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JP2026009079A - Hydrocarbon compound manufacturing method, hydrocarbon compound manufacturing apparatus, and hydrocarbon compound manufacturing system - Google Patents

Hydrocarbon compound manufacturing method, hydrocarbon compound manufacturing apparatus, and hydrocarbon compound manufacturing system

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Publication number
JP2026009079A
JP2026009079A JP2025113257A JP2025113257A JP2026009079A JP 2026009079 A JP2026009079 A JP 2026009079A JP 2025113257 A JP2025113257 A JP 2025113257A JP 2025113257 A JP2025113257 A JP 2025113257A JP 2026009079 A JP2026009079 A JP 2026009079A
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JP
Japan
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hydrocarbon compound
hydrogen
producing
gas
alkene
Prior art date
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Pending
Application number
JP2025113257A
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Japanese (ja)
Inventor
周知 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sekisui Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sekisui Chemical Co Ltd filed Critical Sekisui Chemical Co Ltd
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  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

【課題】効率よく炭化水素化合物を製造し得る炭化水素化合物の製造方法、炭化水素化合物の製造装置及び炭化水素化合物の製造システムを提供する。
【解決手段】本発明の一態様によれば、炭化水素化合物の製造方法であって、少なくとも一酸化炭素及び水素を含むガスから、水素を分離する分離工程と、水素が分離されたガスから、微生物を用いてアルコールを生成するアルコール生成工程と、アルコールから、第1の触媒を用いて炭素数3以下のアルケンを生成するアルケン生成工程と、アルケンと水素とから、第2の触媒を用いて炭素数4以上の炭化水素化合物を生成する炭化水素化合物生成工程とを備える、炭化水素化合物の製造方法が提供される。
【選択図】図1

The present invention provides a method for producing a hydrocarbon compound, an apparatus for producing a hydrocarbon compound, and a system for producing a hydrocarbon compound, which are capable of producing a hydrocarbon compound efficiently.
[Solution] According to one aspect of the present invention, there is provided a method for producing hydrocarbon compounds, comprising: a separation step of separating hydrogen from a gas containing at least carbon monoxide and hydrogen; an alcohol production step of producing alcohol from the gas from which hydrogen has been separated using a microorganism; an alkene production step of producing an alkene having three or fewer carbon atoms from the alcohol using a first catalyst; and a hydrocarbon compound production step of producing a hydrocarbon compound having four or more carbon atoms from the alkene and hydrogen using a second catalyst.
[Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、炭化水素化合物の製造方法、炭化水素化合物の製造装置及び炭化水素化合物の製造システムに関する。 The present invention relates to a method for producing hydrocarbon compounds, an apparatus for producing hydrocarbon compounds, and a system for producing hydrocarbon compounds.

近年、石油を原料として製造された油類やアルコール類等の大量消費による化石燃料資源枯渇への危惧や大気中の二酸化炭素増加という地球規模での環境問題が生じている。これらの問題に対処すべく、石油以外の原料を用いて有機物質を製造する手法、例えばトウモロコシ等の可食原料から糖発酵法によってバイオエタノールを製造する方法が注目されている。 In recent years, the mass consumption of oils and alcohol produced from petroleum has led to concerns about the depletion of fossil fuel resources and global environmental problems such as an increase in atmospheric carbon dioxide. In order to address these issues, methods of producing organic substances using raw materials other than petroleum, such as the production of bioethanol from edible materials such as corn through sugar fermentation, have been attracting attention.

このような可食原料を用いた糖発酵法は、限られた農地面積を食料以外の生産に用いることから、食料価格の高騰を招くおそれがある。そのため、従来、廃棄されていたような非可食原料を用いて、石油から製造されていた有機物質を製造する方法が検討されている。 Such sugar fermentation methods using edible raw materials could lead to a rise in food prices, as they require limited agricultural land to be used for non-food production. For this reason, methods are being considered for producing organic substances that were previously produced from petroleum using non-edible raw materials that would otherwise be discarded.

例えば、特許文献1には、空気より二酸化炭素の組成比が高い気体を供給して、炭素源を部分酸化させて一酸化炭素を含む合成ガスを生成させ、この合成ガスを微生物発酵させることにより有機物質を生成させる方法が開示されている。しかしながら、より価値の高い有機物質(例えば、炭化水素化合物)を製造するのには、更なる技術改良が必要である。 For example, Patent Document 1 discloses a method for producing organic substances by supplying a gas with a higher carbon dioxide content than air, partially oxidizing a carbon source to produce a synthesis gas containing carbon monoxide, and then fermenting this synthesis gas with microorganisms. However, further technological improvements are needed to produce more valuable organic substances (e.g., hydrocarbon compounds).

特開2015-077120号公報JP 2015-077120 A

本発明では上記事情に鑑み、効率よく炭化水素化合物を製造し得る炭化水素化合物の製造方法、炭化水素化合物の製造装置及び炭化水素化合物の製造システムを提供することとした。 In view of the above circumstances, the present invention provides a hydrocarbon compound production method, hydrocarbon compound production apparatus, and hydrocarbon compound production system that can efficiently produce hydrocarbon compounds.

本発明の一態様によれば、炭化水素化合物の製造方法であって、少なくとも一酸化炭素及び水素を含むガスから、水素を分離する分離工程と、水素が分離されたガスから、微生物を用いてアルコールを生成するアルコール生成工程と、アルコールから、第1の触媒を用いて炭素数3以下のアルケンを生成するアルケン生成工程と、アルケンと水素とから、第2の触媒を用いて炭素数4以上の炭化水素化合物を生成する炭化水素化合物生成工程とを備える、炭化水素化合物の製造方法が提供される。 One aspect of the present invention provides a method for producing hydrocarbon compounds, comprising: a separation step for separating hydrogen from a gas containing at least carbon monoxide and hydrogen; an alcohol production step for producing alcohol from the gas from which hydrogen has been separated using a microorganism; an alkene production step for producing an alkene having three or fewer carbon atoms from the alcohol using a first catalyst; and a hydrocarbon compound production step for producing a hydrocarbon compound having four or more carbon atoms from the alkene and hydrogen using a second catalyst.

かかる態様によれば、効率よく炭化水素化合物を製造することができる。 This embodiment allows for efficient production of hydrocarbon compounds.

炭化水素化合物の製造システムの第1実施形態の構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing the configuration of a first embodiment of a system for producing a hydrocarbon compound. 炭化水素化合物の製造システムの第2実施形態の構成を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a second embodiment of a system for producing a hydrocarbon compound. 炭化水素化合物の製造システムの第3実施形態の構成を示す概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of a third embodiment of a system for producing a hydrocarbon compound.

以下、炭化水素化合物の製造方法、炭化水素化合物の製造装置及び炭化水素化合物の製造システムについて、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
まず、炭化水素化合物の製造方法に使用し得る炭化水素化合物の製造システムの第1実施形態について説明する。
図1は、炭化水素化合物の製造システムの第1実施形態の構成を示す概略図である。
図1に示す炭化水素化合物の製造システム100(以下、単に「製造システム100」とも言う。)は、ガス化炉(ガスを生成するガス生成部)10と、ガス化炉10に接続された炭化水素化合物の製造装置1(以下、単に「製造装置1」とも言う。)とを備えている。なお、本明細書中では、ガス及び液体の流れ方向に対して上流側を単に「上流側」、下流側を単に「下流側」とも記載する。
Hereinafter, a method for producing a hydrocarbon compound, an apparatus for producing a hydrocarbon compound, and a system for producing a hydrocarbon compound will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
First Embodiment
First, a first embodiment of a hydrocarbon compound production system that can be used in a hydrocarbon compound production method will be described.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a first embodiment of a system for producing hydrocarbon compounds.
The hydrocarbon compound production system 100 (hereinafter also simply referred to as "production system 100") shown in Figure 1 includes a gasification furnace (gas production section that produces gas) 10, and a hydrocarbon compound production apparatus 1 (hereinafter also simply referred to as "production apparatus 1") connected to the gasification furnace 10. In this specification, the upstream side with respect to the flow direction of gas and liquid will also be referred to simply as the "upstream side", and the downstream side will also be referred to simply as the "downstream side".

本実施形態では、ガス化炉10としては、特に限定されないが、例えば、流動床炉、キルン炉、シャフト炉等が挙げられる。なお、ガス生成部は、ガス化炉10の他、燃焼炉(焼却炉)、製紙工場、セメント工場、火力発電所、精油所、エチレンクラッカー、製油所、化学工場、製鉄所における高炉、転炉又は電炉(電気炉)から選ばれる少なくとも1つの事業所のCO排出源であってもよい。
各炉では、内容物の燃焼、溶融、精錬等の際に、少なくとも一酸化炭素及び水素を含むガス(以下、「原料ガス」とも言う。)が生成(発生)する。
In this embodiment, the gasifier 10 is not particularly limited, but examples thereof include a fluidized bed furnace, a kiln furnace, a shaft furnace, etc. In addition to the gasifier 10, the gas generation unit may be a COX emission source in at least one facility selected from a combustion furnace (incinerator), a paper mill, a cement factory, a thermal power plant, an oil refinery, an ethylene cracker, a refinery, a chemical plant, and a blast furnace, a converter, or an electric furnace (electric furnace) in a steelworks.
In each furnace, gas containing at least carbon monoxide and hydrogen (hereinafter also referred to as "raw material gas") is produced (generated) during combustion, melting, refining, etc. of the contents.

ゴミ焼却場における燃焼炉又はガス化炉10の場合、内容物(廃棄物)としては、例えば、プラスチック廃棄物、生ゴミ、都市廃棄物(MSW)、産業廃棄物、廃棄タイヤ、バイオマス廃棄物、家庭ゴミ(布団、紙類)、建築部材等が挙げられる。なお、これらの廃棄物は、1種を単独で含んでいても、2種以上を含んでいてもよい。
また、製鉄所における高炉、転炉又は電炉の場合、例えば、鉄鉱石をコークス、石灰石等と共に熱する際に原料ガスが生成(発生)する。化学工場の場合、例えば、メタンを水蒸気改質する際に原料ガスが生成(発生)する。
In the case of a combustion furnace or gasification furnace 10 at a waste incineration plant, the contents (waste) include, for example, plastic waste, food waste, municipal solid waste (MSW), industrial waste, discarded tires, biomass waste, household waste (futons, paper), building materials, etc. Note that these wastes may contain one type alone or two or more types.
In addition, in the case of a blast furnace, converter, or electric furnace in a steelworks, for example, a raw material gas is generated (or produced) when iron ore is heated together with coke, limestone, etc. In the case of a chemical plant, for example, a raw material gas is generated (or produced) when methane is steam reformed.

廃棄物等に由来する原料ガス中の炭素は、石油中の炭素とは14C、13Cのような炭素同位体の存在比(例えば、δ14C、δ13Cの値)が異なる。そのため、かかる原料ガスから製造システム100で製造した炭化水素化合物に含まれる炭素同位体の存在比も、石油に由来する炭化水素化合物とは異なる。したがって、製造システム100で製造した炭化水素化合物を、他の化合物に変換して用いたとしても、製造システム100による環境負荷の低い方法で生成された炭化水素化合物に由来することを判別(トレース)することができる。 Carbon in a raw material gas derived from waste or the like has a different abundance ratio of carbon isotopes such as 14C and 13C (for example, values of δ14C and δ13C ) than carbon in petroleum. Therefore, the abundance ratio of carbon isotopes contained in hydrocarbon compounds produced from such raw material gas by the production system 100 also differs from hydrocarbon compounds derived from petroleum. Therefore, even if a hydrocarbon compound produced by the production system 100 is converted into another compound and used, it can be determined (traced) that it originated from a hydrocarbon compound produced by the production system 100 using a method with a low environmental impact.

