(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉と、該炉から排出された二酸化炭素を含む排ガスを放出する煙突と、該煙突と前記炉とを接続するラインとを備える排ガス設備の前記ラインの途中から取り出された前記排ガスを使用して、一酸化炭素を主成分とする生成ガスを製造するガス製造装置であって、
前記排ガスから前記二酸化炭素を主成分とする分離ガスを分離して回収する分離回収部と、
該分離回収部の下流側に接続され、前記分離ガスとの接触によって生じる前記二酸化炭素の還元反応により前記一酸化炭素を生成させる還元体を収納するとともに、前記二酸化炭素から離脱した酸素原子の少なくとも一部を前記還元反応の系内で分離可能な少なくとも１つの反応器を備える反応部と、
前記反応部の下流側に接続され、前記反応器に供給される前記分離ガスの圧力を調整する圧力調整部と、
前記分離回収部の上流側に接続され、前記反応器に供給される前記分離ガスの流量を調整する流量調整部とを有することを特徴とするガス製造装置。
【請求項２】
前記分離ガス中に含まれる前記二酸化炭素の濃度は、前記分離ガス全体に対して７０体積％以上である請求項１に記載のガス製造装置。
【請求項３】
前記反応器に供給される前記分離ガスの圧力は、０〜２ＭＰａＧである請求項１または２に記載のガス製造装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの反応器は、二酸化炭素を還元する金属酸化物を含む還元剤を前記還元体として収納する複数の反応器を含み、
当該ガス製造装置は、さらに、前記二酸化炭素との接触により酸化された前記還元剤を還元する還元物質を含む還元ガスを供給する還元ガス供給部を有し、
各前記反応器は、前記分離回収部および前記還元ガス供給部の少なくとも一方に接続され、各前記反応器に供給する前記分離ガスと前記還元ガスとを切換可能または前記反応器同士の間で前記還元剤を移動可能である請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス製造装置。
【請求項５】
炉と、該炉から排出された二酸化炭素を含む排ガスを放出する煙突と、該煙突と前記炉とを接続するラインとを備える排ガス設備と、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス製造装置とを有し、
該ガス製造装置の前記分離回収部は、前記ラインの途中に接続され、前記排ガス設備から前記排ガスを取り出すよう構成されていることを特徴とするガス製造システム。
【請求項６】
前記排ガス設備は、さらに、前記ラインの途中に配置され、前記排ガスを処理する処理器を備え、
前記排ガスは、前記ラインの前記煙突と前記処理器との間から取り出される請求項５に記載のガス製造システム。
【請求項７】
前記処理器は、送風機、燃焼炉、脱硝器および脱硫器の少なくとも１つを含む請求項６に記載のガス製造システム。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス製造装置と、
該ガス製造装置の前記反応部の下流側に接続された溶解炉とを有し、
前記反応器に供給された前記分離ガスを前記還元体に接触させ、前記二酸化炭素を前記一酸化炭素に変換させることにより得られた、前記生成ガスを前記溶解炉に供給し、前記一酸化炭素を利用して製鉄することを特徴とする製鉄システム。
【請求項９】
前記生成ガス中に含まれる前記一酸化炭素の濃度は、前記生成ガス全体に対して７０体積％以上である請求項８に記載の製鉄システム。
【請求項１０】
さらに、前記溶解炉に供給する前の前記生成ガスを加熱する生成ガス加熱部を有する請求項８または９に記載の製鉄システム。
【請求項１１】
前記生成ガス加熱部による加熱後の前記生成ガスの温度は、５００〜１３００℃である請求項１０に記載の製鉄システム。
【請求項１２】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス製造装置と、
該ガス製造装置の前記反応部の下流側に接続された第２反応設備とを有し、
前記反応器に供給された前記分離ガスを前記還元体に接触させ、前記二酸化炭素を前記一酸化炭素に変換させることにより得られた、前記生成ガスを前記第２反応設備に供給し、前記一酸化炭素を利用して化学品を製造することを特徴とする化学品製造システム。
【請求項１３】
炉と、該炉から排出された二酸化炭素を含む排ガスを放出する煙突と、該煙突と前記炉とを接続するラインとを備える排ガス設備の前記ラインの途中から取り出された前記排ガスを使用して、一酸化炭素を主成分とする生成ガスを製造するガス製造方法であって、
前記二酸化炭素の還元反応により前記一酸化炭素を生成させる還元体を収納するとともに、前記二酸化炭素から離脱した酸素原子の少なくとも一部を前記還元反応の系内で分離可能な少なくとも１つの反応器を準備し、
前記排ガスから二酸化炭素を主成分とする分離ガスを分離回収部で分離して回収し、
前記分離ガスを前記反応器に供給し、前記分離ガスを前記還元体に接触させ、前記二酸化炭素を前記一酸化炭素に変換することにより、前記生成ガスを製造するに際し、
前記反応器の下流側での制御により、前記反応器に供給される前記分離ガスの圧力を調整しつつ、前記分離回収部の上流側での制御により、前記反応器に供給される前記分離ガスの流量を調整することを特徴とするガス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス製造装置、ガス製造システム、製鉄システム、化学品製造システムおよびガス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、温室効果ガスの一種である二酸化炭素（ＣＯ２）は、その大気中の濃度が上昇を続けている。大気中の二酸化炭素の濃度の上昇は、地球温暖化を助長する。したがって、大気中に放出される二酸化炭素を回収することは重要であり、さらに回収した二酸化炭素を有価物質に変換して再利用できれば、炭素循環社会を実現することができる。
また、地球規模の施策としても、気候変動に関する国際連合枠組条約の京都議定書にもあるように、地球温暖化の原因となる二酸化炭素について、先進国における削減率を、１９９０年を基準として各国別に定め、共同で約束期間内に削減目標値を達成することが定められている。【０００３】
その削減目標を達成するため、製鉄所、精錬所または火力発電所から発生した二酸化炭素を含む排気ガスも対象となっており、これらの業界における二酸化炭素の削減に関して、様々な技術改良が行われている。かかる技術の一例としては、ＣＯ２回収・貯留（ＣＣＳ）が挙げられる。しかしながら、この技術では、貯留という物理的な限界があり、根本的な解決策とはなっていない。
その他、例えば、特許文献１には、二酸化炭素から一酸化炭素を製造する二酸化炭素還元システムが開示されている。この二酸化炭素還元システムは、二酸化炭素を含む排気ガスを発生する燃焼炉と、排気ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離装置と、分離された二酸化炭素を一酸化炭素に還元する還元装置とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１９／１６３９６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者らの検討によると、燃焼炉からの排気ガスは、その流量および圧力が大きく変動し、さらに、二酸化炭素分離装置で排気ガスから分離された二酸化炭素を含む分離ガスでは、その傾向がより顕著である。かかる状態の分離ガスを還元装置に供給しても、安定的に一酸化炭素を製造することが困難である。
そこで、本発明の目的は、二酸化炭素を主成分とする分離ガスから、一酸化炭素を主成分とする生成ガスを安定して製造可能なガス製造装置、ガス製造システムおよびガス製造方法、ならびに、製造された生成ガスを利用する製鉄システムおよび化学品製造システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。【０００７】
（１）  本発明のガス製造装置は、炉と、該炉から排出された二酸化炭素を含む排ガスを放出する煙突と、該煙突と前記炉とを接続するラインとを備える排ガス設備の前記ラインの途中から取り出された前記排ガスを使用して、一酸化炭素を主成分とする生成ガスを製造するガス製造装置であって、
前記排ガスから前記二酸化炭素を主成分とする分離ガスを分離して回収する分離回収部と、
該分離回収部の下流側に接続され、前記分離ガスとの接触によって生じる前記二酸化炭素の還元反応により前記一酸化炭素を生成させる還元体を収納するとともに、前記二酸化炭素から離脱した酸素原子の少なくとも一部を前記還元反応の系内で分離可能な少なくとも１つの反応器を備える反応部と、
前記反応部の下流側に接続され、前記反応器に供給される前記分離ガスの圧力を調整する圧力調整部と、
前記分離回収部の上流側に接続され、前記反応器に供給される前記分離ガスの流量を調整する流量調整部とを有することを特徴とする。【０００８】
（２）  本発明のガス製造装置では、前記分離ガス中に含まれる前記二酸化炭素の濃度は、前記分離ガス全体に対して７０体積％以上であることが好ましい。
（３）  本発明のガス製造装置では、前記反応器に供給される前記分離ガスの圧力は、０〜２ＭＰａＧであることが好ましい。
（４）  本発明のガス製造装置では、前記少なくとも１つの反応器は、二酸化炭素を還元する金属酸化物を含む還元剤を前記還元体として収納する複数の反応器を含み、
当該ガス製造装置は、さらに、前記二酸化炭素との接触により酸化された前記還元剤を還元する還元物質を含む還元ガスを供給する還元ガス供給部を有し、
各前記反応器は、前記分離回収部および前記還元ガス供給部の少なくとも一方に接続され、各前記反応器に供給する前記分離ガスと前記還元ガスとを切換可能または前記反応器同士の間で前記還元剤を移動可能であることが好ましい。【０００９】
