(57)【要約】【課題】特定の炭素化合物、例えば、ヘキサデカン（ノルマルセタン）を高純度で製造し、軽油のセタン価向上及び硫黄分の低減に資する。【解決手段】２８８モルの水と８モルの炭酸カリウムからなる炭酸カリウム水溶液の圧縮水、２４モルの二酸化炭素及び４９モルの水素を、３００℃の温度、２．０ＭＰａの圧力条件下の反応器中で、生成しようとする炭素化合物（ノルマルセタン）の生成熱（ΔＨｐ）に基づいて算出される熱量ΔＨ（ノルマルセタン１モルあたり２５０６．２８ｋＪ）を、反応器の全体から奪うように冷却制御しながら反応させてノルマルセタン１モルを生成する炭素化合物方法を含み、これにより例えば、生成したノルマルセタンをセタン価５０の軽油に１：１の割合で混合すれば、理論上セタン価７５の軽油となって、着火性の非常に優れたものとすることができ、硫黄分、窒素分及び酸素分も半減することができる。【選択図】図１
2014231504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その構成元素として、少なくとも炭素及び水素を含み、必要な場合に酸素を含む炭素化合物を製造する炭素化合物製造方法であって、
炭酸カリウム水溶液からなる圧縮水、二酸化炭素及び水素を所定条件下の反応器中で、生成しようとする炭素化合物の生成熱、前記炭素化合物における炭素のモル数及び酸素のモル数に基づいて算出される熱量ΔＨを奪うように、前記反応器を冷却制御しながら反応させて、前記炭素化合物を生成し、副生成物が炭酸水素カリウムであり、
前記熱量ΔＨが、下記［数１］で表されることを特徴とする炭素化合物製造方法。
【数１】
2014231504.tif 000039
【請求項２】
前記副生成物である炭酸水素カリウムの水溶液を、前記反応器での反応に比べて減圧した条件下の第２反応器に投入し、二酸化炭素及び炭酸カリウム水溶液を生成し、かつ、生成した二酸化炭素を除いて前記第２反応器での反応を生成側へ促進しながら炭酸カリウム水溶液を再生する、
ことを特徴とする請求項１に記載の炭素化合物製造方法。
【請求項３】
前記再生した炭酸カリウム水溶液から余分の水を取り除き、この余分の水を除いた炭酸カリウム水溶液を加圧し、前記反応器で反応触媒として機能する炭酸カリウム水溶液からなる圧縮水として用いる、
ことを特徴とする請求項２に記載の炭素化合物製造方法。
【請求項４】
前記圧縮水を噴霧することにより前記反応器へ加える、
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の炭素化合物製造方法。
【請求項５】
前記二酸化炭素及び前記水素は、水蒸気改質プロセスから生成されたものを用いる、
ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の炭素化合物製造方法。
【請求項６】
製造される炭素化合物が、特定の異性体のみからなる、
ことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の炭素化合物製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸カリウム水溶液からなる圧縮水、二酸化炭素及び水素から特定の炭素化合物を、高い純度で製造することが可能な炭素化合物製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、天然ガスから一酸化炭素と水素を含む合成ガスを製造し、この合成ガスからフィッシャー・トロプシュ反応系でのＧＴＬ（Ｇａｓ  ｔｏ  Ｌｉｑｕｉｄｓ）プロセスを通じてガソリン等の炭素化合物を合成する方法の発明が、下記特許文献１，２等で提案されている。
【０００３】
しかし、下記特許文献１，２等で提案されているＧＴＬプロセスは、一酸化炭素を原料とするため、反応自体が不安定であるほか、ガソリンとともに軽油、灯油その他の炭化水素、油分の混合物として炭素化合物が生成されるため、生成物（炭素化合物）を様々な産業用途に資するまでに、蒸留等により各成分を分離する工程が更に必要となる等といった問題点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１８４５５９号公報
