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JP7196730B2 - Hydrocarbon production device and hydrocarbon production method - Google Patents

Hydrocarbon production device and hydrocarbon production method Download PDF

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JP7196730B2 JP2019063605A JP2019063605A JP7196730B2 JP 7196730 B2 JP7196730 B2 JP 7196730B2 JP 2019063605 A JP2019063605 A JP 2019063605A JP 2019063605 A JP2019063605 A JP 2019063605A JP 7196730 B2 JP7196730 B2 JP 7196730B2
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Description

本発明は、炭化水素製造装置、および、炭化水素製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a hydrocarbon production device and a hydrocarbon production method.

従来から、燃焼炉などが排出する排ガスから二酸化炭素を回収し、水素と反応させてメタンなどの炭化水素化合物を製造する炭化水素化合物製造装置が知られている。例えば、特許文献1には、排ガス中の二酸化炭素と、水電解装置から供給される水素からメタンを製造する技術が開示されている。 Conventionally, there has been known a hydrocarbon compound production apparatus that recovers carbon dioxide from exhaust gas emitted from a combustion furnace or the like and reacts it with hydrogen to produce a hydrocarbon compound such as methane. For example, Patent Literature 1 discloses a technique for producing methane from carbon dioxide in exhaust gas and hydrogen supplied from a water electrolysis device.

国際公開2016/076041号WO2016/076041

従来から、メタンを安定して製造するため、反応部に供給される二酸化炭素と水素の混合ガスを一時的に貯蔵する貯蔵部が知られている。貯蔵部は、昇圧動力を用いて混合ガスを加圧することによって体格を小さくすることが可能である。しかしながら、昇圧動力が大きくなると、システム効率が低下するという問題がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a storage part that temporarily stores a mixed gas of carbon dioxide and hydrogen to be supplied to a reaction part in order to stably produce methane. The reservoir can be reduced in size by pressurizing the gas mixture using boost power. However, there is a problem that system efficiency decreases when boosting power increases.

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、炭化水素製造装置において、システム効率の低下を抑制しつつ、装置の体格を小さくす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 it is an object of the present invention to provide a technique for reducing the size of a hydrocarbon production apparatus while suppressing a decrease in system efficiency.

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 part of the above problems, and can be implemented as the following modes.

(1)本発明の一形態によれば、炭化水素製造装置が提供される。この炭化水素製造装置は、二酸化炭素と水素を用いて、炭化水素化合物を生成する主反応部と、前記主反応部に供給される二酸化炭素と水素を含む混合ガスが流通する供給流路と、前記供給流路上に設けられ、前記主反応部に供給される前の前記混合ガスを貯蔵する貯蔵部と、前記供給流路のうち、前記貯蔵部の上流側に設けられ、前記貯蔵部に貯蔵される前の前記混合ガスを用いて、炭化水素化合物を生成するプレ反応部と、を備え、前記貯蔵部には、前記プレ反応部で生成された炭化水素化合物を含む前記混合ガスが貯蔵される。 (1) According to one aspect of the present invention, a hydrocarbon production apparatus is provided. This hydrocarbon production apparatus includes a main reaction section for producing a hydrocarbon compound using carbon dioxide and hydrogen, a supply channel through which a mixed gas containing carbon dioxide and hydrogen to be supplied to the main reaction section flows, a storage section provided on the supply channel for storing the mixed gas before being supplied to the main reaction section; and a storage section provided on the upstream side of the storage section in the supply channel for storing and a pre-reaction section that generates a hydrocarbon compound using the mixed gas before being processed, and the storage section stores the mixed gas containing the hydrocarbon compound generated in the pre-reaction section. be.

この構成によれば、貯蔵部には、プレ反応部において生成された炭化水素化合物と、プレ反応部において未反応の二酸化炭素と水素とを含む混合ガスが貯蔵される。二酸化炭素と水素の混合ガスから炭化水素化合物を生成すると、反応後の炭化水素化合物を含む混合ガスの体積は、反応前の炭化水素化合物を含まない混合ガスの体積より減少する。このことから、プレ反応部において貯蔵部に貯蔵される前の混合ガスを用いて炭化水素化合物を生成すると、貯蔵部に貯蔵される混合ガスの体積は、プレ反応部を備えていない場合より小さくなる。これにより、貯蔵部を小さくすることができる。また、貯蔵部に貯蔵される混合ガスの体積が小さくなるため、昇圧に必要な動力を少なくすることができる。したがって、システム効率の低下を抑制しつつ、装置の体格を小さくすることができる。 According to this configuration, the storage section stores the mixed gas containing the hydrocarbon compound produced in the pre-reaction section and the unreacted carbon dioxide and hydrogen in the pre-reaction section. When a hydrocarbon compound is produced from a mixed gas of carbon dioxide and hydrogen, the volume of the mixed gas containing the hydrocarbon compound after the reaction is smaller than the volume of the mixed gas without the hydrocarbon compound before the reaction. From this, when a hydrocarbon compound is produced in the pre-reaction part using the mixed gas before being stored in the storage part, the volume of the mixed gas stored in the storage part is smaller than when the pre-reaction part is not provided. Become. This makes it possible to reduce the size of the reservoir. Moreover, since the volume of the mixed gas stored in the storage section is small, the power required for pressurization can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the physical size of the apparatus while suppressing a decrease in system efficiency.

