燃料合成系统的制作方法

1.本发明涉及能够应对电力的停止时和不足时的燃料合成系统。


背景技术：

2.为了减轻对地球环境的不良影响，以削减二氧化碳的产生为目的而探讨如下技术，其从汽车等的尾气回收二氧化碳，然后使用可再生能量从二氧化碳合成甲醇等燃料。
3.在将二氧化碳用作原料气体而使合成燃料的系统运转的情况下，若作为可再生能量而利用太阳能发电装置的电力，则考虑到在日落后发电会停止，当不良天气时即使在中午也会出现发电停止或不足。
4.例如，在使甲醇的合成系统运转的过程中电力的供给停止的情况下，担心会发生合成中的甲醇的纯度降低和因残留于配管内的甲醇气体而导致某些异常事态。甲醇属于作为第四类危险品的酒精，具有引火性和毒性。
5.对于每当电力的供给停止时都使系统紧急停止那样的紧急停止方式，无法使以二氧化碳为原料来合成甲醇的系统稳定持续地运转。因此，要求能够不依赖紧急停止方式地解决上述问题。
6.作为涉及系统停止的方法，例如在专利文献1和专利文献2中公开了如下方法等，其在燃料电池系统中当电力的停止时，为了使系统安全地停止，而停止燃料和氧化剂的供给或供给非活性气体。
7.现有技术文献
8.专利文献
9.专利文献1：日本专利第5264040号公报
10.专利文献2：日本专利第6138378号公报


技术实现要素：

11.本发明是鉴于上述状况而做出的。本发明的目的为，提供一种燃料合成系统，其能够当发生电力的停止和不足时，迅速弥补电力的不足而防止系统的停止或使系统安全地停止。
12.本技术发明人通过在燃料合成系统中运用燃料电池，而实现了即使在电力的停止时和不足时也能够使系统持续运转的系统。另外，本技术发明人通过利用从燃料合成系统产生的副产气体，而实现了能够不使用外部能量和外部资源地停止的系统。
13.即，本发明具有如下所述的构成。
14.(1)本发明的燃料合成系统具有：配置于主通路上游的供给二氧化碳的供给机构以及供给氢的供给机构；配置于两个所述供给机构的下游的使用燃料合成催化剂来合成燃料的催化剂反应器；在通常时进行基于可再生能量的电力供给的第1供电设备；进行基于燃料电池的电力供给的第2供电设备；和测定供给的电力的电力测定机构，所述燃料合成系统的特征在于，具有电力控制机构，该电力控制机构当基于所述第1供电设备的供给电力降低
的情况下，通过所述供给氢的供给机构向所述第2供电设备供给氢来进行发电，通过基于所述第2供电设备的电力供给而使燃料合成系统运转。
15.(2)本发明的燃料合成系统优选为，所述第1供电设备是太阳能发电装置。
16.(3)本发明的燃料合成系统的特征在于，具有：检测基于所述第1供电设备的供给电力是否恢复的检测机构；从所述催化剂反应器的下游的主通路迂回并排气的排气通路；和设置于所述排气通路内的第1控制阀，在进行了基于所述第2供电设备的电力供给之后，没有由所述检测机构检测到供给电力的恢复的情况下，打开所述第1控制阀，使主通路内的燃料排气。
17.(4)本发明的燃料合成系统的特征在于，具有：配置于所述催化剂反应器的下游的非活性气体分离机构；从所述非活性气体分离机构向所述催化剂反应器的上游回流的回流通路；配置于所述非活性气体分离机构的下游的非活性气体储藏罐；从所述非活性气体储藏罐向所述回流通路导入的非活性气体回流通路；和设置于所述非活性气体回流通路内的第2控制阀，在进行了基于所述第2供电设备的电力供给之后，没有由所述检测机构检测到供给电力的恢复的情况下，打开所述第1控制阀，使主通路内的燃料排气，并且打开所述第2控制阀，使非活性气体向主通路上游回流。
18.发明效果
19.本发明的燃料合成系统能够当发生电力的停止和不足时，迅速弥补电力的不足而防止系统的停止或使系统安全地停止。
附图说明
20.图1是以往的燃料合成系统的构成的示意图。
21.图2是以往的燃料合成系统的日落时或突然天气恶化时的工序的流程图。
22.图3是本实施方式的燃料合成系统的构成的示意图。