（５）  本発明のガス製造システムは、炉と、該炉から排出された二酸化炭素を含む排ガスを放出する煙突と、該煙突と前記炉とを接続するラインとを備える排ガス設備と、
本発明のガス製造装置とを有し、
該ガス製造装置の前記分離回収部は、前記ラインの途中に接続され、前記排ガス設備から前記排気ガスを取り出すよう構成されていることを特徴とする。
（６）  本発明のガス製造システムでは、前記排ガス設備は、さらに、前記ラインの途中に配置され、前記排ガスを処理する処理器を備え、
前記排ガスは、前記ラインの前記煙突と前記処理器との間から取り出されることが好ましい。
（７）  本発明のガス製造システムでは、前記処理器は、送風機、燃焼炉、脱硝器および脱硫器の少なくとも１つを含むことが好ましい。【００１０】
（８）  本発明の製鉄システムは、本発明のガス製造装置と、
該ガス製造装置の前記反応部の下流側に接続された溶解炉とを有し、
前記反応器に供給された前記分離ガスを前記還元体に接触させ、前記二酸化炭素を前記一酸化炭素に変換させることにより得られた、前記生成ガスを前記溶解炉に供給し、前記一酸化炭素を利用して製鉄することを特徴とする。
（９）  本発明の製鉄システムでは、前記生成ガス中に含まれる前記一酸化炭素の濃度は、前記生成ガス全体に対して７０体積％以上であることが好ましい。
（１０）  本発明の製鉄システムは、さらに、前記溶解炉に供給する前の前記生成ガスを加熱する生成ガス加熱部を有することが好ましい。【００１１】
（１１）  本発明の製鉄システムでは、前記生成ガス加熱部による加熱後の前記生成ガスの温度は、５００〜１３００℃であることが好ましい。
（１２）  本発明の化学品製造システムは、本発明のガス製造装置と、
該ガス製造装置の前記反応部の下流側に接続された第２反応設備とを有し、
前記反応器に供給された前記分離ガスを前記還元体に接触させ、前記二酸化炭素を前記一酸化炭素に変換させることにより得られた、前記生成ガスを前記第２反応設備に供給し、前記一酸化炭素を利用して化学品を製造することを特徴とする。【００１２】
（１３）  本発明のガス製造方法は、炉と、該炉から排出された二酸化炭素を含む排ガスを放出する煙突と、該煙突と前記炉とを接続するラインとを備える排ガス設備の前記ラインの途中から取り出された前記排ガスを使用して、一酸化炭素を主成分とする生成ガスを製造するガス製造方法であって、
前記二酸化炭素の還元反応により前記一酸化炭素を生成させる還元体を収納するとともに、前記二酸化炭素から離脱した酸素原子の少なくとも一部を前記還元反応の系内で分離可能な少なくとも１つの反応器を準備し、
前記排ガスから二酸化炭素を主成分とする分離ガスを分離回収部で分離して回収し、
前記分離ガスを前記反応器に供給し、前記分離ガスを前記還元体に接触させ、前記二酸化炭素を前記一酸化炭素に変換することにより、前記生成ガスを製造するに際し、
前記反応器の下流側での制御により、前記反応器に供給される前記分離ガスの圧力を調整しつつ、前記分離回収部の上流側での制御により、前記反応器に供給される前記分離ガスの流量を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、二酸化炭素を主成分とする分離ガスから、一酸化炭素を主成分とする生成ガスを安定して製造することができ、また、かかる生成ガスを利用して効率的な製鉄および化学品製造が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の製鉄システムの一実施形態を示す概略図である。
【図２】図１の製鉄システムにおけるガス製造装置の一実施形態を示す概略図である。
【図３】図２の反応部の構成を示す図である。
【図４】図３の反応器の構成（第１構成例）を模式的に示す断面図である。
【図５】ガス製造装置と排ガス設備との接続部付近の構成を示す概略図である。
【図６】反応器の第２構成例を模式的に示す断面図である。
【図７】図６の一部を拡大して示す図である。
【図８】反応器の第３構成例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明のガス製造装置、ガス製造システム、製鉄システム、化学品製造システムおよびガス製造方法について、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。
＜全体構成＞
図１は、本発明の製鉄システムの一実施形態を示す概略図であり、図２は、図１の製鉄システムにおけるガス製造装置の一実施形態を示す概略図であり、図３は、図２の反応部の構成を示す図であり、図４は、図３の反応器の構成（第１構成例）を模式的に示す断面図である。
図１に示す製鉄システム（ガス製造システム）１００は、高炉（溶解炉）２００と、煙突３００と、高炉２００と煙突３００とを接続するガスライン４００とを有する排ガス設備と、ガスライン４００の途中から分岐する供給ライン５００と、接続部２を介して供給ライン５００に接続されたガス製造装置１と、ガス製造装置１と高炉２００とを接続する返還ライン６００とを備えている。
なお、本明細書中では、ガス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。
【００１６】
本実施形態では、高炉２００から排出される排ガスを利用する構成であるが、例えば、製鉄所または精錬所に付属するその他の炉であってもよい。好ましい他の炉としては、転炉等が挙げられる。各炉では、内容物の溶融、精錬等の際に、排ガスが生成（発生）する。排ガスは、通常、二酸化炭素に加えて、窒素、酸素、一酸化炭素、水蒸気、メタン等の他のガス成分を含む。
高炉からの排ガス（高炉ガス）は、高炉において銑鉄を製造する際に発生するガスであり、二酸化炭素が１０〜１５体積％、窒素が５５〜６０体積％、一酸化炭素が２５〜３０体積％、水素が１〜５体積％で含まれる。
また、転炉からの排ガス（転炉ガス）は、転炉において鋼を製造する際に発生するガスであり、二酸化炭素が１５〜２０体積％、一酸化炭素が５０〜６０体積％、窒素が１５〜２５体積％、水素が１〜５体積％で含まれる。
これらの排ガスを使用すれば、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。
【００１７】
ガスライン４００の途中には、排ガスを処理する処理器４１０が配置されている。なお、本明細書では、処理器４１０で処理する前のガス、および、処理器４１０で処理した後のガスのいずれも排ガスと呼ぶ。
処理器４１０は、送風機、燃焼炉（燃焼ボイラー）、脱硝器および脱硫器の１つを単独で、または２つ以上を組み合わせて構成することができる。かかる処理器４１０を配置することにより、排ガスに対して目的とする処理を施すことができる。
送風機を設けることにより、排ガスの煙突３００への供給量を増大させたり、排ガスの圧力を高めたりすることができる。
燃焼炉を設けることにより、排ガス中の一酸化炭素を燃焼させ、排ガス中の二酸化炭素の濃度を高めることができる。高炉ガスを燃焼炉で燃焼した場合、排ガス中には、例えば、二酸化炭素が５〜１５体積％、窒素が６０〜７０体積％、酸素が５〜１０体積％、水蒸気が１５〜２５体積％で含まれるようになる。
また、脱硝器または脱硫器を設けることにより、排ガス中の窒素成分または硫黄成分を除去することができる。
【００１８】
ガスライン４００は、排ガスを放出する煙突３００に接続されている。
ガスライン４００の途中であって、処理器４１０と煙突３００との間において、ガスライン４００に供給ライン５００が接続（分岐）されている。すなわち、ガス製造装置１では、排ガス設備のガスライン４００の途中（処理器４１０と煙突３００との間）から取り出される排ガスを使用する。
なお、ガスライン４００を構成する配管は、通常、水平方向（地面）に沿って配設（延設）される。この場合、供給ライン５００を構成する配管は、ガスライン４００を構成する配管に対してほぼ直交し、鉛直方向に沿って配設（延設）されることが好ましい。かかる構成によれば、仮に、分離ガスが冷却されて凝縮水が生じた場合でも、供給ライン５００に取り出される分離ガスに凝縮水が混入するのを防止することができる。
【００１９】
＜ガス製造装置＞
ガス製造装置１は、供給ライン５００および接続部２を介して供給される排ガスと、二酸化炭素を還元する金属酸化物を含む還元剤とを接触させて、一酸化炭素を主成分とする生成ガス（合成ガス）を製造する。
ガス製造装置１は、図２に示すように、主に、接続部２と、還元ガス供給部３と、反応部４と、接続部２と反応部４とを接続するガスラインＧＬ１と、還元ガス供給部３と反応部４とを接続するガスラインＧＬ２と、反応部４に接続されたガスラインＧＬ４とを有している。
本実施形態では、接続部２が、排ガスを反応部４に供給するガス供給部を構成している。
なお、必要に応じて、ガスラインＧＬ１、ガスラインＧＬ２およびガスラインＧＬ４の途中の所定の箇所には、ガスを移送するためのポンプを配置してもよい。例えば、排ガスの圧力が比較的低い場合には、ポンプを配置することにより、ガス製造装置１内でガスを円滑に移送することができる。
【００２０】
ガスラインＧＬ１は、その一端部において接続部２に接続されている。一方、ガスラインＧＬ１は、図３に示すように、その他端部において、ガス切換部８および２つのガスラインＧＬ３ａ、ＧＬ３ｂを介して、それぞれ反応部４が備える反応器４ａ、４ｂの入口ポートに接続されている。
かかる構成により、接続部２を介して供給された排ガスは、ガスラインＧＬ１を通過して、各反応器４ａ、４ｂに供給される。
ガス切換部８は、例えば、分岐ガスラインと、この分岐ガスラインの途中に設けられたバルブのような流路開閉機構とを含んで構成することができる。
【００２１】
各反応器４ａ、４ｂは、図４に示すように、還元剤（還元体）４Ｒをそれぞれ充填した複数の管体４１と、複数の管体４１を収納したハウジング４２とを備える多管式の反応装置（固定層式の反応装置）で構成されている。かかる多管式の反応装置によれば、還元剤４Ｒと分離ガス（後述する分離回収部５において、排ガスから分離して回収された二酸化炭素を主成分とするガス）および還元ガスとの接触の機会を十分に確保することができる。その結果、生成ガスの製造効率を高めることができる。
