特開 2024-27957 一酸化炭素製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024027957

(43)【公開日】2024-03-01

(54)【発明の名称】一酸化炭素製造装置

(51)【国際特許分類】

   C25B 1/23 20210101AFI20240222BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20240222BHJP

   C25B 15/08 20060101ALI20240222BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20240222BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20240222BHJP

   H01M 8/10 20160101ALI20240222BHJP

   B01D 53/047 20060101ALI20240222BHJP

【ＦＩ】

C25B1/23

C25B9/00 A

C25B15/08

H01M8/00 Z

H01M8/04 Z

H01M8/10 101

B01D53/047

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022131188

(22)【出願日】2022-08-19

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小川 斗

(72)【発明者】

【氏名】村松 武彦

(72)【発明者】

【氏名】北村 英夫

(72)【発明者】

【氏名】大田 裕之

(72)【発明者】

【氏名】水口 浩司

【テーマコード（参考）】

4D012

4K021

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

4D012CA07

4D012CA20

4D012CD07

4D012CH08

4K021AA01

4K021AB25

4K021BA02

5H126BB04

5H126BB05

5H126BB06

5H127AA03

5H127AA04

5H127AA06

5H127AA07

5H127AB21

5H127BA07

5H127BB04

(57)【要約】

【課題】ＣＯ_２の有効活用を促進し、ＣＯ_２の大気中への放出を低減することを可能にしたＣＯ製造装置を提供する。
【解決手段】実施形態のＣＯ製造装置１は、ＣＯ_２を還元して一酸化炭素を生成する第１カソード部７と第１アノード部８とを備える電解部３と、第１カソード部７から供給されるＣＯ含有ガスからＣＯを精製するＣＯ精製部４と、ＣＯ精製部４から排出されるＣＯ抽出残ガスからＨ_２を精製するＨ_２精製部５と、第１アノード部８から排出されるＯ_２－ＣＯ_２含有ガスが供給される第２カソード部１０とＨ_２が供給される第２アノード部１１とを備える燃料電池部６とを具備する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する第１カソード部と、被酸化物を酸化して酸化物を生成する第１アノード部とを備える電解部と、
前記電解部の前記第１カソード部から供給される一酸化炭素含有ガスから一酸化炭素を精製する一酸化炭素精製部と、
前記一酸化炭素精製部から排出される一酸化炭素抽出残ガスから水素を精製する水素精製部と、
前記電解部の前記第１アノード部から排出される酸素－二酸化炭素含有ガスが供給される第２カソード部と、水素を含むガスが供給される第２アノード部とを備える燃料電池部と
を具備する一酸化炭素製造装置。

【請求項2】

前記燃料電池部は、前記第２アノード部から二酸化炭素を含む残ガスを排出し、かつ前記残ガスを前記二酸化炭素電解部の前記第１カソード部に供給するように構成されている、請求項１に記載の一酸化炭素製造装置。

【請求項3】

前記水素精製部は、二酸化炭素を含む水素抽出残ガスを排出し、かつ前記水素抽出残ガスを前記二酸化炭素電解部の前記第１カソード部に供給するように構成されている、請求項１に記載の一酸化炭素製造装置。

【請求項4】

前記燃料電池部は、リン酸形燃料電池、固体高分子形燃料電池、又は固体酸化物形燃料電池を具備する、請求項１に記載の一酸化炭素製造装置。

【請求項5】

前記燃料電池部は、溶融炭酸塩型燃料電池を具備する、請求項１に記載の一酸化炭素製造装置。

【請求項6】

さらに、前記燃料電池部の前記第２カソード部から排出される酸素及び二酸化炭素を含む残ガスから二酸化炭素を回収し、前記回収された二酸化炭素を前記二酸化炭素電解部の前記第１カソード部に供給するように構成された二酸化炭素回収部を具備する、請求項１に記載の一酸化炭素製造装置。

