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JP2019108302A - Methane manufacturing device, controlling method of methane manufacturing device, and methane manufacturing method - Google Patents

Methane manufacturing device, controlling method of methane manufacturing device, and methane manufacturing method Download PDF

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JP2019108302A JP2017242881A JP2017242881A JP2019108302A JP 2019108302 A JP2019108302 A JP 2019108302A JP 2017242881 A JP2017242881 A JP 2017242881A JP 2017242881 A JP2017242881 A JP 2017242881A JP 2019108302 A JP2019108302 A JP 2019108302A
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真利 酒井
晴雄 今川
Haruo Imagawa
晴雄 今川
伊藤 由彦
Yoshihiko Ito
由彦 伊藤
勝悟 佐山
Shogo Sayama
勝悟 佐山
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Naoki Baba
直樹 馬場
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Abstract

【課題】メタン製造装置において、メタン製造コストの低減を図る技術を提供する。【解決手段】二酸化炭素と水素からメタンを製造するメタン製造装置は、メタン化触媒性能を有する金属と、二酸化炭素吸蔵性能を有する金属と、を含む触媒を収容し、内部のガスを取り出すための出口を備える複数の反応器と、二酸化炭素を含有する原料ガスの供給源と複数の反応器との間のガス流路上に設けられ、原料ガスの供給先を切り替える供給先切替部と、各反応器の出口における二酸化炭素濃度を測定する測定部と、供給先切替部を制御して、複数の反応器のうち、特定の反応器に原料ガスを供給可能な制御部と、を備え、制御部は、原料ガスを供給している反応器の出口における二酸化炭素濃度が所定値になると、原料ガスの供給先を他の反応器に切り替える。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for reducing a methane production cost in a methane production apparatus. SOLUTION: A methane production apparatus for producing methane from carbon dioxide and hydrogen accommodates a catalyst containing a metal having a methaneation catalyst performance and a metal having a carbon dioxide storage performance, and takes out an internal gas. A plurality of reactors provided with outlets, a supply destination switching unit provided on a gas flow path between a supply source of carbon dioxide-containing raw material gas and a plurality of reactors, and a supply destination switching unit for switching the supply destination of the raw material gas, and each reaction. A control unit including a measurement unit that measures the carbon dioxide concentration at the outlet of the reactor and a control unit that can control the supply destination switching unit to supply the raw material gas to a specific reactor among a plurality of reactors. Switches the supply destination of the raw material gas to another reactor when the carbon dioxide concentration at the outlet of the reactor supplying the raw material gas reaches a predetermined value. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、メタン製造装置、メタン製造装置の制御方法、および、メタン製造方法に関する。   The present invention relates to a methane production apparatus, a control method of the methane production apparatus, and a methane production method.

従来から、水素H2と二酸化炭素CO2からメタンCH4を製造する技術が知られている(特許文献1、2、および、非特許文献1、2参照)。例えば、引用文献1には、300〜400℃の温度範囲でフェライトにCO2とH2を通じることによってフェライト表面に炭素を析出させ、その後、CO2を供給せずにH2中でフェライトを600℃以上に昇温することによって析出した炭素をメタンに変換する技術が開示されている。また、引用文献2には、フェライト系鉄酸化物結晶中の酸素O2を取り除いて得られる活性化フェライト系鉄酸化物にCO2含有ガスを接触させるCO2分解工程と、CO2分解工程で得られた活性化フェライト系鉄酸化物にH2含有するガスを接触させるメタン製造工程と、を交互に繰り返す技術が開示されている。 Conventionally, techniques for producing methane CH 4 from hydrogen H 2 and carbon dioxide CO 2 are known (see Patent Documents 1 and 2 and Non-patent Documents 1 and 2). For example, in Patent Document 1, carbon is deposited on the surface of ferrite by passing CO 2 and H 2 through ferrite in a temperature range of 300 to 400 ° C., and then ferrite is added in H 2 without supplying CO 2. There is disclosed a technology for converting deposited carbon into methane by raising the temperature to 600 ° C. or higher. Further, in the cited document 2, a CO 2 decomposition step of contacting the CO 2 containing gas in the activation ferritic iron oxide obtained by removing the oxygen O 2 in the ferritic iron oxide crystals, with CO 2 decomposition step There is disclosed a technique of alternately repeating a process for producing methane, in which a gas containing H 2 is brought into contact with the obtained activated ferritic iron oxide.

特開平5−193920号公報JP-A-5-193920 特開平9−110731号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-110731

Applied catalysis B: Environmental, 2015,370-376Applied catalysis B: Environmental, 2015, 370-376 Catalysts, 2017, 88Catalysts, 2017, 88

近年、地球温暖化抑制のために、燃焼排ガスやバイオガス等に含まれるCO2をメタン化することによって、CO2排出量の削減を図る技術の向上が望まれている。しかしながら、上記先行技術によっても、CO2からメタンを低コストで製造する技術については、なお、改善の余地があった。例えば、引用文献1の技術では、ボッシュ反応によって生じた炭素の還元に600℃以上の高温を要するため、ヒータによる外部エネルギーの投入が必要となり、コストの低減が容易ではなかった。また、二酸化炭素分離装置と反応炉を別個に備えているため装置が複雑で大きくなる問題があった。引用文献2の技術では、単筒の反応器によってCO2分解後のフェライトを、閉鎖循環装置によって10〜12回循環させることでメタンを得ているため、連続的なCO2の供給に対応することは困難であり、製造効率が低下するおそれがあった。 In recent years, in order to suppress global warming, improvement of a technology for reducing CO 2 emissions is desired by methanizing CO 2 contained in combustion exhaust gas, biogas and the like. However, even with the above prior art, there is still room for improvement in the technology for producing methane from CO 2 at low cost. For example, in the technology of Patent Document 1, since the reduction of carbon generated by the Bosch reaction requires a high temperature of 600 ° C. or more, the external energy needs to be supplied by the heater, and the cost reduction is not easy. In addition, since the carbon dioxide separator and the reactor are separately provided, there is a problem that the apparatus becomes complicated and large. In the technique of reference document 2, methane is obtained by circulating ferrite after CO 2 decomposition by a closed circulation device for 10 to 12 times by a single-cylinder reactor, and therefore, it corresponds to continuous CO 2 supply. Is difficult and there is a risk that the manufacturing efficiency may be reduced.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、H2とCO2からメタンを製造するメタン製造装置において、メタン製造コストの低減を図る技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a technique for reducing the cost of producing methane in a methane producing apparatus for producing methane from H 2 and CO 2 .

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。   The present invention has been made to solve at least a part of the above-mentioned problems, and can be realized as the following modes.

(1)本発明の一形態によれば、二酸化炭素と水素からメタンを製造するメタン製造装置が提供される。このメタン製造装置は、メタン化触媒性能を有する金属と、二酸化炭素吸蔵性能を有する金属と、を含む触媒を収容し、内部のガスを取り出すための出口を備える複数の反応器と、二酸化炭素を含有する原料ガスの供給源と前記複数の反応器との間のガス流路上に設けられ、前記原料ガスの供給先を切り替える供給先切替部と、各前記反応器の前記出口における二酸化炭素濃度を測定する測定部と、前記供給先切替部を制御して、前記複数の反応器のうち、特定の反応器に前記原料ガスを供給可能な制御部と、を備え、前記制御部は、前記原料ガスを供給している前記反応器の出口における二酸化炭素濃度が所定値になると、前記原料ガスの供給先を他の前記反応器に切り替える。   (1) According to one aspect of the present invention, there is provided a methane production apparatus for producing methane from carbon dioxide and hydrogen. This methane production apparatus accommodates a catalyst containing a metal having methanation catalytic performance and a metal having carbon dioxide storage performance, and comprises a plurality of reactors provided with outlets for taking out internal gas, carbon dioxide A supply destination switching unit provided on a gas flow path between a supply source of a source gas to be contained and the plurality of reactors, and switching a supply destination of the source gas; and a carbon dioxide concentration at the outlet of each of the reactors And a control unit capable of supplying the source gas to a specific reactor among the plurality of reactors by controlling a measurement unit to be measured and the supply destination switching unit; When the carbon dioxide concentration at the outlet of the reactor supplying the gas reaches a predetermined value, the source gas supply destination is switched to the other reactor.

この構成によれば、原料ガスを供給している反応器の出口における二酸化炭素濃度が所定値になると、原料ガスの供給先を他の反応器に切り替えるため、原料ガスを連続的に継続して反応器に供給することができる。原料ガスの供給によって二酸化炭素を吸蔵した触媒は、メタン化触媒性能も有しているため、原料ガスが供給された後の反応器に水素を供給することによって、容易にメタンを製造することができる。また、同じ反応器で二酸化炭素の分離とメタン化反応をおこなうことができるため、メタン化反応で生じた熱を二酸化炭素の分離に必要なエネルギーとして利用することができる。以上のことから、この構成によれば、メタンの製造効率の向上によって、メタンの製造コストの低減を図ることができる。また、二酸化炭素分離装置と反応器とを別個に設ける必要がないため、製造装置の小型化を図ることができる。   According to this configuration, when the carbon dioxide concentration at the outlet of the reactor supplying the source gas reaches a predetermined value, the source gas is continuously continued to switch the source gas supply destination to another reactor. It can be fed to the reactor. Since the catalyst storing carbon dioxide by the supply of the source gas also has methanation catalyst performance, methane can be easily produced by supplying hydrogen to the reactor after the source gas has been supplied. it can. Further, since the separation and methanation reaction of carbon dioxide can be performed in the same reactor, the heat generated by the methanation reaction can be used as energy required for the separation of carbon dioxide. From the above, according to this configuration, it is possible to reduce the production cost of methane by improving the production efficiency of methane. Moreover, since it is not necessary to provide a carbon-dioxide separation apparatus and a reactor separately, size reduction of a manufacturing apparatus can be achieved.

