrogen gas produced by the water electrolyzer 120 is used as the raw material hydrogen gas in the reverse shift reaction. Further, the heat used in the solid oxide fuel cell device 130 is recovered by the exhaust heat supply device 141 or the like and supplied to the endothermic step in the reverse shift reaction, and the electric field is supplied for the NECMA effect via the thermoelectric conversion device 143. Used as electrical energy for. As a result, the production cost and efficiency of carbon monoxide gas can be improved as compared with the conventional case, and carbon monoxide gas can be inexpensively supplied as a raw material for various chemical products.
- FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the manufacturing system 100 according to the second embodiment of the present invention.
- the power source 144 receives the electric energy generated by the solid oxide fuel cell device 130 directly from the solid oxide fuel cell device 130 without going through the thermoelectric conversion device 143, and uses the electric energy. , Supply an electric field for the NEMCA effect.
- Other configurations are the same as those in the first embodiment.
- thermoelectric conversion device 143 Even when the thermoelectric conversion device 143 is not provided as in the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be exhibited.
- the thermoelectric conversion device 143 by using the hydrogen gas produced by the water electrolyzer 120 as the raw material hydrogen gas in the reverse shift reaction, the production cost of the hydrogen gas can be suppressed.
- the NEMCA effect can improve the production cost and efficiency of carbon monoxide gas as compared with the conventional case.
- FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the manufacturing system 100 according to the third embodiment of the present invention.
- the water electrolyzer 120 generates hydrogen gas and oxygen gas by electrolyzing seawater.
- the electric energy required for the water electrolysis reaction in addition to the electric energy obtained from the solid oxide fuel cell apparatus 130, the electric power generated by the ocean power generation facility 150 is used.
- the marine power generation facility 150 may be configured as a part of the manufacturing system 100, or may be configured as a facility separate from the manufacturing system 100.
- the marine power generation facility 150 is, for example, a facility installed in or near the ocean.
- the offshore power generation facility 150 can be configured by a renewable energy system such as offshore wind power generation or marine current power generation. Since the water electrolyzer 120 uses seawater, it is desirable to install it near the ocean. In this case, the ocean power generation facility 150 can also be installed in the vicinity of the water electrolyzer 120. Therefore, the cooperation between the water electrolyzer 120 and the ocean power generation facility 150 can be easily secured.
- the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications.
- the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations.
- each device can be operated efficiently as long as the circulation is carried out. For example, even if the oxygen gas generated by the water electrolyzer 120 is not supplied to the combustor 145, the effect of efficiently securing the hydrogen gas which is the raw material of the reverse shift reaction can be exhibited.
- the electric field application reverse shift reaction device 110, the water electrolysis device 120, and the solid oxide fuel cell device 130 are installed at the same place from the viewpoint of circulating the products from each device. .. Specifically, (a) the electric field application reverse shift reaction device 110 and the water electrolyzer 120 are installed at places where the electric field application reverse shift reaction device 110 can receive the hydrogen gas generated by the water electrolysis device 120, respectively. (B) The electric field application reverse shift reaction device 110 and the solid oxide fuel cell device 130 are located in a place where the electric field application reverse shift reaction device 110 can receive the heat supply from the heat source of the solid oxide fuel cell device 130. It is desirable that each is installed.
- each device is installed at a position where substances can be exchanged by its piping.
- the heat source included in each device may supply the heat to each device by a pipe connecting the devices by recovering various heats in the manufacturing system 100. That is, the heat source is not limited to the heat generated by the combustor 145, and may be configured by recovering various other heat generated.
- Manufacturing system 110 Electric field application reverse shift reactor 120: Water electrolyzer 130: Solid oxide fuel cell device 141: Exhaust heat supply device 142: Heat exchanger 143: Thermoelectric converter 144: Power supply 145: Combustor 146: Decompressor 150: Marine power generation equipment
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Abstract
Description
本発明は、逆シフト反応によって一酸化炭素ガスを生成する技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for producing carbon monoxide gas by a reverse shift reaction.
一酸化炭素は、例えば樹脂などの様々な化成品を製造するために重要な原料である。二酸化炭素から化成品を製造することも可能であるが、現時点では製造コストが高いので、一酸化炭素の有用性は高い。一酸化炭素を製造する技術としては、二酸化炭素を一酸化炭素へ変換する逆シフト反応が知られている。しかし逆シフト反応の理論的変換効率は非常に低く、これまであまり検討されていない。 Carbon monoxide is an important raw material for producing various chemical products such as resins. Although it is possible to produce chemical products from carbon dioxide, carbon monoxide is highly useful because the production cost is high at present. As a technique for producing carbon monoxide, a reverse shift reaction that converts carbon dioxide into carbon monoxide is known. However, the theoretical conversion efficiency of the inverse shift reaction is very low and has not been studied much so far.