【請求項7】

前記水素精製部は、二酸化炭素を含む水素抽出残ガスを排出し、かつ前記水素抽出残ガスを前記二酸化炭素回収部に供給するように構成されている、請求項６に記載の一酸化炭素製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、一酸化炭素製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

天然ガス、石炭、石油等の化石燃料を燃焼させることで発生する二酸化炭素（ＣＯ_２）は、温室効果による地球温暖化の主因と考えられており、化石燃料の使用削減が求められている。ＣＯ_２の大規模発生源としては、火力発電所や製鉄所等が挙げられる。これらのＣＯ_２発生源から排出される排ガスからＣＯ_２を除去し、大気中への放出を抑制すれば、効率的に温暖化の原因を取り除くことが可能となる。さらに、排ガスから除去したＣＯ_２を何等かの手段で還元して炭素化合物を生成すれば、化石資源に由来する燃料や化学品と同様の炭素化合物に再生することができる。

【0003】

ＣＯ_２を還元して一酸化炭素（ＣＯ）のような炭素化合物を生成するＣＯ_２電解装置（ＣＯ製造装置）は、ＣＯ_２のＣＯ等の炭素化合物への変換に好適である。ＣＯ_２電解装置においては、カソード部から排出されるＣＯ含有ガスからＣＯを精製するＣＯ精製装置が用いられている。従来のＣＯ精製装置から発生するＣＯ精製後のパージガスの一部はＣＯ_２電解装置に供給され、残部は空気燃焼させて無害化して大気中に放出される。ＣＯ_２電解装置から発生する酸素をパージするために供給されるＣＯ_２、及び燃焼装置から放出されるＣＯ_２は、ＣＯ製造装置に供給されたＣＯ_２のうちで、有効活用されずに大気中に放出されてしまう。このため、供給されたＣＯ_２を有効活用し、ＣＯ_２の大気中への放出を低減した一酸化炭素製造装置が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１４／１５４２５３号

【特許文献2】特開２０２１－０５５１２４号公報

【特許文献3】特開２０１９－２１８５７８号公報

【特許文献4】特開２０１６－１２４７５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、ＣＯ_２の有効活用を促進し、ＣＯ_２の大気中への放出を低減することを可能にした一酸化炭素製造装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態の一酸化炭素製造装置は、二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する第１カソード部と、被酸化物を酸化して酸化物を生成する第１アノード部とを備える電解部と、前記電解部の前記第１カソード部から供給される一酸化炭素含有ガスから一酸化炭素を精製する一酸化炭素精製部と、前記一酸化炭素精製部から排出される一酸化炭素抽出残ガスから水素を精製する水素精製部と、前記電解部の前記第１アノード部から排出される酸素－二酸化炭素含有ガスが供給される第２カソード部と、水素を含むガス（改質ガス）が供給される第２アノード部とを備える燃料電池部とを具備する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態の一酸化炭素製造装置を示す図である。

【図2】図１に示す一酸化炭素製造装置の第１の変形例を示す図である。

【図3】図１に示す一酸化炭素製造装置の第２の変形例を示す図である。

【図4】第２の実施形態の一酸化炭素製造装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施形態の一酸化炭素製造装置について、図面を参照して説明する。以下に示す各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、その説明を一部省略する場合がある。図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各部の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。なお、以下の説明における“～”の記号は、それぞれの数値の上限値と下限値の間の範囲を示すものである。その場合、各数値範囲は上限値及び下限値を含むものである。

【0009】

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態の一酸化炭素製造装置を示す図である。図１に示す一酸化炭素（ＣＯ）製造装置１は、二酸化炭素（ＣＯ_２）含有ガスからＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収部２と、ＣＯ_２を電解及び還元して一酸化炭素（ＣＯ）を製造するＣＯ_２電解部３と、ＣＯ_２電解部３から供給される一酸化炭素（ＣＯ）含有ガスからＣＯを精製するＣＯ精製部４と、ＣＯ精製部４から排出される一酸化炭素（ＣＯ）抽出残ガスから水素（Ｈ_２）を精製するＨ_２精製部５と、ＣＯ_２電解部３から排出される酸素（Ｏ_２）－二酸化炭素（ＣＯ_２）含有ガスが供給される燃料電池部６とを具備している。

