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特開2024-6035有機物質の製造システム、有機物質の製造装置及び有機物質の製造方法
(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】P2024006035
(43)【公開日】2024-01-17
(54)【発明の名称】有機物質の製造システム、有機物質の製造装置及び有機物質の製造方法
(51)【国際特許分類】
C12M 1/00 20060101AFI20240110BHJP
C12M 1/42 20060101ALI20240110BHJP
C12P 7/00 20060101ALI20240110BHJP
C01B 3/38 20060101ALI20240110BHJP
C01B 32/40 20170101ALI20240110BHJP
C12P 7/06 20060101ALN20240110BHJP
【ＦＩ】
C12M1/00 C
C12M1/42
C12P7/00
C01B3/38
C01B32/40
C12P7/06
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022106576
(22)【出願日】2022-06-30
(71)【出願人】
【識別番号】000002174
【氏名又は名称】積水化学工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002789
【氏名又は名称】弁理士法人ＩＰＸ
(72)【発明者】
【氏名】川合 宏
(72)【発明者】
【氏名】東 栄次
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 周知
(72)【発明者】
【氏名】三木 七海
【テーマコード（参考）】
4B029
4B064
4G140
4G146
【Ｆターム（参考）】
4B029AA02
4B029BB02
4B029DG08
4B029DG10
4B029GB04
4B064AC01
4B064AC03
4B064CA02
4B064CC04
4B064CC09
4B064DA16
4B064DA20
4G140EA03
4G140EA06
4G146JA01
4G146JA02
4G146JB04
4G146JC01
(57)【要約】
【課題】熱を無駄に廃棄することなく、効率よく有機物質を製造し得る有機物質の製造システム等を提供すること。
【解決手段】本発明の一態様によれば、有機物質の製造システムが提供される。この製造システムは、一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原料ガスを生成する、ガス生成部と、原料ガスを供給し、原料ガスから有機物質を生成する、有機物質生成部と、ガス生成部と有機物質生成部との間に設けられ、二酸化炭素及び水素を利用して、二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する還元体を有する、還元部と、を備える。有機物質生成部において有機物質を生成する際の温度をＸ［℃］とし、還元部において一酸化炭素を生成する際の温度をＹ［℃］としたとき、Ｙ≦１５Ｘなる関係を満足する。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の一態様によれば、有機物質の製造システムが提供される。この製造システムは、一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原料ガスを生成する、ガス生成部と、原料ガスを供給し、原料ガスから有機物質を生成する、有機物質生成部と、ガス生成部と有機物質生成部との間に設けられ、二酸化炭素及び水素を利用して、二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する還元体を有する、還元部と、を備える。有機物質生成部において有機物質を生成する際の温度をＸ［℃］とし、還元部において一酸化炭素を生成する際の温度をＹ［℃］としたとき、Ｙ≦１５Ｘなる関係を満足する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
有機物質の製造システムであって、
一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原料ガスを生成する、ガス生成部と、
前記原料ガスを供給し、前記原料ガスから有機物質を生成する、有機物質生成部と、
前記ガス生成部と前記有機物質生成部との間に設けられ、前記二酸化炭素及び水素を利用して、前記二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する還元体を有する、還元部と、を備え、
前記有機物質生成部において前記有機物質を生成する際の温度をＸ［℃］とし、前記還元部において前記一酸化炭素を生成する際の温度をＹ［℃］としたとき、Ｙ≦１５Ｘなる関係を満足する、有機物質の製造システム。
一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原料ガスを生成する、ガス生成部と、
前記原料ガスを供給し、前記原料ガスから有機物質を生成する、有機物質生成部と、
前記ガス生成部と前記有機物質生成部との間に設けられ、前記二酸化炭素及び水素を利用して、前記二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する還元体を有する、還元部と、を備え、
前記有機物質生成部において前記有機物質を生成する際の温度をＸ［℃］とし、前記還元部において前記一酸化炭素を生成する際の温度をＹ［℃］としたとき、Ｙ≦１５Ｘなる関係を満足する、有機物質の製造システム。
【請求項2】
請求項１に記載の有機物質の製造システムにおいて、
３Ｘ≦Ｙなる関係を満足する、有機物質の製造システム。
３Ｘ≦Ｙなる関係を満足する、有機物質の製造システム。
【請求項3】
請求項１に記載の有機物質の製造システムにおいて、
前記還元部は、さらに、前記還元体にマイクロ波を照射する照射装置を有する、有機物質の製造システム。
前記還元部は、さらに、前記還元体にマイクロ波を照射する照射装置を有する、有機物質の製造システム。
【請求項4】
請求項１に記載の有機物質の製造システムにおいて、
さらに、前記還元部に供給する前記二酸化炭素を前記原料ガスから分離する、分離部を備え、
前記分離部で分離した前記二酸化炭素を前記還元部に供給し、前記還元部で生成された前記一酸化炭素を前記原料ガスに合流させて、前記有機物質生成部に供給するように構成されている、有機物質の製造システム。
さらに、前記還元部に供給する前記二酸化炭素を前記原料ガスから分離する、分離部を備え、
前記分離部で分離した前記二酸化炭素を前記還元部に供給し、前記還元部で生成された前記一酸化炭素を前記原料ガスに合流させて、前記有機物質生成部に供給するように構成されている、有機物質の製造システム。
【請求項5】
請求項１に記載の有機物質の製造システムにおいて、
前記有機物質生成部は、ガス資化性細菌の作用により前記原料ガスから前記有機物質含有液を生成する培養槽である、有機物質の製造システム。
前記有機物質生成部は、ガス資化性細菌の作用により前記原料ガスから前記有機物質含有液を生成する培養槽である、有機物質の製造システム。
【請求項6】
請求項１に記載の有機物質の製造システムにおいて、
前記還元部は、前記還元体による前記二酸化炭素の還元反応により、前記二酸化炭素から離脱した酸素元素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つの反応器を有する、有機物質の製造システム。
前記還元部は、前記還元体による前記二酸化炭素の還元反応により、前記二酸化炭素から離脱した酸素元素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つの反応器を有する、有機物質の製造システム。
【請求項7】
請求項６に記載の有機物質の製造システムにおいて、
前記還元体は、前記二酸化炭素を還元して前記一酸化炭素に変換する際に酸化状態とされ、酸化状態の前記還元体は前記水素との接触により還元される、有機物質の製造システム。
前記還元体は、前記二酸化炭素を還元して前記一酸化炭素に変換する際に酸化状態とされ、酸化状態の前記還元体は前記水素との接触により還元される、有機物質の製造システム。
【請求項8】
請求項７に記載の有機物質の製造システムにおいて、
前記還元部は、複数の前記反応器を有し、
各前記反応器には、前記二酸化炭素と前記水素とが切り換えて供給される、有機物質の製造システム。
前記還元部は、複数の前記反応器を有し、
各前記反応器には、前記二酸化炭素と前記水素とが切り換えて供給される、有機物質の製造システム。
【請求項9】
一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原料ガスを生成するガス生成部に接続して使用される有機物質の製造装置であって、
前記原料ガスを供給し、前記原料ガスから有機物質を生成する、有機物質生成部と、
前記ガス生成部と前記有機物質生成部との間に設けられ、前記二酸化炭素及び水素を利用して、前記二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する還元体を有する、還元部と、を備え、
前記有機物質生成部において前記有機物質を生成する際の温度をＸ［℃］とし、前記還元部において前記一酸化炭素を生成する際の温度をＹ［℃］としたとき、Ｙ≦１５Ｘなる関係を満足する、有機物質の製造装置。
前記原料ガスを供給し、前記原料ガスから有機物質を生成する、有機物質生成部と、
前記ガス生成部と前記有機物質生成部との間に設けられ、前記二酸化炭素及び水素を利用して、前記二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する還元体を有する、還元部と、を備え、
前記有機物質生成部において前記有機物質を生成する際の温度をＸ［℃］とし、前記還元部において前記一酸化炭素を生成する際の温度をＹ［℃］としたとき、Ｙ≦１５Ｘなる関係を満足する、有機物質の製造装置。
【請求項10】
有機物質の製造方法であって、
一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原料ガスを供給し、前記原料ガスから有機物質を生成する、有機物質生成工程と、
前記有機物質生成工程に先立って、前記二酸化炭素及び水素を利用して、還元体により前記二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する、還元工程と、を備え、
前記有機物質生成工程において前記有機物質を生成する際の温度をＸ［℃］とし、前記還元工程において前記一酸化炭素を生成する際の温度をＹ［℃］としたとき、Ｙ≦１５Ｘなる関係を満足する、有機物質の製造方法。
一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原料ガスを供給し、前記原料ガスから有機物質を生成する、有機物質生成工程と、
前記有機物質生成工程に先立って、前記二酸化炭素及び水素を利用して、還元体により前記二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する、還元工程と、を備え、
前記有機物質生成工程において前記有機物質を生成する際の温度をＸ［℃］とし、前記還元工程において前記一酸化炭素を生成する際の温度をＹ［℃］としたとき、Ｙ≦１５Ｘなる関係を満足する、有機物質の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機物質の製造システム、有機物質の製造装置及び有機物質の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、石油を原料として製造された油類やアルコール類等の大量消費による化石燃料資源枯渇への危惧や大気中の二酸化炭素増加という地球規模での環境問題が生じている。これらの問題に対処すべく、石油以外の原料を用いて有機物質を製造する手法、例えばトウモロコシ等の可食原料から糖発酵法によってバイオエタノールを製造する方法が注目されている。
