JP2020121944A - Hydrocarbon synthesis system - Google Patents

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雄介 平光
Yusuke Hiramitsu
雄介 平光
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Abstract

To provide a hydrocarbon synthesis system capable of collecting carbon dioxide in ambient air and utilizing the same efficiently.SOLUTION: A hydrocarbon synthesis system comprises: methane gas supply means 10 for supplying a methane gas; a first concentrator 21 and a second concentrator 22 for concentrating carbon dioxide; air supply means 30 for supplying air; a molten carbonate fuel battery 40 having an anode and a cathode; hydrogen supply means 50; a reverse aqueous shift tool 60; and a hydrocarbon synthesis tool 70. A gas including carbon dioxide and hydrogen and being discharged from the anode, and hydrogen being flowed from the second concentrator 22 are supplied to the reverse aqueous shift tool 60 for generating carbon monoxide and water by a reverse aqueous shift reaction, carbon monoxide is supplied to the hydrocarbon synthesis tool 70 from the reverse aqueous shift tool 60, and hydrogen is supplied to the hydrogen synthesis tool from the hydrogen supply means 50, for generating by a Fischer-Tropsch method, hydrocarbon on the hydrocarbon synthesis tool.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、溶融炭酸塩形燃料電池又は溶融炭酸塩形電気分解装置を備えた炭化水素合成システムに関する。 The present invention relates to a hydrocarbon synthesis system including a molten carbonate fuel cell or a molten carbonate electrolyzer.

昨今、地球温暖化対策の一つとして、二酸化炭素を回収することが検討されている。一例としては、溶融炭酸塩形燃料電池により二酸化炭素を回収する技術が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。溶融炭酸塩形燃料電池は、カソードに二酸化炭素を含む空気を供給すると、発電反応後のガス中の二酸化炭素が高濃度になるという特徴を有している。 Recently, the recovery of carbon dioxide is being considered as one of the measures against global warming. As an example, there is a technique of recovering carbon dioxide by a molten carbonate fuel cell (for example, refer to Patent Document 1). The molten carbonate fuel cell is characterized in that, when air containing carbon dioxide is supplied to the cathode, the concentration of carbon dioxide in the gas after the power generation reaction becomes high.

このような溶融炭酸塩形燃料電池から排出されるガスから二酸化炭素を回収すれば、高濃度であるため、効率的な回収が可能となる。しかしながら、回収した二酸化炭素は、地中に埋めるなどされるため、有効利用されているとは言い難い。 If carbon dioxide is recovered from the gas discharged from such a molten carbonate fuel cell, it can be efficiently recovered because of its high concentration. However, it is hard to say that the collected carbon dioxide is effectively used because it is buried in the ground.

特許５８０１１４１号公報Japanese Patent No. 5801141

本発明は、このような事情に鑑み、大気中の二酸化炭素を回収し、有効利用することができる炭化水素合成システムを提供することを目的とする。 In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a hydrocarbon synthesis system capable of recovering carbon dioxide in the atmosphere and effectively utilizing it.

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、空気から濃縮された二酸化炭素と、水素とを供給する原料供給手段と、前記原料供給手段から二酸化炭素及び水素が供給され、逆水性シフト反応により一酸化炭素と水を生成する逆水性シフト器と、前記逆水性シフト器から一酸化炭素が供給され、前記原料供給手段から水素が供給され、Fischer-Tropsch法により炭化水素を生成する炭化水素合成器と、を備えることを特徴とする炭化水素合成システムにある。 A first aspect of the present invention that solves the above-mentioned problems is a raw material supply means for supplying carbon dioxide concentrated from air and hydrogen, and carbon dioxide and hydrogen are supplied from the raw material supply means to carry out a reverse aqueous shift reaction. A reverse aqueous shifter for producing carbon monoxide and water by carbon, carbon monoxide is supplied from the reverse aqueous shifter, hydrogen is supplied from the raw material supply means, and a hydrocarbon that produces hydrocarbons by the Fischer-Tropsch method And a synthesizer, which is a hydrocarbon synthesis system.

第１の態様では、大気中の二酸化炭素を回収し、有効利用することができる。 In the first aspect, carbon dioxide in the atmosphere can be recovered and effectively used.

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の炭化水素合成システムにおいて、前記原料供給手段は、メタンガスを供給するメタンガス供給手段と、二酸化炭素を濃縮する第１の濃縮器、及び第２の濃縮器と、空気を供給する空気供給手段と、アノード及びカソードを有する溶融炭酸塩形燃料電池と、水素供給手段と、を備え、前記メタンガス供給手段は、メタンガスを前記アノードに供給し、前記第１の濃縮器は、空気中の二酸化炭素を濃縮して前記カソードに供給し、前記第２の濃縮器は、前記アノードから排出されるガスの一部を回収し、当該一部に含まれる二酸化炭素を濃縮して前記カソードに供給すると共に、当該一部に含まれる水素ガスを前記アノードから排出されるガスに環流させ、前記空気供給手段は、空気を前記カソードに供給し、前記逆水性シフト器は、前記アノードから排出された二酸化炭素及び水素を含むガス、及び前記第２の濃縮器から環流された水素が供給され、逆水性シフト反応により一酸化炭素及び水を生成し、前記炭化水素合成器は、前記逆水性シフト器から一酸化炭素が供給され、前記水素供給手段から水素が供給され、Fischer-Tropsch法により炭化水素を生成することを特徴とする炭化水素合成システムにある。 A second aspect of the present invention is the hydrocarbon synthesis system according to the first aspect, wherein the raw material supply means is a methane gas supply means for supplying methane gas, a first concentrator for concentrating carbon dioxide, and No. 2 concentrator, an air supply means for supplying air, a molten carbonate fuel cell having an anode and a cathode, and a hydrogen supply means, wherein the methane gas supply means supplies methane gas to the anode, The first concentrator concentrates carbon dioxide in the air and supplies the carbon dioxide to the cathode, and the second concentrator collects a part of the gas discharged from the anode and includes it in the part. The carbon dioxide is concentrated and supplied to the cathode, and the hydrogen gas contained in the part is circulated to the gas discharged from the anode, and the air supply means supplies air to the cathode to supply the reverse water. The sex shifter is supplied with a gas containing carbon dioxide and hydrogen discharged from the anode and hydrogen refluxed from the second concentrator, and produces carbon monoxide and water by a reverse aqueous shift reaction. The hydrocarbon synthesizer is characterized in that carbon monoxide is supplied from the reverse water shifter, hydrogen is supplied from the hydrogen supply means, and hydrocarbons are produced by the Fischer-Tropsch method. ..

第２の態様では、メタンガス、空気中の二酸化炭素を原料として、溶融炭酸塩形燃料電池、逆水性シフト器、及び炭化水素合成装置を用いることで、最終的に炭化水素を得ることができる。すなわち、炭化水素合成システムによれば、二酸化炭素を回収して炭化水素として有効利用することができる。 In the second aspect, hydrocarbons can be finally obtained by using a molten carbonate fuel cell, a reverse water shifter, and a hydrocarbon synthesizer using methane gas and carbon dioxide in the air as raw materials. That is, according to the hydrocarbon synthesis system, carbon dioxide can be recovered and effectively used as hydrocarbon.

本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の炭化水素合成システムにおいて、前記逆水性シフト器には、前記溶融炭酸塩形燃料電池で生じた熱が供給されることを特徴とする炭化水素合成システムにある。 A third aspect of the present invention is the hydrocarbon synthesis system according to the second aspect, characterized in that the reverse water shifter is supplied with heat generated in the molten carbonate fuel cell. It is in a hydrocarbon synthesis system.

