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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-03-27
(45)【発行日】2025-04-04
(54)【発明の名称】リサイクルシステム
(51)【国際特許分類】
C25B 1/23 20210101AFI20250328BHJP
C21B 5/00 20060101ALI20250328BHJP
C25B 1/042 20210101ALI20250328BHJP
C25B 9/00 20210101ALI20250328BHJP
C25B 9/67 20210101ALI20250328BHJP
C25B 13/07 20210101ALI20250328BHJP
C07C 29/152 20060101ALN20250328BHJP
C07C 31/04 20060101ALN20250328BHJP
【ＦＩ】
C25B1/23
C21B5/00 321
C25B1/042
C25B9/00 A
C25B9/67
C25B13/07
C07C29/152
C07C31/04
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021210831
(22)【出願日】2021-12-24
(65)【公開番号】P2023095127
(43)【公開日】2023-07-06
【審査請求日】2024-01-19
(73)【特許権者】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100162868
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 英輔
(74)【代理人】
【識別番号】100161702
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 宏之
(74)【代理人】
【識別番号】100189348
【弁理士】
【氏名又は名称】古都 智
(74)【代理人】
【識別番号】100196689
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 康一郎
(72)【発明者】
【氏名】松尾 健
(72)【発明者】
【氏名】碓井 志典
(72)【発明者】
【氏名】浅野 耕司
(72)【発明者】
【氏名】岩渕 宏之
(72)【発明者】
【氏名】中桐 基裕
(72)【発明者】
【氏名】小城 育昌
(72)【発明者】
【氏名】原 伸英
【審査官】祢屋 健太郎
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０２１／２２０６６７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平０４－２４４０３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－２６１１３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１１／０８７０３６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－０５２１６２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２５Ｂ １／００－１３／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
７００℃以上１０００℃以下の水蒸気に含有される熱エネルギーである高温領域の熱エネルギーの供給源としての高温ガス炉と、前記高温ガス炉から供給される熱エネルギーを高温側から低温側に向けて段階的に利用可能とするとともに、前記高温ガス炉の熱エネルギーを利用した二酸化炭素と水蒸気との共電解によって、一酸化炭素及び水素を製造する共電解用ＳＯＥＣを有した共電解設備を有する熱利用設備と、
前記共電解用ＳＯＥＣから一酸化炭素を供給可能に設けられ、一酸化炭素を利用するＣＯ利用設備と、
を備え、
前記熱利用設備は、
前記高温ガス炉の前記高温領域の熱エネルギーを供給する中間熱交換器と、
前記中間熱交換器と複数のラインを介して接続される水素製造設備と、
前記ＣＯ利用設備内に設けられる熱供給用蒸気製造設備と、
をさらに有するリサイクルシステム。
【請求項2】
前記ＣＯ利用設備及び外部のいずれかから二酸化炭素を回収するとともに、前記共電解用ＳＯＥＣに二酸化炭素を供給可能に設けられたＣＯ２回収供給設備を備える請求項１に記載のリサイクルシステム。
【請求項3】
前記熱利用設備は、前記ＣＯ２回収供給設備内の二酸化炭素を吸収する吸収材に、１００℃以上３００℃以下の水蒸気に含有される熱エネルギーである低温領域の熱エネルギーを供給する再生用熱利用設備をさらに有する請求項２に記載のリサイクルシステム。
【請求項4】
前記水素製造設備は、前記高温ガス炉の熱エネルギーを利用した水蒸気の電気分解によって水素を製造する水素製造用ＳＯＥＣを備える請求項１から３のいずれか一項に記載のリサイクルシステム。
【請求項5】
前記ＣＯ利用設備は、前記共電解用ＳＯＥＣから一酸化炭素及び水素を供給可能、且つ、前記水素製造用ＳＯＥＣから水素を供給可能に設けられ、一酸化炭素及び水素から炭化水素化合物を製造する炭化水素製造設備を有する請求項４に記載のリサイクルシステム。
【請求項6】
前記ＣＯ利用設備は、前記共電解用ＳＯＥＣから一酸化炭素を供給可能、且つ、前記水素製造用ＳＯＥＣから水素を供給可能に設けられ、一酸化炭素及び水素を利用した鉄鉱石の還元によって製鉄する製鉄設備を有し、前記製鉄設備は、前記共電解用ＳＯＥＣ及び前記水素製造用ＳＯＥＣとで製造される酸素を供給されるように設けられている請求項４又は５に記載のリサイクルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、工場等から排気される二酸化炭素を再利用し、二酸化炭素の排出量を低減し、また、熱エネルギーを高温領域から低温領域に向けて段階的に利用するリサイクルシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、水蒸気を吸熱反応させて水素を製造する水素製造装置と、一酸化炭素及び二酸化炭素の少なくとも一部を含む気体と、製造された水素とを反応させて炭化水素を製造する炭化水素製造装置と、を備える燃料製造システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１９－１０８２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、二酸化炭素と水素とを反応させて炭化水素を製造する場合、二酸化炭素から一酸化炭素、一酸化炭素から炭化水素と、段階的に還元される。二酸化炭素から一酸化炭素を得るには、高温化で反応を行う必要があり、多くの電気エネルギーを必要とする。また、炭化水素の製造の過程で、一酸化炭素から炭素が析出されて（コーキング現象）、装置に不具合を引き起こす等のリスクが生じる場合がある。
【0005】
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、少ない電気エネルギーで二酸化炭素を再利用することができるとともに、炭素析出のリスクの低減することができるリサイクルシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本開示に係るリサイクルシステムは、７００℃以上１０００℃以下の水蒸気に含有される熱エネルギーである高温領域の熱エネルギーの供給源としての高温ガス炉と、前記高温ガス炉から供給される熱エネルギーを高温側から低温側に向けて段階的に利用可能とするとともに、前記高温ガス炉の熱エネルギーを利用した二酸化炭素と水蒸気との共電解によって、一酸化炭素及び水素を製造する共電解用ＳＯＥＣを有した共電解設備を有する熱利用設備と、前記共電解用ＳＯＥＣから一酸化炭素を供給可能に設けられ、一酸化炭素を利用するＣＯ利用設備と、を備え、前記熱利用設備は、前記高温ガス炉の前記高温領域の熱エネルギーを供給する中間熱交換器と、前記中間熱交換器と複数のラインを介して接続される水素製造設備と、前記ＣＯ利用設備内に設けられる熱供給用蒸気製造設備と、をさらに有する。
【発明の効果】
【0007】
本開示のリサイクルシステムによれば、少ない電気エネルギーで二酸化炭素を再利用することができるとともに、炭素析出のリスクの低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本開示の第一実施形態に係るリサイクルシステムの図である。
【図2】本開示の第一実施形態に係るＣＯ２回収供給設備の構成図である。
【図3】本開示の第二実施形態に係るリサイクルシステムの図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
＜第一実施形態＞
（リサイクルシステム）
以下、本開示の第一実施形態に係るリサイクルシステム１００について、図１、図２を参照して説明する。
図１に示すリサイクルシステム１００は、工場等から排気される二酸化炭素を再利用し、二酸化炭素の排出量を低減し、また、熱エネルギーを高温領域から低温領域に向けて段階的に利用するシステムである。
（リサイクルシステム）
以下、本開示の第一実施形態に係るリサイクルシステム１００について、図１、図２を参照して説明する。
図１に示すリサイクルシステム１００は、工場等から排気される二酸化炭素を再利用し、二酸化炭素の排出量を低減し、また、熱エネルギーを高温領域から低温領域に向けて段階的に利用するシステムである。
【0010】
図１に示すように、リサイクルシステム１００は、高温ガス炉１と、中間熱交換器２と、水素製造設備３と、共電解設備４と、ＣＯ利用設備５と、ＣＯ２回収供給設備６と、を備える。
【0011】
リサイクルシステム１００は、これらの設備及び装置等に熱媒体を介して熱エネルギーを供給する熱利用設備８を備える。本実施形態では、熱媒体としてヘリウムと水蒸気（水）とが用いられている。
以下では、リサイクルシステム１００の各構成について詳細に説明する。
以下では、リサイクルシステム１００の各構成について詳細に説明する。
【0012】
（高温ガス炉）
高温ガス炉１は、核熱の多目的利用を目標に高温熱を取り出せる原子炉として開発されている。高温ガス炉１は、高温領域の熱エネルギーの供給源として利用される。
以下では、概念的に７００℃以上１０００℃以下の水蒸気に含有される熱エネルギーを高温領域の熱エネルギーと称し、３００℃以上７００℃以下の水蒸気に含有される熱エネルギーを中温領域の熱エネルギーと称し、１００℃以上３００℃以下の水蒸気に含有される熱エネルギーを低温領域の熱エネルギーと称する場合がある。
