JP7657143B2

JP7657143B2 - Recycling System

Info

Publication number: JP7657143B2
Application number: JP2021210831A
Authority: JP
Inventors: 健松尾; 志典碓井; 耕司浅野; 宏之岩渕; 基裕中桐; 育昌小城; 伸英原
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2021-12-24
Filing date: 2021-12-24
Publication date: 2025-04-04
Anticipated expiration: 2041-12-24
Also published as: JP2023095127A

Description

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。 This disclosure relates to a recycling system that reuses carbon dioxide exhausted from factories and the like, reduces carbon dioxide emissions, and utilizes thermal energy in stages from high-temperature regions to low-temperature regions.

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。 Patent Document 1 discloses a fuel production system that includes a hydrogen production device that produces hydrogen by endothermic reaction of water vapor, and a hydrocarbon production device that produces hydrocarbons by reacting the produced hydrogen with a gas that contains at least a portion of carbon monoxide and carbon dioxide.

特開２０１９－１０８２３８号公報JP 2019-108238 A

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。 When producing hydrocarbons by reacting carbon dioxide with hydrogen, the carbon dioxide is reduced in stages to carbon monoxide, and then the carbon monoxide is reduced to hydrocarbons. To obtain carbon monoxide from carbon dioxide, the reaction must be carried out at high temperatures, which requires a large amount of electrical energy. In addition, during the process of producing hydrocarbons, carbon may be precipitated from the carbon monoxide (coking phenomenon), which may pose a risk of causing equipment malfunctions.

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。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and aims to provide a recycling system that can reuse carbon dioxide with less electrical energy and reduce the risk of carbon deposition.

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。
In order to solve the above problems, the recycling system according to the present disclosure includes a high-temperature gas reactor as a supply source of thermal energy in a high-temperature region, which is thermal energy contained in steam at 700°C or higher and 1000°C or lower; a heat utilization facility having a co-electrolysis facility having a co-electrolysis SOEC that makes it possible to use the thermal energy supplied from the high-temperature gas reactor in stages from the high-temperature side to the low-temperature side and produces carbon monoxide and hydrogen by co -electrolysis of carbon dioxide and steam using the thermal energy of the high-temperature gas reactor; and a CO utilization facility that is provided so that carbon monoxide can be supplied from the co-electrolysis SOEC and utilizes the carbon monoxide , and the heat utilization facility further includes an intermediate heat exchanger that supplies the thermal energy of the high-temperature region of the high-temperature gas reactor, a hydrogen production facility connected to the intermediate heat exchanger via a plurality of lines, and a heat supply steam production facility provided in the CO utilization facility .

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。 The recycling system disclosed herein allows carbon dioxide to be reused with less electrical energy and reduces the risk of carbon deposition.

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。FIG. 1 is a diagram of a recycling system according to a first embodiment of the present disclosure. 本開示の第一実施形態に係るＣＯ_２回収供給設備の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a CO ₂ capture and supply facility according to a first embodiment of the present disclosure. 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。FIG. 1 is a diagram of a recycling system according to a second embodiment of the present disclosure.

＜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。 First Embodiment
(Recycling System)
Hereinafter, a recycling system 100 according to a first embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
The recycle system 100 shown in FIG. 1 is a system that reuses carbon dioxide exhausted from factories and the like, reduces the amount of carbon dioxide emissions, and utilizes thermal energy in stages from a high temperature region to a low temperature region.

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、ＣＯ_２回収供給設備６と、を備える。 As shown in FIG. 1 , the recycling system 100 includes a high-temperature gas reactor 1 , an intermediate heat exchanger 2 , a hydrogen production facility 3 , a co-electrolysis facility 4 , a CO utilization facility 5 , and a CO ₂ recovery and supply facility 6 .

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。 The recycling system 100 includes a heat utilization facility 8 that supplies thermal energy to these facilities and devices via a heat medium. In this embodiment, helium and water vapor (water) are used as the heat medium.
Each component of the recycle system 100 will be described in detail below.

（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。 (High Temperature Gas Reactor)
The high-temperature gas-cooled reactor 1 has been developed as a nuclear reactor capable of extracting high-temperature heat with the goal of utilizing nuclear heat for multiple purposes. The high-temperature gas-cooled reactor 1 is used as a supply source of thermal energy in a high-temperature region.
In the following, thermal energy contained in water vapor at 700°C or higher and 1000°C or lower may be conceptually referred to as thermal energy in the high temperature region, thermal energy contained in water vapor at 300°C or higher and 700°C or lower may be conceptually referred to as thermal energy in the medium temperature region, and thermal energy contained in water vapor at 100°C or higher and 300°C or lower may be conceptually referred to as thermal energy in the low temperature region.
The thermal energy of the high temperature gas reactor 1 is supplied to other facilities and devices via helium and steam flowing through the heat utilization facility 8 .

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。 The high-temperature gas reactor 1 is connected to the intermediate heat exchanger 2 by a first heat exchange line 10 and a second heat exchange line 11. Helium flows from the high-temperature gas reactor 1 to the intermediate heat exchanger 2 through the first heat exchange line 10. Helium flows from the intermediate heat exchanger 2 to the high-temperature gas reactor 1 through the second heat exchange line 11. In this way, helium circulates between the high-temperature gas reactor 1 and the intermediate heat exchanger 2.

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。 Hereinafter, the helium circulating between the high-temperature gas reactor 1 and the intermediate heat exchanger 2 will be referred to as primary helium.
The primary helium enters the high-temperature gas-cooled reactor 1, and is directly supplied with thermal energy from the high-temperature region from the high-temperature gas-cooled reactor 1. Since helium is a thermochemically stable substance, it does not become radioactive even when it enters the high-temperature gas-cooled reactor 1.

（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。 (Intermediate heat exchanger)
The intermediate heat exchanger 2 exchanges heat between the primary helium and helium (hereinafter referred to as secondary helium) flowing through a flow path separate from that of the primary helium. The secondary helium exchanges heat with the primary helium without coming into contact with the HTGR 1, and obtains thermal energy from the high temperature region of the HTGR 1.

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。 The intermediate heat exchanger 2 is connected to the hydrogen production equipment 3, the co-electrolysis equipment 4, and the CO utilization equipment 5 by a supply line 20.

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。 The supply line 20 has an upstream supply line 21, a supply header section 22, and a downstream supply line 23. The upstream supply line 21 connects the intermediate heat exchanger 2 and the supply header section 22. The supply header section 22 is provided with a plurality of downstream supply lines 23. Some of the downstream supply lines 23 connect the supply header section 22 and the hydrogen production facility 3, another portion of the downstream supply lines 23 connect the supply header section 22 and the co-electrolysis facility 4, and still another portion of the downstream supply lines 23 connect the supply header section 22 and the CO utilization facility 5. After heat exchange with the primary helium, the secondary helium is supplied to the hydrogen production facility 3, the co-electrolysis facility 4, and the CO utilization facility 5 through the supply line 20.

（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（ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＥｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓＣｅｌｌ）と、を有する。 (Hydrogen production facility)
The hydrogen production facility 3 includes a hydrogen steam production facility 30 and a hydrogen production SOEC (Solid Oxide Electrolysis Cell) 31 .

（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。 (Hydrogen steam production facility)
The hydrogen steam production facility 30 is supplied with thermal energy from the high temperature region of the high temperature gas reactor 1 via secondary helium flowing through a supply line 20. The hydrogen steam production facility 30 uses the thermal energy of the high temperature gas reactor 1 to produce high temperature steam.

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。 The hydrogen steam production facility 30 has a hydrogen steam generator 32, a hydrogen steam preheater 33, and a hydrogen steam superheater 34. The hydrogen steam generator 32 is connected to the hydrogen production SOEC 31 by a hydrogen steam flow path 35. In the hydrogen steam flow path 35, water vapor flows from the hydrogen steam generator 32 toward the hydrogen production SOEC 31. The hydrogen steam preheater 33 and the hydrogen steam superheater 34 are provided in the midstream of the hydrogen steam flow path 35. The hydrogen steam preheater 33 is disposed upstream of the hydrogen steam superheater 34.