第３の態様では、溶融炭酸塩形燃料電池の排熱を逆水性シフト器で有効利用することができる。当該排熱を有効利用できるので、炭化水素合成システムは、別途に逆水性シフト器を加温するための熱源を用意する構成と比較して高効率となる。 In the third aspect, the exhaust heat of the molten carbonate fuel cell can be effectively utilized by the reverse water shifter. Since the exhaust heat can be effectively used, the hydrocarbon synthesis system has high efficiency as compared with a configuration in which a heat source for separately heating the reverse water shifter is prepared.

本発明の第４の態様は、第１の態様に記載の炭化水素合成システムにおいて、前記原料供給手段は、二酸化炭素を濃縮する第１の濃縮器と、水を供給する水供給手段と、アノード及びカソードを有する溶融炭酸塩形電気分解装置と、非化石燃料を用いて燃焼して発電する火力発電装置と、第１のガスタンク及び第２のガスタンクと、を備え、前記第１の濃縮器は、空気中の二酸化炭素を濃縮して前記カソードに供給し、前記水供給手段は、水を前記カソードに供給し、前記溶融炭酸塩形電気分解装置は、二酸化炭素及び水を電気分解し、前記第１のガスタンクは、前記アノードから排出された二酸化炭素及び酸素を貯蔵し、前記第２のガスタンクは、前記カソードから排出された水素を貯蔵し、前記火力発電装置は、前記アノード又は前記第１のガスタンクから二酸化炭素及び酸素が供給され、前記逆水性シフト器は、前記火力発電装置から排出された二酸化炭素を含むガス、及び前記第２のガスタンクから水素が供給され、逆水性シフト反応により一酸化炭素ガス及び水を生成し、前記炭化水素合成器は、前記逆水性シフト器から一酸化炭素が供給され、前記第２のガスタンクから水素が供給され、Fischer-Tropsch法により炭化水素を生成することを特徴とする炭化水素合成システムにある。 A fourth aspect of the present invention is the hydrocarbon synthesis system according to the first aspect, wherein the raw material supply means is a first concentrator for concentrating carbon dioxide, a water supply means for supplying water, and an anode. And a molten carbonate type electrolyzer having a cathode, a thermal power generator that burns with a non-fossil fuel to generate power, a first gas tank and a second gas tank, and the first concentrator is The concentrated carbon dioxide in the air is supplied to the cathode, the water supply means supplies water to the cathode, the molten carbonate electrolyzer electrolyzes carbon dioxide and water, The first gas tank stores carbon dioxide and oxygen discharged from the anode, the second gas tank stores hydrogen discharged from the cathode, and the thermal power generation device includes the anode or the first gas tank. Carbon dioxide and oxygen are supplied from the gas tank of No. 2, the reverse water shifter is supplied with gas containing carbon dioxide discharged from the thermal power generation device, and hydrogen from the second gas tank, and the reverse water shift reaction is performed. Produces carbon oxide gas and water, and the hydrocarbon synthesizer is supplied with carbon monoxide from the reverse water shifter and is supplied with hydrogen from the second gas tank to produce hydrocarbons by the Fischer-Tropsch method. A hydrocarbon synthesis system characterized by the above.

第４の態様では、水、空気中の二酸化炭素を溶融炭酸塩形電気分解装置で電気分解して二酸化炭素と酸素の混合ガス及び水素を製造し、二酸化炭素と酸素を非化石燃料を用いて火力発電装置により火力発電とともに二酸化炭素の濃縮を行い、最終的に炭化水素を得ることができる。すなわち、炭化水素合成システムによれば、二酸化炭素を回収して炭化水素として有効利用することができる。 In the fourth embodiment, water and carbon dioxide in the air are electrolyzed by a molten carbonate type electrolyzer to produce a mixed gas of carbon dioxide and oxygen and hydrogen, and carbon dioxide and oxygen are produced using a non-fossil fuel. The thermal power generation device can perform thermal power generation as well as concentration of carbon dioxide to finally obtain hydrocarbons. That is, according to the hydrocarbon synthesis system, carbon dioxide can be recovered and effectively used as hydrocarbon.

本発明の第５の態様は、第４の態様に記載の炭化水素合成システムにおいて、前記逆水性シフト器には、前記溶融炭酸塩形電気分解装置又は前記火力発電装置で生じた熱が供給されることを特徴とする炭化水素合成システムにある。 A fifth aspect of the present invention is the hydrocarbon synthesis system according to the fourth aspect, wherein the reverse aqueous shifter is supplied with heat generated in the molten carbonate type electrolyzer or the thermal power plant. A hydrocarbon synthesis system characterized by the above.

第５の態様では、溶融炭酸塩形電気分解装置又は火力発電装置の排熱を逆水性シフト器で有効利用することができる。当該排熱を有効利用できるので、炭化水素合成システムは、別途に逆水性シフト器を加温するための熱源を用意する構成と比較して高効率となる。 In the fifth aspect, the exhaust heat of the molten carbonate type electrolyzer or the thermal power generator can be effectively utilized by the reverse water shifter. Since the exhaust heat can be effectively used, the hydrocarbon synthesis system has high efficiency as compared with a configuration in which a heat source for separately heating the reverse water shifter is prepared.

本発明の第６の態様は、第２又は第３の態様に記載の炭化水素合成システムである第１の炭化水素合成システムと、第４又は第５の態様に記載の炭化水素合成システムである第２の炭化水素合成システムと、を備え、前記第２の炭化水素合成システムを、前記第１の炭化水素合成システムの前記メタンガス供給手段、及び前記水素供給手段とし、電力系統の電力が余剰であるとき、前記電力系統から前記溶融炭酸塩形電気分解装置に電力を供給して電気分解させ、前記炭化水素合成器で生成された炭化水素であるメタンガスを貯蔵するように前記第２の炭化水素合成システムを運転し、電力系統の電力が不足である際に、前記第１の炭化水素合成システムの前記メタンガス供給手段は、前記第２の炭化水素合成システムにおいて貯蔵されたメタンガスを前記溶融炭酸塩形燃料電池に供給し、前記第１の炭化水素合成システムの前記水素供給手段手段は、前記第２の炭化水素合成システムにおいて前記第２のガスタンクに貯蔵された水素を前記炭化水素合成器に供給するように前記第１の炭化水素合成システムを運転することを特徴とする炭化水素合成システムにある。 A sixth aspect of the present invention is a first hydrocarbon synthesis system which is the hydrocarbon synthesis system according to the second or third aspect, and a hydrocarbon synthesis system according to the fourth or fifth aspect. A second hydrocarbon synthesis system, wherein the second hydrocarbon synthesis system is used as the methane gas supply means and the hydrogen supply means of the first hydrocarbon synthesis system, and the power of the power system is excessive. At a certain time, power is supplied from the power system to the molten carbonate type electrolyzer for electrolysis, and the second hydrocarbon is stored so as to store methane gas, which is the hydrocarbon produced in the hydrocarbon synthesizer. When the synthesis system is operated and the electric power of the power system is insufficient, the methane gas supply means of the first hydrocarbon synthesis system converts the methane gas stored in the second hydrocarbon synthesis system into the molten carbonate. Type fuel cell, and the hydrogen supply means means of the first hydrocarbon synthesis system supplies the hydrogen stored in the second gas tank in the second hydrocarbon synthesis system to the hydrocarbon synthesizer. In the hydrocarbon synthesis system, the first hydrocarbon synthesis system is operated as described above.

第６の態様では、電力系統の電力の需給状態に応じて、低コストで発電することができるとともに、発電した電力を高価に売電することができるので、経済的である。 The sixth aspect is economical because it is possible to generate power at low cost according to the supply and demand state of power in the power system, and to sell the generated power at high cost.

本発明によれば、大気中の二酸化炭素を回収し、有効利用することができるができる炭化水素合成システムが提供される。 According to the present invention, there is provided a hydrocarbon synthesis system capable of recovering and effectively utilizing carbon dioxide in the atmosphere.