高温ガス炉１の熱エネルギーは、熱利用設備８を流れるヘリウムと水蒸気を介して、他の設備及び装置に供給される。
高温ガス炉１は、核熱の多目的利用を目標に高温熱を取り出せる原子炉として開発されている。高温ガス炉１は、高温領域の熱エネルギーの供給源として利用される。
以下では、概念的に７００℃以上１０００℃以下の水蒸気に含有される熱エネルギーを高温領域の熱エネルギーと称し、３００℃以上７００℃以下の水蒸気に含有される熱エネルギーを中温領域の熱エネルギーと称し、１００℃以上３００℃以下の水蒸気に含有される熱エネルギーを低温領域の熱エネルギーと称する場合がある。
高温ガス炉１の熱エネルギーは、熱利用設備８を流れるヘリウムと水蒸気を介して、他の設備及び装置に供給される。
【0013】
高温ガス炉１は、第一熱交換ライン１０及び第二熱交換ライン１１によって、中間熱交換器２と接続されている。第一熱交換ライン１０には、高温ガス炉１から中間熱交換器２に向けてヘリウムが流れる。第二熱交換ライン１１には、中間熱交換器２から高温ガス炉１に向けてヘリウムが流れる。このように、ヘリウムは、高温ガス炉１と中間熱交換器２との間で循環する。
【0014】
以下では、高温ガス炉１と中間熱交換器２との間で循環するヘリウムを一次ヘリウムと称する。
一次ヘリウムは、高温ガス炉１内に入り、高温ガス炉１から高温領域の熱エネルギーが直接供給される。ヘリウムは、熱化学的に安定な物質のため、高温ガス炉１の中に入っても、放射化することがない。
一次ヘリウムは、高温ガス炉１内に入り、高温ガス炉１から高温領域の熱エネルギーが直接供給される。ヘリウムは、熱化学的に安定な物質のため、高温ガス炉１の中に入っても、放射化することがない。
【0015】
（中間熱交換器）
中間熱交換器２は、一次ヘリウムと、一次ヘリウムとは別の流路を流れるヘリウム（以下、二次ヘリウムと称する。）とで熱交換を行う。二次ヘリウムは、高温ガス炉１と接触せずに一次ヘリウムと熱交換を行い、高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーを得る。
中間熱交換器２は、一次ヘリウムと、一次ヘリウムとは別の流路を流れるヘリウム（以下、二次ヘリウムと称する。）とで熱交換を行う。二次ヘリウムは、高温ガス炉１と接触せずに一次ヘリウムと熱交換を行い、高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーを得る。
【0016】
中間熱交換器２は、供給ライン２０によって、水素製造設備３と、共電解設備４と、ＣＯ利用設備５と、に接続されている。
【0017】
供給ライン２０は、上流側供給ライン２１と、供給ヘッダ部２２と、下流側供給ライン２３と、を有する。上流側供給ライン２１は、中間熱交換器２と供給ヘッダ部２２とを接続している。供給ヘッダ部２２には、下流側供給ライン２３が複数設けられている。複数の下流側供給ライン２３のうち一部の下流側供給ライン２３は、供給ヘッダ部２２と水素製造設備３とを接続し、別の一部の下流側供給ライン２３は、供給ヘッダ部２２と共電解設備４とを接続し、さらに別の一部の下流側供給ライン２３は、供給ヘッダ部２２とＣＯ利用設備５とを接続している。二次ヘリウムは、一次ヘリウムとの熱交換後、供給ライン２０を通じて水素製造設備３、共電解設備４、及びＣＯ利用設備５に供給される。
【0018】
（水素製造設備）
水素製造設備３は、水素用蒸気製造設備３０と、水素製造用ＳＯＥＣ３１（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ Ｃｅｌｌ）と、を有する。
水素製造設備３は、水素用蒸気製造設備３０と、水素製造用ＳＯＥＣ３１（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ Ｃｅｌｌ）と、を有する。
【0019】
（水素用蒸気製造設備）
水素用蒸気製造設備３０には、供給ライン２０を流れる二次ヘリウムを介して高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが供給される。水素用蒸気製造設備３０は、高温ガス炉１の熱エネルギーを利用して高温の水蒸気を製造する。
水素用蒸気製造設備３０には、供給ライン２０を流れる二次ヘリウムを介して高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが供給される。水素用蒸気製造設備３０は、高温ガス炉１の熱エネルギーを利用して高温の水蒸気を製造する。
【0020】
水素用蒸気製造設備３０は、水素用蒸気発生器３２と、水素用蒸気予熱器３３と、水素用蒸気過熱器３４と、を有する。水素用蒸気発生器３２は、水素製造用ＳＯＥＣ３１と、水素用蒸気流路３５によって接続されている。水素用蒸気流路３５では、水蒸気が水素用蒸気発生器３２から水素製造用ＳＯＥＣ３１に向けて流れる。水素用蒸気流路３５の中流部には、水素用蒸気予熱器３３と、水素用蒸気過熱器３４とが設けられている。水素用蒸気予熱器３３は、水素用蒸気過熱器３４よりも上流に配置されている。
【0021】
（水素用蒸気発生器）
水素用蒸気発生器３２には、水素用蒸気過熱器３４から中温領域の熱エネルギーが供給される。水素用蒸気過熱器３４から水素用蒸気発生器３２への熱エネルギーの供給については、後述する。また、水素用蒸気発生器３２には、外部から水が供給される。水素用蒸気発生器３２は、水素用蒸気過熱器３４で使った後の中温領域の熱エネルギーで水を加熱し、水蒸気を発生させる。水素用蒸気過熱器３４で使った後の熱は水素製造用中間ライン３６から供給するが、下流側供給ライン２３から供給される熱よりも低い中温領域の熱であり、水素用蒸気発生器３２で使うことで、高温ガス炉１の熱を効率よく利用する。
水素用蒸気発生器３２には、水素用蒸気過熱器３４から中温領域の熱エネルギーが供給される。水素用蒸気過熱器３４から水素用蒸気発生器３２への熱エネルギーの供給については、後述する。また、水素用蒸気発生器３２には、外部から水が供給される。水素用蒸気発生器３２は、水素用蒸気過熱器３４で使った後の中温領域の熱エネルギーで水を加熱し、水蒸気を発生させる。水素用蒸気過熱器３４で使った後の熱は水素製造用中間ライン３６から供給するが、下流側供給ライン２３から供給される熱よりも低い中温領域の熱であり、水素用蒸気発生器３２で使うことで、高温ガス炉１の熱を効率よく利用する。
【0022】
（水素用蒸気予熱器）
水素用蒸気予熱器３３には、水素用蒸気発生器３２から水蒸気が供給される。また、水素用蒸気予熱器３３は、下流側供給ライン２３によって、供給ヘッダ部２２と接続されている。水素用蒸気予熱器３３には、供給ヘッダ部２２から二次ヘリウムが供給される。水素用蒸気予熱器３３には、二次ヘリウムを介して高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが供給される。
水素用蒸気予熱器３３には、水素用蒸気発生器３２から水蒸気が供給される。また、水素用蒸気予熱器３３は、下流側供給ライン２３によって、供給ヘッダ部２２と接続されている。水素用蒸気予熱器３３には、供給ヘッダ部２２から二次ヘリウムが供給される。水素用蒸気予熱器３３には、二次ヘリウムを介して高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが供給される。
【0023】
（水素用蒸気過熱器）
水素用蒸気過熱器３４には、水素用蒸気予熱器３３から水蒸気が供給される。また、水素用蒸気過熱器３４は、下流側供給ライン２３によって、供給ヘッダ部２２と接続されている。水素用蒸気過熱器３４には、供給ヘッダ部２２から二次ヘリウムが供給される。水素用蒸気過熱器３４には、二次ヘリウムを介して高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが供給される。水素用蒸気過熱器３４は、二次ヘリウムに含有された高温領域の熱エネルギーを利用して、水蒸気をさらに加熱する。水素用蒸気過熱器３４で加熱された水蒸気には、高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが含有される。
水素用蒸気過熱器３４には、水素用蒸気予熱器３３から水蒸気が供給される。また、水素用蒸気過熱器３４は、下流側供給ライン２３によって、供給ヘッダ部２２と接続されている。水素用蒸気過熱器３４には、供給ヘッダ部２２から二次ヘリウムが供給される。水素用蒸気過熱器３４には、二次ヘリウムを介して高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが供給される。水素用蒸気過熱器３４は、二次ヘリウムに含有された高温領域の熱エネルギーを利用して、水蒸気をさらに加熱する。水素用蒸気過熱器３４で加熱された水蒸気には、高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが含有される。
【0024】
水素用蒸気過熱器３４は、水素製造用中間ライン３６によって、水素用蒸気発生器３２と接続されている。二次ヘリウムの熱エネルギーは、水素用蒸気過熱器３４に供給された後、中温領域まで減少する。二次ヘリウムは、水素用蒸気過熱器３４から水素製造用中間ライン３６を通って水素用蒸気発生器３２に供給される。この二次ヘリウムによって、水素用蒸気発生器３２には、水素用蒸気過熱器３４で使った後の中温領域の熱エネルギーが供給される。このため、水素用蒸気発生器３２では、水蒸気の発生に中温領域の熱エネルギーが利用される。
【0025】
（水素製造用ＳＯＥＣ）
水素製造用ＳＯＥＣ３１には、水素用蒸気過熱器３４から水蒸気が供給される。また、水素製造用ＳＯＥＣ３１は、水素製造用水素極３１ａと、水素製造用酸素極３１ｂと、を有する。水素製造用水素極３１ａと水素製造用酸素極３１ｂとの間には、電解電圧が印加され、水素製造用ＳＯＥＣ３１に電気エネルギーが供給される。水素製造用ＳＯＥＣ３１は、水蒸気に含有される高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーを利用して水蒸気を電気分解し、水素を製造する。水素製造用ＳＯＥＣ３１は、回収ライン７１によって、ＣＯ利用設備５と接続されている。水素製造用ＳＯＥＣ３１で製造された水素は、回収ライン７１を通じてＣＯ利用設備５に供給される。水素製造用ＳＯＥＣ３１では、水素製造時に酸素が製造される。水素製造用ＳＯＥＣ３１で製造された酸素は、外部に排出される。