（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。 (Hydrogen steam generator)
The hydrogen steam generator 32 is supplied with thermal energy in the medium temperature range from the hydrogen steam superheater 34. The supply of thermal energy from the hydrogen steam superheater 34 to the hydrogen steam generator 32 will be described later. In addition, water is supplied to the hydrogen steam generator 32 from the outside. The hydrogen steam generator 32 heats water with thermal energy in the medium temperature range after use in the hydrogen steam superheater 34 to generate steam. The heat after use in the hydrogen steam superheater 34 is supplied from a hydrogen production intermediate line 36, which is in the medium temperature range lower than the heat supplied from the downstream supply line 23, and by using it in the hydrogen steam generator 32, the heat of the high temperature gas reactor 1 is used efficiently.

（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。 (Hydrogen steam preheater)
The hydrogen steam preheater 33 is supplied with water steam from the hydrogen steam generator 32. The hydrogen steam preheater 33 is also connected to the supply header section 22 by a downstream supply line 23. The hydrogen steam preheater 33 is supplied with secondary helium from the supply header section 22. The hydrogen steam preheater 33 is supplied with thermal energy from the high temperature region of the high temperature gas reactor 1 via the secondary helium.

（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。 (Hydrogen steam superheater)
The hydrogen steam superheater 34 is supplied with steam from the hydrogen steam preheater 33. The hydrogen steam superheater 34 is also connected to the supply header section 22 by a downstream supply line 23. Secondary helium is supplied to the hydrogen steam superheater 34 from the supply header section 22. Thermal energy of the high temperature region of the high temperature gas reactor 1 is supplied to the hydrogen steam superheater 34 via the secondary helium. The hydrogen steam superheater 34 further heats the steam by utilizing the thermal energy of the high temperature region contained in the secondary helium. The steam heated by the hydrogen steam superheater 34 contains the thermal energy of the high temperature region of the high temperature gas reactor 1.

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。 The hydrogen steam superheater 34 is connected to the hydrogen steam generator 32 by a hydrogen production intermediate line 36. After being supplied to the hydrogen steam superheater 34, the thermal energy of the secondary helium is reduced to the medium temperature range. The secondary helium is supplied from the hydrogen steam superheater 34 to the hydrogen steam generator 32 through the hydrogen production intermediate line 36. This secondary helium supplies the hydrogen steam generator 32 with the thermal energy of the medium temperature range after being used in the hydrogen steam superheater 34. Therefore, in the hydrogen steam generator 32, thermal energy of the medium temperature range is used to generate steam.

（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。 (SOEC for hydrogen production)
The hydrogen production SOEC 31 is supplied with water vapor from a hydrogen steam superheater 34. The hydrogen production SOEC 31 also has a hydrogen production hydrogen electrode 31a and a hydrogen production oxygen electrode 31b. An electrolytic voltage is applied between the hydrogen production hydrogen electrode 31a and the hydrogen production oxygen electrode 31b, and electric energy is supplied to the hydrogen production SOEC 31. The hydrogen production SOEC 31 electrolyzes water vapor using thermal energy contained in the water vapor in the high temperature region of the high temperature gas reactor 1 to produce hydrogen. The hydrogen production SOEC 31 is connected to the CO utilization facility 5 by a recovery line 71. The hydrogen produced by the hydrogen production SOEC 31 is supplied to the CO utilization facility 5 through the recovery line 71. In the hydrogen production SOEC 31, oxygen is produced during hydrogen production. The oxygen produced by the hydrogen production SOEC 31 is discharged to the outside.

（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。 (Joint electrolysis facility)
The co-electrolysis facility 4 includes a co-electrolysis steam production facility 40 and a co-electrolysis SOEC 41 .

（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。 (Steam production facility for co-electrolysis)
The co-electrolysis steam production facility 40 is supplied with thermal energy from the high temperature region of the high temperature gas reactor 1 via secondary helium flowing through a supply line 20. The co-electrolysis steam production facility 40 uses the thermal energy of the high temperature gas reactor 1 to produce high temperature steam.

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。 The co-electrolysis steam production facility 40 has a co-electrolysis steam generator 42, a co-electrolysis steam preheater 43, and a co-electrolysis steam superheater 44. The co-electrolysis steam generator 42 is connected to the co-electrolysis SOEC 41 by a co-electrolysis steam flow path 45. In the co-electrolysis steam flow path 45, water vapor flows from the co-electrolysis steam generator 42 toward the co-electrolysis SOEC 41. In the midstream part of the co-electrolysis steam flow path 45, the co-electrolysis steam preheater 43 and the co-electrolysis steam superheater 44 are provided. The co-electrolysis steam preheater 43 is disposed upstream of the co-electrolysis steam superheater 44.

（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。 (Steam generator for co-electrolysis)
The co-electrolysis steam generator 42 is supplied with thermal energy in the medium temperature range from the co-electrolysis steam superheater 44. The supply of thermal energy from the co-electrolysis steam superheater 44 to the co-electrolysis steam generator 42 will be described later. In addition, water is supplied to the co-electrolysis steam generator 42 from the outside. The co-electrolysis steam generator 42 heats water with thermal energy in the medium temperature range after use in the co-electrolysis steam superheater 44 to generate steam. The heat after use in the co-electrolysis steam superheater 44 is supplied from a co-electrolysis intermediate line 46, which is heat in the medium temperature range lower than the heat supplied from the downstream supply line 23, and is used in the co-electrolysis steam generator 42 to efficiently utilize the heat of the high temperature gas reactor 1.

（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。 (Steam preheater for co-electrolysis)
The co-electrolysis steam preheater 43 is supplied with steam from the co-electrolysis steam generator 42. The co-electrolysis steam preheater 43 is connected to the supply header section 22 by a downstream supply line 23. Secondary helium is supplied to the co-electrolysis steam preheater 43 from the supply header section 22. Thermal energy of the high temperature region of the HTGR 1 is supplied to the co-electrolysis steam preheater 43 via the secondary helium. The co-electrolysis steam preheater 43 heats steam by utilizing the thermal energy of the high temperature region contained in the secondary helium. The steam heated by the co-electrolysis steam preheater 43 contains thermal energy of the medium temperature region.

（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。 (Steam superheater for co-electrolysis)
The co-electrolysis steam superheater 44 is supplied with steam from the co-electrolysis steam preheater 43. The co-electrolysis steam superheater 44 is also connected to the supply header section 22 by the downstream supply line 23. Secondary helium is supplied to the co-electrolysis steam superheater 44 from the supply header section 22. Thermal energy of the high temperature region of the HTGR 1 is supplied to the co-electrolysis steam superheater 44 via the secondary helium. The co-electrolysis steam superheater 44 further heats the steam by utilizing the thermal energy of the high temperature region contained in the secondary helium. The steam heated by the co-electrolysis steam superheater 44 contains thermal energy of the high temperature region of the HTGR 1.

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。 The co-electrolysis steam superheater 44 is connected to the co-electrolysis steam generator 42 by the co-electrolysis intermediate line 46. After being supplied to the co-electrolysis steam superheater 44, the thermal energy of the secondary helium is reduced to the medium temperature range. The secondary helium is supplied from the co-electrolysis steam superheater 44 to the co-electrolysis steam generator 42 through the co-electrolysis intermediate line 46. This secondary helium supplies the co-electrolysis steam generator 42 with the thermal energy of the medium temperature range after being used in the co-electrolysis steam superheater 44. Therefore, in the co-electrolysis steam generator 42, thermal energy of the medium temperature range is used to generate steam.

（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、ＣＯ_２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。 (SOEC for common electrolysis)
The co-electrolysis SOEC 41 is supplied with steam from the co-electrolysis steam superheater 44, and with carbon dioxide from the _CO2 recovery and supply facility 6. The co-electrolysis SOEC 41 also has a co-electrolysis hydrogen electrode 41a and a co-electrolysis oxygen electrode 41b. An electrolysis voltage is applied between the co-electrolysis hydrogen electrode 41a and the co-electrolysis oxygen electrode 41b, and electric energy is supplied to the co-electrolysis SOEC 41. The co-electrolysis SOEC 41 co-electrolyzes carbon dioxide and steam using thermal energy of the high temperature region of the high temperature gas reactor 1 contained in the steam to produce synthesis gas. The synthesis gas is a mixed gas of hydrogen and carbon monoxide. The co-electrolysis SOEC 41 is connected to the CO utilization facility 5 by a recovery line 71. The synthesis gas produced by the co-electrolysis SOEC 41 is supplied to the CO utilization facility 5 through the recovery line 71. In the co-electrolysis SOEC 41, oxygen is produced during synthesis gas production. The oxygen produced in the co-electrolysis SOEC 41 is discharged to the outside.

