JP6791177B2 - メタン製造装置、および、メタン製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、メタン製造装置、および、メタン製造方法に関する。

従来から、燃焼炉等から排出される排ガスから二酸化炭素ＣＯ₂を回収し、水素Ｈ₂と反応させてメタンＣＨ₄を製造する技術が知られている（特許文献１〜６参照）。例えば、引用文献１には、排ガス中のＣＯ₂と、水電解装置から供給されるＨ₂とからメタンを生成するＣＯ₂回収装置において、内燃機関の排熱を電気に変換し、その電気を用いてＨ₂を製造する技術が開示されている。また、引用文献２には、ＣＯ₂とＨ₂からメタンを製造する際に、メタン化反応による反応熱を利用してＨ₂を製造する技術が開示されている。引用文献３には、内燃機関から排出される排ガスと、水電解装置から供給されるＨ₂とが混合される反応チャンバーに対して、内燃機関から供給される圧力と熱を利用してメタンを得る技術が開示されている。

国際公開第２０１６／０７６０４１号パンフレット 国際公開第２０１１／１０８５４６号パンフレット 特開２００９−２６９９８３号公報 特許第５９５９０３６号公報 特開平１１−４６４６０号公報 特開２００９−７７４５７号公報

しかしながら、上記先行技術によっても、メタン製造装置のシステム効率を向上させる技術については、なお、改善の余地があった。ここでのシステム効率とは、メタン製造時のエネルギー効率に関連する指標であり、転化率に比例し、外部から投入されるエネルギー（外部動力）が増えるほど低下する。引用文献１の技術では、排熱を電気に変換してＨ₂の製造に利用することで熱エネルギーの回収を図っているが、変換時にロス等が生じることがあり、システム効率の向上に関してなお改善の余地があった。引用文献２の技術では、熱エネルギーの回収を図れるものの、メタン化反応の反応熱をＨ₂の製造に利用しているため、システム効率の向上を図る観点からは十分とはいえなかった。引用文献３の技術では、エンジンの排熱を発熱反応であるメタン化反応の反応場形成に利用しているため、システム効率が十分高いとはいえなかった。また、引用文献３の技術では、排ガスを直接Ｈ₂と反応させるため、反応効率および生成ガスの品質が低下するおそれがあった。

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のシステム効率の向上を図るための技術を提供することを目的とする。

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。

（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、二酸化炭素吸着性能を有する吸着材を収容し、二酸化炭素を含有するガスの供給源から供給されたガスから二酸化炭素を分離する分離器と、水素供給源から供給される水素を前記分離器の内部に噴射して、前記吸着材から脱離した二酸化炭素を前記分離器から取り出す水素噴射部と、メタン化性能（メタンへの転化性能）を有する触媒を収容し、前記分離器から取り出された二酸化炭素と、前記噴射に使用された水素とを含む原料ガスを用いて、メタン化反応を生じさせる反応器と、を備える。

この構成によれば、分離器の内部に水素を噴射することによって、気相中のＣＯ₂分圧が下がり分離器の内部から二酸化炭素を取り出すことができるため、二酸化炭素を取り出すための真空ポンプ等による外部動力を低減させることができる。これにより、メタン製造装置のシステム効率の向上を図ることができる。

（２）上記形態のメタン製造装置は、さらに、前記メタン化反応によって前記反応器で生じた熱を前記分離器に供給する熱供給部を備えていてもよい。この構成によれば、反応器で生じたメタン化反応の熱を分離器に供給することができるため、メタン化反応で生じた熱エネルギーを、吸着材から二酸化炭素を脱離するために必要となる熱エネルギーとして利用することができる。これにより、分離器に熱エネルギーを供給するための外部動力を低減させることができる。よって、メタン製造装置のシステム効率をさらに向上させることができる。

（３）上記形態のメタン製造装置において、前記熱供給部は、前記反応器と前記分離器との間において、流体の熱媒体を流通させることによって、前記反応器で生じた熱を前記分離器に供給するように構成されており、前記分離器の内部における前記熱媒体の流通方向は、前記水素噴射部が水素を噴射したときのガスの流通方向下流側から上流側に向かう方向であってもよい。この構成によれば、水素噴射部から遠く二酸化炭素が再吸着されやすい下流側に熱をより多く供給することができるため、分離器からの二酸化炭素の回収率を向上させることができる。

（４）上記形態のメタン製造装置において、前記熱供給部は、前記水素供給源から供給される水素を熱媒体として使用して前記反応器で生じた熱を前記分離器に供給し、前記水素噴射部は、前記熱供給部から供給された水素を前記分離器の内部に噴射してもよい。この構成によれば、反応器で生じたメタン化反応の熱を水素によって分離器に供給することができるため、オイル等の循環装置を設ける必要がなく、メタン製造装置の小型化を図ることができる。また、加熱された水素ガスを噴射することがきるため、熱エネルギーをより効率的に吸着材に供給することができる。

（５）上記形態のメタン製造装置において、前記反応器と前記分離器とは隣接しており、前記熱供給部は、前記反応器と前記分離器とを区画する部材を熱媒体として前記反応器で生じた熱を前記分離器に供給してもよい。この構成によれば、簡易な構成によって反応器で生じたメタン化反応の熱を分離器に供給することができ、メタン製造装置の小型化を図ることができる。

（６）上記形態のメタン製造装置は、さらに、前記反応器に供給される前記原料ガスに対して、前記水素供給源から供給される水素を付加する水素付加部を備えていてもよい。この構成によれば、反応器に供給される水素と二酸化炭素との比率を調整することができるため、転化率をより向上させることができる。

（７）上記形態のメタン製造装置は、さらに、前記分離器から取り出された二酸化炭素と、前記水素噴射部から噴射される水素との比率に応じて、前記水素付加部によって付加される水素の量を制御し、前記反応器に供給される前記原料ガスに含まれる水素と二酸化炭素との比率を調整する制御部を備えていてもよい。この構成によれば、反応器に供給される原料ガスに含まれる水素と二酸化炭素との比率をメタン化反応の化学量論比等の目標値に近づけることができるため、転化率をさらに向上させることができる。