(2)上記形態のメタン製造装置は、さらに、前記複数の反応器に水素を供給する水素供給部を備え、前記制御部は、前記水素供給部を制御して、前記複数の反応器のうち、特定の反応器に水素を供給可能に構成されており、前記原料ガスの供給によって前記出口における二酸化炭素濃度が前記所定値となった前記反応器に対して水素を供給してもよい。この構成によれば、原料ガスの供給によって触媒が二酸化炭素を十分に吸蔵している状態の反応器に対して順次、水素を供給できるため、連続的にメタンを製造でき、さらに製造効率の向上を図ることができる。   (2) The methane production apparatus according to the above aspect further includes a hydrogen supply unit that supplies hydrogen to the plurality of reactors, and the control unit controls the hydrogen supply unit so that the hydrogen is supplied to the plurality of reactors. Hydrogen may be supplied to a specific reactor, and hydrogen may be supplied to the reactor whose carbon dioxide concentration at the outlet has reached the predetermined value by the supply of the raw material gas. According to this configuration, since hydrogen can be sequentially supplied to the reactor in a state where the catalyst sufficiently stores carbon dioxide by the supply of the raw material gas, methane can be continuously manufactured, and the production efficiency is further improved. Can be

(3)上記形態のメタン製造装置において、前記制御部は、前記原料ガスの供給によって前記出口における二酸化炭素濃度が前記所定値となった前記反応器に対して、下記の式(1)を満たすモル数の水素を供給してもよい。
1<MH2/(4×MCO2+0.1×MCA)<1.2 (1)
(式(1)において、MH2は供給する水素のモル数であり、MCO2は水素が供給される反応器内の触媒に吸蔵されている二酸化炭素のモル数であり、MCAは水素が供給される反応器内の触媒の金属モル数である。)
この構成によれば、水素供給後の反応器内の反応混合ガスに含まれる未反応の二酸化炭素または水素の量を低減でき、製造されるメタンの純度を向上させることができる。これにより、反応混合ガスから水素を取り除くための処理時間を短縮して製造コストの低減を図ることができる。また、二酸化炭素の蓄積による触媒の活性低下を抑制できる。
(3) In the methane production apparatus of the above aspect, the control unit satisfies the following formula (1) for the reactor in which the carbon dioxide concentration at the outlet has become the predetermined value by the supply of the source gas. A mole number of hydrogen may be supplied.
1 <M H2 / (4 × M CO2 + 0.1 × M CA ) <1.2 (1)
(In the formula (1), M H2 is the number of moles of hydrogen to be supplied, M CO2 is the number of moles of carbon dioxide stored in the catalyst in the reactor to which hydrogen is supplied, and M CA is hydrogen It is the number of metal moles of the catalyst in the reactor to be supplied.)
According to this configuration, the amount of unreacted carbon dioxide or hydrogen contained in the reaction mixture gas in the reactor after the hydrogen supply can be reduced, and the purity of the produced methane can be improved. As a result, the processing time for removing hydrogen from the reaction mixture gas can be shortened to reduce the manufacturing cost. In addition, the decrease in the activity of the catalyst due to the accumulation of carbon dioxide can be suppressed.

(4)上記形態のメタン製造装置において、前記制御部は、前記原料ガスの供給によって前記出口における二酸化炭素濃度が前記所定値となった前記反応器に対して、下記の式(2)を満たすモル数の水素を供給してもよい。
4.1<MH2/MCO2<5.5 (2)
(式(2)において、MH2は供給する水素のモル数であり、MCO2は水素が供給される反応器内の触媒に吸蔵されている二酸化炭素のモル数である。)
この構成によっても、反応混合ガスに含まれる未反応の二酸化炭素または水素の量を低減でき、製造されるメタンの純度を向上させることができる。
(4) In the methane production apparatus according to the above aspect, the control unit satisfies the following formula (2) for the reactor in which the carbon dioxide concentration at the outlet has reached the predetermined value by the supply of the source gas. A mole number of hydrogen may be supplied.
4.1 <M H2 / M CO2 <5.5 (2)
(In the formula (2), M H2 is the number of moles of hydrogen to be supplied, and M CO2 is the number of moles of carbon dioxide stored in the catalyst in the reactor to which hydrogen is supplied.)
This configuration also can reduce the amount of unreacted carbon dioxide or hydrogen contained in the reaction mixture gas, and can improve the purity of methane to be produced.

(5)上記形態のメタン製造装置において、前記制御部は、前記原料ガスを供給している前記反応器の出口における二酸化炭素濃度が100ppmより大きくなると、前記原料ガスの供給先を他の前記反応器に切り替えてもよい。この構成によれば、原料ガスが供給された後の反応器において、触媒に吸蔵されずに気相となっている二酸化炭素の量を低減できるため、メタン化反応後において、反応混合ガスに含まれる未反応の二酸化炭素の量をさらに低減でき、製造されるメタンの純度をさらに向上させることができる。   (5) In the methane production apparatus of the above aspect, when the carbon dioxide concentration at the outlet of the reactor supplying the source gas becomes greater than 100 ppm, the control unit causes the source gas to be supplied to the other reaction source. You may switch to the According to this configuration, it is possible to reduce the amount of carbon dioxide that is in the gas phase without being occluded by the catalyst in the reactor after the raw material gas is supplied, so that it is included in the reaction mixture gas after the methanation reaction. The amount of unreacted carbon dioxide can be further reduced, and the purity of the produced methane can be further improved.

(6)上記形態のメタン製造装置は、さらに、前記複数の反応器から取り出された反応混合ガスから水素を分離するための水素分離部を備えていてもよい。この構成によれば、反応混合ガスに含まれる水素を分離することによって、製造されるメタンの純度をさらに向上させることができる   (6) The methane production apparatus of the above aspect may further include a hydrogen separation unit for separating hydrogen from the reaction mixture gas extracted from the plurality of reactors. According to this configuration, the purity of the produced methane can be further improved by separating hydrogen contained in the reaction mixture gas.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、メタン製造装置の制御方法、この制御方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム、メタン製造方法、メタン製造装置の製造方法、メタン化触媒システム、二酸化炭素回収装置などの形態で実現することができる。   The present invention can be realized in various aspects. For example, a control method of a methane production apparatus, a computer program that causes a computer to execute the control method, a methane production method, a production method of a methane production apparatus, methane It can be realized in the form of an organic catalyst system, a carbon dioxide recovery device, etc.

メタン製造装置の概略構成を示した説明図である。It is an explanatory view showing a schematic structure of a methane production device. ガス経路制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows gas path control processing. ステップS11におけるガスの流通状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the distribution state of gas in step S11. ステップS13〜S14におけるガスの流通状態を示した説明図である。It is an explanatory view showing the distribution state of gas in Steps S13-S14. ステップS17〜S18におけるガスの流通状態を示した説明図である。It is an explanatory view showing the distribution state of gas in Steps S17-S18. 実施例1と比較例1〜3で得られた反応混合ガスの組成を示した図である。It is the figure which showed the composition of the reaction mixed gas obtained by Example 1 and Comparative Examples 1-3.

<第1実施形態>
図1は、第1実施形態におけるメタン製造装置1の概略構成を示した説明図である。メタン製造装置1は、第1反応器10と、第2反応器20と、原料ガス供給部30と、水素供給部40と、第1出口CO2センサ50と、第2出口CO2センサ60と、制御部70と、水素分離部80と、を備えている。
First Embodiment
FIG. 1: is explanatory drawing which showed schematic structure of the methane production apparatus 1 in 1st Embodiment. The methane production apparatus 1 includes a first reactor 10, a second reactor 20, a raw material gas supply unit 30, a hydrogen supply unit 40, a first outlet CO 2 sensor 50, and a second outlet CO 2 sensor 60. , A control unit 70, and a hydrogen separation unit 80.

第1反応器10は、内部においてメタネーション反応によりメタンを生成するための容器であり、内部に触媒11が収容されている。第1反応器10の容器壁面には、原料ガス入口12と、H2入口13と、ガス出口14と、が形成されている。触媒11は、メタン化触媒性能を有する金属と、二酸化炭素吸蔵性能を有する金属と、を含んでいる。メタン化触媒性能を有する金属としては、例えば、RuやNiを例示することができる。二酸化炭素吸蔵性能を有する金属としては、例えば、CaO、Al23などのアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物を例示することができる。触媒11には金属酸化物担体が含まれていてもよい。 The first reactor 10 is a container for producing methane by a methanation reaction inside, and the catalyst 11 is accommodated inside. A raw material gas inlet 12, an H 2 inlet 13, and a gas outlet 14 are formed on the container wall surface of the first reactor 10. The catalyst 11 contains a metal having methanation catalytic performance and a metal having carbon dioxide storage performance. As a metal which has methanation catalyst performance, Ru and Ni can be illustrated, for example. Examples of metals having carbon dioxide storage performance include alkali metal oxides such as CaO and Al 2 O 3 , and alkaline earth metal oxides. The catalyst 11 may contain a metal oxide support.

原料ガス入口12は、メタネーション反応に用いられるCO2を含む原料ガスが供給される開口部であり、第1原料ガス供給管33が接続されている。H2入口13は、メタネーション反応に用いられるH2が供給される開口部であり、第1水素供給管41が接続されている。ガス出口14は、メタネーション反応により生成されたメタンを含む反応混合ガスが取り出される開口部であり、第1出口管51が接続されている。 The source gas inlet 12 is an opening to which a source gas containing CO 2 used for the methanation reaction is supplied, and the first source gas supply pipe 33 is connected. The H 2 inlet 13 is an opening to which H 2 used for the methanation reaction is supplied, and the first hydrogen supply pipe 41 is connected. The gas outlet 14 is an opening from which a reaction mixture gas containing methane generated by the methanation reaction is taken out, and the first outlet pipe 51 is connected.