実施形態１に係る炭化水素合成システムの概略図である。1 is a schematic diagram of a hydrocarbon synthesis system according to a first embodiment. 実施形態１に係る炭化水素合成システムの反応を示す図である。It is a figure which shows the reaction of the hydrocarbon synthesis system which concerns on Embodiment 1. 実施形態２に係る炭化水素合成システムの概略図である。It is a schematic diagram of a hydrocarbon synthesis system concerning Embodiment 2. 実施形態２に係る炭化水素合成システムの反応を示す図である。It is a figure which shows the reaction of the hydrocarbon synthesis system which concerns on Embodiment 2.

〈実施形態１〉
図１を用いて、炭化水素合成システム（請求項に記載の第１の炭化水素合成に該当する）について説明する。
炭化水素合成システム１は、メタンガス供給手段１０と、第１の濃縮器２１と、第２の濃縮器２２と、空気供給手段３０と、溶融炭酸塩形燃料電池（以下、燃料電池と称する）４０と、水素供給手段５０と、逆水性シフト器６０と、炭化水素合成器７０と、を備える。なお、メタンガス供給手段１０、第１の濃縮器２１、第２の濃縮器２２、空気供給手段３０、燃料電池４０、水素供給手段５０は、請求項に記載の原料供給手段に該当する。 <Embodiment 1>
A hydrocarbon synthesis system (corresponding to the first hydrocarbon synthesis described in claims) will be described with reference to FIG. 1.
The hydrocarbon synthesis system 1 includes a methane gas supply unit 10, a first concentrator 21, a second concentrator 22, an air supply unit 30, and a molten carbonate fuel cell (hereinafter referred to as a fuel cell) 40. A hydrogen supply means 50, a reverse water shifter 60, and a hydrocarbon synthesizer 70. The methane gas supply means 10, the first concentrator 21, the second concentrator 22, the air supply means 30, the fuel cell 40, and the hydrogen supply means 50 correspond to the raw material supply means described in the claims.

メタンガス供給手段１０は、メタンガスを燃料電池４０のアノードに供給するものであり、具体的には、メタンガスを貯蔵するタンク、タンク内のメタンガスを圧送するためのポンプやブロア、タンクとアノードを接続する配管、当該配管に設けられたバルブや流量計などの装置群からなる。バルブを開閉し、ポンプを動作させることで、所望の流量のメタンガスをアノードに供給することが可能となっている。 The methane gas supply means 10 supplies methane gas to the anode of the fuel cell 40. Specifically, the tank stores the methane gas, a pump or blower for pumping the methane gas in the tank, and connects the tank and the anode. It consists of piping and a group of devices such as valves and flow meters installed in the piping. By opening and closing the valve and operating the pump, it is possible to supply a desired flow rate of methane gas to the anode.

第１の濃縮器２１及び第２の濃縮器２２は、何れも二酸化炭素を濃縮する装置であり、具体的な構成は、公知のものであるので詳細は省略する。第１の濃縮器２１は、空気を取り込み、空気中の二酸化炭素を濃縮する。第１の濃縮器２１は、燃料電池４０のカソードに配管で接続されており、濃縮された二酸化炭素を含むガスを配管を介して燃料電池４０のカソードに供給する。 Each of the first concentrator 21 and the second concentrator 22 is a device for concentrating carbon dioxide, and its specific configuration is well known, so its details are omitted. The first concentrator 21 takes in air and concentrates carbon dioxide in the air. The first concentrator 21 is connected to the cathode of the fuel cell 40 by a pipe, and supplies a gas containing concentrated carbon dioxide to the cathode of the fuel cell 40 via the pipe.

第２の濃縮器２２は、燃料電池４０のアノードの排出側と配管で接続されており、当該配管を介してアノードから排出されたガスの一部が供給される。また、第２の濃縮器２２は、燃料電池４０のカソードの供給側と配管で接続されており、当該配管を介して、濃縮された二酸化炭素を含むガスを燃料電池４０のカソードに供給する。さらに、第２の濃縮器２２は、逆水性シフト器６０にも配管で接続されており、濃縮された二酸化炭素を含むガスの一部を、逆水性シフト器６０に戻すようになっている。 The second concentrator 22 is connected to the discharge side of the anode of the fuel cell 40 by a pipe, and a part of the gas discharged from the anode is supplied through the pipe. The second concentrator 22 is connected to the cathode supply side of the fuel cell 40 by a pipe, and supplies a gas containing concentrated carbon dioxide to the cathode of the fuel cell 40 via the pipe. Further, the second concentrator 22 is also connected to the reverse water shifter 60 by a pipe so that a part of the gas containing concentrated carbon dioxide is returned to the reverse water shifter 60.

空気供給手段３０は、空気を燃料電池４０のカソードに供給するものであり、具体的には、空気（大気）を圧送するためのブロア、ブロアとカソードを接続する配管、当該配管に設けられたバルブや流量計などの装置群からなる。バルブを開閉し、ブロアを動作させることで、所望の流量の空気をカソードに供給することが可能となっている。 The air supply unit 30 supplies air to the cathode of the fuel cell 40. Specifically, the air supply unit 30 is provided in a blower for pumping air (atmosphere), a pipe connecting the blower and the cathode, and the pipe. It consists of a group of devices such as valves and flow meters. By opening and closing the valve and operating the blower, it is possible to supply a desired flow rate of air to the cathode.

燃料電池４０は、溶融炭酸塩形の燃料電池であり、具体的な構成は公知のものであるので詳細は省略する。本発明では、アノードにはメタンガス供給手段１０からメタンガスが供給され、カソードには第１の濃縮器２１及び第２の濃縮器２２から高濃度の二酸化炭素を含むガス、及び空気供給手段３０から酸素や窒素を含む空気が供給される。燃料電池４０での反応については後述するが、反応の結果、アノードからは二酸化炭素及び水素が排出され、カソードからは窒素が排出される。 The fuel cell 40 is a molten carbonate type fuel cell, and its specific configuration is publicly known, so its details are omitted. In the present invention, the anode is supplied with methane gas from the methane gas supply means 10, the cathode is supplied with a gas containing high-concentration carbon dioxide from the first condenser 21 and the second condenser 22, and the oxygen is supplied from the air supply means 30. Air containing nitrogen and nitrogen is supplied. Although the reaction in the fuel cell 40 will be described later, as a result of the reaction, carbon dioxide and hydrogen are discharged from the anode and nitrogen is discharged from the cathode.

水素供給手段５０は、水素を供給するものであり、具体的には、水素を貯蔵するタンクや水素吸蔵合金、タンクや水素吸蔵合金と炭化水素合成器７０とを接続する配管、タンクや水素吸蔵合金から取り出された水素を炭化水素合成器７０に圧送するためのポンプやブロア、当該配管に設けられたバルブや流量計などの装置群からなる。バルブを開閉し、ブロアなどを動作させることで、所望の流量の水素を炭化水素合成器７０に供給することが可能となっている。 The hydrogen supply means 50 supplies hydrogen, and specifically, a tank that stores hydrogen, a hydrogen storage alloy, a pipe that connects the tank and the hydrogen storage alloy to the hydrocarbon synthesizer 70, a tank and hydrogen storage. It is composed of a pump, a blower for pressure-feeding hydrogen taken out from the alloy to the hydrocarbon synthesizer 70, a device group such as a valve and a flow meter provided in the pipe. By opening and closing the valve and operating the blower or the like, it is possible to supply hydrogen at a desired flow rate to the hydrocarbon synthesizer 70.

逆水性シフト器６０は、燃料電池４０のアノードから排出されたガスに含まれる二酸化炭素及び水素を触媒で逆水性シフト反応させる装置である。具体的な構成は公知のものであるので詳細な説明は省略する。 The reverse water shifter 60 is a device that causes carbon dioxide and hydrogen contained in the gas discharged from the anode of the fuel cell 40 to undergo a reverse water shift reaction with a catalyst. Since the specific configuration is well known, detailed description will be omitted.