本実施形態の還元剤４Ｒは、例えば、粒子状（顆粒状）、鱗片状、ペレット状等であることが好ましい。かかる形状の還元剤４Ｒであれば、管体４１への充填効率を高めることができ、管体４１内に供給されるガスとの接触面積をより増大させることができる。
還元剤４Ｒが粒子状である場合、その体積平均粒径は、特に限定されないが、１〜５０ｍｍであることが好ましく、３〜３０ｍｍであることがより好ましい。この場合、還元剤４Ｒと分離ガス（二酸化炭素）との接触面積をさらに高め、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率をより向上させることができる。同様に、還元物質を含む還元ガスによる還元剤４Ｒの再生（還元）もより効率よく行うことができる。
粒子状の還元剤４Ｒは、より球形度が高まることから、転動造粒により製造された成形体であることが好ましい。
【００２２】
また、還元剤４Ｒは、担体に担持させるようにしてもよい。担体の構成材料としては、分離ガス（排ガス）や反応条件等に応じて変性し難いものであればよく、特に限定されないが、例えば、炭素材料（グラファイト、グラフェン等）、ゼオライト、モンモリロナイト、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＭｇＯ、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ、および、それら材料の複合酸化物等が挙げられる。これらの中でも、ゼオライト、モンモリロナイト、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＭｇＯ、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ、および、それら材料の複合酸化物が好ましい。かかる材料で構成される担体は、還元剤４Ｒの反応に悪影響を及ぼさず、還元剤４Ｒの担持能に優れる点で好ましい。ここで、担体は、還元剤４Ｒの反応には関与せず、還元剤４Ｒを単に支持（保持）する。かかる形態の一例としては、担体の表面の少なくとも一部を還元剤４Ｒで被覆する構成が挙げられる。
【００２３】
還元剤４Ｒに含まれる金属酸化物（酸素キャリア）は、二酸化炭素を還元することができれば、特に限定されないが、第３族〜第１２族に属する金属元素から選択される少なくとも１種を含有することが好ましく、第４族〜第１２属に属する金属元素から選択される少なくとも１種を含有することがより好ましく、チタニウム、バナジウム、鉄、銅、亜鉛、ニッケル、マンガン、クロミウムおよびセリウム等のうちの少なくとも１種を含有することがさらに好ましく、鉄を含有する金属酸化物または複合酸化物が特に好ましい。これらの金属酸化物は、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が特に良好なため有用である。
【００２４】
また、各反応器４ａ、４ｂにおいて、還元剤４Ｒ（金属酸化物）自体で管体（円筒状の成形体）４１を作製してもよい。さらに、還元剤４Ｒで、ブロック状、格子状（例えば、網状、ハニカム状）等の成形体を作製し、ハウジング４２内に配置するようにしてもよい。これらの場合、充填剤としての還元剤４Ｒは省略するようにしてもよいし、併用してもよい。
これらの中では、還元剤４Ｒで網状体を作製し、ハウジング４２内に配置する構成が好ましい。かかる構成の場合、各反応器４ａ、４ｂ内で分離ガスおよび還元ガスの通過抵抗が高まるのを防止しつつ、還元剤４Ｒと分離ガスおよび還元ガスとの接触の機会を十分に確保することもできる。
なお、２つの反応器４ａ、４ｂの容積は、互いにほぼ等しく設定され、処理する分離ガス（排ガス）の量（炉のサイズやガス製造装置１のサイズ）に応じて、適宜設定される。
【００２５】
ガスラインＧＬ１の途中には、接続部２側から順に、流量調整部６と、分離回収部５とが設けられている。
分離回収部５は、排ガスから二酸化炭素を主成分とする分離ガスを分離して回収する。排ガスは、酸素等の不要ガス成分も含む。分離回収部５で分離ガスを分離することにより、分離ガス中に含まれる不要ガス成分の濃度を低くすることができる。このため、還元剤４Ｒによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率に、不要ガス成分が悪影響を及ぼすのを防止または抑制することができる。
分離回収部５は、例えば、膜分離型の連続式の分離器、膜分離型の圧力スイング吸着（ＰＳＡ）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を含んで構成することができる。これらの中でも、分離回収部５は、アミン吸収式の分離器で構成することが好ましい。アミン吸収式の分離器を使用することにより、分離ガスにおける二酸化炭素の濃度が十分に高くなり、反応部４で二酸化炭素を一酸化炭素へ変換する際に、副生成物が生成し難くすることができる。
【００２６】
分離ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度は、分離ガス全体に対して７０体積％以上であることが好ましく、８０体積％以上であることがより好ましく、９０体積％以上であることがさらに好ましく、９５体積％以上であることが特に好ましい。これにより、ガス製造装置１における一酸化炭素を主成分とする生成ガスの製造効率を高めることができる。
分離ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度の上限は、１００体積％であってもよいが、現実的には、９９体積％以下であってもよく、９８体積％以下であってもよい。この場合、分離回収部５の構成を複雑化させたり、装置の作製コストを増大させることなく、生成ガスを製造することができる。
【００２７】
流量調整部６は、分離回収部５の上流側に接続（配置）されている。流量調整部６は、、反応器４ａ、４ｂに供給される分離ガスの流量を調整する。
この流量調整部６は、例えば、バルブ、送風機、流量調整バルブ、送風機の風量調整装置等を含んで構成することができる。
バルブによれば、その開度を調整することにより、反応器４ａ、４ｂに供給される分離ガスの流量を調整することができる。
一方、送風機によれば、例えば、その回転数を調整すること（いわゆる、インバータ制御）により、反応器４ａ、４ｂに供給される分離ガスの流量を調整することができる。
また、この流量調整部６による流量調整機構では、別途設けられた流量計（図示せず。）の指示値に基づいてフィードバック制御を行うことが好ましい。流量計（ＦＩ）の設置位置は、分離ガスの処理量を重視する場合、分離回収部５の上流側（一次側）、反応器４ａ、４ｂへ供給する二酸化炭素の量を重視する場合、反応器４ａ、４ｂの上流側（一次側）、一酸化炭素の生成量を重視する場合、反応器４ａ、４ｂの下流側（二次側）とすることが好ましい。
【００２８】
ガスラインＧＬ１の分離回収部５より下流側（反応部４との間）には、分離ガス中に含まれる微成分（微量な不要ガス成分等）を除去する微成分除去部、および、反応器４ａ、４ｂに供給する前の分離ガスを加熱する分離ガス加熱部のうちの少なくとも一方を設けるようにしてもよい。
【００２９】
微成分除去部は、例えば、気液分離器、保護器（ガードリアクター）およびスクラバー（吸収塔）のうちの少なくとも１種の処理器で構成することができる。
複数の処理器を使用する場合、それらの配置順序は任意であるが、気液分離器と保護器とを組み合わせて使用する場合、気液分離器を保護器より上流側に配置するのが好ましい。この場合、分離ガス中からの微成分の除去効率をより高めることができるとともに、保護器の使用期間（寿命）を延長することができる。
【００３０】
気液分離器は、例えば、分離ガスに生じる凝縮水（液体）を分離ガスから分離する。この場合、凝縮水中には、分離ガス中に残存する不要ガス成分等も溶解して除去される。
気液分離器は、例えば、単なる容器、旋回流式分離器、遠心分離器、表面張力式分離器等で構成することができる。これらの中でも、気液分離器は、構成が単純であり、安価であること等から、単なる容器で構成することが好ましい。この場合、容器内の気液界面には、気体の通過は許容するが、液体の通過を阻止するフィルタを配置するようにしてもよい。
また、この場合、容器の底部には、液体ラインを接続し、その途中にバルブを設けるようにしてもよい。かかる構成によれば、容器内に貯留された凝縮水は、バルブを開放することにより、液体ラインを介して、ガス製造装置１外に排出することができる。
なお、液体ラインを後述するタンク３０に接続して、排出する凝縮水を再利用するようにしてもよい。
【００３１】
気液分離器で凝縮水が除去された分離ガスは、例えば、保護器に供給するように構成することができる。
かかる保護器は、分離ガス中に含まれる微成分であって、還元剤４Ｒとの接触により還元剤４Ｒの活性を低下させる成分（不活化成分）を捕捉可能な物質を備えていることが好ましい。
かかる構成によれば、分離ガスが保護器を通過する際に、保護器内の物質が不活化成分と反応（捕捉）することにより、反応器４ａ、４ｂ内の還元剤４Ｒに到達するのを阻止または抑制して保護すること（すなわち、活性の低下を防止すること）ができる。このため、還元剤４Ｒによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が、不活化成分の悪影響により極端に低下するのを防止または抑制することができる。
【００３２】
かかる物質には、還元剤４Ｒに含まれる組成であって、不活化成分との接触により還元剤４Ｒの活性を低下させる組成を有する物質、具体的には、還元剤４Ｒに含まれる金属酸化物と同一または類似の金属酸化物を使用することができる。ここで、類似の金属酸化物とは、それに含まれる金属元素は同一であるが、組成が異なる金属酸化物、またはそれに含まれる金属元素の種類は異なるが、元素周期律表における族が同一である金属酸化物のことを言う。