（８）本発明の他の一形態によれば、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、二酸化炭素吸着性能を有する吸着材を収容し、二酸化炭素を含有するガスの供給源から供給されたガスから二酸化炭素を分離する分離器と、メタン化性能を有する触媒を収容し、前記分離器から分離された二酸化炭素と、水素供給源から供給された水素とを含む原料ガスを用いて、メタン化反応を生じさせる反応器と、前記メタン化反応によって前記反応器で生じた熱を前記分離器に供給する熱供給部を備える。この構成によれば、反応器で生じたメタン化反応の熱を分離器に供給することができるため、メタン化反応で生じた熱エネルギーを、吸着材から二酸化炭素を脱離するために必要となる熱エネルギーとして利用することができる。よって、メタン製造装置のシステム効率を向上させることができる。

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、ＣＯ₂回収装置、ＣＯ₂循環システム、燃料製造装置などの形態で実現することができる。

第１実施形態のメタン製造装置の概略構成を示した説明図である。 経路制御処理を示すフローチャートである。 ステップＳ１３〜Ｓ１５におけるガス等の流通状態を示した説明図である。 ステップＳ２３〜Ｓ２５におけるガス等の流通状態を示した説明図である。 比較例１のメタン製造装置の概略構成を示した説明図である。 本実施形態と比較例１〜３のＣＯ₂回収エネルギーを比較した図である。 本実施形態と比較例１のシステム効率を比較した図である。 ＣＯ₂分離器の内部の構成を示した説明図である。 第２実施形態のメタン製造装置の概略構成を示した説明図である。 第３実施形態のメタン製造装置の概略構成を示した説明図である。 第４実施形態のメタン製造装置の概略構成を示した説明図である。

＜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１ＣＯ₂分離器１０と、第２ＣＯ₂分離器２０と、排ガス供給流路３０と、水素供給流路４０と、反応器５０と、原料ガス流路６０と、熱媒体流路７０と、制御部８０と、を備えている。

第１ＣＯ₂分離器１０は、排ガスからＣＯ₂を分離して回収するための装置であり、内部に吸着材１１が収容されている。吸着材１１は、ＣＯ₂吸蔵（吸着）性能を有する材料であり、例えば、ゼオライト、活性炭、シリカゲルを例示することができる。第１ＣＯ₂分離器１０の内部には、水素供給流路４０から供給される水素を第１ＣＯ₂分離器１０の内部に噴射する水素噴射部１２が設けられている。第１ＣＯ₂分離器１０には、排ガス供給流路３０と、原料ガス流路６０と、第１排出流路１５とが接続されている。排ガス供給流路３０から供給された排ガスに含まれるＣＯ₂は、吸着材１１に吸蔵され、排ガス中の残りの成分は第１排出流路１５から第１排出バルブ１６を経由して外部に放出される。吸着材１１から脱離したＣＯ₂は、水素噴射部１２から噴射されるＨ₂によってパージされ、Ｈ₂とともに原料ガス流路６０に送り出される。

第２ＣＯ₂分離器２０は、第１ＣＯ₂分離器１０と同形状、同容量の装置であり、内部に吸着材２１が収容されている。吸着材２１は、吸着材１１と同様に、ＣＯ₂を吸蔵可能な材料であり、吸着材１１と同程度の吸蔵性能を有している。第２ＣＯ₂分離器２０の内部には、水素供給流路４０から供給される水素を第２ＣＯ₂分離器２０の内部に噴射する水素噴射部２２が設けられている。第２ＣＯ₂分離器２０には、排ガス供給流路３０と、原料ガス流路６０と、第２排出流路２５とが接続されている。排ガス供給流路３０から供給された排ガスに含まれるＣＯ₂は、吸着材２１に吸蔵され、排ガス中の残りの成分は第２排出流路２５から第２排出バルブ２６を経由して外部に放出される。吸着材２１から放出されたＣＯ₂は、水素噴射部２２から噴射されるＨ₂によってパージされ、Ｈ₂とともに原料ガス流路６０に送り出される。

排ガス供給流路３０は、排ガス供給源３１から排出される排ガスを第１ＣＯ₂分離器１０および第２ＣＯ₂分離器２０に供給するためのガス流路であり、複数のガス配管を含んで構成されている。排ガス供給流路３０には、脱水部３２、第１排ガス供給バルブ３３、および、第２排ガス供給バルブ３４が設けられている。排ガス供給源３１は、例えば、工場の燃焼炉などであり、排ガスにはＣＯ₂の他に、Ｏ₂、Ｎ₂、Ｈ₂０などが含まれていている。排ガス供給源３１から排出された排ガスは、脱水部３２において脱水された後、第１排ガス供給バルブ３３を経由して第１ＣＯ₂分離器１０に供給される。また、第２排ガス供給バルブ３４を経由して第２ＣＯ₂分離器２０に供給される。第１排ガス供給バルブ３３と第２排ガス供給バルブ３４は、それぞれ、制御部８０によって開閉が制御される。排ガス供給流路３０には、第１ＣＯ₂分離器１０、および、第２ＣＯ₂分離器２０に供給される排ガスの温度、流量、ＣＯ２濃度を測定するための図示しない温度センサ、流量センサ、および、ＣＯ２濃度センサが設けられている。

水素供給流路４０は、水素供給源４１のＨ₂を第１ＣＯ₂分離器１０、第２ＣＯ₂分離器２０、および、原料ガス流路６０に供給するためのガス流路であり、複数のガス配管を含んで構成されている。水素供給流路４０には、第１水素供給バルブ４２、第２水素供給バルブ４３、および、第３水素供給バルブ４４が設けられている。水素供給源４１は、例えば、水電解装置や水素タンク等であり、ここでは、水電解装置として説明する。水素供給源４１で生成されたＨ₂は、第１水素供給バルブ４２の開弁時には第１ＣＯ₂分離器１０の内部に噴射される。また、第２水素供給バルブ４３の開弁時には第２ＣＯ₂分離器２０の内部に噴射される。また、第３水素供給バルブ４４の開弁時には水素付加部４５から、原料ガス流路６０を流通する原料ガスにＨ₂が付加される。第１水素供給バルブ４２、第２水素供給バルブ４３、および、第３水素供給バルブ４４は、それぞれ、制御部８０によって開閉が制御される。水素供給流路４０には、第１ＣＯ₂分離器１０、第２ＣＯ₂分離器２０、および、原料ガス流路６０に供給されるＨ₂ガスの温度や流量を測定するための図示しない温度センサおよび流量センサが設けられている。