炭化水素合成器７０は、逆水性シフト器６０から排出されたガスに含まれる一酸化炭素と、水素供給手段５０から供給された水素を原料とし、Fischer-Tropsch法により炭化水素を生成する装置である。具体的な構成は公知のものであるので詳細な説明は省略する。 The hydrocarbon synthesizer 70 is a device for producing hydrocarbons by the Fischer-Tropsch method using carbon monoxide contained in the gas discharged from the reverse water shifter 60 and hydrogen supplied from the hydrogen supply means 50 as raw materials. is there. Since the specific configuration is well known, detailed description will be omitted.

また、燃料電池４０で生じた熱は、逆水性シフト器６０に供給されるようになっている。具体的には、燃料電池４０と逆水性シフト器６０との間で、熱媒を介して燃料電池４０で生じた熱が逆水性シフト器６０に移動するように配管や熱交換器などが設けられている。一般に、溶融炭酸塩形の燃料電池４０は、発電すると７００℃前後となる。一方、逆水性シフト反応は、約７００℃の温度が必要とされる。このため、燃料電池４０で生じた熱が逆水性シフト器６０に伝達され、逆水性シフト器６０は、逆水性シフト反応に適した温度に加温される。 The heat generated in the fuel cell 40 is supplied to the reverse water shifter 60. Specifically, a pipe, a heat exchanger, or the like is provided between the fuel cell 40 and the reverse water shifter 60 so that heat generated in the fuel cell 40 is transferred to the reverse water shifter 60 via a heat medium. Has been. In general, the molten carbonate fuel cell 40 has a temperature of around 700° C. when power is generated. On the other hand, the reverse water shift reaction requires a temperature of about 700°C. Therefore, the heat generated in the fuel cell 40 is transferred to the reverse water shifter 60, and the reverse water shifter 60 is heated to a temperature suitable for the reverse water shift reaction.

ここで、図２を用いて、上述した炭化水素合成システム１で行われる反応について説明する。図２（ａ）に示すように、燃料電池４０のカソードでは、酸素（Ｏ２）と二酸化炭素（ＣＯ２）と電子から炭酸イオン（ＣＯ３ ２−）が生成される。カソードに供給されるガスのうち窒素（Ｎ２）は反応せずに外部へ放出される。炭酸イオンは、アノードとカソードの間の電解質（図示せず）をカソードからアノードへ移動する。アノードでは、炭酸イオンとメタンガスが反応し炭酸ガスと水素（Ｈ２）が生成され、電子が放出される。 Here, the reaction performed in the above-mentioned hydrocarbon synthesis system 1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2A, at the cathode of the fuel cell 40, carbonate ions (CO 3 2− ) are generated from oxygen (O 2 ), carbon dioxide (CO 2 ) and electrons. Of the gas supplied to the cathode, nitrogen (N 2 ) is released to the outside without reacting. The carbonate ions move the electrolyte (not shown) between the anode and the cathode from the cathode to the anode. At the anode, carbonate ions react with methane gas to generate carbon dioxide gas and hydrogen (H 2 ) and emit electrons.

アノードから放出されたガスは、１／３が第２の濃縮器２２へ導かれ、２／３は逆水性シフト器６０へ導かれる。第２の濃縮器２２では、アノードから放出されたガスのうち二酸化炭素を濃縮してカソードへ供給するとともに、当該ガスのうち水素を逆水性シフト器６０に供給する様になっている。このような構成とすることで、逆水性シフト器６０には、２ＣＯ２、２Ｈ２が供給される。 One third of the gas released from the anode is guided to the second concentrator 22 and two thirds thereof are guided to the reverse water shifter 60. In the second concentrator 22, carbon dioxide of the gas released from the anode is concentrated and supplied to the cathode, and hydrogen of the gas is supplied to the reverse water shifter 60. With such a configuration, 2CO 2 and 2H 2 are supplied to the reverse water shifter 60.

図２（ｂ）に示すように、逆水性シフト器６０では、燃料電池４０から熱が供給されることにより、約７００℃に加温、維持されている。このような状態で二酸化炭素及び水素が供給されて逆水性シフト反応が進行する。この結果、一酸化炭素（ＣＯ）と水（Ｈ２Ｏ）が生成される。 As shown in FIG. 2B, the reverse water shifter 60 is heated and maintained at about 700° C. by being supplied with heat from the fuel cell 40. In this state, carbon dioxide and hydrogen are supplied and the reverse aqueous shift reaction proceeds. As a result, carbon monoxide (CO) and water (H 2 O) are produced.

図２（ｃ）に示すように、炭化水素合成器７０では、逆水性シフト器６０で生成された一酸化炭素が供給され、さらに、水素供給手段５０から水素が供給される。これらの一酸化炭素及び水素が反応して、炭化水素（例えばメタン）が合成される。 As shown in FIG. 2( c ), in the hydrocarbon synthesizer 70, the carbon monoxide generated in the reverse water shifter 60 is supplied, and further hydrogen is supplied from the hydrogen supply means 50. Hydrocarbons (for example, methane) are synthesized by reacting these carbon monoxide and hydrogen.

上述した構成の炭化水素合成システム１では、メタンガス、空気中の二酸化炭素を原料として、燃料電池４０、逆水性シフト器６０、及び炭化水素合成器７０を用いることで、最終的に炭化水素を得ることができる。すなわち、炭化水素合成システム１によれば、二酸化炭素を回収して炭化水素として有効利用することができる。 In the hydrocarbon synthesis system 1 having the above-described configuration, the fuel cell 40, the reverse water shifter 60, and the hydrocarbon synthesizer 70 are used as raw materials using methane gas and carbon dioxide in the air to finally obtain hydrocarbons. be able to. That is, according to the hydrocarbon synthesis system 1, carbon dioxide can be recovered and effectively used as a hydrocarbon.

また、炭化水素合成システム１では、燃料電池４０で生じた熱を逆水性シフト器６０に供給し、逆水性シフト器６０を加温して逆水性シフト反応させるのに適した温度としている。このような構成とすることで、燃料電池４０の排熱を逆水性シフト器６０で有効利用することができる。当該排熱を有効利用できるので、炭化水素合成システム１は、別途に逆水性シフト器６０を加温するための熱源を用意する構成と比較して高効率となる。 Further, in the hydrocarbon synthesis system 1, the heat generated in the fuel cell 40 is supplied to the reverse water shifter 60, and the reverse water shifter 60 is heated to a temperature suitable for the reverse water shift reaction. With such a configuration, the exhaust heat of the fuel cell 40 can be effectively utilized by the reverse water shifter 60. Since the exhaust heat can be effectively used, the hydrocarbon synthesis system 1 has high efficiency as compared with a configuration in which a heat source for separately heating the reverse water shifter 60 is prepared.

また、炭化水素合成システム１では、燃料電池４０のカソードに空気が供給され、窒素が排出される。換言すれば、炭化水素合成システム１により空気から窒素を除去し、窒素を濃縮している。このような炭化水素合成システム１によれば、濃縮した窒素を供給することができる。 Further, in the hydrocarbon synthesis system 1, air is supplied to the cathode of the fuel cell 40 and nitrogen is discharged. In other words, the hydrocarbon synthesis system 1 removes nitrogen from the air and concentrates the nitrogen. According to such a hydrocarbon synthesis system 1, concentrated nitrogen can be supplied.

〈実施形態２〉
図３を用いて、炭化水素合成システム（請求項に記載の第２の炭化水素合成に該当する）について説明する。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 <Embodiment 2>
A hydrocarbon synthesis system (corresponding to a second hydrocarbon synthesis described in claims) will be described with reference to FIG. 3. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and duplicated description will be omitted.