（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。 (CO2 utilization equipment)
The CO utilization facility 5 is a facility that utilizes carbon monoxide in the mixed gas supplied from the co-electrolysis SOEC 41. The CO utilization facility 5 includes a hydrocarbon production facility 5a. In this embodiment, the CO utilization facility 5 is composed of only the hydrocarbon production facility 5a.

（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。 (Hydrocarbon production facility)
The hydrocarbon production facility 5a is supplied with hydrogen produced in the hydrogen production SOEC 31 and a synthesis gas of carbon monoxide and hydrogen produced in the co-electrolysis SOEC 41 through a recovery line 71. The hydrocarbon production facility 5a produces hydrocarbons from the carbon monoxide and hydrogen produced in the hydrogen production SOEC 31 and the co-electrolysis SOEC 41. The hydrocarbon production facility 5a has a heat supply steam production facility 50 and a methanol or other synthesis unit 51. In this embodiment, the hydrocarbon production facility 5a produces methanol, ethanol, or the like using the methanol or other synthesis unit 51.

（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。 (Steam production facility for heat supply)
The heat supply steam production facility 50 is supplied with thermal energy from the high temperature region of the high temperature gas reactor 1 via secondary helium flowing through a supply line 20. The heat supply steam production facility 50 uses the thermal energy of the high temperature gas reactor 1 to produce steam.

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。 The heat supply steam production facility 50 has a heat supply steam generator 52 and a heat supply steam heater 53. The heat supply steam generator 52 is connected to the methanol synthesis device 51 by a heat supply steam flow path 54. In the heat supply steam flow path 54, water vapor flows from the heat supply steam generator 52 to the methanol synthesis device 51. The heat supply steam heater 53 is provided in the midstream portion of the heat supply steam flow path 54.

（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。 (Heat supply steam generator)
The heat supply steam generator 52 is connected to the hydrogen steam preheater 33 by a connection line 28. The heat supply steam generator 52 is supplied with secondary helium after use in the hydrogen steam preheater 33. In addition, water is supplied to the heat supply steam generator 52 from the outside. The heat supply steam generator 52 generates water vapor by utilizing heat in the medium temperature range after use in the hydrogen steam preheater 33. The generated water vapor makes effective use of thermal energy in the low temperature range.

（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。 (Steam heater for heat supply)
The heat supply steam heater 53 is supplied with water steam from the heat supply steam generator 52. The heat supply steam heater 53 is also connected to the supply header section 22 by a downstream supply line 23. Secondary helium is supplied to the heat supply steam heater 53 from the supply header section 22. Thermal energy of the high temperature region of the high temperature gas reactor 1 is supplied to the heat supply steam heater 53 via the secondary helium. The heat supply steam heater 53 heats the water steam by utilizing the thermal energy of the high temperature region contained in the secondary helium.

（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。 (Methanol synthesis equipment)
Steam is supplied to the methanol synthesis apparatus 51 from a heat supply steam heater 53. Thermal energy from the high temperature gas reactor 1 is supplied to the methanol synthesis apparatus 51 via the steam. In addition, hydrogen produced in the hydrogen production SOEC 31 and a mixed gas of carbon monoxide and hydrogen produced in the co-electrolysis SOEC 41 are supplied to the methanol synthesis apparatus 51 via a recovery line 71. The methanol synthesis apparatus 51 synthesizes methanol, ethanol, and the like from carbon monoxide and hydrogen by utilizing the thermal energy supplied via the steam.

（ＣＯ_２回収供給設備）
ＣＯ_２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。ＣＯ_２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 capture and supply equipment)
The _CO2 capture and supply equipment 6 separates and captures carbon dioxide contained in exhaust gas G from refineries, factories, etc., using a carbon dioxide absorbent, and supplies the captured carbon dioxide to the co-electrolysis SOEC 41. As the absorbent, an amine absorption solution A is used. As shown in FIG. 2, _{the CO2} capture and supply equipment 6 has a cooling tower 60, an absorption tower 61, a regeneration tower 62, a reboiler 63, a regeneration heat exchanger 64, and a regeneration cooler 65.

（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。 (Cooling tower)
Exhaust gas G containing carbon dioxide is supplied to the cooling tower 60. The cooling tower 60 cools the exhaust gas G. The cooling tower 60 is connected to the bottom of the absorption tower 61 by an exhaust gas transfer line 66. The exhaust gas transfer line 66 supplies the exhaust gas G cooled in the cooling tower 60 to the absorption tower 61.

（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。 (Absorption tower)
The absorption tower 61 sprays the amine absorbing solution A downward from the top. The amine absorbing solution A comes into contact with the flue gas G to absorb carbon dioxide in the flue gas G. The flue gas G from which carbon dioxide has been removed is cooled and then discharged as a clean gas from the top of the absorption tower 61. The bottom of the absorption tower 61 is connected to the top of the regeneration tower 62 by a first absorption liquid transfer line 67. The first absorption liquid transfer line 67 supplies the amine absorbing solution A to the top of the regeneration tower 62. A regeneration heat exchanger 64 is provided in the midstream part of the first absorption liquid transfer line 67 that connects the absorption tower 61 and the regeneration tower 62. The regeneration heat exchanger 64 will be described later.

（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。 (Regeneration Tower)
The amine absorbing solution A is fed to the regeneration tower 62. A reboiler 63 is provided at the bottom of the regeneration tower 62.
The reboiler 63 is connected to the heat supply steam generator 52 by an intermediate reboiler line 69 .

（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。 (Reboiler)
Secondary helium is supplied to the reboiler 63 from the heat supply steam generator 52 through a reboiler intermediate line 69. This secondary helium is secondary helium after thermal energy has been supplied to the heat supply steam generator 52, and contains thermal energy in the medium temperature range.

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。 The reboiler 63 uses the thermal energy in the medium temperature range after use in the heat supply steam generator 52 to heat the amine absorption liquid A containing carbon dioxide. The amine absorption liquid A is heated to about 100°C or higher and 140°C or lower by the thermal energy after use in the heat supply steam generator 52, which reduces the saturated solubility of carbon dioxide, and the carbon dioxide is released from the amine absorption liquid A. The carbon dioxide absorption capacity is regenerated by cooling in the regeneration heat exchanger 64. The bottom of the regeneration tower 62 and the reboiler 63 are connected to the top of the absorption tower 61 by a second absorption liquid transfer line 68.

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。 The regeneration tower 62 and the reboiler 63 transfer the amine absorbing liquid A to the upper part of the absorption tower 61 through the second absorption liquid transfer line 68. A regeneration heat exchanger 64 and a regeneration cooler 65 are provided in the midstream part of the second absorption liquid transfer line 68. The regeneration heat exchanger 64 is provided upstream of the regeneration cooler 65. The regeneration heat exchanger 64 is also connected to the midstream part of the first absorption liquid transfer line 67. The regeneration heat exchanger 64 exchanges heat between the amine absorbing liquid A transferred from the absorption tower 61 to the regeneration tower 62 and the amine absorbing liquid A transferred from the regeneration tower 62 to the absorption tower 61, and cools the amine absorbing liquid A transferred from the regeneration tower 62 to the absorption tower 61. The regeneration cooler 65 further cools the amine absorbing liquid A cooled by the regeneration heat exchanger 64 and returns it to the absorption tower 61. The amine absorbing liquid A returned to the absorption tower 61 is reused for absorbing carbon dioxide.

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、ＣＯ_２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、ＣＯ_２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。 The carbon dioxide released from the amine absorption solution A in the regeneration tower 62 is high-purity carbon dioxide with a purity of 99.9% or more and less than 100%. The top of the regeneration tower 62 is connected to the co- _electrolysis steam flow path 45 downstream of the co-electrolysis steam preheater 43 and upstream of the co-electrolysis steam superheater 44 via a _CO2 supply line 70. The regeneration tower 62 supplies carbon dioxide to the co-electrolysis SOEC 41 through the CO2 supply line 70 and the co-electrolysis steam flow path 45.