【0010】

ＣＯ_２回収部２は、火力発電所、廃棄物焼却場、製鉄所等から排出されるＣＯ_２を含む排出ガス（ＣＯ_２含有ガス）Ｇ１からＣＯ_２を分離回収し、ＣＯ_２濃度を高めたＣＯ_２ガスＧ２をＣＯ_２電解部３に供給するように構成されている。ＣＯ_２の分離回収には、例えばアミン水溶液のような化学吸収液を用いる化学吸収法、アミン化合物のような固体吸収剤を用いた固体吸収法、ＣＯ_２分離膜を用いた膜分離法、ゼオライト等の無機物を吸着材として用いる物理吸着法等が適用される。例えば、アミン水溶液を用いた化学吸収法及び装置では、アミン水溶液が噴霧される吸収塔に排出ガスＧ１を供給し、ＣＯ_２を吸収したアミン水溶液を再生塔で加熱してアミン水溶液から放散されたＣＯ_２を回収する。ＣＯ_２回収部２に適用するＣＯ_２の回収方法及び装置は、特に限定されるものではなく、排出ガスＧ１からＣＯ_２を回収することが可能な各種の方法及び装置を適用することができる。

【0011】

ＣＯ_２電解部３は電解セルを有するＣＯ_２電解装置であり、第１カソード部（還元部）７と第１アノード部（酸化部）８とを備える。第１カソード部７は還元電極（カソード）を、第１アノード部８は酸化電極（アノード）を備えており、少なくとも第１アノード部８には電解液が流通又は満たされている。第１カソード部７においては、ＣＯ_２ガスを流通させるようにしてもよいし、ＣＯ_２を含む電解液を流通又は満たすようにしてもよい。第１カソード部７又は第１アノード部８において、例えば電解液には水（Ｈ_２Ｏ）を用いた溶液、例えば任意の電解質を含む水溶液を用いることができる。電解質を含む水溶液としては、例えばリン酸イオン（ＰＯ_４ ^２－）、ホウ酸イオン（ＢＯ_３ ^３－）、ナトリウムイオン（Ｎａ^＋）、カリウムイオン（Ｋ^＋）、カルシウムイオン（Ｃａ^２＋）、リチウムイオン（Ｌｉ^＋）、セシウムイオン（Ｃｓ^＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ^２＋）、塩化物イオン（Ｃｌ^－）、炭酸水素イオン（ＨＣＯ_３ ^－）、炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２－）、水酸化物イオン（ＯＨ^－）等を含む水溶液が挙げられる。電解液の具体例としては、ＫＯＨ、ＫＨＣＯ_３、Ｋ_２ＣＯ_３等が溶解されたアルカリ水溶液が挙げられる。

【0012】

第１カソード部７には、ＣＯ_２回収部２で回収されたＣＯ_２ガスＧ２が供給される。後に詳述するように、第１カソード部７にはＣＯ_２ガスＧ２に加えて、Ｈ_２精製部５から排出されるＨ_２抽出残ガスとしてのＣＯ_２ガス、及び後述する燃料電池部６の第２アノード部から排出されるＣＯ_２ガスが供給される。第１カソード部７は、図示しない還元電極に面するガス流路を有し、そのようなガス流路にＣＯ_２ガスが供給される。第１アノード部８は、例えば図示しない酸化電極に面する液体流路を有し、そのような液体流路に電解液が供給される。還元電極及び酸化電極には図示しない電源が接続される。第１カソード部７と第１アノード部８とは、水素イオン（Ｈ^＋）、水酸化物イオン（ＯＨ^－）、炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２－）、炭酸水素イオン（ＨＣＯ_３ ^－）等のイオンを移動させることが可能な隔膜９、例えばイオン交換膜により分離されている。ＣＯ_２電解部３（電解セルを有するＣＯ_２電解装置）は単一の電解セルやそれらを面方向に接続した構造を有していてもよいし、複数の電解セルが積層されて一体化されたスタック構造を有していてもよい。