【特許文献２】特表２００５−５２２５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、植物は、水（Ｈ2Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ2）とから特定の糖、デンプン、その他の植物油を作る光合成を行っていることが知られている。この光合成では、カリウムが酵素（触媒）として利用される。植物は、炭酸カリウムを触媒にし、生成した糖と水（Ｈ2Ｏ）を反応物として水素（Ｈ2）と二酸化炭素（ＣＯ2）を生成している。さらに、同じ炭酸カリウムを触媒にし、生成したＨ2とＣＯ2を反応物として脂肪酸（植物油）を生成している。植物は、これらの反応を常温、常圧で行っているが、このような反応を人工的に高温、高圧下で構築することができれば、特定の炭素化合物を高純度で工業的に得ることができる可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑み提案され、植物が炭酸カリウムを触媒として脂肪酸（植物油）を生成している反応を工業的に構築し、二酸化炭素を使って反応自体を安定的に進ませるとともに、蒸留して各成分を分離する工程を不要として、特定の炭化水素、油類といった狙った炭素化合物を高純度で生成することのできる炭素化合物製造方法を新たに提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、その構成元素として、少なくとも炭素及び水素を含み、必要な場合に酸素を含む炭素化合物を製造する炭素化合物製造方法であって、炭酸カリウム水溶液からなる圧縮水、二酸化炭素及び水素を所定条件下の反応器中で、生成しようとする炭素化合物の生成熱、前記炭素化合物における炭素のモル数及び酸素のモル数に基づいて算出される熱量ΔＨを奪うように、前記反応器を冷却制御しながら反応させて、前記炭素化合物を生成し、副生成物が炭酸水素カリウムであり、前記熱量ΔＨが、下記［数１］で表されることを特徴とする。
【０００８】
【数１】
2014231504.tif 000003
【０００９】
また、前記副生成物である炭酸水素カリウムの水溶液を、前記反応器での反応に比べて減圧した条件下の第２反応器に投入し、二酸化炭素及び炭酸カリウム水溶液を生成し、かつ、生成した二酸化炭素を除いて前記第２反応器での反応を生成側へ促進しながら炭酸カリウム水溶液を再生することを特徴とする。
【００１０】
さらに、前記再生した炭酸カリウム水溶液から余分の水を取り除き、この余分の水を除いた炭酸カリウム水溶液を加圧し、前記反応器で反応触媒として機能する炭酸カリウム水溶液からなる圧縮水として用いることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る炭素化合物製造方法は、上記圧縮水を噴霧により前記反応器へ加えることが好ましい。上記二酸化炭素及び水素は、水蒸気改質プロセスから生成されたものを用いることが更に好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る炭素化合物製造方法は、製造される炭素化合物が特定の異性体のみからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、炭酸カリウムを触媒にし、Ｈ2とＣＯ2を反応物として植物油を生成する植物の反応をモデルに、特定の炭素化合物を効率的に得ることのできる工業的な炭素化合物製造方法として構築されている。具体的には、炭酸カリウム水溶液からなる圧縮水、二酸化炭素及び水素を、所定条件下の反応器中で、上記［数１］の式中の生成しようとする炭素化合物の生成熱（ΔＨｐ）等に基づいて算出される熱量ΔＨを奪うように、反応器を冷却制御しながら反応させて、少なくとも炭素及び水素を含み、必要な場合に酸素を含む構成元素からなる炭素化合物を生成し、副生成物として炭酸水素カリウムを生成する炭素化合物製造方法である。したがって、反応器中では、二酸化炭素を原料としているから反応が安定的に進む。また、生成しようとする炭素化合物の生成熱（ΔＨｐ）等に基づいて算出される熱量ΔＨを奪う、すなわち、各種の炭素化合物で異なる生成熱に基づいて算出される熱量を指標にして反応器での反応を制御することで、得ようとする特定の炭素化合物を高純度で製造することができる。特に、その生成熱に基づいて特定の炭素化合物のみを製造するから、例えば、イソオクタンとノルマルオクタンといった異性体であっても、一方（特定）の異性体だけを高純度で製造することができる。なお、圧縮水中の炭酸カリウムが触媒として働くため、反応器に従来備えられていた触媒充填層を不要とすることができ、反応器のサイズを小型化することができる。
【００１４】
本発明は、副生成物である炭酸水素カリウム水溶液を、反応器での反応に比べて減圧した条件下の第２反応器に投入し、二酸化炭素及び炭酸カリウム水溶液を生成し、かつ、生成した二酸化炭素を除いて第２反応器での反応を生成側へ促進しながら炭酸カリウム水溶液を再生する構成である。さらに、再生した炭酸カリウム水溶液に含まれ、反応器で生成した余分の水を取り除き、この余分の水を除いた炭酸カリウム水溶液を加圧し、これを反応器で反応触媒として機能する炭酸カリウム水溶液からなる圧縮水として用いる構成である。したがって、システム（プラント）の連続した運転の中で、炭酸カリウムを循環して使用することを可能とし、極めて合理的な炭素化合物製造を進めることができる。
【００１５】