第2反応器20は、第1反応器10と同形状、同容量の容器であり、内部に触媒21が収容され、容器壁面には原料ガス入口22と、H2入口23と、ガス出口24と、が形成されている。触媒21は、触媒11と同様に、メタン化触媒性能を有する金属と、二酸化炭素吸蔵性能を有する金属と、を含んでいる。ここでは、第1反応器10に収容されている触媒11と、第2反応器20に収容されている触媒21は、メタン化触媒性能および二酸化炭素吸蔵性能がほぼ等しいものとして説明する。 The second reactor 20 is a container having the same shape and volume as the first reactor 10, and the catalyst 21 is accommodated therein, and the raw material gas inlet 22, the H 2 inlet 23, and the gas outlet 24 are accommodated in the container wall. And are being formed. Similarly to the catalyst 11, the catalyst 21 contains a metal having methanation catalytic performance and a metal having carbon dioxide storage performance. Here, the catalyst 11 contained in the first reactor 10 and the catalyst 21 contained in the second reactor 20 will be described as having almost equal methanation catalyst performance and carbon dioxide storage performance.

原料ガス入口22は、原料ガスが供給される開口部であり、第2原料ガス供給管35が接続されている。H2入口23は、H2が供給される開口部であり、第2水素供給管43が接続されている。ガス出口24は、第2反応器20の内部で生成された反応混合ガスが取り出される開口部であり、第2出口管61が接続されている。 The source gas inlet 22 is an opening through which the source gas is supplied, and the second source gas supply pipe 35 is connected. The H 2 inlet 23 is an opening to which H 2 is supplied, and the second hydrogen supply pipe 43 is connected. The gas outlet 24 is an opening from which the reaction mixture gas generated inside the second reactor 20 is taken out, and the second outlet pipe 61 is connected.

原料ガス供給部30は、CO2を含有する原料ガスを供給可能な供給源であり、例えば燃焼炉や原料ガスタンクによって構成される。なお、原料ガスは、CO2の他に、O2、N2、H20等を含んでいてもよい。原料ガス供給部30から供給される原料ガスは、350℃以下の温度で、上流側原料ガス供給管31と第1原料ガス供給管33を経由して第1反応器10に供給される。また、上流側原料ガス供給管31と第2原料ガス供給管35を経由して第2反応器20に供給される。 The source gas supply unit 30 is a supply source capable of supplying a source gas containing CO 2 , and is constituted of, for example, a combustion furnace or a source gas tank. The source gas may contain O 2 , N 2 , H 2 0, etc. in addition to CO 2 . The raw material gas supplied from the raw material gas supply unit 30 is supplied to the first reactor 10 via the upstream side raw material gas supply pipe 31 and the first raw material gas supply pipe 33 at a temperature of 350 ° C. or less. Further, the gas is supplied to the second reactor 20 via the upstream side raw material gas supply pipe 31 and the second raw material gas supply pipe 35.

第1原料ガス供給バルブ32は、上流側原料ガス供給管31と第1原料ガス供給管33との間に設けられた仕切弁であり、開弁時には、第1反応器10に原料ガスが供給され、閉弁時には供給が停止される。第2原料ガス供給バルブ34は、上流側原料ガス供給管31と第2原料ガス供給管35との間に設けられた仕切弁であり、開弁時には、第2反応器20に原料ガスが供給され、閉弁時には供給が停止される。第1原料ガス供給バルブ32と第2原料ガス供給バルブ34のそれぞれの開閉は、制御部70の制御によっておこなわれる。第1原料ガス供給バルブ32と第2原料ガス供給バルブ34は、特許請求の範囲の「供給先切替部」に該当する。   The first raw material gas supply valve 32 is a gate valve provided between the upstream side raw material gas supply pipe 31 and the first raw material gas supply pipe 33, and the raw material gas is supplied to the first reactor 10 when the valve is opened. Supply is stopped when the valve is closed. The second raw material gas supply valve 34 is a gate valve provided between the upstream side raw material gas supply pipe 31 and the second raw material gas supply pipe 35, and the raw material gas is supplied to the second reactor 20 when the valve is opened. Supply is stopped when the valve is closed. The opening and closing of each of the first source gas supply valve 32 and the second source gas supply valve 34 is performed by the control of the control unit 70. The first source gas supply valve 32 and the second source gas supply valve 34 correspond to the “supply destination switching unit” in the claims.

第1原料ガス供給管33には、第1温度センサ91と、第1ガス流量計92と、第1入口CO2センサ93とが配置されている。第1温度センサ91は、第1反応器10に供給される原料ガスの温度を測定する。第1ガス流量計92は、第1反応器10に供給される原料ガスの流量を測定する。、第1入口CO2センサ93は、第1反応器10に供給される原料ガスのCO2濃度を測定する。第2原料ガス供給管35には、第2温度センサ94と、第2ガス流量計95と、第2入口CO2センサ96とが配置されている。第2温度センサ94は、第2反応器20に供給される原料ガスの温度を測定する。第2ガス流量計95は、第2反応器20に供給される原料ガスの流量を測定する。、第2入口CO2センサ96は、第2反応器20に供給される原料ガスのCO2濃度を測定する。 In the first raw material gas supply pipe 33, a first temperature sensor 91, a first gas flow meter 92, and a first inlet CO 2 sensor 93 are disposed. The first temperature sensor 91 measures the temperature of the source gas supplied to the first reactor 10. The first gas flow meter 92 measures the flow rate of the source gas supplied to the first reactor 10. The first inlet CO 2 sensor 93 measures the CO 2 concentration of the raw material gas supplied to the first reactor 10. In the second source gas supply pipe 35, a second temperature sensor 94, a second gas flow meter 95, and a second inlet CO 2 sensor 96 are disposed. The second temperature sensor 94 measures the temperature of the source gas supplied to the second reactor 20. The second gas flow meter 95 measures the flow rate of the source gas supplied to the second reactor 20. The second inlet CO 2 sensor 96 measures the CO 2 concentration of the source gas supplied to the second reactor 20.

水素供給部40は、例えば、水電解装置や水素タンクによって構成されるH2を供給可能な装置である。水素供給部40から供給されるH2は、第1水素供給管41を経由して第1反応器10に供給され、第2水素供給管43を経由して第2反応器20に供給される。第1水素供給バルブ42は、第1水素供給管41に設けられた仕切弁であり、開弁時には、第1反応器10にH2が供給され、閉弁時には供給が停止される。第2水素供給バルブ44は、第2水素供給管43に設けられた仕切弁であり、開弁時には、第2反応器20にH2が供給され、閉弁時には供給が停止される。第1水素供給バルブ42と第2水素供給バルブ44のそれぞれの開閉は、制御部70の制御によっておこなわれる。水素供給部40、第1水素供給バルブ42、および、第2水素供給バルブ44は、特許請求の範囲の「水素供給部」に該当する。 The hydrogen supply unit 40 is, for example, a device capable of supplying H 2 constituted by a water electrolysis device or a hydrogen tank. H 2 supplied from the hydrogen supply unit 40 is supplied to the first reactor 10 via the first hydrogen supply pipe 41, and is supplied to the second reactor 20 via the second hydrogen supply pipe 43. . The first hydrogen supply valve 42 is a gate valve provided in the first hydrogen supply pipe 41. When the valve is opened, H 2 is supplied to the first reactor 10, and when the valve is closed, the supply is stopped. The second hydrogen supply valve 44 is a gate valve provided in the second hydrogen supply pipe 43. When the valve is opened, H 2 is supplied to the second reactor 20, and when the valve is closed, the supply is stopped. The opening and closing of each of the first hydrogen supply valve 42 and the second hydrogen supply valve 44 is performed by the control of the control unit 70. The hydrogen supply unit 40, the first hydrogen supply valve 42, and the second hydrogen supply valve 44 correspond to the "hydrogen supply unit" in the claims.

第1出口CO2センサ50は、第1出口管51において、第1反応器10のガス出口14に近接した位置に設けられ、ガス出口14を介して第1反応器10から第1出口管51に出てくるガスに含まれるCO2の濃度を測定する。第1出口CO2センサ50と第2出口CO2センサ60は、特許請求の範囲の「測定部」に該当する。ガス出口14を介して第1反応器10から第1出口管51に出てきたガスは、第1外部排出管53を経由してメタン製造装置1の外部に排出されるか、または、反応混合ガス管81を経由して水素分離部80に供給される。 The first outlet CO 2 sensor 50 is provided in the first outlet pipe 51 at a position close to the gas outlet 14 of the first reactor 10, and from the first reactor 10 to the first outlet pipe 51 via the gas outlet 14. Measure the concentration of CO 2 contained in the gas coming out. The first outlet CO 2 sensor 50 and the second outlet CO 2 sensor 60 correspond to the “measurement unit” in the claims. The gas coming out of the first reactor 10 to the first outlet pipe 51 via the gas outlet 14 is discharged to the outside of the methane production apparatus 1 via the first external discharge pipe 53 or reaction mixture The hydrogen is supplied to the hydrogen separation unit 80 via the gas pipe 81.