水素製造用ＳＯＥＣ３１には、水素用蒸気過熱器３４から水蒸気が供給される。また、水素製造用ＳＯＥＣ３１は、水素製造用水素極３１ａと、水素製造用酸素極３１ｂと、を有する。水素製造用水素極３１ａと水素製造用酸素極３１ｂとの間には、電解電圧が印加され、水素製造用ＳＯＥＣ３１に電気エネルギーが供給される。水素製造用ＳＯＥＣ３１は、水蒸気に含有される高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーを利用して水蒸気を電気分解し、水素を製造する。水素製造用ＳＯＥＣ３１は、回収ライン７１によって、ＣＯ利用設備５と接続されている。水素製造用ＳＯＥＣ３１で製造された水素は、回収ライン７１を通じてＣＯ利用設備５に供給される。水素製造用ＳＯＥＣ３１では、水素製造時に酸素が製造される。水素製造用ＳＯＥＣ３１で製造された酸素は、外部に排出される。
【0026】
（共電解設備）
共電解設備４は、共電解用蒸気製造設備４０と、共電解用ＳＯＥＣ４１と、を有する。
共電解設備４は、共電解用蒸気製造設備４０と、共電解用ＳＯＥＣ４１と、を有する。
【0027】
（共電解用蒸気製造設備）
共電解用蒸気製造設備４０には、供給ライン２０を流れる二次ヘリウムを介して高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが供給される。共電解用蒸気製造設備４０は、高温ガス炉１の熱エネルギーを利用して高温の水蒸気を製造する。
共電解用蒸気製造設備４０には、供給ライン２０を流れる二次ヘリウムを介して高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが供給される。共電解用蒸気製造設備４０は、高温ガス炉１の熱エネルギーを利用して高温の水蒸気を製造する。
【0028】
共電解用蒸気製造設備４０は、共電解用蒸気発生器４２と、共電解用蒸気予熱器４３と、共電解用蒸気過熱器４４と、を有する。共電解用蒸気発生器４２は、共電解用蒸気流路４５によって、共電解用ＳＯＥＣ４１と接続されている。共電解用蒸気流路４５では、水蒸気が共電解用蒸気発生器４２から共電解用ＳＯＥＣ４１に向けて流れる。共電解用蒸気流路４５の中流部には、共電解用蒸気予熱器４３と、共電解用蒸気過熱器４４とが設けられている。共電解用蒸気予熱器４３は、共電解用蒸気過熱器４４よりも上流に配置されている。
【0029】
（共電解用蒸気発生器）
共電解用蒸気発生器４２には、共電解用蒸気過熱器４４から中温領域の熱エネルギーが供給される。共電解用蒸気過熱器４４から共電解用蒸気発生器４２への熱エネルギーの供給については、後述する。また、共電解用蒸気発生器４２には、外部から水が供給される。共電解用蒸気発生器４２は、共電解用蒸気過熱器４４で使った後の中温領域の熱エネルギーで水を加熱し、水蒸気を発生させる。共電解用蒸気過熱器４４で使った後の熱は共電解用中間ライン４６から供給するが、下流側供給ライン２３から供給される熱よりも低い中温領域の熱であり、共電解用蒸気発生器４２で使うことで、高温ガス炉１の熱を効率よく利用する。
共電解用蒸気発生器４２には、共電解用蒸気過熱器４４から中温領域の熱エネルギーが供給される。共電解用蒸気過熱器４４から共電解用蒸気発生器４２への熱エネルギーの供給については、後述する。また、共電解用蒸気発生器４２には、外部から水が供給される。共電解用蒸気発生器４２は、共電解用蒸気過熱器４４で使った後の中温領域の熱エネルギーで水を加熱し、水蒸気を発生させる。共電解用蒸気過熱器４４で使った後の熱は共電解用中間ライン４６から供給するが、下流側供給ライン２３から供給される熱よりも低い中温領域の熱であり、共電解用蒸気発生器４２で使うことで、高温ガス炉１の熱を効率よく利用する。
【0030】
（共電解用蒸気予熱器）
共電解用蒸気予熱器４３には、共電解用蒸気発生器４２から水蒸気が供給される。また、共電解用蒸気予熱器４３は、下流側供給ライン２３によって、供給ヘッダ部２２と接続されている。共電解用蒸気予熱器４３には、供給ヘッダ部２２から二次ヘリウムが供給される。共電解用蒸気予熱器４３には、二次ヘリウムを介して高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが供給される。共電解用蒸気予熱器４３は、二次ヘリウムに含有された高温領域の熱エネルギーを利用して、水蒸気を加熱する。共電解用蒸気予熱器４３で加熱された水蒸気には、中温領域の熱エネルギーが含有される。
共電解用蒸気予熱器４３には、共電解用蒸気発生器４２から水蒸気が供給される。また、共電解用蒸気予熱器４３は、下流側供給ライン２３によって、供給ヘッダ部２２と接続されている。共電解用蒸気予熱器４３には、供給ヘッダ部２２から二次ヘリウムが供給される。共電解用蒸気予熱器４３には、二次ヘリウムを介して高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが供給される。共電解用蒸気予熱器４３は、二次ヘリウムに含有された高温領域の熱エネルギーを利用して、水蒸気を加熱する。共電解用蒸気予熱器４３で加熱された水蒸気には、中温領域の熱エネルギーが含有される。
【0031】
（共電解用蒸気過熱器）
共電解用蒸気過熱器４４には、共電解用蒸気予熱器４３から水蒸気が供給される。また、共電解用蒸気過熱器４４は、下流側供給ライン２３によって、供給ヘッダ部２２と接続されている。共電解用蒸気過熱器４４には、供給ヘッダ部２２から二次ヘリウムが供給される。共電解用蒸気過熱器４４には、二次ヘリウムを介して高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが供給される。共電解用蒸気過熱器４４は、二次ヘリウムに含有された高温領域の熱エネルギーを利用して、水蒸気をさらに加熱する。共電解用蒸気過熱器４４で加熱された水蒸気には、高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが含有される。
共電解用蒸気過熱器４４には、共電解用蒸気予熱器４３から水蒸気が供給される。また、共電解用蒸気過熱器４４は、下流側供給ライン２３によって、供給ヘッダ部２２と接続されている。共電解用蒸気過熱器４４には、供給ヘッダ部２２から二次ヘリウムが供給される。共電解用蒸気過熱器４４には、二次ヘリウムを介して高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが供給される。共電解用蒸気過熱器４４は、二次ヘリウムに含有された高温領域の熱エネルギーを利用して、水蒸気をさらに加熱する。共電解用蒸気過熱器４４で加熱された水蒸気には、高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが含有される。
【0032】
共電解用蒸気過熱器４４は、共電解用中間ライン４６によって共電解用蒸気発生器４２と接続されている。二次ヘリウムの熱エネルギーは、共電解用蒸気過熱器４４に供給された後、中温領域まで減少する。二次ヘリウムは、共電解用蒸気過熱器４４から共電解用中間ライン４６を通って共電解用蒸気発生器４２に供給される。この二次ヘリウムによって、共電解用蒸気発生器４２には、共電解用蒸気過熱器４４で使った後の中温領域の熱エネルギーが供給される。このため、共電解用蒸気発生器４２では、水蒸気の発生に中温領域の熱エネルギーが利用される。
【0033】
（共電解用ＳＯＥＣ）
共電解用ＳＯＥＣ４１には、共電解用蒸気過熱器４４から水蒸気が供給され、ＣＯ２回収供給設備６から二酸化炭素が供給される。また、共電解用ＳＯＥＣ４１は、共電解用水素極４１ａと、共電解用酸素極４１ｂとを有する。共電解用水素極４１ａと、共電解用酸素極４１ｂとの間には、電解電圧が印加され、共電解用ＳＯＥＣ４１には、電気エネルギーが供給される。共電解用ＳＯＥＣ４１は、水蒸気に含有される高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーを利用して二酸化炭素と水蒸気とを共電解し、合成ガスを製造する。合成ガスは、水素と一酸化炭素の混合ガスである。共電解用ＳＯＥＣ４１は、回収ライン７１によって、ＣＯ利用設備５と接続されている。共電解用ＳＯＥＣ４１で製造された合成ガスは、回収ライン７１を通じてＣＯ利用設備５に供給される。共電解用ＳＯＥＣ４１では、合成ガス製造時に酸素が製造される。共電解用ＳＯＥＣ４１で製造された酸素は、外部に排出される。
共電解用ＳＯＥＣ４１には、共電解用蒸気過熱器４４から水蒸気が供給され、ＣＯ２回収供給設備６から二酸化炭素が供給される。また、共電解用ＳＯＥＣ４１は、共電解用水素極４１ａと、共電解用酸素極４１ｂとを有する。共電解用水素極４１ａと、共電解用酸素極４１ｂとの間には、電解電圧が印加され、共電解用ＳＯＥＣ４１には、電気エネルギーが供給される。共電解用ＳＯＥＣ４１は、水蒸気に含有される高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーを利用して二酸化炭素と水蒸気とを共電解し、合成ガスを製造する。合成ガスは、水素と一酸化炭素の混合ガスである。共電解用ＳＯＥＣ４１は、回収ライン７１によって、ＣＯ利用設備５と接続されている。共電解用ＳＯＥＣ４１で製造された合成ガスは、回収ライン７１を通じてＣＯ利用設備５に供給される。共電解用ＳＯＥＣ４１では、合成ガス製造時に酸素が製造される。共電解用ＳＯＥＣ４１で製造された酸素は、外部に排出される。
【0034】
（ＣＯ利用設備）
ＣＯ利用設備５は、共電解用ＳＯＥＣ４１から供給される混合ガス中の一酸化炭素を利用する設備である。ＣＯ利用設備５は、炭化水素製造設備５ａを有する。本実施形態では、ＣＯ利用設備５は、炭化水素製造設備５ａのみから構成されている。
ＣＯ利用設備５は、共電解用ＳＯＥＣ４１から供給される混合ガス中の一酸化炭素を利用する設備である。ＣＯ利用設備５は、炭化水素製造設備５ａを有する。本実施形態では、ＣＯ利用設備５は、炭化水素製造設備５ａのみから構成されている。
【0035】
（炭化水素製造設備）
炭化水素製造設備５ａには、回収ライン７１を通じて、水素製造用ＳＯＥＣ３１で製造された水素と、共電解用ＳＯＥＣ４１で製造された一酸化炭素と水素の合成ガスとが供給される。炭化水素製造設備５ａは、水素製造用ＳＯＥＣ３１と共電解用ＳＯＥＣ４１で製造された一酸化炭素及び水素から炭化水素を製造する。炭化水素製造設備５ａは、熱供給用蒸気製造設備５０と、メタノール等合成装置５１と、を有する。本実施形態では、炭化水素製造設備５ａは、メタノール等合成装置５１によってメタノールやエタノール等を製造する。
炭化水素製造設備５ａには、回収ライン７１を通じて、水素製造用ＳＯＥＣ３１で製造された水素と、共電解用ＳＯＥＣ４１で製造された一酸化炭素と水素の合成ガスとが供給される。炭化水素製造設備５ａは、水素製造用ＳＯＥＣ３１と共電解用ＳＯＥＣ４１で製造された一酸化炭素及び水素から炭化水素を製造する。炭化水素製造設備５ａは、熱供給用蒸気製造設備５０と、メタノール等合成装置５１と、を有する。本実施形態では、炭化水素製造設備５ａは、メタノール等合成装置５１によってメタノールやエタノール等を製造する。
【0036】
（熱供給用蒸気製造設備）