原料ガスは、通常、一酸化炭素及び水素に加えて、二酸化炭素、窒素、酸素、水蒸気、メタン等の他のガス成分を含んでもよい。原料ガスは、その他の成分として、スス、タール、窒素化合物、硫黄化合物、リン系化合物、芳香族系化合物等をさらに含んでもよい。
原料ガスは、内容物(炭素源)を不完全燃焼させる熱処理(通称:ガス化)を行うこと(すなわち、炭素源を部分酸化させること)により、一酸化炭素を10体積%以上含むガスとして生成してもよい。
かかる原料ガスを使用して炭化水素化合物を製造すれば、従来、大気中に排出していた二酸化炭素を有効利用することができ、環境への負荷を低減することができる。原料ガスには、炭素循環という観点からは、燃焼炉又は製錬所で発生した排ガスを利用することが好ましい。
The raw material gas typically contains, in addition to carbon monoxide and hydrogen, other gas components such as carbon dioxide, nitrogen, oxygen, water vapor, methane, etc. The raw material gas may further contain, as other components, soot, tar, nitrogen compounds, sulfur compounds, phosphorus-based compounds, aromatic compounds, etc.
The raw material gas may be generated as a gas containing 10% by volume or more of carbon monoxide by subjecting the contents (carbon source) to a heat treatment (commonly known as gasification) in which the contents are incompletely combusted (i.e., the carbon source is partially oxidized).
If hydrocarbon compounds are produced using such a raw material gas, carbon dioxide, which has conventionally been emitted into the atmosphere, can be effectively utilized, thereby reducing the burden on the environment. From the viewpoint of carbon circulation, it is preferable to use exhaust gas generated in a combustion furnace or a smelter as the raw material gas.

ガス化炉10は、燃焼に必要な酸素を生成する酸素生成装置を有していてもよい。酸素生成装置としては、例えば、大気中の空気を圧縮、冷却、液化して液化酸素、液化窒素等を取り出すことが可能な深冷分離方式の装置等が挙げられる。得られた液化窒素が気化する際の吸熱を、製造システム100の冷却が必要な部分(例えば、後述するような水素の液化の操作等)に利用するとよい。また、液化窒素が気化して得られた窒素ガスは、製造システム100の各部のパージガス等として好適に使用することができる。 The gasifier 10 may also have an oxygen generator that generates the oxygen required for combustion. Examples of oxygen generators include cryogenic separation systems that compress, cool, and liquefy atmospheric air to extract liquefied oxygen, liquefied nitrogen, and the like. The heat absorbed when the resulting liquefied nitrogen evaporates can be used to cool parts of the production system 100 that require cooling (for example, the hydrogen liquefaction operation described below). Furthermore, the nitrogen gas obtained by evaporating the liquefied nitrogen can be suitably used as a purge gas for various parts of the production system 100.

また、ガス化炉10は、その内部又は外部に、原料ガスを改質する改質エリアを有していてもよい。
改質エリアは、例えば、原料ガスを高温下で滞留させることで、原料ガスに含まれる炭化水素類(メタン、エタン、チャー、タール、ダイオキシン等)を一酸化炭素及び水素に変換する。このとき、酸素や空気のような支燃性ガスを供給して温度を上げてもよい。
さらに、一酸化炭素の一部は、酸素と反応することにより、二酸化炭素に変換されてもよい。温度は、1000℃以上であることが好ましく、1100℃以上1400℃以下であることがより好ましい。
The gasifier 10 may also have a reforming area inside or outside thereof for reforming the raw material gas.
In the reforming area, for example, the raw material gas is retained at a high temperature to convert hydrocarbons contained in the raw material gas (methane, ethane, char, tar, dioxins, etc.) into carbon monoxide and hydrogen. At this time, a combustion-supporting gas such as oxygen or air may be supplied to raise the temperature.
Furthermore, a portion of the carbon monoxide may be converted to carbon dioxide by reacting with oxygen. The temperature is preferably 1000°C or higher, and more preferably 1100°C or higher and 1400°C or lower.

改質エリアでは、触媒の存在下で、原料ガスに含まれるメタン等の炭化水素に水蒸気を高温で作用させて、一酸化炭素及び水素に変換する方法を採用してもよい。このとき、一酸化炭素の一部は、さらに水蒸気と反応することにより、二酸化炭素及び水素に変換されてもよい。
反応温度は、500℃以上1200℃以下であることが好ましい。また、触媒としては、金属触媒等が挙げられる。この金属触媒としては、例えば、ニッケル触媒、酸化ニッケル触媒、ルテニウム触媒、ロジウム触媒、パラジウム触媒、白金触媒等が挙げられる。
In the reforming area, a method may be adopted in which hydrocarbons such as methane contained in the raw gas are reacted with steam at high temperatures in the presence of a catalyst to convert them into carbon monoxide and hydrogen. At this time, part of the carbon monoxide may be further converted into carbon dioxide and hydrogen by reacting with the steam.
The reaction temperature is preferably 500° C. or higher and 1200° C. or lower. Examples of the catalyst include metal catalysts, such as nickel catalysts, nickel oxide catalysts, ruthenium catalysts, rhodium catalysts, palladium catalysts, and platinum catalysts.

ここで、炭素の安定同位体比δ13Cには、高温の燃焼条件では値が高くなり易く、不完全燃焼では値が低くなり易いという特性が知られている。そのため、改質エリアを設けることにより、原料ガスが燃焼条件に応じた独自のδ13Cの値を有し得る。そのため、製造システム100が製造した炭化水素化合物を、他の化合物に変換して用いたとしても、製造システム100による環境負荷の低い方法で生成された炭化水素化合物に由来することを判別(トレース)することができる。 Here, it is known that the stable carbon isotope ratio δ 13 C tends to have a high value under high-temperature combustion conditions and a low value under incomplete combustion. Therefore, by providing a reforming area, the feedstock gas can have a unique δ 13 C value that corresponds to the combustion conditions. Therefore, even if the hydrocarbon compounds produced by the production system 100 are converted into other compounds and used, it is possible to determine (trace) that they originate from hydrocarbon compounds produced by the production system 100 using a method with a low environmental impact.

ガス化炉10が生成した原料ガス(合成ガス)は高温である。この高温の原料ガスの熱は、水から蒸気を発生させるために利用されてもよい。例えば、ガス化炉10の下流側に接続されたガスラインGL1の途中に、水を貯留したタンクを設け、原料ガスと水との熱交換によって蒸気を発生させてもよい。また、ガス化炉10の出口付近のガスラインGL1近傍に設けた高温の熱を回収するのにより適した熱回収装置(例えば、エコノマイザ、ヒートポンプ等)を用いて、原料ガスとの熱交換によって蒸気を発生させてもよい。このように、原料ガスの熱を効率的に回収して余すことなく利用することで、炭化水素化合物の製造時の環境負荷をより一層低減することができる。なお、原料ガスの熱は、上記目的の利用に限られず、種々の目的のために利用され得る。
また、改質エリアから排出されるガスの熱を回収してもよい。熱の回収方法としては、冷却にスクラバーを用いている場合には、スクラバーを介して回収された熱エネルギーを活用してもよい。前述のように回収された熱エネルギーは、炭素数4以上の炭化水素化合物を製造する際の水素ガスを加熱するために使われていてもよい。前述のように水素ガスを加熱することにより、炭素数4以上の炭化水素化合物を得るための温度を一定に保ちやすくなる。前記炭素数4以上の炭化水素化合物を得る工程は、その多くが加熱工程であるためである。
The feed gas (synthesis gas) generated by the gasifier 10 is at a high temperature. The heat of this high-temperature feed gas may be used to generate steam from water. For example, a tank storing water may be provided in the gas line GL1 connected downstream of the gasifier 10, and steam may be generated by heat exchange between the feed gas and the water. Alternatively, steam may be generated by heat exchange with the feed gas using a heat recovery device (e.g., an economizer, a heat pump, etc.) that is more suitable for recovering high-temperature heat and provided near the gas line GL1 near the outlet of the gasifier 10. In this way, by efficiently recovering the heat of the feed gas and utilizing it without waste, the environmental impact during the production of hydrocarbon compounds can be further reduced. The heat of the feed gas may be used for various purposes, not limited to the above purposes.
Furthermore, heat may be recovered from the gas discharged from the reforming area. When a scrubber is used for cooling, the heat recovery method may utilize the thermal energy recovered through the scrubber. As described above, the recovered thermal energy may be used to heat the hydrogen gas used in producing hydrocarbon compounds having 4 or more carbon atoms. By heating the hydrogen gas as described above, it becomes easier to maintain a constant temperature for obtaining hydrocarbon compounds having 4 or more carbon atoms. This is because many of the processes for obtaining hydrocarbon compounds having 4 or more carbon atoms are heating processes.

かかるガス化炉10に製造装置1が接続されている。この製造装置1は、培養槽(アルコール生成部)2と、アルケン生成装置6と、ガス化炉10と培養槽2とを接続するガスラインGL1と、培養槽2とアルケン生成装置6とを接続する液体ラインLLとを備えている。
培養槽2では、供給された原料ガスから、微生物(特に、ガス資化性細菌)を用いてアルコールを生成する。すなわち、培養槽2では、原料ガスの微生物発酵により、アルコールが生成される。
このアルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール等のうちの少なくとも1種が挙げられる。
A production apparatus 1 is connected to the gasification furnace 10. The production apparatus 1 includes a culture tank (alcohol production section) 2, an alkene producer 6, a gas line GL1 connecting the gasification furnace 10 and the culture tank 2, and a liquid line LL connecting the culture tank 2 and the alkene producer 6.
In the culture tank 2, alcohol is produced from the supplied raw material gas using microorganisms (particularly, gas-utilizing bacteria). That is, in the culture tank 2, alcohol is produced by microbial fermentation of the raw material gas.
The alcohol may be, for example, at least one of methanol, ethanol, and the like.

ここで、培養槽2において生成されたアルコールは、原料ガスに由来する炭素を用いて生成されるため、石油に由来する有価物とは14C、13Cのような炭素同位体の存在比(例えば、δ14C、δ13Cの値)が異なる。そのため、このアルコールを、他の化合物等の製品に変換して用いたとしても、製造システム100による環境負荷の低い方法で生成されたアルコールに由来することを判別(トレース)することができる。 Here, the alcohol produced in the culture tank 2 is produced using carbon derived from the feedstock gas, and therefore has a different abundance ratio of carbon isotopes such as 14C and 13C (for example, values of δ14C and δ13C ) from that of valuable materials derived from petroleum. Therefore, even if this alcohol is converted into a product such as another compound and used, it can be determined (traced) that it is derived from alcohol produced by a method with low environmental impact using the production system 100.

ガス資化性細菌としては、例えば、ブチリバクテリウム・メチロトロフィカム(Butyribacterium methylotrophicum)、クロストリジウム・オートエタノゲヌム(Clostridium autoethanogenum)、クロストリジウム・カルボキシジボランス(Clostridium carboxidivorans)、クロストリジウム・リュングダーリイ(Clostridium ljungdahlii)、クロストリジウム・ラグスダレイ(Clostridium ragsdalei)、ムーレラ(Moorella)、カルボキシドテルムス(Carboxydothermus)等が挙げられる。 Examples of gas-utilizing bacteria include Butyribacterium methylotrophicum, Clostridium autoethanogenum, Clostridium carboxydivorans, Clostridium ljungdahlii, Clostridium ragsdalei, Moorella, and Carboxydothermus.