23.图4是本实施方式的燃料合成系统的日落时或突然天气恶化时的工序的流程图。
24.附图标记说明
25.1二氧化碳以及氮的车载罐
26.2回收气体储藏罐
27.3一次储藏罐
28.4升压机
29.5二次储藏罐
30.6催化剂反应器
31.7气液分离装置
32.8氮分离装置(非活性气体分离机构)
33.9脱水装置
34.10水电解装置
35.11氧储藏罐
36.12氢储藏罐
37.13回流路径
38.14燃料电池(第2供电设备)
39.15切换装置
40.16切换装置
41.17氮储藏罐(非活性气体储藏罐)
42.18第1控制阀
43.19第2控制阀
44.20排气通路
45.21非活性气体回流通路
具体实施方式
46.以下，详细说明本发明的实施方式。
47.作为环境对策而进行了各种尝试，想要使用从尾气和大气中回收的二氧化碳，转换为其他有用的化合物来有效运用。
48.已知如下技术，其将二氧化碳和氢混合并从具有催化剂的反应器通过，由此合成甲醇等燃料。例如具有如下的合成技术。在使由内燃机排出的尾气中的二氧化碳(co2)暂时吸附于吸附剂之后，使该二氧化碳脱离。脱离后的二氧化碳与另外供给的氢混合，由压缩机升压，然后进入具有催化剂的催化剂反应器。能够利用气液分离而从通过催化剂反应器后的流体中取出燃料。
49.(以往的燃料合成系统)
50.以往的燃料合成系统具有：配置于主通路上游的供给二氧化碳的供给机构以及供给氢的供给机构；配置于两个所述供给机构的下游的使用燃料合成催化剂来合成燃料的催化剂反应器；和进行基于可再生能量的电力供给的供电设备。
51.供给二氧化碳的供给机构例如为储藏二氧化碳的罐等。罐等内储藏的二氧化碳例如能够如上所述地通过在使由内燃机排出的尾气中的二氧化碳暂时吸附于吸附剂之后使该二氧化碳脱离的回收方法而获得。作为内燃机而具有汽车等的汽油发动机和柴油发动机等。由汽车等的内燃机排出的尾气中的二氧化碳在由如上所述的二氧化碳回收装置回收之后，储藏于回收气体储藏罐等。
52.供给氢的供给机构例如为水电解装置等。能够使用电力将水电解，将产生的氢气暂时储藏于氢储藏罐，根据需要而供给。通过水的电解而与氢同时地产生氧。对于氧也能够同样地，将其暂时储藏于氧储藏罐，根据需要而供给。
53.合成燃料的燃料合成催化剂例如是从二氧化碳和氢合成甲醇和水的催化剂。从二氧化碳和氢合成甲醇和水的方法已经广泛公知。其反应式为如下的化学式(1)。另外，作为经由一氧化碳的反应，还具有经由如下的化学式(2)和化学式(3)来合成甲醇的情况。
54.co2+3h2→
ch3oh+h2o
···
(1)
55.co2+h2→
co+h2o
···
(2)
56.co+2h2→
ch3oh
···
(3)
57.使用燃料合成催化剂来合成燃料的催化剂反应器具有在内部具有上述的燃料合成催化剂的类型。上述的反应在高温下进行，因此催化剂反应器需要通过外部的加热器等加热至高温。
58.关于进行基于可再生能量的电力供给的供电设备，作为代表机构而具有太阳能发
电装置。能够通过设置太阳电池(太阳能板)而供给电力。作为附带设施，根据需要而设置蓄电池、动力控制器。若为汽车的情况，则太阳电池设置于车身的上部。通过由供电设备供给的电力，能够使上述的水的电解装置、催化剂反应器的外部的加热器、各种控制装置等运转。
59.图1是以往的燃料合成系统的构成的示意图。
60.其设想了搭载于汽车的情况。在以往的燃料合成系统的主通路上，从上游朝着下游设置有二氧化碳以及氮的车载罐1、回收气体储藏罐2、一次储藏罐3、升压机4、二次储藏罐5、催化剂反应器6、气液分离装置7、氮分离装置8。在主通路之外，作为供给氢的供给机构而设置有水电解装置10、氢储藏罐12、氧储藏罐11。另外，作为供电设备而具有太阳能发电装置(未图示)。
61.使用由太阳能发电装置供给的电力，通过水电解装置10使水电解而生成氢和氧。氢暂时储藏于氢储藏罐12，然后作为燃料合成反应的原料而投入一次储藏罐3。关于氧，其在暂时储藏于氧储藏罐11之后，适当向外界排放。