【0003】
このような可食原料を用いた糖発酵法は、限られた農地面積を食料以外の生産に用いることから、食料価格の高騰を招くおそれがある。そのため、従来、廃棄されていたような非可食原料を用いて、石油から製造されていた有機物質を製造する方法が検討されている。
例えば、特許文献１には、二酸化炭素、一酸化炭素及び水素を含む原料ガスを、ガス資化性細菌によりエタノールに変換する方法が開示されている。
例えば、特許文献１には、二酸化炭素、一酸化炭素及び水素を含む原料ガスを、ガス資化性細菌によりエタノールに変換する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１８－０７０４６５号公報
【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れば、ガス生成部で生成された原料ガスや前処理が施された原料ガスは高温であり、有機物質の生成に適した温度への冷却が必要となる場合が多い。この場合、廃棄される熱が無駄になる。
本発明では上記事情に鑑み、熱を無駄に廃棄することなく、効率よく有機物質を製造し得る有機物質の製造システム等を提供することとした。
本発明では上記事情に鑑み、熱を無駄に廃棄することなく、効率よく有機物質を製造し得る有機物質の製造システム等を提供することとした。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様によれば、有機物質の製造システムが提供される。この製造システムは、一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原料ガスを生成する、ガス生成部と、原料ガスを供給し、原料ガスから有機物質を生成する、有機物質生成部と、ガス生成部と有機物質生成部との間に設けられ、二酸化炭素及び水素を利用して、二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する還元体を有する、還元部と、を備える。有機物質生成部において有機物質を生成する際の温度をＸ［℃］とし、還元部において一酸化炭素を生成する際の温度をＹ［℃］としたとき、Ｙ≦１５Ｘなる関係を満足する。
【0007】
かかる態様によれば、熱を無駄に廃棄することなく、高い製造効率で有機物質を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の有機物質の製造システムの第１実施形態の構成を示す概略図である。
【図2】第１実施形態の有機物質の製造システムにおける還元部の構成を示す模式図である。
【図3】第２実施形態の有機物質の製造システムにおける還元部及びその付近の構成を示す概略図である。
【図4】マイクロ波を照射する照射装置を有する還元部の構成を示す模式図である。
【図5】第３実施形態の有機物質の製造システムにおける還元部の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、有機物質の製造システム、有機物質の製造装置及び有機物質の製造方法について、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。
<第１実施形態>
まず、本発明の有機物質の製造システムの第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の有機物質の製造システムの第１実施形態の構成を示す概略図である。図２は、第１実施形態の有機物質の製造システムにおける還元部の構成を示す模式図である。
<第１実施形態>
まず、本発明の有機物質の製造システムの第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の有機物質の製造システムの第１実施形態の構成を示す概略図である。図２は、第１実施形態の有機物質の製造システムにおける還元部の構成を示す模式図である。
【0010】
図１に示す有機物質の製造システム１００（以下、単に「製造システム１００」とも言う。）は、ガス化炉（ガス生成部）１０と、ガス化炉１０に接続された有機物質の製造装置１（以下、単に「製造装置１」とも言う。）とを備えている。
なお、本明細書中では、ガス及び液体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。
本実施形態では、ガス化炉１０としては、例えば、燃焼炉、高炉、転炉、電気炉、シャフト炉等が挙げられる。なお、ガス生成部は、ガス化炉１０の他、製紙工場、セメント工場、火力発電所、精油所、エチレンクラッカー、製油所、化学工場から選ばれる少なくとも１つの事業所のＣＯｘ排出源であってもよい。
なお、本明細書中では、ガス及び液体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。
本実施形態では、ガス化炉１０としては、例えば、燃焼炉、高炉、転炉、電気炉、シャフト炉等が挙げられる。なお、ガス生成部は、ガス化炉１０の他、製紙工場、セメント工場、火力発電所、精油所、エチレンクラッカー、製油所、化学工場から選ばれる少なくとも１つの事業所のＣＯｘ排出源であってもよい。
【0011】
各炉では、内容物の燃焼、溶融、精錬等の際に、二酸化炭素及び一酸化炭素を含む排ガス（原料ガス）が生成（発生）する。
ゴミ焼却場における燃焼炉（焼却炉）の場合、内容物（廃棄物）としては、例えば、プラスチック廃棄物、生ゴミ、都市廃棄物（ＭＳＷ）、産業廃棄物、廃棄タイヤ、バイオマス廃棄物、家庭ゴミ（布団、紙類）、建築部材等が挙げられる。なお、これらの廃棄物は、１種を単独で含んでいても、２種以上を含んでいてもよい。
ゴミ焼却場における燃焼炉（焼却炉）の場合、内容物（廃棄物）としては、例えば、プラスチック廃棄物、生ゴミ、都市廃棄物（ＭＳＷ）、産業廃棄物、廃棄タイヤ、バイオマス廃棄物、家庭ゴミ（布団、紙類）、建築部材等が挙げられる。なお、これらの廃棄物は、１種を単独で含んでいても、２種以上を含んでいてもよい。
【0012】
排ガスは、通常、二酸化炭素及び一酸化炭素に加えて、水素、窒素、酸素、水蒸気、メタン等の他のガス成分を含んでもよい。排ガスは、その他の成分として、スス、タール、窒素化合物、硫黄化合物、リン系化合物、芳香族系化合物等をさらに含んでもよい。
排ガスは、内容物（炭素源）を不完全燃焼させる熱処理（通称：ガス化）を行うこと（すなわち、炭素源を部分酸化させること）により、一酸化炭素を１０体積％以上含むガスとして生成してもよい。
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。これらの中でも、炭素循環という観点からは、燃焼炉又は製錬所で発生した排ガスが好ましい。
排ガスは、内容物（炭素源）を不完全燃焼させる熱処理（通称：ガス化）を行うこと（すなわち、炭素源を部分酸化させること）により、一酸化炭素を１０体積％以上含むガスとして生成してもよい。
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。これらの中でも、炭素循環という観点からは、燃焼炉又は製錬所で発生した排ガスが好ましい。
【0013】
かかるガス化炉１０に製造装置１が接続されている。この製造装置１は、培養槽（有機物質生成部）２と、精製装置６と、ガス化炉１０と培養槽２とを接続するガスラインＧＬ１と、培養槽２と精製装置６とを接続する液体ラインＬＬとを有している。
培養槽２では、供給された排ガス（原料ガス）から、ガス資化性細菌の作用（微生物発酵）により有機物質を含有する有機物質含有液を生成する。
ガス資化性細菌は、真性細菌及び古細菌の双方を含む。
培養槽２では、供給された排ガス（原料ガス）から、ガス資化性細菌の作用（微生物発酵）により有機物質を含有する有機物質含有液を生成する。
ガス資化性細菌は、真性細菌及び古細菌の双方を含む。
【0014】
真性細菌としては、例えば、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）属細菌、ムーレラ（Ｍｏｏｒｅｌｌａ）属細菌、アセトバクテリウム（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属細菌、カルボキシドセラ（Ｃａｒｂｏｘｙｄｏｃｅｌｌａ）属細菌、ロドシュードモナス（Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属細菌、ユーバクテリウム（Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属細菌、ブチリバクテリウム（Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属細菌、オリゴトロファ（Ｏｌｉｇｏｔｒｏｐｈａ）属細菌、ブラディリゾビウム（Ｂｒａｄｙｒｈｉｚｏｂｉｕｍ）属細菌、好気性水素酸化細菌であるラルソトニア（Ｒａｌｓｏｔｏｎｉａ）属細菌等が挙げられる。
【0015】
一方、古細菌としては、例えば、メタノバクテリウム（Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属細菌、メタノブレウィバクタ（Ｍｅｔｈａｎｏｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒ）属細菌、メタノカルキュラス（Ｍｅｔｈａｎｏｃａｌｃｕｌｕｓ）属細菌、メタノコッカス（Ｍｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ）属細菌、メタノサルシナ（Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ）属細菌、メタノスファエラ（Ｍｅｔｈａｎｏｓｐｈａｅｒａ）属細菌、メタサーモバクタ（Ｍｅｔｈａｎｏｔｈｅｒｍｏｂａｃｔｅｒ）属細菌、メタノトリックス（Ｍｅｔｈａｎｏｔｈｒｉｘ）属細菌、メタノキュルス（Ｍｅｔｈａｎｏｃｕｌｌｅｕｓ）属細菌、メタノフォリス（Ｍｅｔｈａｎｏｆｏｌｌｉｓ）属細菌、メタノゲニウム（Ｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｉｕｍ）属細菌、メタノスピリリウム（Ｍｅｔｈａｎｏｓｐｉｒｉｌｌｉｕｍ）属細菌、メタノゼータ（Ｍｅｔｈａｎｏｓａｅｔａ）属細菌、サーモコックス（Ｔｈｅｒｍｏｃｏｃｃｕｓ）属細菌、サーモフィラム（Ｔｈｅｒｍｏｆｉｌｕｍ）属細菌、アルカヘオグロブス（Ａｒｃａｈｅｏｇｌｏｂｕｓ）属細菌等が挙げられる。
【0016】
以上のようなガス資化性細菌の中から、目的とする有機物質の生成能の高い細菌が選択されて用いられる。例えば、エタノール生成能の高いガス資化性細菌としては、クロストリジウム・オートエタノゲナム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ）、クロストリジウム・ユングダリイ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ）、クロストリジウム・アセチクム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｃｅｔｉｃｕｍ）、クロストリジウム・カルボキシジボランス（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃａｒｂｏｘｉｄｉｖｏｒａｎｓ）、ムーレラ・サーモアセチカ（Ｍｏｏｒｅｌｌａ ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃａ）、アセトバクテリウム・ウッディイ（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｗｏｏｄｉｉ）等が挙げられる。
【0017】