炭化水素合成システム２は、第１の濃縮器２１と、空気供給手段３０と、溶融炭酸塩形電気分解装置（以下、電気分解装置と称する）４１と、水素供給手段５０と、逆水性シフト器６０と、炭化水素合成器７０と、火力発電装置８０と、水供給手段９０と、第１のガスタンク９１と、第２のガスタンク９２と、を備える。なお、第１の濃縮器２１、空気供給手段３０、電気分解装置４１、水素供給手段５０は、請求項に記載の原料供給手段に該当する。 The hydrocarbon synthesis system 2 includes a first concentrator 21, an air supply unit 30, a molten carbonate type electrolyzer (hereinafter, referred to as an electrolyzer) 41, a hydrogen supply unit 50, and a reverse water shifter. 60, a hydrocarbon synthesizer 70, a thermal power plant 80, a water supply means 90, a first gas tank 91, and a second gas tank 92. The first concentrator 21, the air supply unit 30, the electrolyzer 41, and the hydrogen supply unit 50 correspond to the raw material supply unit described in the claims.

水供給手段９０は、水を電気分解装置４１のカソードに供給するものであり、具体的には、水を貯蔵するタンク、タンク内の水を圧送するためのポンプ、タンクとカソードを接続する配管、当該配管に設けられたバルブや流量計などの装置群からなる。バルブを開閉し、ポンプを動作させることで、所望の流量の水をカソードに供給することが可能となっている。 The water supply means 90 supplies water to the cathode of the electrolyzer 41, and specifically, a tank for storing water, a pump for pumping the water in the tank, and a pipe connecting the tank and the cathode. , A group of devices such as valves and flow meters provided in the pipe. By opening and closing the valve and operating the pump, it is possible to supply a desired flow rate of water to the cathode.

電気分解装置４１は、溶融炭酸塩形の燃料電池と同等の構成である。本発明では、カソードには第１の濃縮器２１から高濃度の二酸化炭素を含むガス、及び水供給手段９０から水が供給される。また、電気分解装置４１には、アノードとカソードとの間に電圧が印加されるようになっている。電気分解装置４１に供給される電力の電源は特に限定はないが、外部電源や火力発電装置８０を適用することができる。また、電気分解装置４１での反応については後述するが、カソードに供給された二酸化炭素及び水が電気分解され、アノードからは二酸化炭素及び酸素が排出され、カソードからは水素が排出される。 The electrolyzer 41 has the same structure as a molten carbonate fuel cell. In the present invention, the cathode is supplied with gas containing high-concentration carbon dioxide from the first concentrator 21 and water from the water supply means 90. A voltage is applied to the electrolyzer 41 between the anode and the cathode. The power source of the electric power supplied to the electrolyzer 41 is not particularly limited, but an external power source or the thermal power generation device 80 can be applied. Although the reaction in the electrolyzer 41 will be described later, carbon dioxide and water supplied to the cathode are electrolyzed, carbon dioxide and oxygen are discharged from the anode, and hydrogen is discharged from the cathode.

火力発電装置８０は、二酸化炭素及び酸素が供給され、当該酸素と非化石燃料を燃焼して発電する装置である。また、火力発電装置８０は、供給された二酸化炭素及び酸素を燃焼により二酸化炭素にすることから、二酸化炭素の濃縮装置としても機能している。このような火力発電装置８０を用いることで、逆水性シフト器６０に高濃度の二酸化炭素を供給することができる。 The thermal power generation device 80 is a device to which carbon dioxide and oxygen are supplied and which burns the oxygen and non-fossil fuel to generate electric power. The thermal power generation device 80 also functions as a carbon dioxide concentrating device because it converts the supplied carbon dioxide and oxygen into carbon dioxide by combustion. By using such a thermal power generation device 80, high concentration carbon dioxide can be supplied to the reverse water shifter 60.

なお、火力発電装置８０の具体的な構成は公知のものであるので詳細は省略するが、例えば、火力発電装置８０は、非化石燃料を燃焼するボイラー、ガスタービン及び発電機等から構成されている。ボイラにて非化石燃料を燃焼し、その熱で水を蒸気に変え、その蒸気でガスタービンを駆動させ、ガスタービンの駆動により発電機を駆動させて発電する。発電した電力は、電気分解装置４１に用いてもよいし、外部の負荷に供給してもよい。なお、非化石燃料とは、例えば、水素や化石由来ではないメタンなどである。 Note that the specific configuration of the thermal power generation device 80 is known, and therefore its details are omitted. For example, the thermal power generation device 80 is composed of a boiler that burns non-fossil fuel, a gas turbine, a generator, and the like. There is. The non-fossil fuel is burned in the boiler, the heat thereof converts water into steam, the steam drives a gas turbine, and the gas turbine drives a generator to generate electricity. The generated electric power may be used for the electrolyzer 41 or may be supplied to an external load. The non-fossil fuel is, for example, hydrogen or methane that is not derived from fossil fuel.

電気分解装置４１のアノードの排出側は火力発電装置８０に配管等で接続されており、アノードから二酸化炭素及び酸素が火力発電装置８０へ供給されるようになっている。また、当該配管の途中には、第１のガスタンク９１が設けられており、アノードから排出された二酸化炭素及び酸素を貯蔵すると共に、貯蔵した二酸化炭素及び酸素を火力発電装置８０に供給することが可能となっている。 The discharge side of the anode of the electrolysis device 41 is connected to the thermal power generation device 80 by piping or the like, and carbon dioxide and oxygen are supplied from the anode to the thermal power generation device 80. Further, a first gas tank 91 is provided in the middle of the pipe to store carbon dioxide and oxygen discharged from the anode and supply the stored carbon dioxide and oxygen to the thermal power plant 80. It is possible.

電気分解装置４１のカソードの排出側は逆水性シフト器６０に配管等で接続されており、カソードから水素が逆水性シフト器６０へ供給されるようになっている。また、当該配管の途中には、第２のガスタンク９２が設けられており、カソードから排出された水素を貯蔵すると共に、貯蔵した水素を逆水性シフト器６０に供給することが可能となっている。また、第２のガスタンクに貯蔵された水素、及びカソードから放出された水素は、炭化水素合成器７０に供給することが可能となっている。 The discharge side of the cathode of the electrolyzer 41 is connected to the reverse water shifter 60 by piping or the like, and hydrogen is supplied from the cathode to the reverse water shifter 60. In addition, a second gas tank 92 is provided in the middle of the pipe to store the hydrogen discharged from the cathode and to supply the stored hydrogen to the reverse water shifter 60. .. The hydrogen stored in the second gas tank and the hydrogen released from the cathode can be supplied to the hydrocarbon synthesizer 70.

また、電気分解装置４１で生じた熱、及び火力発電装置８０で生じた熱は、逆水性シフト器６０に供給されるようになっている。具体的には、電気分解装置４１と逆水性シフト器６０との間で、熱媒を介して電気分解装置４１で生じた熱が逆水性シフト器６０に移動するように配管や熱交換器などが設けられている。火力発電装置８０と逆水性シフト器６０との間においても同様である。一般に、溶融炭酸塩形の電気分解装置４１や火力発電装置８０は、電気分解を実行し又は非化石燃料を燃焼すると７００℃以上の熱が生じる。一方、逆水性シフト反応は、約７００℃の温度が必要とされる。このため、電気分解装置４１及び火力発電装置８０で生じた熱が逆水性シフト器６０に伝達され、逆水性シフト器６０は、逆水性シフト反応に適した温度に加温される。なお、逆水性シフト器６０に供給される熱は、電気分解装置４１で生じた熱のみでもよいし、火力発電装置８０で生じた熱のみでもよいし、双方の熱でもよい。 Further, the heat generated by the electrolyzer 41 and the heat generated by the thermal power generation device 80 are supplied to the reverse water shifter 60. Specifically, between the electrolyzer 41 and the reverse water shifter 60, a pipe, a heat exchanger, or the like so that the heat generated in the electrolyzer 41 via the heat medium moves to the reverse water shifter 60. Is provided. The same applies between the thermal power generation device 80 and the reverse water shifter 60. Generally, the molten carbonate type electrolyzer 41 and the thermal power generator 80 generate heat of 700° C. or higher when performing electrolysis or burning a non-fossil fuel. On the other hand, the reverse water shift reaction requires a temperature of about 700°C. Therefore, the heat generated in the electrolyzer 41 and the thermal power generation device 80 is transferred to the reverse water shifter 60, and the reverse water shifter 60 is heated to a temperature suitable for the reverse water shift reaction. The heat supplied to the reverse water shifter 60 may be only the heat generated in the electrolyzer 41, the heat generated in the thermal power generation device 80, or both heats.