ガス資化性細菌のような微生物を用いた場合、アルコール中の14C、13Cのような炭素同位体の存在比(例えば、δ14C、δ13Cの値)を、石油由来のアルコールの値とさらに大きく乖離させることができる。そのため、生成されたアルコールを他の化合物に変換して用いたとしても、製造システム100による環境負荷の低い方法で生成されたアルコールに由来することをより判別(トレース)し易くすることができる。 When a microorganism such as a gas-assimilating bacterium is used, the abundance ratio of carbon isotopes such as 14C and 13C in the alcohol (for example, the values of δ14C and δ13C ) can be made to deviate more greatly from the values of petroleum-derived alcohol. Therefore, even if the produced alcohol is converted into another compound for use, it can be more easily identified (traced) as being derived from alcohol produced by a method with a low environmental impact using the production system 100.

ガス資化性細菌を培養する際に用いる培地(培養液)は、その種類に応じた適切な組成であれば、特に限定されない。例えば、ガス資化性細菌としてクロストリジウム属細菌を用いる場合、培地としては、例えば、米国特許出願公開第2017/260552号の段落0097~0098等を参考にすることができる。
培養槽2には、例えば、撹拌板で培養液を撹拌するタイプの培養リアクタ、培養液自体を循環させることにより培養液を撹拌するタイプの培養リアクタ、供給される排ガスの通気で生じる気泡流に伴う水流により培養液を撹拌するタイプの培養リアクタ等を用いることができる。
The medium (culture solution) used for culturing gas-assimilating bacteria is not particularly limited as long as it has an appropriate composition depending on the type of bacteria. For example, when Clostridium bacteria are used as gas-assimilating bacteria, the medium can be determined by referring to, for example, paragraphs 0097 to 0098 of U.S. Patent Application Publication No. 2017/260552.
The culture tank 2 can be, for example, a culture reactor of a type that stirs the culture solution with a stirring plate, a culture reactor of a type that stirs the culture solution by circulating the culture solution itself, or a culture reactor of a type that stirs the culture solution by a water flow accompanied by a bubble flow generated by aeration of the supplied exhaust gas.

製造装置1は、ガスラインGL1の途中(すなわち、ガス化炉10と培養槽2との間)に設けられた前処理部(分離部)5を備えている。
この前処理部(分離部)5は、原料ガス(少なくとも一酸化炭素及び水素を含むガス)から水素を分離する。本実施形態では、原料ガスは、さらに二酸化炭素を含んでおり、前処理部(分離部)5は、原料ガスから二酸化炭素も分離する。
具体的には、前処理部5は、PSA装置51と、PSA装置51より下流側に配置された脱水素装置52とを有している。
The production apparatus 1 includes a pre-treatment section (separation section) 5 provided midway along the gas line GL1 (i.e., between the gasification furnace 10 and the culture tank 2).
This pretreatment section (separation section) 5 separates hydrogen from the raw material gas (gas containing at least carbon monoxide and hydrogen). In this embodiment, the raw material gas further contains carbon dioxide, and the pretreatment section (separation section) 5 also separates the carbon dioxide from the raw material gas.
Specifically, the pretreatment section 5 has a PSA unit 51 and a dehydrogenation unit 52 arranged downstream of the PSA unit 51 .

PSA装置51は、圧力スイング吸着方式の分離器であり、例えば、BTEX、二酸化炭素、窒素等を分離(除去)するために用いられる。
PSA装置51には、例えば、活性炭、ゼオライト、シリカゲル、モレキュラーシーブズ等の多孔質材料や、アミン溶液等の水溶液を、吸着剤として用いることができる。PSA装置51には、活性炭又はゼオライトが好ましく用いられる。多孔質材料の種類や細孔のサイズを設定することにより、分離可能な化合物を選択することができる。
PSA装置51において2種以上の化合物を分離する場合、種類や細孔のサイズが異なる多孔質材料をそれぞれ充填した複数の分離器を用いてもよく、種類や細孔のサイズが異なる多孔質材料を充填した単一の分離器を用いてもよい。
The PSA unit 51 is a pressure swing adsorption type separator, and is used to separate (remove) BTEX, carbon dioxide, nitrogen, and the like, for example.
For example, porous materials such as activated carbon, zeolite, silica gel, and molecular sieves, or aqueous solutions such as amine solutions, can be used as adsorbents in the PSA unit 51. Activated carbon or zeolite is preferably used in the PSA unit 51. By setting the type of porous material and the pore size, it is possible to select compounds that can be separated.
When separating two or more compounds in the PSA apparatus 51, multiple separators each filled with porous materials of different types or pore sizes may be used, or a single separator filled with porous materials of different types or pore sizes may be used.

PSA装置51で分離した二酸化炭素の利用方法は、後に詳述する。なお、分離された二酸化炭素は、水素と触媒等を用いて反応させて、ギ酸として貯留していてもよい。このように、ギ酸として保管すれば、少ない体積で二酸化炭素源及び水素源を同時に保管可能とすることができる。また、ギ酸から二酸化炭素と水素とを発生させる方法としては、特に限定されないが、イリジウム錯体等を使用する方法が知られている。かかる方法により発生させた水素と二酸化炭素とは、ガス化炉10が停止した際の原料ガスの代替ガスとして活用してもよい。
また、PSA装置51で分離した窒素は、微生物(ガス資化性細菌)を培養する際に培養槽2に充填してもよく、PSA装置51及び/又はTSA装置(使用する場合)の洗浄用に充填してもよい。
なお、窒素は上記装置の1つのみに充填しても、2つ以上に充填してもよい。
このように、原料ガスから窒素を除去することにより、下流側で処理する原料ガスの体積を減少させることができるので、下流側に配置される前処理部5の小型化を図ることができる。
A method for utilizing the carbon dioxide separated by the PSA unit 51 will be described in detail later. The separated carbon dioxide may be reacted with hydrogen using a catalyst or the like and stored as formic acid. Storing it as formic acid in this manner makes it possible to simultaneously store a carbon dioxide source and a hydrogen source in a small volume. Methods for generating carbon dioxide and hydrogen from formic acid are not particularly limited, but a method using an iridium complex or the like is known. The hydrogen and carbon dioxide generated by such a method may be used as substitute gases for the raw material gas when the gasifier 10 is shut down.
In addition, the nitrogen separated in the PSA unit 51 may be filled into the culture tank 2 when culturing microorganisms (gas-utilizing bacteria), or may be filled for cleaning the PSA unit 51 and/or the TSA unit (if used).
Nitrogen may be filled into only one of the above-mentioned devices, or into two or more of them.
In this way, by removing nitrogen from the raw material gas, the volume of the raw material gas to be processed downstream can be reduced, thereby making it possible to reduce the size of the pre-treatment unit 5 located downstream.

脱水素装置52は、主に、二酸化炭素及び窒素が分離(除去)された原料ガスから水素を分離(除去)するために用いられる。なお、水素の分離は、培養槽2に導入する一酸化炭素を分離した後の二酸化炭素と水素とを含む原料ガスに対して行ってもよい。
この脱水素装置52は、好ましくは、水素を選択的に透過して分離する分離膜を収容した分離器で構成することができる。かかる分離膜の構成材料としては、例えば、金属材料、セラミックス材料、樹脂材料等が挙げられる。
金属材料としては、例えば、Pd-Cu合金、Pd-Ag合金、バナジウム合金、La-Ni-Mg系等のアモルファス合金等が挙げられる。
セラミックス材料としては、例えば、窒化チタン、ゼオライト、シリカ(ガラス)、アルミナ及びこれらの1種以上を含む複合材料(例えば、アルミナカーボン系材料)等が挙げられる。
樹脂材料としては、例えば、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン等が挙げられる。
The dehydrogenation device 52 is mainly used to separate (remove) hydrogen from the raw material gas from which carbon dioxide and nitrogen have been separated (removed). Note that hydrogen separation may be performed on the raw material gas containing carbon dioxide and hydrogen after carbon monoxide has been separated and introduced into the culture tank 2.
The dehydrogenation device 52 can be preferably configured as a separator containing a separation membrane that selectively permeates and separates hydrogen. Examples of materials that can be used for the separation membrane include metal materials, ceramic materials, and resin materials.
Examples of the metal material include Pd--Cu alloy, Pd--Ag alloy, vanadium alloy, and amorphous alloy such as La--Ni--Mg alloy.
Examples of ceramic materials include titanium nitride, zeolite, silica (glass), alumina, and composite materials containing one or more of these (for example, alumina carbon-based materials).
Examples of the resin material include polyamide, polyimide, and polysulfone.

分離膜は、隣接する空孔同士が連通する連続空孔(筒壁を貫通する細孔)を備える多孔質体で構成されていることが好ましい。かかる構成の分離膜であれば、水素の分離をより円滑かつ確実に行うことができる。
分離膜の空孔率は、特に限定されないが、10%以上90%以下であることが好ましく、20%以上60%以下であることがより好ましい。これにより、分離膜の機械的強度が極端に低下するのを防止しつつ、水素の透過率を十分に高く維持することができる。
なお、分離膜の形状は、特に限定されず、円筒状、四角形、六角形のような角筒状等が挙げられる。
分離膜の平均空孔径は、500pm以下であることが好ましく、300pm以上400pm以下であることがより好ましい。これにより、水素の分離効率をより向上させることができる。
The separation membrane is preferably made of a porous body having continuous pores (pores penetrating the cylindrical wall) in which adjacent pores are connected to each other. A separation membrane with such a configuration can separate hydrogen more smoothly and reliably.
The porosity of the separation membrane is not particularly limited, but is preferably 10% to 90%, and more preferably 20% to 60%, which allows the separation membrane to maintain a sufficiently high hydrogen permeability while preventing an extreme decrease in mechanical strength.
The shape of the separation membrane is not particularly limited, and examples thereof include cylindrical, rectangular, hexagonal and other rectangular tubular shapes.
The average pore size of the separation membrane is preferably 500 pm or less, and more preferably 300 pm to 400 pm, which can further improve the hydrogen separation efficiency.

前処理部5は、PSA装置51及び脱水素装置52に加えて、例えば、脱酸素装置、脱アセチレン装置、TSA装置、PTSA装置等を有していてもよい。なお、これらは、単独で使用することができる他、任意の組み合わせで使用することができ、その配置順序も任意である。
脱酸素装置は、酸素を除去するために用いられ、酸素除去触媒として、例えば、銅(Cu)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)等の金属の粒子が充填された反応器で構成することができる。酸素除去触媒は、例えば、150℃以上400℃以下に加熱することが好ましい。
脱アセチレン装置は、アセチレンを除去するために用いられ、アセチレン除去触媒として、例えば、パラジウム(Pd)、白金(Pt)等の貴金属の粒子が充填された反応器で構成することができる。
なお、脱酸素に先立ってアセチレンを除去しておくことにより、アセチレンの酸素除去触媒に対する悪影響を好適に防止又は低減することができるという利点がある。
The pretreatment unit 5 may include, for example, a deoxidizer, a deacetylenizer, a TSA unit, a PTSA unit, etc. in addition to the PSA unit 51 and the dehydrogenation unit 52. These units may be used alone or in any combination, and the order in which they are arranged may also be arbitrary.
The deoxidizer is used to remove oxygen and can be configured as a reactor filled with metal particles such as copper (Cu), platinum (Pt), nickel (Ni), etc. as an oxygen removal catalyst. The oxygen removal catalyst is preferably heated to, for example, 150°C or higher and 400°C or lower.
The deacetyleneizer is used to remove acetylene, and can be configured with a reactor filled with particles of a noble metal such as palladium (Pd) or platinum (Pt) as an acetylene removal catalyst.
By removing acetylene prior to deoxidation, there is an advantage that the adverse effect of acetylene on the oxygen removal catalyst can be suitably prevented or reduced.