(2)上記形態の炭化水素製造装置において、前記供給流路のうち、前記プレ反応部と前記貯蔵部との間に設けられ、前記プレ反応部から取り出され前記貯蔵部に貯蔵される前の前記混合ガスに含まれる高沸点成分を前記混合ガスから分離する分離部を備えてもよい。この構成によれば、プレ反応部での炭化水素化合物の生成反応によって発生する高沸点成分、例えば、メタンを生成した時に発生する水分を、貯蔵部に貯蔵する前に、混合ガスから分離する。これにより、貯蔵部に貯蔵される混合ガスの体積をさらに小さくすることができるため、貯蔵部をさらに小さくすることができる。したがって、装置の体格をさらに小さくすることができる。 (2) In the hydrocarbon production apparatus of the above aspect, the supply channel is provided between the pre-reaction section and the storage section, and the fuel is taken out from the pre-reaction section and before being stored in the storage section. A separation section may be provided for separating high boiling point components contained in the mixed gas from the mixed gas. According to this configuration, high-boiling-point components generated by the hydrocarbon compound generation reaction in the pre-reaction section, such as moisture generated when methane is generated, are separated from the mixed gas before being stored in the storage section. As a result, the volume of the mixed gas stored in the storage section can be further reduced, so that the storage section can be further reduced in size. Therefore, the physical size of the device can be further reduced.

(3)上記形態の炭化水素製造装置において、前記供給流路のうち、前記プレ反応部と前記貯蔵部との間に設けられ、前記貯蔵部に貯蔵される前の前記混合ガスを昇圧する下流側昇圧部を備えてもよい。この構成によれば、貯蔵部に貯蔵される混合ガスを、貯蔵部に貯蔵される前に圧縮することができるため、貯蔵部に貯蔵される混合ガスの体積をさらに小さくすることができる。したがって、貯蔵部をさらに小さくすることができるため、装置の体格をさらに小さくすることができる。 (3) In the hydrocarbon production apparatus of the above aspect, a downstream side of the supply flow path is provided between the pre-reaction section and the storage section and pressurizes the mixed gas before being stored in the storage section. A side booster may be provided. According to this configuration, the mixed gas stored in the storage section can be compressed before being stored in the storage section, so the volume of the mixed gas stored in the storage section can be further reduced. Therefore, the size of the device can be further reduced because the reservoir can be made smaller.

(4)上記形態の炭化水素製造装置において、前記プレ反応部と前記貯蔵部との間に設けられ、前記混合ガスの濃度に関連する情報を取得する第1濃度情報取得部と、前記第1濃度情報取得部が取得した前記情報を用いて前記下流側昇圧部を制御することによって、前記貯蔵部に貯蔵される前記混合ガスの圧力を調整する下流側圧力制御部と、を備えてもよい。この構成によれば、例えば、下流側圧力制御部は、混合ガスの濃度に関連する情報を用いてプレ反応部における炭化水素化合物の反応率を推定する。下流側圧力制御部は、プレ反応部における炭化水素化合物の推定反応率が目標反応率より低い場合、貯蔵部に貯蔵される前の混合ガスを、推定反応率と目標反応率との差分に応じて圧縮されるように、下側昇圧部を制御する。これにより、目標反応率に応じて事前に設定されている大きさの貯蔵部は、主反応部に供給される混合ガスを貯蔵することができる。また、下流側圧力制御部は、プレ反応部における炭化水素化合物の推定反応率を用いて、貯蔵部から主反応部に供給される混合ガスの圧力を、主反応部で想定される変動の範囲内となるように、混合ガスの圧力を修正することができる。 (4) In the hydrocarbon production apparatus of the aspect described above, a first concentration information acquisition section provided between the pre-reaction section and the storage section for acquiring information related to the concentration of the mixed gas; a downstream pressure control unit that adjusts the pressure of the mixed gas stored in the storage unit by controlling the downstream pressure increasing unit using the information acquired by the concentration information acquisition unit. . According to this configuration, for example, the downstream pressure control section estimates the reaction rate of the hydrocarbon compound in the pre-reaction section using information related to the concentration of the mixed gas. When the estimated reaction rate of the hydrocarbon compound in the pre-reaction section is lower than the target reaction rate, the downstream pressure control section adjusts the mixed gas before being stored in the storage section according to the difference between the estimated reaction rate and the target reaction rate. control the lower booster so that it is compressed Thereby, the storage portion having a size preset according to the target reaction rate can store the mixed gas supplied to the main reaction portion. Further, the downstream pressure control section uses the estimated reaction rate of the hydrocarbon compound in the pre-reaction section to adjust the pressure of the mixed gas supplied from the storage section to the main reaction section within the range of variation expected in the main reaction section. The pressure of the mixed gas can be modified so that