本発明では、上記圧縮水を噴霧により反応器へ加える構成とすることで、反応器における炭素化合物製造の反応を効率的に進行させることができる。原料の二酸化炭素や水素について、水蒸気改質プロセスから生成されたものを用いる構成とすれば、水蒸気改質プロセスに基づく水素製造による水素と、並行して生成される二酸化炭素とを、所望の炭素化合物を得るのに有効活用することができる。そして上述のように、本発明では、製造される炭素化合物を特定の異性体のみを高純度で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る炭素化合物製造方法の工程の概略を示すフロー図である。
【図２】反応器入口から出口に至るまでの各物質の質量の変化を定性的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る炭素化合物製造方法についての実施形態を、図面を参照しつつ説明する。この実施形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明は特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。
【００１８】
本発明に係る炭素化合物製造方法の概略を、図１を参照しつつ説明する。まず一般例として、化学式ＣnＨmＯlで表される炭素化合物を得るときの炭素化合物製造方法について説明していく。以下の化学式において、（Ｇ）は気体（蒸気）、（Ｌ）は液体、（Ｓ）は固体を示す。また、化学式に登場する変数であるｎ、ｍは、０より大きい実数であり、同じ変数のｌは、０と０より大きい実数である。本実施形態の説明では、シェルアンドチューブ式反応器を炭素化合物製造のための反応器として採用している。
【００１９】
図１に示すように、まず、所定量の二酸化炭素（ＣＯ2）、水素（Ｈ2）及び炭酸カリウム水溶液（Ｋ2ＣＯ3＋Ｈ2Ｏ）からなる圧縮水のそれぞれを反応させるのに適した状態にするため、その温度及び圧力を調整する。１．５ｎモルの二酸化炭素、（２ｎ＋ｍ／２−ｌ）モルの水素をタンクから取り出し、圧縮機、加熱器を通じて、それぞれ反応させるのに適した２００〜６００℃の温度、１．０〜５．０ＭＰａの圧力状態にする。また、１８ｎモルの水（Ｌ）と０．５ｎモルの炭酸カリウムからなる炭酸カリウム水溶液をタンクからポンプで取り出し、加熱器を通じて圧縮水とし、反応させるのに適した２００〜６００℃の温度、１．０〜５．０ＭＰａの圧力状態にする。反応させるのに適した状態として、温度条件は、生成しようとする炭素化合物の標準沸点以上の温度であって、その反応速度に鑑みて適切な２００〜６００℃の温度の範囲から適宜、決定される。３００〜５５０℃が実際的な温度条件になり得る。また、圧力条件は、生成される水蒸気が過熱蒸気となる圧力であって、水蒸気の一部が液体の水になる凝縮が起こらない圧力として１．０〜５．０ＭＰａの範囲から適宜、決定される。なお、圧力を高くし過ぎる設定にすると、コンプレッサーへの負荷が大きく、経済的にも不利である。
【００２０】
さらに、その温度及び圧力が所定値に整えられた二酸化炭素、水素及び、炭酸カリウム水溶液からなる圧縮水を、複数の管からなる反応器として例示されるシェルアンドチューブ式反応器（以下、単に「反応器」という。）のシェル側に投入し、これらを２００〜６００℃の温度、１．０〜５．０ＭＰａの圧力の条件下で反応させる。特に、スプレーノズル等を使って、圧縮水を２以上の複数箇所から、噴霧により反応器のシェル側にインプットすることが好ましい。水溶液に含まれる炭酸カリウムを触媒として利用するのに、霧状であることが、接触面積を大きくするために必要であって、２以上の複数箇所からインプットすることで炭酸カリウムを触媒として、さらに効率的に利用することができる。なお、反応器のチューブ側には後述するように冷却水を導入し、反応により生じる熱を奪う。反応器中で進む反応の反応式は、下記［化１］のとおりである。
【００２１】
【化１】
2014231504.tif 000004
【００２２】
上記［化１］の反応は、発熱反応となるので、反応器のチューブ側に冷却媒体（例えば、冷却水）を循環させる等の手段を使って反応器の全体を冷却制御する。すなわち熱（エンタルピー）を奪いながら反応を進めるようにする。具体的には、反応器を冷却制御すべき熱量ΔＨ（ＭＪ／ｋｍｏｌ）は、反応器自体の温度を一定に制御した状態において（すなわち、反応器の入口と出口の温度を等しくさせた状態で）、生成しようとする炭素化合物（ＣnＨmＯl）の生成熱ΔＨｐ（ＭＪ／ｋｍｏｌ）、生成しようとする炭素化合物における炭素のモル数ｎ及び酸素のモル数ｌに基づいて、下記［数２］で表すことができる。
【００２３】
【数２】
2014231504.tif 000005
【００２４】
そして、反応器のチューブ側を循環する冷却水の流量Ｆを、下記［数３］の２式から導き出される値に調整することで、反応器の全体から熱量ΔＨを奪って（ΔＨのエンタルピーを奪って）、反応を生成側に進ませることができる、すなわち、その生成熱に対応する特定の炭素化合物を高純度で生成することができる。
【００２５】
【数３】
2014231504.tif 000006
【００２６】