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。 Referring again to FIG. 1, the return line 24 has an upstream return line 25, a return header section 26, and a downstream return line 27. A plurality of upstream return lines 25 are provided. The plurality of upstream return lines 25 connect the hydrogen steam generator 32 and the return header section 26, the co-electrolysis steam generator 42 and the return header section 26, the co-electrolysis steam preheater 43 and the return header section 26, the heat supply steam heater 53 and the return header section 26, and the reboiler 63 and the return header section 26, respectively. Secondary helium after thermal energy supply is returned to the return header section 26 from each of the hydrogen steam generator 32, the co-electrolysis steam generator 42, the co-electrolysis steam preheater 43, the heat supply steam heater 53, and the reboiler 63 through the plurality of upstream return lines 25.

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。 The return header section 26 is connected to the intermediate heat exchanger 2 by a downstream return line 27. Secondary helium is returned from the return header section 26 to the intermediate heat exchanger 2 through the downstream return line 27. A fan F is provided in the downstream return line 27. The fan F compresses the secondary helium flowing through the downstream return line 27 and circulates it through the intermediate heat exchanger 2.

（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。 (Heat utilization equipment)
The heat utilization facility 8 includes the intermediate heat exchanger 2 described above, a first heat exchange line 10, a second heat exchange line 11, a supply line 20, a return line 24, a connection line 28, a hydrogen production facility 3, a hydrogen production intermediate line 36, a hydrogen steam flow path 35, a co-electrolysis facility 4, a co-electrolysis intermediate line 46, a co-electrolysis steam flow path 45, a heat supply steam production facility 50, a heat supply steam flow path 54, a reboiler 63, and a reboiler intermediate line 69.

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。 The heat utilization equipment 8 recovers thermal energy in the high temperature region of the HTGR 1 via helium in the intermediate heat exchanger 2. The heat utilization equipment 8 supplies the thermal energy of the HTGR 1 recovered in the intermediate heat exchanger 2 to the hydrogen production equipment 3, the co-electrolysis equipment 4, the CO utilization equipment 5, and the reboiler 63 through the above-mentioned lines and flow paths, etc., making the thermal energy of the HTGR 1 available in stages from the high temperature side to the low temperature side.
A part of the heat utilization facility 8 constitutes a steam heat utilization facility 80 and a regeneration heat utilization facility 81, which will be described later.

（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。 (Steam heat utilization equipment)
The steam heat utilization facility 80 includes a first heat exchange line 10, an intermediate heat exchanger 2, a supply line 20, a connection line 28, a hydrogen steam production facility 30, a hydrogen production intermediate line 36, a hydrogen steam flow path 35, a co-electrolysis steam production facility 40, a co-electrolysis intermediate line 46, a co-electrolysis steam flow path 45, a heat supply steam production facility 50, and a heat supply steam flow path 54.
The steam heat utilization facility 80 makes it possible to utilize the thermal energy of all temperature ranges, from the high temperature range to the medium temperature range and the low temperature range, supplied from the high temperature gas reactor 1, for producing steam.

（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、ＣＯ_２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。 (Regeneration heat utilization equipment)
The regenerative heat utilization equipment 81 has a first heat exchange line 10, an intermediate heat exchanger 2, an upstream supply line 21, a supply header section 22, a downstream supply line 23 connected to a hydrogen steam preheater 33, the hydrogen steam preheater 33, a connection line 28, a heat supply steam generator 52, a reboiler intermediate line 69, and a reboiler 63.
The regenerative heat utilization facility 81 supplies thermal energy in the low temperature range to the amine absorbing solution A that absorbs carbon dioxide in the _CO2 recovery and supply facility 6.

（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。 (Trends in utilizing thermal energy from high-temperature gas-cooled reactors)
The flow of thermal energy utilization in the high temperature gas reactor 1 will be described below with reference to FIG.
First, thermal energy of the high temperature region of the HTGR 1 is transferred to the primary helium supplied to the HTGR 1. The primary helium reaches a high temperature of approximately 950°C. Next, the primary helium is supplied to the intermediate heat exchanger 2. In the intermediate heat exchanger 2, heat exchange occurs between the primary helium and the secondary helium. As a result, thermal energy of the high temperature region of the HTGR 1 is transferred to the secondary helium. The secondary helium reaches a high temperature of approximately 890°C.

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。 The secondary helium is then supplied from the intermediate heat exchanger 2 to the supply header section 22. The secondary helium supplied to the supply header section 22 is distributed to the hydrogen steam production equipment 30, the co-electrolysis steam production equipment 40, and the heat supply steam production equipment 50.

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。 In the hydrogen steam production facility 30, secondary helium is supplied to the hydrogen steam preheater 33 and the hydrogen steam superheater 34.

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。 The hydrogen steam preheater 33 is supplied with thermal energy from the high temperature range contained in the secondary helium. The hydrogen steam preheater 33 uses the thermal energy from the high temperature range supplied to heat the water vapor of about 150°C supplied from the steam generator. As a result, the temperature of the water vapor becomes about 600°C.

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。 The hydrogen steam superheater 34 is supplied with thermal energy in the high temperature range contained in the secondary helium. The hydrogen steam superheater 34 uses the supplied thermal energy in the high temperature range to further heat the water vapor supplied from the hydrogen steam preheater 33. This causes the temperature of the water vapor to reach approximately 800°C. The secondary helium loses a portion of its thermal energy, and the thermal energy contained in the secondary helium becomes thermal energy in the medium temperature range. The secondary helium is then supplied from the hydrogen steam superheater 34 to the hydrogen steam generator 32.

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。 The hydrogen steam generator 32 is supplied with thermal energy from the medium temperature range of the secondary helium after the thermal energy from the high temperature range has been used. The hydrogen steam generator 32 uses the thermal energy from the medium temperature range supplied to heat water supplied from the outside, generating steam at approximately 150°C.

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。 In this way, thermal energy is utilized in stages, from the hydrogen steam superheater 34 on the high temperature side to the hydrogen steam generator 32 on the low temperature side.
The secondary helium that has supplied thermal energy to the hydrogen steam preheater 33 is sent to the heat supply steam generator 52 through the connection line 28. In addition, the secondary helium that has supplied thermal energy to the hydrogen steam generator 32 is returned to the return header section 26.

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。 In the co-electrolysis steam production equipment 40, secondary helium is supplied to the co-electrolysis steam preheater 43 and the co-electrolysis steam superheater 44, respectively.

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。 The co-electrolysis steam preheater 43 is supplied with thermal energy of the high temperature region contained in the secondary helium. The co-electrolysis steam preheater 43 uses the supplied thermal energy of the high temperature region to heat the approximately 150°C steam supplied from the co-electrolysis steam generator 42. As a result, the temperature of the steam becomes approximately 600°C.

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。 The co-electrolysis steam superheater 44 is supplied with thermal energy in the high temperature range contained in the secondary helium. The co-electrolysis steam superheater 44 uses the supplied thermal energy in the high temperature range to further heat the water vapor supplied from the co-electrolysis steam preheater 43. As a result, the temperature of the water vapor becomes approximately 800°C. The secondary helium loses a portion of its thermal energy, and the thermal energy contained in the secondary helium becomes thermal energy in the medium temperature range. The secondary helium is then supplied from the co-electrolysis steam superheater 44 to the co-electrolysis steam generator 42.

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。 The steam generator 42 for co-electrolysis is supplied with thermal energy in the medium temperature range of the secondary helium after the thermal energy in the high temperature range has been used. The steam generator 42 for co-electrolysis uses the thermal energy in the medium temperature range supplied to heat water supplied from the outside, generating steam at approximately 150°C.

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。 In this manner, thermal energy is utilized in a stepwise manner from the co-electrolysis steam superheater 44 on the high temperature side toward the co-electrolysis steam generator 42 on the low temperature side.
The secondary helium that has supplied thermal energy to the co-electrolysis steam preheater 43 and the secondary helium that has supplied thermal energy to the co-electrolysis steam generator 42 are each returned to the return header section 26.

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。 In the heat supply steam production facility 50, secondary helium is supplied to the heat supply steam generator 52 and the heat supply steam heater 53.