下記特許文献1は、触媒に対して電場を印加させることにより、一酸化炭素生成反応を促進する技術について記載している。同文献は、『製鉄所において利用されていない顕熱や排熱を利用しつつ、製鉄所の副生ガスを改質して燃料ガスを生成することが可能な製鉄所副生ガスの改質装置及び改質方法を提供する。』ことを課題として、『上記課題は、コークス炉ガスに含まれるメタンと製鉄所副生ガスに含まれる二酸化炭素とからなる原料ガスを反応させて一酸化炭素と水素を生成させる電場印加触媒反応装置と、製鉄所から発生する排熱を熱用途へ供給する排熱供給装置を有し、熱用途が、電場印加触媒反応装置及び原料ガスを加熱する熱交換器のうち少なくとも一つであることを特徴とする、製鉄所副生ガスの改質装置とこの装置を用いた製鉄所副生ガスの改質方法によって解決される。』という技術を開示している(要約参照)。 The following Patent Document 1 describes a technique for promoting a carbon monoxide production reaction by applying an electric field to a catalyst. The document states, "Reformation of steelworks by-product gas that can generate fuel gas by reforming by-product gas of steelworks while utilizing sensible heat and waste heat that are not used in steelworks. An apparatus and a modification method are provided. "The above problem is an electric field application catalytic reaction that reacts a raw material gas consisting of methane contained in coke oven gas and carbon dioxide contained in a by-product gas of a steel mill to generate carbon monoxide and hydrogen." It has an apparatus and an exhaust heat supply apparatus that supplies exhaust heat generated from a steel mill to a heat application, and the heat application is at least one of an electric field application catalytic reaction device and a heat exchanger that heats a raw material gas. This is solved by a steel mill by-product gas reforming device and a steel mill by-product gas reforming method using this device. 』Disclosures the technology (see summary).
二酸化炭素と水素から一酸化炭素を製造する逆シフト反応においては、原料の水素の製造コストが高く、かつ、高温化が必要であり、環境への考慮は検討しきれていない。特許文献1においても水素の製造コストが高い点については、課題として残っていると考えられる。 In the reverse shift reaction that produces carbon monoxide from carbon dioxide and hydrogen, the production cost of hydrogen as a raw material is high and it is necessary to raise the temperature, so consideration for the environment has not been fully considered. It is considered that the high cost of producing hydrogen remains as an issue in Patent Document 1.
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、二酸化炭素から原料ガスである一酸化炭素を環境に配慮して効率よく製造することを可能とする製造システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a manufacturing system capable of efficiently producing carbon monoxide, which is a raw material gas, from carbon dioxide in consideration of the environment. The purpose.
本発明に係る製造システムにおいて、電場印加逆シフト反応装置は、水電解装置が生成した水素ガスを用いて一酸化炭素ガスを生成し、前記水電解装置は、前記電場印加逆シフト反応装置が生成した水から生成された水蒸気を少なくとも用いて水素ガスを生成する。 In the production system according to the present invention, the electric field application reverse shift reactor generates carbon monoxide gas using hydrogen gas generated by the water electrolyzer, and the water electrolyzer produces the electric field application reverse shift reactor. Hydrogen gas is generated by using at least the water vapor generated from the generated water.
本発明に係る製造システムによれば、水電解装置と電場印加逆シフト反応装置を協調動作させることにより、水電解装置が生成した水素ガスを用いて一酸化炭素ガスを生成することができる。これにより、逆シフト反応の原料である水素のコストを抑制することができる。 According to the manufacturing system according to the present invention, carbon monoxide gas can be generated using the hydrogen gas generated by the water electrolyzer by cooperating the water electrolyzer and the electric field application reverse shift reaction device. As a result, the cost of hydrogen, which is a raw material for the reverse shift reaction, can be suppressed.
世界的な気象変動を受け、温室効果ガスである二酸化炭素を排出しない脱炭素社会の実現が急務である。そのために、再生可能エネルギーの利用拡大と、水素をエネルギー源として最大限に利活用する水素社会に期待が集まっている。水素社会の実現には、水素の製造・運搬・利用の各段階での課題を解決してコストを低減する必要がある。本発明は、二酸化炭素と水素を原料として一酸化炭素と水を生成する逆シフト反応において、水電解装置から生成される水素を利活用することで、脱炭素化と水素の高効率な利活用を両立する手段を提供する。 In response to global climate change, there is an urgent need to realize a carbon-free society that does not emit carbon dioxide, which is a greenhouse gas. Therefore, expectations are high for the expansion of the use of renewable energy and the hydrogen society that maximizes the use of hydrogen as an energy source. In order to realize a hydrogen-based society, it is necessary to solve problems at each stage of hydrogen production, transportation, and utilization to reduce costs. The present invention provides decarbonization and highly efficient utilization of hydrogen by utilizing hydrogen generated from a water electrolyzer in a reverse shift reaction that produces carbon monoxide and water from carbon dioxide and hydrogen as raw materials. Provide a means to achieve both.