(5)上記形態の炭化水素製造装置において、前記供給流路上のうち前記プレ反応部の上流側に設けられ、前記プレ反応部に供給される前記混合ガスを昇圧する上流側昇圧部を備えてもよい。この構成によれば、プレ反応部に供給される混合ガスの圧力を高めることができるため、プレ反応部での炭化水素化合物の反応率を向上することができる。これにより、貯蔵部に貯蔵される混合ガスの体積をさらに小さくすることができるため、貯蔵部をさらに小さくすることができる。したがって、装置の体格をさらに小さくすることができる。 (5) In the hydrocarbon production apparatus of the above aspect, an upstream pressurizing section is provided upstream of the pre-reaction section in the supply flow path and pressurizes the mixed gas supplied to the pre-reaction section. good too. According to this configuration, the pressure of the mixed gas supplied to the pre-reaction section can be increased, so that the reaction rate of the hydrocarbon compound in the pre-reaction section can be improved. As a result, the volume of the mixed gas stored in the storage section can be further reduced, so that the storage section can be further reduced in size. Therefore, the physical size of the device can be further reduced.

(6)上記形態の炭化水素製造装置において、前記プレ反応部と前記貯蔵部との間に設けられ、前記混合ガスの濃度に関連する情報を取得する第2濃度情報取得部と、前記第2濃度情報取得部が取得した前記情報を用いて前記上流側昇圧部を制御することによって、前記プレ反応部に供給される前記混合ガスの圧力を調整する上流側圧力制御部と、を備えてもよい。この構成によれば、例えば、上流側圧力制御部は、混合ガスの濃度に関連する情報を用いてプレ反応部における炭化水素化合物の反応率を推定する。上流側圧力制御部は、プレ反応部における炭化水素化合物の推定反応率が目標反応率より低い場合、プレ反応部に供給される混合ガスをさらに圧縮するように、上流側昇圧部を制御する。これにより、プレ反応部における反応率を向上させ、反応率を目標反応率とすることができる。したがって、目標反応率に応じて事前に設定されている大きさの貯蔵部は、主反応部に供給される混合ガスを貯蔵することができる。 (6) In the hydrocarbon production apparatus of the aspect described above, a second concentration information acquisition section provided between the pre-reaction section and the storage section for acquiring information related to the concentration of the mixed gas; an upstream pressure control unit that adjusts the pressure of the mixed gas supplied to the pre-reaction unit by controlling the upstream pressure increasing unit using the information acquired by the concentration information acquisition unit. good. According to this configuration, for example, the upstream pressure control section estimates the reaction rate of the hydrocarbon compound in the pre-reaction section using information related to the concentration of the mixed gas. The upstream pressure control section controls the upstream pressure increasing section to further compress the mixed gas supplied to the pre-reaction section when the estimated reaction rate of the hydrocarbon compound in the pre-reaction section is lower than the target reaction rate. Thereby, the reaction rate in the pre-reaction section can be improved and the reaction rate can be set to the target reaction rate. Therefore, a reservoir having a size preset according to the target reaction rate can store the mixed gas supplied to the main reaction section.

(7)上記形態の炭化水素製造装置において、前記プレ反応部には、前記プレ反応部での炭化水素化合物の生成反応熱を回収する熱媒体が流れる熱媒体流路が形成されており、前記炭化水素製造装置は、さらに、前記プレ反応部に供給される前記混合ガスの濃度または流量に関連する情報を取得するガス情報取得部と、前記熱媒体流路を流れる熱媒体の流量を調整する流量調整部と、前記ガス情報取得部が取得した前記情報を用いて前記流量調整部を制御する流量制御部と、を備えてもよい。この構成によれば、プレ反応部に供給される混合ガスの濃度または流量に関連する情報を用いて、プレ反応部での反応率が所望の反応率となるように、プレ反応部の温度を熱媒体の流量で調整する。これにより、プレ反応部の温度を熱媒体の流量で調整することでプレ反応部での反応率を高め、貯蔵部に貯蔵される混合ガスの体積をさらに小さくすることができる。したがって、装置の体格をさらに小さくすることができる。 (7) In the hydrocarbon production apparatus of the above aspect, the pre-reaction section is formed with a heat medium flow path through which a heat medium for recovering reaction heat of the formation of the hydrocarbon compound in the pre-reaction section flows. The hydrocarbon production apparatus further includes a gas information acquisition unit that acquires information related to the concentration or flow rate of the mixed gas supplied to the pre-reaction unit, and adjusts the flow rate of the heat medium flowing through the heat medium flow path. A flow rate adjusting section and a flow rate controlling section that controls the flow rate adjusting section using the information acquired by the gas information acquiring section may be provided. According to this configuration, the temperature of the pre-reaction section is adjusted so that the reaction rate in the pre-reaction section becomes a desired reaction rate using information related to the concentration or flow rate of the mixed gas supplied to the pre-reaction section. Adjust with the flow rate of the heat transfer medium. Accordingly, by adjusting the temperature of the pre-reaction section with the flow rate of the heat medium, the reaction rate in the pre-reaction section can be increased, and the volume of the mixed gas stored in the storage section can be further reduced. Therefore, the physical size of the device can be further reduced.