反応器５０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５１が収容されている。触媒５１は、メタン化性能を有する金属を含んでいる。メタン化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。反応器５０には、原料ガス流路６０と、反応混合ガス流路９１とが接続されている。原料ガス流路６０からＣＯ₂とＨ₂とを含む原料ガスが反応器５０の内部に供給され、メタン化反応によってメタンが生成される。生成されたメタンを含む反応混合ガスは、反応混合ガス流路９１を経由して熱交換部９２に供給される。熱交換部９２では、反応混合ガスからＨ₂０が分離される。分離されたＨ₂０は、Ｈ₂０排出流路９３を経由して外部に排出される。Ｈ₂０が分離された反応ガスは、反応ガス流路９４を経由して、排ガス供給源３１に供給される。

原料ガス流路６０は、第１ＣＯ₂分離器１０、および、第２ＣＯ₂分離器２０から送り出されたＨ₂とＣＯ₂を含む原料ガスを反応器５０に供給するためのガス流路であり、複数のガス配管を含んで構成されている。原料ガス流路６０には、第１原料ガスバルブ６１、および、第２原料ガスバルブ６２が設けられている。第１原料ガスバルブ６１と第２原料ガスバルブ６２は、それぞれ、制御部８０によって開閉が制御される。第１ＣＯ₂分離器１０の内部の原料ガスを反応器５０に供給する場合には、第１原料ガスバルブ６１が開弁状態、第２原料ガスバルブ６２が閉弁状態に制御される。第２ＣＯ₂分離器２０の内部の原料ガスを反応器５０に供給する場合には、第１原料ガスバルブ６１を閉弁状態、第２原料ガスバルブ６２を開弁状態に制御される。原料ガス流路６０には、流通する原料ガスの温度、流量、ＣＯ₂濃度を測定するための図示しない温度センサ、流量センサ、および、ＣＯ２濃度センサが設けられている。

熱媒体流路７０は、オイル等の流体の熱媒体（熱流体）が流通する流路であり、メタン化反応によって反応器５０で生じた熱を２つのＣＯ₂分離器（第１ＣＯ₂分離器１０および第₂ＣＯ２分離器２０）に供給する。熱媒体流路７０には、第１流路切替バルブ７１と、第２流路切替バルブ７２とが設けられている。熱媒体流路７０は、この２つのバルブによって区切られた３つの流路（第１熱媒体流路７３、第２熱媒体流路７４、第３熱媒体流路７５）を含んでいる。第３熱媒体流路７５には、ポンプ７６と、温度調整部７７が設けられている。ポンプ７６の駆動によって、第３熱媒体流路７５の熱媒体は、第１熱媒体流路７３または第２熱媒体流路７４を流通した後、再度、第３熱媒体流路７５に戻って循環される。温度調整部７７は、熱媒体の温度を調整する装置であり、反応器５０で昇温された熱媒体の温度が設定温度よりも高い場合には、常温の熱媒体を付加して温度を調整する。また、設定温度よりも低い場合には、流量調整の他にもヒータ等によって設定温度まで加熱する場合もある。ポンプ７６および温度調整部７７は、制御部８０によって制御される。

第１流路切替バルブ７１は、ポンプ７６によって第３熱媒体流路７５から送り出される熱媒体の送り出し先（第１熱媒体流路７３または第２熱媒体流路７４）を切り替えるための三方弁である。第２流路切替バルブ７２は、第１流路切替バルブ７１の切り替えと連動しており、第３熱媒体流路７５に戻る熱媒体の送り出し元（第１熱媒体流路７３または第２熱媒体流路７４）を切り替えるための三方弁である。第１流路切替バルブ７１と第２流路切替バルブ７２の切り替えは、それぞれ、制御部８０によって制御される。

第３熱媒体流路７５は、反応器５０の内部を通過する流路を含んでおり、反応器５０内部でのメタン化反応によって生じた熱を熱媒体に伝達できるように構成されている。ここでは、反応器５０は、二重管で構成されており、内側の管内に触媒５１が配置され、外側の管と内側の管との間に熱媒体の流路が形成されている。

第１熱媒体流路７３は、第１ＣＯ₂分離器１０の内部を通過する流路を含んでおり、熱媒体の熱を吸着材１１に供給できるように構成されている。第２熱媒体流路７４は、第２ＣＯ₂分離器２０の内部を通過する流路を含んでおり、熱媒体の熱を吸着材２１に供給できるように構成されている。第１ＣＯ₂分離器１０および第２ＣＯ₂分離器２０も二重管で構成されており、外側の管と内側の管との間に熱媒体の流路が形成されている。第１ＣＯ₂分離器１０の内部における熱媒体の流通方向は、水素噴射部１２がＨ₂を噴射したときのガスの流通方向下流側から上流側に向かう方向となるように構成されている。ここでは、第１ＣＯ₂分離器１０の内部における熱媒体の流通方向は、水素噴射部１２のＨ₂の噴射方向と反対方向となっている。第２ＣＯ₂分離器２０も同様に、第２ＣＯ₂分離器２０の内部における熱媒体の流通方向は、水素噴射部２２がＨ₂を噴射したときのガスの流通方向下流側から上流側に向かう方向となるように構成されている。ここでは、第１ＣＯ₂分離器１０と同様に、第２ＣＯ₂分離器２０の内部における熱媒体の流通方向は、水素噴射部２２のＨ₂の噴射方向と反対方向となっている。熱媒体流路７０には、熱媒体の温度や流量を測定するための図示しない温度センサおよび流量センサが設けられている。

制御部８０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８０は、上述の各流路に設けられているバルブ、センサ（温度センサ、流量センサ、濃度センサ等）のほか、ポンプ７６、温度調整部７７と電気的に接続され、センサからの測定値等に基づいて、バルブやポンプ７６、温度調整部７７等の制御をおこなう。制御部８０がガス経路および熱媒体流路の制御をおこなう処理である流路制御処理については後述する。

制御部８０は、排ガス供給流路３０に設けられている図示しない各種センサの測定値から、各ＣＯ₂分離器１０、２０に流入したＣＯ₂の量ＣＯ₂__INを推定する。また、制御部８０は、原料ガス流路６０に設けられている図示しない各種センサの測定値から、各ＣＯ₂分離器１０、２０によって取り出されたＣＯ₂の量ＣＯ₂__OUTを推定する。制御部８０は、反応器５０に供給されるＨ₂とＣＯ₂とのモル比（Ｈ₂／ＣＯ₂__IN）がメタン化反応における化学量論比（Ｈ₂／ＣＯ₂__IN＝４）以下の所定値となるように、第１水素供給バルブ４２または第２水素供給バルブ４３を制御して各ＣＯ₂分離器１０、２０の内部に噴射されるＨ₂の量Ｈ₂__INを調整する。また、制御部８０は、反応器５０に供給される原料ガスに含まれるＨ₂とＣＯ₂とのモル比が４（Ｈ₂／ＣＯ₂__TOT＝４）となるための残りのＨ₂を水素付加部４５から供給する。