ガス資化性細菌を培養する際に用いる培地（培養液）は、その種類に応じた適切な組成であれば、特に限定されない。例えば、ガス資化性細菌としてクロストリジウム属細菌を用いる場合、培地としては、例えば、国際公開第２０１７／１１７３０９号の段落００９１や、米国特許出願公開第２０１７／２６０５５２号の段落００９７～００９８等を参考にすることができる。
培養槽２には、例えば、撹拌板で培養液を撹拌するタイプの培養リアクタ、培養液自体を循環させることにより培養液を撹拌するタイプの培養リアクタ、供給される排ガスの通気で生じる気泡流に伴う水流により培養液を撹拌するタイプの培養リアクタ等を用いることができる。
培養槽２には、例えば、撹拌板で培養液を撹拌するタイプの培養リアクタ、培養液自体を循環させることにより培養液を撹拌するタイプの培養リアクタ、供給される排ガスの通気で生じる気泡流に伴う水流により培養液を撹拌するタイプの培養リアクタ等を用いることができる。
【0018】
ガスラインＧＬ１の途中（すなわち、ガス化炉１０と培養槽２との間）には、ガス化炉１０側（上流側）から順に、改質炉３と、還元部４（還元反応器４ａ）と、前処理部５とが設けられている。
改質炉３では、例えば、触媒の存在下に、排ガスに含まれるメタンに水蒸気を高温で作用させて、一酸化炭素及び水素に変換する。このとき、一酸化炭素の一部は、さらに水蒸気と反応することにより、二酸化炭素及び水素に変換されてもよい。
反応温度は、５００℃以上１１００℃以下であることが好ましい。また、触媒としては、例えば、ニッケル触媒、酸化ニッケル触媒、ルテニウム触媒、ロジウム触媒、パラジウム触媒、白金触媒等が挙げられる。
改質炉３では、例えば、触媒の存在下に、排ガスに含まれるメタンに水蒸気を高温で作用させて、一酸化炭素及び水素に変換する。このとき、一酸化炭素の一部は、さらに水蒸気と反応することにより、二酸化炭素及び水素に変換されてもよい。
反応温度は、５００℃以上１１００℃以下であることが好ましい。また、触媒としては、例えば、ニッケル触媒、酸化ニッケル触媒、ルテニウム触媒、ロジウム触媒、パラジウム触媒、白金触媒等が挙げられる。
【0019】
改質炉３は、高温下で滞留させることで排ガスに含まれるメタンやエタン等のガス、及びタールやダイオキシン等の炭化水素を一酸化炭素及び水素に変換する方法を採用してもよい。このとき、酸素や空気のような支燃性ガスを供給して温度を上げてもよい。
さらに、一酸化炭素の一部は、酸素と反応することにより、二酸化炭素に変換されてもよい。温度は、１０００℃以上であることが好ましく、１１００℃以上１３００℃以下であることがより好ましい。
さらに、一酸化炭素の一部は、酸素と反応することにより、二酸化炭素に変換されてもよい。温度は、１０００℃以上であることが好ましく、１１００℃以上１３００℃以下であることがより好ましい。
【0020】
改質炉３を通過した排ガスは、後述する脱水素装置で分離された水素が混合されて、還元反応器４ａ（還元部４）に供給される。第１実施形態の還元反応器４ａでは、触媒の作用による逆水性ガスシフト反応により、上記水素を利用して、二酸化炭素から一酸化炭素を生成可能（二酸化炭素を一酸化炭素に変換可能）である。
還元反応器４ａは、図２に示すように、触媒４Ｒをそれぞれ充填（収容）した複数の管体４１と、複数の管体４１を内部空間４３に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、触媒４Ｒと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、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率を高めることができる。
還元反応器４ａは、図２に示すように、触媒４Ｒをそれぞれ充填（収容）した複数の管体４１と、複数の管体４１を内部空間４３に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、触媒４Ｒと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、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率を高めることができる。
【0021】
なお、還元反応器４ａは、管体４１を省略して、ハウジング４２の内部空間４３に触媒４Ｒを充填した反応器（すなわち、単純反応器）で構成することもできる。
本実施形態の触媒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内に供給される排ガスとの接触面積をより増大させることができる。
本実施形態の触媒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内に供給される排ガスとの接触面積をより増大させることができる。
【0022】
触媒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、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることがより好ましい。この場合、触媒４Ｒとガス（二酸化炭素及び水素）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。
粒子状の触媒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。
粒子状の触媒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。
【0023】
また、触媒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、排ガスとの接触や反応条件等により変性し難ければよく、例えば、炭素材料（グラファイト、グラフェン、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、活性炭等）、Ｍｏ２Ｃのような炭化物、ゼオライト、モンモリロナイト、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＭｇＯ、ＣｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２のような酸化物及びこれらを含む複合酸化物等が挙げられる。
担体の構成材料としては、排ガスとの接触や反応条件等により変性し難ければよく、例えば、炭素材料（グラファイト、グラフェン、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、活性炭等）、Ｍｏ２Ｃのような炭化物、ゼオライト、モンモリロナイト、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＭｇＯ、ＣｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２のような酸化物及びこれらを含む複合酸化物等が挙げられる。
【0024】
これらの中でも、担体の構成材料としては、ゼオライト、モンモリロナイト、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２及びこれらを含む複合酸化物が好ましい。かかる材料で構成される担体は、触媒４Ｒの反応に悪影響を及ぼさず、触媒４Ｒの担持能に優れる点で好ましい。ここで、担体は、触媒４Ｒの反応には関与せず、触媒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触媒４Ｒで被覆する構成が挙げられる。
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触媒４Ｒで被覆する構成が挙げられる。
【0025】
触媒４Ｒは、遷移金属を含む。遷移金属は、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、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ，Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ等が挙げられる。
触媒４Ｒは、Ｆｅに、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ及びＭｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属を添加してなる合金であることが好ましく、Ｆｅ－Ｐｄ合金であることがより好ましい。これらの触媒４Ｒ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。
触媒４Ｒは、Ｆｅに、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ及びＭｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属を添加してなる合金であることが好ましく、Ｆｅ－Ｐｄ合金であることがより好ましい。これらの触媒４Ｒ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。
【0026】
また、還元反応器４ａにおいて、触媒４Ｒ自体で管体（円筒状の成形体）４１を作製してもよい。さらに、触媒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、充填剤としての触媒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、触媒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、還元反応器４ａ内で排ガスの通過抵抗が高まるのを防止しつつ、触媒４Ｒと排ガスとの接触の機会を十分に確保することもできる。
これらの中では、触媒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、還元反応器４ａ内で排ガスの通過抵抗が高まるのを防止しつつ、触媒４Ｒと排ガスとの接触の機会を十分に確保することもできる。
【0027】
前処理部５は、脱水素装置とＰＳＡ装置とを有している。
脱水素装置は、還元反応器４ａ（還元部４）より下流側に位置し、原料ガスから水素を除去（分離）するために用いられる。この脱水素装置は、水素を選択的に透過して分離する筒状の分離膜を収容した分離器で構成することができる。
かかる分離膜の構成材料としては、例えば、金属材料、セラミックス材料、樹脂材料等が挙げられる。
金属材料としては、例えば、Ｐｄ－Ｃｕ合金、Ｐｄ－Ａｇ合金、バナジウム合金、Ｌａ－Ｎｉ－Ｍｇ系等のアモルファス合金等が挙げられる。
セラミックス材料としては、例えば、窒化チタン、ゼオライト、シリカ（ガラス）、アルミナ及びこれらの１種以上を含む複合材料（例えば、アルミナカーボン系材料）等が挙げられる。
樹脂材料としては、例えば、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン等が挙げられる。
脱水素装置は、還元反応器４ａ（還元部４）より下流側に位置し、原料ガスから水素を除去（分離）するために用いられる。この脱水素装置は、水素を選択的に透過して分離する筒状の分離膜を収容した分離器で構成することができる。
かかる分離膜の構成材料としては、例えば、金属材料、セラミックス材料、樹脂材料等が挙げられる。
金属材料としては、例えば、Ｐｄ－Ｃｕ合金、Ｐｄ－Ａｇ合金、バナジウム合金、Ｌａ－Ｎｉ－Ｍｇ系等のアモルファス合金等が挙げられる。
セラミックス材料としては、例えば、窒化チタン、ゼオライト、シリカ（ガラス）、アルミナ及びこれらの１種以上を含む複合材料（例えば、アルミナカーボン系材料）等が挙げられる。
樹脂材料としては、例えば、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン等が挙げられる。
【0028】