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、炭化水素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、炭化水素製造方法、炭化水素製造装置の製造方法、二酸化炭素回収装置、二酸化炭素循環システム、炭化水素を燃料とする燃料製造装置などの形態で実現することができる。 The present invention can be implemented in various aspects, for example, a control method for a hydrocarbon production apparatus, a computer program for causing a computer to execute this control method, a hydrocarbon production method, and a hydrocarbon production apparatus manufacturing method. It can be realized in the form of a method, a carbon dioxide recovery device, a carbon dioxide circulation system, a fuel production device using hydrocarbon as fuel, and the like.

第1実施形態の炭化水素製造装置の概略構成を示した説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is explanatory drawing which showed schematic structure of the hydrocarbon production apparatus of 1st Embodiment. 吸着部出口での混合ガスの流量および濃度の時間変化を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing temporal changes in flow rate and concentration of a mixed gas at an outlet of an adsorption section; メタネーション反応による体積の減少率を説明する説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the rate of volume reduction due to a methanation reaction; 比較例での反応部ガス濃度と貯蔵部体積の関係を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the gas concentration of the reaction part and the volume of the storage part in a comparative example; 第1実施形態での反応部ガス濃度と貯蔵部体積の関係を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the gas concentration of the reaction part and the volume of the storage part in the first embodiment; 第1実施形態での反応部ガス濃度と貯蔵部体積の関係を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the gas concentration of the reaction part and the volume of the storage part in the first embodiment; 第2実施形態の炭化水素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 configuration of a hydrocarbon production apparatus of a second embodiment. 第3実施形態の炭化水素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 configuration of a hydrocarbon production apparatus of a third embodiment. プレ反応部に供給されるガス濃度と熱媒体流量の関係を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the concentration of gas supplied to the pre-reaction section and the flow rate of the heat medium;

<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、二酸化炭素(CO2)と水素(H2)からメタン(CH4)を製造する装置であり、本実施形態では、排ガスから回収したCO2を用いてCH4を製造する。メタン製造装置1は、第1吸着部11と、第2吸着部12と、水素供給源13と、供給流路15と、プレ反応部20と、凝縮器25と、昇圧器30と、貯蔵部35と、主反応部40と、第1CO2濃度計46と、第2CO2濃度計47と、制御部50を備える。なお、本実施形態は、CH4以外の炭化水素化合物を製造する炭化水素製造装置にも適用可能であり、例えば、エタンやプロパンなどの炭素と水素とから構成される化合物や主に炭素と水素とから構成される化合物を「炭化水素化合物」として製造する「炭化水素製造装置」にも適用可能である。
<First embodiment>
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a methane production apparatus 1 according to the first embodiment. The methane production apparatus 1 is an apparatus for producing methane (CH 4 ) from carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen (H 2 ). In this embodiment, CO 2 recovered from exhaust gas is used to produce CH 4 . . The methane production apparatus 1 includes a first adsorption section 11, a second adsorption section 12, a hydrogen supply source 13, a supply channel 15, a pre-reaction section 20, a condenser 25, a booster 30, and a storage section. 35 , a main reaction section 40 , a first CO 2 concentration meter 46 , a second CO 2 concentration meter 47 and a control section 50 . Note that this embodiment can also be applied to a hydrocarbon production apparatus that produces hydrocarbon compounds other than CH4 . For example, compounds composed of carbon and hydrogen, such as ethane and propane, and It can also be applied to a "hydrocarbon production apparatus" for producing a compound composed of and as a "hydrocarbon compound".

第1吸着部11と第2吸着部12は、排ガスに含まれるCO2を排ガスから回収する。第1吸着部11と第2吸着部12には、それぞれの内部に、CO2吸蔵性能を有する材料、例えば、ゼオライト、活性炭、シリカゲルなどの吸着材11a、12aが収容されている。第1吸着部11と第2吸着部12は、CO2を含む排ガスを排出する、例えば、燃焼炉や高炉などの、排気ガス供給源5に接続している。排気ガス供給源5が排出する排ガスは、排ガスから水分を分離する脱水部6を通って、第1吸着部11と第2吸着部12に流入する。 The first adsorption unit 11 and the second adsorption unit 12 recover CO 2 contained in the exhaust gas from the exhaust gas. The first adsorption part 11 and the second adsorption part 12 contain therein adsorbents 11a and 12a such as materials having CO 2 storage performance, such as zeolite, activated carbon, and silica gel. The first adsorption part 11 and the second adsorption part 12 are connected to an exhaust gas supply source 5, for example a combustion furnace or a blast furnace, which discharges exhaust gas containing CO2 . The exhaust gas discharged from the exhaust gas supply source 5 flows into the first adsorption unit 11 and the second adsorption unit 12 through the dehydration unit 6 that separates moisture from the exhaust gas.