TSA装置は、温度スイング吸着方式の分離器であり、例えば、BTEX以外の芳香族化合物等を除去するために用いられる。
PTSA装置は、圧力及び温度スイング吸着方式の分離器であり、例えば、上記PSA装置51及びTSA装置で除去する成分を一括して除去するために用いられる。
なお、TSA装置及びPTSA装置に用いる吸着剤の種類、構成材料等は、PSA装置51で説明したのと同様とすることができる。
The TSA unit is a temperature swing adsorption type separator, and is used, for example, to remove aromatic compounds other than BTEX.
The PTSA unit is a pressure and temperature swing adsorption type separator, and is used, for example, to collectively remove the components removed by the PSA unit 51 and the TSA unit.
The types of adsorbents and constituent materials used in the TSA and PTSA devices may be the same as those described for the PSA device 51 .

前処理部5で処理された原料ガスは、培養槽2に供給される。
培養槽2に供給される原料ガスに含まれる二酸化炭素の濃度は、0.1体積%以上30体積%以下であることが好ましく、0.3体積%以上25体積%以下であることがより好ましく、0.5体積%以上20体積%以下であることがさらに好ましく、0.8体積%以上15体積%以下であることが特に好ましく、1体積%以上10体積%以下であることが最も好ましい。
The raw material gas treated in the pretreatment unit 5 is supplied to the culture tank 2 .
The concentration of carbon dioxide contained in the raw material gas supplied to the culture tank 2 is preferably 0.1% by volume or more and 30% by volume or less, more preferably 0.3% by volume or more and 25% by volume or less, even more preferably 0.5% by volume or more and 20% by volume or less, particularly preferably 0.8% by volume or more and 15% by volume or less, and most preferably 1% by volume or more and 10% by volume or less.

培養槽2に供給される原料ガスに含まれる一酸化炭素の濃度は、10体積%以上90体積%以下であることが好ましく、15体積%以上70体積%以下であることがより好ましく、20体積%以上45体積%以下であることがさらに好ましい。
また、培養槽2に供給される原料ガスに含まれる水素の濃度は、ガス化炉(ガス生成部)10で生成される原料ガスに含まれる水素の濃度の0.4倍以下であることが好ましく、0.35倍以下であることがより好ましく、0.3倍以下であることがさらに好ましい。具体的には、培養槽2に供給される原料ガスに含まれる水素の濃度は、1体積%以上45体積%以下であることが好ましく、5体積%以上35体積%以下であることがより好ましく、5体積%以上30体積%以下であることがさらに好ましい。水素や二酸化炭素は分離膜等を介して、原料ガス中の含有量を減じられていると、処理された原料ガス中の全体組成の経時的なばらつきを抑制する効果も期待することができる。
また、原料ガスに水蒸気が含まれている場合には、培養槽2に原料ガスを導入する直前の工程で水蒸気を除去するようにしてもよい。水蒸気を除去する方法としては、例えば、原料ガスを冷却して飽和水蒸気量を低減させる方法であってもよいし、吸湿剤等に吸収させる方法であってもよい。用いられる吸湿剤は、特に限定されないが、例えば、シリカゲル、ゼオライト、活性炭、モレキュラーシーブ等が挙げられる。かかる吸湿剤は、乾燥等の工程を経て再利用が可能であるので好ましい。
The concentration of carbon monoxide contained in the raw material gas supplied to the culture tank 2 is preferably 10% by volume or more and 90% by volume or less, more preferably 15% by volume or more and 70% by volume or less, and even more preferably 20% by volume or more and 45% by volume or less.
Furthermore, the concentration of hydrogen contained in the raw material gas supplied to the culture tank 2 is preferably 0.4 times or less, more preferably 0.35 times or less, and even more preferably 0.3 times or less, the concentration of hydrogen contained in the raw material gas generated in the gasification furnace (gas generation unit) 10. Specifically, the concentration of hydrogen contained in the raw material gas supplied to the culture tank 2 is preferably 1% by volume or more and 45% by volume or less, more preferably 5% by volume or more and 35% by volume or less, and even more preferably 5% by volume or more and 30% by volume or less. If the content of hydrogen and carbon dioxide in the raw material gas is reduced via a separation membrane or the like, it can also be expected to have the effect of suppressing variation over time in the overall composition of the treated raw material gas.
Furthermore, when the raw material gas contains water vapor, the water vapor may be removed in a step immediately before the raw material gas is introduced into the culture tank 2. Methods for removing water vapor include, for example, cooling the raw material gas to reduce the amount of saturated water vapor, or absorbing the water vapor into a moisture absorbent or the like. The moisture absorbent used is not particularly limited, but examples include silica gel, zeolite, activated carbon, and molecular sieves. Such moisture absorbents are preferred because they can be reused after undergoing a drying process or the like.

さらに、培養槽2に供給される原料ガスに含まれる窒素の濃度は、30体積%以下であることが好ましく、1体積%以上25体積%以下であることがより好ましく、5体積%以上20体積%以下であることがさらに好ましい。
上記構成によれば、水素の濃度が低い原料ガスが培養槽2に供給されるため、水素が微生物(ガス資化性細菌)の活性を低下させ難い。換言すれば、微生物が利用するのに適した濃度の水素を供給できるため、微生物が活発に活動することができる。また、原料ガスは、PSA装置51で主に二酸化炭素及び窒素が分離(除去)されることにより、一酸化炭素の濃度が高まっているため、培養槽2において第1の有価物をより効率よく製造することができる。
さらに、原料ガス全体としての体積が低下するため、前処理部5及び/又はその下流側に配置される配管、ポンプ、容器等のサイズを減少させることもできる。
Furthermore, the concentration of nitrogen contained in the raw material gas supplied to the culture tank 2 is preferably 30% by volume or less, more preferably 1% by volume or more and 25% by volume or less, and even more preferably 5% by volume or more and 20% by volume or less.
According to the above configuration, a raw material gas with a low concentration of hydrogen is supplied to the culture tank 2, so that hydrogen is less likely to reduce the activity of microorganisms (gas-assimilating bacteria). In other words, hydrogen can be supplied at a concentration suitable for use by microorganisms, allowing the microorganisms to be active. Furthermore, since the raw material gas has an increased carbon monoxide concentration as a result of separation (removal) of mainly carbon dioxide and nitrogen in the PSA unit 51, the first valuable resource can be produced more efficiently in the culture tank 2.
Furthermore, since the volume of the raw material gas as a whole is reduced, the size of the pretreatment unit 5 and/or the piping, pumps, containers, etc. arranged downstream thereof can also be reduced.

培養槽2では、二酸化炭素及び水素が分離された原料ガスから、微生物(ガス資化性細菌)を用いてアルコール、具体的にはアルコールを含有するアルコール含有液が生成する。前記アルコール含有液を製造する際に、酢酸が副生する場合には、前記酢酸をさらに活用してもよい。
培養槽2には、液体ラインLLを介してアルケン生成装置(アルケン生成部)6が接続されている。このアルケン生成装置6は、アルコール含有液から、第1の触媒を用いてアルケン(有機物質)を生成する装置である。アルケン生成装置6では、アルケンの製造(合成)に先立って、アルコール含有液を気化(ガス化)させてもよい。また、培養槽2から排出されたアルコール含有液を気化させた後、アルケン生成装置6に供給するようにしてもよい。
In the culture tank 2, alcohol, specifically an alcohol-containing liquid containing alcohol, is produced using microorganisms (gas-assimilating bacteria) from the raw material gas from which carbon dioxide and hydrogen have been separated. When acetic acid is produced as a by-product during the production of the alcohol-containing liquid, the acetic acid may be further utilized.
An alkene producer (alkene production unit) 6 is connected to the culture tank 2 via a liquid line LL. This alkene producer 6 is a device that produces an alkene (organic substance) from an alcohol-containing liquid using a first catalyst. In the alkene producer 6, the alcohol-containing liquid may be vaporized (gasified) prior to the production (synthesis) of the alkene. Alternatively, the alcohol-containing liquid discharged from the culture tank 2 may be vaporized and then supplied to the alkene producer 6.

ここで、アルケンとしては、炭素数3以下の化合物であり、例えば、エチレン、プロピレン等が挙げられる。これらのアルケンは、1種の単体の他、2種以上の混合物であってもよい。
第1の触媒としては、例えば、硫酸(HSO)、リン酸(HPO)のような無機酸、アルミナ(Al)のような酸化物触媒、細孔内にニッケルを担持したシリカ(Ni-MCM-41)等が挙げられる。
このように、アルケンをアルコールから生成すると、水が副産物として生成される。このため、水を除去するようにしてもよい。これにより、逆反応が起こりに難くなり、効率的にアルケンを得易くなる。
Here, the alkene is a compound having 3 or less carbon atoms, and examples thereof include ethylene, propylene, etc. These alkenes may be a single type or a mixture of two or more types.
Examples of the first catalyst include inorganic acids such as sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and phosphoric acid (H 3 PO 4 ), oxide catalysts such as alumina (Al 2 O 3 ), and silica with nickel supported in its pores (Ni-MCM-41).
When an alkene is produced from an alcohol in this way, water is produced as a by-product. Therefore, it is possible to remove the water. This makes it difficult for the reverse reaction to occur, making it easier to obtain the alkene efficiently.

アルケン生成装置(アルケン生成部)6には、ガスラインGL6を介して炭化水素化合物生成装置(炭化水素化合物生成部)9が接続されている。この炭化水素化合物生成装置9は、アルケンと水素とから、第2の触媒を用いて炭化水素化合物(有機物質)を生成する装置である。 ここで、炭化水素化合物は、炭素数4以上の化合物であればよいが、炭素数6以上20以下の化合物が好ましく、炭素数が8以上18以下の化合物がより好ましく、炭素数が9以上16以下の化合物がさらに好ましい。炭化水素化合物は、これらの化合物の1種のみを含んでもよく、2種以上を含んでもよい。なお、炭化水素化合物は、芳香族化合物を含まないことが好ましい。
このような炭化水素化合物は、例えば、ジェット燃料、ブタジエン原料、自動車用燃料の原料等に好適に使用される。前記炭化水素は例えば飽和炭化水素などであってもよい。
A hydrocarbon compound generator (hydrocarbon compound generator) 9 is connected to the alkene generator (alkene generator) 6 via a gas line GL6. This hydrocarbon compound generator 9 is a device that generates a hydrocarbon compound (organic substance) from an alkene and hydrogen using a second catalyst. Here, the hydrocarbon compound may be a compound having 4 or more carbon atoms, but a compound having 6 to 20 carbon atoms is preferred, a compound having 8 to 18 carbon atoms is more preferred, and a compound having 9 to 16 carbon atoms is even more preferred. The hydrocarbon compound may contain only one type of these compounds, or may contain two or more types. It is preferable that the hydrocarbon compound does not contain an aromatic compound.
Such hydrocarbon compounds are suitable for use as, for example, jet fuel, butadiene raw material, automotive fuel raw material, etc. The hydrocarbon may be, for example, a saturated hydrocarbon.