第1排気バルブ52は、第1出口管51と第1外部排出管53との間に設けられた仕切弁であり、開弁時には、第1出口管51と第1外部排出管53とが連通し、第1出口管51を流通するガスをメタン製造装置1の外部に排出できる。第1反応ガスバルブ54は、第1出口管51と反応混合ガス管81との間に設けられた仕切弁であり、開弁時には、第1出口管51と反応混合ガス管81とが連通し、第1出口管51を流通するガスを水素分離部80に供給できる。   The first exhaust valve 52 is a gate valve provided between the first outlet pipe 51 and the first external discharge pipe 53, and when the valve is opened, the first outlet pipe 51 and the first external discharge pipe 53 communicate with each other. The gas flowing through the first outlet pipe 51 can be discharged to the outside of the methane production apparatus 1. The first reaction gas valve 54 is a gate valve provided between the first outlet pipe 51 and the reaction mixture gas pipe 81, and when the valve is opened, the first outlet pipe 51 and the reaction mixture gas pipe 81 communicate with each other. The gas flowing through the first outlet pipe 51 can be supplied to the hydrogen separation unit 80.

第2出口CO2センサ60は、第2出口管61において、第2反応器20のガス出口24に近接した位置に設けられ、ガス出口24を介して第2反応器20から第2出口管61に出てくるガスに含まれるCO2の濃度を測定する。ガス出口24を介して第2反応器20から第2出口管61に出てきたガスは、第2外部排出管63を経由してメタン製造装置1の外部に排出されるか、または、反応混合ガス管81を経由して水素分離部80に供給される。 The second outlet CO 2 sensor 60 is provided in the second outlet pipe 61 at a position close to the gas outlet 24 of the second reactor 20, and from the second reactor 20 to the second outlet pipe 61 via the gas outlet 24. Measure the concentration of CO 2 contained in the gas coming out. The gas coming out of the second reactor 20 to the second outlet pipe 61 via the gas outlet 24 is discharged to the outside of the methane production apparatus 1 via the second external discharge pipe 63 or reaction mixture The hydrogen is supplied to the hydrogen separation unit 80 via the gas pipe 81.

第2排気バルブ62は、第2出口管61と第2外部排出管63との間に設けられた仕切弁であり、開弁時には、第2出口管61と第2外部排出管63とが連通し、第2出口管61を流通するガスをメタン製造装置1の外部に排出できる。第2反応ガスバルブ64は、第2出口管61と反応混合ガス管81との間に設けられた仕切弁であり、開弁時には、2出口管61と反応混合ガス管81とが連通し、第2出口管61を流通するガスを水素分離部80に供給できる。   The second exhaust valve 62 is a gate valve provided between the second outlet pipe 61 and the second external discharge pipe 63, and when the valve is opened, the second outlet pipe 61 and the second external discharge pipe 63 communicate with each other. The gas flowing through the second outlet pipe 61 can be discharged to the outside of the methane production apparatus 1. The second reaction gas valve 64 is a gate valve provided between the second outlet pipe 61 and the reaction mixture gas pipe 81, and when the valve is opened, the 2 outlet pipe 61 and the reaction mixture gas pipe 81 communicate with each other. The gas flowing through the second outlet pipe 61 can be supplied to the hydrogen separation unit 80.

制御部70は、ROM、RAM、およびCPUを含んで構成されるコンピュータであり、メタン製造装置1の全体の制御をおこなう。制御部70は、8つのバルブ32、34、42、44、52、54、62、64、2つの温度センサ91、94、2つのガス流量計92、95、および、4つのCO2センサ50、60、93、96と電気的に接続され、センサや流量計から出力された測定値に基づいて、8つのバルブの開閉制御をおこなう。8つのバルブの開閉を含む制御部70のガス経路制御処理については図2〜図5を用いて後述する。   The control unit 70 is a computer configured to include a ROM, a RAM, and a CPU, and controls the entire methane producing apparatus 1. The control unit 70 includes eight valves 32, 34, 42, 44, 52, 54, 62, 64, two temperature sensors 91, 94, two gas flow meters 92, 95, and four CO2 sensors 50, 60. , 93, 96, and performs open / close control of eight valves based on the measurement values output from the sensor and the flow meter. The gas path control process of the control unit 70 including the opening and closing of eight valves will be described later with reference to FIGS.

水素分離部80は、ポリアミド系高分子膜等を備えた装置であり、反応混合ガス管81から供給されたメタンとH2を含有する反応混合ガスからH2を分離する。分離されたH2は、再利用管82を経由して水素供給部40に戻され再利用される。H2が分離された反応ガスは、反応ガス管83から取り出される。取り出された反応ガスは、例えば、燃焼炉としての原料ガス供給部30に供給されてもよい。 The hydrogen separation unit 80 is an apparatus provided with a polyamide-based polymer membrane or the like, and separates H 2 from the reaction mixture gas containing methane and H 2 supplied from the reaction mixture gas pipe 81. The separated H 2 is returned to the hydrogen supply unit 40 via the recycling pipe 82 and reused. The reaction gas from which H 2 has been separated is taken out from the reaction gas pipe 83. The removed reaction gas may be supplied to, for example, the raw material gas supply unit 30 as a combustion furnace.

図2〜図5を用いて、制御部70のガス経路制御処理について説明する。図2は、ガス経路制御処理を示すフローチャートである。図3は、ステップS11におけるガスの流通状態を示した説明図である。図4は、ステップS13〜S14におけるガスの流通状態を示した説明図である。図5は、ステップS17〜S18におけるガスの流通状態を示した説明図である。   The gas path control process of the control unit 70 will be described using FIGS. 2 to 5. FIG. 2 is a flowchart showing the gas path control process. FIG. 3 is an explanatory view showing the flow of gas in step S11. FIG. 4 is an explanatory view showing the flow of gas in steps S13 to S14. FIG. 5 is an explanatory view showing the flow of gas in steps S17 to S18.

図2に示すように、制御部70は、メタン製造装置1の始動後、まず、第1原料ガス供給バルブ32を開状態、第2原料ガス供給バルブ34を閉状態にする(ステップS11)。このときあわせて、制御部70は、第1排気バルブ52を開状態、第1反応ガスバルブ54を閉状態にする。この制御によって、図3に示すように、原料ガス供給部30から第1反応器10に原料ガスが供給される。このとき、第1反応器10に供給される原料ガスの温度、流量、および、CO2濃度が第1温度センサ91、第1ガス流量計92、および、第1入口CO2センサ93によって測定される。第1反応器10に供給された原料ガスに含まれるCO2の一部は、触媒11に吸蔵され、O2、N2、H20等を含む残りの原料ガスは、第1出口管51と第1外部排出管53を経由して外部に排出される。 As shown in FIG. 2, after the start of the methane production apparatus 1, the control unit 70 first opens the first source gas supply valve 32 and closes the second source gas supply valve 34 (step S11). At the same time, the control unit 70 opens the first exhaust valve 52 and closes the first reaction gas valve 54. By this control, as shown in FIG. 3, the source gas is supplied from the source gas supply unit 30 to the first reactor 10. At this time, the temperature, flow rate, and CO 2 concentration of the raw material gas supplied to the first reactor 10 are measured by the first temperature sensor 91, the first gas flow meter 92, and the first inlet CO 2 sensor 93. Ru. A part of CO 2 contained in the raw material gas supplied to the first reactor 10 is stored in the catalyst 11, and the remaining raw material gas containing O 2 , N 2 , H 2 0, etc. And is discharged to the outside through the first external discharge pipe 53.

次に、制御部70は、第1反応器10のガス出口14におけるCO2濃度が閾値Th1を超えたか否かを判定する(ステップS12)。具体的には、制御部70は、第1出口CO2センサ50の測定値をガス出口14のCO2濃度として利用しており、第1出口CO2センサ50の測定値が閾値Th1を超えたか否かを判定する。ここでは、閾値Th1として100ppmが設定されている。第1反応器10に供給された原料ガスに含まれるCO2の一部は、触媒11に吸蔵されるため、原料ガスの供給開始後しばらくは、第1反応器10のガス出口14におけるCO2濃度は100ppmよりも小さい。一方、触媒11にある程度のCO2が吸蔵されると、触媒11によるCO2の吸蔵速度が低下し、ガス出口14におけるCO2濃度が徐々に上昇する。本願発明者らは、触媒11のCO2吸蔵が飽和する少し前にガス出口14のCO2濃度が100ppmとなることを見いだした。従って、閾値Th1を100ppmとすることで、触媒11の状態をCO2の吸蔵量が飽和する少し前の状態とすることができる。制御部70は、第1反応器10のガス出口14におけるCO2濃度が閾値Th1を超えるまで第1反応器10への原料ガスの供給を継続する(ステップS12:NO)。 Next, the control unit 70 determines whether the CO 2 concentration at the gas outlet 14 of the first reactor 10 exceeds the threshold Th1 (step S12). Specifically, the control unit 70 uses the measurement value of the first outlet CO 2 sensor 50 as the CO 2 concentration of the gas outlet 14, and whether the measurement value of the first outlet CO 2 sensor 50 exceeds the threshold Th 1 It is determined whether or not. Here, 100 ppm is set as the threshold value Th1. Since part of the CO 2 contained in the raw material gas supplied to the first reactor 10 is stored in the catalyst 11, the CO 2 at the gas outlet 14 of the first reactor 10 is kept for a while after the start of the supply of the raw material gas. The concentration is less than 100 ppm. On the other hand, when a certain amount of CO 2 is stored in the catalyst 11, the storage rate of CO 2 by the catalyst 11 decreases, and the CO 2 concentration at the gas outlet 14 gradually increases. The inventors of the present invention have found that the CO 2 concentration of the gas outlet 14 is 100 ppm just before the CO 2 storage of the catalyst 11 is saturated. Therefore, by setting the threshold value Th1 to 100 ppm, the state of the catalyst 11 can be brought to a state slightly before saturation of the stored amount of CO 2 . The control unit 70 continues the supply of the source gas to the first reactor 10 until the CO 2 concentration at the gas outlet 14 of the first reactor 10 exceeds the threshold Th1 (step S12: NO).