また、不活化成分としては、硫黄、水銀、硫黄化合物、ハロゲン化合物、有機シリコーン、有機リンおよび有機金属化合物から選択される少なくとも１種であることが好ましく、硫黄および硫黄化合物から選択される少なくとも１種であることがより好ましい。かかる不活化成分を予め除去しておけば、還元剤４Ｒの活性が急激に低下するのを効果的に防止することができる。
なお、上記物質は、還元剤４Ｒの不活化成分と同一の成分により活性が低下する物質であればよく、酸化鉄、酸化亜鉛のような金属酸化物が上記不活化成分の捕捉能に優れる点で好ましい。
【００３３】
保護器は、ハウジング内に網材を配置し、上記物質の粒子を網材上に載置する構成、ハウジング内に、上記物質で構成されたハニカム状のフィルタ部材や、円筒状または粒子状の成形体を配置する構成等とすることができる。
特に、保護器を分離回収部５（気液分離器）と分離ガス加熱部との間に配置する場合には、上記物質の熱による劣化を防止しつつ、不活化成分の除去効率を向上させることができる。
【００３４】
分離ガス加熱部で反応前（還元前）の分離ガスを予め加熱しておくことにより、反応器４ａ、４ｂにおいて、還元剤４Ｒによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換（還元）反応をより促進することができる。
分離ガス加熱部は、例えば、電熱器と、熱交換器（エコノマイザ）とで構成することができる。
熱交換器は、反応器４ａ、４ｂを通過した後のガス（混合ガス）を排出するガスラインＧＬ４を構成する一部の配管を屈曲させ、ガスラインＧＬ１を構成する配管に接近させて構成されている。かかる構成によれば、反応器４ａ、４ｂを通過した後の高温のガス（混合ガス）の熱を利用して、反応器４ａ、４ｂに供給する前の分離ガスを熱交換により加熱するため、熱の有効利用を図ることができる。
【００３５】
かかる熱交換器は、例えば、ジャケット式熱交換器、浸漬コイル式熱交換器、二重管式熱交換器、シェル＆チューブ式熱交換器、プレート式熱交換器、スパイラル式熱交換器等として構成することができる。
また、分離ガス加熱部では、電熱器および熱交換器のいずれか一方を省略してもよい。
分離ガス加熱部では、電熱器に代えて、燃焼炉等を使用することもできる。ただし、電熱器を使用すれば、その動力源として、再生可能エネルギーとしての電力（電気エネルギー）を使用できるため、環境への負荷を低減することができる。
再生可能エネルギーとしては、太陽光発電、風カ発電、水力発電、波力発電、潮力発電、バイオマス発電、地熱発電、太陽熱および地中熱から選択される少なくとも１つを利用した電気エネルギーが使用可能である。
【００３６】
また、分離ガス加熱部の上流側（例えば、微成分除去部の途中である気液分離器と保護器との間）において、ガスラインＧＬ１から排気ガスラインを分岐させ、その端部にガス製造装置１外に設けられたベント部を接続してもよい。
この場合、排気ガスラインの途中には、好ましくはバルブが設けられる。
仮に、ガス製造装置１（ガスラインＧＬ１）内の圧力が必要以上に上昇した場合には、バルブを開放することにより、排気ガスラインを介してベント部から分離ガスの一部を排出（放出）することができる。これにより、ガス製造装置１の圧力の上昇による破損を未然に防止することができる。
【００３７】
ガスラインＧＬ２は、その一端部において還元ガス供給部３に接続されている。一方、ガスラインＧＬ２は、ガス切換部８および２つのガスラインＧＬ３ａ、ＧＬ３ｂを介して、それぞれ反応部４が備える反応器４ａ、４ｂの入口ポートに接続されている。
還元ガス供給部３は、二酸化炭素との接触により酸化された還元剤４Ｒを還元する還元物質を含む還元ガスを供給する。本実施形態の還元ガス供給部３は、水の電気分解により水素を発生させる水素発生装置で構成され、この水素発生装置に水を貯留したガス製造装置１外のタンク（還元ガス原料貯留部）３０が接続されている。かかる構成により、水素発生装置（還元ガス供給部３）から供給された水素（還元物質）を含む還元ガスが、ガスラインＧＬ２を通過して、各反応器４ａ、４ｂに供給される。
水素発生装置によれば、多量の水素を比較的安価かつ簡便に生成することができる。また、ガス製造装置１内で発生する凝縮水を再利用できるという利点もある。なお、ガス製造装置１の中でも、水素発生装置での電気エネルギーの消費が大きいため、上述したような再生可能エネルギーとしての電力を使用することが有効である。
【００３８】
なお、水素発生装置には、副生水素を発生する装置を使用することもできる。この場合、副生水素を含む還元ガスが各反応器４ａ、４ｂに供給される。副生水素を発生する装置としては、例えば、塩化ナトリウム水溶液を電気分解する装置、石油を水蒸気改質する装置、アンモニアを製造する装置等が挙げられる。
また、ガス製造装置１外のコークス炉に接続部を介してガスラインＧＬ２を接続し、コークス炉からの排ガスを還元ガスとして使用するようにしてもよい。この場合、接続部が還元ガス供給部を構成する。コークス炉からの排ガスは、水素およびメタンを主成分とし、水素を５０〜６０体積％で含むためである。
ガスラインＧＬ２の途中には、還元ガス加熱部を設けてもよい。この還元ガス加熱部は、反応器４ａ、４ｂに供給する前の還元ガスを加熱する。還元ガス加熱部で反応前（酸化前）の還元ガスを予め加熱しておくことにより、反応器４ａ、４ｂにおける還元ガスによる還元剤４Ｒの還元（再生）反応をより促進することができる。
【００３９】
還元ガス加熱部は、上記分離ガス加熱部と同様にして構成することができる。還元ガス加熱部は、電熱器のみ、熱交換器のみ、電熱器と熱交換器との組み合わせで構成することが好ましく、熱交換器のみ、電熱器と熱交換器との組み合わせで構成することがより好ましい。
還元ガス加熱部が熱交換器を備えれば、反応器４ａ、４ｂを通過した後の高温のガス（例えば、混合ガス）の熱を利用して、反応器４ａ、４ｂに供給する前の還元ガスを熱交換により加熱するため、熱の有効利用を図ることができる。
【００４０】
以上のような構成によれば、ガス切換部８においてガスライン（流路）を切り換えることにより、例えば、酸化前の還元剤４Ｒが収容された反応器４ａに、ガスラインＧＬ３ａを介して分離ガスを供給し、酸化後の還元剤４Ｒが収容された反応器４ｂに、ガスラインＧＬ３ｂを介して還元ガスを供給することができる。このとき、反応器４ａでは下記式１の反応が進行し、反応器４ｂでは下記式２の反応が進行する。
なお、下記式１および式２では、還元剤４Ｒに含まれる金属酸化物が酸化鉄（ＦｅＯｘ−１）である場合を一例として示している。
式１：  ＣＯ２  ＋  ＦｅＯｘ−１  →  ＣＯ  ＋  ＦｅＯｘ
式２：  Ｈ２  ＋  ＦｅＯｘ  →  Ｈ２Ｏ  ＋  ＦｅＯｘ−１
その後、ガス切換部８においてガスラインを上記と反対に切り換えることにより、反応器４ａでは上記式２の反応を進行させ、反応器４ｂでは上記式１の反応を進行させることができる。
【００４１】
なお、上記式１および式２に示す反応は、いずれも吸熱反応である。このため、ガス製造装置１は、還元剤４Ｒに分離ガスまたは還元ガスを接触させる際（すなわち、分離ガスまたは還元ガスと還元剤４Ｒとの反応の際）に、還元剤４Ｒを加熱する還元剤加熱部（図２中、図示せず。）をさらに有することが好ましい。
かかる還元剤加熱部を設けることにより、分離ガスまたは還元ガスと還元剤４Ｒとの反応における温度を高温に維持して、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率の低下を好適に防止または抑制するとともに、還元ガスによる還元剤４Ｒの再生をさらに促進することができる。
【００４２】
ただし、還元剤４Ｒの種類によっては、上記式１および式２に示す反応が発熱反応となる場合がある。この場合、ガス製造装置１は、還元剤加熱部に代えて、還元剤４Ｒを冷却する還元剤冷却部を有することが好ましい。かかる還元剤冷却部を設けることにより、分離ガスまたは還元ガスと還元剤４Ｒとの反応の際に、還元剤４Ｒが劣化するのを好適に阻止して、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率の低下を好適に防止または抑制するとともに、還元ガスによる還元剤４Ｒの再生をさらに促進することができる。
つまり、ガス製造装置１には、還元剤４Ｒの種類（発熱反応または吸熱反応）の違いによって、還元剤４Ｒの温度を調整する還元剤温調部を設けることが好ましい。
【００４３】
生成される生成ガス（反応器４ａ、４ｂを通過したガス）中に含まれる一酸化炭素の濃度は、生成ガス全体に対して７０体積％以上であることが好ましく、８０体積％以上であることがより好ましく、９０体積％以上であることがさらに好ましい。これにより、後述するガス精製部９の構成を簡略化しても、一酸化炭素の濃度が十分に高い精製ガスを得ることができる。
なお、生成ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度の上限は、１００体積％であってもよいが、現実的には、９５体積％以下である。この場合、反応器４ａ、４ｂの構成を複雑化させたり、反応器４ａ、４ｂの作製コストを増大させることなく、生成ガスを生成することができる。
【００４４】
反応器４ａ、４ｂの出口ポートには、それぞれ分岐ガスラインＧＬ４ａ、ＧＬ４ｂが接続され、これらがガス合流部Ｊ４において合流して、ガスラインＧＬ４を構成している。
本実施形態では、反応器４ａ、４ｂおよびガス切換部８により、反応部４が構成されている。
【００４５】
かかる構成により、反応器４ａ、４ｂのそれぞれを通過したガス（本実施形態では、主に、一酸化炭素を主成分とする生成ガスおよび水蒸気）は、ガス合流部Ｊ４において合流することにより混合され、混合ガス（合流ガス）が生成された後、１つのガスラインＧＬ４を通過するようになる。