第2の触媒としては、例えば、酸性ゼオライト触媒、ニッケル等を含有する金属又は合金触媒等が挙げられる。これらの第2の触媒は、1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
炭化水素化合物生成装置9において使用する水素は、脱水素装置52(前処理部5)において分離された水素、別途、水の電気分解で生成される水素、苛性ソーダ、硝酸ソーダ、硝酸又はアンモニアの製造時に生成される水素、製鉄又は石油化学で生成される水素、またはこれらの混合ガスであってもよい。脱水素装置52(前処理部5)において分離された水素、苛性ソーダ、硝酸ソーダ、硝酸又はアンモニアの製造時に生成される水素、製鉄又は石油化学で生成される水素を活用することで、無駄なエネルギーを使わずに水素を得ることができるため好ましい。
水素の活用の観点からは、前述のような工程で分離された水素、すなわち脱水素装置52(前処理部5)において分離された水素を含むことがさらに好ましい。特に脱水素装置52(前処理部5)において分離された水素を使用すれば、水素の有効利用を図ることができる。また、この場合、水素の運搬が必須の構成とならず、よって運搬のエネルギーが不要となるためさらに好ましい。このようなことから、炭化水素化合物の製造効率をより向上させることができる。なお、脱水素装置52は、水素分離膜であってもよい。
Examples of the second catalyst include an acidic zeolite catalyst, a metal or alloy catalyst containing nickel, etc. These second catalysts may be used alone or in combination of two or more.
The hydrogen used in the hydrocarbon compound production device 9 may be hydrogen separated in the dehydrogenation device 52 (pretreatment device 5), hydrogen separately generated by electrolysis of water, hydrogen generated during the production of caustic soda, sodium nitrate, nitric acid, or ammonia, hydrogen generated in steelmaking or petrochemicals, or a mixed gas of these. Utilizing the hydrogen separated in the dehydrogenation device 52 (pretreatment device 5), hydrogen generated during the production of caustic soda, sodium nitrate, nitric acid, or ammonia, or hydrogen generated in steelmaking or petrochemicals is preferable because it allows hydrogen to be obtained without wasting energy.
From the viewpoint of utilizing hydrogen, it is more preferable to include hydrogen separated in the above-mentioned process, i.e., hydrogen separated in the dehydrogenation device 52 (pre-treatment device 5). In particular, if hydrogen separated in the dehydrogenation device 52 (pre-treatment device 5) is used, hydrogen can be effectively utilized. In this case, transportation of hydrogen is not an essential component, and therefore energy for transportation is not required, which is even more preferable. As a result, the production efficiency of hydrocarbon compounds can be further improved. The dehydrogenation device 52 may be a hydrogen separation membrane.

また、製造装置1は、PSA装置51にガスラインGL2を介して、脱水素装置52にガスラインGL3を介して、それぞれ接続された合成部(有価物生成部)7を備えている。
合成部7では、少なくともPSA装置51で分離された二酸化炭素と脱水素装置52で分離された水素の一部とを、第3の触媒を用いて反応させて、アルケン及びアルコールからなる群より選択される少なくとも1種を生成する。アルケンをアルコールから生成する場合には、水が副産物として生成されるため、副産物の水を除去する工程をさらに有していてもよい。水を除去する工程を有していると逆反応が起こりに難くなり、効率的にアルケンを得易くなる。
アルケンを生成可能な触媒としては、例えば、鉄、銅、コバルト、ルテニウム、ロジウム等を含有する金属又は合金触媒、ゼオライト等の鉱物を含有する鉱物触媒等が挙げられる。
The production apparatus 1 also includes a synthesis section (valuable material production section) 7 connected to the PSA apparatus 51 via a gas line GL2 and to the dehydrogenation apparatus 52 via a gas line GL3.
In the synthesis unit 7, at least the carbon dioxide separated in the PSA unit 51 and a portion of the hydrogen separated in the dehydrogenation unit 52 are reacted using a third catalyst to produce at least one selected from the group consisting of alkenes and alcohols. When an alkene is produced from an alcohol, water is produced as a by-product, so the process may further include a step of removing the by-product water. The inclusion of a step of removing water makes it difficult for a reverse reaction to occur, making it easier to efficiently obtain alkenes.
Examples of catalysts capable of producing alkenes include metal or alloy catalysts containing iron, copper, cobalt, ruthenium, rhodium, etc., and mineral catalysts containing minerals such as zeolites.

また、アルコールを生成可能な触媒としては、例えば、銅、銀、ニッケル、亜鉛、ジルコニウム等を含有する金属又は合金触媒、酸化亜鉛、酸化チタン等を含有する酸化物触媒、上記金属又は合金触媒と上記酸化物触媒とを任意の組み合わせで含有する複合触媒、炭素材料に金属ナノ粒子を担持した炭素担持触媒、イリジウム等を含有する金属錯体触媒等が挙げられる。
中でも、アルコールとしてメタノールを生成可能な触媒としては、パラジウム・モリブデン金属間化合物触媒が好適である。かかる触媒は、極めて低温(室温)で二酸化炭素及び水素からメタノールを生成することができる。
Examples of catalysts capable of producing alcohol include metal or alloy catalysts containing copper, silver, nickel, zinc, zirconium, or the like; oxide catalysts containing zinc oxide, titanium oxide, or the like; composite catalysts containing any combination of the above metal or alloy catalysts and the above oxide catalysts; carbon-supported catalysts in which metal nanoparticles are supported on a carbon material; and metal complex catalysts containing iridium, or the like.
Among these, a palladium-molybdenum intermetallic compound catalyst is suitable as a catalyst capable of producing methanol as an alcohol, as this catalyst can produce methanol from carbon dioxide and hydrogen at extremely low temperatures (room temperature).

また、ガスラインGL2、GL3の途中には、それぞれ除去部8が設けられていてもよい。この除去部8は、PSA装置51又は脱水素装置52から分離(回収)されたガスに含まれ、上記触媒の反応性を低下させる不純物を除去する機能を有している。
水素や二酸化炭素の分離選択性能が高く、分離された二酸化炭素や分離された水素を高純度に得られる場合には、除去部8は、設けなくてもよい。
かかる不純物としては、特に限定されないが、硫黄又は硫黄化合物、塩素又は塩素化合物、シアン化合物等が挙げられる。これらの中でも、不純物として、硫黄化合物、特に、硫化水素を除去することが好ましい。硫化水素を除去すれば、触媒(第2の触媒及び第3の触媒)の反応性が極端に低下したり、失活するのを好適に防止することができる。
Further, a removal unit 8 may be provided midway along each of the gas lines GL2 and GL3. The removal unit 8 has a function of removing impurities contained in the gas separated (recovered) from the PSA unit 51 or the dehydrogenation unit 52, which impair the reactivity of the catalyst.
If the separation selectivity of hydrogen and carbon dioxide is high and the separated carbon dioxide and separated hydrogen can be obtained with high purity, the removal unit 8 does not need to be provided.
Such impurities include, but are not limited to, sulfur or sulfur compounds, chlorine or chlorine compounds, cyanide compounds, etc. Among these, it is preferable to remove sulfur compounds, particularly hydrogen sulfide, as impurities. Removal of hydrogen sulfide can suitably prevent the reactivity of the catalysts (the second catalyst and the third catalyst) from being extremely reduced or from being deactivated.

かかる除去部8は、例えば、脱硫剤を充填した反応器で構成することができる。脱硫剤としては、例えば、酸化鉄系脱硫剤、活性炭系脱硫剤、銅-亜鉛系脱硫剤、銅-亜鉛-アルミニウム系脱硫剤、石灰系脱硫剤等が挙げられる。
なお、酸化鉄系脱硫剤を使用すれば、硫化水素との反応により生じる硫化鉄が酸素と反応することができるため、ガスラインGL2、GL3を通過するガスから酸素を除去することもできる。
ガスラインGL2とガスラインGL3とを合流させた後、合流したガスラインの途中に除去部8を設けるようにしてもよい。
The removal section 8 can be configured, for example, by a reactor filled with a desulfurizing agent. Examples of the desulfurizing agent include an iron oxide-based desulfurizing agent, an activated carbon-based desulfurizing agent, a copper-zinc-based desulfurizing agent, a copper-zinc-aluminum-based desulfurizing agent, and a lime-based desulfurizing agent.
If an iron oxide-based desulfurizing agent is used, the iron sulfide produced by the reaction with hydrogen sulfide can react with oxygen, so that oxygen can also be removed from the gas passing through the gas lines GL2 and GL3.
After the gas line GL2 and the gas line GL3 are joined, the removal unit 8 may be provided midway along the joined gas line.

また、合成部7は、ガスラインGL5a及びGL4を介して、炭化水素化合物生成装置9に接続されるとともに、必要に応じて、ガスラインGL5bを介して、アルケン生成装置6に接続される。
合成部7で合成されたアルケンは、炭化水素化合物生成装置9に供給されて炭化水素化合物が生成される。また、合成部7でアルコールが合成された場合、このアルコールは、アルケン生成装置6に供給されてアルケンが生成される。なお、合成部7でアルケン及びアルコールの双方が合成される場合、ガスラインGL5aとガスラインGL5bとの分岐部に、アルケンとアルコールとの分離装置が配置される。
なお、合成部7では、アルケンのみ合成して、アルコールは合成しなくてもよく、この逆であってもよい。
Furthermore, the synthesis section 7 is connected to the hydrocarbon compound generator 9 via gas lines GL5a and GL4, and is also connected to the alkene generator 6 via a gas line GL5b as required.
The alkene synthesized in the synthesis unit 7 is supplied to the hydrocarbon compound production unit 9, where a hydrocarbon compound is produced. Furthermore, when an alcohol is synthesized in the synthesis unit 7, this alcohol is supplied to the alkene production unit 6, where an alkene is produced. Note that, when both an alkene and an alcohol are synthesized in the synthesis unit 7, an alkene/alcohol separation unit is disposed at the branch point of the gas line GL5a and the gas line GL5b.
In the synthesis unit 7, only alkenes may be synthesized without synthesizing alcohols, or vice versa.

次に、第1実施形態の製造システム100の使用方法(炭化水素化合物の製造方法)について説明する。
[1]まず、ガス化炉10から排出される原料ガス(一酸化炭素、水素、二酸化炭素及びその他のガス成分を含むガス)は、前処理部5に供給される。
前処理部5では、原料ガスから、PSA装置51によりBTEX、二酸化炭素、窒素等を除去(分離)した後、脱水素装置52により水素を除去(分離)する(分離工程)。すなわち、本工程[1](分離工程)に供される原料ガスは、さらに二酸化炭素を含み、本工程[1]において水素に加えて二酸化炭素も分離される。本実施形態では、本工程[1](分離工程)において、水素は、原料ガスから上述したような分離膜を用いて分離されることが好ましい。
さらに、前処理部5では、原料ガスから、例えば、水溶性物質、スス、ススのサイズより小さいサイズの微粒子、酸素、アセチレン、BTEX以外の芳香族化合物等が除去されてもよい。
原料ガスから、例えば、相転移物質である、ナフタレンやナフトール等がさらに除去されてもよい。
Next, a method of using the production system 100 of the first embodiment (a method of producing a hydrocarbon compound) will be described.
[1] First, the raw material gas (gas containing carbon monoxide, hydrogen, carbon dioxide and other gas components) discharged from the gasification furnace 10 is supplied to the pretreatment section 5 .
In the pretreatment unit 5, BTEX, carbon dioxide, nitrogen, etc. are removed (separated) from the raw material gas by a PSA unit 51, and then hydrogen is removed (separated) by a dehydrogenation unit 52 (separation step). That is, the raw material gas supplied to this step [1] (separation step) further contains carbon dioxide, and in this step [1], carbon dioxide is also separated in addition to hydrogen. In this embodiment, in this step [1] (separation step), hydrogen is preferably separated from the raw material gas using a separation membrane as described above.
Furthermore, in the pretreatment section 5, for example, water-soluble substances, soot, fine particles smaller than soot, oxygen, acetylene, aromatic compounds other than BTEX, etc. may be removed from the raw material gas.
Phase transition materials such as naphthalene and naphthol may be further removed from the source gas.