ここで、上記［化１］の反応式で表された反応を解説する。
【００２７】
炭酸カリウムを触媒として二酸化炭素、水素を原料に炭素化合物（ＣnＨmＯl）を製造する反応式は、下記［化２］のとおりである。
【００２８】
【化２】
2014231504.tif 000007
【００２９】
上記［化２］は、下記の複数の反応式［化３］から導かれる。
【００３０】
【化３】
2014231504.tif 000008
【００３１】
また、上記［化１］において反応物と同様に、反応器出口で炭酸カリウムがゼロとなるように、炭酸カリウムを炭酸水素カリウム（ＫＨＣＯ3）の水溶液にする。その反応式は、下記［化４］のとおりである。なお、完全に炭酸水素カリウム水溶液（ＫＨＣＯ3＋Ｈ2Ｏ）とするために、余剰の水が追加されている。すなわち、上記［化１］では、圧縮水として１８ｎモルの水（Ｌ）が反応器にインプットされていることから、実際の反応は下記［化５］に示すとおりであり、１７．５ｎモルの水（Ｌ）が余剰に追加されているといえる。なお、反応器出口で炭酸カリウムがゼロとなるように反応を進めることができれば、［化５］における反応は余剰の水に相当する量として１７．５ｎモルの水（Ｌ）であることに限定されない。
【００３２】
【化４】
2014231504.tif 000009
【化５】
2014231504.tif 000010
【００３３】
上記［化１］はこのように、上記［化２］及び上記［化５］の反応式から導かれる。そして、２００〜６００℃の温度、１．０〜５．０ＭＰａの圧力条件下の反応器中で、上記［数１］の式中の生成しようとする炭素化合物の生成熱（ΔＨｐ）等に基づいて算出される熱量ΔＨを、反応器の全体から奪うことによって、その特定の炭素化合物（ＣnＨmＯl）を高純度で製造することができる。また、副生成物として炭酸水素カリウムを生成することになる。
【００３４】
なお、上記［数１］の式中の生成しようとする炭素化合物の生成熱（ΔＨｐ）等に基づいて算出される熱量ΔＨを、反応器の全体から奪う点は、上記［化１］の反応が逆方向に進むことを避けるためにも必要である。生成された炭素化合物ＣnＨmＯl（Ｇ）及び（２ｎ−ｌ）Ｈ2Ｏ（Ｇ）から、吸熱反応の水蒸気改質反応によって、二酸化炭素及び水素が生成する、すなわち、逆反応が進む恐れがあるからである。したがって、反応器の全体にわたって冷却水を循環させて冷却制御することが好ましい。また、図２に示すように、反応物（ＣＯ2、Ｈ2）と同様に炭酸カリウムが反応器出口でゼロとなるように、炭酸カリウムを炭酸水素カリウム水溶液にすることで、最適な反応を得ることができる。
【００３５】
ＣnＨmＯl（Ｇ）としての炭素化合物や（２ｎ−ｌ）Ｈ2Ｏ（Ｇ）としての水蒸気、炭酸水素カリウム水溶液（ｎＫＨＣＯ3＋１７．５ｎＨ2Ｏ（Ｌ））からなる生成物を反応器からアウトプットした後には、これらを後工程で分離するために凝縮器に導き、温度及び圧力を調整しつつ凝縮して、下記［化６］に示すようにし、炭素化合物（ＣnＨmＯl）及び水蒸気（２ｎ−ｌ）Ｈ2Ｏ（Ｇ）を液体に状態変化させる。（２ｎ−ｌ）Ｈ2Ｏの水蒸気を液体とすることで、水蒸気改質反応が起こらなくなるという効果もある。なお、メタンのように冷却してもその温度、圧力では液体にならない炭素化合物があるので留意する。凝縮器を通じて固体となる炭素化合物もある。
【００３６】
【化６】
2014231504.tif 000011
【００３７】
続いて、これらを液液分離器（メタンなどの不凝縮の炭素化合物の場合は、気液分離器。また、凝縮器を通じて固体となる炭素化合物の場合は、固液分離器）に導入し、炭素化合物（ＣnＨmＯl）を分離する。その一方で、分離した炭酸水素カリウム水溶液を減圧し、第２反応器である溶液再生塔に導入する。溶液再生塔では、下記［化７］の反応式により炭酸カリウムが水溶液の状態で再生される。炭酸水素カリウムが溶液再生塔に導入されたとき、（１９．５ｎ−ｌ）モルの水（Ｌ）が存在するので、実際の反応は下記［化８］に示すようにして、炭酸カリウムが再生される。
【００３８】
【化７】
2014231504.tif 000012
【化８】
2014231504.tif 000013
【００３９】
溶液再生塔での炭酸カリウムの再生では、生成した二酸化炭素を除きながら反応を進めることで、上記［化８］に示す反応を生成側へ促進することができ、これにより効率的に炭酸カリウムの再生を果たすことができる。
【００４０】
次に、溶液再生塔で再生した炭酸カリウム水溶液について、ポンプで加圧し、加熱器で加熱し、その湿り水蒸気の乾き度を制御するとともに、気液分離器を使って余分の水である炭素化合物を生成する際に生じた水（反応器で生成された水）を取り除く。余分の水が取り除かれた炭酸カリウム水溶液は、炭素化合物製造の反応触媒である炭酸カリウム水溶液の圧縮水としてそのまま、再使用することができる。すなわち、炭酸カリウム水溶液の循環使用が実現される。
【００４１】