【0013】

ＣＯ_２電解部３の第１カソード部７及び第１アノード部８では、以下に示すような反応が生じる。第１カソード部７においては、下記の（１）式に示すように、ＣＯ_２の電解反応及び還元反応が生じる。第１カソード部７では、ＣＯ_２の還元反応によりＣＯと炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２－）が生成される。
２ＣＯ_２＋２ｅ^－ → ＣＯ＋ＣＯ_３ ^２－ …（１）
第１カソード部７で生成された炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２－）は、隔膜９を介して第１アノード部８に移動する。第１アノード部８においては、下記の（２）式に示すように、第１カソード部７で生成され、隔膜９を介して移動した炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２－）の酸化反応が生じてＣＯ_２とＯ_２とが生成される。
ＣＯ_３ ^２－ → ＣＯ_２＋０．５Ｏ_２＋２ｅ^－ …（２）

【0014】

さらに、第１カソード部７においては、電解液中のＨ_２Ｏの電解反応が生じ、下記の（３）式に示すように、水素（Ｈ_２）と水酸化物イオン（ＯＨ^－）とが生成される。
２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－ → Ｈ_２＋２ＯＨ^－ …（３）
第１カソード部７で生成された水酸化物イオン（ＯＨ^－）は、隔膜９を介して第１アノード部８に移動する。そして、下記の（４）式に示すように、第１アノード部８で水（Ｈ_２Ｏ）と酸素（Ｏ_２）が生成される。
２ＯＨ^－ → ０．５Ｏ_２＋Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－ …（４）

【0015】

また、第１アノード部８においては、下記の（５）式に示すように、電解液中の水（Ｈ_２Ｏ）が電気分解され、酸素（Ｏ_２）と水素イオン（Ｈ^＋）とが生成される。
２Ｈ_２Ｏ → ４Ｈ^＋＋Ｏ_２＋４ｅ^－ …（５）
生成された水素イオン（Ｈ^＋）は、隔膜９を介して第１カソード部７に移動する。第１カソード部７に水素イオン（Ｈ^＋）が到達し、外部回路を通って電子（ｅ^－）が到達した第１カソード部７においては、下記の（６）式に示す反応により水素が発生する。
４Ｈ^＋＋４ｅ^－ → ２Ｈ_２ …（６）

【0016】

第１カソード部７においては、（１）式に示すＣＯ_２の還元反応によりＣＯが生成されると共に、（３）式に示すＨ_２Ｏの電解反応及び（６）式に示す反応によりＨ_２が生成される。第１カソード部７で生成されたＣＯ及びＨ_２は、未反応のＣＯ_２と共に第１カソード部７から排出される。第１カソード部７から排出される、ＣＯとＨ_２とＣＯ_２を含む混合ガスＧ３は、ＣＯ精製部４に供給される。ＣＯ精製部４においては、ＣＯとＨ_２とＣＯ_２を含む混合ガスＧ３からＣＯが精製される。ＣＯの分離及び精製には、例えば吸着材の圧力変動によるＣＯの吸着と脱着を利用し、加圧下でＣＯを吸着させると共に、減圧下でＣＯを脱着させてＣＯを分離及び回収するＣＯ－圧力スイング吸着法（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ法：ＰＳＡ法）を適用することができる。ただし、これに限定されるものではない。