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。 The heat supply steam generator 52 is supplied with thermal energy in the medium temperature range from the hydrogen steam preheater 33 after the thermal energy in the high temperature range has been used in the hydrogen steam preheater 33. The heat supply steam generator 52 uses the thermal energy in the medium temperature range supplied to heat water supplied from the outside, generating water steam. As a result, the secondary helium loses a portion of its thermal energy, and the thermal energy contained in the secondary helium becomes thermal energy in the low temperature range.

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。 Heat energy in the high temperature range contained in the secondary helium is supplied to the heat supply steam heater 53. The heat supply steam heater 53 utilizes the supplied heat energy in the high temperature range to heat the water vapor supplied from the steam generator.
The secondary helium that has supplied thermal energy to the heat supply steam heater 53 is returned to the return header section 26 .

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。 The secondary helium that has supplied thermal energy to the heat supply steam generator 52 is supplied to the reboiler 63. That is, the reboiler 63 is supplied with thermal energy in the low temperature range contained in the supplied secondary helium. The reboiler 63 extracts thermal energy in the low temperature range from the supplied secondary helium and supplies it to the amine absorbing solution A. This heats the amine absorbing solution A and regenerates its carbon dioxide absorbency.

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。 In this way, thermal energy is utilized in stages, from the high-temperature side hydrogen steam preheater 33 to the medium-temperature side heat supply steam generator 52, from the medium-temperature side heat supply steam generator 52 to the low-temperature side reboiler 63, and from the reboiler 63 to the amine absorption liquid A.
The secondary helium that has supplied thermal energy to the steam generator for the reboiler 63 is returned to the return header section 26 .

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。 The secondary helium returned to the return header section 26 is pressurized by the fan F and returned to the intermediate heat exchanger 2. The secondary helium returned to the intermediate heat exchanger 2 is again supplied with thermal energy from the high temperature region of the high temperature gas reactor 1 through heat exchange with the primary helium, and is used again to supply thermal energy to each facility and device.

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。 In the absorption tower 61, carbon dioxide is absorbed into the amine absorbing solution A in a temperature range of 100°C or less, and then heated to about 140°C in the regeneration tower 62 to regenerate the amine absorbing solution A. This utilizes the property that the saturated absorption amount of carbon dioxide differs depending on the temperature range of the amine absorbing solution A, that is, the amount of carbon dioxide absorbed is large in the low temperature range of 100°C or less and the saturated absorption amount is low in the temperature range of 100°C to 140°C, and the carbon dioxide absorbed in the low temperature range is released in the high temperature range to regenerate the amine absorbing solution A. In this embodiment, thermal energy from the low temperature range is supplied to the amine absorbing solution A via secondary helium.

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。 In this way, the recycle system 100 distributes thermal energy to the hydrogen production equipment 3, the co-electrolysis equipment 4, and the heat supply steam production equipment 50 provided in the CO utilization equipment 5 via the intermediate heat exchanger 2 that obtains thermal energy in the high temperature region from the high temperature gas reactor 1 using the heat utilization equipment 8, and utilizes the thermal energy supplied from the high temperature gas reactor 1 in stages from the high temperature region to the low temperature region. Therefore, the recycle system 100 can recycle thermal energy in stages according to the temperature zone.

（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。 (Hydrogen production using SOEC)
Hereinafter, hydrogen production by the hydrogen production SOEC 31 will be described.
In the hydrogen production SOEC 31, an electrolytic voltage is applied between the hydrogen production hydrogen electrode 31a and the hydrogen production oxygen electrode 31b, whereby a reaction shown in formula (1) occurs in the hydrogen production hydrogen electrode 31a, and a reaction shown in formula (2) occurs in the hydrogen production oxygen electrode 31b.

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。 The endothermic reaction shown in formula (3) occurs throughout the hydrogen production SOEC 31.

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。 The electrolysis in the hydrogen production SOEC 31 utilizes the thermal energy contained in the steam in the high temperature region of the high temperature gas reactor 1. Therefore, the steam is electrolyzed at an electrolysis voltage below the thermal neutral point (approximately 1.29 V in the hydrogen production SOEC 31) where the exothermic reaction and the endothermic reaction are balanced.

（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。 (Hydrogen production by SOEC for co-electrolysis)
Hereinafter, co-electrolysis of carbon dioxide and water vapor by the co-electrolysis SOEC 41 will be described.
In the co-electrolysis SOEC 41, an electrolysis voltage is applied between the co-electrolysis hydrogen electrode 41a and the co-electrolysis oxygen electrode 41b. As a result, reactions shown in formulas (4) and (5) occur in the co-electrolysis hydrogen electrode 41a, and a reaction shown in formula (6) occurs in the co-electrolysis oxygen electrode.

共電解用ＳＯＥＣ４１全体としては、（７）式に示す吸熱反応が生じる。 The endothermic reaction shown in formula (7) occurs throughout the entire co-electrolysis SOEC 41.

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。 In the co-electrolysis of the SOEC for co-electrolysis, the thermal energy contained in the steam in the high temperature region of the high temperature gas reactor 1 is utilized. Therefore, carbon dioxide and steam are co-electrolyzed at an electrolysis voltage below the thermal neutral point (approximately 1.35 V in the SOEC 41 for co-electrolysis) where the exothermic reaction and the endothermic reaction are balanced.

（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、ＣＯ_２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、ＣＯ_２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。 (Carbon resource circulation)
Next, the circulation of carbon resources by the recycle system 100 will be described with reference to FIG.
First, the _CO2 capture and supply equipment 6 separates and captures carbon dioxide contained in the exhaust gas G discharged from an oil refinery, a factory, etc. The captured carbon dioxide is supplied to the co-electrolysis SOEC 41 through a _CO2 supply line 70 together with high-temperature steam containing thermal energy from the high-temperature gas reactor 1.

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。 In the co-electrolysis SOEC 41, co-electrolysis of carbon dioxide and water vapor is carried out to produce a synthesis gas of carbon monoxide and hydrogen. That is, in the co-electrolysis SOEC 41, carbon dioxide is reduced to carbon monoxide. The synthesis gas is supplied to the hydrocarbon production facility 5a of the CO utilization facility 5 together with the hydrogen produced in the hydrogen production SOEC 31.

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。 The hydrocarbon production facility 5a of this embodiment produces hydrocarbon compounds such as methanol and ethanol from the synthesis gas (carbon monoxide and hydrogen) produced by the co-electrolysis SOEC 41. The produced methanol, ethanol, etc. are used as raw materials for olefins (ethylene, propylene, etc.), which are the basic substances of chemical products.

このように、リサイクルシステム１００は、ＣＯ_２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＋Ｈ_２）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。 In this way, the recycle system 100 separates and captures carbon dioxide contained in exhaust gas G from refineries, factories, etc., using the _CO2 capture and supply equipment 6, and reuses the carbon dioxide as a carbon resource. For this reason, in the recycle system 100, the captured carbon dioxide is used in a co-electrolytic SOEC to produce a synthetic gas (CO+ _H2 ), which is then converted into hydrocarbon compounds such as methanol, which become raw materials for chemical products such as olefins, and finally become plastic resins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP), and carbon dioxide is fixed in the final products such as plastic resins, thereby achieving carbon neutrality.

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。 In this embodiment, the recycling system 100 includes a high-temperature gas reactor 1 as a source of thermal energy in the high-temperature region, a co-electrolysis SOEC 41 that produces carbon monoxide and hydrogen as synthesis gas through a co-electrolysis reaction between carbon dioxide and steam using the thermal energy of the co-electrolysis SOEC 41, and a CO utilization facility 5 that is provided so that carbon monoxide can be supplied from the co-electrolysis SOEC 41 and utilizes the carbon monoxide.

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Ｈ_２Ｏ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。 This allows the co-electrolysis reaction, which is an endothermic reaction, to be carried out by supplying thermal energy from the high-temperature gas reactor 1. Therefore, it is possible to operate at an electrolysis voltage equal to or lower than the thermal neutral point, and therefore it is possible to suppress the energy loss that occurs when electrical energy is converted into Joule heat. Therefore, carbon monoxide can be obtained with less electrical energy. In addition, since carbon dioxide can be electrolyzed together with water, it is possible to suppress carbon deposition in the co-electrolysis SOEC 41 due to a local deficiency in H ₂ O concentration. Therefore, it is possible to reduce the risk of carbon deposition from carbon monoxide (coking phenomenon), causing malfunctions in the device, and the like. Furthermore, it is possible to utilize the carbon monoxide produced in the co-electrolysis SOEC 41.
Therefore, carbon dioxide can be reused with less electrical energy and the risk of carbon deposition can be reduced.