分離膜は、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。かかる構成の分離膜であれば、水素の分離をより円滑かつ確実に行うことができる。
分離膜の空孔率は、特に限定されないが、１０％以上９０％以下であることが好ましく、２０％以上６０％以下であることがより好ましい。これにより、分離膜の機械的強度が極端に低下するのを防止しつつ、水素の透過率を十分に高く維持することができる。
分離膜の空孔率は、特に限定されないが、１０％以上９０％以下であることが好ましく、２０％以上６０％以下であることがより好ましい。これにより、分離膜の機械的強度が極端に低下するのを防止しつつ、水素の透過率を十分に高く維持することができる。
【0029】
なお、分離膜の形状は、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。
分離膜の平均空孔径は、５００ｐｍ以下であることが好ましく、３００ｐｍ以上４００ｐｍ以下であることがより好ましい。これにより、水素の分離効率をより向上させることができる。
脱水素装置は、ガスラインＧＬ２を介して、ガスラインＧＬ１の還元反応器４ａの上流側に接続されている。かかる構成により、改質後の排ガスと水素とが混合されて、還元反応器４ａに供給される。
分離膜の平均空孔径は、５００ｐｍ以下であることが好ましく、３００ｐｍ以上４００ｐｍ以下であることがより好ましい。これにより、水素の分離効率をより向上させることができる。
脱水素装置は、ガスラインＧＬ２を介して、ガスラインＧＬ１の還元反応器４ａの上流側に接続されている。かかる構成により、改質後の排ガスと水素とが混合されて、還元反応器４ａに供給される。
【0030】
ガスラインＧＬ２の途中には、除去部７が設けられている。この除去部７は、脱水素装置から変換される水素を主とするガス（還元反応器４ａに供給する前のガス）に含まれ、触媒（還元体）４Ｒの反応性を低下させる不純物を除去する。
かかる不純物としては、特に限定されないが、硫黄又は硫黄化合物、塩素又は塩素化合物、シアン化合物等が挙げられる。これらの中でも、不純物として、硫黄化合物、特に、硫化水素を除去することが好ましい。硫化水素を除去すれば、触媒４Ｒの反応性が極端に低下したり、失活するのを好適に防止することができる。
かかる不純物としては、特に限定されないが、硫黄又は硫黄化合物、塩素又は塩素化合物、シアン化合物等が挙げられる。これらの中でも、不純物として、硫黄化合物、特に、硫化水素を除去することが好ましい。硫化水素を除去すれば、触媒４Ｒの反応性が極端に低下したり、失活するのを好適に防止することができる。
【0031】
かかる除去部７は、例えば、脱硫剤を充填した反応器で構成することができる。脱硫剤としては、例えば、酸化鉄系脱硫剤、活性炭系脱硫剤、銅－亜鉛系脱硫剤、銅－亜鉛－アルミニウム系脱硫剤、石灰系脱硫剤等が挙げられる。
なお、酸化鉄系脱硫剤を使用すれば、硫化水素との反応により生じる硫化鉄が酸素と反応することができるため、ガスラインＧＬ２を通過するガスから酸素を除去することもできる。
なお、酸化鉄系脱硫剤を使用すれば、硫化水素との反応により生じる硫化鉄が酸素と反応することができるため、ガスラインＧＬ２を通過するガスから酸素を除去することもできる。
【0032】
ＰＳＡ装置は、圧力スイング吸着方式の分離器であり、例えば、ＢＴＥＸ、二酸化炭素、窒素等を除去するために用いられる。
ＰＳＡ装置には、例えば、活性炭、ゼオライト、シリカゲル、モレキュラーシーブズ等の多孔質材料や、アミン溶液等の水溶液を、吸着剤として用いることができる。ＰＳＡ装置には、活性炭又はゼオライトが好ましく用いられる。多孔質材料の種類や細孔のサイズを設定することにより、分離可能な化合物を選択することができる。
ＰＳＡ装置において２種以上の化合物を分離する場合、種類や細孔のサイズが異なる多孔質材料をそれぞれ充填した複数の分離器を用いてもよく、種類や細孔のサイズが異なる多孔質材料を充填した単一の分離器を用いてもよい。
ＰＳＡ装置には、例えば、活性炭、ゼオライト、シリカゲル、モレキュラーシーブズ等の多孔質材料や、アミン溶液等の水溶液を、吸着剤として用いることができる。ＰＳＡ装置には、活性炭又はゼオライトが好ましく用いられる。多孔質材料の種類や細孔のサイズを設定することにより、分離可能な化合物を選択することができる。
ＰＳＡ装置において２種以上の化合物を分離する場合、種類や細孔のサイズが異なる多孔質材料をそれぞれ充填した複数の分離器を用いてもよく、種類や細孔のサイズが異なる多孔質材料を充填した単一の分離器を用いてもよい。
【0033】
ＰＳＡ装置で分離した二酸化炭素は、排ガスに混合して、還元反応器４ａに供給してもよい。
また、ＰＳＡ装置で分離した窒素は、ガス資化性細菌を培養する際に培養槽２に充填してもよく、還元反応器４ａの洗浄用に充填してもよく、ＰＳＡ装置及び／又はＴＳＡ装置（使用する場合）の洗浄用に充填してもよい。なお、窒素は上記装置の１つのみに充填しても、２つ以上に充填してもよい。
このように、排ガスから窒素を除去することにより、下流側で処理する排ガスの体積を減少させることができるので、下流側に配置される前処理部５の小型化を図ることができる。
また、ＰＳＡ装置で分離した窒素は、ガス資化性細菌を培養する際に培養槽２に充填してもよく、還元反応器４ａの洗浄用に充填してもよく、ＰＳＡ装置及び／又はＴＳＡ装置（使用する場合）の洗浄用に充填してもよい。なお、窒素は上記装置の１つのみに充填しても、２つ以上に充填してもよい。
このように、排ガスから窒素を除去することにより、下流側で処理する排ガスの体積を減少させることができるので、下流側に配置される前処理部５の小型化を図ることができる。
【0034】
前処理部５は、脱水素装置及びＰＳＡ装置に加えて、洗浄減湿塔、フィルタ、脱酸素装置、脱アセチレン装置、ＴＳＡ装置、ＰＴＳＡ装置等を有していてもよい。なお、これらは、単独で使用することができる他、任意の組み合わせで使用することができ、その配置順序も任意である。
洗浄減湿塔は、いわゆるスクラバーであり、排ガスに含まれる汚染物質（例えば、スス）、水溶性物質等を除去するために用いられる。洗浄減湿塔では、除去対象物に洗浄液を接触させること（湿式洗浄法）により行われる。湿式洗浄法の一例としては、ウォーターカーテンを用いた洗浄法が挙げられる。また、洗浄液としては、例えば、水、酸性溶液、アルカリ性溶液等が挙げられる。これらの中でも、洗浄液としては、水であることが好ましい。また、洗浄液の温度は、通常４０℃以下であり、３０℃以下であることが好ましく、２５℃以下であることがより好ましく、１５℃以下であることがさらに好ましい。
洗浄減湿塔は、いわゆるスクラバーであり、排ガスに含まれる汚染物質（例えば、スス）、水溶性物質等を除去するために用いられる。洗浄減湿塔では、除去対象物に洗浄液を接触させること（湿式洗浄法）により行われる。湿式洗浄法の一例としては、ウォーターカーテンを用いた洗浄法が挙げられる。また、洗浄液としては、例えば、水、酸性溶液、アルカリ性溶液等が挙げられる。これらの中でも、洗浄液としては、水であることが好ましい。また、洗浄液の温度は、通常４０℃以下であり、３０℃以下であることが好ましく、２５℃以下であることがより好ましく、１５℃以下であることがさらに好ましい。
【0035】
フィルタは、ススのサイズより小さいサイズの微粒子を除去するために用いられる。このフィルタは、例えば、バグフィルタ等で構成することができる。
脱酸素装置は、酸素を除去するために用いられ、酸素除去触媒として、例えば、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属の粒子が充填された反応器で構成することができる。酸素除去触媒は、例えば、１５０℃以上４００℃以下に加熱することが好ましい。
脱アセチレン装置は、アセチレンを除去するために用いられ、アセチレン除去触媒として、例えば、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）等の貴金属の粒子が充填された反応器で構成することができる。
なお、脱酸素に先立ってアセチレンを除去しておくことにより、アセチレンの酸素除去触媒に対する悪影響を好適に防止又は低減することができるという利点がある。
脱酸素装置は、酸素を除去するために用いられ、酸素除去触媒として、例えば、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属の粒子が充填された反応器で構成することができる。酸素除去触媒は、例えば、１５０℃以上４００℃以下に加熱することが好ましい。
脱アセチレン装置は、アセチレンを除去するために用いられ、アセチレン除去触媒として、例えば、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）等の貴金属の粒子が充填された反応器で構成することができる。
なお、脱酸素に先立ってアセチレンを除去しておくことにより、アセチレンの酸素除去触媒に対する悪影響を好適に防止又は低減することができるという利点がある。
【0036】
ＴＳＡ装置は、温度スイング吸着方式の分離器であり、例えば、ＢＴＥＸ以外の芳香族化合物等を除去するために用いられる。
ＰＴＳＡ装置は、圧力及び温度スイング吸着方式の分離器であり、例えば、上記ＰＳＡ装置及びＴＳＡ装置で除去する成分を一括して除去するために用いられる。
なお、ＴＳＡ装置及びＰＴＳＡ装置に用いる吸着剤の種類、構成材料等は、ＰＳＡ装置で説明したのと同様とすることができる。
ＰＴＳＡ装置は、圧力及び温度スイング吸着方式の分離器であり、例えば、上記ＰＳＡ装置及びＴＳＡ装置で除去する成分を一括して除去するために用いられる。
なお、ＴＳＡ装置及びＰＴＳＡ装置に用いる吸着剤の種類、構成材料等は、ＰＳＡ装置で説明したのと同様とすることができる。
【0037】
前処理部５で処理された排ガスは、培養槽２に供給される。
培養槽２に供給される排ガスに含まれる二酸化炭素の濃度は、０．１体積％以上３０体積％以下であることが好ましく、０．３体積％以上２５体積％以下であることがより好ましく、０．５体積％以上２０体積％以下であることがさらに好ましく、０．８体積％以上１５体積％以下であることが特に好ましく、１体積％以上１０体積％以下であることが最も好ましい。
培養槽２に供給される排ガスに含まれる二酸化炭素の濃度は、０．１体積％以上３０体積％以下であることが好ましく、０．３体積％以上２５体積％以下であることがより好ましく、０．５体積％以上２０体積％以下であることがさらに好ましく、０．８体積％以上１５体積％以下であることが特に好ましく、１体積％以上１０体積％以下であることが最も好ましい。
【0038】
培養槽２に供給される排ガスに含まれる一酸化炭素の濃度は、１０体積％以上８０体積％以下であることが好ましく、１５体積％以上５０体積％以下であることがより好ましく、２０体積％以上４５体積％以下であることがさらに好ましい。
また、培養槽２に供給される排ガスに含まれる水素の濃度は、１体積％以上４５体積％以下であることが好ましく、５体積％以上３５体積％以下であることがより好ましく、１０体積％以上３０体積％以下であることがさらに好ましい。
また、培養槽２に供給される排ガスに含まれる水素の濃度は、１体積％以上４５体積％以下であることが好ましく、５体積％以上３５体積％以下であることがより好ましく、１０体積％以上３０体積％以下であることがさらに好ましい。
【0039】
さらに、培養槽２に供給される排ガスに含まれる窒素の濃度は、３０体積％以下であることが好ましくり、１体積％以上２５体積％以下であることがより好ましく、５体積％以上２０体積％以下であることがさらに好ましい。
上記構成によれば、水素の濃度が低い排ガスが培養槽２に供給されるため、水素がガス資化性細菌の活性を低下させ難い。また、排ガスは、還元反応器４ａを通過することにより、一酸化炭素の濃度が高まっているため、培養槽２において有機物質を効率よく製造することができる。
上記構成によれば、水素の濃度が低い排ガスが培養槽２に供給されるため、水素がガス資化性細菌の活性を低下させ難い。また、排ガスは、還元反応器４ａを通過することにより、一酸化炭素の濃度が高まっているため、培養槽２において有機物質を効率よく製造することができる。