本工程[1]で余剰となった水素は、例えば貯留(貯蔵)してもよい。また、水素の分離量(除去量)が過剰となり、培養槽2に導入される水素の量が不足した場合は、除去した水素を培養槽2に導入してもよい。なお、二酸化炭素も同様に、貯留してもよく、培養槽2へ導入してもよい。
さらに、本工程[1](分離工程)において分離された水素を、加圧及び冷却することにより液化するか、又は担体に担持して水素キャリアとする工程を備えるようにしてもよい。この場合、上述したような余剰の水素を必要時まで、貯留して保管することができる。また、本システム100と異なるシステム100に水素を移送して使用することができる。このため、水素が無駄になることを防止することができる。
水素キャリア(水素を担持した担体)としては、例えば、水素化マグネシウム(MgH)、リチウムアラナート(LiAlH)、ナトリウムアラナート(NaAlH)のようなアルカリ金属アラナート、リチウムアミド(LiNH)のような金属アミド、アルカリ金属、アルカリ土類金属等を含有する水素化ホウ素化合物、ギ酸、アンモニア、メチルシクロヘキサン等が挙げられる。
Excess hydrogen in this step [1] may be, for example, stored (stored). Furthermore, if the amount of hydrogen separated (removed) becomes excessive and the amount of hydrogen introduced into the culture tank 2 is insufficient, the removed hydrogen may be introduced into the culture tank 2. Similarly, carbon dioxide may be stored or introduced into the culture tank 2.
Furthermore, the system may include a step of liquefying the hydrogen separated in step [1] (separation step) by pressurizing and cooling it, or supporting it on a carrier to create a hydrogen carrier. In this case, the surplus hydrogen described above can be stored until needed. Also, the hydrogen can be transferred to a system 100 other than the present system 100 and used. This prevents hydrogen from being wasted.
Examples of hydrogen carriers (carriers that support hydrogen) include magnesium hydride (MgH 2 ), alkali metal alanates such as lithium alanate (LiAlH 4 ) and sodium alanate (NaAlH 4 ), metal amides such as lithium amide (LiNH 2 ), boron hydride compounds containing alkali metals, alkaline earth metals, etc., formic acid, ammonia, and methylcyclohexane.

[2]次に、前処理部5を通過した原料ガスは、培養槽2に供給される。培養槽2では、二酸化炭素及び水素が分離された原料ガスから、微生物を用いて(ガス資化性細菌の作用により)、アルコール、具体的にはアルコールを含有するアルコール含有液を生成する(アルコール生成工程)。
ここで、培養槽(アルコール生成部)2においてアルコール含有液を生成する際の温度は、25℃以上50℃以下であることが好ましく、30℃以上45℃以下であることがより好ましく、35℃以上40℃以下であることがさらに好ましい。
培養槽2においてアルコール含有液を生成する際には、PSA装置51で除去(分離)された窒素を培養槽2に充填するようにしてもよい。この場合、培養槽2内の空間に含まれる酸素の濃度を相対的に低下させることができ、酸素が微生物(ガス資化性細菌)に対して悪影響を与えることを防止又は低減することができる。
[2] Next, the raw material gas that has passed through the pretreatment unit 5 is supplied to the culture tank 2. In the culture tank 2, alcohol, specifically an alcohol-containing liquid containing alcohol, is produced from the raw material gas from which carbon dioxide and hydrogen have been separated using microorganisms (by the action of gas-assimilating bacteria) (alcohol production step).
Here, the temperature at which the alcohol-containing liquid is produced in the culture tank (alcohol production section) 2 is preferably 25°C or higher and 50°C or lower, more preferably 30°C or higher and 45°C or lower, and even more preferably 35°C or higher and 40°C or lower.
When producing an alcohol-containing liquid in the culture tank 2, the nitrogen removed (separated) by the PSA device 51 may be filled into the culture tank 2. In this case, the concentration of oxygen contained in the space within the culture tank 2 can be relatively reduced, and adverse effects of oxygen on microorganisms (gas-assimilating bacteria) can be prevented or reduced.

[3]次に、培養槽2で生成されたアルコール含有液は、液体ラインLLを介してアルケン生成装置6に供給される。アルケン生成装置6では、アルコール含有液に含まれるアルコールから、第1の触媒を用いて炭素数3以下のアルケンを生成する(アルケン生成工程)。
本工程[3]における反応に加熱が必要な場合、この反応は、上記工程[1]における燃焼の際に生じる熱を使用して行われるとよい。この場合、燃焼により生じる熱を無駄に廃棄することなく、有効利用することができる。
[3] Next, the alcohol-containing liquid produced in the culture tank 2 is supplied to the alkene producer 6 via the liquid line LL. In the alkene producer 6, an alkene having 3 or less carbon atoms is produced from the alcohol contained in the alcohol-containing liquid using a first catalyst (alkene production step).
When the reaction in step [3] requires heating, the reaction may be carried out using the heat generated during the combustion in step [1]. In this case, the heat generated by the combustion can be effectively utilized without being wasted.

[4]一方、PSA装置51で分離された二酸化炭素等を含むガスは、ガスラインGL2を介して合成部7に供給される。また、脱水素装置52で分離された水素を主に含むガスは、ガスラインGL3を介して合成部7に供給される。
このとき、ガスラインGL2、GL3を流通するガスは、除去部8を通過することにより、硫黄化合物(特に、硫化水素)が除去されるため、合成部7の第3の触媒の活性の低下を防止又は抑制することができる。
[4] Meanwhile, the gas containing carbon dioxide and the like separated in the PSA unit 51 is supplied to the synthesis unit 7 via a gas line GL2. In addition, the gas mainly containing hydrogen separated in the dehydrogenation unit 52 is supplied to the synthesis unit 7 via a gas line GL3.
At this time, the gas flowing through the gas lines GL2 and GL3 passes through the removal section 8, thereby removing sulfur compounds (especially hydrogen sulfide), thereby preventing or suppressing a decrease in the activity of the third catalyst in the synthesis section 7.

合成部(有価物生成部)7では、少なくとも分離された二酸化炭素と分離された水素の一部とを、第3の触媒を用いて反応させて、アルケン及びアルコールからなる群より選択される少なくとも1種を生成する(有価物生成工程)。
本工程[4]における反応に加熱が必要な場合、この反応は、上記工程[1]における燃焼の際に生じる熱を使用して行われるとよい。この場合、燃焼により生じる熱を無駄に廃棄することなく、有効利用することができる。例えば、ガス化炉10の出口付近のガスラインGL1にガスラインGL2、GL3を近接させ、ガス化炉10から排出される高温の原料ガスと、ガスラインGL2、GL3を流通するガスとの間で熱交換を行うように構成することができる。
In the synthesis section (valuable product generation section) 7, at least the separated carbon dioxide and a portion of the separated hydrogen are reacted using a third catalyst to generate at least one selected from the group consisting of alkenes and alcohols (valuable product generation process).
If heating is required for the reaction in step [4], the reaction may be carried out using the heat generated during the combustion in step [1]. In this case, the heat generated by the combustion can be effectively utilized without being wasted. For example, the gas lines GL2 and GL3 may be arranged close to the gas line GL1 near the outlet of the gasifier 10, and heat exchange may be performed between the high-temperature raw material gas discharged from the gasifier 10 and the gas flowing through the gas lines GL2 and GL3.

[5]次に、アルケン生成装置6で生成されたアルケンは、ガスラインGL6を介して炭化水素化合物生成装置9に供給される。炭化水素化合物生成装置9では、アルケンと水素とから、第2の触媒を用いて炭素数4以上の炭化水素化合物を生成する(炭化水素化合物生成工程)。
本工程[5](炭化水素化合物生成工程)において使用する水素は、上記工程[1](分離工程)において分離された水素を含むことが好ましい。具体的には、脱水素装置52で分離された水素の一部は、ガスラインGL4を介して炭化水素化合物生成装置9に供給される。これにより、水素の有効利用を図って、炭化水素化合物の製造効率をより向上させることができる。
[5] Next, the alkenes produced in the alkene producer 6 are supplied to the hydrocarbon compound producer 9 via a gas line GL6. In the hydrocarbon compound producer 9, hydrocarbon compounds having four or more carbon atoms are produced from the alkenes and hydrogen using a second catalyst (hydrocarbon compound production step).
The hydrogen used in this step [5] (hydrocarbon compound production step) preferably contains the hydrogen separated in the above step [1] (separation step). Specifically, a portion of the hydrogen separated in the dehydrogenation device 52 is supplied to the hydrocarbon compound production device 9 via the gas line GL4. This allows for effective use of hydrogen and further improves the production efficiency of hydrocarbon compounds.

本工程[5](炭化水素化合物生成工程)において使用する水素の量は、アルケンの量より多いことが好ましい。すなわち、水素をアルケンに対して過剰量で使用することが好ましい。これにより、炭化水素化合物からのアルケンへの変換(逆反応)を好適に防止又は抑制することができる。このとき、水素として上記工程[1]において分離された水素を使用すれば、コストの増大を防止することができる。
また、本サイクルより前のサイクルの上記工程[1]において分離された不要な水素を、液化するか又は水素キャリアとして貯留(保管)しておけば、本工程[5]で使用する過剰量の水素を安定的に確保することができる。
The amount of hydrogen used in this step [5] (hydrocarbon compound production step) is preferably greater than the amount of alkene. That is, it is preferable to use hydrogen in an excess amount relative to the alkene. This makes it possible to suitably prevent or suppress the conversion of hydrocarbon compounds to alkenes (reverse reaction). In this case, if the hydrogen separated in the above step [1] is used as the hydrogen, an increase in costs can be prevented.
Furthermore, if the unnecessary hydrogen separated in the above step [1] of the cycle preceding this cycle is liquefied or stored as a hydrogen carrier, it is possible to stably secure an excess amount of hydrogen to be used in this step [5].

本工程[5](炭化水素化合物生成工程)において使用する水素の量をX[モル]とし、アルケンの量をY[モル]としたとき、X/Yが1.1以上であることが好ましく、1.15以上4以下であることがより好ましく、1.2以上2以下であることがさらに好ましい。このような量比で水素とアルケンとを使用することにより、水素及びアルケンを無駄にすることなく、炭化水素化合物をより高い収率で製造することができる。なお、余剰となった水素を、炭化水素化合物を含む生成物と分離する工程を有してもよく、この分離された水素は、再度、炭化水素化合物生成工程に供給されてもよい。また、前記水素は、圧力制御部によって流量調節されてもよい。
なお、炭化水素化合物製造においては、全製造部中の酸素量を1体積%未満にするとよい。
When the amount of hydrogen used in step [5] (hydrocarbon compound production step) is X [mol] and the amount of alkene is Y [mol], X/Y is preferably 1.1 or more, more preferably 1.15 to 4, and even more preferably 1.2 to 2. By using hydrogen and alkene in such a quantitative ratio, hydrocarbon compounds can be produced in a higher yield without wasting hydrogen and alkene. Note that a step of separating excess hydrogen from the product containing hydrocarbon compounds may be included, and the separated hydrogen may be supplied again to the hydrocarbon compound production step. Furthermore, the flow rate of the hydrogen may be adjusted by a pressure control unit.
In the production of hydrocarbon compounds, it is advisable to keep the amount of oxygen in the entire production section to less than 1% by volume.

<第2実施形態>
次に、炭化水素化合物の製造システムの第2実施形態について説明する。
以下、第2実施形態の炭化水素化合物の製造システムについて説明するが、第1実施形態の炭化水素化合物の製造システムとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図2は、炭化水素化合物の製造システムの第2実施形態の構成を示す概略図である。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the hydrocarbon compound production system will be described.
The hydrocarbon compound production system of the second embodiment will be described below, focusing on the differences from the hydrocarbon compound production system of the first embodiment, and omitting a description of similar points.
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a second embodiment of a system for producing hydrocarbon compounds.