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。 In this embodiment, the recycle system 100 further includes a heat utilization facility 8 that enables the thermal energy supplied from the high temperature gas reactor 1 to be utilized in stages from the high temperature side to the low temperature side, and the heat utilization facility 8 includes an intermediate heat exchanger 2 that supplies thermal energy of the high temperature region of the high temperature gas reactor 1, a hydrogen production facility 3 connected to the intermediate heat exchanger 2 via a plurality of lines, a co-electrolysis facility 4, and a heat supply steam production facility 50 provided in the CO utilization facility 5.
The multiple lines are a supply line 20, a return line 24, a connecting line 28, an intermediate line 36 for hydrogen production, and an intermediate line 46 for co-electrolysis.

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。 As a result, in the recycle system 100, the thermal energy supplied from the high temperature gas reactor 1 can be utilized in stages from the high temperature side to the low temperature side, thereby achieving so-called cascade utilization of heat.
Specifically, in the hydrogen production facility 3, secondary helium is supplied from the hydrogen steam superheater 34 to the hydrogen steam generator 32 through the hydrogen production intermediate line 36, so that the thermal energy of the high-temperature gas reactor 1 can be utilized in the high-temperature side hydrogen steam superheater 34, and then the thermal energy of the high-temperature gas reactor 1 can be utilized in the low-temperature side hydrogen steam generator 32.
In addition, in the co-electrolysis facility 4, secondary helium is supplied from the co-electrolysis steam superheater 44 to the co-electrolysis steam generator 42 through the co-electrolysis intermediate line 46, so that the thermal energy of the high-temperature gas reactor 1 can be utilized in the co-electrolysis steam superheater 44 on the high-temperature side, and then the thermal energy of the high-temperature gas reactor 1 can be utilized in the co-electrolysis steam generator 42 on the low-temperature side.
In the regeneration heat utilization facility 81, secondary helium is supplied from the high-temperature side hydrogen steam preheater 33 to the medium-temperature side heat supply steam generator 52 through the connection line 28, and from the medium-temperature side heat supply steam generator 52 to the low-temperature side reboiler 63 through the reboiler intermediate line 69, so that the thermal energy of the high-temperature gas reactor 1 can be utilized in the high-temperature side hydrogen steam preheater 33 and the medium-temperature side heat supply steam generator 52, and then the thermal energy of the high-temperature gas reactor 1 can be utilized in the low-temperature side reboiler 63. As a result, the reboiler 63 can extract thermal energy in the low-temperature region from the secondary helium and utilize it for regenerating the amine absorption solution A.
In this way, in the recycle system 100, the heat utilization facility 8 can effectively utilize thermal energy.

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ＣＯ_２回収供給設備６を備える。 In this embodiment, the recycling system 100 recovers carbon dioxide from either the CO utilization facility 5 or the outside, and includes a CO ₂ recovery and supply facility 6 that is provided so as to be able to supply carbon dioxide to the co-electrolysis SOEC 41 .

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。 This makes it possible to separate carbon dioxide from exhaust gas G from refineries, factories, etc., and capture the exhausted carbon dioxide. The captured carbon dioxide is reduced to carbon monoxide in the co-electrolysis SOEC 41 and used in the CO utilization facility 5. This makes it possible to reduce the amount of carbon dioxide emissions. This makes it possible to achieve so-called carbon neutrality, in which the net amount of carbon dioxide emissions is zero.

本実施形態では、熱利用設備８は、ＣＯ_２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。 In this embodiment, the heat utilization facility 8 further includes a regenerating heat utilization facility 81 that supplies thermal energy in a low temperature range to the amine absorbing solution A that absorbs carbon dioxide in the CO ₂ recovery and supply facility 6 .

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。 As a result, the amine absorbing solution A can be heated using the thermal energy of the high-temperature gas reactor 1. As a result, the amine absorbing solution A releases carbon dioxide, and the carbon dioxide absorption capacity of the amine absorbing solution A is regenerated. As a result, there is no need to prepare a separate heat source to regenerate the amine absorbing solution A, and thermal energy can be saved.

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。 In this embodiment, the recycling system 100 is equipped with a hydrogen production SOEC 31 that produces hydrogen by electrolysis of steam using thermal energy from the high-temperature gas reactor 1.

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ＣＯ_２フリーな水素を製造することができる。 This allows the electrolysis of water, which is an endothermic reaction, to be carried out using the thermal energy of the HTGR 1. This makes it possible to operate at an electrolysis voltage below the thermal neutral point. This makes it possible to obtain hydrogen with less electrical energy. Furthermore, since the hydrogen production SOEC 31 uses the thermal energy of the high temperature region of the HTGR 1 for the electrolysis of water vapor, it is possible to produce hydrogen with less electrical energy.
In addition, the hydrogen production SOEC 31 can electrolyze water vapor using the thermal energy of the high-temperature gas reactor 1, so that no carbon dioxide is generated during hydrogen production, and so-called CO2 _- free hydrogen can be produced.

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。 In this embodiment, the CO utilization facility 5 is capable of supplying carbon monoxide and hydrogen from the co-electrolysis SOEC 41 and hydrogen from the hydrogen production SOEC 31, and has a hydrocarbon production facility 5a that produces hydrocarbon compounds from carbon monoxide and hydrogen.

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。 This allows the carbon monoxide produced in the co-electrolysis SOEC 41 to be reduced to hydrocarbon compounds. Furthermore, only hydrogen can be supplied from the hydrogen production SOEC 31 to the CO utilization facility 5. Therefore, the amount of hydrogen supplied relative to carbon monoxide can be adjusted, preventing a shortage of hydrogen for the reduction of carbon monoxide.

＜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。 Second Embodiment
(Recycling System)
Hereinafter, a recycling system 200 according to a second embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG.
3, the CO utilization facility 205 includes the iron-making facility 5b. The CO utilization facility 205 of this embodiment is composed of only the iron-making facility 5b.

（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（ＤｉｒｅｃｔｌｙＲｅｄｕｃｅｄＩｒｏｎ）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、ＣＯ_２回収供給設備６の冷却塔６０と、ＣＯ_２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、ＣＯ_２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、ＣＯ_２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。 (Steel manufacturing facilities)
The steelmaking facility 5b has a heat supply steam production facility 50 and a steelmaking facility main body 251. The heat energy of the high temperature gas reactor is supplied to the steelmaking facility main body 251 from the heat supply steam production facility 50 via steam. The steelmaking facility main body 251 is connected to the hydrogen production SOEC 31 and the co-electrolysis SOEC 41 through a recovery line 71. The steelmaking facility main body 251 is supplied with hydrogen from the hydrogen production SOEC 31 through the recovery line 71, and is supplied with carbon monoxide and hydrogen from the co-electrolysis SOEC 41. The steelmaking facility main body 251 reduces iron ore by a DRI (Directly Reduced Iron) method using carbon monoxide and hydrogen to produce steel. Carbon dioxide is generated during steelmaking. The steelmaking facility main body 251 is connected to the cooling tower 60 of the _CO2 capture and supply facility 6 through a _CO2 transfer line 72. The iron-making facility main body 251 transfers carbon dioxide to the cooling tower 60 through the _CO2 transfer line 72. The carbon dioxide transferred from the iron-making facility main body 251 is purified in the _CO2 capture and supply facility 6 and then supplied to the co-electrolysis SOEC 41.

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。 The iron-making equipment main body 251 is connected to the hydrogen production SOEC 31 and the co-electrolysis SOEC 41 by an oxygen recovery line 73. Oxygen produced by the hydrogen production SOEC 31 and the co-electrolysis SOEC 41 is supplied to the iron-making equipment main body 251 through the oxygen recovery line 73.