このため、ガス切換部８の流路切換状態（バルブの開閉状態）を変更して、反応器４ａ、４ｂのそれぞれで異なる反応を行えば、混合ガスを連続して製造することができ、最終的には、精製ガスも連続して製造することもできる。また、反応器４ａ、４ｂにおいて交互に同一の反応を繰り返し行うため、混合ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を安定化させ、結果として、精製ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を安定化させることもできる。
したがって、上述したガス製造装置１（製鉄システム１００）は、二酸化炭素から一酸化炭素を連続かつ安定して製造することができ、工業的に有利である。また、二酸化炭素の排出量を効率的に低減しつつ製鉄が可能である。
【００４６】
これに対して、ガス合流部Ｊ４を設けない場合、供給するガスを切り換える際には、ガス切換部８を遮断する（バルブを一旦閉じる）必要が生じ、各反応器４ａ、４ｂをバッチ式とせざるを得ない。このため、分離ガス中の二酸化炭素の濃度、還元剤４Ｒの種類、反応器４ａ、４ｂの容量等によっては、一酸化炭素の製造時間が長時間となり、変換効率が悪く、工業的に不利になる場合がある。
また、各反応器４ａ、４ｂから排出されるガスの成分が、供給するガスを切り換える度に変化し易い。このため、各反応器４ａ、４ｂから排出されたガスの後処理工程が複雑になってしまう場合がある。
ここで、混合ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度は、通常、特定の範囲（混合ガス全体に対して所定の体積％）に調整するのが好ましい。この濃度が低過ぎると、後述するガス精製部９の性能にもよるが、一酸化炭素を高濃度で含む精製ガスを得るのが難しくなる傾向がある。一方、この濃度の上限値を超えて高くしても、最終的に得られる精製ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度をさらに高める効果のそれ以上の増大が期待できない。
【００４７】
ガスラインＧＬ４の反応器４ａ、４ｂの反対側の端部には、精製ガスをガス製造装置１外に排出する精製ガス排出部４０が接続されている。この精製ガス排出部４０と高炉２００とが返還ライン６００を介して接続されている。かかる構成により、精製ガスが高炉２００に供給される。
また、ガスラインＧＬ４の途中には、圧力調整部７とガス精製部９と精製ガス加熱部１５とが、この順に上流側から設けられている。
【００４８】
圧力調整部７は、反応部４の下流側に接続され、反応器４ａ、４ｂに供給される分離ガスの圧力を調整する。なお、反応器４ａ、４ｂに供給される分離ガスの圧力は、反応部４の上流側に設けられた圧力計ＰＩにより検出される。
本発明では、反応器４ａ、４ｂに供給される分離ガスの圧力および流量を調整するので、反応器４ａ、４ｂを通過する分離ガスおよび還元ガスの通過速度（すなわち、還元剤４Ｒによる分離ガスの処理速度および還元ガスによる還元剤４Ｒの処理速度）を安定化することができる。その結果、一酸化炭素を主成分とする生成ガスを安定的に製造することができる。
かかる圧力調整部７は、バルブ、圧力調整バブル等を含んで構成することができる。
反応器４ａ、４ｂに供給される分離ガスの圧力は、０〜２ＭＰａＧであることが好ましく、０．０１〜０．９ＭＰａＧであることがより好ましい。この場合、反応器４ａ、４ｂに供給される分離ガスの流量の調整と相まって、上記効果をより向上させることができる。
【００４９】
ガス精製部９では、混合ガスから一酸化炭素を精製して、高濃度の一酸化炭素を含む精製ガスを回収する。なお、混合ガス中の一酸化炭素濃度が十分に高い場合には、ガス精製部９を省略してもよい。
かかるガス精製部９は、例えば、冷却器、気液分離器、ガス分離器、分離膜およびスクラバー（吸収塔）のうちの少なくとも１種の処理器で構成することができる。
複数の処理器を使用する場合、それらの配置順序は任意であるが、冷却器と気液分離器とガス分離器とを組み合わせて使用する場合、この順で配置するのが好ましい。この場合、混合ガスからの一酸化炭素の精製効率をより高めることができる。
【００５０】
冷却器は、混合ガスを冷却する。これにより、凝縮水（液体）が生成する。
かかる冷却器は、配管の周囲に冷媒を通過させるためのジャケットを配置したジャケット式の冷却装置、反応器４ａ、４ｂと同様の構成（図４参照）とし、管体内に混合ガスを、管体の周囲に冷媒をそれぞれ通過させる多管式の冷却装置、エアフィンクーラー等を含んで構成することができる。
【００５１】
気液分離器は、冷却器で混合ガスを冷却する際に生じる凝縮水を混合ガスから分離する。このとき、凝縮水には、混合ガス中に残存する不要ガス成分（特に、二酸化炭素）を溶解して除去することができるという利点がある。
気液分離器は、微成分除去部の気液分離器と同様に構成することができ、好ましくは単なる容器で構成することができる。この場合、容器内の気液界面には、気体の通過は許容するが、液体の通過を阻止するフィルタを配置するようにしてもよい。
また、この場合、容器の底部には、液体ラインを接続し、その途中にバルブを設けるようにしてもよい。かかる構成によれば、容器内に貯留された凝縮水は、バルブを開放することにより、液体ラインを介して、ガス製造装置１外に排出（放出）することができる。
【００５２】
さらに、液体ラインの途中のバルブより下流側には、ドレイントラップを設けることが好ましい。これにより、仮に、バルブが誤作動して、液体ラインに一酸化炭素や水素が流出しても、ドレイントラップに貯留され、ガス製造装置１外に排出されるのを未然に防止することができる。このドレイントラップに代えて、あるいは、ドレイントラップとともに、バルブの誤作動検知機能、バルブが誤作動した際の冗長化対策を施してもよい。
なお、液体ラインを上述したタンク３０に接続して、排出する凝縮水を再利用するようにしてもよい。
【００５３】
ガス分離器は、例えば、低温分離方式（深冷方式）の分離器、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）方式の分離器、膜分離方式の分離器、温度スイング吸着（ＴＳＡ）方式の分離器、金属イオン（例えば、銅イオン）と有機配位子（例えば、５−アジドイソフタル酸）とを複合化した多孔性配位高分子（Ｐｏｒｏｕｓ  Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒ：ＰＣＰ）を用いた分離器、アミン吸収を利用した分離器等のうちの１種または２種以上を用いて構成することができる。
また、ガスラインＧＬ４の気液分離器とガス分離器との間には、バルブを設けるようにしてもよい。この場合、バルブの開度を調整することにより、混合ガスの処理速度（精製ガスの製造速度）を調節することができる。
【００５４】
本実施形態では、気液分離器から排出される混合ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度は、混合ガス全体に対して７５〜１００体積％となっている。
そして、本実施形態のように、精製ガスを高炉（溶解炉）２００に返還して、還元剤として使用する場合には、混合ガスから一酸化炭素を精製して、高濃度で一酸化炭素を含む精製ガスを得る。
また、本実施形態では、高炉ガスを回収した高炉２００と同一の高炉２００に精製ガスを返還する構成であるが、精製ガスは、高炉２００と異なる高炉に返還してもよく、電気炉（他の溶解炉）に返還してもよい。
【００５５】
また、ガス合流部Ｊ４を省略して、分岐ガスラインＧＬ４ａ、ＧＬ４ｂを独立したガスラインとしてもよい。この場合、各反応器４ａ、４ｂを通過した後のガス（水または生成ガス）は、互いに独立した分岐ガスラインＧＬ４ａ、ＧＬ４ｂを移送される。例えば、水（水蒸気）を含むガスは、廃棄処理またはタンク３０への変換処理に供し、一酸化炭素を主成分とする生成ガスは、ガス精製部９を通過した後、精製ガス排出部４０を介して返還ライン６００に排出される。かかる構成によれば、各反応器４ａ、４ｂを通過した後のガスを互いに独立して処理することができる。
【００５６】
精製ガス加熱部１５は、ガス精製部９で回収された精製ガス（ガス合流部Ｊ４を省略する場合には、各反応器４ａ、４ｂから排出された生成ガスまたはガス精製部９を通過した生成ガス）を加熱する。すなわち、高炉２００に返還（供給）する前の精製ガス（生成ガス）を加熱する。これにより、精製ガスを高炉２００内に吹き込むことにより、製鉄時の温度が低下し、製鉄効率が低下したり、不純物の含有量が増大したりするのを好適に防止することができる。
精製ガス加熱部１５は、例えば、電熱器、燃焼炉（燃焼ボイラー）、高温熱媒を用いた熱交換器、エコノマイザー（熱回収器）等を含んで構成することができる。
精製ガス加熱部１５による加熱後の精製ガス（生成ガス）の温度は、５００〜１３００℃であることが好ましく、９００〜１２００℃であることがより好ましい。この場合、上記効果をより高めることができる。
【００５７】
次に、製鉄システム１００の使用方法（作用）について説明する。
［１］まず、ガス切換部８においてガスライン（流路）を切り換えることにより、接続部２と反応器４ａとを連通し、還元ガス供給部３と反応器４ｂとを連通する。
［２］次に、この状態で、高炉２００からガスライン４００、供給ライン５００および接続部２を介して、二酸化炭素を含む排ガスの供給を開始する。
接続部２から供給される排ガスは、通常、５０〜３００℃の高温であるが、流量調整部６に至るまでに、３０〜５０℃にまで冷却される。
【００５８】
［３］次に、排ガスは、流量調整部６を通過する。これにより、分離回収部５を通過して反応器４ａ、４ｂに供給される分離ガスの流量を調整する。
分離ガスの流量は、反応器４ａ、４ｂに供給される１時間当たりの二酸化炭素の量を還元剤４Ｒの充填容量（体積）で除した空間速度として、３００〜２００００ｈｒ−１であることが好ましく、１０００〜８０００ｈｒ−１であることがより好ましい。分離ガスの流量を上限値を超えて多くしても、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率のそれ以上の増大が期待できない。一方、分離ガスの流量が少な過ぎると、還元剤４Ｒの種類等によっては、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が不十分になる場合がある。