図２〜図４を用いて、定常時における制御部８０の経路制御処理について説明する。図２は、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Ｓ１３〜Ｓ１５におけるガス等の流通状態を示した説明図である。図４は、ステップＳ２３〜Ｓ２５におけるガス等の流通状態を示した説明図である。

制御部８０は、定常運転時の特定のタイミングにおいて、第１排ガス供給バルブ３３を開状態、第２排ガス供給バルブ３４を閉状態にする。このときあわせて、制御部８０は、第１排出バルブ１６を開状態にする。この制御によって、排ガス供給源３１から第１ＣＯ₂分離器１０に脱水後の排ガスが供給される。第１ＣＯ₂分離器１０に供給された排ガスに含まれるＣＯ₂は、吸着材１１に吸蔵され、排ガス中の残りの成分は第１排出流路１５を経由して外部に排出される。

このとき、制御部８０は、排ガスの供給先を切り替えるための条件（切り替え条件）を満たしたか否かを判定する（ステップＳ１２）。切り替え条件は、吸着材１１のＣＯ₂吸蔵量が所定量になったと推定できる条件であれば任意の条件を設定することができる。例えば、第１排出流路１５のＣＯ₂濃度が閾値Ｔｈ１を超えたか否かであってもよいし、第１ＣＯ₂分離器１０に流入したＣＯ₂の量ＣＯ₂__INが閾値Ｔｈ２を超えたか否かであってもい。または、排ガスの供給時間が所定時間を超えたか否かであってもよい。制御部８０は、切り替え条件を満たすまで第１ＣＯ₂分離器１０への排ガスの供給を継続する（ステップＳ１２：ＮＯ）。

切り替え条件を満たすと（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、制御部８０は、第１排ガス供給バルブ３３を閉状態、第２排ガス供給バルブ３４を開状態にする（ステップＳ１３）。この制御によって、第１ＣＯ₂分離器１０への排ガスの供給が停止され、第２ＣＯ₂分離器２０への排ガスの供給が開始される。このときあわせて、制御部８０は、第２排出バルブ２６を開状態にする。これにより、図３の第２ＣＯ₂分離器２０に示すように、排ガス供給源３１から脱水後の排ガスがの第２ＣＯ₂分離器２０に供給され、吸着材２１にＣＯ₂が吸蔵される。排ガス中の他の成分は第２排出流路２５を経由して外部に排出される。一方、第１ＣＯ₂分離器１０は、排ガスの供給が停止され、吸着材１１に十分にＣＯ₂が吸蔵された状態となっている。

制御部８０は、第１流路切替バルブ７１と第２流路切替バルブ７２を制御して、熱媒体流路を第１ＣＯ₂分離器１０側に切り替え、ポンプ７６をＯＮにする（ステップＳ１４）。これにより、図３の熱媒体流路７０に示すように、第１熱媒体流路７３と第３熱媒体流路７５の間で熱媒体が循環する。このとき、制御部８０は、第１ＣＯ₂分離器１０を流通する熱媒体の温度が、吸着材１１からＣＯ₂が脱離する温度となるように温度調整部７７を制御する。定常時には、反応器５０の反応熱が熱媒体に供給されるため、制御部８０は、温度調整部７７において常温の熱媒体を付加して温度を調整した後の熱媒体を第１ＣＯ₂分離器１０に供給する。なお、温度調整部７７によって加えられた熱が第１ＣＯ₂分離器１０に供給されてもよい。

ポンプ７６のＯＮと並行して、制御部８０は、第１水素供給バルブ４２を開状態にする（ステップＳ１５）。このときあわせて、制御部８０は、第１排出バルブ１６を閉状態、第１原料ガスバルブ６１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３の第１ＣＯ₂分離器１０に示すように、水素噴射部１２から第１ＣＯ₂分離器１０の内部にＨ₂が噴射される。このＨ₂の噴射により、吸着材１１から脱離した気相のＣＯ₂が第１ＣＯ₂分離器１０の内部からパージされ、噴射されたＨ₂とともに原料ガス流路６０に排出される。制御部８０は、例えば、各種センサの測定値とマップ等を利用してＣＯ₂__OUTが最大となるようにＨ₂の噴射量Ｈ₂__INを制御してもよい。この場合、制御部８０は、Ｈ₂の噴射量Ｈ₂__INがメタン化反応における化学量論比（Ｈ₂／ＣＯ₂__IN＝４）のモル数を超えないように噴射量Ｈ₂__INを制御する。制御部８０は、噴射量Ｈ₂__INが化学量論比よりも少ない場合には、反応器５０に供給される原料ガスがメタン化反応における化学量論比になるように残りのＨ₂を水素付加部４５から付加する。

メタン化反応における化学量論比に近づけられた原料ガスは、反応器５０に供給される。反応器５０の内部において生成されたメタンを含む反応混合ガスは、反応混合ガス流路９１を経由して熱交換部９２に供給される。熱交換部９２で分離されたＨ₂０は、Ｈ₂０排出流路９３を経由して外部に排出される。Ｈ₂０が分離された反応ガスは、反応ガス流路９４を経由して、燃料ガスとして排ガス供給源３１に供給される。このとき、第２ＣＯ₂分離器２０では、排ガスの供給が継続されている。

制御部８０は、排ガスの供給先を切り替えるための条件（切り替え条件）を満たしたか否かを判定する（ステップＳ２２）。切り替え条件は、吸着材２１のＣＯ₂吸蔵量が所定量になったと推定できる条件であれば任意の条件を設定することができる。制御部８０は、切り替え条件を満たすまで第２ＣＯ₂分離器２０への排ガスの供給を継続する（ステップＳ２２：ＮＯ）。