余分の水（反応器で生成された水）を取り除く際の湿り水蒸気の乾き度は、下記［数４］で表すことができる。
【００４２】
【数４】
2014231504.tif 000014
【００４３】
気液分離器を使って余分の水（反応器で生成された水）を取り除く反応は、下記［化９］に示すとおりである。
【００４４】
【化９】
2014231504.tif 000015
【００４５】
すなわち、０．５ｎモルの炭酸カリウムが溶けている（２０ｎ−ｌ）モルの水（Ｌ）から、（２ｎ−ｌ）モル（反応による生成モル数）だけを水蒸気として除去することにより、残りの炭酸カリウム水溶液を、炭素化合物を生成するための反応器で反応させる濃度（０．５ｎＫ2ＣＯ3＋１８ｎＨ2Ｏ（Ｌ））として、そのまま反応触媒として反応器での反応に再利用することができることとなる。
【００４６】
本発明において、所望の炭素化合物を製造するための原料である二酸化炭素や水素は、水蒸気改質プロセスから生成されたものを用いれば、水蒸気改質プロセスに基づく水素製造のプラントと併設することにより、所望の炭素化合物を得ることができるので便宜である。例えば、本発明は、天然ガスの水蒸気改質プロセスに基づく水素製造プラントと併設することにより、従来の天然ガスからガソリンを得ようとするＧＴＬプロセスで必要であった蒸留等により各成分を分離する工程を不要とすることができる。
【００４７】
このように、本発明では、炭酸カリウムを触媒にし、Ｈ2とＣＯ2を反応物として植物油を生成する植物の反応をモデルに、特定の炭素化合物を効率的に得ることのできる工業的な炭素化合物製造方法として構築されている。具体的には、炭酸カリウム水溶液からなる圧縮水、二酸化炭素及び水素を所定条件下の反応器中で、上記［数１］の式中の生成しようとする炭素化合物の生成熱（ΔＨｐ）等に基づいて算出される熱量ΔＨを反応器から奪うように冷却制御しながら反応させて生成する。これにより、二酸化炭素を原料としているから反応が安定的に進むとともに、各種の炭素化合物で異なる生成熱を指標として反応を制御することで、得ようとする特定の炭素化合物を高純度で製造することができる。副生成物の炭酸水素カリウムは、その後、炭酸カリウムに再生され、循環使用に資することができる。なお、圧縮水中の炭酸カリウムが触媒として働くため、反応器に従来備えられていた触媒充填層を不要とすることができ、反応器のサイズを小型化することができる。したがって、極めて合理的な炭素化合物製造を進めることができる。
【００４８】
以下、本発明に係る炭素化合物製造方法について、実施例として具体的な炭素化合物の例を取り上げて、いくつかを説明する。
【００４９】
（実施例１）
実施例１では、炭素化合物ＣnＨmＯl（ｌ＝０）で表される炭化水素（ＣnＨm）を製造する炭素化合物製造方法の例として、メタン製造方法について説明する。炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）を触媒として二酸化炭素（ＣＯ2）、水素（Ｈ2）を原料に、メタン（ＣＨ4）を製造する反応器内での反応式は、下記［化１０］のとおりである。本実施例では、反応器出口温度、すなわち反応温度を３００℃に、反応器出口圧力、すなわち反応圧力を２．０ＭＰａに設定した。３００℃であれば、メタンの標準沸点以上の温度であり、かつ適切な反応速度が得られる。２．０ＭＰａであれば、生成される水蒸気の当該温度における飽和蒸気圧よりも十分に小さいので、水蒸気の一部が液体の水になる凝縮が起こらないからである。
【００５０】
【化１０】
2014231504.tif 000016
【００５１】
上記［化１０］の反応において、反応器のチューブ側を循環する冷却水によって奪う熱量ΔＨ1（ＭＪ／ｋｍｏｌ）は、製造するメタン１モルあたり２０５．４６ｋＪである。そして、上記［数３］を満たすように反応器のチューブ側を循環する冷却水の流量Ｆを調整する等により、反応器の全体を適切に冷却制御しながら熱量ΔＨ1を奪うことができる。
【００５２】
上記［化１０］の反応により生成したメタン（ＣＨ4）及び副生成物としての炭酸水素カリウムを反応器からアウトプットした後の凝縮器での反応は、下記［化１１］のとおりである。さらに、メタンは不凝縮の炭素化合物であるので気液分離器に導入して分離する。その後、メタンを分離した後の炭酸水素カリウム水溶液を溶液再生塔に導入し、炭酸カリウムを再生する反応は、下記［化１２］に示すとおりである。炭酸カリウムの再生では、生成した二酸化炭素を除きながら反応を進めて、上記［化１２］に示す反応を生成側へ促進する。
【００５３】
【化１１】
2014231504.tif 000017
【化１２】
2014231504.tif 000018
【００５４】
また、溶液再生塔で再生した炭酸カリウム水溶液について、炭酸カリウム水溶液の循環使用に資するため、気液分離器を使って余分の水を取り除く反応は、下記［化１３］のとおりである。
【００５５】
【化１３】
2014231504.tif 000019
【００５６】