<実施の形態1>
図1は、本発明の実施形態1に係る製造システム100の反応工程を示す模式図である。製造システム100は、電場印加逆シフト反応装置110、水電解装置120、固体酸化物燃料電池装置130を備える。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a schematic view showing a reaction process of the
電場印加逆シフト反応装置110は、二酸化炭素ガスと水素ガスを用いて、一酸化炭素ガスと水を生成する。この生成反応は吸熱反応である。電場印加逆シフト反応装置110は、一酸化炭素ガスを生成する反応を促進する触媒を備える。この触媒反応は、NEMCA(Non-faradaic Electrochemical Modification of Catalytic Activity:非ファラデー電気化学的触媒活性化)効果によってさらに促進することができる。NEMCA効果は、例えばイオン伝導体(固体電解質)上に形成したアノードおよびカソードと、電極上に形成した酸化還元触媒からなる系に対して電場を印加することにより、発生する。
The electric field application
水電解装置120は、水を電気分解することによって、水素ガスと酸素を生成する。この反応は吸熱反応であり、かつ電気エネルギーを必要とする。水電解装置120は、水素ガスを生成する反応を促進する触媒を備える。この触媒反応もNEMCA効果によってさらに促進することができる。
The
固体酸化物燃料電池装置130は、水素ガスと酸素ガスを用いて水を生成する。この反応は発熱反応であり、電気エネルギーを生成する。酸素ガスは空気によって代用することもできる。
The solid oxide
図2は、製造システム100の詳細構成を示すブロック図である。製造システム100は図1で説明した各装置に加えて、排熱供給装置141、熱交換器142、熱電変換装置143、電源144、燃焼器145、減圧器146を備える。これら装置間の連携について以下説明する。図2の実線は物質の移動を表し、点線はエネルギーの移動を表す。後述する図7と図8においても同様である。
FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the
<実施の形態1:装置間の連携について>
逆シフト反応において用いられる水素ガスは、製造コストが高いことが課題である。そこで本実施形態1においては、電場印加逆シフト反応装置110と水電解装置120を同じ場所に設置して協調動作させ、電場印加逆シフト反応装置110は水電解装置120が生成した水素ガスのうち少なくとも一部を用いて一酸化炭素ガスを生成する。これにより、水素ガスの製造コストを抑制することができる。
<Embodiment 1: Cooperation between devices>
The problem with hydrogen gas used in the reverse shift reaction is that the production cost is high. Therefore, in the first embodiment, the electric field application reverse
電場印加逆シフト反応装置110と水電解装置120には熱を必要とする。通常、反応温度は600℃以上だが、NEMCA効果によって400℃以下に低温化することを試みる。この温度の熱は、例えば化成プラントで利用されていない顕熱や排熱を利用できる。排熱は、断熱配管を通して排熱供給装置141と熱交換器142から電場印加逆シフト反応装置110と水電解装置120に供給する。または、固体酸化物燃料電池装置130で熱源として用いる燃焼器145が生成する熱を排熱供給装置141によって回収し、排熱供給装置141と熱交換器142から断熱配管を通して供給することができる。すなわち、排熱を効率的に利用することができる。
The electric field application reverse
固体酸化物燃料電池装置130には熱を必要とする。通常、反応温度は700℃~1000℃だが、触媒の改良により600℃程度に低温化できる可能性がある。この温度の熱は、例えば燃焼器145の熱源を利用する。燃焼器145には、水電解装置120で生成した酸素ガスのうち少なくとも一部を投入することができる。これにより、固体酸化物燃料電池を効率よく運転することができる。
The solid oxide
電場印加逆シフト反応装置110は水を生成するので、水電解装置120はその水を電気分解の原料として用いることができる。固体酸化物燃料電池装置130は水を生成するので、水電解装置120はその水を電気分解の原料として用いることができる。これにより、水電解装置120を効率よく運用することができる。
Since the electric field application reverse
固体酸化物燃料電池装置130の熱源を熱電変換装置143の高温側に取り付けることにより、電源を駆動する電気エネルギーを得ることができる。そこで本実施形態1においては、熱電変換装置143によって固体酸化物燃料電池装置130の熱源を熱電変換し、その電気エネルギーを電源144へ供給する。電源144は電場印加逆シフト反応装置110に対して電場を印加することにより、NEMCA反応を促進する。NEMCA反応により触媒反応が促進されるので、吸熱反応である逆シフト反応をより低温度で進行させることができる。
By attaching the heat source of the solid oxide
電源144は、水電解装置120に対しても同様に電場を印加することにより、NEMCA反応を促進する。NEMCA反応により触媒反応が促進されるので、吸熱反応である水電気分解反応をより低温度で進行させることができる。
The