【0040】
培養槽２では、ガス資化性細菌の作用により、排ガスから有機物質を含有する有機物質含有液が生成される。
培養槽２には、液体ラインＬＬを介して精製装置６が接続されている。この精製装置６は、有機物質含有液から有機物質を精製する装置である。
かかる精製装置６としては、例えば、蒸留装置、浸透気化膜を含む処理装置、ゼオライト脱水膜、有機膜を含む処理装置、有機物質より沸点の低い低沸点物質を除去する処理装置、有機物質より沸点の高い高沸点物質を除去する処理装置、イオン交換膜を含む処理装置等が挙げられる。これらの装置は、単独で使用しても、２種以上を併用してもよい。
培養槽２には、液体ラインＬＬを介して精製装置６が接続されている。この精製装置６は、有機物質含有液から有機物質を精製する装置である。
かかる精製装置６としては、例えば、蒸留装置、浸透気化膜を含む処理装置、ゼオライト脱水膜、有機膜を含む処理装置、有機物質より沸点の低い低沸点物質を除去する処理装置、有機物質より沸点の高い高沸点物質を除去する処理装置、イオン交換膜を含む処理装置等が挙げられる。これらの装置は、単独で使用しても、２種以上を併用してもよい。
【0041】
蒸留装置を使用する場合、有機物質（特に、エタノール）の蒸留時における蒸留装置内の温度は、特に限定されないが、１００℃以下であることが好ましく、７０℃以上９５℃以下であることがより好ましい。かかる温度に設定することにより、必要な有機物質とその他の成分との分離、すなわち、有機物質の蒸留（精製）をより確実に行うことができる。
有機物質の蒸留時における蒸留装置内の圧力は、常圧であってもよいが、大気圧未満（減圧蒸留）であることが好ましく、６０～９５ｋＰａＡであることがより好ましい。かかる圧力に設定することにより、有機物質の分離効率を向上させること、ひいては有機物質の収率を向上させることができる。
有機物質の収率（精製物に含まれる有機物質の濃度）は、好ましくは９０重量％以上、より好ましくは９９重量％以上、さらに好ましくは９９．５重量％以上である。
有機物質の蒸留時における蒸留装置内の圧力は、常圧であってもよいが、大気圧未満（減圧蒸留）であることが好ましく、６０～９５ｋＰａＡであることがより好ましい。かかる圧力に設定することにより、有機物質の分離効率を向上させること、ひいては有機物質の収率を向上させることができる。
有機物質の収率（精製物に含まれる有機物質の濃度）は、好ましくは９０重量％以上、より好ましくは９９重量％以上、さらに好ましくは９９．５重量％以上である。
【0042】
このようにして得られる有機物質は、例えば、メタノール、エタノールのようなモノオール類、２，３－ブタンジオールのようなジオール類、酢酸、乳酸、イソプレン、ブタジエン等が挙げられ、炭素数１～４のモノオール類又はジオール類であることが好ましく、エタノールであることがより好ましい。
かかる有機物質は、例えば、樹脂材料、ゴム材料等の原料として用いることもでき、各種溶媒、殺菌剤又は燃料として用いることもできる。なお、高濃度のエタノールは、ガソリン等に混合する燃料エタノールとして用いることができる他、例えば、化粧品、飲料、化学物質、燃料（ジェット燃料）等の原材料、食品等の添加物として用いることができ、汎用性が極めて高い。
かかる有機物質は、例えば、樹脂材料、ゴム材料等の原料として用いることもでき、各種溶媒、殺菌剤又は燃料として用いることもできる。なお、高濃度のエタノールは、ガソリン等に混合する燃料エタノールとして用いることができる他、例えば、化粧品、飲料、化学物質、燃料（ジェット燃料）等の原材料、食品等の添加物として用いることができ、汎用性が極めて高い。
【0043】
次に、第１実施形態の製造システム１００の使用方法（有機物質の製造方法）について説明する。
［１Ａ］まず、ガス化炉１０から排出される排ガス（一酸化炭素、二酸化炭素およびその他のガス成分を含む原料ガス）は、改質炉３に供給される。このとき、排ガスに含まれるメタンが一酸化炭素及び水素に変換される。
［２Ａ］次に、改質炉３を通過した排ガスは、脱水素装置で分離された水素と混合される。
［３Ａ］その後、水素が混合された排ガスは、還元反応器４ａに供給される。還元反応器４ａでは、二酸化炭素及び水素を利用して、二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する（還元工程）。具体的には、還元反応器４ａでは、触媒４Ｒの作用により、二酸化炭素と水素とを反応させ、一酸化炭素と水とに変換する。これにより、排ガスに含まれる一酸化炭素の濃度及び水蒸気の濃度が高まる。
［１Ａ］まず、ガス化炉１０から排出される排ガス（一酸化炭素、二酸化炭素およびその他のガス成分を含む原料ガス）は、改質炉３に供給される。このとき、排ガスに含まれるメタンが一酸化炭素及び水素に変換される。
［２Ａ］次に、改質炉３を通過した排ガスは、脱水素装置で分離された水素と混合される。
［３Ａ］その後、水素が混合された排ガスは、還元反応器４ａに供給される。還元反応器４ａでは、二酸化炭素及び水素を利用して、二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する（還元工程）。具体的には、還元反応器４ａでは、触媒４Ｒの作用により、二酸化炭素と水素とを反応させ、一酸化炭素と水とに変換する。これにより、排ガスに含まれる一酸化炭素の濃度及び水蒸気の濃度が高まる。
【0044】
［４Ａ］次に、還元反応器４ａを通過した排ガスは、前処理部５に供給される。前処理部５では、脱水素装置により排ガスから水素が除去（分離）される。
また、ＰＳＡ装置により、排ガスからＢＴＥＸ、二酸化炭素、窒素等が除去（分離）される。分離された二酸化炭素は、例えば、ガスラインＧＬ２に合流させることができる。
さらに、前処理部５では、排ガスから、例えば、水溶性物質、スス、ススのサイズより小さいサイズの微粒子、酸素、アセチレン、ＢＴＥＸ以外の芳香族化合物等が除去されてもよい。
また、ＰＳＡ装置により、排ガスからＢＴＥＸ、二酸化炭素、窒素等が除去（分離）される。分離された二酸化炭素は、例えば、ガスラインＧＬ２に合流させることができる。
さらに、前処理部５では、排ガスから、例えば、水溶性物質、スス、ススのサイズより小さいサイズの微粒子、酸素、アセチレン、ＢＴＥＸ以外の芳香族化合物等が除去されてもよい。
【0045】
［５Ａ］次に、前処理部５で分離された水素は、ガスラインＧＬ２を介して、ガスラインＧＬ１の還元反応器４ａの上流側に合流する。
このとき、ガスラインＧＬ２を流通する水素を主とするガスは、除去部７を通過することにより、硫黄化合物（特に、硫化水素）が除去されるため、還元反応器４ａの触媒４Ｒの活性の低下を防止又は抑制することができる。
このとき、ガスラインＧＬ２を流通する水素を主とするガスは、除去部７を通過することにより、硫黄化合物（特に、硫化水素）が除去されるため、還元反応器４ａの触媒４Ｒの活性の低下を防止又は抑制することができる。
【0046】
［６Ａ］次に、前処理部５を通過した排ガスは、培養槽２に供給される。培養槽２では、ガス資化性細菌の作用により、排ガスから有機物質を含有する有機物質含有液が生成される（培養工程：有機物質生成工程）。
ここで、培養槽（有機物質生成部）２において有機物質含有液を生成する際の温度をＸ［℃］とし、還元反応器４ａ（還元部４）において一酸化炭素を生成する際の温度をＹ［℃］としたとき、Ｙ≦１５Ｘなる関係を満足することが好ましく、Ｙ≦１２．５Ｘなる関係を満足することがより好ましく、Ｙ≦１０Ｘなる関係を満足することがさらに好ましい。ＸとＹとが上記関係を満足すれば、還元反応器４ａにおいて一酸化炭素を生成する際の温度を比較的低く設定することができるため、前処理部５での処理に先立って、排ガスを高度に冷却する必要がない。したがって、廃棄する熱を少なくすることができ無駄になり難い。
ここで、培養槽（有機物質生成部）２において有機物質含有液を生成する際の温度をＸ［℃］とし、還元反応器４ａ（還元部４）において一酸化炭素を生成する際の温度をＹ［℃］としたとき、Ｙ≦１５Ｘなる関係を満足することが好ましく、Ｙ≦１２．５Ｘなる関係を満足することがより好ましく、Ｙ≦１０Ｘなる関係を満足することがさらに好ましい。ＸとＹとが上記関係を満足すれば、還元反応器４ａにおいて一酸化炭素を生成する際の温度を比較的低く設定することができるため、前処理部５での処理に先立って、排ガスを高度に冷却する必要がない。したがって、廃棄する熱を少なくすることができ無駄になり難い。
【0047】
また、３Ｘ≦Ｙなる関係を満足することが好ましく、４Ｘ≦Ｙなる関係を満足することがより好ましく、５Ｘ≦Ｙなる関係を満足することがさらに好ましい。ＸとＹとが上記関係を満足すれば、還元反応器４ａにおいて一酸化炭素を生成する際の温度が極端に低くなることを防止して、二酸化炭素から一酸化炭素への十分な変換効率を維持することができる。
Ｘの具体的な値は、２５℃以上５０℃以下であることが好ましく、３０℃以上４５℃以下であることがより好ましく、３５℃以上４０℃以下であることがさらに好ましい。Ｙの具体的な値は、１２５℃以上５００℃以下であることが好ましく、１５０℃以上４５０℃以下であることがより好ましく、１７５℃以上４００℃以下であることがさらに好ましい。
Ｘの具体的な値は、２５℃以上５０℃以下であることが好ましく、３０℃以上４５℃以下であることがより好ましく、３５℃以上４０℃以下であることがさらに好ましい。Ｙの具体的な値は、１２５℃以上５００℃以下であることが好ましく、１５０℃以上４５０℃以下であることがより好ましく、１７５℃以上４００℃以下であることがさらに好ましい。
【0048】
培養槽２において有機物質含有液を生成する際には、ＰＳＡ装置で除去（分離）された窒素を培養槽２に充填するようにしてもよい。この場合、培養槽２内の空間に含まれる酸素の濃度を相対的に低減することができ、酸素がガス資化性細菌に対して悪影響を与えることを防止又は低減することができる。
［７Ａ］最後に、培養槽２で生成された有機物質含有液は、液体ラインＬＬを介して精製装置６に供給される。精製装置６では、有機物質含有液に含まれる有機物質が精製され、有機物質を高い濃度で含有する精製物が得られる。
［７Ａ］最後に、培養槽２で生成された有機物質含有液は、液体ラインＬＬを介して精製装置６に供給される。精製装置６では、有機物質含有液に含まれる有機物質が精製され、有機物質を高い濃度で含有する精製物が得られる。
【0049】
<第２実施形態>
次に、本発明の有機物質の製造システムの第２実施形態について説明する。
以下、第２実施形態の有機物質の製造システムについて説明するが、第１実施形態の有機物質の製造システムとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図３は、第２実施形態の有機物質の製造システムにおける還元部及びその付近の構成を示す概略図である。
次に、本発明の有機物質の製造システムの第２実施形態について説明する。
以下、第２実施形態の有機物質の製造システムについて説明するが、第１実施形態の有機物質の製造システムとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図３は、第２実施形態の有機物質の製造システムにおける還元部及びその付近の構成を示す概略図である。
【0050】
第２実施形態の製造システム１００では、還元部４及びその付近の構成が異なり、それ以外は、第１実施形態の製造システム１００と同様である。
図３に示す製造システム１００は、ガスラインＧＬ１の改質炉３と前処理部５との間に、排ガスから二酸化炭素を分離する脱二酸化炭素装置（分離部）８を備えている。この脱二酸化炭素装置８は、上述したＰＳＡ装置又はＴＳＡ装置の他、例えば、ＰＴＳＡ装置（圧力及び温度スイング吸着方式の分離器）、低温分離方式（深冷方式）の分離器、膜分離方式の分離器、アミン吸収式の分離器、アミン吸着式の分離器等で構成することができる。