下記［表１］に、本発明により製造される個別の炭化水素（ＣnＨm）の例について、製造するのに反応器から奪う熱量ΔＨ、その炭化水素の生成熱ΔＨｐ、反応器の温度条件、圧力条件をそれぞれ示す。
【００５７】
【表１】
2014231504.tif 000020
【００５８】
ここで、［表１］から理解されるように、本発明では、例えば、ノルマルオクタンとイソオクタンといった異性体に対しても、一方（特定）の異性体のみを高純度で製造することができる。異性体毎に生成熱ΔＨｐの数値が異なるので、奪うべき熱量ΔＨも異性体間でも異なることとなり、この異なる熱量ΔＨを指標に反応器を冷却制御することで、所望の異性体のみが高純度で生成されることになるのである。
【００５９】
（実施例２）
実施例２では、炭素化合物ＣnＨmＯl（ｌ＝１）で表されるアルコール、エーテル等を製造する炭素化合物製造方法の例として、フェノール製造方法について説明する。炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）を触媒として二酸化炭素（ＣＯ2）、水素（Ｈ2）を原料に、フェノール（Ｃ6Ｈ6Ｏ）を製造する反応器内での反応式は、下記［化１４］のとおりである。本実施例では、反応器出口温度、すなわち反応温度を３００℃に、反応器出口圧力、すなわち反応圧力を２．０ＭＰａに設定した。３００℃であれば、フェノールの標準沸点以上の温度であり、かつ適切な反応速度が得られる。２．０ＭＰａであれば、生成される水蒸気の当該温度における飽和蒸気圧よりも十分に小さいので、水蒸気の一部が液体の水になる凝縮が起こらないからである。
【００６０】
【化１４】
2014231504.tif 000021
【００６１】
上記［化１４］の反応において、反応器のチューブ側を循環する冷却水によって奪う熱量ΔＨ2（ＭＪ／ｋｍｏｌ）は、製造するフェノール１モルあたり６４０．９４ｋＪである。そして、上記［数３］を満たすように反応器のチューブ側を循環する冷却水の流量Ｆを調整する等により、反応器の全体を適切に冷却制御しながら熱量ΔＨ2を奪うことができる。
【００６２】
上記［化１４］の反応により生成したフェノール（Ｃ6Ｈ6Ｏ）及び副生成物としての炭酸水素カリウムを反応器からアウトプットした後の凝縮器での反応は、下記［化１５］のとおりである。さらに、フェノールを固液分離器に導入して分離した後、炭酸水素カリウム水溶液を溶液再生塔に導入し、炭酸カリウムを再生する反応は、下記［化１６］に示すとおりである。炭酸カリウムの再生では、生成した二酸化炭素を除きながら反応を進めて、上記［化１６］に示す反応を生成側へ促進する。
【００６３】
【化１５】
2014231504.tif 000022
【化１６】
2014231504.tif 000023
【００６４】
また、溶液再生塔で再生した炭酸カリウム水溶液について、炭酸カリウム水溶液の循環使用に資するため、気液分離器を使って余分の水を取り除く反応は、下記［化１７］のとおりである。
【００６５】
【化１７】
2014231504.tif 000024
【００６６】
下記［表２］に、本発明により製造される個別のアルコール、エーテル類（ＣnＨmＯl（ｌ＝１））の例について、製造するのに反応器から奪う熱量ΔＨ、その炭化水素の生成熱ΔＨｐ、反応器の温度条件、圧力条件をそれぞれ示す。
【００６７】
【表２】
2014231504.tif 000025
【００６８】
［表２］から理解されるように、本発明では、例えば、エタノールとジメチルエーテルが構造異性体の関係にあたるが、その生成熱ΔＨｐの数値が異なるので、一方（特定）の異性体のみを高純度で製造することができる。また、メタノール、エタノールは、炭酸カリウムを含んだ水溶液として生成されるものの、これらは水素が貯蔵された溶液とみなすことができるので、本発明により製造することが有用である。
【００６９】
（実施例３）
実施例３では、炭素化合物ＣnＨmＯl（ｌ＝２）で表される脂肪族カルボン酸、エステル類、芳香族カルボン酸等を製造する炭素化合物製造方法の例として、リノール酸製造方法について説明する。炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）を触媒として二酸化炭素（ＣＯ2）、水素（Ｈ2）を原料に、リノール酸（Ｃ18Ｈ32Ｏ2）を製造する反応器内での反応式は、下記［化１８］のとおりである。本実施例では、反応器出口温度、すなわち反応温度を３００℃に、反応器出口圧力、すなわち反応圧力を２．０ＭＰａに設定した。３００℃であれば、リノール酸の標準沸点以上の温度であり、かつ適切な反応速度が得られる。２．０ＭＰａであれば、生成される水蒸気の当該温度における飽和蒸気圧よりも十分に小さいので、水蒸気の一部が液体の水になる凝縮が起こらないからである。
【００７０】
【化１８】
2014231504.tif 000026
【００７１】