【0017】

ＣＯ精製部４で分離及び回収されたＣＯガスＧ４は、図１では図示していないが、例えばフィッシャー・トロプシュ合成反応を利用した炭素含有の液体燃料合成装置等に燃料成分として供給される。ＣＯ精製部４から排出される、ＣＯが分離及び回収された残余のガス、すなわちＣＯ抽出残ガスＧ５は、Ｈ_２やＣＯ_２を含んでいる。このようなＣＯ抽出残ガスＧ５は、水素（Ｈ_２）精製部５に供給される。Ｈ_２精製部５においては、Ｈ_２とＣＯ_２を含む混合ガスＧ５からＨ_２が分離及び精製される。Ｈ_２の分離及び精製には、例えば吸着材の圧力変動によるＨ_２以外の成分の吸着と脱着を利用し、加圧下でＨ_２以外の成分を吸着させると共に、減圧下でＨ_２以外の成分を脱着させてＨ_２を分離及び回収するＨ_２－ＰＳＡ法を適用したＨ_２分離精製装置や、Ｈ_２を選択的に透過するＨ_２分離膜を適用したＨ_２分離精製装置を適用することができる。ただし、これらに限定されるものではない。

【0018】

Ｈ_２精製部５で分離及び回収されたＨ_２ガスＧ６は、図１では図示していないが、燃料電池自動車等の各種装置の燃料や、液体燃料合成装置等における燃料成分として使用される。例えば、上記したフィッシャー・トロプシュ合成反応を利用した炭素含有の液体燃料合成装置においては、ＣＯと共にＨ_２が使用されるため、そのような液体燃料合成装置にＨ_２ガスＧ６を燃料成分の一部として供給してもよい。さらに、後述する燃料電池部６の第２アノードに供給してもよい。Ｈ_２精製部５で分離及び回収されたＨ_２ガスＧ６は、タンク等に一旦貯蔵してもよい。Ｈ_２精製部５から排出される、Ｈ_２が分離及び回収された残余のガス、すなわちＨ_２抽出残ガスＧ７は、ＣＯ_２を含んでいる。混合ガスＧ３からＣＯ及びＨ_２を分離及び回収しているため、ＣＯ_２の純度が高まっている。従って、ＣＯ_２を含むＨ_２抽出残ガスＧ７は、ＣＯ_２電解部３の第１カソード部７に供給してもよい。これによって、ＣＯ_２の利用効率を高めることが可能になる。Ｈ_２抽出残ガスＧ７としてのＣＯ_２は、ＣＯ製造装置１とは別の装置で使用してもよいし、別途貯蔵してもよい。

【0019】

上述したように、第１カソード部７から排出される、ＣＯとＨ_２とＣＯ_２を含む混合ガスＧ３を、ＣＯ精製部４及びＨ_２精製部５に順に供給し、ＣＯの分離及び回収とＨ_２の分離及び回収を行うことによって、ＣＯ及びＨ_２の有効利用を促進することができるだけでなく、混合ガスＧ３からＣＯ及びＨ_２を分離及び回収した残ガスＧ７としてのＣＯ_２ガスを有効活用することが可能になる。具体的に、実施形態のＣＯ製造装置１では、ＣＯ_２を含むＨ_２抽出残ガスＧ７を、ＣＯ_２電解部３の第１カソード部７に供給しているため、ＣＯ_２ガス（Ｇ７）を大気中へ放出することなく有効に利用することが可能になる。

【0020】

ＣＯ_２電解部３の第１アノード部８では、上記した（２）式及び（４）式に示すように、炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２－）及び水酸化物イオン（ＯＨ^－）の酸化により、酸素（Ｏ_２）と二酸化炭素（ＣＯ_２）が生成される。第１アノード部８で生成されたＯ_２及びＣＯ_２を含むガス（Ｏ_２－ＣＯ_２含有ガス）Ｇ８は、第１アノード部８から排出される。Ｏ_２－ＣＯ_２含有ガスＧ８からＣＯ_２を分離する方法としては、天然ガスや火力発電所の排ガスからＣＯ_２を分離する際に用いられる化学吸収法が挙げられる。しかし、Ｏ_２－ＣＯ_２含有ガスＧ８のＯ_２濃度は３０～６０体積％と高いため、化学吸収法で用いるＣＯ_２吸収液の劣化が急速に進み、経済性を大幅に低下させる。同様に、有機物のＣＯ_２分離膜を使用する場合においても、膜の劣化が懸念される。一方、ゼオライト等の無機物を吸着材として用いる圧力スイング法では、吸着材の劣化のおそれは低いものの、Ｏ_２を除去してＣＯ_２の純度を上げるためには、数段の工程が必要となるため、設備が過大となる。