熱供給用蒸気製造設備５０には、供給ライン２０を流れる二次ヘリウムを介して高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが供給される。熱供給用蒸気製造設備５０は、高温ガス炉１の熱エネルギーを利用して水蒸気を製造する。
熱供給用蒸気製造設備５０には、供給ライン２０を流れる二次ヘリウムを介して高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが供給される。熱供給用蒸気製造設備５０は、高温ガス炉１の熱エネルギーを利用して水蒸気を製造する。
【0037】
熱供給用蒸気製造設備５０は、熱供給用蒸気発生器５２と、熱供給用蒸気加熱器５３と、を有する。熱供給用蒸気発生器５２は、熱供給用蒸気流路５４によって、メタノール等合成装置５１と接続されている。熱供給用蒸気流路５４では、水蒸気が熱供給用蒸気発生器５２からメタノール等合成装置５１に流れる。熱供給用蒸気流路５４の中流部には、熱供給用蒸気加熱器５３が設けられている。
【0038】
（熱供給用蒸気発生器）
熱供給用蒸気発生器５２は、接続ライン２８によって、水素用蒸気予熱器３３と接続されている。熱供給用蒸気発生器５２には、水素用蒸気予熱器３３で使った後の二次ヘリウムが供給される。また、熱供給用蒸気発生器５２には、外部から水が供給される。熱供給用蒸気発生器５２は、水素用蒸気予熱器３３で使った後の中温領域の熱を利用して水蒸気を発生させる。発生した水蒸気は、低温領域の熱エネルギーを有効利用する。
熱供給用蒸気発生器５２は、接続ライン２８によって、水素用蒸気予熱器３３と接続されている。熱供給用蒸気発生器５２には、水素用蒸気予熱器３３で使った後の二次ヘリウムが供給される。また、熱供給用蒸気発生器５２には、外部から水が供給される。熱供給用蒸気発生器５２は、水素用蒸気予熱器３３で使った後の中温領域の熱を利用して水蒸気を発生させる。発生した水蒸気は、低温領域の熱エネルギーを有効利用する。
【0039】
（熱供給用蒸気加熱器）
熱供給用蒸気加熱器５３には、熱供給用蒸気発生器５２から水蒸気が供給される。また、熱供給用蒸気加熱器５３は、下流側供給ライン２３によって、供給ヘッダ部２２と接続されている。熱供給用蒸気加熱器５３には、供給ヘッダ部２２から二次ヘリウムが供給される。熱供給用蒸気加熱器５３には、二次ヘリウムを介して高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが供給される。熱供給用蒸気加熱器５３は、二次ヘリウムに含有される高温領域の熱エネルギーを利用して、水蒸気を加熱する。
熱供給用蒸気加熱器５３には、熱供給用蒸気発生器５２から水蒸気が供給される。また、熱供給用蒸気加熱器５３は、下流側供給ライン２３によって、供給ヘッダ部２２と接続されている。熱供給用蒸気加熱器５３には、供給ヘッダ部２２から二次ヘリウムが供給される。熱供給用蒸気加熱器５３には、二次ヘリウムを介して高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが供給される。熱供給用蒸気加熱器５３は、二次ヘリウムに含有される高温領域の熱エネルギーを利用して、水蒸気を加熱する。
【0040】
（メタノール等合成装置）
メタノール等合成装置５１には、熱供給用蒸気加熱器５３から水蒸気が供給される。メタノール等合成装置５１には、水蒸気を介して高温ガス炉１の熱エネルギーが供給される。また、メタノール等合成装置５１には、回収ライン７１を通じて、水素製造用ＳＯＥＣ３１で製造された水素と、共電解用ＳＯＥＣ４１で製造された一酸化炭素と水素の混合ガスとが供給される。メタノール等合成装置５１は、水蒸気を介して供給された熱エネルギーを利用して、一酸化炭素と水素からメタノールやエタノール等を合成する。
メタノール等合成装置５１には、熱供給用蒸気加熱器５３から水蒸気が供給される。メタノール等合成装置５１には、水蒸気を介して高温ガス炉１の熱エネルギーが供給される。また、メタノール等合成装置５１には、回収ライン７１を通じて、水素製造用ＳＯＥＣ３１で製造された水素と、共電解用ＳＯＥＣ４１で製造された一酸化炭素と水素の混合ガスとが供給される。メタノール等合成装置５１は、水蒸気を介して供給された熱エネルギーを利用して、一酸化炭素と水素からメタノールやエタノール等を合成する。
【0041】
（ＣＯ２回収供給設備）
ＣＯ２回収供給設備６は、製油所や工場等の排ガスＧに含まれる二酸化炭素を、二酸化炭素の吸収材を用いて分離・回収し、回収した二酸化炭素を共電解用ＳＯＥＣ４１に供給する。吸収材として、アミン吸収液Ａを用いている。ＣＯ２回収供給設備６は、図２に示すように、冷却塔６０と、吸収塔６１と、再生塔６２と、リボイラ６３と、再生用熱交換器６４と、再生用冷却器６５と、を有する。
ＣＯ２回収供給設備６は、製油所や工場等の排ガスＧに含まれる二酸化炭素を、二酸化炭素の吸収材を用いて分離・回収し、回収した二酸化炭素を共電解用ＳＯＥＣ４１に供給する。吸収材として、アミン吸収液Ａを用いている。ＣＯ２回収供給設備６は、図２に示すように、冷却塔６０と、吸収塔６１と、再生塔６２と、リボイラ６３と、再生用熱交換器６４と、再生用冷却器６５と、を有する。
【0042】
（冷却塔）
冷却塔６０には、二酸化炭素を含有する排ガスＧが供給される。冷却塔６０は、排ガスＧを冷却する。冷却塔６０は、排ガス移送ライン６６によって吸収塔６１の底部と接続されている。排ガス移送ライン６６は、冷却塔６０で冷却された排ガスＧを吸収塔６１に供給する。
冷却塔６０には、二酸化炭素を含有する排ガスＧが供給される。冷却塔６０は、排ガスＧを冷却する。冷却塔６０は、排ガス移送ライン６６によって吸収塔６１の底部と接続されている。排ガス移送ライン６６は、冷却塔６０で冷却された排ガスＧを吸収塔６１に供給する。
【0043】
（吸収塔）
吸収塔６１は、上部から下方に向けてアミン吸収液Ａをスプレイする。アミン吸収液Ａは、排ガスＧと接触することにより排ガスＧ中の二酸化炭素を吸収する。二酸化炭素が除去された排ガスＧは、冷却後、クリーンなガスとして吸収塔６１の塔頂から排出される。吸収塔６１の底部は、第一吸収液移送ライン６７によって、再生塔６２の上部と接続されている。第一吸収液移送ライン６７は、再生塔６２の上部にアミン吸収液Ａを供給する。吸収塔６１と再生塔６２を接続する第一吸収液移送ライン６７の中流部には再生用熱交換器６４が設けられる。再生用熱交換器６４については後述する。
吸収塔６１は、上部から下方に向けてアミン吸収液Ａをスプレイする。アミン吸収液Ａは、排ガスＧと接触することにより排ガスＧ中の二酸化炭素を吸収する。二酸化炭素が除去された排ガスＧは、冷却後、クリーンなガスとして吸収塔６１の塔頂から排出される。吸収塔６１の底部は、第一吸収液移送ライン６７によって、再生塔６２の上部と接続されている。第一吸収液移送ライン６７は、再生塔６２の上部にアミン吸収液Ａを供給する。吸収塔６１と再生塔６２を接続する第一吸収液移送ライン６７の中流部には再生用熱交換器６４が設けられる。再生用熱交換器６４については後述する。
【0044】
（再生塔）
再生塔６２では、アミン吸収液Ａが送られる。再生塔６２の底部には、リボイラ６３が設けられている。
リボイラ６３は、リボイラ用中間ライン６９によって熱供給用蒸気発生器５２と接続されている。
再生塔６２では、アミン吸収液Ａが送られる。再生塔６２の底部には、リボイラ６３が設けられている。
リボイラ６３は、リボイラ用中間ライン６９によって熱供給用蒸気発生器５２と接続されている。
【0045】
（リボイラ）
リボイラ６３には、リボイラ用中間ライン６９を通じて、熱供給用蒸気発生器５２から二次ヘリウムが供給される。この二次ヘリウムは、熱供給用蒸気発生器５２に熱エネルギーを供給した後の二次ヘリウムであり、中温領域の熱エネルギーを含有する。
リボイラ６３には、リボイラ用中間ライン６９を通じて、熱供給用蒸気発生器５２から二次ヘリウムが供給される。この二次ヘリウムは、熱供給用蒸気発生器５２に熱エネルギーを供給した後の二次ヘリウムであり、中温領域の熱エネルギーを含有する。
【0046】
リボイラ６３は、熱供給用蒸気発生器５２で使用した後の中温領域の熱エネルギーを利用して、二酸化炭素を含有するアミン吸収液Ａを加熱する。アミン吸収液Ａには、熱供給用蒸気発生器５２で使用した後の熱エネルギーによって、１００℃以上１４０℃以下程度に昇温されることで二酸化炭素の飽和溶解度が低下し、アミン吸収液Ａの中から二酸化炭素を放出し、再生用熱交換器６４で冷却することによって二酸化炭素の吸収能力が再生される。再生塔６２の底部及びリボイラ６３は、第二吸収液移送ライン６８によって、吸収塔６１の上部と接続されている。
【0047】
再生塔６２及びリボイラ６３は、第二吸収液移送ライン６８を通じて、吸収塔６１の上部にアミン吸収液Ａを移送する。第二吸収液移送ライン６８の中流部には、再生用熱交換器６４と、再生用冷却器６５と、が設けられている。再生用熱交換器６４は、再生用冷却器６５よりも上流に設けられている。再生用熱交換器６４は、第一吸収液移送ライン６７の中流部にも接続されている。再生用熱交換器６４は、吸収塔６１から再生塔６２に移送されるアミン吸収液Ａと、再生塔６２から吸収塔６１に移送されるアミン吸収液Ａとで、熱交換を行い、再生塔６２から吸収塔６１に移送されるアミン吸収液Ａを冷却する。再生用冷却器６５は、再生用熱交換器６４で冷却されたアミン吸収液Ａをさらに冷却して、吸収塔６１に戻す。吸収塔６１に戻されたアミン吸収液Ａは、二酸化炭素の吸収に再利用される。
【0048】
再生塔６２でアミン吸収液Ａから放出される二酸化炭素は、純度９９．９％以上１００％未満の高純度の二酸化炭素である。再生塔６２の塔頂は、ＣＯ２供給ライン７０によって、共電解用蒸気流路４５のうち、共電解用蒸気予熱器４３よりも下流側、且つ、共電解用蒸気過熱器４４よりも上流側に接続されている。再生塔６２は、ＣＯ２供給ライン７０及び共電解用蒸気流路４５を通じて、共電解用ＳＯＥＣ４１に二酸化炭素を供給する。
【0049】
再び図１を参照して、戻りライン２４は、上流側戻りライン２５と、戻りヘッダ部２６と、下流側戻りライン２７と、を有する。上流側戻りライン２５は、複数設けられている。複数の上流側戻りライン２５は、それぞれ水素用蒸気発生器３２と戻りヘッダ部２６、共電解用蒸気発生器４２と戻りヘッダ部２６、共電解用蒸気予熱器４３と戻りヘッダ部２６、熱供給用蒸気加熱器５３と戻りヘッダ部２６、リボイラ６３と戻りヘッダ部２６、を接続している。戻りヘッダ部２６には、複数の上流側戻りライン２５を通じて、水素用蒸気発生器３２、共電解用蒸気発生器４２、共電解用蒸気予熱器４３、熱供給用蒸気加熱器５３、リボイラ６３、のそれぞれから、熱エネルギー供給後の二次ヘリウムが戻される。
【0050】
戻りヘッダ部２６は、下流側戻りライン２７によって、中間熱交換器２に接続されている。下流側戻りライン２７を通じて、戻りヘッダ部２６から中間熱交換器２に二次ヘリウムが戻される。下流側戻りライン２７には、ファンＦが設けられている。ファンＦは、下流側戻りライン２７を流れる二次ヘリウムを圧縮し、中間熱交換器２を介して循環させる。