第1反応器10のガス出口14におけるCO2濃度が閾値Th1を超えると(ステップS12:YES)、制御部70は、第1原料ガス供給バルブ32を閉状態、第2原料ガス供給バルブ34を開状態にする(ステップS13)。この制御によって、第1反応器10への原料ガスの供給が停止され、第2反応器20への原料ガスの供給が開始される。このときあわせて、制御部70は、第2排気バルブ62を開状態、第2反応ガスバルブ64を閉状態にする。この制御によって、図4の第2反応器20に示すように、第2反応器20に原料ガスが供給される。このとき、第2反応器20に供給される原料ガスの温度、流量、および、CO2濃度が第2温度センサ94、第2ガス流量計95、および、第2入口CO2センサ96によって測定される。第2反応器20に供給された原料ガスに含まれるCO2の一部は、触媒21に吸蔵され、O2、N2、H20等を含む残りの原料ガスは、第2出口管61と第2外部排出管63を経由して外部に排出される。一方、第1反応器10は、原料ガスの供給が停止され、触媒11に十分にCO2が吸蔵された状態となっている。 When the CO 2 concentration at the gas outlet 14 of the first reactor 10 exceeds the threshold Th1 (step S12: YES), the control unit 70 closes the first source gas supply valve 32, and the second source gas supply valve 34 The open state is made (step S13). By this control, the supply of the source gas to the first reactor 10 is stopped, and the supply of the source gas to the second reactor 20 is started. At the same time, the control unit 70 opens the second exhaust valve 62 and closes the second reaction gas valve 64. By this control, as shown in the second reactor 20 of FIG. 4, the source gas is supplied to the second reactor 20. At this time, the temperature, flow rate, and CO 2 concentration of the raw material gas supplied to the second reactor 20 are measured by the second temperature sensor 94, the second gas flow meter 95, and the second inlet CO 2 sensor 96. Ru. Part of the CO 2 contained in the source gas supplied to the second reactor 20 is stored in the catalyst 21, and the remaining source gas containing O 2 , N 2 , H 2 0, etc. And the second external discharge pipe 63 are discharged to the outside. On the other hand, in the first reactor 10, the supply of the raw material gas is stopped, and the catalyst 11 is in a state where CO 2 is sufficiently absorbed.

制御部70は、第1水素供給バルブ42を開状態にする(ステップS14)。このときあわせて、制御部70は、第1排気バルブ52を閉状態、第1反応ガスバルブ54を開状態にする。第1水素供給バルブ42を開状態にすることにより、図4の第1反応器10に示すように、第1反応器10にH2が供給される。これにより、触媒11に吸蔵されているCO2がH2によって還元されてメタンが生成される。制御部70は、触媒11の還元によって消費された後の残りのH2のモル数が、触媒11の吸蔵CO2モル数に対してメタン化反応の化学量論比(H2モル数/CO2モル数=4)となるように、下記の式(1)を満たすモル数のH2を第1反応器10に供給する。 The controller 70 opens the first hydrogen supply valve 42 (step S14). At the same time, the control unit 70 closes the first exhaust valve 52 and opens the first reaction gas valve 54. By opening the first hydrogen supply valve 42, H 2 is supplied to the first reactor 10 as shown in the first reactor 10 of FIG. As a result, CO 2 stored in the catalyst 11 is reduced by H 2 to generate methane. In the control unit 70, the remaining number of moles of H 2 consumed after reduction of the catalyst 11 is the stoichiometric ratio of the methanation reaction to the number of moles of absorbed CO 2 of the catalyst 11 (H 2 moles / CO The number of moles of H 2 satisfying the following equation (1) is supplied to the first reactor 10 so that the number of moles is 2 ).

1<MH2/(4×MCO2+0.1×MCA)<1.2 ・・・(1)
ここで、MH2は、第1反応器10に供給するH2のモル数であり、MCO2は、触媒11の吸蔵CO2モル数であり、MCAは、触媒11に含まれる金属のモル数である。MCAは、製造時において予め特定されている。
1 <M H2 / (4 × M CO2 + 0.1 × M CA ) <1.2 (1)
Here, M H2 is the number of moles of H 2 supplied to the first reactor 10, M CO2 is the number of moles of absorbed CO 2 of the catalyst 11, and M CA is the mole of the metal contained in the catalyst 11 It is a number. The MCAs are specified in advance at the time of manufacture.

CO2は、例えば、下記の式(3)によって推定することができる。
CO2=C×F×t×273/(0.224×(273+T)) ・・・(3)
ここで、Cは、ステップS11〜S13の期間、すなわち、第1原料ガス供給バルブ32が開状態時の期間における原料ガスの平均CO2濃度[%/秒]であり、Fは、その期間における平均ガス流量[F/秒]であり、tは、その期間の長さ[秒]であり、Tは、その期間における原料ガスの平均温度[℃]である。Cは、その期間における第1入口CO2センサ93の測定値の平均であり、Fは、その期間における第1ガス流量計92のた測定値の平均であり、Tは、その期間における第1温度センサ91の測定値の平均である。
M CO2 can be estimated, for example, by the following equation (3).
M CO2 = C × F × t × 273 / (0.224 × (273 + T)) (3)
Here, C is the average CO 2 concentration [% / sec] of the source gas in the period of steps S11 to S13, that is, the period when the first source gas supply valve 32 is open, and F is the period Average gas flow rate [F / sec], t is the length of the period [seconds], and T is the average temperature [° C.] of the source gas in the period. C is the average of the measurements of the first inlet CO 2 sensor 93 in that period, F is the average of the measurements of the first gas flow meter 92 in that period, and T is the first in that period It is an average of the measurement values of the temperature sensor 91.

式(1)を満たすモル数のH2を第1反応器10に供給した後、制御部70は、第1水素供給バルブ42を閉状態にする(ステップS15)。H2供給後、第1反応器10の内部において生成されたメタンと残存H2とを含む反応混合ガスは、ガス出口14を介して第1反応器10から第1出口管51に取り出される。取り出された反応混合ガスは、反応混合ガス管81を経由して水素分離部80に供給される。水素分離部80では、反応混合ガスから残存H2が分離され、メタンが取り出される。残存H2は、再利用管82を経由して水素供給部40に供給され、メタンは反応ガス管83から取り出される。一方、第2反応器20では、原料ガスの供給が継続されている。 After the number of moles of H 2 satisfying the formula (1) is supplied to the first reactor 10, the control unit 70 closes the first hydrogen supply valve 42 (step S15). After H 2 supply, the reaction mixture gas containing methane and residual H 2 generated inside the first reactor 10 is taken out of the first reactor 10 to the first outlet pipe 51 via the gas outlet 14. The removed reaction mixture gas is supplied to the hydrogen separation unit 80 via the reaction mixture gas pipe 81. In the hydrogen separation unit 80, residual H 2 is separated from the reaction mixture gas, and methane is taken out. The residual H 2 is supplied to the hydrogen supply unit 40 via the recycle pipe 82, and methane is taken out from the reaction gas pipe 83. On the other hand, in the second reactor 20, the supply of the source gas is continued.

制御部70は、第2反応器20のガス出口24におけるCO2濃度が閾値Th2を超えたか否かを判定する(ステップS16)。具体的には、制御部70は、第2出口CO2センサ60の測定値をガス出口24のCO2濃度として利用しており、第2出口CO2センサ60の測定値が閾値Th2を超えたか否かを判定する。ここでは、閾値Th2として100ppmが設定されている。制御部70は、第2反応器20のガス出口24におけるCO2濃度が閾値Th2を超えるまで第2反応器20への原料ガスの供給を継続する(ステップS16:NO)。 The control unit 70 determines whether the CO 2 concentration at the gas outlet 24 of the second reactor 20 exceeds the threshold value Th2 (step S16). Specifically, the control unit 70 uses the measurement value of the second outlet CO 2 sensor 60 as the CO 2 concentration of the gas outlet 24, and the measurement value of the second outlet CO 2 sensor 60 exceeds the threshold value Th 2 It is determined whether or not. Here, 100 ppm is set as the threshold value Th2. The control unit 70 continues the supply of the source gas to the second reactor 20 until the CO2 concentration at the gas outlet 24 of the second reactor 20 exceeds the threshold Th2 (step S16: NO).

第2反応器20のガス出口24におけるCO2濃度が閾値Th2を超えると(ステップS16:YES)、制御部70は、第1原料ガス供給バルブ32を開状態、第2原料ガス供給バルブ34を閉状態にする(ステップS17)。この制御によって、第2反応器20への原料ガスの供給が停止され、第1反応器10への原料ガスの供給が開始される。このときあわせて、制御部70は、第1排気バルブ52を開状態、第1反応ガスバルブ54を閉状態にする。この制御によって、図5の第1反応器10に示すように、第1反応器10に再度、原料ガスが供給され、触媒11にCO2が吸蔵されるとともに、残りの原料ガスが第2外部排出管63から外部に排出される。一方、第2反応器20は、原料ガスの供給が停止され、触媒21に十分にCO2が吸蔵された状態となっている。 When the CO 2 concentration at the gas outlet 24 of the second reactor 20 exceeds the threshold Th2 (step S16: YES), the control unit 70 opens the first source gas supply valve 32, and the second source gas supply valve 34 The closed state is set (step S17). By this control, the supply of the source gas to the second reactor 20 is stopped, and the supply of the source gas to the first reactor 10 is started. At the same time, the control unit 70 opens the first exhaust valve 52 and closes the first reaction gas valve 54. By this control, as shown in the first reactor 10 of FIG. 5, the source gas is supplied again to the first reactor 10, CO 2 is absorbed in the catalyst 11, and the remaining source gas is subjected to the second exterior. It is discharged from the discharge pipe 63 to the outside. On the other hand, in the second reactor 20, the supply of the source gas is stopped, and the catalyst 21 is in a state where CO 2 is sufficiently absorbed.