固体酸化物燃料電池装置130は電気エネルギーを生成するので、水電解装置120はその電気エネルギーを、水電解反応における電気化学反応の電気エネルギーとして用いることができる。同様に、固体酸化物燃料電池装置130で生成した電気エネルギーは、電源144に供給することができる。電源144から電場印加逆シフト反応装置110に対して電場を印加することにより、NEMCA反応を促進することができる。
Since the solid oxide
水電解装置120が生成する水素ガスは、固体酸化物燃料電池装置130が水を生成する反応における燃料ガスとして用いることができる。これにより水電解装置120をさらに効率的に運用することができる。また固体酸化物燃料電池装置130の燃料ガスの製造コストを抑制することができる。
The hydrogen gas generated by the
水電解装置120が水を電気分解することにより、酸素ガスが生じる。この酸素ガスを燃焼器145に対して供給することにより、燃焼器145を効率的に動作させて熱源として用いることができる。燃焼器145は固体酸化物燃料電池装置130の熱源として用いることができる。同様に、電場印加逆シフト反応装置110における逆シフト反応の吸熱工程に対してその熱を供給することができる。同様に水電解装置120の水電解反応の吸熱工程に対してその熱を供給することができる。これにより水電解装置120をより効率的に運用できる。
Oxygen gas is generated when the
熱電変換装置143の冷却側は、電場印加逆シフト反応装置110が生成する水を減圧器146によって減圧して熱電変換装置143に対して供給することにより、冷却することができる。さらに、この冷却水が蒸発することによって生じた水蒸気を、水電解装置120の水電解反応における原料水として用いることができる。これにより、熱電変換装置143の変換効率を良好に維持するとともに、電場印加逆シフト反応装置110をより効率的に運用することができる。
The cooling side of the
<実施の形態1:各装置の詳細について>
図3は、電場印加逆シフト反応装置110の詳細構成図である。電場印加逆シフト反応装置110は、流量制御装置111、原料ガス供給口112、触媒113、熱源114、電場印加部115、反応容器116を備える。電源144は電場印加逆シフト反応装置110の一部として構成してもよいし、製造システム100内において各装置が共有する装置として構成してもよい。
<Embodiment 1: Details of each device>
FIG. 3 is a detailed configuration diagram of the electric field application reverse
流量制御装置111は、原料として供給される二酸化炭素ガスと水素ガスそれぞれの流量を調整した上で、原料ガス供給口112に対して供給する。二酸化炭素ガスは、例えば化成プラントから回収したものなどを用いると効率がよい。水素ガスのうち少なくとも一部は、水電解装置120が生成したものを用いる。
The flow
原料ガスは、原料ガス供給口112を介して反応容器116へ導入される。反応容器116内には触媒113が配置されており、触媒反応を介して、一酸化炭素ガスと水が生成される。この反応は吸熱反応であるので、熱源114から熱が供給される。熱源114としては例えば、排熱供給装置141や熱交換器142から供給される熱を用いることができる。
The raw material gas is introduced into the
電場印加部115は、電源144から供給される電気エネルギーを用いて、反応容器116に対して電場を印加することにより、触媒113の触媒反応を活性化する。電源144は、熱電変換装置143から供給される電気エネルギーを用いることができる。
The electric
反応容器116からは、原料ガスを用いて生成した一酸化炭素ガスと水が出力される。一酸化炭素ガスは、様々な化成品の原料ガスとして用いることができる。水は熱電変換装置143の冷却水として用いることができる。高温の水蒸気は、水電解装置120の原料ガスとして用いることができる。
Carbon monoxide gas and water generated using the raw material gas are output from the
図4は、固体酸化物燃料電池装置130の詳細構成図である。固体酸化物燃料電池装置130は、流量制御装置131、空気導入口132、原料ガス供給口133、熱源137、配管138、固体燃料電池スタックを備える。固体燃料電池スタックは、カソード134、アノード135、固体電解質136(酸素イオン伝導体)によって構成されている。
FIG. 4 is a detailed configuration diagram of the solid oxide
流量制御装置131は、原料として供給される水素ガスと酸素ガスそれぞれの流量を調整した上で、原料ガス供給口133に対して供給する。水素ガスのうち少なくとも一部は、水電解装置120が生成したものを用いる。酸素ガスのうち少なくとも一部は、水電解装置120が生成したものを用いる。空気導入口132から導入される空気内に含まれる酸素を併用してもよい。
The flow
原料ガスは、原料ガス供給口133を介して、固体燃料電池スタックへ供給される。固体燃料電池スタックは、燃料ガスを用いて、水と熱と電気エネルギーを生成する。水は水電解装置120の原料として供給される。電気エネルギーは、水電解装置120の電気化学反応における電気エネルギーとして供給される。熱は、熱源137を介して熱電変換装置143に対して供給される。熱電変換装置143が出力する電気エネルギーは、電源144を介して、電場印加逆シフト反応装置110と水電解装置120それぞれのNEMCA反応のために供給される。
The raw material gas is supplied to the solid fuel cell stack via the raw material