切り替え条件を満たすと（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、制御部８０は、第１排ガス供給バルブ３３を開状態、第２排ガス供給バルブ３４を閉状態にする（ステップＳ２３）。この制御によって、第１ＣＯ₂分離器１０への排ガスの供給が再開され、第２ＣＯ₂分離器２０への排ガスの供給が停止される。このときあわせて、制御部８０は、第１排出バルブ１６を開状態にする。これにより、図４の第１ＣＯ₂分離器１０に示すように、排ガス供給源３１から脱水後の排ガスが再度、第１ＣＯ₂分離器１０に供給され、吸着材１１にＣＯ₂が吸蔵される。一方、第２ＣＯ₂分離器２０は、排ガスの供給が停止され、吸着材２１に十分にＣＯ₂が吸蔵された状態となっている。

制御部８０は、第１流路切替バルブ７１と第２流路切替バルブ７２を制御して、熱媒体流路を第２ＣＯ₂分離器２０側に切り替え、ポンプ７６をＯＮにする（ステップＳ２４）。これにより、図４の熱媒体流路７０に示すように、第２熱媒体流路７４と第３熱媒体流路７５の間で熱媒体が循環する。このとき、制御部８０は、ステップＳ１４と同様に、第２ＣＯ₂分離器２０を流通する熱媒体の温度が、吸着材２１からＣＯ２が脱離する温度となるように温度調整部７７を制御する。

ポンプ７６のＯＮと並行して、制御部８０は、第２水素供給バルブ４３を開状態にする（ステップＳ２５）。このときあわせて、制御部８０は、第２排出バルブ２６を閉状態、第２原料ガスバルブ６２を開状態にする。第２水素供給バルブ４３を開状態にすることにより、図４の第２ＣＯ₂分離器２０に示すように、水素噴射部２２から第２ＣＯ₂分離器２０の内部にＨ₂が噴射される。このＨ₂の噴射により、吸着材２１から脱離した気相のＣＯ２が第２ＣＯ₂分離器２０の内部からパージされ、噴射されたＨ₂とともに原料ガス流路６０に排出される。制御部８０は、ステップＳ１５と同様にＨ₂の噴射量Ｈ₂__INを制御してもよい。

第２ＣＯ₂分離器２０の内部から取り出された原料ガスは、反応器５０に供給される。反応器５０の内部において生成されたメタンを含む反応混合ガスは、反応混合ガス流路９１を経由して熱交換部９２に供給される。Ｈ₂０が分離された反応ガスは、反応ガス流路９４を経由して、排ガス供給源３１に供給される。このとき、第１ＣＯ₂分離器１０では、排ガスの供給が継続されている。制御部８０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、経路制御処理についての説明である。

図５は、比較例１のメタン製造装置１Ａの概略構成を示した説明図である。ここでは、従来のメタン製造装置と本実施形態のメタン製造装置とを比較することによって、本実施形態の効果例を説明する。比較例１のメタン製造装置１Ａは、本実施形態のメタン製造装置１（図１）と比較すると、熱媒体流路７０、および、水素噴射部１２、２２を備えていない。一方、比較例１のメタン製造装置１Ａは、第１ＣＯ₂分離器１０の内部のガスを原料ガス流路６０Ａに取り出すための真空ポンプ６４を備えている。

比較例１のメタン製造装置１Ａは、第１排ガス供給バルブ３３と、第１排出バルブ１６を開状態にすることで、排ガス供給源３１から第１ＣＯ₂分離器１０に脱水後の排ガスが供給される。第１ＣＯ₂分離器１０に供給された排ガスに含まれるＣＯ₂は、吸着材１１に吸蔵され、排ガス中の残りの成分は第１排出流路１５を経由して外部に排出される。吸着材１１から脱離したＣＯ₂は、真空ポンプ６４によって原料ガス流路６０Ａに取り出される。水素供給流路４０Ａは、原料ガス流路６０Ａに接続されており、水素供給バルブ４７の開弁により水素供給源４１から原料ガス流路６０ＡにＨ₂が供給される。原料ガス流路６０Ａを流通するＣＯ₂とＨ₂は、反応器５０に供給され、反応器５０においてメタン化される。

比較例１のメタン製造装置１Ａは、本実施形態とは異なり、吸着材１１からＣＯ₂を脱離させるために必要な熱を熱媒体流路７０によって供給することができない。そのため、ＣＯ₂回収のために外部から投入されるエネルギー（ＣＯ₂回収エネルギー）が増大する。一方、本実施形態のメタン製造装置１は、熱媒体流路７０を備えているため、反応器５０のメタン化反応で生じた熱エネルギーを吸着材１１からＣＯ₂を脱離させるために必要な熱エネルギーとして利用することができる。そのため、ＣＯ₂回収エネルギーを低減することができる。

また、上述のように、比較例１のメタン製造装置１Ａは、吸着材１１から脱離したＣＯ₂を真空ポンプ６４によって取り出すように構成されている。そのため、ＣＯ₂回収エネルギーがさらに増大する。一方、本実施形態のメタン製造装置１は、ＣＯ₂分離器１０、２０の内部にＨ₂を噴射してＣＯ₂をパージするため、ＣＯ₂の回収率の向上が図れるほか、ＣＯ₂回収エネルギーをさらに低減することができる。

図６は、比較例１〜３と本実施形態のＣＯ₂回収エネルギーを比較した図である。図６では、上述の比較例１のメタン製造装置１ＡのＣＯ₂回収エネルギーと、熱媒体流路７０のように、反応器の反応熱をＣＯ₂分離器に供給する構成を備えた比較例２のメタン製造装置のＣＯ₂回収エネルギーと、ＣＯ₂分離器にＨ₂を噴射してＣＯ₂をパージする構成を備えた比較例３のメタン製造装置のＣＯ₂回収エネルギーと、両方の構成を備えた本実施形態のメタン製造装置１のＣＯ₂回収エネルギーを示している。比較例１に対する本実施形態のＣＯ₂回収エネルギーの低減量は、比較例１に対する比較例２、３のＣＯ₂回収エネルギーの低減量の合計よりも大きい。すなわち、本実施形態のように、反応器の反応熱をＣＯ₂分離器に供給する構成と、ＣＯ₂分離器にＨ₂を噴射してＣＯ₂をパージする構成とを併用することで、ＣＯ₂回収エネルギーの低減効果がより増大することがわかる。