第1吸着部11と第2吸着部12は、排ガスが交互に流入することで、排ガスからCO2を回収する。具体的には、第1吸着部11に排ガスを流入させ吸着材11aの吸着によってCO2を排ガスから分離しているとき、第2吸着部12に、後述する水素供給源13が供給するH2を流入させる。第2吸着部12では、H2の流入によって、吸着材12aにすでに吸着しているCO2が吸着材12aから脱離する。吸着材12aから脱離したCO2は、H2と混合される。また、第2吸着部12に排ガスを流入させ吸着材12aの吸着によってCO2を排ガスから分離しているとき、第1吸着部11に、水素供給源13が供給するH2を流入させる。第1吸着部11では、H2の流入によって吸着材12aから脱離したCO2とH2とが混合される。このように、第1吸着部11と第2吸着部12は、交互に吸着と脱離とを繰り返すことで、排ガスからCO2を回収するとともに、CO2とH2を混合させた混合ガスを生成する。 The exhaust gas alternately flows into the first adsorption unit 11 and the second adsorption unit 12, thereby recovering CO 2 from the exhaust gas. Specifically, when exhaust gas flows into the first adsorption unit 11 and CO 2 is separated from the exhaust gas by adsorption of the adsorbent 11 a, H 2 is supplied to the second adsorption unit 12 from the hydrogen supply source 13 described later. inflow. In the second adsorption part 12, the inflow of H 2 desorbs CO 2 already adsorbed on the adsorbent 12a from the adsorbent 12a. CO 2 desorbed from adsorbent 12a is mixed with H 2 . Further, when exhaust gas flows into the second adsorption unit 12 and CO 2 is separated from the exhaust gas by adsorption of the adsorbent 12 a, H 2 supplied from the hydrogen supply source 13 flows into the first adsorption unit 11 . In the first adsorption part 11, CO 2 desorbed from the adsorbent 12a and H 2 are mixed by the inflow of H 2 . In this manner, the first adsorption unit 11 and the second adsorption unit 12 alternately repeat adsorption and desorption, thereby recovering CO 2 from the exhaust gas and producing a mixed gas of CO 2 and H 2 . Generate.

水素供給源13は、例えば、水電解装置や水素タンクによって構成される。水素供給源13は、水素流路13aを介して、第1吸着部11と第2吸着部12に接続している。水素流路13aを介して供給されるH2は、第1吸着部11内および第2吸着部12内をパージするとともに、CO2とプレ反応部20に供給される混合ガスを構成する。水素供給源13は、水素流路13bを介して、後述する貯蔵部35と主反応部40との間の供給流路15に接続している。水素流路13bには、水素供給源13が供給流路15に供給するH2を昇圧するための昇圧器13cが配置されている。水素流路13bを介して供給されるH2は、主反応部40に供給される直前の混合ガスに合流し、主反応部40でのメタネーション反応に利用される。 The hydrogen supply source 13 is configured by, for example, a water electrolysis device or a hydrogen tank. The hydrogen supply source 13 is connected to the first adsorption section 11 and the second adsorption section 12 via the hydrogen flow path 13a. The H 2 supplied through the hydrogen flow path 13 a purges the insides of the first adsorption section 11 and the second adsorption section 12 and constitutes the mixed gas supplied to the pre-reaction section 20 with CO 2 . The hydrogen supply source 13 is connected to the supply channel 15 between the later-described storage section 35 and the main reaction section 40 via the hydrogen channel 13b. A booster 13c for boosting the pressure of H 2 supplied from the hydrogen supply source 13 to the supply channel 15 is arranged in the hydrogen channel 13b. The H 2 supplied through the hydrogen flow path 13b joins the mixed gas just before being supplied to the main reaction section 40 and is used for the methanation reaction in the main reaction section 40 .

供給流路15は、第1吸着部11および第2吸着部12と、主反応部40とを接続する流路であり、第1吸着部11および第2吸着部12において混合されたCO2とH2を含む混合ガスを、主反応部40に供給する。本実施形態では、供給流路15上には、プレ反応部20と、凝縮器25と、昇圧器30と、貯蔵部35とが、この順番で設けられている。 The supply flow path 15 is a flow path that connects the first adsorption section 11 and the second adsorption section 12 and the main reaction section 40, and the CO 2 mixed in the first adsorption section 11 and the second adsorption section 12 and A mixed gas containing H 2 is supplied to the main reaction section 40 . In this embodiment, a pre-reaction section 20, a condenser 25, a booster 30, and a storage section 35 are provided in this order on the supply channel 15. As shown in FIG.

プレ反応部20は、内部においてメタネーション反応によりCH4を生成するための略筒形状の容器であり、二重管によって構成されている。プレ反応部20の内側の管内には、メタン化触媒性能を有する金属を含んでいる触媒21が配置されている。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。プレ反応部20の外側の管内には、メタネーション反応によって発生する熱を回収可能な熱媒体が流れる熱媒体流路22が形成されている。 The pre-reaction part 20 is a substantially cylindrical container for generating CH 4 by a methanation reaction inside, and is composed of a double tube. A catalyst 21 containing a metal having methanation catalytic performance is arranged in the inner tube of the pre-reaction section 20 . Examples of metals having methanation catalytic performance include Ru and Ni. A heat medium channel 22 through which a heat medium capable of recovering heat generated by the methanation reaction flows is formed in the tube outside the pre-reaction section 20 .