固体酸化物燃料電池装置130が水素と酸素から水を生成する反応は、例えば600℃程度の温度下で進行する。熱源137は、その反応のための熱を提供する。熱源137としては、例えば排熱供給装置141からの熱や、燃焼器145からの熱を用いることができる。熱源137は、熱電変換装置143の高温側に対して熱を供給する役割も有している。
The reaction of the solid oxide
配管138は、電場印加逆シフト反応装置110が生成した水を、熱電変換装置143の冷却側へ搬送する配管である。例えば配管138と、熱電変換装置143の冷却側とを接触させることにより、水冷効果を得ることができる。配管138内の水と熱電変換装置143の冷却側との間で熱交換することができればその限りにおいて水冷効果が得られるので、これら部材は必ずしも厳密な意味で接触していなくともよい。あるいはこれら部材の間に媒介物(例:固定部材、接着剤、空気、など)を挟んでもよい。
The
図5は、水電解装置120の詳細構成図である。水電解装置120は、流量制御装置121、原料ガス供給口122、熱源123、固体酸化物形電解セル(SOEC)スタックを備える。SOECスタックは、カソード124、アノード125、固体電解質126(酸素イオン伝導体)によって構成されている。
FIG. 5 is a detailed configuration diagram of the
流量制御装置121は、原料として供給される水の流量を調整した上で、原料ガス供給口122に対して供給する。水は原料ガス供給口122を介して、SOECスタックへ供給される。SOECスタックは、原料水を用いて、水素ガスと酸素ガスを生成する。水素ガスは、電場印加逆シフト反応装置110と固体酸化物燃料電池装置130へ供給される。酸素ガスは、固体酸化物燃料電池装置130へ供給されるとともに、燃焼器145へも供給される。
The flow
熱源123は、水電解反応の吸熱工程に対して熱を供給する。熱源123としては、例えば排熱供給装置141からの熱や、燃焼器145からの熱を用いることができる。
The
水電解装置120の役割について、以下さらに考察する。逆シフト反応の原料として用いる水素は、従来は炭化水素の水蒸気改質反応などによって合成する場合があったが、これは効率が悪いことに加えて二酸化炭素ガス排出が生じる課題もある。またアルカリ水電解や高分子電解質は低温(60℃程度)で水素ガスを製造できるが、他方で入力電力あたりの水素変換効率が80%以下と低い。これらに対して高温水蒸気電解(SOEC)は、二酸化炭素排出がないことに加えて入力電力あたりの水素変換効率がよく、また周辺装置からの未利用熱を再利用できる点も有利である。
The role of the
水の電気分解は、分子数が増加する反応であり、高温になるほど、反応に必要な仕事が低くなる。特に100℃周辺を境界として、水電解のために必要なエネルギーが低下することが分かっている。水電解によって得られた水素を燃焼させることにより得るエネルギーは温度に依存しないので、水の電気分解を高温で実施すると吸熱反応となり、入力電力以上のエネルギー量の水素と酸素を得ることができる。換言すると、排熱を水素として回収することができるといえる。 The electrolysis of water is a reaction in which the number of molecules increases, and the higher the temperature, the lower the work required for the reaction. In particular, it is known that the energy required for water electrolysis decreases around 100 ° C. as a boundary. Since the energy obtained by burning the hydrogen obtained by water electrolysis does not depend on the temperature, when the electrolysis of water is carried out at a high temperature, an endothermic reaction occurs, and hydrogen and oxygen having an energy amount equal to or higher than the input power can be obtained. In other words, it can be said that the exhaust heat can be recovered as hydrogen.
特にSOECは、熱を水素ガスなどの燃料物質へ変換するプロセスであり、水素製造方法としては高効率である。また同時に、排熱を回収する新たな方法としても期待できる。SOECの熱源は、150℃以上程度の中低温であっても十分であるので、太陽熱や低温排熱を回収する手段として使用できるからである。 In particular, SOEC is a process of converting heat into fuel substances such as hydrogen gas, and is highly efficient as a hydrogen production method. At the same time, it can be expected as a new method for recovering exhaust heat. This is because the heat source of SOEC is sufficient even at a medium and low temperature of about 150 ° C. or higher, and can be used as a means for recovering solar heat and low temperature exhaust heat.