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。 In this embodiment, the CO utilization facility 205 is capable of supplying carbon monoxide from the co-electrolysis SOEC 41 and hydrogen from the hydrogen production SOEC 31, and has an ironmaking facility 5b that produces iron by reducing iron ore using carbon monoxide and hydrogen.

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ＣＯ_２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ＣＯ_２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ＣＯ_２を排出することから、このＣＯ_２を回収して、共電解用ＳＯＥＣ４１で合成ガスとしてＣＯとＨ_２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。 In the conventional DRI system, natural gas (methane) is used as a raw material to generate carbon monoxide, and iron ore is reduced with the carbon monoxide. On the other hand, the recycle system 200 of the present embodiment adopts the above-mentioned configuration, and combines the DRI system with the co-electrolysis SOEC 41, and can reduce iron ore by the DRI method using carbon monoxide and hydrogen produced by the co-electrolysis SOEC 41 and hydrogen produced by the hydrogen production SOEC 31, instead of natural gas (methane). Therefore, iron can be produced without using natural gas as a raw material.
In general, in steelmaking, coke (carbon) is added to iron ore, and the iron ore is reduced with the coke to produce pig iron while emitting CO _2. This ironmaking method using coke is an exothermic reaction, and the reduction reaction proceeds spontaneously by adding coke to the iron ore. However, in order to emit a large amount of CO ₂ , hydrogen reduction ironmaking has been developed to reduce iron ore with hydrogen. However, since hydrogen reduction ironmaking is an endothermic reaction, there is a problem in maintaining a high temperature atmosphere. On the other hand, the DRI method is a method of reducing iron ore with CO, and like the ironmaking method using coke, the DRI method is also an exothermic reaction. However, since the DRI method emits CO ₂ in the process of reducing iron ore, if this CO ₂ is captured and CO and H ₂ are produced as synthesis gas in the co-electrolysis SOEC 41, and this synthesis gas is used for steelmaking by the DRI method, it is possible to generate heat in the DRI method while performing hydrogen reduction ironmaking, thereby compensating for the endothermic reaction of hydrogen reduction ironmaking. In hydrogen reduction steelmaking, the reduction of iron ore (iron oxide) using hydrogen is an endothermic reaction, whereas the DRI process is an exothermic reaction that proceeds spontaneously. Therefore, by simultaneously reducing iron ore using the DRI process and producing steel, the exothermic reaction of CO reduction in the DRI process compensates for the endothermic reaction in the hydrogen reduction steelmaking, and the synthesis gas produced in the co-electrolysis SOEC 41 serves as a heat carrier.

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、ＣＯ_２回収供給設備６に送り、ＣＯ_２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、ＣＯ_２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。 In this embodiment, the steelmaking facility 5b sends carbon dioxide generated in the steelmaking process by the DRI method to the _CO2 capture and supply facility 6, which then supplies the _carbon dioxide to the co-electrolysis SOEC 41. This allows the co-electrolysis SOEC 41 to reuse the supplied carbon dioxide for producing carbon monoxide. The carbon monoxide produced in the co-electrolysis SOEC 41 is used again for the reduction of iron ore by the DRI method in the steelmaking facility 5b. In this way, the recycle system 200 is a _CO2 closed system that does not discharge carbon monoxide to the external environment, and is a carbon-neutral system.

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。 In this embodiment, the steelmaking facility 5b is configured to be supplied with oxygen produced by the hydrogen production SOEC 31 and the co-electrolysis SOEC 41.

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。 In the DRI process, however, it is necessary to inject high-purity oxygen into the high-temperature reducing gas. However, in this embodiment, the oxygen produced by the hydrogen production SOEC 31 and the co-electrolysis SOEC 41 can be used in the DRI steelmaking process without injecting high-purity oxygen separately.

（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。 Other Embodiments
Although the embodiments of the present disclosure have been described in detail above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design changes and the like that do not depart from the gist of the present disclosure are also included.

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。 In the above embodiment, helium is used as the heat medium that enters the high-temperature gas reactor 1 and is directly supplied with the thermal energy of the high-temperature gas reactor 1, but this is not limited to this. The heat medium that enters the high-temperature gas reactor 1 may be any heat medium that is thermochemically stable, such as helium.

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。 In the above embodiment, carbon dioxide is separated and recovered from exhaust gas G from a refinery, factory, etc., and then directly supplied to the co-electrolysis SOEC 41, but this is not limited to the above. For example, the separated and recovered carbon dioxide may be stored directly underground or underground in an abandoned oil field, etc.

なお、上記実施形態では、ＣＯ_２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（ＤｉｒｅｃｔＡｉｒＣａｐｔｕｒｅ）も二酸化炭素の回収源・供給源となる。大気中からＣＯ_２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。 In the above embodiment, the _CO2 capture and supply equipment 6 may capture carbon dioxide captured from the atmosphere and supply it to the co-electrolysis SOEC 41, in addition to the carbon dioxide separated and captured from the exhaust gas G of an oil refinery, factory, etc. In this case, the DAC (Direct Air Capture) also serves as a carbon dioxide capture and supply source. By capturing _CO2 from the atmosphere, it becomes possible to achieve negative emissions, and carbon neutrality can be achieved over a wider range.

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。 In the above embodiment, the amine absorbing solution A is used as the carbon dioxide absorbent, but this is not limited to this. A solid absorbent such as a ceramic absorbent may be used as the carbon dioxide absorbent. In this case, the absorption tower 61 and the regeneration tower 62 are combined into one tower, a solid absorbent is placed in the one tower, and the process of absorbing carbon dioxide and the process of regenerating the absorbent must be switched sequentially.

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。 In the first embodiment, the hydrocarbon production facility 5a has a methanol synthesis unit 51 and produces methane, but this is not limited to this. The hydrocarbon production facility 5a may produce methanol or ethylene, or may produce other hydrocarbons such as olefins and paraffins by FT (Fischer-Tropsch) synthesis. In this case, the produced hydrocarbon compounds such as methanol and ethanol can be used as raw materials for alternative synthetic fuels such as gasoline, diesel, and jet fuel, in addition to being used as raw materials for chemical products.

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。 In the first embodiment, the CO utilization facility 5 is composed only of the hydrocarbon production facility 5a, and in the second embodiment, the CO utilization facility 205 is composed only of the iron-making facility 5b. However, the CO utilization facility 5, 205 may have both the hydrocarbon production facility 5a and the iron-making facility 5b.

＜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。 <Additional Notes>
The recycle systems 100 and 200 described in each embodiment can be understood, for example, as follows.

（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。 (1) The recycling system 100, 200 according to the first aspect includes a high-temperature gas reactor 1 as a source of thermal energy in a high-temperature region, a co-electrolysis SOEC 41 that produces carbon monoxide and hydrogen by co-electrolysis of carbon dioxide and water vapor using the thermal energy of the co-electrolysis SOEC 41, and a CO utilization facility 5, 205 that utilizes carbon monoxide and is provided so that carbon monoxide can be supplied from the co-electrolysis SOEC 41.

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Ｈ_２Ｏ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。 This allows the co-electrolysis reaction, which is an endothermic reaction, to be carried out by supplying thermal energy from the high-temperature gas reactor 1. This allows operation at an electrolysis voltage equal to or lower than the thermal neutral point, making it possible to obtain carbon monoxide with less electrical energy. In addition, since carbon dioxide can be electrolyzed together with water, carbon deposition in the co-electrolysis SOEC 41 due to a local deficiency in H ₂ O concentration can be suppressed. Furthermore, the carbon monoxide produced in the co-electrolysis SOEC 41 can be utilized.

（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。 (2) The recycle system 100, 200 of a second aspect is the recycle system 100, 200 of (1), further comprising a heat utilization facility 8 that enables the thermal energy supplied from the high temperature gas reactor 1 to be utilized in stages from the high temperature side to the low temperature side, and the heat utilization facility 8 may include an intermediate heat exchanger 2 that supplies thermal energy of the high temperature region of the high temperature gas reactor 1, a hydrogen production facility 3 connected to the intermediate heat exchanger 2 via a plurality of lines, a co-electrolysis facility 4, and a heat supply steam production facility 50 provided in the CO utilization facility 5.
Exemplary lines include a supply line 20, a return line 24, a connecting line 28, an intermediate line 36 for hydrogen production, and an intermediate line 46 for co-electrolysis.