［４］次に、排ガスは、分離回収部５を通過する。これにより、二酸化炭素を主成分とする分離ガスが分離され、回収される。
【００５９】
［５］次に、分離ガスは、反応器４ａに供給される。反応器４ａでは、還元剤４Ｒにより分離ガス中の二酸化炭素が一酸化炭素に還元（変換）され、一酸化炭素を主成分とする生成ガスが得られる。このとき、還元剤４Ｒは、酸化される。
反応器４ａ、４ｂに供給する分離ガスの温度は、３００〜７００℃であることが好ましく、４５０〜７００℃であることがより好ましく、６００〜７００℃であることがさらに好ましく、６５０〜７００℃であることが特に好ましい。分離ガスの温度を上記範囲に設定すれば、例えば、二酸化炭素を一酸化炭素へ変換する際の吸熱反応による還元剤４Ｒの急激な温度低下を防止または抑制することができるため、反応器４ａにおける二酸化炭素の還元反応をより円滑に進行させることができる。
【００６０】
［６］上記工程［２］〜［５］と並行して、タンク３０から水（還元ガス原料）を水素発生装置（還元ガス供給部３）に供給し、水から水素を生成する。
［７］次に、還元ガスは、反応器４ｂに供給される。反応器４ｂでは、還元ガス（水素）により酸化状態の還元剤４Ｒが還元（再生）される。
反応器４ａ、４ｂに供給する還元ガスの温度は、３００〜７００℃であることが好ましく、４５０〜７００℃であることがより好ましく、６００〜７００℃であることがさらに好ましく、６５０〜７００℃であることが特に好ましい。還元ガスの温度を上記範囲に設定すれば、例えば、酸化状態の還元剤４Ｒを還元（再生）する際の吸熱反応による還元剤４Ｒの急激な温度低下を防止または抑制することができるため、反応器４ｂにおける還元剤４Ｒの還元反応をより円滑に進行させることができる。
【００６１】
ここで、反応器４ａ、４ｂに供給する際の、分離ガスの温度をＸ［℃］とし、還元ガスの温度をＹ［℃］としたとき、｜Ｘ−Ｙ｜（すなわち、ＸとＹとの差の絶対値）は、０〜２５なる関係を満足することが好ましく、０〜２０なる関係を満足することがより好ましく、０〜１５なる関係を満足することがさらに好ましい。換言すれば、分離ガスの温度Ｘと還元ガスの温度Ｙとは同一であっても、若干異なっていてもよい。上記関係を満足するように、ＸおよびＹを設定すれば、二酸化炭素の一酸化炭素への変換と還元ガスによる還元剤４Ｒの還元とを良好なバランスで進行させることができる。
なお、分離ガスの温度Ｘと還元ガスの温度Ｙとを異ならせる場合、還元ガスによる還元剤４Ｒの還元反応に要する熱量が、還元剤４Ｒによる二酸化炭素の還元反応に要する熱量よりも大きくなる傾向にあるため、還元ガスの温度Ｙを分離ガスの温度Ｘより高く設定することが好ましい。
【００６２】
本実施形態において、ガス切換部８においてガスラインの切り換えタイミング（すなわち、反応器４ａ、４ｂに供給する分離ガスと還元ガスとの切り換えタイミング）は、条件Ｉ：反応器４ａまたは４ｂへ所定の量の分離ガスを供給したとき、または条件II：二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が所定の値を下回ったときとすることが好ましい。これにより、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が大きく低下する前に、反応器４ａ、４ｂの切り換えを行うため、混合ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を増大させ、かつ安定化させることができる。
なお、条件IIの検出には、反応器４ａ、４ｂの入口および出口ポート付近にそれぞれガス濃度センサを配置しておけばよい。このガス濃度センサの検出値に基づいて、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率を計算により求めることができる。
【００６３】
また、混合ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度をより安定化させる観点から、反応器４ａ、４ｂへの分離ガスの供給量と、反応器４ａ、４ｂへの還元ガスの供給量とは、できる限り近くなるように設定することが好ましい。具体的には、反応器４ａ、４ｂへの分離ガスの供給量Ｐ［ｍＬ／分］とし、反応器４ａ、４ｂへの還元ガスの供給量をＱ［ｍＬ／分］としたとき、Ｐ／Ｑは、０．９〜２なる関係を満足することが好ましく、０．９５〜１．５なる関係を満足することがより好ましい。分離ガスの供給量Ｐが多過ぎると、反応器４ａ、４ｂ内の還元剤４Ｒの量によっては、一酸化炭素に変換されることなく、反応器４ａ、４ｂから排出される二酸化炭素の量が増加する傾向がある。
【００６４】
上記条件Ｉにおける所定の量は、還元剤４Ｒに占める質量の割合が最も多い金属元素１モル当たり、二酸化炭素が０．０１〜３モルの量であることが好ましく、０．１〜２．５モルの量であることがより好ましい。
また、上記条件IIにおける所定の値は、５０〜１００％であることが好ましく、６０〜１００％であることがより好ましく、７０〜１００％であることがさらに好ましい。なお、所定値の上限は、９５％以下であってもよく、９０％以下であってもよい。
いずれの場合も、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が極端に低下する前に、反応器４ａ、４ｂの切り換えが可能であり、結果として、一酸化炭素を高濃度で含む混合ガスを安定して得ることができ、よって、一酸化炭素を高濃度で含む精製ガスを製造することもできる。
【００６５】
なお、還元ガス（還元物質）の供給量Ｑは、還元剤４Ｒに占める質量の割合が最も多い金属元素１モル当たり、水素が０．１〜３モルの量であることが好ましく、０．１５〜２．５モルの量であることがより好ましい。還元ガスの供給量Ｑを上限値を超えて多くしても、酸化状態の還元剤４Ｒを還元する効果のそれ以上の増大が期待できない。一方、還元ガスの供給量Ｑが少な過ぎると、還元ガス中に含まれる水素の量によっては、還元剤４Ｒの還元が不十分になる場合がある。
また、反応器４ａ、４ｂに供給する還元ガスの圧力は、大気圧であってもよく、加圧（分離ガスと同程度）であってもよい。
【００６６】
［８］次に、反応器４ａ、４ｂを通過したガスは、合流して混合ガスが生成される。この時点で、混合ガスの温度は、通常、６００〜６５０℃である。この時点での混合ガスの温度が上記範囲であれば、反応器４ａ、４ｂ内の温度が十分に高温に維持されていることを意味し、還元剤４Ｒによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換や、還元ガスによる還元剤４Ｒの還元が効率よく進行していると判断することができる。
［９］次に、混合ガスは、ガス精製部９に至るまでに、１００〜３００℃にまで冷却される。
【００６７】
［１０］次に、混合ガスは、圧力調整部７を通過する。
圧力調整部７は、反応器４ａ、４ｂの上流側に設けられた圧力計ＰＩの検出値（指示値）が上記範囲内となるように、例えば、バルブの開度を調整する等して、反応器４ａ、４ｂに供給される分離ガスの圧力を制御する。
なお、圧力計ＰＩの設置位置は、反応器４ａ、４ｂに供給する分離ガスまたは還元ガスを予め加熱する場合には、分離ガス加熱部または還元ガス加熱部の上流側（一次側）とすることが好ましい。この場合、圧力計ＰＩとして、熱耐性の低い材質で構成される圧力計を採用することができるため、安価である。
［１１］次に、混合ガスは、ガス精製部９を通過する。これにより、例えば、生成された凝縮水および凝縮水に溶解する二酸化炭素等が除去される。その結果、混合ガスから一酸化炭素が精製され、一酸化炭素を高濃度で含む精製ガスが得られる。
なお、得られる精製ガスの温度は、２０〜５０℃である。
［１２］次に、精製ガスは、精製ガス加熱部１５を通過する。これにより、精製ガスが加熱される。このときの精製ガスの温度は、上述したように、好ましくは５００〜１３００℃である。
［１３］次に、精製ガスは、精製ガス排出部４０および返還ライン６００を介して、高炉２００に返還される。
このようにして、製鉄システム１００では、二酸化炭素の排出量を効率的に低減しつつ製鉄が可能となっている。
【００６８】
＜接続部付近の構成＞
図５は、ガス製造装置と排ガス設備との接続部（原料ガス供給部）付近の構成を示す概略図である。
図５に示す構成では、接続部２と流量調整部６との間に、冷却部１３が設けられている。そして、この冷却部１３は、冷却装置１３１と、冷却装置１３１に接続された容器１３２とを備えている。冷却装置１３１は、上述したようなジャケット式の冷却装置、多管式の冷却装置等で構成することができる。
排ガス設備から供給される排ガスは、水蒸気の他、酸化ガス成分（ＳＯｘ、ＨＣｌ等）も含むため、冷却部１３での冷却により、酸化ガス成分とともに、水蒸気を凝縮させ、酸化ガス成分が溶解した凝縮水（酸性水溶液）として除去することが好ましい。これにより、ガスラインＧＬ１を構成する配管の腐食を好適に防止することができる。
【００６９】
本構成例では、冷却装置１３１で排ガスを冷却することにより酸性水溶液が生成され、この酸性水溶液は、容器１３２に貯留され、排ガスと分離される。また、容器１３２内の気液界面には、気体の通過は許容するが、液体の通過を阻止するフィルタを配置するようにしてもよい。
かかる構成の場合、分岐部４５０と冷却装置１３１との離間距離（図５中、Ｌ１）は、特に限定されないが、１０ｍ以下が好ましく、１〜５ｍであることがより好ましい。離間距離Ｌ１を上記範囲に設定すれば、ガスラインＧＬ１の目的としない箇所において、酸性ガスが溶解した凝縮水（酸性水溶液）が生成されるのを阻止して、ガスラインＧＬ１を構成する配管の腐食をより確実に防止することができる。
【００７０】
また、製鉄システム１００が例えば寒冷地等に施設される場合、特に、分岐部４５０とガス製造装置１との離間距離Ｌ２によっては、供給ライン５００の途中で凝縮水が生成され、さらに凍結に至ることがある。これが原因で、供給ライン５００を構成する配管が破損するおそれがある。