SOECの水電解反応においては、電気エネルギーを必要とするので、夜間の余剰電力を水素に変換して貯蔵することもできる。また、発電電力がピークとなる昼間において、固体酸化物燃料電池装置130によって発電することにより、その水素から電力を得ることができる。すなわちこれら装置を協調動作させることによって、電力負荷を平滑化することができる利点がある。
Since the water electrolysis reaction of SOEC requires electric energy, it is possible to convert the surplus electric power at night into hydrogen and store it. Further, in the daytime when the generated electric power peaks, the solid oxide
SOECにおいては、水素ガスを生成するために用いるエネルギーのうち、約75%が電気エネルギー、約25%が熱エネルギーである。この25%の熱エネルギーを排熱から補うことができれば、排熱を水素として回収できることになる。さらにSOECにおいて副生される酸素を燃焼器145へ再循環させることにより、燃焼器145の効率を向上できる。
In SOEC, about 75% of the energy used to generate hydrogen gas is electrical energy and about 25% is thermal energy. If this 25% of the heat energy can be supplemented from the exhaust heat, the exhaust heat can be recovered as hydrogen. Further, the efficiency of the
図6は、熱電変換装置143の熱電変換素子部の構成例を示す模式図である。固体酸化物燃料電池装置130の反応温度は700℃~1000℃程度であるが、触媒の改良により600℃程度に低温化できる可能性がある。固体酸化物燃料電池装置130の反応に必要な600℃程度の温度を熱電変換装置143の高温側として用いることを考える。
FIG. 6 is a schematic view showing a configuration example of a thermoelectric conversion element unit of the
図6に示す熱電変換素子部の高温側を600℃、冷却側を50℃と仮定し、電場印可したい固体酸化物触媒材料の抵抗値から、電気エネルギー出力を試算したところ、以下の(a)(b)2つの試算結果を得ることができた。(a)触媒材料の抵抗が9kΩの場合、出力電圧:100V、出力電流:11mA、出力電力:1.1W、モジュール寸法:23cm×23cm、(b)触媒材料の抵抗が18kΩの場合、出力電圧:100V、出力電流:11mA、出力電力:2.3W、モジュール寸法:33cm×33cm。一方でNEMCA効果において必要となるのは、電力については1W程度、電圧については100V~200V、電流については1mA~10mAであることが知られている。したがって熱電変換装置143から得られる電気エネルギーにより、NEMCA効果のために必要な電気エネルギーをまかなえることが分かる。
Assuming that the high temperature side of the thermoelectric conversion element shown in FIG. 6 is 600 ° C. and the cooling side is 50 ° C., the electric energy output is calculated from the resistance value of the solid oxide catalyst material to which the electric field is to be applied. (B) Two trial calculation results could be obtained. (A) When the resistance of the catalyst material is 9 kΩ, the output voltage: 100 V, the output current: 11 mA, the output power: 1.1 W, the module size: 23 cm × 23 cm, (b) When the resistance of the catalyst material is 18 kΩ, the output voltage : 100V, output current: 11mA, output power: 2.3W, module dimensions: 33cm x 33cm. On the other hand, it is known that what is required for the NEMCA effect is about 1 W for electric power, 100 V to 200 V for voltage, and 1 mA to 10 mA for current. Therefore, it can be seen that the electrical energy obtained from the
<実施の形態1:まとめ>
本実施形態1に係る製造システム100において、水電解装置120が製造した水素ガスを、逆シフト反応における原料水素ガスとして用いる。また固体酸化物燃料電池装置130で用いる熱は、排熱供給装置141などによって回収して逆シフト反応における吸熱工程に対して供給するとともに、熱電変換装置143を介してNECMA効果のための電場供給の電気エネルギーとして用いる。これにより、一酸化炭素ガスの製造コストや効率を従来よりも向上させ、様々な化成品における原料として一酸化炭素ガスを安価に供給することができる。
<Embodiment 1: Summary>
In the
<実施の形態2>
図7は、本発明の実施形態2に係る製造システム100の構成を示すブロック図である。本実施形態2においては、電源144は、熱電変換装置143を介することなく、固体酸化物燃料電池装置130が生成した電気エネルギーを固体酸化物燃料電池装置130から直接受け取り、その電気エネルギーを用いて、NEMCA効果のための電場を供給する。その他構成は実施形態1と同様である。
<
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the
本実施形態2のように、熱電変換装置143を備えていない場合であっても、実施形態1と同様の効果を発揮することができる。例えば、水電解装置120が製造した水素ガスを、逆シフト反応における原料水素ガスとして用いることにより、水素ガスの製造コストを抑制できる。またNEMCA効果によって一酸化炭素ガスの製造コストや効率を従来よりも向上させることができる。
Even when the
<実施の形態3>
図8は、本発明の実施形態3に係る製造システム100の構成を示すブロック図である。本実施形態3において、水電解装置120は、海水を電気分解することにより、水素ガスと酸素ガスを生成する。水電解反応のために必要な電気エネルギーとしては、固体酸化物燃料電池装置130から得られる電気エネルギーに加えて、海洋発電設備150が発電する電力を用いる。海洋発電設備150は、製造システム100の一部として構成してもよいし、製造システム100とは別の設備として構成してもよい。
<Embodiment 3>
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the
海洋発電設備150は、例えば海洋またはその近傍に設置される設備である。例えば海上風力発電、海流発電、などの再生エネルギーシステムによって、海洋発電設備150を構成することができる。水電解装置120は海水を用いるので、海洋近傍に設置することが望ましい。この場合は海洋発電設備150も、水電解装置120近傍に設置することができる。したがって、水電解装置120と海洋発電設備150との間の連携を容易に確保できる。
The marine
<本発明の変形例について>
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
<About a modified example of the present invention>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add / delete / replace other configurations with respect to a part of the configurations of each embodiment.