【0021】

そこで、第１の実施形態の二酸化炭素処理装置１においては、ＣＯ_２電解部３の第１アノード部８から排出されるＯ_２－ＣＯ_２含有ガスＧ８が、燃料電池部６の第２カソード１０に供給される。燃料電池部６は、燃料電池セルを有する燃料電池装置であり、酸素極を有する第２カソード部１０と水素極（燃料極）を有する第２アノード部１１と、空気極と燃料極との間に配置された固体酸化物電解質層や固体高分子電解質膜のような電解質層１２とを有している。酸素極及び水素極は、それぞれ多孔質な電気伝導体により形成されている。電解質層１２は、緻密質な気体を通さないイオン伝導体により形成されている。燃料電池部６は、空気極と燃料極と電解質層とを積層したセルを有し、そのような単一のセルで構成されていてもよいし、複数のセルが積層されて一体化されたスタック構造を有していてもよい。燃料電池部６の具体的な構成は特に限定されるものではない。第１の実施形態の燃料電池部６には、例えばリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）等が適用される。

【0022】

燃料電池部６において、第２カソード部１０での反応は、下記の（７）式に示す通りである。第２アノード部１１での反応は、下記の（８）式に示す通りである。
Ｏ_２＋４ｅ^－ → ２Ｏ^２－ …（７）
２Ｈ_２＋２Ｏ^２－ → ２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ^－ …（８）
（７）式に示すように、第２カソード部１０に供給された酸素は、酸素イオン（Ｏ^２－）に変換される。第２アノード部１１においては、第２カソード部１０で生成された酸素イオン（Ｏ^２－）と水素（Ｈ_２）とが反応してＨ_２Ｏが生成される。このように、燃料電池部６ではＯ_２が消費される。そこで、ＣＯ_２電解部３の第１アノード部８から排出されるＯ_２－ＣＯ_２含有ガスＧ８を第２カソード部１０に送り、Ｏ_２－ＣＯ_２含有ガスＧ８中のＯ_２を第２カソード部１０で使用する。第２アノード部１１には、図示しない水素供給部からＨ_２、もしくはＨ_２含有ガス（例えば改質ガス）が供給される。第２アノード部１１に供給するＨ_２の一部には、Ｈ_２精製部５で分離、回収したＨ_２を使用してもよい。

【0023】

ＣＯ_２電解部３の第１アノード部８から排出されるＯ_２－ＣＯ_２含有ガスＧ８を、燃料電池部６の第２カソード部１０に送り、燃料電池部６でＯ_２－ＣＯ_２含有ガスＧ８のＯ_２を消費させる。前述したように、ＣＯ_２電解部３の第１アノード部８から排出されるＯ_２－ＣＯ_２含有ガスＧ８中のＯ_２濃度は３０～６０体積％（例えば３３体積％）程度であり、空気中の酸素濃度（２０体積％程度）より高い。そのような酸素濃度が高いＯ_２－ＣＯ_２含有ガスＧ８を燃料電池部６の第２カソード部１０に供給することによって、第１アノード部８から排出されるＯ_２－ＣＯ_２含有ガスＧ８中のＯ_２を有効に利用した上で、燃料電池部６の発電効率を高めることができる。Ｏ_２－ＣＯ_２含有ガスＧ８は、ＣＯ製造装置１とは別の装置で使用してもよいし、別途貯蔵してもよい。燃料電池部６で発電した電力は、ＣＯ_２電解部３で消費される電力の一部として使用してもよい。また、第２アノード部１１からの排出ガスＧ９は、水素（Ｈ_２）が残存するため、第１カソード部７に供給される。