上記［化１８］の反応において、反応器のチューブ側を循環する冷却水によって奪う熱量ΔＨ3（ＭＪ／ｋｍｏｌ）は、製造するリノール酸１モルあたり３０３５．５９ｋＪである。そして、上記［数３］を満たすように反応器のチューブ側を循環する冷却水の流量Ｆを調整する等により、反応器の全体を適切に冷却制御しながら熱量ΔＨ3を奪うことができる。
【００７２】
上記［化１８］の反応により生成したリノール酸（Ｃ18Ｈ32Ｏ2）及び副生成物としての炭酸水素カリウムを、反応器からアウトプットした後の凝縮器での反応は、下記［化１９］のとおりである。さらに、リノール酸を液液分離器に導入して分離した後、炭酸水素カリウム水溶液を溶液再生塔に導入し、炭酸カリウムを再生する反応は、下記［化２０］に示すとおりである。炭酸カリウムの再生では、生成した二酸化炭素を除きながら反応を進めて、上記［化２０］に示す反応を生成側へ促進する。
【００７３】
【化１９】
2014231504.tif 000027
【化２０】
2014231504.tif 000028
【００７４】
また、溶液再生塔で再生した炭酸カリウム水溶液について、炭酸カリウム水溶液の循環使用に資するため、気液分離器を使って余分の水を取り除く反応は、下記［化２１］のとおりである。
【００７５】
【化２１】
2014231504.tif 000029
【００７６】
下記［表３］に、本発明により製造される個別の脂肪族カルボン酸、エステル類、芳香族カルボン酸（ＣnＨmＯl（ｌ＝２））の例について、製造するのに反応器から奪う熱量ΔＨ、その炭化水素の生成熱ΔＨｐ、反応器の温度条件、圧力条件をそれぞれ示す。
【００７７】
【表３】
2014231504.tif 000030
【００７８】
その他、本発明が適用されて製造可能な脂肪族カルボン酸、エステル類、芳香族カルボン酸（ＣnＨmＯl（ｌ＝２））の例として、まずエステル類では、酪酸メチル、ギ酸エチル、酪酸エチル、カプロン酸エチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、吉草酸ペンチル、酪酸ペンチル、酢酸オクチル等を挙げることができる。また芳香族類では、カテコール、グアイアコール、２−メトキシ−４−メチルフェノール、オイゲノール等を挙げることができる。そして、脂肪族カルボン酸については、［表３］に挙げられた物質の他に、ＤＨＡ、ＤＰＡ、ＥＰＡ等を挙げることができる。
【００７９】
（実施例４）
実施例４では、炭素化合物ＣnＨmＯl（ｌ＝３）で表されるサリチル酸メチルの製造方法について説明する。炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）を触媒として二酸化炭素（ＣＯ2）、水素（Ｈ2）を原料に、サリチル酸メチル（Ｃ8Ｈ8Ｏ3）を製造する反応器内での反応式は、下記［化２２］のとおりである。本実施例では、反応器出口温度、すなわち反応温度を３００℃に、反応器出口圧力、すなわち反応圧力を２．０ＭＰａに設定した。３００℃であれば、サリチル酸メチルの標準沸点以上の温度であり、かつ適切な反応速度が得られる。２．０ＭＰａであれば、生成される水蒸気の当該温度における飽和蒸気圧よりも十分に小さいので、水蒸気の一部が液体の水になる凝縮が起こらないからである。
【００８０】
【化２２】
2014231504.tif 000031
【００８１】
上記［化２２］の反応において、反応器のチューブ側を循環する冷却水によって奪う熱量ΔＨ4（ＭＪ／ｋｍｏｌ）は、製造するサリチル酸メチル１モルあたり−４８０．８８ｋＪである。そして、上記［数３］を満たすように反応器のチューブ側を循環する冷却水の流量Ｆを調整すする等ことにより、反応器の全体を適切に冷却制御しながら熱量ΔＨ4を奪うことができる。
【００８２】
上記［化２２］の反応により生成したサリチル酸メチル（Ｃ8Ｈ8Ｏ3）及び副生成物としての炭酸水素カリウムを、反応器からアウトプットした後の凝縮器での反応は、下記［化２３］のとおりである。さらに、サリチル酸メチルを液液分離器に導入して分離した後、炭酸水素カリウム水溶液を溶液再生塔に導入し、炭酸カリウムを再生する反応は、下記［化２４］に示すとおりである。炭酸カリウムの再生では、生成した二酸化炭素を除きながら反応を進めて、上記［化２４］に示す反応を生成側へ促進する。
【００８３】
【化２３】
2014231504.tif 000032
【化２４】
2014231504.tif 000033
【００８４】
また、溶液再生塔で再生した炭酸カリウム水溶液について、炭酸カリウム水溶液の循環使用に資するため、気液分離器を使って余分の水を取り除く反応は、下記［化２５］のとおりである。
【００８５】
【化２５】
2014231504.tif 000034
【００８６】
そして、上述した実施例１〜４で取り上げた炭素化合物のほか、本発明に係る炭素化合物製造方法は、その生成熱ΔＨｐ等に基づいて算出される熱量ΔＨを奪うように、反応器を冷却制御することにより、ＣnＨmＯlで表される任意の炭素化合物の製造に適用することができる。
【００８７】
（実施例５）