以上の実施形態において、図1の矢印が示すように、各装置が生成する物質などを装置間で循環させることを説明したが、これら物質などの循環は、図1に示すもののうち一部のみであってもよい。一部のみ循環させる場合であっても、その循環を実施する限りにおいて、各装置を効率的に運用できる。例えば水電解装置120が生成する酸素ガスを燃焼器145へ供給しなくとも、逆シフト反応の原料である水素ガスを効率的に確保できる効果を発揮できる。
In the above embodiment, as shown by the arrow in FIG. 1, it has been described that the substances and the like produced by each device are circulated between the devices, but the circulation of these substances and the like is only a part of those shown in FIG. It may be. Even when only a part is circulated, each device can be operated efficiently as long as the circulation is carried out. For example, even if the oxygen gas generated by the
以上の実施形態において、電場印加逆シフト反応装置110、水電解装置120、固体酸化物燃料電池装置130は、各装置からの生成物を循環させる観点から、同じ場所に設置されていることが望ましい。具体的には、(a)電場印加逆シフト反応装置110と水電解装置120は、水電解装置120が生成した水素ガスを電場印加逆シフト反応装置110が受け取ることができる場所にそれぞれ設置されており、(b)電場印加逆シフト反応装置110と固体酸化物燃料電池装置130は、固体酸化物燃料電池装置130の熱源からの熱供給を電場印加逆シフト反応装置110が受け取ることができる場所にそれぞれ設置されている、ことが望ましい。
In the above embodiment, it is desirable that the electric field application reverse
より具体的には、図2、図7、図8における実線で示した物質移動は、各装置を接続する配管によって実施することが望ましい。すなわち各装置は、その配管によって物質を授受できる位置にそれぞれ設置されていることが望ましい。 More specifically, it is desirable that the mass transfer shown by the solid line in FIGS. 2, 7, and 8 is carried out by the piping connecting each device. That is, it is desirable that each device is installed at a position where substances can be exchanged by its piping.
以上の実施形態において、各装置が備える熱源は、製造システム100内における様々な熱を回収することによって、各装置を接続する配管によって各装置に対してその熱を供給してもよい。すなわち熱源は、燃焼器145が生成する熱に限らず、その他様々に発生する熱を回収することによって構成してもよい。
In the above embodiment, the heat source included in each device may supply the heat to each device by a pipe connecting the devices by recovering various heats in the
100:製造システム
110:電場印加逆シフト反応装置
120:水電解装置
130:固体酸化物燃料電池装置
141:排熱供給装置
142:熱交換器
143:熱電変換装置
144:電源
145:燃焼器
146:減圧器
150:海洋発電設備
100: Manufacturing system 110: Electric field application reverse shift reactor 120: Water electrolyzer 130: Solid oxide fuel cell device 141: Exhaust heat supply device 142: Heat exchanger 143: Thermoelectric converter 144: Power supply 145: Combustor 146: Decompressor 150: Marine power generation equipment
Claims (14)
前記電場印加逆シフト反応装置は、二酸化炭素ガスと、少なくとも前記水電解装置が生成した水素ガスおよび前記固体酸化物燃料電池装置の熱源からの熱供給を用いて、一酸化炭素ガスおよび水を生成し、
前記水電解装置は、前記電場印加逆シフト反応装置が生成した水から生成された水蒸気を少なくとも用いて、水素ガスを生成する
ことを特徴とする製造システム。 In a manufacturing system including an electric field application reverse shift reactor, a water electrolyzer, and a solid oxide fuel cell device.
The electric field application reverse shift reactor uses carbon dioxide gas and at least the hydrogen gas generated by the water electrolyzer and the heat supply from the heat source of the solid oxide fuel cell device to generate carbon monoxide gas and water. death,
The water electrolyzer is a manufacturing system characterized in that hydrogen gas is generated by using at least water vapor generated from water generated by the electric field application reverse shift reactor.
前記水電解装置は、前記固体酸化物燃料電池装置が生成した水を用いて、水素ガスを生成する
ことを特徴とする請求項1記載の製造システム。 The solid oxide fuel cell device uses hydrogen gas and oxygen gas to generate water.
The production system according to claim 1, wherein the water electrolyzer uses water generated by the solid oxide fuel cell device to generate hydrogen gas.
前記固体酸化物燃料電池装置の熱源からの熱を電力に変換する熱電変換装置、
前記熱電変換装置が生成する電力を用いて前記電場印加逆シフト反応装置に対して電場を供給する電源、
を備え、
前記電場印加逆シフト反応装置は、前記一酸化炭素ガスと水を生成する反応における触媒反応を、前記電源が供給する電場によって活性化させる
ことを特徴とする請求項1記載の製造システム。 The manufacturing system further
A thermoelectric conversion device that converts heat from a heat source of the solid oxide fuel cell device into electric power.
A power source that supplies an electric field to the electric field application reverse shift reactor using the electric power generated by the thermoelectric conversion device.
With
The manufacturing system according to claim 1, wherein the electric field application reverse shift reactor activates a catalytic reaction in the reaction of producing carbon monoxide gas and water by an electric field supplied by the power source.
前記固体酸化物燃料電池装置の熱源からの熱を電力に変換する熱電変換装置、
前記熱電変換装置が生成する電力を用いて前記水電解装置に対して電場を供給する電源、
を備え、
前記水電解装置は、前記水素ガスを生成する反応における触媒反応を、前記電源が供給する電場によって活性化させる
ことを特徴とする請求項1記載の製造システム。 The manufacturing system further
A thermoelectric conversion device that converts heat from a heat source of the solid oxide fuel cell device into electric power.