62.二氧化碳在由二氧化碳回收装置(未图示)从尾气回收之后，暂时储藏于二氧化碳以及氮的车载罐1，然后投入回收气体储藏罐2。随后，回收气体储藏罐2内储藏的二氧化碳和氮投入一次储藏罐3。投入一次储藏罐3的二氧化碳、氮以及氢的混合气体由升压机4压缩为高压。随后，在暂时储藏于二次储藏罐5之后，投入催化剂反应器6。
63.催化剂反应器6使用由太阳能发电装置供给的电力，且催化剂反应器6由加热器加热为高温。催化剂反应器6中在高温下合成的甲醇和水与未反应的二氧化碳、氢、氮一同，均作为气体从催化剂反应器6排出。排出的甲醇、水、二氧化碳、氢以及氮的混合气体在气液分离装置7中冷却，甲醇和水作为液体而分离，二氧化碳、氢以及氮作为气体而分离。甲醇和水的混合液体随后由脱水装置9脱水，能够获得甲醇。水适当向外界排出。另一方面，二氧化碳、氢以及氮的混合气体通过氮分离装置8使氮分离，氮随后适当向外界排放。分离后的二氧化碳和氢作为未反应的原料，经由回流通路13回流至一次储藏罐3。
64.图2是以往的燃料合成系统的日落时或突然天气恶化时的工序的流程图。
65.太阳能发电装置当日落时，普通发电停止。另外，当突然天气恶化时，使发电紧急停止。因此，对于燃料合成系统进行的供给电力降低。并且无法向升压机、加热器、冷却器等供给电力，因此这些装置的驱动逐渐降低。根据压力和温度的降低，导致燃料合成系统中的甲醇的合成精度降低，回收甲醇的纯度降低。
66.随后，若没有恢复日照或日照的恢复花费时间，则装置停止。于是，在装置的配管内会滞留有甲醇等，对于装置的安全性产生问题。另一方面，若天气恢复，回到日照状态，则电力的供给恢复，燃料合成系统再次运转。
67.这样地，以往的燃料合成系统难以稳定持地续运转，具有生成的甲醇的纯度和收获率降低的隐患，安全方面也有问题。
68.(本实施方式的燃料合成系统)
69.本实施方式的燃料合成系统具有：配置于主通路上游的供给二氧化碳的供给机构以及供给氢的供给机构；配置于两个所述供给机构的下游的使用燃料合成催化剂来合成燃料的催化剂反应器；在通常时进行基于可再生能量的电力供给的第1供电设备；进行基于燃料电池的电力供给的第2供电设备；和测定供给的电力的电力测定机构。
70.关于供给二氧化碳的供给机构、供给氢的供给机构以及使用燃料合成催化剂来合成燃料的催化剂反应器，与上述说明的内容相同。通常时进行基于可再生能量的电力供给的第1供电设备与上述的进行基于可再生能量的电力供给的供电设备相同，作为代表机构而具有太阳能发电装置。
71.作为进行基于燃料电池的电力供给的第2供电设备的燃料电池为，能够将氢和氧用作燃料而供给电力的发电装置。能够当太阳能发电装置无法供给电力时补充性地供给电力。
72.测定供给的电力的电力测定机构(未图示)是，当日落时和突然天气恶化时等基于作为第1供电设备的太阳能发电装置进行的电力的供给停止或降低时，能够检测到该情况的装置，通常为电力仪。
73.本实施方式的燃料合成系统还具有电力控制机构(未图示)，该电力控制机构当基于所述第1供电设备的供给电力降低的情况下，通过所述供给氢的供给机构向所述第2供电设备供给氢来进行发电，通过基于所述第2供电设备的电力供给而使燃料合成系统运转。该电力控制机构在由电力测定机构测定的基于第1供电设备的供给电力成为预先设定的规定值以下的情况下，能够切换氢的供给通路，向第2供电设备供给氢，使第2供电设备运转来供给电力，使燃料合成系统持续运转。
74.因此，当能够进行太阳能发电装置等的基于可再生能量的发电的通常时，通过根据可再生能量进行电力的供给，不排出二氧化碳地进
75.行燃料合成。另外，当基于可再生能量的发电困难的状况时，能够将5作为燃料合成的原料而供给的氢向燃料电池供给来发电，弥补燃料合成系统所必要的电力，由此最大限度地进行基于可再生能量的燃料合成。