第2実施形態の製造システム100では、前処理部5の構成が異なり、それ以外は、第1実施形態の製造システム100と同様である。
図2に示す前処理部5は、PSA装置51の上流側(PSA装置51とガス化炉10との間)に設けられた脱二酸化炭素装置53を有している。
PSA装置51の上流側に脱二酸化炭素装置53を設けることにより、培養槽2に供給される原料ガスに含まれる二酸化炭素の濃度をさらに低下させることができる。このため、アルコールの生成効率をより高めることができる。
The manufacturing system 100 of the second embodiment is similar to the manufacturing system 100 of the first embodiment except for the configuration of the pre-processing unit 5 .
The pretreatment unit 5 shown in FIG. 2 has a carbon dioxide removal unit 53 provided upstream of the PSA unit 51 (between the PSA unit 51 and the gasification furnace 10).
By providing the carbon dioxide removal device 53 upstream of the PSA device 51, it is possible to further reduce the concentration of carbon dioxide contained in the raw material gas supplied to the culture tank 2. As a result, it is possible to further increase the alcohol production efficiency.

この脱二酸化炭素装置53は、上述したPSA装置51又はTSA装置と同様の構成の装置の他、例えば、PTSA装置(圧力及び温度スイング吸着方式の分離器)、低温分離方式(深冷方式)の分離器、膜分離方式の分離器、アミン吸収式の分離器、アミン吸着式の分離器等で構成することができる。
脱二酸化炭素装置53の市販品としては、例えば、減圧蒸気スイング型CO回収装置(株式会社JCCL社製、「VPSA1」)等が挙げられる。
中でも、脱二酸化炭素装置53は、膜分離方式の分離器が好ましい。この場合、前処理部5における原料ガスの処理工程(分離工程)において、二酸化炭素及び水素の双方が原料ガスから分離膜を用いて分離される。分離膜を使用する装置は、比較的安価であり、また大型化及び複雑化を防止又は抑制し得ることから好適である。また、分離膜を使用する装置は、構造が単純でありメンテナンス性が良好であるため好ましい。
This carbon dioxide removal device 53 can be configured as a device having a configuration similar to the above-mentioned PSA device 51 or TSA device, or, for example, a PTSA device (a pressure and temperature swing adsorption type separator), a low-temperature separation type (cryogenic type) separator, a membrane separation type separator, an amine absorption type separator, an amine adsorption type separator, etc.
A commercially available example of the carbon dioxide removal device 53 is a reduced pressure steam swing type CO 2 recovery device (manufactured by JCCL Corporation, "VPSA1").
Among these, a membrane separation type separator is preferred for the carbon dioxide removal device 53. In this case, both carbon dioxide and hydrogen are separated from the raw material gas using a separation membrane in the raw material gas treatment process (separation process) in the pretreatment section 5. Devices using separation membranes are preferred because they are relatively inexpensive and can prevent or suppress increases in size and complexity. Devices using separation membranes are also preferred because they have a simple structure and are easy to maintain.

このような第2実施形態の製造システム100によれば、第1実施形態の製造システム100と同様の作用及び効果が得られる。
特に、第2実施形態では、別途、脱二酸化炭素装置53を設けるため、原料ガスに含まれる二酸化炭素の濃度を低下させて、アルコールの生成効率を高めることができる。また、分離(回収)されたガスに含まれる二酸化炭素の濃度を上昇させて、合成部7におけるアルケン及び/アルコールの生成効率を高めることができる。結果として、製造システム100全体として、炭化水素化合物の製造効率を高めることができる。
なお、第2実施形態では、脱二酸化炭素装置53にガスラインGL2を介して、合成部7が接続されている。
According to the manufacturing system 100 of the second embodiment, the same actions and effects as those of the manufacturing system 100 of the first embodiment can be obtained.
In particular, in the second embodiment, since the carbon dioxide removal device 53 is separately provided, the concentration of carbon dioxide contained in the raw material gas can be reduced, thereby increasing the efficiency of alcohol production. Furthermore, the concentration of carbon dioxide contained in the separated (recovered) gas can be increased, thereby increasing the efficiency of alkene and/or alcohol production in the synthesis unit 7. As a result, the production efficiency of hydrocarbon compounds can be increased in the entire production system 100.
In the second embodiment, the synthesis unit 7 is connected to the carbon dioxide removal device 53 via a gas line GL2.

<第3実施形態>
次に、炭化水素化合物の製造システムの第3実施形態について説明する。
以下、第3実施形態の炭化水素化合物の製造システムについて説明するが、第1及び第2実施形態の炭化水素化合物の製造システムとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図3は、炭化水素化合物の製造システムの第3実施形態の構成を示す概略図である。
Third Embodiment
Next, a third embodiment of the hydrocarbon compound production system will be described.
The hydrocarbon compound production system of the third embodiment will be described below, focusing on the differences from the hydrocarbon compound production systems of the first and second embodiments, and omitting explanations of similar points.
FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of a third embodiment of a system for producing hydrocarbon compounds.

第3実施形態の製造システム100では、前処理部5の構成が異なり、それ以外は、第1実施形態の製造システム100と同様である。
図3に示す前処理部5は、PSA装置51の上流側(PSA装置51とガス化炉10との間)に設けられた除塵装置54を有している。
PSA装置51の上流側に除塵装置54を設けること、すなわち、上記工程[1](分離工程)に先立って、さらにガス化炉10での燃焼の際に生じる煤塵を原料ガスから除去する工程を設けることにより、PSA装置51及び脱水素装置52に持ち込まれる塵の量を低下せせることができるため、PSA装置51及び脱水素装置52のメンテナンスの回数を減少させることができる。また、培養槽2に供給される原料ガスに含まれる塵の量を低下させることができるため、微生物に悪影響を与え難くなり、アルコールの生成効率を高めることもできる。
The manufacturing system 100 of the third embodiment is similar to the manufacturing system 100 of the first embodiment except for the configuration of the pre-processing unit 5 .
The pretreatment unit 5 shown in FIG. 3 has a dust removal unit 54 provided upstream of the PSA unit 51 (between the PSA unit 51 and the gasification furnace 10).
By providing the dust removal device 54 upstream of the PSA unit 51, that is, by providing a step of removing soot generated during combustion in the gasification furnace 10 from the raw material gas prior to the above step [1] (separation step), the amount of dust brought into the PSA unit 51 and the dehydrogenation unit 52 can be reduced, thereby reducing the number of maintenance operations for the PSA unit 51 and the dehydrogenation unit 52. Furthermore, since the amount of dust contained in the raw material gas supplied to the culture tank 2 can be reduced, it is less likely to adversely affect the microorganisms, and the alcohol production efficiency can also be improved.

この除塵装置54は、例えば、湿式洗浄塔、フィルタ等で構成することができる。
湿式洗浄塔は、いわゆるスクラバーであり、排ガスに含まれる汚染物質(例えば、ススやベンゼン環を有する化合物(例えばナフタレン等))、水溶性物質等を除去するために用いられる。湿式洗浄塔では、除去対象物に洗浄液を接触させること(湿式洗浄法)により行われる。湿式洗浄法の一例としては、ウォーターカーテンを用いた洗浄法が挙げられる。また、洗浄液としては、例えば、水、酸性溶液、アルカリ性溶液等が挙げられる。これらの中でも、洗浄液としては、水であることが好ましい。また、洗浄液の温度は、通常40℃以下であり、30℃以下であることが好ましく、25℃以下であることがより好ましく、15℃以下であることがさらに好ましい。
The dust removal device 54 can be configured, for example, by a wet washing tower, a filter, or the like.
A wet scrubber is a so-called scrubber, and is used to remove contaminants contained in exhaust gas (for example, soot and compounds having a benzene ring (e.g., naphthalene)), water-soluble substances, etc. In a wet scrubber, removal is carried out by bringing a cleaning liquid into contact with the object to be removed (wet cleaning method). An example of a wet cleaning method is a cleaning method using a water curtain. Examples of cleaning liquids include water, acidic solutions, and alkaline solutions. Among these, water is preferred as the cleaning liquid. The temperature of the cleaning liquid is usually 40°C or lower, preferably 30°C or lower, more preferably 25°C or lower, and even more preferably 15°C or lower.

フィルタは、ススのサイズより小さいサイズの微粒子を除去するために用いられる。このフィルタは、例えば、バグフィルタ等で構成することができる。
その他、除塵の方法については、遠心力を使って粒子を分離するサイクロン方式や、高電圧をかけて粒子を帯電させ、電極に吸着させる電気集塵方式で構成することができる。
このような第3実施形態の製造システム100によれば、第1実施形態の製造システム100と同様の作用及び効果が得られる。
特に、第3実施形態では、別途、除塵装置54を設けるため、原料ガスに含まれる塵の量を低下させて、製造システム100の各部に対する悪影響が生じに難くして、炭化水素化合物の製造効率を高めることができる。
さらに、次に記載の各態様で提供されてもよい。
The filter is used to remove particles smaller than the size of soot, and may be, for example, a bag filter.
Other dust removal methods include a cyclone method that uses centrifugal force to separate particles, and an electrostatic precipitator method that applies high voltage to charge particles and then adsorbs them to an electrode.
According to the manufacturing system 100 of the third embodiment, the same actions and effects as those of the manufacturing system 100 of the first embodiment can be obtained.
In particular, in the third embodiment, a separate dust removal device 54 is provided, thereby reducing the amount of dust contained in the raw material gas, making it less likely that adverse effects will occur on each part of the production system 100, and improving the production efficiency of hydrocarbon compounds.
Furthermore, it may be provided in the following aspects.

(1)炭化水素化合物の製造方法であって、少なくとも一酸化炭素及び水素を含むガスから、前記水素を分離する分離工程と、前記水素が分離された前記ガスから、微生物を用いてアルコールを生成するアルコール生成工程と、前記アルコールから、第1の触媒を用いて炭素数3以下のアルケンを生成するアルケン生成工程と、前記アルケンと水素とから、第2の触媒を用いて炭素数4以上の炭化水素化合物を生成する炭化水素化合物生成工程とを備える、炭化水素化合物の製造方法。 (1) A method for producing hydrocarbon compounds, comprising: a separation step of separating hydrogen from a gas containing at least carbon monoxide and hydrogen; an alcohol production step of producing alcohol from the gas from which the hydrogen has been separated using a microorganism; an alkene production step of producing an alkene having three or fewer carbon atoms from the alcohol using a first catalyst; and a hydrocarbon compound production step of producing a hydrocarbon compound having four or more carbon atoms from the alkene and hydrogen using a second catalyst.

(2)上記(1)に記載の炭化水素化合物の製造方法において、前記炭化水素化合物生成工程において使用する前記水素は、前記分離工程において分離された前記水素を含む、炭化水素化合物の製造方法。 (2) In the method for producing a hydrocarbon compound described in (1) above, the hydrogen used in the hydrocarbon compound production step includes the hydrogen separated in the separation step.

(3)上記(1)又は(2)に記載の炭化水素化合物の製造方法において、前記分離工程において、前記水素は、前記ガスから分離膜を用いて分離される、炭化水素化合物の製造方法。 (3) The method for producing a hydrocarbon compound according to (1) or (2) above, wherein in the separation step, the hydrogen is separated from the gas using a separation membrane.

(4)上記(1)~(3)のいずれか1つに記載の炭化水素化合物の製造方法において、前記炭化水素化合物生成工程において使用する前記水素の量は、前記アルケンの量より多い、炭化水素化合物の製造方法。 (4) The method for producing a hydrocarbon compound according to any one of (1) to (3) above, wherein the amount of hydrogen used in the hydrocarbon compound production step is greater than the amount of the alkene.

(5)上記(1)~(4)のいずれか1つに記載の炭化水素化合物の製造方法において、前記炭化水素化合物生成工程において使用する前記水素の量をX[モル]とし、前記アルケンの量をY[モル]としたとき、X/Yが1.1以上である、炭化水素化合物の製造方法。 (5) In the method for producing a hydrocarbon compound described in any one of (1) to (4) above, when the amount of hydrogen used in the hydrocarbon compound production step is X [moles] and the amount of the alkene is Y [moles], X/Y is 1.1 or more.