実施例５では、液体燃料であるヘキサデカン（ノルマルセタン：Ｃ16Ｈ34）製造方法について説明する。高純度のノルマルセタンを製造することができれば、これを着火性の非常に優れた高付加価値の軽油として提供することができるからである。例えば、１００％濃度でノルマルセタンを製造することができれば、その軽油はセタン価１００であり、最高の着火性が得られる。逆に、イソセタン１００％の軽油はセタン価１５であって、最低の着火性となる。ＪＩＳにおいて、セタン価５０以上であることが軽油に要求されているため、仮に、セタン価５０の軽油に本発明に基づいて製造したノルマルセタン１００％のものを１：１で混合すると理論上、セタン価７５の軽油となって、着火性の非常に優れたものとすることができる。さらに、硫黄分、窒素分及び酸素分も半減することができる。したがって、高純度のノルマルセタン製造は、セタン価向上及び硫黄分等の低減のための用途等において非常に有用であると考えられる。なお、本願明細書において「ノルマルセタン」を意味するものにつき、単に「セタン」と記載されている場合がある。
【００８８】
炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）を触媒として二酸化炭素（ＣＯ2）、水素（Ｈ2）を原料に、ノルマルセタン（Ｃ16Ｈ34）を製造する反応器内での反応式は、下記［化２６］のとおりである。反応器における反応条件は、例えば、反応器出口温度、すなわち反応温度を３００℃とし、反応器出口圧力、すなわち反応圧力を２．０ＭＰａとすればよい。
【００８９】
【化２６】
2014231504.tif 000035
【００９０】
上記［化２６］の反応において、反応器のチューブ側を循環する冷却水によって奪う熱量ΔＨ5（ＭＪ／ｋｍｏｌ）は、製造するノルマルセタン１モルあたり２５０６．２８ｋＪである。そして、上記［数３］を満たすように反応器のチューブ側を循環する冷却水の流量Ｆを調整する等により、反応器の全体を適切に冷却制御しながら熱量ΔＨ5を奪うことができる。
【００９１】
上記［化２６］の反応により生成したノルマルセタン（Ｃ16Ｈ34）及び副生成物としての炭酸水素カリウムを反応器からアウトプットした後の凝縮器での反応は、下記［化２７］のとおりである。さらに、ノルマルセタンを液液分離器に導入して分離した後、炭酸水素カリウム水溶液を溶液再生塔に導入する。炭酸水素カリウム水溶液から炭酸カリウムを再生する反応は、下記［化２８］に示すとおりである。炭酸カリウムの再生では、生成した二酸化炭素を除きながら反応を進めて、上記［化２８］に示す反応を生成側へ促進する。
【００９２】
【化２７】
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【化２８】
2014231504.tif 000037
【００９３】
また、溶液再生塔で再生した炭酸カリウム水溶液について、炭酸カリウム水溶液の循環使用に資するため、気液分離器を使って余分の水を取り除く反応は、下記［化２９］のとおりである。
【００９４】
【化２９】
2014231504.tif 000038
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、炭酸カリウムを触媒にし、Ｈ2とＣＯ2を反応物として植物油を生成する植物が行う反応をモデルに、特定の炭素化合物を効率的に得ることのできる工業的な炭素化合物製造方法として構築されている。そして、ＣnＨmＯlで表される任意の炭素化合物を対象に、その製造を効率的に進めることができる。特に、その生成熱に基づいて特定の炭素化合物を製造するため、例えば、異性体であっても、一方（特定）の異性体だけを高純度で製造することができる。さらに、炭酸カリウムを循環使用するので、システム（プラント）の連続した運転の中で、極めて合理的な炭素化合物製造を進めることが可能である。
【００９６】
さらに、上述したように本発明は、所望の炭素化合物を製造するための原料である二酸化炭素及び水素を、水蒸気改質プロセスから生成して用いることができる。これにより、例えば、廃棄物を含む又は利用価値が低い、価格の安いといった理由から評価のあまり高くない炭素化合物を原料にした水蒸気改質プロセス（例えば、本発明者が発明し、特許出願している水蒸気改質プロセス等）に基づいて二酸化炭素及び水素を製造し、この製造した二酸化炭素及び水素を原料に、本発明に係る炭素化合物製造方法を適用し、所望の価値の高い炭素化合物（例えば、フェノール、ノルマルセタン等）を高純度で製造することができる。そうすると、本発明は、本願の背景技術の欄で説明したような天然ガスからガソリンを得るといったＧＴＬプロセスよりも利用価値の高いプロセスになる可能性がある。
【図１】
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【図２】
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