制御部70は、第2水素供給バルブ44を開状態にする(ステップS18)。このときあわせて、制御部70は、第2排気バルブ62を閉状態、第2反応ガスバルブ64を開状態にする。第2水素供給バルブ44を開状態にすることにより、図5の第2反応器20に示すように、第2反応器20にH2が供給される。これにより、触媒21に吸蔵されているCO2がH2によって還元されてメタンが生成される。制御部70は、ステップS14と同様に、上記の式(1)を満たすモル数のH2を第2反応器20に供給する。なお、ここでは、MH2は、第2反応器20に供給するH2のモル数であり、MCO2は、触媒21の吸蔵CO2モル数であり、MCAは、触媒21に含まれる金属のモル数である。MCO2は、第2入口CO2センサ96、第2ガス流量計95、および、第2温度センサ94のそれぞれの測定値から式(3)により推定することができる。 The controller 70 opens the second hydrogen supply valve 44 (step S18). At the same time, the control unit 70 closes the second exhaust valve 62 and opens the second reaction gas valve 64. By opening the second hydrogen supply valve 44, H 2 is supplied to the second reactor 20 as shown in the second reactor 20 of FIG. Thus, CO 2 stored in the catalyst 21 is reduced by H 2 to generate methane. The control unit 70 supplies, to the second reactor 20, the number of moles of H 2 satisfying the formula (1), as in step S14. Here, M H2 is the number of moles of H 2 supplied to the second reactor 20, M CO2 is the number of moles of absorbed CO 2 of the catalyst 21, and M CA is a metal contained in the catalyst 21. The number of moles of M CO2 can be estimated from the measurement values of the second inlet CO 2 sensor 96, the second gas flow meter 95, and the second temperature sensor 94 according to equation (3).

式(1)を満たすモル数のH2を第2反応器20に供給した後、制御部70は、第2水素供給バルブ44を閉状態にする(ステップS19)。H2供給後、第2反応器20の内部の反応混合ガスは、反応混合ガス管81を経由して水素分離部80に供給され、残存H2とメタンに分離される。一方、第1反応器10では、原料ガスの供給が継続されている。制御部70は、再度、ステップS12の処理から順に繰り返し実行する。以上が、ガス経路制御処理についての説明である。 After the number of moles of H 2 satisfying the formula (1) is supplied to the second reactor 20, the control unit 70 closes the second hydrogen supply valve 44 (step S19). After the H 2 supply, the reaction mixture gas in the second reactor 20 is supplied to the hydrogen separation unit 80 through the reaction mixture gas pipe 81 and separated into residual H 2 and methane. On the other hand, in the first reactor 10, the supply of the source gas is continued. The control unit 70 repeatedly executes the process of step S12 again in order. The above is the description of the gas path control process.

ここでは、上記のガス経路制御処理において、触媒11、12に供給されるH2のモル数が上記の式(1)を満たすことによる効果例について説明する。本効果例を示すために、実際に本実施形態の触媒を準備してCO2を吸蔵させた後、この触媒に4通りのモル数のH2を供給し、得られた反応混合ガスの組成を分析した。準備した触媒(CO2吸蔵還元触媒)の組成は、Ru(5wt%)、CaO(10wt%)、Al23であり、使用した原料ガスの組成は、CO2(10vol%)、O2であり、還元ガスの組成は、H2(100%)である。 Here, in the gas path control process described above, an example of an effect of the number of moles of H 2 supplied to the catalysts 11 and 12 satisfying the equation (1) will be described. In order to show this example of the effect, after actually preparing the catalyst of the present embodiment and occluding CO 2 , H 2 of four moles is supplied to this catalyst, and the composition of the reaction mixture gas obtained Was analyzed. The composition of the prepared catalyst (CO 2 storage reduction catalyst) is Ru (5 wt%), CaO (10 wt%), Al 2 O 3 , and the composition of the used source gas is CO 2 (10 vol%), O 2 And the composition of the reducing gas is H 2 (100%).

準備した同じ条件の触媒に対して、以下の4通り(実施例1、比較例1、比較例2、比較例3)のモル数のH2を供給した。
実施例1: MH2/(4×MCO2+0.1×MCA)=1.1
比較例1: MH2/(4×MCO2+0.1×MCA)=0.6
比較例2: MH2/(4×MCO2+0.1×MCA)=0.95
比較例3: MH2/(4×MCO2+0.1×MCA)=2.1
H 2 of the number of moles of the following four (Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 3) was supplied to the prepared catalyst under the same conditions.
Example 1: M H 2 / (4 × M CO 2 + 0.1 × M CA ) = 1.1
Comparative Example 1: M H2 / (4 × M CO2 + 0.1 × M CA ) = 0.6
Comparative Example 2: M H2 / (4 × M CO2 + 0.1 × M CA ) = 0.95
Comparative Example 3: M H2 / (4 × M CO2 + 0.1 × M CA ) = 2.1

図6は、実施例1と比較例1〜3で得られた反応混合ガスの組成を示した図である。実施例1では、メタン化反応での化学量論比(H2モル数/CO2モル数=4)よりも少し多いH2が供給される。そのため、触媒金属の還元にH2の一部が消費されると、残ったH2のモル数は、吸蔵されているCO2のモル数に対して上述の化学量論比に近い値となる。この結果、吸蔵CO2は、ほぼメタン化されるため、反応混合ガスに含まれる未反応のCO2の割合が低減される。 FIG. 6 is a diagram showing the composition of the reaction mixture gas obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3. In Example 1, a little more H 2 than the stoichiometric ratio (H 2 mole number / CO 2 mole number = 4) in the methanation reaction is supplied. Therefore, when a part of H 2 is consumed for the reduction of the catalytic metal, the number of moles of H 2 remaining becomes a value close to the above-described stoichiometric ratio with respect to the number of moles of CO 2 stored. . As a result, the stored CO 2 is almost methanated, so the proportion of unreacted CO 2 contained in the reaction mixture gas is reduced.

比較例1は、実施例1と比較すると、供給されるH2のモル数が少なく、未反応のCO2の割合が大きく増加している。比較例2は、メタン化反応での化学量論比(H2モル数/CO2モル数=4)であるため、比較例1よりは未反応のCO2の割合が低減される。しかし、触媒金属の還元にH2が消費される分、未反応のCO2の割合が実施例1よりも増加している。よって、比較例1、2から、触媒に供給するH2のモル数MH2は、MH2/(4×MCO2+0.1×MCA)>1を満たすことが好ましいといえる。比較例3は、H2が過剰に供給されるため、実施例1と同様に未反応のCO2の割合は低下するが、メタン化に要する反応時間が長くなると同時に、反応混合ガスからH2を分離する処理時間が増加し、C02からメタンを生成する処理速度の低下を引き起こす。よって、比較例3から、触媒に供給するH2のモル数MH2は、MH2/(4×MCO2+0.1×MCA)<1.2を満たすことが好ましいといえる。以上のことから、触媒に供給するH2のモル数は式(1)を満たすことが好ましいといえる。 In Comparative Example 1, compared with Example 1, the number of moles of H 2 supplied is smaller, and the proportion of unreacted CO 2 is greatly increased. Comparative Example 2 has a stoichiometric ratio in the methanation reaction (H 2 mole number / CO 2 mole number = 4), so the proportion of unreacted CO 2 is reduced more than in Comparative Example 1. However, since the amount of H 2 is consumed for the reduction of the catalyst metal, the ratio of unreacted CO 2 is higher than that of Example 1. Therefore, it can be said from Comparative Examples 1 and 2, the number of moles M H2 which supplies to the catalyst H 2, and preferably satisfy the M H2 / (4 × M CO2 + 0.1 × M CA)> 1. In Comparative Example 3, since the excess of H 2 is supplied, the proportion of unreacted CO 2 decreases as in Example 1. However, the reaction time required for methanation is increased while H 2 is removed from the reaction mixture gas. It increases the processing time to separate, causing a decrease in the processing speed of generating methane from C0 2. Therefore, it can be said from the Comparative Example 3, the number of moles M H2 which supplies to the catalyst H 2, and preferably satisfy the M H2 / (4 × M CO2 + 0.1 × M CA) <1.2. From the above, it is preferable that the number of moles of H 2 supplied to the catalyst satisfies the formula (1).

上記のように、本願発明者らは、反応器に供給するH2のモル数を、メタン化反応での化学量論比よりも少し多くすることで、触媒金属の還元に消費された残りのH2のモル数が、上述の化学量論比に近い値となることを見いだした。また、金属モル数の10%程度が還元に消費されることを見いだし、その値を加味してH2を供給することによって、より安定的に高純度のメタンを製造することができることがわかった。さらに、式(1)のMCAには、一般的な触媒がとり得る範囲が存在することから、反応器に供給するH2のモル数は、下記の式(2)を満たした場合であっても式(1)とほぼ同等の効果を得られることがわかった。
4.1<MH2/MCO2<5.5 ・・・(2)
As described above, the inventors of the present invention can reduce the number of moles of H 2 supplied to the reactor slightly more than the stoichiometry ratio in the methanation reaction to reduce the remaining amount consumed for the reduction of the catalytic metal. It has been found that the number of moles of H 2 is a value close to the stoichiometric ratio described above. In addition, it was found that about 10% of the number of moles of metal was consumed for reduction, and it was found that by supplying H 2 in consideration of that value, methane of high purity can be more stably produced. . Furthermore, since there is a range that can be taken by a general catalyst in MCA of formula (1), the number of moles of H 2 supplied to the reactor satisfies the following formula (2). It was found that the same effect as that of the formula (1) can be obtained.
4.1 <M H2 / M CO2 <5.5 (2)

以上説明した、本実施形態のメタン製造装置1によれば、一方の反応器に原料ガスを供給して触媒にCO2を吸蔵させ、その間、他方の反応器にH2を供給してメタン化反応を生じさせ、これらを交互に繰り返してメタンを製造することができる。そのため、原料ガスを連続的に継続して反応器に供給させることができるとともに、メタンを連続的に製造することができる。よって、本実施形態のメタン製造装置1によれば、連続的に供給される燃焼排ガスやバイオガス等、CO2を含む原料ガスから低コストで連続的にメタンを製造することができる。 According to the methane production apparatus 1 of the present embodiment described above, the raw material gas is supplied to one of the reactors to cause CO 2 to be absorbed by the catalyst, while H 2 is supplied to the other of the reactors for methanation. The reaction can occur and these can be repeated alternately to produce methane. Therefore, while being able to supply source gas continuously to a reactor continuously, methane can be manufactured continuously. Therefore, according to the methane production apparatus 1 of this embodiment, methane can be continuously produced at low cost from raw material gases containing CO 2 such as combustion exhaust gas and biogas which are continuously supplied.