【0024】

第２カソード部１０に供給されるＯ_２－ＣＯ_２含有ガスＧ８中のＣＯ_２は、第２カソード部１０に悪影響を及ぼすことはないため、そのまま第２カソード部１０の排出ガスＧ１０として排出される。排出ガスＧ１０中のＯ_２はＣＯ_２電解部３の第１カソード部（還元部）７に悪影響を及ぼすため、燃料電池部６の第２カソード部１０からの排出ガスＧ１０中のＯ_２濃度が十分に低下していない場合には、図２に示すように、排出ガスＧ１０をＣＯ_２回収部２に送る。さらに、図３に示すように、Ｈ_２精製部５から排出されるＨ_２抽出残ガスＧ７についても、第１カソード部７に直接供給せず、ＣＯ_２回収部２に供給するようにしてもよい。

【0025】

このように、Ｈ_２精製部５から排出されるＨ_２抽出残ガスＧ７中のＣＯ_２についても、ＣＯ_２電解部３で再利用している。これによって、ＣＯ製造装置１におけるＣＯ_２の利用効率を大幅に高めることが可能になる。さらに、燃料電池部６で発生させた電気をＣＯ_２電解部３の電力の一部として利用することもでき、ＣＯ製造装置１の一層の効率化を実現することが可能になる。

【0026】

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態のＣＯ製造装置１について、図４を参照して説明する。第２の実施形態のＣＯ製造装置１は、燃料電池部として溶融炭酸塩形燃料電池（Ｍｏｌｔｅｎ－Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＭＣＦＣ）６Ｘを有しており、それ以外については図１に示すＣＯ製造装置１と同様の構成を備えている。ＭＣＦＣ６Ｘの第２カソード部１０には、ＣＯ_２電解部３の第１アノード部８から排出されるＯ_２－ＣＯ_２含有ガスＧ８が供給される。

【0027】

ＭＣＦＣ６Ｘの第２カソード部１０において、Ｏ_２－ＣＯ_２含有ガスは下記の（９）式に示すように、炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２－）に変換される。第２カソード部１０で生成された炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２－）は下記の（１０）式に示すように、ＭＣＦＣ６Ｘの第２アノード部１１で水素と反応してＨ_２ＯとＣＯ_２に変換される。
０．５Ｏ_２＋ＣＯ_２＋２ｅ^－ → ＣＯ_３ ^２－ …（９）
Ｈ_２＋ＣＯ_３ ^２－ → Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２＋２ｅ^－ …（１０）

【0028】

ＭＣＦＣ６Ｘの第２アノード部１１で生成されるＣＯ_２、すなわちＯ_２－ＣＯ_２含有ガスＧ８から移動したＣＯ_２は、排出ガスＧ９としてＣＯ_２電解部３の第１カソード部７に供給される。Ｏ_２－ＣＯ_２含有ガス中のＯ_２濃度は約３３％、ＣＯ_２濃度は約６７％である。このようなＯ_２濃度及びＣＯ_２濃度を有するＯ_２－ＣＯ_２含有ガスをＭＣＦＣ６Ｘの第２カソード部１０に供給することによって、燃料電池部６のセル電圧をより高めて、電力を効率よく生成することができる。従って、燃料電池部６を備えるＣＯ製造装置１の効率をより一層高めることが可能になる。また、第１アノード部８から排出されるＯ_２－ＣＯ_２含有ガス中のＣＯ_２を第１カソード部７で再利用することができる。

【0029】

なお、上述した各実施形態の構成は、それぞれ組合せて適用することができ、また一部置き換えることも可能である。ここでは、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図するものではない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0030】

１…ＣＯ製造装置、２…ＣＯ_２回収部、３…ＣＯ_２電解部、４…ＣＯ精製部、５…Ｈ_２精製部、６…燃料電池部、７…第１カソード部、８…第１アノード部、９…隔膜、１０…第２カソード部、１１…第２アノード部、１２…電解質層。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】