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。 As a result, within the recycle system 100, 200, the thermal energy supplied from the high-temperature gas reactor 1 can be used in stages from the high-temperature side to the low-temperature side, achieving so-called cascade utilization of heat.

（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ＣＯ_２回収供給設備６を備えてもよい。 (3) The recycle system 100, 200 of the third aspect may be the recycle system 100, 200 of (2), and may include a _CO2 recovery and supply facility 6 that recovers carbon dioxide from either the CO utilization facility 5, 205 or the outside and is capable of supplying carbon dioxide to the co-electrolysis SOEC 41.

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。 This makes it possible to capture the exhausted carbon dioxide. The captured carbon dioxide is reduced to carbon monoxide in the co-electrolysis SOEC 41 and used in the CO utilization facility 5, 205. This makes it possible to reduce the amount of carbon dioxide emissions. It is also possible to capture carbon dioxide from the atmosphere.

（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ＣＯ_２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。 (4) The recycling system 100, 200 of the fourth aspect is the recycling system 100, 200 of (3), and the heat utilization facility may further include a regenerative heat utilization facility 81 that supplies thermal energy in a low temperature range to an absorbent that absorbs carbon dioxide in the _CO2 recovery and supply facility 6.
An example of the absorbent is amine absorbing solution A.

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。 This allows the thermal energy of the high-temperature gas reactor 1 to be used to heat the absorbent. As a result, the absorbent releases carbon dioxide, and the carbon dioxide absorption capacity of the absorbent is regenerated.

（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。 (5) The fifth aspect of the recycle system 100, 200 may be any of the recycle systems 100, 200 of (1) to (4) and may include a hydrogen production SOEC 31 that produces hydrogen by electrolysis of steam using thermal energy from the high-temperature gas reactor 1.

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。 This allows the electrolysis of water, an endothermic reaction, to be carried out using the thermal energy of the high-temperature gas reactor 1. This makes it possible to operate the reactor at an electrolysis voltage below the thermal neutral point.

（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。 (6) The sixth aspect of the recycle system 100, 200 is the recycle system 100, 200 of (5), in which the CO utilization equipment 5, 205 is capable of supplying carbon monoxide and hydrogen from the co-electrolysis SOEC 41 and hydrogen from the hydrogen production SOEC 31, and may have a hydrocarbon production equipment 5a that produces hydrocarbon compounds from carbon monoxide and hydrogen.

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。 This allows the carbon monoxide produced in the co-electrolysis SOEC 41 to be reduced to hydrocarbons. Furthermore, only hydrogen can be supplied from the hydrogen production SOEC 31 to the CO utilization facility 5, 205.

（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。 (7) The seventh aspect of the recycling system 100, 200 is the recycling system 100, 200 of (5) or (6), in which the CO utilization equipment 5, 205 is provided so as to be capable of supplying carbon monoxide from the co-electrolysis SOEC 41 and hydrogen from the hydrogen production SOEC 31, and has an ironmaking equipment 5b that produces iron by reducing iron ore using carbon monoxide and hydrogen, and the ironmaking equipment 5b may be provided so as to be supplied with oxygen produced by the co-electrolysis SOEC 41 and the hydrogen production SOEC 31.

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。 As a result, iron ore can be reduced and steel produced using carbon monoxide produced by the co-electrolysis SOEC 41 and hydrogen produced by the hydrogen production SOEC 31. Furthermore, in the steelmaking process, oxygen produced by the co-electrolysis SOEC 41 and the hydrogen production SOEC 31 can be used without blowing in high-purity oxygen separately.

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…ＣＯ_２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ＳＯＥＣ３１ａ…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ＳＯＥＣ４１ａ…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…ＣＯ_２供給ライン７１…回収ライン７２…ＣＯ_２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 LIST OF SYMBOLS 1...High temperature gas reactor 2...Intermediate heat exchanger 3...Hydrogen production equipment 4...Co-electrolysis equipment 5...CO utilization equipment 5a...Hydrocarbon production equipment 5b...Ironmaking equipment 6... _CO2 recovery and supply equipment 8...Heat utilization equipment 10...First heat exchange line 11...Second heat exchange line 20...Supply line 21...Upstream supply line 22...Supply header section 23...Downstream supply line 24...Return line 25...Upstream return line 26...Return header section 27...Downstream return line 28...Connection line 30...Hydrogen steam production equipment 31...SOEC for hydrogen production 31a...Hydrogen electrode for hydrogen production 31b...Oxygen electrode for hydrogen production 32...Hydrogen steam generator 33...Hydrogen steam preheater 34...Hydrogen steam superheater 35...Hydrogen steam flow path 36...Intermediate line for hydrogen production 40...Co-electrolysis steam production equipment 41...SOEC for co-electrolysis 41a...Hydrogen electrode for co-electrolysis 41b...Oxygen electrode for co-electrolysis 42...Steam generator for co-electrolysis 43...Steam preheater for co-electrolysis 44...Steam superheater for co-electrolysis 45...Steam flow path for co-electrolysis 46...Intermediate line for co-electrolysis 50...Steam production equipment for heat supply 51...Methanol synthesis device 52...Steam generator for heat supply 53...Steam heater for heat supply 54...Steam flow path for heat supply 60...Cooling tower 61...Absorption tower 62...Regeneration tower 63...Reboiler 64...Heat exchanger for regeneration 65...Cooler for regeneration 66...Exhaust gas transfer line 67...First absorption liquid transfer line 68...Second absorption liquid transfer line 69...Intermediate line for reboiler 70... _CO2 supply line 71...Recovery line 72... _CO2 transfer line 73...Oxygen recovery line 80...Heat utilization equipment for steam 81...Heat utilization equipment for regeneration Reference Signs List 100: Recycling system 200: Recycling system 205: CO utilization equipment 251: Steelmaking equipment body A: Amine absorption liquid (absorbent) F: Fan G: Exhaust gas

Claims

a high-temperature gas reactor as a supply source of high-temperature thermal energy , which is thermal energy contained in water vapor at 700°C or more and 1000°C or less ;
a heat utilization facility having a co-electrolysis facility including a co-electrolysis SOEC that enables the thermal energy supplied from the high-temperature gas reactor to be utilized in stages from the high-temperature side to the low-temperature side and produces carbon monoxide and hydrogen by co-electrolysis of carbon dioxide and water vapor using the thermal energy of the high-temperature gas reactor;
a CO utilization facility that utilizes carbon monoxide and is provided so as to be capable of supplying carbon monoxide from the co-electrolysis SOEC;
Equipped with
The heat utilization facility includes:
an intermediate heat exchanger for supplying thermal energy to the high temperature region of the high temperature gas reactor;
A hydrogen production facility connected to the intermediate heat exchanger via a plurality of lines;
a heat supply steam production facility provided in the CO utilization facility;
A recycling system further comprising :

2. The recycling system according to claim 1 , further comprising a CO2 recovery and supply facility that recovers carbon dioxide from either the CO utilization facility or an outside source and is capable of supplying carbon dioxide to the co-electrolysis SOEC.

The heat utilization facility includes:
The recycling system according to claim 2 , further comprising a heat utilization facility for regeneration that supplies low-temperature thermal energy , which is thermal energy contained in water vapor at 100°C or higher and 300°C or lower, to an absorbent that absorbs carbon dioxide in the CO2 recovery and supply facility.

4. The recycling system according to claim 1 , wherein the hydrogen production facility includes a hydrogen production SOEC that produces hydrogen by electrolysis of steam using thermal energy of the high-temperature gas reactor.

The recycling system according to claim 4, wherein the CO utilization facility has a hydrocarbon production facility capable of supplying carbon monoxide and hydrogen from the co-electrolysis SOEC and capable of supplying hydrogen from the hydrogen production SOEC , and which produces hydrocarbon compounds from carbon monoxide and hydrogen.

The CO utilization facility is provided so as to be capable of supplying carbon monoxide from the co-electrolysis SOEC and hydrogen from the hydrogen production SOEC, and has an ironmaking facility that produces iron by reducing iron ore using carbon monoxide and hydrogen,
The recycling system according to claim 4 or 5 , wherein the iron-making facility is provided so as to be supplied with oxygen produced by the co-electrolysis SOEC and the hydrogen production SOEC.