図３に示す製造システム１００は、ガスラインＧＬ１の改質炉３と前処理部５との間に、排ガスから二酸化炭素を分離する脱二酸化炭素装置（分離部）８を備えている。この脱二酸化炭素装置８は、上述したＰＳＡ装置又はＴＳＡ装置の他、例えば、ＰＴＳＡ装置（圧力及び温度スイング吸着方式の分離器）、低温分離方式（深冷方式）の分離器、膜分離方式の分離器、アミン吸収式の分離器、アミン吸着式の分離器等で構成することができる。
【0051】
第２実施形態の還元部４は、ガス切換部４４と、２つの還元反応器４ｂ１、４ｂ２とを備えている。
脱二酸化炭素装置８は、ガスラインＧＬ１１を介して、ガス切換部４４に接続され、脱水素装置は、ガスラインＧＬ２を介して、ガス切換部４４に接続されている。
ガス切換部４４は、２つのガスラインＧＬ３１、ＧＬ３２を介して、それぞれ還元反応器４ｂ１、４ｂ２の入口ポートに接続されている。
かかるガス切換部４４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。
脱二酸化炭素装置８は、ガスラインＧＬ１１を介して、ガス切換部４４に接続され、脱水素装置は、ガスラインＧＬ２を介して、ガス切換部４４に接続されている。
ガス切換部４４は、２つのガスラインＧＬ３１、ＧＬ３２を介して、それぞれ還元反応器４ｂ１、４ｂ２の入口ポートに接続されている。
かかるガス切換部４４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。
【0052】
かかる構成により、排ガスはガスラインＧＬ１を通過する際に、脱二酸化炭素装置８で二酸化炭素が分離される。分離された二酸化炭素を主とするガス（以下、「酸化ガス」とも言う。）は、ガスラインＧＬ１１、ガス切換部４４及びガスラインＧＬ３１、ＧＬ３２を通過して、各還元反応器４ｂ１、４ｂ２に供給される。
一方、脱水素装置からの、水素を主とするガス（以下、「還元ガス」とも言う。）は、ガスラインＧＬ２、ガス切換部４４及びガスラインＧＬ３１、ＧＬ３２を通過して、各還元反応器４ｂ１、４ｂ２に供給される。
一方、脱水素装置からの、水素を主とするガス（以下、「還元ガス」とも言う。）は、ガスラインＧＬ２、ガス切換部４４及びガスラインＧＬ３１、ＧＬ３２を通過して、各還元反応器４ｂ１、４ｂ２に供給される。
【0053】
還元反応器４ｂ１、４ｂ２は、図２に示す還元反応器４ａと同様の構成とされ、触媒４Ｒに代えて還元剤４Ｒが管体４１に収納（充填）される。還元剤４Ｒは、活性を示す部分の材料が異なること以外は、触媒４Ｒと同様の形状、サイズ、構成等とすることができる。
還元剤４Ｒは、金属及びその酸化物の少なくとも一方（酸素イオン伝導性を備える酸素キャリア）を含む。金属及びその酸化物の少なくとも一方は、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。
還元剤４Ｒは、金属及びその酸化物の少なくとも一方（酸素イオン伝導性を備える酸素キャリア）を含む。金属及びその酸化物の少なくとも一方は、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。
【0054】
金属及びその酸化物の少なくとも一方は、第３族～第１３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３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、ランタン、チタン、バナジウム、鉄、銅、亜鉛、ニッケル、マンガン、クロム及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、鉄及び／又はセリウムを含有する金属酸化物又は複合金属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。
【0055】
なお、２つの還元反応器４ｂ１、４ｂ２の容積は、互いにほぼ等しく設定され、供給されるガスの量に応じて、適宜設定される。また、２つの還元反応器４ｂ１、４ｂ２の容積は、ガスの組成、還元剤４Ｒの性能等に応じて異ならせてもよい。
以上のような構成によれば、ガス切換部４４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が収容された還元反応器４ｂ１に、ガスラインＧＬ３１を介して酸化ガスを供給し、酸化後の還元剤４Ｒが収容された還元反応器４ｂ２に、ガスラインＧＬ３２を介して還元ガスを供給することができる。
以上のような構成によれば、ガス切換部４４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が収容された還元反応器４ｂ１に、ガスラインＧＬ３１を介して酸化ガスを供給し、酸化後の還元剤４Ｒが収容された還元反応器４ｂ２に、ガスラインＧＬ３２を介して還元ガスを供給することができる。
【0056】
このとき、還元反応器４ｂ１では下記式１の反応が進行し、還元反応器４ｂ２では下記式２の反応が進行する。なお、下記式１及び式２では、還元剤４Ｒに酸化鉄（ＦｅＯｘ－１）が含まれ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４４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、還元反応器４ｂ１では上記式２の反応を進行させ、還元反応器４ｂ２では上記式１の反応を進行させることができる。
すなわち、還元反応器４ｂ１と還元反応器４ｂ２とに、酸化ガスと還元ガスとが切り換えて供給される。
式１： ＣＯ２ ＋ ＦｅＯｘ－１ → ＣＯ ＋ ＦｅＯｘ
式２： Ｈ２ ＋ ＦｅＯｘ → Ｈ２Ｏ ＋ ＦｅＯｘ－１
その後、ガス切換部４４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、還元反応器４ｂ１では上記式２の反応を進行させ、還元反応器４ｂ２では上記式１の反応を進行させることができる。
すなわち、還元反応器４ｂ１と還元反応器４ｂ２とに、酸化ガスと還元ガスとが切り換えて供給される。
【0057】
なお、上記式１及び式２に示す反応は、いずれも吸熱反応である。このため、製造システム１００は、還元剤４Ｒに酸化ガス及び還元ガスを接触させる際（すなわち、酸化ガス及び還元ガスと還元剤４Ｒとの反応の際）に、還元剤４Ｒを加熱する還元剤加熱部（図３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、酸化ガス及び還元ガスと還元剤４Ｒとの反応における温度を所定の温度に維持し易く、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又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。
かかる還元剤加熱部を設けることにより、酸化ガス及び還元ガスと還元剤４Ｒとの反応における温度を所定の温度に維持し易く、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又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。
【0058】
ただし、還元剤４Ｒの種類によっては、上記式１及び式２に示す反応が発熱反応となる場合がある。この場合、製造システム１００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、酸化ガス及び還元ガスと還元剤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又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、製造システム１００には、還元剤４Ｒの種類（発熱反応又は吸熱反応）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。
つまり、製造システム１００には、還元剤４Ｒの種類（発熱反応又は吸熱反応）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。
【0059】
ここで、還元反応器４ｂ１、４ｂ２における二酸化炭素の一酸化炭素への転化率は、７０％以上であることが好ましく、８５％以上であることがより好ましく、９５％以上であることがさらに好ましい。二酸化炭素の前記一酸化炭素への転化率の上限は、通常、９８％程度である。
このような転化率は、使用する還元剤４Ｒの種類、酸化ガスに含まれる二酸化炭素の濃度、還元ガスに含まれる水素の濃度、還元反応器４ｂ１、４ｂ２の温度、酸化ガス及び還元ガスの還元反応器４ｂ１、４ｂ２への流量（流速）、還元反応器４ｂ１、４ｂ２に対する酸化ガス及び還元ガスの切り換えのタイミング等を調整することにより設定可能である。
このような転化率は、使用する還元剤４Ｒの種類、酸化ガスに含まれる二酸化炭素の濃度、還元ガスに含まれる水素の濃度、還元反応器４ｂ１、４ｂ２の温度、酸化ガス及び還元ガスの還元反応器４ｂ１、４ｂ２への流量（流速）、還元反応器４ｂ１、４ｂ２に対する酸化ガス及び還元ガスの切り換えのタイミング等を調整することにより設定可能である。
【0060】
還元反応器４ｂ１、４ｂ２の出口ポートには、それぞれガスラインＧＬ４１、ＧＬ４２が接続され、これらがガス合流部Ｊにおいて合流して、ガスラインＧＬ４を構成している。また、ガスラインＧＬ４１、ＧＬ４２の途中には、必要に応じて、それぞれバルブ（図示せず。）が設けられる。
例えば、バルブの開度を調整することにより、還元反応器４ｂ１、４ｂ２を通過する酸化ガス及び還元ガスの通過速度（すなわち、還元剤４Ｒによる酸化ガスの処理速度及び還元ガスによる還元剤４Ｒの処理速度）を設定することができる。
例えば、バルブの開度を調整することにより、還元反応器４ｂ１、４ｂ２を通過する酸化ガス及び還元ガスの通過速度（すなわち、還元剤４Ｒによる酸化ガスの処理速度及び還元ガスによる還元剤４Ｒの処理速度）を設定することができる。
【0061】
ガスラインＧＬ４は、脱二酸化炭素装置８と前処理部５との間において、ガスラインＧＬ１に合流している。これにより、還元反応器４ｂ１、４ｂ２で生成された一酸化炭素を排ガスに合流させて、培養槽２に供給することができる。
したがって、前処理部５を介して培養槽２に供給される排ガスでは、一酸化炭素の濃度を十分に高めることができる。その結果、培養槽２における有機物質の生成効率をより向上させることができる。
したがって、前処理部５を介して培養槽２に供給される排ガスでは、一酸化炭素の濃度を十分に高めることができる。その結果、培養槽２における有機物質の生成効率をより向上させることができる。
【0062】
次に、第２実施形態の製造システム１００の使用方法（有機物質の製造方法）について説明する。
［０Ｂ］まず、ガス切換部４４においてガスライン（流路）を切り換えることにより、ガスラインＧＬ１１と還元反応器４ｂ１とを連通し、ガスラインＧＬ２と還元反応器４ｂ２とを連通する。
［１Ｂ］次に、ガス化炉１０から排出される排ガスは、改質炉３に供給される。
［２Ｂ］その後、改質炉３を通過した排ガスは、脱二酸化炭素装置８を通過する際に、二酸化炭素が除去（分離）される。
［０Ｂ］まず、ガス切換部４４においてガスライン（流路）を切り換えることにより、ガスラインＧＬ１１と還元反応器４ｂ１とを連通し、ガスラインＧＬ２と還元反応器４ｂ２とを連通する。
［１Ｂ］次に、ガス化炉１０から排出される排ガスは、改質炉３に供給される。
［２Ｂ］その後、改質炉３を通過した排ガスは、脱二酸化炭素装置８を通過する際に、二酸化炭素が除去（分離）される。
【0063】
［３Ｂ－１］次に、脱二酸化炭素装置８で分離された二酸化炭素を主とするガス（酸化ガス）は、ガスラインＧＬ１１を介して、還元反応器４ｂ１に供給される。還元反応器４ｂ１では、還元剤４Ｒは、二酸化炭素との接触により二酸化炭素を還元して一酸化炭素に変換する。このとき、還元剤４Ｒは、二酸化炭素との接触により酸化状態とされる。
ここで、還元反応器４ｂ１（排ガス、還元剤４Ｒ）の温度は、１２５℃以上５００℃以下であることが好ましく、１５０℃以上４５０℃以下であることがより好ましく、１７５℃以上４００℃以下であることがさらに好ましい。