従来、燃料排ガスやバイオガス等、CO2とO2を含むガスをメタン化するシステムでは、CO2の分離回収装置(化学吸着法、物理吸着法等)と、メタン化触媒装置(反応器)とが別体で構成され、これらが組み合わされて稼働している。CO2分離回収装置では、CO2の分離回収に熱エネルギーが必要であり、また、CO2分離回収装置とメタン化触媒装置が別体の場合はシステムの構成が複雑で、全体のサイズも大きくなる問題があった。一方、本実施形態のメタン製造装置1によれば、反応器にCO2とO2を含む原料ガスを直接流通させてCO2を分離、回収し、その後、H2の供給によってメタンへと還元変換することができる。これにより、製造装置の簡素化、小型化を図ることができる。特に、本実施形態のメタン製造装置1であれば、CO2の分離回収に必要なエネルギーを、発熱反応であるメタン化反応によって生じた熱によって賄うことができる。よって、外部からエネルギー供給することなく300〜350℃程度の温度において反応を進行させることができる。 Conventionally, in systems that methanate gases containing CO 2 and O 2 such as fuel exhaust gas and biogas, CO 2 separation and recovery equipment (chemical adsorption method, physical adsorption method, etc.) and methanation catalyst device (reactor) And are separately configured, and they are operated in combination. CO 2 in the separation recovery apparatus, the thermal energy of the separation and recovery CO 2 is necessary, also, CO 2 separation if recovery device and methanation catalyst device separate from the complex structure of the system, larger overall size Was a problem. On the other hand, according to the methane production apparatus 1 of the present embodiment, the raw material gas containing CO 2 and O 2 is made to flow directly to the reactor to separate and recover the CO 2 , and thereafter, reduction to methane by supply of H 2 It can be converted. Thereby, simplification and size reduction of a manufacturing apparatus can be achieved. In the case of the methane production apparatus 1 of the present embodiment in particular, the energy necessary for the separation and recovery of CO 2 can be covered by the heat generated by the exothermic reaction, the methanation reaction. Therefore, the reaction can be allowed to proceed at a temperature of about 300 to 350 ° C. without supplying energy from the outside.

また、本実施形態のメタン製造装置1によれば、原料ガスを供給している反応器のガス出口におけるCO2濃度が100ppmより大きくなると、原料ガスの供給先を他の反応器に切り替えるため、製造されるメタンの純度を向上させることができる。触媒に対して飽和吸蔵量(最大吸蔵量)までCO2を吸蔵されると、H2供給時に、生成されたメタンとともに未反応のCO2が反応器から放出され、生成物におけるメタンの濃度が低下する。一方、本実施形態によれば、CO2が飽和吸蔵量まで吸蔵されないため、高純度のメタンを製造することができる。 Further, according to the methane production apparatus 1 of the present embodiment, when the CO 2 concentration at the gas outlet of the reactor supplying the source gas becomes greater than 100 ppm, the source gas supply destination is switched to another reactor. The purity of the produced methane can be improved. When CO 2 is absorbed to the catalyst to the saturated storage amount (maximum storage amount), unreacted CO 2 is released from the reactor together with the produced methane when H 2 is supplied, and the concentration of methane in the product is descend. On the other hand, according to this embodiment, since CO 2 is not stored up to the saturated storage amount, high purity methane can be produced.

<本実施形態の変形例>
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
<Modification of this embodiment>
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented in various aspects without departing from the scope of the present invention. For example, the following modifications are possible.

[変形例1]
第1実施形態のメタン製造装置1は、2つの反応器(第1反応器10および第2反応器20)を備えているものとして説明した。しかし、メタン製造装置1は、3つ以上の反応器を備えていてもよい。また、第1実施形態の第1反応器10と第2反応器20は、互いに同様状、同容量であるものとした。しかし、第1反応器10と第2反応器20は、互いに形状や容量が異なっていてもよい。
[Modification 1]
The methane production apparatus 1 of the first embodiment has been described as including two reactors (the first reactor 10 and the second reactor 20). However, the methane production apparatus 1 may be equipped with three or more reactors. Further, the first reactor 10 and the second reactor 20 of the first embodiment have the same shape and the same capacity. However, the first reactor 10 and the second reactor 20 may have different shapes and volumes.

[変形例2]
第1実施形態のメタン製造装置1は、ガス経路制御処理において、第1反応器10と第2反応器20のいずれか一方に、常に原料ガスが供給されるものとした。しかし、一方の反応器から他方の反応器へ原料ガスの供給を切り替えるとき、両方の反応器に原料ガスを供給しない期間が存在してもよい。または、第1反応器10と第2反応器20の両方に同時に供給される期間が存在してもよい。
[Modification 2]
In the gas production line control process, the methane production apparatus 1 according to the first embodiment always supplies the source gas to any one of the first reactor 10 and the second reactor 20. However, when the feed gas supply is switched from one reactor to the other, there may be a period in which no feed gas is supplied to both reactors. Alternatively, there may be a period in which both the first reactor 10 and the second reactor 20 are simultaneously supplied.

[変形例3]
第1実施形態の原料ガス供給部30は、燃焼炉や原料ガスタンクの供給源によって構成されるものとした。しかし、原料ガス供給部30は、供給源ではなく、工場などの燃料炉から排出される排出ガスが流入する管として構成されていてもよい。すなわち、メタン製造装置1は、原料ガスの供給源を含んでいなくてもよい。
[Modification 3]
The raw material gas supply unit 30 according to the first embodiment is configured of a combustion furnace and a supply source of a raw material gas tank. However, the source gas supply unit 30 may be configured not as a supply source but as a pipe into which the exhaust gas discharged from a fuel furnace such as a factory flows. That is, the methane production apparatus 1 may not include the source of the source gas.

[変形例4]
第1実施形態のガス経路制御処理では、閾値Th1は100ppmであるとした。しかし、閾値Th1は、大気のCO2濃度よりも小さい値であれば、100ppmに限定されず、任意の値とすることができる。ただし、閾値Th1は、20〜400ppmの範囲が好ましく、20〜150ppmの範囲がさらに好ましい。閾値Th2についても同様である。閾値Th1と閾値Th2は、互いに異なる値であってもよい。
[Modification 4]
In the gas path control process of the first embodiment, the threshold value Th1 is 100 ppm. However, the threshold value Th1 is not limited to 100 ppm as long as it is a value smaller than the concentration of CO 2 in the atmosphere, and can be an arbitrary value. However, the threshold value Th1 is preferably in the range of 20 to 400 ppm, and more preferably in the range of 20 to 150 ppm. The same applies to the threshold value Th2. The threshold Th1 and the threshold Th2 may be different from each other.

[変形例5]
第1実施形態のガス経路制御処理では、MCO2は、原料ガス供給管側の入口CO2センサ、ガス流量計、温度センサの測定値から推定するものとした。しかし、MCO2は、他の方法で推定してもよい。例えば、MCO2は、出口管側の出口CO2センサ、ガス流量計、温度センサの測定値の測定値から推定してもよい。また、ガス経路制御処理では、式(1)や式(2)を満たさないモル数のH2が反応器に供給されてもよい。しかし、式(1)または式(2)を満たすモル数のH2が供給されることが好ましい。
[Modification 5]
In the gas path control process of the first embodiment, the M CO2 is estimated from the measurement values of the inlet CO 2 sensor on the side of the source gas supply pipe, the gas flow meter, and the temperature sensor. However, M CO2 may be estimated in other ways. For example, M CO2 may be estimated from the measurement values of the outlet CO 2 sensor on the outlet pipe side, the gas flow meter, and the temperature sensor. Further, in the gas path control process, the number of moles of H 2 not satisfying the formula (1) or the formula (2) may be supplied to the reactor. However, it is preferable that the number of moles of H 2 satisfying the formula (1) or the formula (2) be supplied.

[変形例6]
第1実施形態ののメタン製造装置1の構成は例示であり、一部の構成を備えていなくてもよいし、他の構成を備えていてもよい。例えば、メタン製造装置1は、原料ガス供給部30の下流側に脱水部を備えていてもよい。また、メタン製造装置1は、水素分離部80を備えていなくてもよい。また、第1原料ガス供給バルブ32や第2原料ガス供給バルブ34の代わりに三方弁を備えていてもよい。
[Modification 6]
The configuration of the methane production apparatus 1 according to the first embodiment is an example, and may not have a part of the configuration or may have another configuration. For example, the methane production apparatus 1 may include a dewatering unit on the downstream side of the source gas supply unit 30. Moreover, the methane production apparatus 1 may not have the hydrogen separation unit 80. Further, instead of the first source gas supply valve 32 and the second source gas supply valve 34, a three-way valve may be provided.