【0051】
（熱利用設備）
熱利用設備８は、上述した中間熱交換器２と、第一熱交換ライン１０と、第二熱交換ライン１１と、供給ライン２０と、戻りライン２４と、接続ライン２８と、水素製造設備３と、水素製造用中間ライン３６と、水素用蒸気流路３５と、共電解設備４と、共電解用中間ライン４６と、共電解用蒸気流路４５と、熱供給用蒸気製造設備５０と、熱供給用蒸気流路５４と、リボイラ６３と、リボイラ用中間ライン６９と、を有する。
熱利用設備８は、上述した中間熱交換器２と、第一熱交換ライン１０と、第二熱交換ライン１１と、供給ライン２０と、戻りライン２４と、接続ライン２８と、水素製造設備３と、水素製造用中間ライン３６と、水素用蒸気流路３５と、共電解設備４と、共電解用中間ライン４６と、共電解用蒸気流路４５と、熱供給用蒸気製造設備５０と、熱供給用蒸気流路５４と、リボイラ６３と、リボイラ用中間ライン６９と、を有する。
【0052】
熱利用設備８は、高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーを、ヘリウムを介して中間熱交換器２で回収する。熱利用設備８は、中間熱交換器２で回収された高温ガス炉１の熱エネルギーを、上述したラインや流路等を通じて、水素製造設備３、共電解設備４、ＣＯ利用設備５及びリボイラ６３に供給し、高温ガス炉１の熱エネルギーを、高温側から低温側に向けて段階的に利用可能とする。
熱利用設備８の一部は、後述する蒸気用熱利用設備８０や、再生用熱利用設備８１を構成している。
熱利用設備８の一部は、後述する蒸気用熱利用設備８０や、再生用熱利用設備８１を構成している。
【0053】
（蒸気用熱利用設備）
蒸気用熱利用設備８０は、第一熱交換ライン１０と、中間熱交換器２と、供給ライン２０と、接続ライン２８と、水素用蒸気製造設備３０と、水素製造用中間ライン３６と、水素用蒸気流路３５と、共電解用蒸気製造設備４０と、共電解用中間ライン４６と、共電解用蒸気流路４５と、熱供給用蒸気製造設備５０と、熱供給用蒸気流路５４と、を有する。
蒸気用熱利用設備８０は、高温ガス炉１から供給される高温領域から中温領域、低温領域の全温度領域の熱エネルギーを水蒸気の製造に利用可能とする。
蒸気用熱利用設備８０は、第一熱交換ライン１０と、中間熱交換器２と、供給ライン２０と、接続ライン２８と、水素用蒸気製造設備３０と、水素製造用中間ライン３６と、水素用蒸気流路３５と、共電解用蒸気製造設備４０と、共電解用中間ライン４６と、共電解用蒸気流路４５と、熱供給用蒸気製造設備５０と、熱供給用蒸気流路５４と、を有する。
蒸気用熱利用設備８０は、高温ガス炉１から供給される高温領域から中温領域、低温領域の全温度領域の熱エネルギーを水蒸気の製造に利用可能とする。
【0054】
（再生用熱利用設備）
再生用熱利用設備８１は、第一熱交換ライン１０と、中間熱交換器２と、上流側供給ライン２１と、供給ヘッダ部２２と、水素用蒸気予熱器３３に接続される下流側供給ライン２３と、水素用蒸気予熱器３３と、接続ライン２８と、熱供給用蒸気発生器５２と、リボイラ用中間ライン６９と、リボイラ６３と、を有する。
再生用熱利用設備８１は、ＣＯ２回収供給設備６内の二酸化炭素を吸収するアミン吸収液Ａに、低温領域の熱エネルギーを供給する。
再生用熱利用設備８１は、第一熱交換ライン１０と、中間熱交換器２と、上流側供給ライン２１と、供給ヘッダ部２２と、水素用蒸気予熱器３３に接続される下流側供給ライン２３と、水素用蒸気予熱器３３と、接続ライン２８と、熱供給用蒸気発生器５２と、リボイラ用中間ライン６９と、リボイラ６３と、を有する。
再生用熱利用設備８１は、ＣＯ２回収供給設備６内の二酸化炭素を吸収するアミン吸収液Ａに、低温領域の熱エネルギーを供給する。
【0055】
（高温ガス炉の熱エネルギー利用の流れ）
以下、高温ガス炉１の熱エネルギー利用の流れについて、図１を参照して説明する。
まず、高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーは、高温ガス炉１に供給された一次ヘリウムに伝達される。一次ヘリウムは、約９５０℃の高温となる。続いて、一次ヘリウムは、中間熱交換器２に供給される。中間熱交換器２では、一次ヘリウムと二次ヘリウムとで熱交換が行われる。これにより、高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが二次ヘリウムに伝達される。二次ヘリウムは、約８９０℃の高温となる。
以下、高温ガス炉１の熱エネルギー利用の流れについて、図１を参照して説明する。
まず、高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーは、高温ガス炉１に供給された一次ヘリウムに伝達される。一次ヘリウムは、約９５０℃の高温となる。続いて、一次ヘリウムは、中間熱交換器２に供給される。中間熱交換器２では、一次ヘリウムと二次ヘリウムとで熱交換が行われる。これにより、高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが二次ヘリウムに伝達される。二次ヘリウムは、約８９０℃の高温となる。
【0056】
その後、二次ヘリウムは、中間熱交換器２から供給ヘッダ部２２に供給される。供給ヘッダ部２２に供給された二次ヘリウムは、水素用蒸気製造設備３０と、共電解用蒸気製造設備４０と、熱供給用蒸気製造設備５０と、に分配される。
【0057】
水素用蒸気製造設備３０では、二次ヘリウムが、水素用蒸気予熱器３３と、水素用蒸気過熱器３４と、にそれぞれ供給される。
【0058】
水素用蒸気予熱器３３には、二次ヘリウムに含有される高温領域の熱エネルギーが供給される。水素用蒸気予熱器３３は、供給された高温領域の熱エネルギーを利用して、蒸気発生器から供給される約１５０℃の水蒸気を加熱する。これにより、水蒸気の温度は、約６００℃となる。
【0059】
水素用蒸気過熱器３４には、二次ヘリウムに含有される高温領域の熱エネルギーが供給される。水素用蒸気過熱器３４は、供給された高温領域の熱エネルギーを利用して、水素用蒸気予熱器３３から供給される水蒸気をさらに加熱する。これにより、水蒸気の温度は、約８００℃となる。二次ヘリウムは熱エネルギーの一部を失い、二次ヘリウムに含有される熱エネルギーは、中温領域の熱エネルギーとなる。その後、二次ヘリウムは、水素用蒸気過熱器３４から水素用蒸気発生器３２に供給される。
【0060】
水素用蒸気発生器３２には、高温領域の熱エネルギーが使われた後の二次ヘリウムの中温領域の熱エネルギーが供給される。水素用蒸気発生器３２は、供給された中温領域の熱エネルギーを利用して外部から供給される水を加熱し、約１５０℃の水蒸気を発生させる。
【0061】
このように、高温側の水素用蒸気過熱器３４から低温側の水素用蒸気発生器３２に向けて、段階的に熱エネルギーが利用される。
水素用蒸気予熱器３３に熱エネルギーを供給した二次ヘリウムは、接続ライン２８を通じて、熱供給用蒸気発生器５２に送られる。また、水素用蒸気発生器３２に熱エネルギーを供給した二次ヘリウムとは、それぞれ戻りヘッダ部２６に戻される。
水素用蒸気予熱器３３に熱エネルギーを供給した二次ヘリウムは、接続ライン２８を通じて、熱供給用蒸気発生器５２に送られる。また、水素用蒸気発生器３２に熱エネルギーを供給した二次ヘリウムとは、それぞれ戻りヘッダ部２６に戻される。
【0062】
共電解用蒸気製造設備４０では、二次ヘリウムが、共電解用蒸気予熱器４３と、共電解用蒸気過熱器４４と、にそれぞれ供給される。
【0063】
共電解用蒸気予熱器４３には、二次ヘリウムに含有される高温領域の熱エネルギーが供給される。共電解用蒸気予熱器４３は、供給された高温領域の熱エネルギーを利用して、共電解用蒸気発生器４２から供給される約１５０℃水蒸気を加熱する。これにより、水蒸気の温度は、約６００℃となる。
【0064】
共電解用蒸気過熱器４４には、二次ヘリウムに含有される高温領域の熱エネルギーが供給される。共電解用蒸気過熱器４４は、供給された高温領域の熱エネルギーを利用して、共電解用蒸気予熱器４３から供給される水蒸気をさらに加熱する。これにより、水蒸気の温度は、約８００℃となる。二次ヘリウムは熱エネルギーの一部を失い、二次ヘリウムに含有される熱エネルギーは、中温領域の熱エネルギーとなる。その後、二次ヘリウムは、共電解用蒸気過熱器４４から共電解用蒸気発生器４２に供給される。
【0065】
共電解用蒸気発生器４２には、高温領域の熱エネルギーが使われた後の二次ヘリウムの中温領域の熱エネルギーが供給される。共電解用蒸気発生器４２は、供給された中温領域の熱エネルギーを利用して外部から供給される水を加熱し、約１５０℃の水蒸気を発生させる。
【0066】
このように、高温側の共電解用蒸気過熱器４４から低温側の共電解用蒸気発生器４２に向けて、段階的に熱エネルギーが利用される。
共電解用蒸気予熱器４３に熱エネルギーを供給した二次ヘリウムと、共電解用蒸気発生器４２に熱エネルギーを供給した二次ヘリウムとは、それぞれ戻りヘッダ部２６に戻される。
共電解用蒸気予熱器４３に熱エネルギーを供給した二次ヘリウムと、共電解用蒸気発生器４２に熱エネルギーを供給した二次ヘリウムとは、それぞれ戻りヘッダ部２６に戻される。
【0067】
熱供給用蒸気製造設備５０では、二次ヘリウムが、熱供給用蒸気発生器５２と、熱供給用蒸気加熱器５３と、にそれぞれ供給される。
【0068】
熱供給用蒸気発生器５２には、水素用蒸気予熱器３３から、水素用蒸気予熱器３３で高温領域の熱エネルギーが使われた後の中温領域の熱エネルギーが供給される。熱供給用蒸気発生器５２は、供給された中温領域の熱エネルギーを利用して外部から供給される水を加熱し、水蒸気を発生させる。これにより、二次ヘリウムは熱エネルギーの一部を失い、二次ヘリウムに含有される熱エネルギーは、低温領域の熱エネルギーとなる。
【0069】
熱供給用蒸気加熱器５３には、二次ヘリウムに含有される高温領域の熱エネルギーが供給される。熱供給用蒸気加熱器５３は、供給された高温領域の熱エネルギーを利用して、蒸気発生器から供給される水蒸気を加熱する。
熱供給用蒸気加熱器５３に熱エネルギーを供給した二次ヘリウムは、戻りヘッダ部２６に戻される。
熱供給用蒸気加熱器５３に熱エネルギーを供給した二次ヘリウムは、戻りヘッダ部２６に戻される。
【0070】
熱供給用蒸気発生器５２に熱エネルギーを供給した二次ヘリウムは、リボイラ６３に供給される。すなわち、リボイラ６３には、供給された二次ヘリウムに含有される低温領域の熱エネルギーが供給される。リボイラ６３は、供給された二次ヘリウムから低温領域の熱エネルギーを取り出し、アミン吸収液Ａに供給する。これにより、アミン吸収液Ａが加熱され、二酸化炭素の吸収性が再生される。
【0071】