したがって、このようなトラブルを防ぐために、供給ライン５００中の排ガスを加熱することが好ましい。加熱温度は、凍結が生じない温度であればよいが、酸露点温度（例えば、１２０℃）以上であることが好ましく、１２０〜１５０℃であることがより好ましい。これにより、供給ライン５００を構成する配管が破損するのを防止しつつ、酸性ガスが溶解した凝縮水の生成による配管の腐食も好適に防止することができる。
なお、供給ライン５００中の排ガスを加熱するには、例えば、供給ライン５００を構成する配管の周囲に電熱線（ヒータ）を巻回して配置すればよい。また、耐腐食目的の場合、ヒーターを用いず、耐腐食性の樹脂材料（例えば、フッ素系樹脂材料）で構成される樹脂ライニング配管等を用いてもよい。
なお、本構成例においては、必要に応じて、容器１３２を省略してもよい。
【００７１】
以上のようなガス製造装置１、製鉄システム１００を使用して、二酸化炭素を主成分とする分離ガスから、一酸化炭素を主成分とする精製ガス（生成ガス）を製造し、製鉄に利用することができる。
＜ガス製造方法＞
本実施形態のガス製造方法は、Ｉ：還元剤４Ｒを内部に配置した複数の反応器４ａ、４ｂを準備し、II：上記排ガス設備のガスライン４００の途中から取り出された排ガスから二酸化炭素を主成分とする分離ガスを分離回収部５で分離して回収し、III：分離ガスを反応器４ａ、４ｂに供給し、分離ガスを還元剤４Ｒに接触させ、二酸化炭素を一酸化炭素に変換することにより、生成ガスを製造するに際し、反応器４ａ、４ｂの下流側での制御により、反応器４ａ、４ｂに供給される分離ガスの圧力を調整しつつ、分離回収部５の上流側での制御により、反応器４ａ、４ｂに供給される分離ガスの流量を調整する。そして、得られた生成ガスをそのまま、または、ガス精製部９で精製された精製ガスを高炉２００に供給する。
【００７２】
なお、図４に示す反応器４ａ、４ｂでは、還元剤４Ｒに分離ガスが接触すると、二酸化炭素の還元反応により一酸化炭素が生成するとともに、二酸化炭素から離脱した酸素原子の少なくとも一部は、還元剤４Ｒに捕捉され、その後、還元剤４Ｒに還元ガスが接触すると、水素（還元物質）に引き渡され、水（還元物質の酸化物）が生成される。すなわち、図４に示す反応器４ａ、４ｂでは、二酸化炭素の還元反応の系（反応場）内で、酸素原子の少なくとも一部が分離可能となっている。
かかる二酸化炭素の還元反応の系内で酸素原子の少なくとも一部を分離可能な反応器には、図６〜図８に示す構成を採用することもできる。
【００７３】
図６は、反応器の第２構成例を模式的に示す断面図であり、図７は、図６の一部を拡大して示す図であり、図８は、反応器の第３構成例を模式的に示す断面図である。
図６および図７に示す第２構成例の反応器４ａ、４ｂは、管体４１がガス成分の一部を透過させ、その他のガス成分と分離可能である以外は、図４に示す第１構成例の反応器４ａ、４ｂと同様である。以下、第２構成例の反応器４ａ、４ｂでは、管体４１を分離筒４１と記載する。
図６に示す各反応器４ａ、４ｂは、還元剤（還元体）４Ｒをそれぞれ充填（収容）した複数の分離筒４１と、複数の分離筒４１を収納したハウジング（反応器本体）４２とを備える多管式の反応装置（固定層式の反応装置）で構成されている。
【００７４】
第２構成例では、分離筒４１が還元剤４Ｒとの接触により生成した水（還元物質の酸化物）と水素（還元物質）との分離、および、分離筒４１が還元剤４Ｒとの接触により生成した一酸化炭素と二酸化炭素との分離のうちの少なくとも一方が可能に構成されている。
特に、分離筒４１は、その壁部を水（水蒸気）または一酸化炭素を透過させ、水素または二酸化炭素と分離するように構成されることが好ましい。本明細書中では、還元剤４Ｒとの接触による反応により生成した水および一酸化炭素を、「還元剤４Ｒに接触した後の物質」と、還元剤４Ｒとの接触（反応）する前の水素および二酸化炭素を、「還元剤４Ｒに接触する前の物質」と記載する場合がある。
かかる構成によれば、分離筒４１の内腔部（反応場）から反応生成物（還元剤４Ｒに接触した後の物質）を除去すること、すなわち、還元剤４Ｒに接触する前後の物質を分離することができるため、還元剤４Ｒの活性を維持することができる。このため、上記式１および式２における反応を長時間継続すること、すなわち、二酸化炭素から一酸化炭素への変換効率、および、酸化状態の還元剤４Ｒの還元（再生）効率を向上させることができる。その結果、二酸化炭素を含む原料ガスから、一酸化炭素を含む生成ガスを効率よく製造することができる。
【００７５】
この場合、分離筒４１を透過した水および一酸化炭素は、反応器４ａ、４ｂから分岐ガスラインＧＬ４ａ、ＧＬ４ｂに排出される。一方、分離筒４１内を通過した未反応の水素および未反応の二酸化炭素は、ハウジング４２（空間４３）に接続されたガスラインＧＬ９ａ、ＧＬ９ｂに排出される。
これらのガスラインＧＬ９ａ、ＧＬ９ｂは、それぞれガスラインＧＬ１およびガスラインＧＬ２の途中に接続されてもよい。これにより、未反応の水素および未反応の二酸化炭素を再利用することができる。
分岐ガスラインＧＬ４ａ、ＧＬ４ｂに排出されるガスには、水または一酸化炭素以外の他のガス成分が含まれていてもよいし、ガスラインＧＬ９ａ、ＧＬ９ｂに排出されるガスにも、水素または二酸化炭素以外の他のガス成分が含まれていてもよい。
【００７６】
なお、一酸化炭素と二酸化炭素との分離、および、水と水素との分離は、それぞれ、凝縮（液化）する温度の違いを利用して、各反応器４ａ、４ｂから排出されるガスを冷却することによっても可能である。しかしながら、この場合、反応器４ａ、４ｂの下流側で、分離後のガス成分を高温状態で使用する際（例えば、高炉２００に返還する際等）には、再度、加熱する必要があり、冷却および再度の加熱に要するエネルギーに無駄が生じる。これに対して、第２構成例では、分離後のガス成分の温度の低下が生じ難いため、精製ガスの製造全体における熱エネルギーの削減に寄与すること、すなわち、エネルギー効率を高めることができる。
【００７７】
上述したように、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率の低下を防止する観点からは、還元剤４Ｒを加熱することが好ましい。したがって、分離筒４１は、耐熱性を備えることが好ましい。これにより、分離筒４１の変質および劣化を防止しつつ、還元剤４Ｒを十分に加熱することができる。
かかる分離筒４１は、金属、無機酸化物または金属有機構造体（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｍｅｗｏｒｋｓ：ＭＯＦ）で構成されていることが好ましい。この場合、分離筒４１に優れた耐熱性を付与し易い。ここで、金属としては、例えば、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、クロム、コバルトまたはこれらを含む合金等が挙げられる。無機酸化物としては、例えば、シリカ、ゼオライト等が挙げられる。また、金属有機構造体としては、例えば、硝酸亜鉛水和物とテレフタル酸ジアニオンとの構造体、硝酸銅水和物とトリメシン酸トリアニオンとの構造体等が挙げられる。金属を用いる場合、分離筒４１は、好ましくは、空孔率が８０％以上の多孔質材料で構成される。
【００７８】
分離筒４１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。かかる構成の分離筒４１であれば、水または一酸化炭素の透過率を高めて、水と水素との分離および／または一酸化炭素と二酸化炭素との分離をより円滑かつ確実に行うことができる。
分離筒４１の空孔率は、特に限定されないが、１０〜９０％であることが好ましく、２０〜６０％であることがより好ましい。これにより、分離筒４１の機械的強度が極端に低下するのを防止しつつ、水または一酸化炭素の透過率を十分に高く維持することができる。
なお、分離筒４１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。
【００７９】
二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率の低下をより確実に防止または抑制する観点からは、酸化状態の還元剤４Ｒの還元（再生）効率を高めることが有効である。
すなわち、図７に示すように、供給された水素（Ｈ２）を、分離筒４１内で還元剤４Ｒと接触させることにより生成した水（Ｈ２Ｏ）を、分離筒４１を介してハウジング４２内の空間４３に移動させるように構成するのが好ましい。
この場合、分離筒４１の平均空孔径は、６００ｐｍ以下であるのが好ましく、４００〜５００ｐｍであるのがより好ましい。これにより、水と水素との分離効率をより向上させることができる。
なお、ハウジング４２内の空間４３は、減圧してもよいし、キャリアガス（スウィープガス）を通過させるようにしてもよい。キャリアガスとしては、例えば、ヘリウム、アルゴンのような不活性ガス等が挙げられる。
【００８０】
また、分離筒４１は、親水性を備えることが好ましい。分離筒４１が親水性を有すれば、水の分離筒４１に対する親和性が高まり、水が分離筒４１をより円滑に透過し易くなる。
分離筒４１に親水性を付与する方法としては、無機酸化物中の金属元素の比率を変更（例えば、Ａｌ／Ｓｉ比を高める等）して分離筒４１の極性を向上させる方法、分離筒４１を親水性ポリマーで被覆する方法、分離筒４１を親水性基（極性基）を有するカップリング剤で処理する方法、分離筒４１に対してプラズマ処理、コロナ放電処理等を行う方法等が挙げられる。
さらに、分離筒４１の表面電位を調整することにより、水に対する親和性を制御するようにしてもよい。
【００８１】
一方、分離筒４１において、一酸化炭素と二酸化炭素との分離を優先させて行う場合、水と水素との分離および一酸化炭素と二酸化炭素との分離の双方を同時に行う場合には、分離筒４１の構成材料、空孔率、平均空孔径、親水性または疎水性の程度、表面電位等を適宜組み合わせて設定するようにすればよい。