図７は、本実施形態と比較例１のメタン製造装置のシステム効率を比較した図である。図７の横軸は、外部動力割合［％］を示しており、縦軸はシステム効率［％］を示している。外部動力（電力）とは、メタン製造装置１に外部から投入されたエネルギーであり、上述のＣＯ₂回収エネルギーや、脱水部３２、熱交換部９２などに投入されるエネルギーを含んでいる。外部動力割合とは、原料として投入された水素の低位発熱量（ＬＨＶ）に対する外部動力の割合である。システム効率とは、メタン製造装置のエネルギー効率に関連する指標であり、転化率に比例し、外部動力が大きいほど低下する。システム効率ηは、下記の式（１）で表すことができる。
η＝８０２．３×Ｃｏｎｖ．／（２４１．８×４＋Ｘ）・・・（１）
ここで、Ｃｏｎｖ．は転化率を示し、Ｘは外部動力を示している。このシステム効率が高くなるほど、メタンの製造コストを低下させることができる。本実施形態のメタン製造装置１は、熱媒体流路７０による熱供給、および、ＣＯ₂分離器内へのＨ₂噴射によって、比較例１のメタン製造装置１ＡよりもＣＯ₂回収エネルギーが低減される。よって、比較例１のメタン製造装置１Ａよりも、外部動力割合を低下させることができ、システム効率を向上させることができる。

以上説明した、本実施形態のメタン製造装置１によれば、ＣＯ₂分離器１０、２０の内部にＨ₂を噴射することによって、ＣＯ₂分離器１０、２０からＣＯ₂を取り出すことができる。これにより、ＣＯ₂を取り出すための真空ポンプ等の外部動力を低減させることができ、メタン製造装置のシステム効率の向上を図ることができる。また、本実施形態のメタン製造装置１によれば、反応器５０の反応熱をＣＯ₂分離器１０、２０に供給することができる。これにより、ＣＯ₂分離器１０、２０に熱エネルギーを供給するための外部動力を低減させることができ、メタン製造装置のシステム効率をさらに向上させることができる。本実施形態のメタン製造装置１は、ＣＯ₂分離器１０、２０と反応器５０とが分離しているため、反応器５０の反応熱をＣＯ₂分離器１０、２０の適切な位置に供給することができる。これにより、ＣＯ₂回収率の向上を図ることができる。

また、本実施形態のメタン製造装置１は、パージガスとしてＨ₂を使用するためＣＯ₂回収率の低下を抑制できる。具体的には、吸着材１１、２１のＣＯ₂／Ｎ₂およびＣＯ₂／Ｈ₂の選択率を比較すると、Ｈ₂の方が、選択率が低い。つまり、パージガス自体が吸着材に残存する割合はＨ₂が低く、ＣＯ₂の吸着を阻害するのを抑制できるため、ＣＯ₂回収率の低下を抑制できる。また、Ｈ₂はメタン化反応に使用される原料であるため、Ｈ₂の導入口を反応器５０へのガス供給流路からＣＯ₂分離器の内部に移動させるだけで本構成が実施できるため、特別な装置を追加する必要がなく、容易にシステム効率を向上させることができる。

図８は、ＣＯ₂分離器１０、２０の内部の構成を示した説明図である。上述のように、ＣＯ₂分離器１０、２０は、二重管で構成されており、外側の管と内側の管との間に熱媒体の流路が形成されている。そして、熱媒体の流通方向は、水素噴射部１２、２２から噴射されたＨ₂の流通方向と反対方向となっている。また、排ガスの供給方向も、水素噴射部１２、２２から噴射されたＨ２の流通方向と反対方向となっている。

脱離したＣＯ₂は、Ｈ₂の噴射によって、Ｈ₂／ＣＯ₂混合気となりＨ₂の噴射方向（パージ方向）に流通する。熱媒体の流通方向をＨ₂／ＣＯ₂混合気の流通方向と反対方向にすることによって、Ｈ₂／ＣＯ₂混合気の下流側の温度を高くすることができる。これにより、ＣＯ₂分離器１０、２０の下流側において、Ｈ₂／ＣＯ₂混合気に含まれるＣＯ₂が吸着材１１、２１に再吸着されるのを抑制できる。これにより、ＣＯ₂の回収率の向上を図ることができる。なお、ＣＯ₂分離器１０、２０は、熱媒体の導入位置を変更可能に構成されていてもよい。例えば、熱媒体を分岐して複数箇所から導入するように構成されていてもよい。また、熱媒体の導入箇所が経時的に変化するように構成されていてもよい。さらに、Ｈ₂の噴射方向は、排ガスの供給方向と反対方向となっているため、ＣＯ₂分圧の低い側から高い側に向かってＨ₂を噴射することができる。そのため、ＣＯ₂分離器１０、２０からＣＯ₂をより効率的に取り出すことができる。

＜第２実施形態＞
図９は、第２実施形態におけるメタン製造装置１Ｂの概略構成を示した説明図である。第２実施形態のメタン製造装置１Ｂは、第１実施形態のメタン製造装置１（図１）と比較すると、オイル等を循環させる熱媒体流路（第１実施形態の熱媒体流路７０）を備えていない。一方、第２実施形態の水素供給流路４０Ｂは、ＣＯ₂分離器１０、２０に供給されるＨ₂ガスを熱媒体として、反応器５０で生じた反応熱をＣＯ₂分離器１０、２０に供給する。すなわち、本実施形態では、水素供給流路４０Ｂが熱媒体流路としても機能する。

水素供給流路４０Ｂは、反応器５０の内部を通過する流路を含んでおり、反応器５０内部の反応熱をＨ₂ガスに伝達できるように構成されている。ここでは、反応器５０は、二重管で構成されており、内側の管内に触媒５１が配置され、外側の管と内側の管との間にＨ₂ガスの流路が形成されている。水素供給流路４０Ｂは、また、２つのＣＯ₂分離器１０、２０の内部を通過する流路を含んでおり、Ｈ₂ガスの熱を吸着材１１、２１に供給できるように構成されている。ＣＯ₂分離器１０、２０も二重管で構成されており、外側の管と内側の管との間にＨ₂ガスの流路が形成されている。ＣＯ₂分離器１０、２０の外側の管と内側の管との間の流路を流通したＨ２ガスは、水素噴射部１２、２２からＣＯ₂分離器１０、２０の内部に噴射される。水素供給流路４０Ｂは、さらに、温度調整部４８を備えている。温度調整部４８は、ＣＯ₂分離器１０、２０に供給されるＨ₂ガスの温度を調整する装置であり、制御部８０Ｂによって制御される。