プレ反応部20の上流側には、第1吸着部11および第2吸着部12が設けられ、下流側には凝縮器25が設けられている。プレ反応部20にCO2とH2を含む混合ガスが供給されると、混合ガスの一部にメタネーション反応が進行し、CH4が生成される。生成されたCH4と「高沸点成分」としてのH2O、および、未反応のCO2とH2を含む混合ガスは、供給流路15を通って、凝縮器25に供給される。 A first adsorption section 11 and a second adsorption section 12 are provided on the upstream side of the pre-reaction section 20, and a condenser 25 is provided on the downstream side thereof. When a mixed gas containing CO 2 and H 2 is supplied to the pre-reaction section 20, a methanation reaction proceeds in part of the mixed gas to generate CH 4 . A mixed gas containing the produced CH 4 , H 2 O as a “high boiling point component”, and unreacted CO 2 and H 2 is supplied to the condenser 25 through the supply passage 15 .

凝縮器25は、流体を冷却可能な熱交換器であり、プレ反応部20で生成されたCH4とH2O、および、未反応のCO2とH2を含む混合ガスを冷却する。凝縮器25での冷却によって、混合ガスに含まれるH2Oが凝縮し、水となって混合ガスから分離される。水が分離された混合ガスは、供給流路15を通って、昇圧器30に供給される。 The condenser 25 is a heat exchanger capable of cooling a fluid, and cools the mixed gas containing CH 4 and H 2 O produced in the pre-reaction section 20 and unreacted CO 2 and H 2 . By cooling in the condenser 25, the H 2 O contained in the mixed gas is condensed into water and separated from the mixed gas. The mixed gas from which water has been separated is supplied to the booster 30 through the supply flow path 15 .

昇圧器30は、流体を加圧可能なポンプであり、凝縮器25において水が分離された混合ガスを昇圧する。本実施形態では、昇圧器30での昇圧の程度は、後述する制御部50によって設定される。昇圧器30で昇圧された混合ガスは、供給流路15を通って、貯蔵部35に供給される。 The booster 30 is a pump capable of pressurizing the fluid, and boosts the pressure of the mixed gas from which water has been separated in the condenser 25 . In this embodiment, the degree of boosting by the booster 30 is set by the control unit 50, which will be described later. The mixed gas pressurized by the booster 30 is supplied to the storage section 35 through the supply flow path 15 .

貯蔵部35は、流体を貯蔵するタンクであり、昇圧器30によって昇圧された混合ガスを貯蔵する。貯蔵部35に貯蔵された混合ガスは、供給流路15において、水素供給源13が供給するH2と合流し、主反応部40に供給される。 The storage unit 35 is a tank that stores fluid, and stores the mixed gas pressurized by the booster 30 . The mixed gas stored in the storage section 35 joins with H 2 supplied from the hydrogen supply source 13 in the supply channel 15 and is supplied to the main reaction section 40 .

主反応部40は、プレ反応部20と同様の形状をなしている容器であり、内側の管内には、触媒41が配置されている。触媒41は、触媒21と同様に、メタン化触媒性能を有する金属を含んでいる。主反応部40の外側の管内には、メタネーション反応によって発生する熱を回収可能な熱媒体が流れる熱媒体流路42が形成されている。 The main reaction section 40 is a container having the same shape as the pre-reaction section 20, and a catalyst 41 is arranged in the inner tube. Catalyst 41, like catalyst 21, contains a metal having methanation catalytic properties. A heat medium channel 42 through which a heat medium capable of recovering heat generated by the methanation reaction flows is formed in the tube outside the main reaction section 40 .

主反応部40には、貯蔵部35において一時的に貯蔵されたCH4やプレ反応部20では未反応だったCO2とH2を含む混合ガスが供給流路15から供給される。主反応部40の内部では、未反応のCO2とH2を用いたメタネーション反応によって、CH4が生成される。主反応部40で生成されたCH4とH2Oを含む生成ガスは、主反応部40の下流側に接続する生成ガス流路16を経由して、メタン製造装置1の外部の装置に供給される。 Mixed gas containing CH 4 temporarily stored in the storage section 35 and CO 2 and H 2 that have not reacted in the pre-reaction section 20 is supplied to the main reaction section 40 from the supply passage 15 . Inside the main reaction section 40, CH 4 is produced by a methanation reaction using unreacted CO 2 and H 2 . The generated gas containing CH 4 and H 2 O generated in the main reaction section 40 is supplied to a device outside the methane production apparatus 1 via the generated gas flow path 16 connected to the downstream side of the main reaction section 40. be done.

第1CO2濃度計46は、凝縮器25と昇圧器30との間の供給流路15を流れる混合ガスのCO2濃度を検出する。第1CO2濃度計46は、検出した混合ガスのCO2濃度を、制御部50に出力する。 A first CO 2 concentration meter 46 detects the CO 2 concentration of the mixed gas flowing through the supply flow path 15 between the condenser 25 and the booster 30 . The first CO 2 concentration meter 46 outputs the detected CO 2 concentration of the mixed gas to the controller 50 .