なお、ここでの熱源は、プロセス（例えば、還元ガスボイラ等）から排熱の再利用で獲得してもよい。
ここで、還元反応器４ｂ１（排ガス、還元剤４Ｒ）の温度は、１２５℃以上５００℃以下であることが好ましく、１５０℃以上４５０℃以下であることがより好ましく、１７５℃以上４００℃以下であることがさらに好ましい。
なお、ここでの熱源は、プロセス（例えば、還元ガスボイラ等）から排熱の再利用で獲得してもよい。
【0064】
また、還元反応器４ｂ１（排ガス、還元剤４Ｒ）の圧力は、１ＭＰａＧ未満であることが好ましく、０．９ＭＰａＧ以下であることがより好ましく、０．２ＭＰａＧ以上０．８ＭＰａＧ以下であることがさらに好ましい。
反応条件を上記範囲に設定すれば、例えば、還元反応器４ｂ１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。
反応条件を上記範囲に設定すれば、例えば、還元反応器４ｂ１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。
【0065】
［３Ｂ－２］一方、脱水素装置からガスラインＧＬ２を介して、水素を主とするガス（還元ガス）を還元反応器４ｂ２に供給する。還元反応器４ｂ２では、水素との接触により酸化状態の還元剤４Ｒが還元（再生）される。このとき、水が生成される。
ここで、還元反応器４ｂ２（還元ガス、還元剤４Ｒ）の温度は、１２５℃以上５００℃以下であることが好ましく、１５０℃以上４５０℃以下であることがより好ましく、１７５℃以上４００℃以下であることがさらに好ましい。
上記と同様に、ここでの熱源も、プロセス（例えば、還元ガスボイラ等）から排熱の再利用で獲得してもよい。
ここで、還元反応器４ｂ２（還元ガス、還元剤４Ｒ）の温度は、１２５℃以上５００℃以下であることが好ましく、１５０℃以上４５０℃以下であることがより好ましく、１７５℃以上４００℃以下であることがさらに好ましい。
上記と同様に、ここでの熱源も、プロセス（例えば、還元ガスボイラ等）から排熱の再利用で獲得してもよい。
【0066】
また、還元反応器４ｂ２（還元ガス、還元剤４Ｒ）の圧力は、１ＭＰａＧ未満であることが好ましく、０．９ＭＰａＧ以下であることがより好ましく、０．２ＭＰａＧ以上０．８ＭＰａＧ以下であることがさらに好ましい。
反応条件を上記範囲に設定すれば、例えば、還元反応器４ｂ２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。
反応条件を上記範囲に設定すれば、例えば、還元反応器４ｂ２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。
【0067】
還元反応器４ｂ１、４ｂ２に対して、上記工程［３Ｂ－１］と上記工程［３Ｂ－２］とを入れ換えて行うことにより、還元剤４Ｒによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換と、酸化状態の還元剤４Ｒの水素による還元（再生）を交互に行うことができる。
工程［３Ｂ－１］と工程［３Ｂ－２］とを入れ換える間に、ＰＳＡ装置で分離した窒素を還元反応器４ｂ１、４ｂ２に供給（充填）するようにしてもよい。すなわち、還元反応器４ｂ１、４ｂ２に窒素パージしてもよい。
工程［３Ｂ－１］と工程［３Ｂ－２］とを入れ換える間に、ＰＳＡ装置で分離した窒素を還元反応器４ｂ１、４ｂ２に供給（充填）するようにしてもよい。すなわち、還元反応器４ｂ１、４ｂ２に窒素パージしてもよい。
【0068】
［４Ｂ］次に、還元反応器４ｂ１、４ｂ２を通過したガスは、ＧＬ４１、ＧＬ４２及びＧＬ４を介して、ガスラインＧＬ１を通過する排ガスと混合された後、前処理部５に供給される。
［５Ｂ］次に、前処理部５を通過した排ガスは、培養槽２に供給される。
［６Ｂ］最後に、培養槽２で生成された有機物質含有液は、精製装置６に供給される。
［５Ｂ］次に、前処理部５を通過した排ガスは、培養槽２に供給される。
［６Ｂ］最後に、培養槽２で生成された有機物質含有液は、精製装置６に供給される。
【0069】
かかる第２実施形態の製造システム１００によれば、第１実施形態の製造システム１００と同様の作用及び効果が得られる。
特に、第２実施形態では、２つの還元反応器４ｂ１、４ｂ２では、還元剤（還元体）４Ｒによる二酸化炭素の還元反応により、二酸化炭素から離脱した酸素元素の少なくとも一部は、還元剤４Ｒに取り込まれるため、還元反応の系内で分離可能である。そして、２つの還元反応器４ｂ１、４ｂ２に、酸化ガスと還元ガスとを切り替えて供給する。このため、反応生成物である一酸化炭素と水とが１つの還元反応器４ｂ１、４ｂ２（還元反応の系）内に共存し難くなる。よって、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又は抑制することができる。
特に、第２実施形態では、２つの還元反応器４ｂ１、４ｂ２では、還元剤（還元体）４Ｒによる二酸化炭素の還元反応により、二酸化炭素から離脱した酸素元素の少なくとも一部は、還元剤４Ｒに取り込まれるため、還元反応の系内で分離可能である。そして、２つの還元反応器４ｂ１、４ｂ２に、酸化ガスと還元ガスとを切り替えて供給する。このため、反応生成物である一酸化炭素と水とが１つの還元反応器４ｂ１、４ｂ２（還元反応の系）内に共存し難くなる。よって、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又は抑制することができる。
【0070】
なお、第２実施形態において、還元反応器の設置数は１つであっても、３つ以上であってもよい。
１つの還元反応器を設置する場合、例えば、酸化ガスと還元ガスとを切り替えて交互に、還元反応器に供給することができる。
また、３つ以上の還元反応器を設置する場合、例えば、１つの還元反応器に酸化ガスを供給する際に、残りの還元反応器に連続又は並行して還元ガスを供給することができる。
１つの還元反応器を設置する場合、例えば、酸化ガスと還元ガスとを切り替えて交互に、還元反応器に供給することができる。
また、３つ以上の還元反応器を設置する場合、例えば、１つの還元反応器に酸化ガスを供給する際に、残りの還元反応器に連続又は並行して還元ガスを供給することができる。
【0071】
また、酸化状態の還元剤４Ｒを還元（再生）するのに水素を主とするガスを代表に説明したが、水素に代えてまたは水素に加えて、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。
例えば、脱アセチレン装置を使用する場合、脱アセチレン装置で分離されるアセチレンをガスラインＧＬ２に混合して、還元反応器４ｂ１、４ｂ２に供給するようにしてもよい。
例えば、脱アセチレン装置を使用する場合、脱アセチレン装置で分離されるアセチレンをガスラインＧＬ２に混合して、還元反応器４ｂ１、４ｂ２に供給するようにしてもよい。
【0072】
また、還元部４は、マイクロ波を照射する照射装置４９を有していてもよい。
図４は、マイクロ波を照射する照射装置を有する還元部の構成を示す模式図である。
図４に示す還元部４は、還元反応器４ａ、４ｂ１、４ｂ２と、照射装置４９とを有している。
かかる照射装置４９を設けることにより、マイクロ波により還元体（触媒又は還元剤４Ｒ）の表面付近のみを局所的（優先的）に活性化させることができる。このため、比較的低温でも、二酸化炭素を一酸化炭素に変換し易くなる。
図４は、マイクロ波を照射する照射装置を有する還元部の構成を示す模式図である。
図４に示す還元部４は、還元反応器４ａ、４ｂ１、４ｂ２と、照射装置４９とを有している。
かかる照射装置４９を設けることにより、マイクロ波により還元体（触媒又は還元剤４Ｒ）の表面付近のみを局所的（優先的）に活性化させることができる。このため、比較的低温でも、二酸化炭素を一酸化炭素に変換し易くなる。
【0073】
マイクロ波は、周波数３００ＭＨｚ～３００ＧＨｚの電磁波を意味し、周波数３００～３０００ＭＨｚの極超短波（ＵＨＦ）、周波数３～３０ＧＨｚのセンチメートル波（ＳＨＦ）、周波数３０～３００ＧＨｚのミリ波（ＥＨＦ）、周波数３００～３０００ＧＨｚのサブミリ波（ＳＨＦ）に分類される。これらの中でも、マイクロ波としては、極超短波（ＵＨＦ）が好ましい。極超短波（ＵＨＦ）を使用することにより、還元体をより短時間で、目的の温度まで加熱することができる。
なお、マイクロ波の照射を行う場合、電波法に準拠した電波の漏洩対策が適切に講じられる。
なお、マイクロ波の照射を行う場合、電波法に準拠した電波の漏洩対策が適切に講じられる。
【0074】
マイクロ波の照射は、連続的に行ってもよく、間欠的（パルス的）に行ってもよい。
なお、照射装置４９は、図４に示すように、還元反応器４ａ、４ｂ１、４ｂ２の外部に配置してもよく、内部に配置してもよい。
また、排ガスのガス組成を爆発範囲から乖離させておけば、マイクロ波の照射条件によらず、排ガスに対する着火源となることを好適に防止することができる。
なお、照射装置４９は、図４に示すように、還元反応器４ａ、４ｂ１、４ｂ２の外部に配置してもよく、内部に配置してもよい。
また、排ガスのガス組成を爆発範囲から乖離させておけば、マイクロ波の照射条件によらず、排ガスに対する着火源となることを好適に防止することができる。
【0075】
<第３実施形態>
次に、本発明の有機物質の製造システムの第３実施形態について説明する。
以下、第３実施形態の有機物質の製造システムについて説明するが、第１及び第２実施形態の有機物質の製造システムとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図５は、第３実施形態の有機物質の製造システムにおける還元部の構成を示す概略図である。
次に、本発明の有機物質の製造システムの第３実施形態について説明する。
以下、第３実施形態の有機物質の製造システムについて説明するが、第１及び第２実施形態の有機物質の製造システムとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図５は、第３実施形態の有機物質の製造システムにおける還元部の構成を示す概略図である。
【0076】
第３実施形態の製造システム１００では、還元部４の構成が異なり、それ以外は、第１実施形態の製造システム１００と同様である。
第３実施形態の還元部４は、水素を利用して、二酸化炭素の電気化学的な還元反応により、一酸化炭素に変換する還元反応器４ｃ（反応セル、電解槽又は電気化学セルとも呼ばれる。）で構成されている。
図５に示す還元反応器４ｃは、ハウジング４２と、ハウジング４２内の空間を左右に区画するバイポーラ膜４７とを有している。
第３実施形態の還元部４は、水素を利用して、二酸化炭素の電気化学的な還元反応により、一酸化炭素に変換する還元反応器４ｃ（反応セル、電解槽又は電気化学セルとも呼ばれる。）で構成されている。
図５に示す還元反応器４ｃは、ハウジング４２と、ハウジング４２内の空間を左右に区画するバイポーラ膜４７とを有している。
【0077】
バイポーラ膜４７は、カチオン交換層４７１とアニオン交換層４７２とを接合した接合体で構成されている。
このバイポーラ膜４７で区画されたハウジング４２内の右側の空間４２１及び左側の空間４２２には、それぞれ液体（例えば、電解液）４２１ｗ、４２２ｗが貯留されている。
そして、液体４２１ｗには、カソード４５が浸漬され、液体４２２ｗには、アノード４６が浸漬されている。カソード４５及びアノード４６は、それぞれ、例えば酸化銅のナノワイヤの表面を二酸化スズで被覆した触媒で構成することができる。
このバイポーラ膜４７で区画されたハウジング４２内の右側の空間４２１及び左側の空間４２２には、それぞれ液体（例えば、電解液）４２１ｗ、４２２ｗが貯留されている。
そして、液体４２１ｗには、カソード４５が浸漬され、液体４２２ｗには、アノード４６が浸漬されている。カソード４５及びアノード４６は、それぞれ、例えば酸化銅のナノワイヤの表面を二酸化スズで被覆した触媒で構成することができる。
【0078】