図３、図４、図６および図７に示す反応器４ａ、４ｂは、逆水性ガスシフト反応を、二酸化炭素の一酸化炭素への変換反応と、水素（還元物質）による還元反応との２つに分割し、これらの反応を還元剤４Ｒに橋渡しさせる方法（いわゆるケミカルルーピング法）を利用する構成であった。
本発明における反応器は、二酸化炭素を電気分解により一酸化炭素に変換する構成を採用することもできる。以下、かかる構成（第３構成例）について説明する。
【００８２】
図８に示す第３構成例の反応器４ｃは、二酸化炭素の還元反応を電気化学的に行う反応装置であり、反応セル、電解槽または電気化学セルとも呼ばれる。
反応器４ｃは、ハウジング４２と、ハウジング４２内に設けられたカソード４５、アノード４６および固体電解質層４７と、カソード４５およびアノード４６に電気的に接続された電源４８とを有している。
かかる構成において、ハウジング４２内の空間は、カソード（還元体）４５、アノード４６および固体電解質層４７の積層体によって、左右に区画されている。
ハウジング４２は、カソード側入口ポート４２１ａと、カソード側出口ポート４２１ｂと、アノード側入口ポート４２２ａと、アノード側出口ポート４２２ｂとを備えている。カソード側入口ポート４２１ａおよびカソード側出口ポート４２１ｂは、ハウジング４２内の左側空間のカソード室に連通し、アノード側入口ポート４２２ａおよびアノード側出口ポート４２２ｂは、ハウジング４２内の右側空間のアノード室に連通している。
【００８３】
カソード４５およびアノード４６は、それぞれ、導電性を有する担体と、この担体に担持された触媒とで構成されている。
担体は、例えば、炭素繊維織物（カーボンクロス、カーボンフェルト等）、カーボンペーパーのような炭素材料で構成することができる。
また、触媒としては、例えば、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウムのような白金族金属、金のような遷移金属、これらの金属の合金、これらの金属と他の金属との合金等が挙げられる。
固体電解質層４７は、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系ポリマー膜（ナフィオン（登録商標）等）、スルホ系イオン交換樹脂膜等で構成することができる。
電源４８には、再生可能エネルギーとしての電力を発生する電源を使用することが好ましい。これにより、生成ガスの製造におけるエネルギー効率をより向上させることができる。
【００８４】
かかる反応器４ｃでは、カソード側入口ポート４２１ａから分離ガス（二酸化炭素および水蒸気）が供給されると、電源４８から供給される電子と触媒の作用とにより、二酸化炭素および水の還元反応により一酸化炭素および水素が生成されるとともに、酸素イオンが生成される。一酸化炭素および水素は、カソード側出口ポート４２１ｂからガスライン（ガスラインＧＬ４）に排出され、酸素イオンは、アノード４６に向かって固体電解質層４７内を拡散する。アノード４６に到達した酸素イオンは、電子を奪い取られることにより、酸素に変換され、アノード側出口ポート４２２ｂから排出される。
このように、カソード４５において二酸化炭素から離脱した酸素原子の少なくとも一部は、酸素イオンとして還元反応の系（反応場）内で分離され、アノード４６において酸素に変換される。
【００８５】
また、本発明における反応器は、還元反応により二酸化炭素から離脱した酸素原子の少なくとも一部が還元反応の系内で分離されない構成の反応装置であってもよい。
かかる反応器としては、二酸化炭素と水素とを同時に還元剤４Ｒに接触させて、二酸化炭素の一酸化炭素への変換と、水素（還元物質）の水（還元物質の酸化物）への変換とを行う逆水性ガスシフト反応を利用する装置が挙げられる。
この反応器では、二酸化炭素から離脱した酸素原子の少なくとも一部は、還元反応の系（反応場）内から分離されることなく、水素と反応して水を生成する。
ただし、上述したような、二酸化炭素から離脱した酸素原子の少なくとも一部を、還元反応の系（反応場）内で分離可能な反応器を使用すれば、反応生成物である一酸化炭素と水とが系内に共存し難くなるため、化学平衡の制約による二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率の低下を防止または抑制することができる。
【００８６】
また、上述した製鉄システム１００（ガス製造装置１）において、反応器４ａ、４ｂを通過したガスは、反応器４ａ、４ｂを通過した直後に合流する構成であったが、合流する前に各種処理が施されてもよい。すなわち、分岐ガスラインＧＬ４ａ、ＧＬ４ｂの途中には、任意の目的で、少なくとも１種の処理器を設けることができる。
また、ガス合流部Ｊ４を省略して、分岐ガスラインＧＬ４ａ、ＧＬ４ｂを独立したガスラインとしてもよい。この場合、各反応器４ａ、４ｂを通過した後のガス（水または一酸化炭素）は、互いに独立した分岐ガスラインＧＬ４ａ、ＧＬ４ｂを移送される。例えば、水（水蒸気）を含むガスは、廃棄処理またはタンク３０への変換処理に供し、一酸化炭素を含むガスは、必要に応じて精製処理に供した後、後段の処理に供される。かかる構成によれば、各反応器４ａ、４ｂを通過した後のガスを互いに独立して処理することができる。
【００８７】
本発明の化学品製造システムは、上記ガス製造装置１と、ガス製造装置１（反応部４）の下流側に接続された第２反応設備とを有し、精製ガス（生成ガス）を第２反応設備に供給し、精製ガス中に含まれる一酸化炭素を利用して化学品を製造する。
第２反応設備としては、例えば、微生物（例えば、クロストリジウム等）による発酵により化学品（例えば、エタノール等）を合成する反応槽、一酸化炭素を合成原料とする化学品（ホスゲン、酢酸等）を製造する反応槽等が挙げられる。
なお、この場合、比較的低い濃度（７５〜９０体積％）で一酸化炭素を含む生成ガス、または、比較的低温の精製ガス（生成ガス）を利用可能である。このため、必要に応じて、ガス精製部９および精製ガス加熱部１５のうちの少なくとも一方を省略することができる。
【００８８】
以上、本発明のガス製造装置、ガス製造システム、製鉄システム、化学品製造システムおよびガス製造方法について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明のガス製造装置、ガス製造システム、製鉄システムおよび化学品製造システムは、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、本発明のガス製造方法は、上記実施形態に対して、任意の目的の工程が追加されていてもよい。
【００８９】
また、反応器４ａ、４ｂは、固定層式の反応器に代えて、移動層式の反応器で構成するようにしてもよい。この場合、２つの反応器４ａ、４ｂを上部および下部で互いに接続し、反応器４ａ、４ｂ同士の間で還元剤４Ｒを移動可能（循環可能）に構成することができる。
この場合、ガスラインＧＬ１を分岐させることなく、反応器４ａ、４ｂの一方の入口ポートに接続し、ガスラインＧＬ２も分岐させることなく、反応器４ａ、４ｂの他方の入口ポートに接続すればよい。
また、この場合、反応器４ａ、４ｂの一方が向流立型の反応器で構成され、他方が並流立型の反応器で構成される。なお、反応器４ａ、４ｂの双方を、十字流式の反応器で構成するようにしてもよい。
【００９０】
また、上記実施形態では、還元ガスとして水素を含むガスを代表に説明したが、還元ガスには、還元物質として、水素に代えてまたは水素とともに、炭化水素（例えば、メタン、エタン、アセチレン等）およびアンモニアから選択される少なくとも１種を含むガスを使用することもできる。
また、上記実施形態では、反応器４ａ、４ｂを備える構成において、圧力調整部７は、ガス合流部Ｊ４より下流側に設けられる場合について説明したが、各反応器４ａ、４ｂに対応して設けるようにしてもよい。
また、排ガス設備から取り出す排ガスは、ガスライン４００の途中であればよく、処理器４１０の上流側であってもよい。
【符号の説明】
【００９１】
１００…製鉄システム（ガス製造システム）
２００…高炉
３００…煙突
４００…ガスライン
４１０…処理器、４５０…分岐部
５００…供給ライン
６００…返還ライン
１…ガス製造装置
２…接続部
３…還元ガス供給部
４…反応部
４ａ、４ｂ…反応器
４１…管体または分離筒、４２…ハウジング、４３…空間、４４…隔壁部、
４Ｒ…還元剤
４ｃ…反応器
４２１ａ…カソード側入口ポート、４２１ｂ…カソード側出口ポート、
４２２ａ…アノード側入口ポート、４２２ｂ…アノード側出口ポート、
４５…カソード、４６…アノード、４７…固体電解質層、４８…電源
５…分離回収部
６…流量調整部
７…圧力調整部
ＰＩ…圧力計
８…ガス切換部
９…ガス精製部
１５…精製ガス加熱部
３０…タンク
４０…精製ガス排出部
ＧＬ１…ガスライン
ＧＬ２…ガスライン
ＧＬ３ａ、ＧＬ３ｂ…ガスライン
ＧＬ４…ガスライン
ＧＬ４ａ、ＧＬ４ｂ…分岐ガスライン、Ｊ４…ガス合流部
Ｌ１…離間距離
Ｌ２…離間距離
【要約】
【課題】二酸化炭素を主成分とする分離ガスから、一酸化炭素を主成分とする生成ガスを安定して製造可能なガス製造装置を提供する。
【解決手段】ガス製造装置１は、排ガス設備のラインの途中から取り出された排ガスから二酸化炭素を主成分とする分離ガスを分離して回収する分離回収部５と、分離回収部５の下流側に接続され、分離ガスとの接触によって生じる二酸化炭素の還元反応により一酸化炭素を生成させる還元剤を収納するとともに、二酸化炭素から離脱した酸素原子の少なくとも一部を還元反応の系内で分離可能な少なくとも１つの反応器を備える反応部４と、反応部４の下流側に接続され、反応器に供給される分離ガスの圧力を調整する圧力調整部７と、分離回収部５の上流側に接続され、反応器に供給される分離ガスの流量を調整する流量調整部６とを有する。
【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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