第2CO2濃度計47は、貯蔵部35と主反応部40との間の供給流路15を流れる混合ガスであって、水素供給源13が供給するH2が合流する前の混合ガスのCO2濃度を検出する。第2CO2濃度計47は、検出した混合ガスのCO2濃度を、制御部50に出力する。 The second CO 2 concentration meter 47 is a mixed gas flowing through the supply channel 15 between the storage section 35 and the main reaction section 40, and the CO of the mixed gas before the H 2 supplied from the hydrogen supply source 13 joins. 2 to detect concentrations. The second CO 2 concentration meter 47 outputs the detected CO 2 concentration of the mixed gas to the controller 50 .

制御部50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、排気ガス供給源5から送られる排ガスに対する第1吸着部11と第2吸着部12との切り替えなど、メタン製造装置1の全体の制御をおこなう。制御部50は、圧力制御部50aと、流量制御部50bなどを有している。 The control unit 50 is a computer including a ROM, a RAM, and a CPU. It controls the entire device 1 . The control unit 50 has a pressure control unit 50a, a flow control unit 50b, and the like.

圧力制御部50aは、第1CO2濃度計46と昇圧器30とに電気的に接続している。圧力制御部50aは、第1CO2濃度計46が検出した混合ガスのCO2濃度を用いて、プレ反応部20におけるCH4の反応率を推定する。圧力制御部50aは、推定されたCH4の反応率を用いて昇圧器30を制御し、貯蔵部35に供給される混合ガスの圧力を調整する。 The pressure controller 50 a is electrically connected to the first CO 2 concentration meter 46 and the booster 30 . The pressure control section 50a estimates the reaction rate of CH 4 in the pre-reaction section 20 using the CO 2 concentration of the mixed gas detected by the first CO 2 concentration meter 46 . The pressure control unit 50 a controls the pressure booster 30 using the estimated reaction rate of CH 4 to adjust the pressure of the mixed gas supplied to the storage unit 35 .

流量制御部50bは、第2CO2濃度計47と、供給流路15に配置されている流量調整器48と、水素流路13bに配置されている流量調整器13dとに電気的に接続している。流量調整器48は、貯蔵部35と主反応部40との間の供給流路15を流れる混合ガスであって、水素供給源13が供給するH2が合流する前の混合ガスの流量を検出する。流量制御部50bは、第2CO2濃度計47が検出した混合ガスのCO2濃度と、流量調整器48が検出した混合ガスの流量とを用いて、主反応部40に供給される混合ガスに必要なH2の量を推定する。流量制御部50bは、流量調整器13dを制御し、推定した量のH2が、貯蔵部35から主反応部40に供給される混合ガスに加えられるように、水素供給源13が供給するH2の流量を調整する。 The flow controller 50b is electrically connected to the second CO 2 concentration meter 47, the flow regulator 48 arranged in the supply channel 15, and the flow regulator 13d arranged in the hydrogen channel 13b. there is The flow rate regulator 48 detects the flow rate of the mixed gas flowing through the supply channel 15 between the storage section 35 and the main reaction section 40 and before the H 2 supplied from the hydrogen supply source 13 joins. do. The flow control unit 50b uses the CO 2 concentration of the mixed gas detected by the second CO 2 concentration meter 47 and the flow rate of the mixed gas detected by the flow regulator 48 to adjust the mixed gas supplied to the main reaction unit 40. Estimate the amount of H2 required. Flow control unit 50b controls flow regulator 13d so that the estimated amount of H 2 is added to the mixed gas supplied from storage unit 35 to main reaction unit 40, so that the hydrogen supply source 13 supplies H 2 . Adjust the flow rate of 2 .

本実施形態では、CH4を製造するとき、上述したように、第1吸着部11と第2吸着部12の2つの吸着部を切り替えて、排ガスからCO2を回収している。この2つの吸着部を用いたCO2の回収では、第1吸着部11と第2吸着部12のいずれか一方の吸着部でCO2を吸着する吸着工程を実施しているとき、第1吸着部11と第2吸着部12のいずれか他方の吸着部では、吸着材に吸着されているCO2を脱離させる脱離工程を実施している。 In the present embodiment, when producing CH 4 , as described above, the two adsorption units, ie, the first adsorption unit 11 and the second adsorption unit 12 are switched to recover CO 2 from the exhaust gas. In the recovery of CO 2 using these two adsorption units, when the adsorption step of adsorbing CO 2 is performed in either one of the first adsorption unit 11 and the second adsorption unit 12, the first adsorption unit In the other adsorption section, either the section 11 or the second adsorption section 12, a desorption process is performed to desorb CO 2 adsorbed on the adsorbent.