このように、高温側の水素用蒸気予熱器３３から中温側の熱供給用蒸気発生器５２、中温側の熱供給用蒸気発生器５２から低温側のリボイラ６３、リボイラ６３からアミン吸収液Ａ、と段階的に熱エネルギーが利用される。
リボイラ６３用蒸気発生器に熱エネルギーを供給した二次ヘリウムは、戻りヘッダ部２６に戻される。
リボイラ６３用蒸気発生器に熱エネルギーを供給した二次ヘリウムは、戻りヘッダ部２６に戻される。
【0072】
戻りヘッダ部２６に戻された二次ヘリウムは、ファンＦによって昇圧され、中間熱交換器２に戻される。中間熱交換器２に戻された二次ヘリウムは、一次ヘリウムとの熱交換によって高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーを再び供給され、各設備及び装置への熱エネルギーの供給に再び利用される。
【0073】
ところで、二酸化炭素は吸収塔６１で１００℃以下の温度域でアミン吸収液Ａに吸収され、再生塔６２で１４０℃程度に昇温してアミン吸収液Ａを再生するが、これはアミン吸収液Ａが温度帯でよって二酸化炭素の飽和吸収量に違いがあり、１００℃以下の低い温度域では二酸化炭素の吸収量が多く、１００℃～１４０℃の温度域では飽和吸収量が低いという性質を利用しており、低い温度域で吸収していた二酸化炭素を高温域で放出させ、アミン吸収液Ａを再生させている。本実施形態では、二次ヘリウムを介して、低温領域の熱エネルギーをアミン吸収液Ａに供給している。
【0074】
このように、リサイクルシステム１００は、熱利用設備８によって、高温ガス炉１から高温領域の熱エネルギーを得る中間熱交換器２を介して水素製造設備３と、共電解設備４と、ＣＯ利用設備５内に設けられる熱供給用蒸気製造設備５０とに熱エネルギーを分配し、高温ガス炉１から供給される熱エネルギーを高温領域から低温領域に向けて段階的に利用する。このため、リサイクルシステム１００で、熱エネルギーを温度帯に応じて段階的にリサイクルすることができる。
【0075】
（水素製造用ＳＯＥＣによる水素製造）
以下、水素製造用ＳＯＥＣ３１による水素製造について説明する。
水素製造用ＳＯＥＣ３１では、水素製造用水素極３１ａと、水素製造用酸素極３１ｂと、の間に電解電圧が印加される。これにより、水素製造用水素極３１ａでは（１）式に示す反応が生じ、水素製造用酸素極３１ｂでは（２）式に示す反応が生じる。
以下、水素製造用ＳＯＥＣ３１による水素製造について説明する。
水素製造用ＳＯＥＣ３１では、水素製造用水素極３１ａと、水素製造用酸素極３１ｂと、の間に電解電圧が印加される。これにより、水素製造用水素極３１ａでは（１）式に示す反応が生じ、水素製造用酸素極３１ｂでは（２）式に示す反応が生じる。
【0076】
【数1】
【0077】
【数2】
【0078】
水素製造用ＳＯＥＣ３１全体としては、（３）式に示す吸熱反応が生じる。
【0079】
【数3】
【0080】
水素製造用ＳＯＥＣ３１の電気分解では、水蒸気に含有される高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが利用される。このため、発熱反応と吸熱反応とがバランスする熱中立点（水素製造用ＳＯＥＣ３１では約１．２９Ｖ）以下の電解電圧で水蒸気が電気分解される。
【0081】
（共電解用ＳＯＥＣによる水素製造）
以下、共電解用ＳＯＥＣ４１による二酸化炭素と水蒸気との共電解について説明する。
共電解用ＳＯＥＣ４１では、共電解用水素極４１ａと、共電解用酸素極４１ｂと、の間に電解電圧が印加される。これにより、共電解用水素極４１ａでは（４）式、（５）式に示す反応が生じ、共電解用酸素極では（６）式に示す反応が生じる。
以下、共電解用ＳＯＥＣ４１による二酸化炭素と水蒸気との共電解について説明する。
共電解用ＳＯＥＣ４１では、共電解用水素極４１ａと、共電解用酸素極４１ｂと、の間に電解電圧が印加される。これにより、共電解用水素極４１ａでは（４）式、（５）式に示す反応が生じ、共電解用酸素極では（６）式に示す反応が生じる。
【0082】
【数4】
【0083】
【数5】
【0084】
【数6】
【0085】
共電解用ＳＯＥＣ４１全体としては、（７）式に示す吸熱反応が生じる。
【0086】
【数7】
【0087】
共電解用ＳＯＥＣの共電解では、水蒸気に含有される高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーが利用される。このため、発熱反応と吸熱反応とがバランスする熱中立点（共電解用ＳＯＥＣ４１では約１．３５Ｖ）以下の電解電圧で、二酸化炭素と水蒸気が共電解される。
【0088】
（炭素資源の循環）
続いて、リサイクルシステム１００による炭素資源の循環について、図１を参照して説明する。
まず、ＣＯ２回収供給設備６が製油所や工場等から排出される排ガスＧに含まれる二酸化炭素を分離・回収する。回収された二酸化炭素は、ＣＯ２供給ライン７０を通じて、高温ガス炉１の熱エネルギーを含有する高温の水蒸気とともに、共電解用ＳＯＥＣ４１に供給される。
続いて、リサイクルシステム１００による炭素資源の循環について、図１を参照して説明する。
まず、ＣＯ２回収供給設備６が製油所や工場等から排出される排ガスＧに含まれる二酸化炭素を分離・回収する。回収された二酸化炭素は、ＣＯ２供給ライン７０を通じて、高温ガス炉１の熱エネルギーを含有する高温の水蒸気とともに、共電解用ＳＯＥＣ４１に供給される。
【0089】
共電解用ＳＯＥＣ４１では、二酸化炭素と水蒸気との共電解が行われ、一酸化炭素と水素との合成ガスが製造される。すなわち、共電解用ＳＯＥＣ４１では、二酸化炭素が一酸化炭素に還元される。合成ガスは、水素製造用ＳＯＥＣ３１で製造された水素とともに、ＣＯ利用設備５の炭化水素製造設備５ａに供給される。
【0090】
本実施形態の炭化水素製造設備５ａは、共電解用ＳＯＥＣ４１で製造した合成ガス（一酸化炭素及び水素）からメタノールやエタノール等の炭化水素化合物を製造する。製造されたメタノールやエタノール等は化学品の基幹物質であるオレフィン（エチレンやプロピレン等）等の原料に利用される。
【0091】
このように、リサイクルシステム１００は、ＣＯ２回収供給設備６によって製油所や工場等の排ガスＧに含まれる二酸化炭素を分離・回収し、二酸化炭素を炭素資源として再利用する。このため、リサイクルシステム１００では、回収した二酸化炭素を共電解ＳＯＥＣで合成ガス（ＣＯ＋Ｈ２）を製造し、メタノール等の炭化水素化合物にし、メタノール等はオレフィン等の化学品の原料となり、最終的にポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のプラスティック樹脂となって、プラスティック樹脂等の最終製品で二酸化炭素が固定され、カーボンニュートラルが達成される。
【0092】
本実施形態では、リサイクルシステム１００は、高温領域の熱エネルギーの供給源としての高温ガス炉１と、高温ガス炉１の熱エネルギーを利用した二酸化炭素と水蒸気との共電解反応によって、合成ガスとして一酸化炭素及び水素を製造する共電解用ＳＯＥＣ４１と、共電解用ＳＯＥＣ４１から一酸化炭素を供給可能に設けられ、一酸化炭素を利用するＣＯ利用設備５と、を備える。
【0093】
これにより、吸熱反応である共電解反応を、高温ガス炉１から熱エネルギーを供給することにより行うことができる。したがって、熱中立点以下の電解電圧で運転することが可能となるため、電気エネルギーがジュール熱に変換する際に生じるエネルギーのロスを抑制することができる。よって、少ない電気エネルギーで一酸化炭素を得ることができる。また、二酸化炭素を水とともに電気分解することができるので、局所的なＨ２Ｏ濃度欠乏に伴う共電解用ＳＯＥＣ４１での炭素析出を抑制することができる。よって、一酸化炭素から炭素が析出されて（コーキング現象）、装置に不具合を引き起こす等のリスクを低減することができる。さらに、共電解用ＳＯＥＣ４１で製造された一酸化炭素を利用することができる。
したがって、少ない電気エネルギーで二酸化炭素を再利用できるとともに、炭素析出のリスクを低減することができる。
したがって、少ない電気エネルギーで二酸化炭素を再利用できるとともに、炭素析出のリスクを低減することができる。
【0094】
本実施形態では、リサイクルシステム１００は、高温ガス炉１から供給される熱エネルギーを高温側から低温側に向けて段階的に利用可能とする熱利用設備８をさらに備え、熱利用設備８は、高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーを供給する中間熱交換器２と、中間熱交換器２と複数のラインを介して接続される水素製造設備３と、共電解設備４と、ＣＯ利用設備５内に設けられる熱供給用蒸気製造設備５０と、を有する。
複数のラインとは、供給ライン２０、戻りライン２４、接続ライン２８、水素製造用中間ライン３６、共電解用中間ライン４６である。
複数のラインとは、供給ライン２０、戻りライン２４、接続ライン２８、水素製造用中間ライン３６、共電解用中間ライン４６である。
【0095】
これにより、リサイクルシステム１００内において、高温ガス炉１から供給される熱エネルギーを高温側から低温側に向けて段階的に利用して、いわゆる熱のカスケード利用を図ることができる。
具体的に、水素製造設備３では、水素製造用中間ライン３６を通じて水素用蒸気過熱器３４から水素用蒸気発生器３２に二次ヘリウムを供給することで、高温側の水素用蒸気過熱器３４で高温ガス炉１の熱エネルギーを利用した後、低温側の水素用蒸気発生器３２で高温ガス炉１の熱エネルギーを利用することができる。
また、共電解設備４では、共電解用中間ライン４６を通じて共電解用蒸気過熱器４４から共電解用蒸気発生器４２に二次ヘリウムを供給することで、高温側の共電解用蒸気過熱器４４で高温ガス炉１の熱エネルギーを利用した後、低温側の共電解用蒸気発生器４２で高温ガス炉１の熱エネルギーを利用することができる。
また、再生用熱利用設備８１では、接続ライン２８を通じて高温側の水素用蒸気予熱器３３から中温側の熱供給用蒸気発生器５２に、リボイラ用中間ライン６９を通じて中温側の熱供給用蒸気発生器５２から低温側のリボイラ６３に二次ヘリウムを供給することで、高温側の水素用蒸気予熱器３３、中温側の熱供給用蒸気発生器５２で高温ガス炉１の熱エネルギーを利用した後、低温側のリボイラ６３で高温ガス炉１の熱エネルギーを利用することができる。これにより、リボイラ６３は、二次ヘリウムから低温領域の熱エネルギーを取り出し、アミン吸収液Ａの再生のために利用することができる。
このように、リサイクルシステム１００では、熱利用設備８によって熱エネルギーの有効利用を図ることができる。
具体的に、水素製造設備３では、水素製造用中間ライン３６を通じて水素用蒸気過熱器３４から水素用蒸気発生器３２に二次ヘリウムを供給することで、高温側の水素用蒸気過熱器３４で高温ガス炉１の熱エネルギーを利用した後、低温側の水素用蒸気発生器３２で高温ガス炉１の熱エネルギーを利用することができる。