(6)上記(1)~(5)のいずれか1つに記載の炭化水素化合物の製造方法において、さらに、前記分離工程において分離された前記水素を、液化するか、又は担体に担持して水素キャリアとする工程を備える、炭化水素化合物の製造方法。 (6) The method for producing a hydrocarbon compound described in any one of (1) to (5) above, further comprising a step of liquefying the hydrogen separated in the separation step or supporting the hydrogen on a carrier to produce a hydrogen carrier.

(7)上記(1)~(6)のいずれか1つに記載の炭化水素化合物の製造方法において、前記分離工程に供される前記ガスは、さらに二酸化炭素を含み、前記分離工程において、前記ガスから前記二酸化炭素も分離される、炭化水素化合物の製造方法。 (7) In the method for producing a hydrocarbon compound described in any one of (1) to (6) above, the gas supplied to the separation step further contains carbon dioxide, and the carbon dioxide is also separated from the gas in the separation step.

(8)上記(7)に記載の炭化水素化合物の製造方法において、さらに、少なくとも前記分離された二酸化炭素と前記分離された水素の一部とを、第3の触媒を用いて反応させて、アルケン及びアルコールからなる群より選択される少なくとも1種を生成する工程を備える、炭化水素化合物の製造方法。 (8) The method for producing a hydrocarbon compound described in (7) above, further comprising a step of reacting at least the separated carbon dioxide and a portion of the separated hydrogen using a third catalyst to produce at least one species selected from the group consisting of alkenes and alcohols.

(9)炭化水素化合物の製造装置であって、少なくとも一酸化炭素及び水素を含むガスから、前記水素を分離する分離部と、前記水素が分離された前記ガスから、微生物を用いてアルコールを生成するアルコール生成部と、前記アルコールから、第1の触媒を用いて炭素数3以下のアルケンを生成するアルケン生成部と、前記アルケンと水素とから、第2の触媒を用いて炭素数4以上の炭化水素化合物を生成する炭化水素化合物生成部とを備える、炭化水素化合物の製造装置。 (9) An apparatus for producing hydrocarbon compounds, comprising: a separation unit that separates hydrogen from a gas containing at least carbon monoxide and hydrogen; an alcohol production unit that uses microorganisms to produce alcohol from the gas from which the hydrogen has been separated; an alkene production unit that produces an alkene having three or fewer carbon atoms from the alcohol using a first catalyst; and a hydrocarbon compound production unit that produces a hydrocarbon compound having four or more carbon atoms from the alkene and hydrogen using a second catalyst.

(10)上記(9)に記載の炭化水素化合物の製造装置において、前記炭化水素化合物生成部において使用する前記水素は、前記分離部において分離された前記水素を含む、炭化水素化合物の製造装置。 (10) The hydrocarbon compound production apparatus described in (9) above, wherein the hydrogen used in the hydrocarbon compound production section includes the hydrogen separated in the separation section.

(11)炭化水素化合物の製造システムであって、少なくとも一酸化炭素及び水素を含むガスを生成するガス生成部と、上記(9)又は(10)に記載の炭化水素化合物の製造装置とを備える、炭化水素化合物の製造システム。
もちろん、この限りではない。
(11) A hydrocarbon compound production system comprising a gas generation unit that generates a gas containing at least carbon monoxide and hydrogen, and the hydrocarbon compound production apparatus described in (9) or (10) above.
Of course, this is not the case.

既述のとおり、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を何ら限定するものではない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 As stated above, various embodiments of the present invention have been described, but these are presented as examples and do not limit the scope of the invention in any way. These novel embodiments may be embodied in a variety of other forms, and various omissions, substitutions, and modifications may be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their variations are within the scope and spirit of the invention, and are also within the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims.

例えば、炭化水素化合物の製造システム及び炭化水素化合物の製造装置は、それぞれ上記実施形態に対して、他の任意の追加の構成を有していてもよく、同様の機能を発揮する任意の構成と置換されていてよく、一部の構成が省略されていてもよい。
また、上記第1~第3実施形態の炭化水素化合物の製造システム及び炭化水素化合物の製造装置は、それらの任意の構成を組み合わせるようにしてもよい。
また、上記第1~第3実施形態では、二酸化炭素と水素とを異なる装置で原料ガスから分離していたが、二酸化炭素と水素とは同一の装置で原料ガスから分離するようにしてもよい。
For example, the hydrocarbon compound production system and the hydrocarbon compound production apparatus may each have any other additional configuration compared to the above embodiments, may be replaced with any configuration that performs a similar function, or may have some configurations omitted.
Furthermore, the hydrocarbon compound production systems and hydrocarbon compound production devices of the first to third embodiments may be combined in any desired configuration.
Furthermore, in the first to third embodiments, carbon dioxide and hydrogen are separated from the raw material gas in different devices, but carbon dioxide and hydrogen may be separated from the raw material gas in the same device.

100 :炭化水素化合物の製造システム
10 :ガス化炉
1 :炭化水素化合物の製造装置
2 :培養槽
5 :前処理部
51 :PSA装置
52 :脱水素装置
53 :脱二酸化炭素装置
54 :除塵装置
6 :アルケン生成装置
7 :合成部
8 :除去部
9 :炭化水素化合物生成装置
GL1 :ガスライン
GL2 :ガスライン
GL3 :ガスライン
GL4 :ガスライン
GL5a :ガスライン
GL5b :ガスライン
GL6 :ガスライン
LL :液体ライン
100: Hydrocarbon compound production system 10: Gasification furnace 1: Hydrocarbon compound production apparatus 2: Culture tank 5: Pretreatment unit 51: PSA apparatus 52: Dehydrogenation apparatus 53: Carbon dioxide removal apparatus 54: Dust removal apparatus 6: Alkene production apparatus 7: Synthesis unit 8: Removal unit 9: Hydrocarbon compound production apparatus GL1: Gas line GL2: Gas line GL3: Gas line GL4: Gas line GL5a: Gas line GL5b: Gas line GL6: Gas line LL: Liquid line

Claims (11)

炭化水素化合物の製造方法であって、
少なくとも一酸化炭素及び水素を含むガスから、前記水素を分離する分離工程と、
前記水素が分離された前記ガスから、微生物を用いてアルコールを生成するアルコール生成工程と、
前記アルコールから、第1の触媒を用いて炭素数3以下のアルケンを生成するアルケン生成工程と、
前記アルケンと水素とから、第2の触媒を用いて炭素数4以上の炭化水素化合物を生成する炭化水素化合物生成工程とを備える、炭化水素化合物の製造方法。
A method for producing a hydrocarbon compound, comprising:
a separation step of separating hydrogen from a gas containing at least carbon monoxide and hydrogen;
an alcohol production step of producing alcohol using a microorganism from the gas from which the hydrogen has been separated;
an alkene production step of producing an alkene having 3 or less carbon atoms from the alcohol using a first catalyst;
and a hydrocarbon compound production step of producing a hydrocarbon compound having 4 or more carbon atoms from the alkene and hydrogen using a second catalyst.
請求項1に記載の炭化水素化合物の製造方法において、
前記炭化水素化合物生成工程において使用する前記水素は、前記分離工程において分離された前記水素を含む、炭化水素化合物の製造方法。
The method for producing a hydrocarbon compound according to claim 1,
The method for producing a hydrocarbon compound, wherein the hydrogen used in the hydrocarbon compound production step contains the hydrogen separated in the separation step.
請求項1に記載の炭化水素化合物の製造方法において、
前記分離工程において、前記水素は、前記ガスから分離膜を用いて分離される、炭化水素化合物の製造方法。
The method for producing a hydrocarbon compound according to claim 1,
The method for producing a hydrocarbon compound, wherein in the separation step, the hydrogen is separated from the gas using a separation membrane.
請求項1に記載の炭化水素化合物の製造方法において、
前記炭化水素化合物生成工程において使用する前記水素の量は、前記アルケンの量より多い、炭化水素化合物の製造方法。
The method for producing a hydrocarbon compound according to claim 1,
The method for producing a hydrocarbon compound, wherein the amount of hydrogen used in the hydrocarbon compound production step is greater than the amount of the alkene.
請求項1に記載の炭化水素化合物の製造方法において、
前記炭化水素化合物生成工程において使用する前記水素の量をX[モル]とし、前記アルケンの量をY[モル]としたとき、X/Yが1.1以上である、炭化水素化合物の製造方法。
The method for producing a hydrocarbon compound according to claim 1,
wherein X/Y is 1.1 or more, where X is the amount of hydrogen used in the hydrocarbon compound production step and Y is the amount of alkene used in the hydrocarbon compound production step.
請求項1に記載の炭化水素化合物の製造方法において、
さらに、前記分離工程において分離された前記水素を、液化するか、又は担体に担持して水素キャリアとする工程を備える、炭化水素化合物の製造方法。
The method for producing a hydrocarbon compound according to claim 1,
The method for producing a hydrocarbon compound further comprises a step of liquefying the hydrogen separated in the separation step or supporting the hydrogen on a carrier to form a hydrogen carrier.
請求項1に記載の炭化水素化合物の製造方法において、
前記分離工程に供される前記ガスは、さらに二酸化炭素を含み、
前記分離工程において、前記ガスから前記二酸化炭素も分離される、炭化水素化合物の製造方法。
The method for producing a hydrocarbon compound according to claim 1,
The gas subjected to the separation step further contains carbon dioxide,
The method for producing a hydrocarbon compound, wherein the carbon dioxide is also separated from the gas in the separation step.
請求項7に記載の炭化水素化合物の製造方法において、
さらに、少なくとも前記分離された二酸化炭素と前記分離された水素の一部とを、第3の触媒を用いて反応させて、アルケン及びアルコールからなる群より選択される少なくとも1種を生成する工程を備える、炭化水素化合物の製造方法。
The method for producing a hydrocarbon compound according to claim 7,
The method for producing a hydrocarbon compound further comprises a step of reacting at least the separated carbon dioxide and a portion of the separated hydrogen using a third catalyst to produce at least one selected from the group consisting of an alkene and an alcohol.
炭化水素化合物の製造装置であって、
少なくとも一酸化炭素及び水素を含むガスから、前記水素を分離する分離部と、
前記水素が分離された前記ガスから、微生物を用いてアルコールを生成するアルコール生成部と、
前記アルコールから、第1の触媒を用いて炭素数3以下のアルケンを生成するアルケン生成部と、
前記アルケンと水素とから、第2の触媒を用いて炭素数4以上の炭化水素化合物を生成する炭化水素化合物生成部とを備える、炭化水素化合物の製造装置。
An apparatus for producing a hydrocarbon compound,
a separation unit that separates hydrogen from a gas containing at least carbon monoxide and hydrogen;
an alcohol production unit that produces alcohol using microorganisms from the gas from which the hydrogen has been separated;
an alkene producing section that produces an alkene having 3 or less carbon atoms from the alcohol using a first catalyst;
a hydrocarbon compound production unit that produces a hydrocarbon compound having 4 or more carbon atoms from the alkene and hydrogen using a second catalyst.
請求項9に記載の炭化水素化合物の製造装置において、
前記炭化水素化合物生成部において使用する前記水素は、前記分離部において分離された前記水素を含む、炭化水素化合物の製造装置。
The hydrocarbon compound production apparatus according to claim 9,
The hydrocarbon compound production apparatus, wherein the hydrogen used in the hydrocarbon compound production section includes the hydrogen separated in the separation section.
炭化水素化合物の製造システムであって、
少なくとも一酸化炭素及び水素を含むガスを生成するガス生成部と、
請求項9に記載の炭化水素化合物の製造装置とを備える、炭化水素化合物の製造システム。
A system for producing a hydrocarbon compound, comprising:
a gas generating unit that generates a gas containing at least carbon monoxide and hydrogen;
A hydrocarbon compound production system comprising the hydrocarbon compound production apparatus according to claim 9.
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