A power source that supplies an electric field to the water electrolyzer using the electric power generated by the thermoelectric converter.
With
The manufacturing system according to claim 1, wherein the water electrolyzer activates a catalytic reaction in the reaction for producing hydrogen gas by an electric field supplied by the power source.
前記水電解装置は、前記電気エネルギーを用いた電気化学反応によって、水素ガスを生成する
ことを特徴とする請求項1記載の製造システム。 The solid oxide fuel cell device generates water by using hydrogen gas and oxygen gas, and also generates electric energy by the production reaction.
The production system according to claim 1, wherein the water electrolyzer produces hydrogen gas by an electrochemical reaction using the electric energy.
ことを特徴とする請求項1記載の製造システム。 The production system according to claim 1, wherein the solid oxide fuel cell device uses hydrogen gas generated by the water electrolyzer to generate water.
前記製造システムはさらに、前記水電解装置が生成した酸素ガスを用いた燃焼反応によって熱を生成する燃焼器を備え、
前記電場印加逆シフト反応装置は、前記燃焼器が生成した熱を用いて、一酸化炭素ガスおよび水を生成する
ことを特徴とする請求項1記載の製造システム。 The water electrolyzer produces oxygen gas in addition to hydrogen gas,
The manufacturing system further comprises a combustor that generates heat by a combustion reaction using oxygen gas generated by the water electrolyzer.
The manufacturing system according to claim 1, wherein the electric field application reverse shift reactor uses the heat generated by the combustor to generate carbon monoxide gas and water.
前記製造システムはさらに、前記水電解装置が生成した酸素ガスを用いた燃焼反応によって熱を生成する燃焼器を備え、
前記水電解装置は、前記燃焼器が生成した熱を用いて、水素ガスを生成する
ことを特徴とする請求項1記載の製造システム。 The water electrolyzer produces oxygen gas in addition to hydrogen gas,
The manufacturing system further comprises a combustor that generates heat by a combustion reaction using oxygen gas generated by the water electrolyzer.
The manufacturing system according to claim 1, wherein the water electrolyzer uses the heat generated by the combustor to generate hydrogen gas.
前記熱電変換装置の冷却側は、前記電場印加逆シフト反応装置が生成した水が通る配管によって冷却される
ことを特徴とする請求項1記載の製造システム。 The manufacturing system further includes a thermoelectric conversion device that converts a high temperature side into electric power by installing a high temperature side in the heat source of the solid oxide fuel cell device.
The manufacturing system according to claim 1, wherein the cooling side of the thermoelectric conversion device is cooled by a pipe through which water generated by the electric field application reverse shift reaction device passes.
ことを特徴とする請求項9記載の製造システム。 The manufacturing system according to claim 9, wherein the water electrolyzer uses steam generated by evaporation of water that cools the cooling side of the thermoelectric conversion device to generate hydrogen gas.
前記製造システムはさらに、前記電気エネルギーを用いて前記水電解装置に対して電場を供給する電源を備え、
前記電場印加逆シフト反応装置は、前記一酸化炭素ガスと水を生成する反応における触媒反応を、前記電源が供給する電気エネルギーによって活性化させる
ことを特徴とする請求項1記載の製造システム。 The solid oxide fuel cell device generates water by using hydrogen gas and oxygen gas, and also generates electric energy by the production reaction.
The manufacturing system further comprises a power source that uses the electrical energy to supply an electric field to the water electrolyzer.
The manufacturing system according to claim 1, wherein the electric field application reverse shift reactor activates a catalytic reaction in the reaction of producing carbon monoxide gas and water by electric energy supplied by the power source.
ことを特徴とする請求項11記載の製造システム。 The production system according to claim 11, wherein the water electrolyzer produces hydrogen gas by an electrochemical reaction using electric energy supplied by at least one of marine wind power generation and marine current power generation.
前記電場印加逆シフト反応装置と前記固体酸化物燃料電池装置は、前記固体酸化物燃料電池装置の熱源からの熱供給を前記電場印加逆シフト反応装置が受け取ることができる場所にそれぞれ設置されている
ことを特徴とする請求項1記載の製造システム。 The electric field application reverse shift reactor and the water electrolyzer are each installed at a place where the hydrogen gas generated by the water electrolyzer can be received by the electric field application reverse shift reactor.
The electric field application reverse shift reaction device and the solid oxide fuel cell device are installed at places where the electric field application reverse shift reaction device can receive heat supply from the heat source of the solid oxide fuel cell device, respectively. The manufacturing system according to claim 1, wherein the manufacturing system is characterized by the above.
ことを特徴とする請求項13記載の製造システム。 13. The thirteenth aspect of claim 13, wherein the electric field-applied reverse shift reactor and the water electrolyzer are connected by a pipe that conveys hydrogen gas generated by the water electrolyzer to the electric field-applied reverse shift reactor. Manufacturing system.
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