また、共電解設備４では、共電解用中間ライン４６を通じて共電解用蒸気過熱器４４から共電解用蒸気発生器４２に二次ヘリウムを供給することで、高温側の共電解用蒸気過熱器４４で高温ガス炉１の熱エネルギーを利用した後、低温側の共電解用蒸気発生器４２で高温ガス炉１の熱エネルギーを利用することができる。
また、再生用熱利用設備８１では、接続ライン２８を通じて高温側の水素用蒸気予熱器３３から中温側の熱供給用蒸気発生器５２に、リボイラ用中間ライン６９を通じて中温側の熱供給用蒸気発生器５２から低温側のリボイラ６３に二次ヘリウムを供給することで、高温側の水素用蒸気予熱器３３、中温側の熱供給用蒸気発生器５２で高温ガス炉１の熱エネルギーを利用した後、低温側のリボイラ６３で高温ガス炉１の熱エネルギーを利用することができる。これにより、リボイラ６３は、二次ヘリウムから低温領域の熱エネルギーを取り出し、アミン吸収液Ａの再生のために利用することができる。
このように、リサイクルシステム１００では、熱利用設備８によって熱エネルギーの有効利用を図ることができる。
【0096】
本実施形態では、リサイクルシステム１００は、ＣＯ利用設備５及び外部のいずれかから二酸化炭素を回収するとともに、共電解用ＳＯＥＣ４１に二酸化炭素を供給可能に設けられたＣＯ２回収供給設備６を備える。
【0097】
これにより、製油所や工場等の排ガスＧから二酸化炭素を分離し、排気される二酸化炭素を回収することができる。回収された二酸化炭素は、共電解用ＳＯＥＣ４１で一酸化炭素に還元され、ＣＯ利用設備５で利用される。したがって、二酸化炭素の排出量を削減することができる。よって、二酸化炭素の排出量を正味で０にするという、いわゆるカーボンニュートラルを達成することができる。
【0098】
本実施形態では、熱利用設備８は、ＣＯ２回収供給設備６内の二酸化炭素を吸収するアミン吸収液Ａに、低温領域の熱エネルギーを供給する再生用熱利用設備８１をさらに有する。
【0099】
これにより、高温ガス炉１の熱エネルギーを利用して、アミン吸収液Ａを加熱することができる。したがって、アミン吸収液Ａは二酸化炭素を放出し、アミン吸収液Ａの備える二酸化炭素の吸収能力が再生される。よって、アミン吸収液Ａを再生するために熱源を別途用意することがないため、熱エネルギーを節約することができる。
【0100】
本実施形態では、リサイクルシステム１００は、高温ガス炉１の熱エネルギーを利用した水蒸気の電気分解によって水素を製造する水素製造用ＳＯＥＣ３１を備える。
【0101】
これにより、吸熱反応である水の電気分解を、高温ガス炉１の熱エネルギーを利用して行うことができる。したがって、熱中立点以下の電解電圧で運転することが可能となる。よって、少ない電気エネルギーで水素を得ることができる。さらに、水素製造用ＳＯＥＣ３１は、高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーを水蒸気の電気分解に利用しているため、より少ない電気エネルギーで水素を製造することができる。
また、水素製造用ＳＯＥＣ３１は、高温ガス炉１の熱エネルギーを利用して、水蒸気を電気分解することができるので、水素製造時に二酸化炭素が発生することない、いわゆるＣＯ２フリーな水素を製造することができる。
また、水素製造用ＳＯＥＣ３１は、高温ガス炉１の熱エネルギーを利用して、水蒸気を電気分解することができるので、水素製造時に二酸化炭素が発生することない、いわゆるＣＯ２フリーな水素を製造することができる。
【0102】
本実施形態では、ＣＯ利用設備５は、共電解用ＳＯＥＣ４１から一酸化炭素及び水素を供給可能、且つ、水素製造用ＳＯＥＣ３１から水素を供給可能に設けられ、一酸化炭素及び水素から炭化水素化合物を製造する炭化水素製造設備５ａを有する。
【0103】
これにより、共電解用ＳＯＥＣ４１で製造された一酸化炭素を炭化水素化合物に還元することができる。さらに、水素製造用ＳＯＥＣ３１からＣＯ利用設備５には、水素のみ供給することができる。したがって、一酸化炭素に対する水素の供給量を調整することができるので、一酸化炭素の還元に水素が不足することを防止することができる。
【0104】
＜第二実施形態＞
（リサイクルシステム）
以下、本開示の第二実施形態に係るリサイクルシステム２００について、図３を参照して説明する。
図３に示すリサイクルシステム２００では、ＣＯ利用設備２０５は、製鉄設備５ｂを有する。本実施形態のＣＯ利用設備２０５は、製鉄設備５ｂのみから構成されている。
（リサイクルシステム）
以下、本開示の第二実施形態に係るリサイクルシステム２００について、図３を参照して説明する。
図３に示すリサイクルシステム２００では、ＣＯ利用設備２０５は、製鉄設備５ｂを有する。本実施形態のＣＯ利用設備２０５は、製鉄設備５ｂのみから構成されている。
【0105】
（製鉄設備）
製鉄設備５ｂは、熱供給用蒸気製造設備５０と、製鉄設備本体２５１と、を有する。製鉄設備本体２５１には、熱供給用蒸気製造設備５０から水蒸気を介して高温ガス炉の熱エネルギーが供給される。製鉄設備本体２５１は、回収ライン７１によって水素製造用ＳＯＥＣ３１及び共電解用ＳＯＥＣ４１と接続されている。製鉄設備本体２５１には、回収ライン７１を通じて、水素製造用ＳＯＥＣ３１から水素が供給され、共電解用ＳＯＥＣ４１から一酸化炭素と水素とが供給される。製鉄設備本体２５１は、一酸化炭素及び水素を利用したＤＲＩ（Ｄｉｒｅｃｔｌｙ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｉｒｏｎ）法で鉄鉱石の還元を行い、製鉄する。製鉄の際、二酸化炭素が発生する。製鉄設備本体２５１は、ＣＯ２回収供給設備６の冷却塔６０と、ＣＯ２移送ライン７２によって接続されている。製鉄設備本体２５１は、ＣＯ２移送ライン７２を通じて二酸化炭素を冷却塔６０に移送する。製鉄設備本体２５１から移送された二酸化炭素は、ＣＯ２回収供給設備６で精製された後、共電解用ＳＯＥＣ４１に供給される。
製鉄設備５ｂは、熱供給用蒸気製造設備５０と、製鉄設備本体２５１と、を有する。製鉄設備本体２５１には、熱供給用蒸気製造設備５０から水蒸気を介して高温ガス炉の熱エネルギーが供給される。製鉄設備本体２５１は、回収ライン７１によって水素製造用ＳＯＥＣ３１及び共電解用ＳＯＥＣ４１と接続されている。製鉄設備本体２５１には、回収ライン７１を通じて、水素製造用ＳＯＥＣ３１から水素が供給され、共電解用ＳＯＥＣ４１から一酸化炭素と水素とが供給される。製鉄設備本体２５１は、一酸化炭素及び水素を利用したＤＲＩ（Ｄｉｒｅｃｔｌｙ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｉｒｏｎ）法で鉄鉱石の還元を行い、製鉄する。製鉄の際、二酸化炭素が発生する。製鉄設備本体２５１は、ＣＯ２回収供給設備６の冷却塔６０と、ＣＯ２移送ライン７２によって接続されている。製鉄設備本体２５１は、ＣＯ２移送ライン７２を通じて二酸化炭素を冷却塔６０に移送する。製鉄設備本体２５１から移送された二酸化炭素は、ＣＯ２回収供給設備６で精製された後、共電解用ＳＯＥＣ４１に供給される。
【0106】
また、製鉄設備本体２５１は、酸素回収ライン７３によって、水素製造用ＳＯＥＣ３１と共電解用ＳＯＥＣ４１とに接続されている。製鉄設備本体２５１には、酸素回収ライン７３を通じて、水素製造用ＳＯＥＣ３１と共電解用ＳＯＥＣ４１とで製造される酸素が供給される。
【0107】
本実施形態では、ＣＯ利用設備２０５は、共電解用ＳＯＥＣ４１から一酸化炭素を供給可能、且つ、水素製造用ＳＯＥＣ３１から水素を供給可能に設けられ、一酸化炭素及び水素を利用した鉄鉱石の還元によって製鉄する製鉄設備５ｂを有する。
【0108】
ところで、従来のＤＲＩシステムでは、天然ガス（メタン）を原料に一酸化炭素を発生させ、一酸化炭素で鉄鉱石を還元する。一方で、本実施形態のリサイクルシステム２００は、上記構成を採用することにより、ＤＲＩシステムに共電解用ＳＯＥＣ４１を組み合わせた形態をとり、天然ガス（メタン）ではなく、共電解用ＳＯＥＣ４１で製造された一酸化炭素と水素、及び水素製造用ＳＯＥＣ３１で製造された水素を用いて、ＤＲＩ法で鉄鉱石を還元して製鉄することができる。このため、天然ガスを原料として使用することなく製鉄することができる。
一般的に製鉄では鉄鉱石にコークス（炭素）を投入し、コークスで鉄鉱石を還元することでＣＯ２を排出しながら銑鉄を製造する。このコークスを用いる製鉄方法は発熱反応であり、鉄鉱石にコークスを投じることで自発的に還元反応が進む。しかしながら、大量のＣＯ２を排出するため、水素で鉄鉱石を還元する水素還元製鉄が開発されているが、水素還元製鉄は吸熱反応であるため、高温雰囲気の維持に課題がある。一方、ＤＲＩ法はＣＯで鉄鉱石を還元する方法であり、コークスを使った製鉄方法同様、ＤＲＩ法も発熱反応である。しかしながら、ＤＲＩ法は鉄鉱石を還元する過程でＣＯ２を排出することから、このＣＯ２を回収して、共電解用ＳＯＥＣ４１で合成ガスとしてＣＯとＨ２を製造し、この合成ガスをＤＲＩ法で製鉄に使用すれば、水素還元製鉄をしながら、ＤＲＩ法で発熱し、水素還元製鉄の吸熱反応を補うことが可能となる。水素による水素還元製鉄が鉄鉱石（酸化鉄）還元が吸熱反応であるのに対し、ＤＲＩ法が発熱反応で自発的に進行することから、水素還元製鉄法と同時にＤＲＩ法で鉄鉱石を還元して製鉄することによって、ＤＲＩ法のＣＯ還元による発熱反応が水素還元製鉄の吸熱反応を補うため、共電解ＳＯＥＣ４１で製造される合成ガスは熱キャリアの位置付けになる。
一般的に製鉄では鉄鉱石にコークス（炭素）を投入し、コークスで鉄鉱石を還元することでＣＯ２を排出しながら銑鉄を製造する。このコークスを用いる製鉄方法は発熱反応であり、鉄鉱石にコークスを投じることで自発的に還元反応が進む。しかしながら、大量のＣＯ２を排出するため、水素で鉄鉱石を還元する水素還元製鉄が開発されているが、水素還元製鉄は吸熱反応であるため、高温雰囲気の維持に課題がある。一方、ＤＲＩ法はＣＯで鉄鉱石を還元する方法であり、コークスを使った製鉄方法同様、ＤＲＩ法も発熱反応である。しかしながら、ＤＲＩ法は鉄鉱石を還元する過程でＣＯ２を排出することから、このＣＯ２を回収して、共電解用ＳＯＥＣ４１で合成ガスとしてＣＯとＨ２を製造し、この合成ガスをＤＲＩ法で製鉄に使用すれば、水素還元製鉄をしながら、ＤＲＩ法で発熱し、水素還元製鉄の吸熱反応を補うことが可能となる。水素による水素還元製鉄が鉄鉱石（酸化鉄）還元が吸熱反応であるのに対し、ＤＲＩ法が発熱反応で自発的に進行することから、水素還元製鉄法と同時にＤＲＩ法で鉄鉱石を還元して製鉄することによって、ＤＲＩ法のＣＯ還元による発熱反応が水素還元製鉄の吸熱反応を補うため、共電解ＳＯＥＣ４１で製造される合成ガスは熱キャリアの位置付けになる。
【0109】