ここで、図４を用いて、上述した炭化水素合成システム２で行われる反応について説明する。図４に示すように、電気分解装置４１のカソードでは、水（Ｈ２Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ２）と電子から水素（Ｈ２）と炭酸イオン（ＣＯ３ ２−）が生成される。炭酸イオンは、アノードとカソードの間の電解質（図示せず）をカソードからアノードへ移動する。アノードでは、炭酸イオンから二酸化炭素と酸素が生成され、電子が放出される。 Here, the reaction performed in the above-mentioned hydrocarbon synthesis system 2 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, at the cathode of the electrolyzer 41, hydrogen (H 2 ) and carbonate ions (CO 3 2− ) are generated from water (H 2 O), carbon dioxide (CO 2 ) and electrons. The carbonate ions move the electrolyte (not shown) between the anode and the cathode from the cathode to the anode. At the anode, carbon dioxide produces oxygen and carbon dioxide and emits electrons.

図３に示すように、カソードから放出された水素は、逆水性シフト器６０又は第２のガスタンク９２へ導かれる。アノードから放出された二酸化炭素及び酸素は、火力発電装置８０又は第１のガスタンク９１へ導かれる。逆水性シフト器６０及び炭化水素合成器７０では、実施形態１と同様の反応が行われるので、重複する説明は省略する。 As shown in FIG. 3, the hydrogen released from the cathode is guided to the reverse water shifter 60 or the second gas tank 92. Carbon dioxide and oxygen released from the anode are guided to the thermal power generation device 80 or the first gas tank 91. In the reverse water shifter 60 and the hydrocarbon synthesizer 70, the same reaction as that of the first embodiment is performed, and thus duplicated description will be omitted.

また、火力発電装置８０から放出された二酸化炭素は、４／５がカソードへ導かれ、１／５は逆水性シフト器６０へ導かれる。このような構成とすることで、逆水性シフト器６０には、２ＣＯ２、２Ｈ２が供給される。なお、上記の比率は、火力発電装置８０に用いる非化石燃料がメタンである場合であり、非化石燃料のカーボン比によって異なる。なお、カーボン比が高いほど、火力発電装置８０の排気中に含まれる水が少なくなる。水が少なければ、後段の逆水性シフト器６０において逆水性シフト反応が促進される。よって、非化石燃料のカーボン比は高い方が好ましい。 Further, the carbon dioxide released from the thermal power generation device 80 is led to the cathode 4/5 and to the reverse water shifter 60 1/5. With such a configuration, 2CO 2 and 2H 2 are supplied to the reverse water shifter 60. Note that the above ratio is when the non-fossil fuel used in the thermal power generation device 80 is methane, and varies depending on the carbon ratio of the non-fossil fuel. Note that the higher the carbon ratio, the less water is contained in the exhaust gas of the thermal power generation device 80. When the amount of water is small, the reverse water shift reaction is promoted in the reverse water shifter 60 in the subsequent stage. Therefore, it is preferable that the carbon ratio of the non-fossil fuel is high.

第１のガスタンク９１及び第２のガスタンク９２のそれぞれに電気分解装置４１から放出された二酸化炭素等を貯蔵するタイミングについては、特に限定はないが、電力の需給の状況に応じて貯蔵することが好ましい。 The timing of storing carbon dioxide or the like released from the electrolyzer 41 in each of the first gas tank 91 and the second gas tank 92 is not particularly limited, but may be stored according to the situation of supply and demand of electric power. preferable.

例えば、火力発電装置８０により電力が供給される負荷（系統）における電力需要が少ない場合は、電気分解装置４１のアノードから第１のガスタンク９１に二酸化炭素及び酸素の一部又は全部を供給する。第１のガスタンク９１は供給された二酸化炭素及び酸素を貯蔵する。電気分解装置４１から第１のガスタンク９１に供給されなかった二酸化炭素及び酸素は火力発電装置へ供給する。このように運転することで、電力需要が少ない場合に、第１のガスタンク９１に二酸化炭素及び酸素を貯蔵しておくことができる。 For example, when the load (system) supplied with power by the thermal power generation device 80 has a low power demand, a part or all of carbon dioxide and oxygen is supplied from the anode of the electrolyzer 41 to the first gas tank 91. The first gas tank 91 stores the supplied carbon dioxide and oxygen. Carbon dioxide and oxygen that have not been supplied from the electrolysis device 41 to the first gas tank 91 are supplied to the thermal power generation device. By operating in this manner, carbon dioxide and oxygen can be stored in the first gas tank 91 when the power demand is low.

また、負荷における電力需要が多い場合は、第１のガスタンク９１に貯蔵された二酸化炭素及び酸素を火力発電装置８０に供給する。また、電気分解装置４１から火力発電装置８０へ二酸化炭素及び酸素を供給する。このように運転することで、火力発電装置８０に、より多くの酸素を供給することができるので、電力需要に応じることができる。
このように第１のガスタンク９１を設けることで、電力の需給に応じた発電電力の調整を行うことができる。 When the load demands a large amount of electric power, the carbon dioxide and oxygen stored in the first gas tank 91 are supplied to the thermal power plant 80. Further, carbon dioxide and oxygen are supplied from the electrolyzer 41 to the thermal power generator 80. By operating in this manner, more oxygen can be supplied to the thermal power generation device 80, so that it is possible to meet the power demand.
By thus providing the first gas tank 91, it is possible to adjust the generated electric power according to the demand and supply of electric power.

また、電気分解装置４１から逆水性シフト器６０に供給される水素が過剰になるようであれば、第２のガスタンク９２に水素を貯蔵し、電気分解装置４１から逆水性シフト器６０に供給される水素が過小になるようであれば、第２のガスタンク９２から水素を放出してもよい。
このように第２のガスタンク９２を設けることで、逆水性シフト器６０における逆水性シフト反応を水素の過不足なく安定して行うことができる。 If the hydrogen supplied from the electrolyzer 41 to the reverse water shifter 60 becomes excessive, hydrogen is stored in the second gas tank 92 and supplied from the electrolyzer 41 to the reverse water shifter 60. If the amount of hydrogen generated is too small, the hydrogen may be released from the second gas tank 92.
By providing the second gas tank 92 in this way, the reverse water shift reaction in the reverse water shifter 60 can be stably performed without excess or deficiency of hydrogen.

上述した構成の炭化水素合成システム２では、水、空気中の二酸化炭素を電気分解装置４１で電気分解して二酸化炭素と酸素の混合ガス及び水素を製造し、二酸化炭素と酸素を非化石燃料を用いて火力発電装置８０により火力発電とともに二酸化炭素の濃縮を行い、最終的に炭化水素を得ることができる。すなわち、炭化水素合成システム２によれば、二酸化炭素を回収して炭化水素として有効利用することができる。 In the hydrocarbon synthesis system 2 having the above-described configuration, water and carbon dioxide in the air are electrolyzed by the electrolyzer 41 to produce a mixed gas of carbon dioxide and oxygen and hydrogen, and carbon dioxide and oxygen are converted to non-fossil fuel. By using the thermal power generation device 80, thermal power generation and concentration of carbon dioxide can be performed and finally hydrocarbons can be obtained. That is, according to the hydrocarbon synthesis system 2, carbon dioxide can be recovered and effectively used as a hydrocarbon.