76.图3是本实施方式的燃料合成系统的构成的示意图。
77.其设想了搭载于汽车的情况。在本实施方式的燃料合成系统的主0通路上，与以往的燃料合成系统同样地，从上游朝着下游设置有二氧化碳以及氮的车载罐1、回收气体储藏罐2、一次储藏罐3、升压机4、二次储藏罐5、催化剂反应器6、气液分离装置7、氮分离装置8。在主通路之外，作为供给氢的供给机构而设置有水电解装置10、氢储藏
78.罐12、氧储藏罐11。另外，作为供电设备而具有太阳能发电装置(未5图示)和燃料电池14。
79.以下，说明与图1的以往燃料合成系统构成示意图不同的点。
80.通过水电解装置10使水电解而生成氢和氧。氢在暂时储藏于氢储藏罐12之后，通过切换装置16在通常时(关闭)投入一次储藏罐3。但是，当使燃料电池14运转时，将切换装置16切换为开启，氢0向燃料电池14供给。关于氧，在暂时储藏于氧储藏罐11之后，通过切换装置15在通常时(关闭)向外界排放。但是，当使燃料电池14运转时，将切换装置15切换为开启，氧向燃料电池14供给。这些燃料电池的运转、切换装置15以及切换装置16的控制由电力控制机构(未图示)进行。
81.5本实施方式的燃料合成系统还具有检测基于供电设备的供给电力是否恢复的检测机构(未图示)、从催化剂反应器6的下游的主通路迂回并排气的排气通路20、和设置于排气通路20内的第1控制阀18。
82.在进行了基于第2供电设备的电力供给之后，即使经过规定时间也没有由所述检
测机构检测到供给电力的恢复的情况下，打开所述第1控制阀18，能够将催化剂反应器6的下游的主通路内的燃料向外部排气。
83.虽然通过基于燃料电池14的电力供给临时继续进行燃料合成、但即使在经过固定时间以上仍没有恢复电力的情况下，担心在系统内滞留了具有引火性的合成燃料，会发生异常事态。因此，将主通路内的燃料向外部强制排气，由此能够将系统维持为安全状态。
84.本实施方式的燃料合成系统还具有：配置于催化剂反应器6的下游的非活性气体分离机构；从非活性气体分离机构向催化剂反应器6的上游回流的回流通路13；配置于非活性气体分离机构的下游的非活性气体储藏罐；从非活性气体储藏罐向回流通路13导入的非活性气体回流通路21；和设置于非活性气体回流通路31内的第2控制阀19。在进行了基于第2供电设备的电力供给之后，即使经过规定时间也没有由检测机构(未图示)检测到供给电力的恢复的情况下，能够打开第1控制阀18，使主通路内的燃料排气，并且打开第2控制阀19，使非活性气体向主通路上游回流。在此，图3中，氮分离装置8相当于非活性气体分离机构，氮储藏罐17相当于非活性气体储藏罐。非活性气体没有特别限定，但由于氮最易获得，所以为优选。
85.在从主通路将燃料排气的情况下，打开第1控制阀18，由此能够将催化剂反应器6的下游的主通路内的燃料向外部排气。但是，将非活性气体储藏罐内储藏的非活性气体(氮)作为吹扫气体，经由非活性气体回流通路21以及回流通路13，流入从一次储藏罐3至气液分离装置7的主通路内，将内部由非活性气体置换，由此能够更彻底地将系统保持为安全状态。另外，能够通过非活性气体储藏罐内的压力而快速且短时间地将主通路内排气。
86.图4是本实施方式的燃料合成系统的日落时或突然天气恶化时的工序的流程图。
87.太阳能发电装置当日落时，普通发电停止。另外，当突然天气恶化时，使发电紧急停止。因此，对于燃料合成系统进行的供给电力降低。当供给电力的降低的程度降低至某个水平以上时，电力控制机构检测到该情况，为了将电力供给切换为第2供电设备，使切换装置15、16成为开启，氢以及氧向燃料电池14供给，燃料电池14运转。该结果为，向升压机、加热器、冷却器等供给电力，燃料合成系统能够持续运转。
88.随后，因天气没有恢复等理由，即使经过了规定的固定时间，也没有由检测机构检测到来自太阳能发电装置的供给电力的恢复时，第1控制阀18成为开启，第1控制阀18打开，主通路内的甲醇排气。而且，第2控制阀19成为开启，第2控制阀19打开，氮向主通路内冲洗，甲醇被排气。