また、カソード４５及びアノード４６には、電源４８が電気的に接続されている。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、有機物質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。
かかる還元反応器４ｃでは、液体４９１に排ガス（二酸化炭素）が供給されると、電源４８から供給される電子と触媒との作用により、二酸化炭素の還元反応により一酸化炭素が生成される。
一方、液体４２２ｗ中では、水酸化物イオンは、アノード４６で電子を奪い取られることにより、酸素に変換される。
かかる還元反応器４ｃでは、液体４９１に排ガス（二酸化炭素）が供給されると、電源４８から供給される電子と触媒との作用により、二酸化炭素の還元反応により一酸化炭素が生成される。
一方、液体４２２ｗ中では、水酸化物イオンは、アノード４６で電子を奪い取られることにより、酸素に変換される。
【0079】
また、液体４２１ｗのｐＨは、中性付近に設定し、液体４２２ｗのｐＨは、アルカリ性（１３程度）に設定することが好ましい。
本実施形態では、カソード４５が、電子を供与して、二酸化炭素を一酸化炭素に変換する還元体を構成している。なお、カソード４５は、上記触媒を集電体に担持させて構成することもでき、この場合、触媒自体が還元体を構成する。
また、触媒として金属錯体を用いる場合には、液体４２１ｗに金属錯体を溶解してもよい。
本実施形態では、カソード４５が、電子を供与して、二酸化炭素を一酸化炭素に変換する還元体を構成している。なお、カソード４５は、上記触媒を集電体に担持させて構成することもでき、この場合、触媒自体が還元体を構成する。
また、触媒として金属錯体を用いる場合には、液体４２１ｗに金属錯体を溶解してもよい。
【0080】
以上説明したような有機物質の製造システム、有機物質の製造装置及び有機物質の製造方法によれば、還元反応器（還元部）における反応温度と培養槽（有機物質生成部）における反応温度とを乖離し過ぎないように設定するので、廃棄される熱を無駄にすることなく、効率よく有機物質を製造することができる。
また、本発明において、原料ガスからの有機物質の生成は、触媒を収納した反応器（有機物質生成部）により行うようにしてもよい。
かかる触媒としては、例えば、ルテニウム、ロジウム、マンガン、ゲルマニウム、タンタル、ジルコニウム、ニオブ、ハフニウム、ランタン、セリウム、アルミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛、ケイ素またはそれらの酸化物等が挙げられ、これらのうちの１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用することができる。
また、本発明において、原料ガスからの有機物質の生成は、触媒を収納した反応器（有機物質生成部）により行うようにしてもよい。
かかる触媒としては、例えば、ルテニウム、ロジウム、マンガン、ゲルマニウム、タンタル、ジルコニウム、ニオブ、ハフニウム、ランタン、セリウム、アルミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛、ケイ素またはそれらの酸化物等が挙げられ、これらのうちの１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用することができる。
【0081】
この場合も、有機物質生成部における反応温度と還元部における反応温度とは、上述のような関係を満足するように設定される。これにより、廃棄される熱を無駄にするのを好適に防止又は抑制することができる。
触媒を用いて原料ガスからの有機物質の生成する際の具体的な温度は、３０℃以上４０℃以下であることが好ましく、３５℃以上３８℃以下であることがより好ましい。
さらに、次に記載の各態様で提供されてもよい。
触媒を用いて原料ガスからの有機物質の生成する際の具体的な温度は、３０℃以上４０℃以下であることが好ましく、３５℃以上３８℃以下であることがより好ましい。
さらに、次に記載の各態様で提供されてもよい。
【0082】
（１）有機物質の製造システムであって、一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原料ガスを生成する、ガス生成部と、前記原料ガスを供給し、前記原料ガスから有機物質を生成する、有機物質生成部と、前記ガス生成部と前記有機物質生成部との間に設けられ、前記二酸化炭素及び水素を利用して、前記二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する還元体を有する、還元部と、を備え、前記有機物質生成部において前記有機物質を生成する際の温度をＸ［℃］とし、前記還元部において前記一酸化炭素を生成する際の温度をＹ［℃］としたとき、Ｙ≦１５Ｘなる関係を満足する、有機物質の製造システム。
【0083】
（２）上記（１）に記載の有機物質の製造システムにおいて、３Ｘ≦Ｙなる関係を満足する、有機物質の製造システム。
【0084】
（３）上記（１）又は（２）に記載の有機物質の製造システムにおいて、前記還元部は、さらに、前記還元体にマイクロ波を照射する照射装置を有する、有機物質の製造システム。
【0085】
（４）上記（１）～（３）のいずれか１項に記載の有機物質の製造システムにおいて、さらに、前記還元部に供給する前記二酸化炭素を前記原料ガスから分離する、分離部を備え、前記分離部で分離した前記二酸化炭素を前記還元部に供給し、前記還元部で生成された前記一酸化炭素を前記原料ガスに合流させて、前記有機物質生成部に供給するように構成されている、有機物質の製造システム。
【0086】
（５）上記（１）～（４）のいずれか１項に記載の有機物質の製造システムにおいて、前記有機物質生成部は、ガス資化性細菌の作用により前記原料ガスから前記有機物質含有液を生成する培養槽である、有機物質の製造システム。
【0087】
（６）上記（１）～（５）のいずれか１項に記載の有機物質の製造システムにおいて、前記還元部は、前記還元体による前記二酸化炭素の還元反応により、前記二酸化炭素から離脱した酸素元素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つの反応器を有する、有機物質の製造システム。
【0088】
（７）上記（６）に記載の有機物質の製造システムにおいて、前記還元体は、前記二酸化炭素を還元して前記一酸化炭素に変換する際に酸化状態とされ、酸化状態の前記還元体は前記水素との接触により還元される、有機物質の製造システム。
【0089】
（８）上記（７）に記載の有機物質の製造システムにおいて、前記還元部は、複数の前記反応器を有し、各前記反応器には、前記二酸化炭素と前記水素とが切り換えて供給される、有機物質の製造システム。
【0090】
（９）一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原料ガスを生成するガス生成部に接続して使用される有機物質の製造装置であって、前記原料ガスを供給し、前記原料ガスから有機物質を生成する、有機物質生成部と、前記ガス生成部と前記有機物質生成部との間に設けられ、前記二酸化炭素及び水素を利用して、前記二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する還元体を有する、還元部と、を備え、前記有機物質生成部において前記有機物質を生成する際の温度をＸ［℃］とし、前記還元部において前記一酸化炭素を生成する際の温度をＹ［℃］としたとき、Ｙ≦１５Ｘなる関係を満足する、有機物質の製造装置。
【0091】
（１０）有機物質の製造方法であって、一酸化炭素及び二酸化炭素を含む原料ガスを供給し、前記原料ガスから有機物質を生成する、有機物質生成工程と、前記有機物質生成工程に先立って、前記二酸化炭素及び水素を利用して、還元体により前記二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成する、還元工程と、を備え、前記有機物質生成工程において前記有機物質を生成する際の温度をＸ［℃］とし、前記還元工程において前記一酸化炭素を生成する際の温度をＹ［℃］としたとき、Ｙ≦１５Ｘなる関係を満足する、有機物質の製造方法。
もちろん、この限りではない。
もちろん、この限りではない。
【0092】
既述のとおり、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を何ら限定するものではない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
【0093】
例えば、本発明の有機物質の製造システム及び有機物質の製造装置は、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、本発明の有機物質の製造方法は、上記実施形態に対して、他の任意の追加の工程を有していてもよく、同様の機能を発揮する任意の工程と置換されていてよく、一部の工程が省略されていてもよい。
また、本発明の有機物質の製造方法は、上記実施形態に対して、他の任意の追加の工程を有していてもよく、同様の機能を発揮する任意の工程と置換されていてよく、一部の工程が省略されていてもよい。
【0094】
さらに、本発明では、排ガス（原料ガス）から水素を分離する脱水素装置（水素分離部）は、省略してもよい。
この場合、例えば、水の電気分解を利用した水素発生装置によって生成される水素、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のような副生水素を発生する装置によって生成される水素、コークス炉から排出されるコークス炉ガスに含まれる水素を用いることができる。
この場合、例えば、水の電気分解を利用した水素発生装置によって生成される水素、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のような副生水素を発生する装置によって生成される水素、コークス炉から排出されるコークス炉ガスに含まれる水素を用いることができる。
【符号の説明】
【0095】
１００ ：有機物質の製造システム
１０ ：ガス化炉
１ ：有機物質の製造装置
２ ：培養槽
３ ：改質炉
４ ：還元部
４ａ ：還元反応器
４ｂ１ ：還元反応器
４ｂ２ ：還元反応器
４ｃ ：還元反応器
４１ ：管体
４２ ：ハウジング
４２１ ：空間
４２１ｗ ：液体
４２２ ：空間
４２２ｗ ：液体
４３ ：内部空間
４４ ：ガス切換部
４５ ：カソード
４６ ：アノード
４７ ：バイポーラ膜
４７１ ：カチオン交換層
４７２ ：アニオン交換層
４８ ：電源
４９ ：照射装置
４Ｒ ：触媒、還元剤
５ ：前処理部
６ ：精製装置
７ ：除去部
８ ：脱二酸化炭素装置
ＧＬ１ ：ガスライン
ＧＬ１１ ：ガスライン
ＧＬ２ ：ガスライン
ＧＬ３１ ：ガスライン
ＧＬ３２ ：ガスライン
ＧＬ４ ：ガスライン
ＧＬ４１ ：ガスライン
ＧＬ４２ ：ガスライン
ＬＬ ：液体ライン
Ｊ ：ガス合流部
１０ ：ガス化炉
１ ：有機物質の製造装置
２ ：培養槽
３ ：改質炉
４ ：還元部
４ａ ：還元反応器
４ｂ１ ：還元反応器
４ｂ２ ：還元反応器
４ｃ ：還元反応器
４１ ：管体
４２ ：ハウジング
４２１ ：空間
４２１ｗ ：液体
４２２ ：空間
４２２ｗ ：液体
４３ ：内部空間
４４ ：ガス切換部
４５ ：カソード
４６ ：アノード
４７ ：バイポーラ膜
４７１ ：カチオン交換層
４７２ ：アニオン交換層
４８ ：電源
４９ ：照射装置
４Ｒ ：触媒、還元剤
５ ：前処理部
６ ：精製装置
７ ：除去部
８ ：脱二酸化炭素装置
ＧＬ１ ：ガスライン
ＧＬ１１ ：ガスライン
ＧＬ２ ：ガスライン
ＧＬ３１ ：ガスライン
ＧＬ３２ ：ガスライン
ＧＬ４ ：ガスライン
ＧＬ４１ ：ガスライン
ＧＬ４２ ：ガスライン
ＬＬ ：液体ライン
Ｊ ：ガス合流部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