また、炭化水素合成システム２では、電気分解装置４１で生じた熱、又は火力発電装置８０で生じた熱を逆水性シフト器６０に供給し、逆水性シフト器６０を加温して逆水性シフト反応させるのに適した温度としている。このような構成とすることで、電気分解装置４１又は火力発電装置８０の排熱を逆水性シフト器６０で有効利用することができる。当該排熱を有効利用できるので、炭化水素合成システム２は、別途に逆水性シフト器６０を加温するための熱源を用意する構成と比較して高効率となる。 Further, in the hydrocarbon synthesis system 2, the heat generated in the electrolyzer 41 or the heat generated in the thermal power generation device 80 is supplied to the reverse water shifter 60, and the reverse water shifter 60 is heated to perform the reverse water shift. The temperature is suitable for the reaction. With such a configuration, the exhaust heat of the electrolyzer 41 or the thermal power generator 80 can be effectively utilized by the reverse water shifter 60. Since the exhaust heat can be effectively used, the hydrocarbon synthesis system 2 becomes highly efficient as compared with a configuration in which a heat source for separately heating the reverse water shifter 60 is prepared.

また、炭化水素合成システム１では、燃料電池４０のカソードに空気が供給され、窒素が排出される。換言すれば、炭化水素合成システム１により空気から窒素を除去し、窒素を濃縮している。このような炭化水素合成システム１によれば、濃縮した窒素を供給することができる。 Further, in the hydrocarbon synthesis system 1, air is supplied to the cathode of the fuel cell 40 and nitrogen is discharged. In other words, the hydrocarbon synthesis system 1 removes nitrogen from the air and concentrates the nitrogen. According to such a hydrocarbon synthesis system 1, concentrated nitrogen can be supplied.

〈実施形態３〉
実施形態１に記載の炭化水素合成システム１（第１の炭化水素合成システム）と、実施形態２に記載の炭化水素合成システム２（第２の炭化水素合成システム）とを併用してもよい。具体的には、炭化水素合成システム２では、最終的に炭化水素（メタン）を生成することができる。このような炭化水素合成システム２を、炭化水素合成システム１のメタンガス供給手段１０（図１参照）とする。また、炭化水素合成システム２では、第２のガスタンク９２に水素を貯蔵するので、炭化水素合成システム２を炭化水素合成システム１の水素供給手段５０とする。 <Third Embodiment>
The hydrocarbon synthesis system 1 (first hydrocarbon synthesis system) described in the first embodiment and the hydrocarbon synthesis system 2 (second hydrocarbon synthesis system) described in the second embodiment may be used together. Specifically, the hydrocarbon synthesis system 2 can finally generate hydrocarbons (methane). Such a hydrocarbon synthesis system 2 is used as the methane gas supply means 10 (see FIG. 1) of the hydrocarbon synthesis system 1. Further, since the hydrocarbon synthesis system 2 stores hydrogen in the second gas tank 92, the hydrocarbon synthesis system 2 is used as the hydrogen supply means 50 of the hydrocarbon synthesis system 1.

そして、電力系統（電力を需要家の受電設備に供給するための発電・変電・送電・配電を統合したシステム）において電力の需給状況に応じて次のように運転する。 Then, the electric power system (a system that integrates power generation/transformation/transmission/distribution for supplying electric power to a power receiving facility of a consumer) operates as follows according to the supply and demand situation of electric power.

電力系統の電力が余剰であるときは、炭化水素合成システム２を運転させ、炭化水素合成器７０で生成された炭化水素（メタンガス）を貯蔵する。電力が余剰であるときは、電気に掛かるコストは低い。したがって、電力費用を抑えてメタンガスを生成することができる。水素についても同様であり、電力費用を抑えて水素を生成することができる。 When the electric power of the electric power system is excessive, the hydrocarbon synthesis system 2 is operated to store the hydrocarbon (methane gas) generated in the hydrocarbon synthesizer 70. When electricity is surplus, the cost of electricity is low. Therefore, it is possible to generate methane gas at a low power cost. The same applies to hydrogen, and it is possible to generate hydrogen at a low power cost.

一方、電力系統の電力が不足であるときは、炭化水素合成システム１を運転させる。メタンガス供給手段１０は、電力系統の電力が余剰であるときに炭化水素合成システム２で生成されたメタンを燃料電池４０に供給する構成となっている。燃料電池４０では、電力費用を抑えて生成したメタンガスを用いるので、燃料電池４０の燃費を低減することができる。さらに、電力系統の電力が不足している状況であるので、燃料電池４０で発電した電力を電力系統に高価に売電することができる。 On the other hand, when the electric power of the electric power system is insufficient, the hydrocarbon synthesis system 1 is operated. The methane gas supply means 10 is configured to supply the methane generated by the hydrocarbon synthesis system 2 to the fuel cell 40 when the power of the power system is excessive. Since the fuel cell 40 uses the methane gas generated while suppressing the power cost, the fuel consumption of the fuel cell 40 can be reduced. Furthermore, since the electric power of the electric power system is insufficient, the electric power generated by the fuel cell 40 can be sold to the electric power system at high cost.

このように本実施形態の炭化水素合成システムは、電力系統の電力の需給状態に応じて、低コストで発電することができるとともに、発電した電力を高価に売電することができるので、経済的である。 As described above, the hydrocarbon synthesis system of the present embodiment can generate power at low cost according to the supply and demand state of power in the power system, and can sell the generated power at high cost, which is economical. Is.

１、２…炭化水素合成システム、１０…メタンガス供給手段、２１…第１の濃縮器、２２…第２の濃縮器、３０…空気供給手段、４０…燃料電池（溶融炭酸塩形燃料電池）、４１…電気分解装置（溶融炭酸塩形電気分解装置）、５０…水素供給手段、６０…逆水性シフト器、７０…炭化水素合成器、８０…火力発電装置、９０…水供給手段、９１…第１のガスタンク、９２…第２のガスタンク
1, 2... Hydrocarbon synthesis system, 10... Methane gas supply means, 21... First concentrator, 22... Second concentrator, 30... Air supply means, 40... Fuel cell (molten carbonate fuel cell), 41... Electrolyzer (molten carbonate type electrolyzer), 50... Hydrogen supply means, 60... Reverse water shifter, 70... Hydrocarbon synthesizer, 80... Thermal power generator, 90... Water supply means, 91... 1st gas tank, 92... 2nd gas tank

Claims (6)