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。   As mentioned above, although this aspect was demonstrated based on embodiment and a modification, embodiment of the above-mentioned aspect is for making an understanding of this aspect easy, and does not limit this aspect. The present embodiment can be modified and improved without departing from the spirit and the scope of the claims, and the present embodiment includes the equivalents thereof. In addition, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

1…メタン製造装置
10…第1反応器
20…第2反応器
11、21…触媒
12、22…原料ガス入口
13、23…H2入口
14、24…ガス出口
30…原料ガス供給部
31、33、35…原料ガス供給管
32、34…原料ガス供給バルブ
40…水素供給部
41、43…水素供給管
42、44…水素供給バルブ
50、60…出口CO2センサ
51、61…出口管
52、62…排気バルブ
53、63…外部排出管
54、64…反応ガスバルブ
70…制御部
80…水素分離部
81…反応混合ガス管
82…再利用管
83…反応ガス管
91、94…温度センサ
92、95…ガス流量計
93、96…入口CO2センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Methane manufacturing apparatus 10 ... 1st reactor 20 ... 2nd reactor 11, 21 ... Catalyst 12, 22 ... Raw material gas inlet 13, 23 ... H 2 inlet 14 and 24 ... Gas outlet 30 ... Raw material gas supply part 31, 33, 35 ... source gas supply pipe 32, 34 ... source gas supply valve 40 ... hydrogen supply unit 41, 43 ... hydrogen supply pipe 42, 44 ... hydrogen supply valve 50, 60 ... outlet CO 2 sensor 51, 61 ... outlet pipe 52 62: Exhaust valve 53, 63: External exhaust pipe 54, 64: Reaction gas valve 70: Control unit 80: Hydrogen separation part 81: Reaction mixed gas pipe 82: Reuse pipe 83: Reaction gas pipe 91, 94: Temperature sensor 92 , 95 ... gas flow meter 93, 96 ... inlet CO 2 sensor

Claims (8)

二酸化炭素と水素からメタンを製造するメタン製造装置であって、
メタン化触媒性能を有する金属と、二酸化炭素吸蔵性能を有する金属と、を含む触媒を収容し、内部のガスを取り出すための出口を備える複数の反応器と、
二酸化炭素を含有する原料ガスの供給源と前記複数の反応器との間のガス流路上に設けられ、前記原料ガスの供給先を切り替える供給先切替部と、
各前記反応器の前記出口における二酸化炭素濃度を測定する測定部と、
前記供給先切替部を制御して、前記複数の反応器のうち、特定の反応器に前記原料ガスを供給可能な制御部と、を備え、
前記制御部は、前記原料ガスを供給している前記反応器の出口における二酸化炭素濃度が所定値になると、前記原料ガスの供給先を他の前記反応器に切り替える、
メタン製造装置。
A methane production apparatus that produces methane from carbon dioxide and hydrogen,
A plurality of reactors containing a catalyst comprising a metal having methanation catalytic performance and a metal having carbon dioxide storage performance and provided with an outlet for taking out an internal gas;
A supply destination switching unit provided on a gas flow path between a supply source of a raw material gas containing carbon dioxide and the plurality of reactors, and switching a supply destination of the raw material gas;
A measurement unit for measuring the carbon dioxide concentration at the outlet of each of the reactors;
And a control unit capable of supplying the source gas to a specific reactor among the plurality of reactors by controlling the supply destination switching unit;
The control unit switches the supply destination of the source gas to another reactor when the carbon dioxide concentration at the outlet of the reactor supplying the source gas reaches a predetermined value.
Methane production equipment.
請求項1に記載のメタン製造装置は、さらに、
前記複数の反応器に水素を供給する水素供給部を備え、
前記制御部は、
前記水素供給部を制御して、前記複数の反応器のうち、特定の反応器に水素を供給可能に構成されており、
前記原料ガスの供給によって前記出口における二酸化炭素濃度が前記所定値となった前記反応器に対して水素を供給する、
メタン製造装置。
The methane production apparatus according to claim 1 further comprises
A hydrogen supply unit for supplying hydrogen to the plurality of reactors;
The control unit
Among the plurality of reactors, it is configured to be able to supply hydrogen to a specific reactor by controlling the hydrogen supply unit,
Supplying hydrogen to the reactor whose carbon dioxide concentration at the outlet has reached the predetermined value by supplying the source gas;
Methane production equipment.
請求項2に記載のメタン製造装置において、
前記制御部は、前記原料ガスの供給によって前記出口における二酸化炭素濃度が前記所定値となった前記反応器に対して、下記の式(1)を満たすモル数の水素を供給する、
メタン製造装置。
1<MH2/(4×MCO2+0.1×MCA)<1.2 (1)
(式(1)において、MH2は供給する水素のモル数であり、MCO2は水素が供給される反応器内の触媒に吸蔵されている二酸化炭素のモル数であり、MCAは水素が供給される反応器内の触媒の金属モル数である。)
In the methane production apparatus according to claim 2,
The control unit supplies a number of moles of hydrogen satisfying the following equation (1) to the reactor in which the carbon dioxide concentration at the outlet has reached the predetermined value by the supply of the source gas.
Methane production equipment.
1 <M H2 / (4 × M CO2 + 0.1 × M CA ) <1.2 (1)
(In the formula (1), M H2 is the number of moles of hydrogen to be supplied, M CO2 is the number of moles of carbon dioxide stored in the catalyst in the reactor to which hydrogen is supplied, and M CA is hydrogen It is the number of metal moles of the catalyst in the reactor to be supplied.)
請求項2に記載のメタン製造装置において、
前記制御部は、前記原料ガスの供給によって前記出口における二酸化炭素濃度が前記所定値となった前記反応器に対して、下記の式(2)を満たすモル数の水素を供給する、
メタン製造装置。
4.1<MH2/MCO2<5.5 (2)
(式(2)において、MH2は供給する水素のモル数であり、MCO2は水素が供給される反応器内の触媒に吸蔵されている二酸化炭素のモル数である。)
In the methane production apparatus according to claim 2,
The control unit supplies a number of moles of hydrogen satisfying the following formula (2) to the reactor in which the carbon dioxide concentration at the outlet has reached the predetermined value by the supply of the source gas.
Methane production equipment.
4.1 <M H2 / M CO2 <5.5 (2)
(In the formula (2), M H2 is the number of moles of hydrogen to be supplied, and M CO2 is the number of moles of carbon dioxide stored in the catalyst in the reactor to which hydrogen is supplied.)
請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載のメタン製造装置において、
前記制御部は、前記原料ガスを供給している前記反応器の出口における二酸化炭素濃度が100ppmより大きくなると、前記原料ガスの供給先を他の前記反応器に切り替える、
メタン製造装置。
The methane production apparatus according to any one of claims 1 to 4.
The control unit switches the supply destination of the source gas to another reactor when the carbon dioxide concentration at the outlet of the reactor supplying the source gas becomes higher than 100 ppm.
Methane production equipment.
請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のメタン製造装置は、さらに、
前記複数の反応器から取り出された反応混合ガスから水素を分離するための水素分離部を備える、
メタン製造装置。
The methane production apparatus according to any one of claims 1 to 5, further,
A hydrogen separation unit for separating hydrogen from the reaction mixture gas extracted from the plurality of reactors;
Methane production equipment.
メタン化触媒性能を有する金属と、二酸化炭素吸蔵性能を有する金属と、を含む触媒を収容し、内部のガスを取り出すための出口を備える複数の反応器と、
二酸化炭素を含有する原料ガスの供給源と前記複数の反応器との間のガス流路上に設けられ、前記原料ガスの供給先を切り替える供給先切替部と、
各前記反応器の前記出口における二酸化炭素濃度を測定する測定部と、を備えるメタン製造装置の制御方法であって、
前記原料ガスを供給している前記反応器の出口における二酸化炭素濃度が所定値になると、前記原料ガスの供給先を他の前記反応器に切り替える、メタン製造装置の制御方法。
A plurality of reactors containing a catalyst comprising a metal having methanation catalytic performance and a metal having carbon dioxide storage performance and provided with an outlet for taking out an internal gas;
A supply destination switching unit provided on a gas flow path between a supply source of a raw material gas containing carbon dioxide and the plurality of reactors, and switching a supply destination of the raw material gas;
A control unit configured to measure a carbon dioxide concentration at the outlet of each of the reactors;
The control method of the methane manufacturing apparatus which switches the supply destination of the said source gas to another said other reactor, if the carbon dioxide density | concentration in the exit of the said reactor which is supplying the said source gas becomes predetermined value.
メタン製造方法であって、
メタン化触媒性能を有する金属と、二酸化炭素吸蔵性能を有する金属と、を含む触媒が収容された反応器に対して、二酸化炭素を含有する原料ガスを供給して、前記触媒に二酸化炭素を吸蔵させる工程と、
前記原料ガスが供給されている前記反応器の出口における二酸化炭素の濃度を測定する工程と、
前記二酸化炭素の濃度が所定値になると、前記原料ガスの供給先を他の反応器に切り替える工程と、を備える、
メタン製造方法。
A process for producing methane,
A raw material gas containing carbon dioxide is supplied to a reactor containing a catalyst containing a metal having methanation catalytic performance and a metal having carbon dioxide storage performance, and carbon dioxide is stored in the catalyst And a process of
Measuring the concentration of carbon dioxide at the outlet of the reactor to which the source gas is supplied;
Switching the supply destination of the raw material gas to another reactor when the concentration of the carbon dioxide reaches a predetermined value.
Methane production method.
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