また、本実施形態では、製鉄設備５ｂは、ＤＲＩ法による製鉄過程で発生した二酸化炭素を、ＣＯ２回収供給設備６に送り、ＣＯ２回収供給設備６から共電解用ＳＯＥＣ４１に供給する。これにより、共電解用ＳＯＥＣ４１で、供給された二酸化炭素を一酸化炭素の製造に再利用することができる。共電解用ＳＯＥＣ４１で製造された一酸化炭素は、製鉄設備５ｂでＤＲＩ法によって再び鉄鉱石の還元に使用される。このように、リサイクルシステム２００は、一酸化炭素を外部の環境に排出することがない、ＣＯ２クローズシステムであり、カーボンニュートラルなシステムとなる。
【0110】
本実施形態では、製鉄設備５ｂは、水素製造用ＳＯＥＣ３１と共電解用ＳＯＥＣ４１とで製造される酸素を供給されるように設けられている。
【0111】
ところで、ＤＲＩ法では、高温の還元ガスに高純度の酸素を吹き込む必要があるが、本実施形態によれば、製鉄過程において、別途、高純度の酸素を吹き込むことなく、水素製造用ＳＯＥＣ３１と共電解用ＳＯＥＣ４１とで製造される酸素をＤＲＩ法製鉄に利用することができる。
【0112】
（その他の実施形態）
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【0113】
なお、上記実施形態では、高温ガス炉１の中に入り、高温ガス炉１の熱エネルギーを直接供給される熱媒体として、ヘリウムを用いたが、これに限らない。高温ガス炉１の中に入る熱媒体は、ヘリウムのように熱化学的に安定であればよい。
【0114】
なお、上記実施形態では、製油所や工場等の排ガスＧから二酸化炭素を分離・回収した後、共電解用ＳＯＥＣ４１に直接供給するとしたが、これに限るものではない。例えば、分離・回収された二酸化炭素は、直接地中や廃油田等の地中等に貯留してもよい。
【0115】
なお、上記実施形態では、ＣＯ２回収供給設備６は、製油所や工場等の排ガスＧから分離・回収された二酸化炭素だけでなく、大気中から捕集された二酸化炭素を回収し、共電解用ＳＯＥＣ４１に供給してもよい。この場合、ＤＡＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ａｉｒ Ｃａｐｔｕｒｅ）も二酸化炭素の回収源・供給源となる。大気中からＣＯ２を回収することによりネガティブ・エミッションを達成することが可能となり、より広範囲なカーボンニュートラルを達成することができる。
【0116】
なお、上記実施形態では、二酸化炭素の吸収材として、アミン吸収液Ａを用いるとしたが、これに限るものではない。二酸化炭素の吸収材として、例えばセラミックス吸収材等の固体の吸収材を用いてもよい。この場合、吸収塔６１と再生塔６２とを１つの塔に纏め、その１つの塔内に固体の吸収材を配置し、二酸化炭素を吸収する工程と、吸収材を再生する工程と、を順次切り替える必要がある。
【0117】
なお、第一実施形態では、炭化水素製造設備５ａは、メタノール等合成装置５１有し、メタンを製造するとしたが、これに限るものではない。炭化水素製造設備５ａは、メタノールやエチレンを製造してもよく、ＦＴ（Ｆｉｓｃｈｅｒ－Ｔｒｏｐｓｃｈ）合成によって、他のオレフィンやパラフィン等の炭化水素を製造してもよい。この場合、製造されたメタノールやエタノール等の炭化水素化合物は、化学製品の原料の他に、ガソリン、軽油、ジェット燃料等の代替合成燃料の原料としても利用することも可能である。
【0118】
なお、第一実施形態では、ＣＯ利用設備５は、炭化水素製造設備５ａのみから構成され、第二実施形態では、ＣＯ利用設備２０５は、製鉄設備５ｂのみから構成されているとしたが、ＣＯ利用設備５，２０５は、炭化水素製造設備５ａと、製鉄設備５ｂとの両方を有してもよい。
【0119】
＜付記＞
各実施形態に記載のリサイクルシステム１００，２００は、例えば以下のように把握される。
各実施形態に記載のリサイクルシステム１００，２００は、例えば以下のように把握される。
【0120】
（１）第１の態様に係るリサイクルシステム１００，２００は、高温領域の熱エネルギーの供給源としての高温ガス炉１と、前記高温ガス炉１の熱エネルギーを利用した二酸化炭素と水蒸気との共電解によって、一酸化炭素及び水素を製造する共電解用ＳＯＥＣ４１と、前記共電解用ＳＯＥＣ４１から一酸化炭素を供給可能に設けられ、一酸化炭素を利用するＣＯ利用設備５，２０５と、を備える。
【0121】
これにより、吸熱反応である共電解反応を、高温ガス炉１から熱エネルギーを供給することにより行うことができる。したがって、熱中立点以下の電解電圧で運転することが可能となるため、少ない電気エネルギーで一酸化炭素を得ることができる。また、二酸化炭素を水とともに電気分解することができるので、局所的なＨ２Ｏ濃度欠乏に伴う共電解用ＳＯＥＣ４１での炭素析出を抑制することができる。さらに、共電解用ＳＯＥＣ４１で製造された一酸化炭素を利用することができる。
【0122】
（２）第２の態様のリサイクルシステム１００，２００は、（１）のリサイクルシステム１００，２００であって、前記高温ガス炉１から供給される熱エネルギーを高温側から低温側に向けて段階的に利用可能とする熱利用設備８をさらに備え、前記熱利用設備８は、前記高温ガス炉１の高温領域の熱エネルギーを供給する中間熱交換器２と、前記中間熱交換器２と複数のラインを介して接続される水素製造設備３と、共電解設備４と、前記ＣＯ利用設備５内に設けられる熱供給用蒸気製造設備５０と、を有してもよい。
複数のラインの例示として、供給ライン２０、戻りライン２４、接続ライン２８、水素製造用中間ライン３６、共電解用中間ライン４６が挙げられる。
複数のラインの例示として、供給ライン２０、戻りライン２４、接続ライン２８、水素製造用中間ライン３６、共電解用中間ライン４６が挙げられる。
【0123】
これにより、リサイクルシステム１００，２００内において、高温ガス炉１から供給される熱エネルギーを高温側から低温側に向けて段階的に利用して、いわゆる熱のカスケード利用を図ることができる。
【0124】
（３）第３の態様のリサイクルシステム１００，２００は、（２）のリサイクルシステム１００，２００であって、前記ＣＯ利用設備５，２０５及び外部のいずれかから二酸化炭素を回収するとともに、前記共電解用ＳＯＥＣ４１に二酸化炭素を供給可能に設けられたＣＯ２回収供給設備６を備えてもよい。
【0125】
これにより、排気される二酸化炭素を回収することができる。回収された二酸化炭素は、共電解用ＳＯＥＣ４１で一酸化炭素に還元され、ＣＯ利用設備５，２０５で利用される。したがって、二酸化炭素の排出量を削減することができる。また、大気から二酸化炭素を回収することもできる。
【0126】
（４）第４の態様のリサイクルシステム１００，２００は、（３）のリサイクルシステム１００，２００であって、前記熱利用設備は、前記ＣＯ２回収供給設備６内の二酸化炭素を吸収する吸収材に、低温領域の熱エネルギーを供給する再生用熱利用設備８１をさらに有してもよい。
吸収材の一例として、アミン吸収液Ａが挙げられる。
吸収材の一例として、アミン吸収液Ａが挙げられる。
【0127】
これにより、高温ガス炉１の熱エネルギーを利用して、吸収材を加熱することができる。したがって、吸収材は二酸化炭素を放出し、吸収材の備える二酸化炭素の吸収能力が再生される。
【0128】
（５）第５の態様のリサイクルシステム１００，２００は、（１）から（４）のいずれかのリサイクルシステム１００，２００であって、前記高温ガス炉１の熱エネルギーを利用した水蒸気の電気分解によって水素を製造する水素製造用ＳＯＥＣ３１を備えてもよい。
【0129】
これにより、吸熱反応である水の電気分解を、高温ガス炉１の熱エネルギーを利用して行うことができる。したがって、熱中立点以下の電解電圧で運転することが可能となる。
【0130】
（６）第６の態様のリサイクルシステム１００，２００は、（５）のリサイクルシステム１００，２００であって、前記ＣＯ利用設備５，２０５は、前記共電解用ＳＯＥＣ４１から一酸化炭素及び水素を供給可能、且つ、前記水素製造用ＳＯＥＣ３１から水素を供給可能に設けられ、一酸化炭素及び水素から炭化水素化合物を製造する炭化水素製造設備５ａを有してもよい。
【0131】
これにより、共電解用ＳＯＥＣ４１で製造された一酸化炭素を炭化水素に還元することができる。さらに、水素製造用ＳＯＥＣ３１からＣＯ利用設備５，２０５には、水素のみ供給することができる。
【0132】
（７）第７の態様のリサイクルシステム１００，２００は、（５）又は（６）のリサイクルシステム１００，２００であって、前記ＣＯ利用設備５，２０５は、前記共電解用ＳＯＥＣ４１から一酸化炭素を供給可能、且つ、前記水素製造用ＳＯＥＣ３１から水素を供給可能に設けられ、一酸化炭素及び水素を利用した鉄鉱石の還元によって製鉄する製鉄設備５ｂを有し、前記製鉄設備５ｂは、前記共電解用ＳＯＥＣ４１及び前記水素製造用ＳＯＥＣ３１とで製造される酸素を供給されるように設けられていてもよい。
【0133】
これにより、共電解用ＳＯＥＣ４１で製造された一酸化炭素及び水素製造用ＳＯＥＣ３１で製造された水素を用いて、鉄鉱石を還元して製鉄することができる。さらに、製鉄過程において、別途、高純度の酸素を吹き込むことなく、共電解用ＳＯＥＣ４１及び水素製造用ＳＯＥＣ３１とで製造される酸素を利用することができる。
【符号の説明】
【0134】
１…高温ガス炉 ２…中間熱交換器 ３…水素製造設備 ４…共電解設備 ５…ＣＯ利用設備 ５ａ…炭化水素製造設備 ５ｂ…製鉄設備 ６…ＣＯ２回収供給設備 ８…熱利用設備 １０…第一熱交換ライン １１…第二熱交換ライン ２０…供給ライン ２１…上流側供給ライン ２２…供給ヘッダ部 ２３…下流側供給ライン ２４…戻りライン ２５…上流側戻りライン ２６…戻りヘッダ部 ２７…下流側戻りライン ２８…接続ライン ３０…水素用蒸気製造設備 ３１…水素製造用ＳＯＥＣ ３１ａ…水素製造用水素極 ３１ｂ…水素製造用酸素極 ３２…水素用蒸気発生器 ３３…水素用蒸気予熱器 ３４…水素用蒸気過熱器 ３５…水素用蒸気流路 ３６…水素製造用中間ライン ４０…共電解用蒸気製造設備 ４１…共電解用ＳＯＥＣ ４１ａ…共電解用水素極 ４１ｂ…共電解用酸素極 ４２…共電解用蒸気発生器 ４３…共電解用蒸気予熱器 ４４…共電解用蒸気過熱器 ４５…共電解用蒸気流路 ４６…共電解用中間ライン ５０…熱供給用蒸気製造設備 ５１…メタノール等合成装置 ５２…熱供給用蒸気発生器 ５３…熱供給用蒸気加熱器 ５４…熱供給用蒸気流路 ６０…冷却塔 ６１…吸収塔 ６２…再生塔 ６３…リボイラ ６４…再生用熱交換器 ６５…再生用冷却器 ６６…排ガス移送ライン ６７…第一吸収液移送ライン ６８…第二吸収液移送ライン ６９…リボイラ用中間ライン ７０…ＣＯ２供給ライン ７１…回収ライン ７２…ＣＯ２移送ライン ７３…酸素回収ライン ８０…蒸気用熱利用設備 ８１…再生用熱利用設備 １００…リサイクルシステム ２００…リサイクルシステム ２０５…ＣＯ利用設備 ２５１…製鉄設備本体 Ａ…アミン吸収液（吸収材） Ｆ…ファン Ｇ…排ガス
【図1】
【図2】
【図3】