空気から濃縮された二酸化炭素と、水素とを供給する原料供給手段と、
前記原料供給手段から二酸化炭素及び水素が供給され、逆水性シフト反応により一酸化炭素と水を生成する逆水性シフト器と、
前記逆水性シフト器から一酸化炭素が供給され、前記原料供給手段から水素が供給され、Fischer-Tropsch法により炭化水素を生成する炭化水素合成器と、を備える
ことを特徴とする炭化水素合成システム。 Carbon dioxide concentrated from air, and a raw material supply means for supplying hydrogen,
Carbon dioxide and hydrogen are supplied from the raw material supply means, a reverse water shifter that produces carbon monoxide and water by a reverse water shift reaction,
A hydrocarbon synthesis system, comprising: a carbon monoxide supplied from the reverse water shifter, hydrogen supplied from the raw material supply means, and a hydrocarbon synthesizer that produces hydrocarbons by the Fischer-Tropsch method. .. 請求項１に記載の炭化水素合成システムにおいて、
前記原料供給手段は、
メタンガスを供給するメタンガス供給手段と、
二酸化炭素を濃縮する第１の濃縮器、及び第２の濃縮器と、
空気を供給する空気供給手段と、
アノード及びカソードを有する溶融炭酸塩形燃料電池と、
水素供給手段と、を備え、
前記メタンガス供給手段は、メタンガスを前記アノードに供給し、
前記第１の濃縮器は、空気中の二酸化炭素を濃縮して前記カソードに供給し、
前記第２の濃縮器は、前記アノードから排出されるガスの一部を回収し、当該一部に含まれる二酸化炭素を濃縮して前記カソードに供給すると共に、当該一部に含まれる水素ガスを前記アノードから排出されるガスに環流させ、
前記空気供給手段は、空気を前記カソードに供給し、
前記逆水性シフト器は、前記アノードから排出された二酸化炭素及び水素を含むガス、及び前記第２の濃縮器から環流された水素が供給され、逆水性シフト反応により一酸化炭素及び水を生成し、
前記炭化水素合成器は、前記逆水性シフト器から一酸化炭素が供給され、前記水素供給手段から水素が供給され、Fischer-Tropsch法により炭化水素を生成する
ことを特徴とする炭化水素合成システム。 The hydrocarbon synthesis system according to claim 1, wherein
The raw material supply means,
Methane gas supply means for supplying methane gas,
A first concentrator for concentrating carbon dioxide, and a second concentrator,
Air supply means for supplying air,
A molten carbonate fuel cell having an anode and a cathode;
A hydrogen supply means,
The methane gas supply means supplies methane gas to the anode,
The first concentrator concentrates carbon dioxide in the air and supplies the carbon dioxide to the cathode.
The second concentrator collects a part of the gas discharged from the anode, concentrates the carbon dioxide contained in the part and supplies the carbon dioxide to the cathode, and also removes the hydrogen gas contained in the part. Refluxing the gas discharged from the anode,
The air supply means supplies air to the cathode,
The reverse water shifter is supplied with a gas containing carbon dioxide and hydrogen discharged from the anode and hydrogen refluxed from the second concentrator, and produces carbon monoxide and water by a reverse water shift reaction. ,
The hydrocarbon synthesis system is characterized in that carbon monoxide is supplied from the reverse water shifter, hydrogen is supplied from the hydrogen supply means, and hydrocarbons are produced by the Fischer-Tropsch method in the hydrocarbon synthesizer. 請求項２に記載の炭化水素合成システムにおいて、
前記逆水性シフト器には、前記溶融炭酸塩形燃料電池で生じた熱が供給される
ことを特徴とする炭化水素合成システム。 The hydrocarbon synthesis system according to claim 2, wherein
The hydrocarbon synthesis system, wherein the reverse water shifter is supplied with heat generated in the molten carbonate fuel cell. 請求項１に記載の炭化水素合成システムにおいて、
前記原料供給手段は、
二酸化炭素を濃縮する第１の濃縮器と、
水を供給する水供給手段と、
アノード及びカソードを有する溶融炭酸塩形電気分解装置と、
非化石燃料を用いて燃焼して発電する火力発電装置と、
第１のガスタンク及び第２のガスタンクと、を備え、
前記第１の濃縮器は、空気中の二酸化炭素を濃縮して前記カソードに供給し、
前記水供給手段は、水を前記カソードに供給し、
前記溶融炭酸塩形電気分解装置は、二酸化炭素及び水を電気分解し、
前記第１のガスタンクは、前記アノードから排出された二酸化炭素及び酸素を貯蔵し、
前記第２のガスタンクは、前記カソードから排出された水素を貯蔵し、
前記火力発電装置は、前記アノード又は前記第１のガスタンクから二酸化炭素及び酸素が供給され、
前記逆水性シフト器は、前記火力発電装置から排出された二酸化炭素を含むガス、及び前記第２のガスタンクから水素が供給され、逆水性シフト反応により一酸化炭素ガス及び水を生成し、
前記炭化水素合成器は、前記逆水性シフト器から一酸化炭素が供給され、前記第２のガスタンクから水素が供給され、Fischer-Tropsch法により炭化水素を生成する
ことを特徴とする炭化水素合成システム。 The hydrocarbon synthesis system according to claim 1, wherein
The raw material supply means,
A first concentrator for concentrating carbon dioxide,
Water supply means for supplying water,
A molten carbonate electrolyzer having an anode and a cathode;
A thermal power generation device that generates electricity by burning using non-fossil fuels;
A first gas tank and a second gas tank,
The first concentrator concentrates carbon dioxide in the air and supplies the carbon dioxide to the cathode.
The water supply means supplies water to the cathode,
The molten carbonate type electrolyzer electrolyzes carbon dioxide and water,
The first gas tank stores carbon dioxide and oxygen discharged from the anode,
The second gas tank stores hydrogen discharged from the cathode,
The thermal power plant is supplied with carbon dioxide and oxygen from the anode or the first gas tank,
The reverse water shifter is supplied with gas containing carbon dioxide discharged from the thermal power plant and hydrogen from the second gas tank, and produces carbon monoxide gas and water by a reverse water shift reaction,
The hydrocarbon synthesizer is supplied with carbon monoxide from the reverse water shifter and hydrogen from the second gas tank, and produces hydrocarbons by the Fischer-Tropsch method. .. 請求項４に記載の炭化水素合成システムにおいて、
前記逆水性シフト器には、前記溶融炭酸塩形電気分解装置又は前記火力発電装置で生じた熱が供給される
ことを特徴とする炭化水素合成システム。 The hydrocarbon synthesis system according to claim 4,
The hydrocarbon synthesis system, wherein heat generated by the molten carbonate type electrolyzer or the thermal power generator is supplied to the reverse water shifter. 請求項２又は請求項３に記載の炭化水素合成システムである第１の炭化水素合成システムと、
請求項４又は請求項５に記載の炭化水素合成システムである第２の炭化水素合成システムと、を備え、
前記第２の炭化水素合成システムを、前記第１の炭化水素合成システムの前記メタンガス供給手段、及び前記水素供給手段とし、
電力系統の電力が余剰であるとき、
前記電力系統から前記溶融炭酸塩形電気分解装置に電力を供給して電気分解させ、
前記炭化水素合成器で生成された炭化水素であるメタンガスを貯蔵するように
前記第２の炭化水素合成システムを運転し、
電力系統の電力が不足である際に、
前記第１の炭化水素合成システムの前記メタンガス供給手段は、
前記第２の炭化水素合成システムにおいて貯蔵されたメタンガスを前記溶融炭酸塩形燃料電池に供給し、
前記第１の炭化水素合成システムの前記水素供給手段手段は、
前記第２の炭化水素合成システムにおいて前記第２のガスタンクに貯蔵された水素を前記炭化水素合成器に供給するように
前記第１の炭化水素合成システムを運転する
ことを特徴とする炭化水素合成システム。
A first hydrocarbon synthesis system, which is the hydrocarbon synthesis system according to claim 2 or 3,
A second hydrocarbon synthesis system, which is the hydrocarbon synthesis system according to claim 4 or 5,
The second hydrocarbon synthesis system is the methane gas supply means and the hydrogen supply means of the first hydrocarbon synthesis system,
When the power of the grid is surplus,
Power is supplied from the power system to the molten carbonate type electrolyzer to cause electrolysis,
Operating the second hydrocarbon synthesis system to store methane gas, which is the hydrocarbon produced in the hydrocarbon synthesizer,
When the power of the power system is insufficient,
The methane gas supply means of the first hydrocarbon synthesis system,
Supplying methane gas stored in the second hydrocarbon synthesis system to the molten carbonate fuel cell;
The hydrogen supply means means of the first hydrocarbon synthesis system,
In the second hydrocarbon synthesis system, the first hydrocarbon synthesis system is operated so as to supply the hydrogen stored in the second gas tank to the hydrocarbon synthesizer. ..
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