第１水素供給バルブ４２を開状態にすると、水素供給源４１のＨ₂ガスは、反応器５０おいて加熱され、温度調整部４８において温度が調整された後、第１ＣＯ₂分離器１０の内部流路を通過して、水素噴射部１２から第１ＣＯ₂分離器１０の内部に噴射される。加熱されたＨ₂ガスが第１ＣＯ₂分離器１０の内部流路を通過することによって、吸着材１１を昇温させてＣＯ₂を脱離させることができる。同様に、第２水素供給バルブ４３を開状態にすると、水素供給源４１のＨ₂ガスは、反応器５０および温度調整部４８で昇温された後、第２ＣＯ₂分離器２０の内部流路を通過して、水素噴射部２２から第２ＣＯ₂分離器２０の内部に噴射される。

以上説明した、第２実施形態のメタン製造装置１Ｂによれば、オイル等を循環させる熱媒体流路を備えていなくても、反応器５０で生じる熱エネルギーをＣＯ₂分離器１０、２０に供給することができる。また、第２実施形態のメタン製造装置１Ｂによれば、オイル等の熱媒体循環装置を設ける必要がないため、メタン製造装置の小型化を図ることができる。

＜第３実施形態＞
図１０は、第３実施形態におけるメタン製造装置１Ｃの概略構成を示した説明図である。第３実施形態のメタン製造装置１Ｃは、第２実施形態のメタン製造装置１Ｂと比較すると、ＣＯ₂分離器１０、２０の内部にＨ₂ガスが流通する内部流路を備えていない。第３実施形態の水素供給流路４０Ｃは、反応器５０の反応熱で加熱されたＨ₂ガスをＣＯ₂分離器１０、２０の内部に噴射するように構成されている。

第１水素供給バルブ４２を開状態にすると、水素供給源４１のＨ₂ガスは、反応器５０おいて加熱され、温度調整部４８において温度が調整された後、水素噴射部１２から第１ＣＯ₂分離器１０の内部に噴射される。加熱されたＨ₂ガスの噴射によって、吸着材１１を昇温させてＣＯ₂を脱離させるとともに、脱離したＣＯ₂を噴射されたＨ₂とともに第１ＣＯ₂分離器１０の内部から原料ガス流路６０Ｃに排出させることができる。同様に、第２水素供給バルブ４３を開状態にすると、水素供給源４１のＨ₂ガスは、反応器５０おいて加熱され温度調整部４８に温度が調整された後、水素噴射部２２から第２ＣＯ₂分離器２０の内部に噴射される。

以上説明した、第３実施形態のメタン製造装置１Ｃによれば、オイル等の熱媒体循環装置を設ける必要がなく、メタン製造装置の小型化を図ることができる。また、加熱されたＨ₂ガスを噴射することがきるため、熱エネルギーをより効率的に吸着材に供給することができる。なお、メタン製造装置１Ｃは、ＣＯ₂分離器１０、２０の内部に、加熱されたＨ₂ガスを噴射する水素噴射部１２、２２のほか、常温のＨ₂ガスを噴射する水素噴射部を備えていてもよい。これにより、加熱されたＨ₂ガスと常温のＨ₂ガスの両方をＣＯ₂分離器１０、２０の内部に噴射することができ、Ｈ₂ガスの温度を、ＣＯ₂の脱離に適した温度に調整することできる。

＜第４実施形態＞
図１１は、第４実施形態のＣＯ₂分離器１０Ｄと反応器５０Ｄの概略構成を示した説明図である。第４実施形態のメタン製造装置１Ｄは、ＣＯ₂分離器１０Ｄと反応器５０Ｄとが区画部材５５を介して隣接している。より具体的には、メタン製造装置１Ｄは、複数のＣＯ₂分離器１０Ｄと反応器５０Ｄとが区画部材５５を介して複数積層された構成となっている。これにより、区画部材５５を介して、反応器５０Ｄの反応熱を直接的にＣＯ₂分離器１０Ｄに供給することができる。

以上説明した、第４実施形態のメタン製造装置１Ｄによれば、区画部材５５を熱媒体として反応器５０Ｄの反応熱をＣＯ₂分離器１０Ｄに供給できる。この構成によれば、簡易な構成によって反応器で生じたメタン化反応の熱を分離器に供給することができ、メタン製造装置の小型化を図ることができる。

＜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。

［変形例１］
第１実施形態のメタン製造装置１は、吸着材１１、１２の代わりに、化学吸収剤の一つであるアミン系吸収液をＣＯ₂分離器１０、２０の内部に備えていてもよい。この構成によれば、脱水部３２をより小型化、または、脱水部３２を無くすことができる。一般的に化学吸収の場合には、吸着材に比べてＣＯ₂の脱離エネルギーが増加するが、システム効率は向上する。

［変形例２］
第１実施形態のメタン製造装置１は、触媒５１の代わりに、高級炭化水素およびアルコール生成触媒（Ｆｅ系触媒、その他、ＣｕやＣｏ等でも可）を反応器５０の内部に備えていてもよい。この構成の場合、メタン化性能を有する触媒よりも反応条件を高圧化させる、もしくは、生成ガスから液体成分を分離し、残りのガスは反応器５０の入り口に再循環させる構成とする。すなわち、分離した液体成分を燃料として利用する。この場合もシステム効率は向上する。

［変形例３］
第１実施形態のメタン製造装置１は、排ガス供給源３１の排熱をＣＯ₂分離器１０、２０に供給するように構成されていてもよい。排熱によって熱媒体流路７０の熱媒体を加熱してもよいし、ＣＯ₂分離器１０、２０に供給されるＨ₂ガスを加熱してもよい。また、一方のＣＯ₂分離器の排熱を他方のＣＯ₂分離器に供給するように構成されていてもよい。この構成によれば、排ガス供給源３１やＣＯ₂分離器の排熱をＣＯ₂の脱離エネルギーとして利用することができるため、システム効率をさらに向上させることができる。

［変形例４］
第１実施形態のメタン製造装置１は、熱媒体としてオイルを使用している。しかし、熱媒体は、熱を供給可能であればオイルに限定されない。熱媒体は、例えば、溶融塩、ガスなどであってもよい。メタン製造装置１は、熱媒体流路７０を備えていなくてもよい。この場合であっても、水素噴射部１２、２２においてＨ₂を噴射することができれば、システム効率を向上させることができる。なお、メタン製造装置１は、熱媒体流路７０を備えている方が好ましい。