89.并且，正常的甲醇被回收，燃料合成系统停止。第1控制阀18以及第2控制阀19成为关闭并闭阀。
90.当天气恢复，经过了规定的固定时间时，由检测机构检测到来自太阳能发电装置的供给电力的恢复。切换装置15、16成为关闭，氢以及氧不再向燃料电池14供给，燃料电池14停止。
91.来自太阳能发电装置的供给电力恢复，燃料合成系统再次运转。
92.如以上说明那样，本实施方式的燃料合成系统与现有技术等所公开的燃料合成系统相比，能够减少零件点数，提高安全性。
93.本实施方式的燃料合成系统中，通过运用燃料电池，即使在电力的停止时和不足时也能够迅速弥补电力的不足，使系统持续运转。
94.另外，本实施方式中，通过利用从燃料合成系统生成的副产气体，能够不使用外部能量和外部资源地使系统安全停止。
95.也就是说，从燃料合成系统生成的氢和氧被利用于燃料电池的运转，氮利用于将主通路内的燃料排气。
96.另外，本实施方式中，当使燃料合成系统停止时，能够几乎不使用电力地使系统正常停止。

技术特征：
1.一种燃料合成系统，其具有：配置于主通路上游的供给二氧化碳的供给机构以及供给氢的供给机构；配置于两个所述供给机构的下游的使用燃料合成催化剂来合成燃料的催化剂反应器；在通常时进行基于可再生能量的电力供给的第1供电设备；进行基于燃料电池的电力供给的第2供电设备；和测定供给的电力的电力测定机构，所述燃料合成系统的特征在于，具有电力控制机构，该电力控制机构当基于所述第1供电设备的供给电力降低的情况下，通过所述供给氢的供给机构向所述第2供电设备供给氢来进行发电，通过基于所述第2供电设备的电力供给而使燃料合成系统运转。2.根据权利要求1所述的燃料合成系统，其特征在于，所述第1供电设备是太阳能发电装置。3.根据权利要求1或2所述的燃料合成系统，其特征在于，具有：检测基于所述第1供电设备的供给电力是否已恢复的检测机构；从所述催化剂反应器的下游的主通路迂回并排气的排气通路；和设置于所述排气通路内的第1控制阀，在进行了基于所述第2供电设备的电力供给之后，没有由所述检测机构检测到供给电力的恢复的情况下，打开所述第1控制阀，使主通路内的燃料排气。4.根据权利要求3所述的燃料合成系统，其特征在于，具有：配置于所述催化剂反应器的下游的非活性气体分离机构；从所述非活性气体分离机构向所述催化剂反应器的上游回流的回流通路；配置于所述非活性气体分离机构的下游的非活性气体储藏罐；从所述非活性气体储藏罐向所述回流通路导入的非活性气体回流通路；和设置于所述非活性气体回流通路内的第2控制阀，在进行了基于所述第2供电设备的电力供给之后，没有由所述检测机构检测到供给电力的恢复的情况下，打开所述第1控制阀，使主通路内的燃料排气，并且打开所述第2控制阀，使非活性气体向主通路上游回流。

技术总结
提供燃料合成系统，其能够当发生电力的停止和不足时，迅速弥补电力的不足而防止系统的停止或使系统安全地停止。该燃料合成系统具有：配置于主通路上游的供给二氧化碳的供给机构(11)以及供给氢的供给机构(12)；配置于供给机构的下游的使用燃料合成催化剂来合成燃料的催化剂反应器(6)；在通常时进行基于可再生能量的电力供给的第1供电设备；进行基于燃料电池的电力供给的第2供电设备(14)；和测定供给的电力的电力测定机构，燃料合成系统的特征在于，具有电力控制机构，其当基于第1供电设备的供给电力降低的情况下，通过供给氢的机构向第2供电设备供给氢来进行发电，通过基于第2供电设备的电力供给而使燃料合成系统运转。电设备的电力供给而使燃料合成系统运转。电设备的电力供给而使燃料合成系统运转。


技术研发人员：增田翔平 星野守门 隅英明 冈崎昌彦
受保护的技术使用者：本田技研工业株式会社
技术研发日：2022.12.26
技术公布日：2023/8/4