(57)【要約】【課題】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。【解決手段】メタンガスを供給するメタンガス供給手段１０と、二酸化炭素を濃縮する第１の濃縮器２１、及び第２の濃縮器２２と、空気を供給する空気供給手段３０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、逆水性シフト器６０は、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、及び第２の濃縮器２２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、炭化水素合成器７０は、逆水性シフト器６０から一酸化炭素が供給され、水素供給手段５０から水素が供給され、Fischer-Tropsch法により炭化水素を生成する。【選択図】図１
2020121944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許５８０１１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【発明の効果】
【００１８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〈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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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（ＣＯ３２−）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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
〈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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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（ＣＯ３２−）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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
〈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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【符号の説明】
【００６１】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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