［変形例５］
第１実施形態の経路制御処理において、熱媒体によって吸着材を昇温させるタイミングと、Ｈ₂を噴射するタイミングは上記実施形態に限定されない。例えば、Ｈ₂を噴射させてから吸着材を昇温させてもよいし、これらのタイミングを任意にずらしてもよい。メタン製造装置１は、水素噴射部１２、２２を備えていなくてもよい。この場合であっても、熱媒体流路７０によって反応器５０の反応熱をＣＯ₂分離器１０、２０に供給することができれば、システム効率を向上させることができる。なお、メタン製造装置１は、水素噴射部１２、２２を備えている方が好ましい。

［変形例６］
第１実施形態の経路制御処理の温度調整部７７は、熱媒体を加熱してもよいししなくてもよい。例えば、反応器５０の反応熱等によって既に熱媒体が加熱された状態である場合に、温度調整部７７は、熱媒体を加熱しない構成としてもよい。

［変形例７］
第１実施形態のメタン製造装置１は、２つのＣＯ₂分離器１０、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、ＣＯ₂分離器を３つ以上備えていてもよいし、１つしか備えていなくてもよい。また、第１実施形態の第１ＣＯ₂分離器１０と第２ＣＯ₂分離器２０は、互いに同様状、同容量であるとした。しかし、第１ＣＯ₂分離器１０と第２ＣＯ₂分離器２０は、互いに形状や容量が異なっていてもよい。

［変形例８］
第１実施形態のメタン製造装置１は、第１ＣＯ₂分離器１０の内部のガスを原料ガス流路６０に取り出すための真空ポンプを備えていてもよい。この場合であっても、第１実施形態のメタン製造装置１であれば、真空ポンプの使用量を低減できるため、ＣＯ₂回収エネルギーの増大を抑制できる。

［変形例９］
第１実施形態では、第１ＣＯ₂分離器１０の内部における熱媒体の流通方向は、水素噴射部１２のＨ₂の噴射方向と反対方向とした。しかし、第１ＣＯ₂分離器１０の内部における熱媒体の流通方向は、水素噴射部１２のＨ₂の噴射方向と反対方向となっていなくてもよい。ただし、第１ＣＯ₂分離器１０の内部における熱媒体の流通方向は、水素噴射部１２がＨ₂を噴射したときのガスの流通方向下流側から上流側に向かう方向となるように構成されていることが好ましく、水素噴射部１２のＨ₂の噴射方向と反対方向となっている方がより好ましい。

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。

１、１Ａ〜１Ｄ…メタン製造装置
１０、２０…ＣＯ₂分離器
１１、２１…吸着材
１２、２２…水素噴射部
１５、２５…排出流路
１６、２６…排出バルブ
３０…排ガス供給流路
３１…排ガス供給源
３２…脱水部
３３、３４…排ガス供給バルブ
４０、４０Ａ〜４０Ｃ…水素供給流路
４１…水素供給源
４２〜４４…水素供給バルブ
４５…水素付加部
５０…反応器
５１…触媒
５５…区画部材
６０、６０Ａ〜６０Ｃ…原料ガス流路
６１、６２…原料ガスバルブ
６４…真空ポンプ
７０、７３〜７５…熱媒体流路
７１、７２…流路切替バルブ
７６…ポンプ
７７…温度調整部
８０、８０Ａ、８０Ｂ…制御部
９１…反応混合ガス流路
９２…熱交換部
９４…反応ガス流路

Claims (6)

1. 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、
   二酸化炭素吸着性能を有する吸着材を収容し、二酸化炭素を含有するガスの供給源から供給されたガスから二酸化炭素を分離する分離器と、
   メタン化性能を有する触媒を収容し、前記分離器から分離された二酸化炭素と、水素供給源から供給された水素とを含む原料ガスを用いて、メタン化反応を生じさせる反応器と、
   前記メタン化反応によって前記反応器で生じた熱を前記分離器に供給する熱供給部と、
   を備え、
   前記熱供給部は、前記反応器と前記分離器との間において、流体の熱媒体を流通させることによって、前記反応器で生じた熱を前記分離器に供給するように構成されており、
   前記分離器の内部における前記熱媒体の流通方向は、分離された二酸化炭素を含む被分離ガスの流通方向下流側から上流側に向かう方向である、
   メタン製造装置。
2. 請求項１に記載のメタン製造装置であって、
   前記熱媒体は、前記原料ガスとは異なる物質であり、
   前記熱供給部は、前記分離器の内部に設けられた流路のうち、前記吸着材が収容された流路とは異なる流路に前記熱媒体を供給し、前記吸着材が収容された流路には前記熱媒体を供給しない、
   メタン製造装置。
3. 請求項１に記載のメタン製造装置は、さらに、
   水素供給源から供給される水素を前記分離器の内部に噴射して、前記吸着材から脱離した二酸化炭素を前記分離器から取り出す水素噴射部を備え、
   前記分離器の内部における前記熱媒体の流通方向は、前記水素噴射部が水素を噴射したときのガスの流通方向下流側から上流側に向かう方向である、
   メタン製造装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のメタン製造装置は、さらに、
   前記反応器に供給される前記原料ガスに対して、前記水素供給源から供給される水素を付加する水素付加部を備える、
   メタン製造装置。
5. 請求項４に記載のメタン製造装置は、さらに、
   前記分離器から取り出された二酸化炭素と、前記水素噴射部から噴射される水素との比率に応じて、前記水素付加部によって付加される水素の量を制御し、前記反応器に供給される前記原料ガスに含まれる水素と二酸化炭素との比率を調整する制御部を備える、
   メタン製造装置。
6. メタン製造方法であって、
   二酸化炭素吸着性能を有する吸着材が収容された分離器に、二酸化炭素を含有するガスを供給して、前記ガスから二酸化炭素を分離する工程と、
   メタン化性能を有する触媒が収容された反応器に、前記ガスから分離された二酸化炭素と、水素供給源から供給された水素とを含む原料ガスを供給してメタン化反応を生じさせる工程と、
   前記メタン反応によって生じた熱を前記分離器に供給する熱供給工程と、を備え、
   前記熱供給工程では、前記反応器と前記分離器との間において、流体の熱媒体を流通させることによって、前記反応器で生じた熱を前記分離器に供給し、
   前記分離器の内部における前記熱媒体の流通方向は、分離された二酸化炭素を含む被分離ガスの流通方向下流側から上流側に向かう方向である、
   メタン製造方法。

Images