図2は、脱璃工程における吸着部出口での混合ガスの流量および濃度の時間変化を示す説明図である。図2には、脱離工程における吸着部出口(図1の点P1)での流量およびH2/CO2濃度の時間変化の一例を示している。なお、図2での脱離工程では、第1吸着部11と第2吸着部12とのそれぞれに供給されるH2流量は、一定としている。図2には、排ガスに対する第1吸着部11と第2吸着部12との切り替えタイミングを、時刻t0で示す。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing temporal changes in the flow rate and concentration of the mixed gas at the outlet of the adsorption section in the delithization step. FIG. 2 shows an example of temporal changes in flow rate and H 2 /CO 2 concentration at the adsorption section outlet (point P1 in FIG. 1) in the desorption step. In addition, in the desorption step in FIG. 2, the flow rate of H 2 supplied to each of the first adsorption section 11 and the second adsorption section 12 is constant. In FIG. 2, the switching timing between the first adsorption unit 11 and the second adsorption unit 12 for the exhaust gas is indicated by time t0.

図2に示すように、吸着部を切り替えた直後は、吸着材に吸着されているCO2の排出が容易であるため、流量は増加する一方、H2/CO2濃度は低下する(図2の時刻t0以降)。その後、吸着材でのCO2の脱離が進行すると吸着量が減少するため、脱離するCO2の量も減少するため、H2/CO2濃度は上昇する(図2の時刻t1以降)。H2/CO2濃度が上昇したのち、脱離工程中に図示しない減圧ポンプによる吸着部内の減圧やヒータによる吸着材の加熱などによって、CO2の排出を促進させると、再びH2/CO2濃度は低下する(図2の時刻t2以降)。しかしながら、時間が経過すると、H2/CO2濃度は、再び上昇するため、吸着部の切り替えを行い、別の吸着部で脱離工程を実施する。 As shown in FIG. 2, immediately after switching the adsorption part, CO 2 adsorbed by the adsorbent can be easily discharged, so the flow rate increases while the H 2 /CO 2 concentration decreases (see FIG. 2 after time t0). After that, as the desorption of CO 2 in the adsorbent progresses, the adsorption amount decreases, and the amount of desorbed CO 2 also decreases, so the H 2 /CO 2 concentration increases (after time t1 in FIG. 2). . After the H 2 /CO 2 concentration rises, the discharge of CO 2 is accelerated by reducing the pressure in the adsorption section with a decompression pump (not shown) or heating the adsorbent with a heater during the desorption process, and the H 2 /CO 2 rises again. The concentration decreases (after time t2 in FIG. 2). However, as time elapses, the H 2 /CO 2 concentration rises again, so the adsorption section is switched and the desorption process is carried out in another adsorption section.

このように、吸着材によって回収したCO2を用いてCH4を製造する場合、CO2の供給量および流量の変動が比較的大きくなる。そこで、本実施形態では、第1吸着部11および第2吸着部12において混合されたCO2とH2との混合ガスを、貯蔵部35に一時的に貯蔵することによって、主反応部40での反応率の変動を抑制する。 Thus, when CH 4 is produced using CO 2 recovered by the adsorbent, fluctuations in the supply amount and flow rate of CO 2 are relatively large. Therefore, in the present embodiment, by temporarily storing the mixed gas of CO 2 and H 2 mixed in the first adsorption section 11 and the second adsorption section 12 in the storage section 35, suppress the fluctuation of the reaction rate of

さらに、本実施形態では、貯蔵部35に貯蔵される前のCO2とH2との混合ガスを用いて、貯蔵部35の上流側に設けられるプレ反応部20においてCH4を生成するとともに、プレ反応部20でのメタネーション反応によって生成される水分を凝縮器25によって混合ガスから分離し回収する。これにより、貯蔵部35に貯蔵される混合ガスの体積を小さくする。 Furthermore, in the present embodiment, the mixed gas of CO 2 and H 2 before being stored in the storage unit 35 is used to generate CH 4 in the pre-reaction unit 20 provided on the upstream side of the storage unit 35, Moisture generated by the methanation reaction in the pre-reaction section 20 is separated from the mixed gas by the condenser 25 and recovered. This reduces the volume of the mixed gas stored in the storage section 35 .

図3は、メタネーション反応による体積の減少率を説明する説明図である。図3(a)は、図3(b)に示す反応部10aと、反応部10aが排出する生成ガスから水分を分離する凝縮器10bとから構成されるメタン製造装置4における物質収支を示している。図3(b)の反応部10aは、本実施形態でのプレ反応部20とみなすことができ、凝縮器10bは、本実施形態で凝縮器25とみなすことができる。 FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the volume reduction rate due to the methanation reaction. FIG. 3(a) shows the material balance in the methane production apparatus 4, which is composed of the reaction section 10a shown in FIG. 3(b) and the condenser 10b that separates moisture from the produced gas discharged from the reaction section 10a. there is The reaction section 10a in FIG. 3(b) can be regarded as the pre-reaction section 20 in this embodiment, and the condenser 10b can be regarded as the condenser 25 in this embodiment.

図3(a)は、横軸に示すH2/CO2濃度に対する、メタン製造装置4に流入する混合ガスの体積Viと流出する生成ガスの体積Voとの比を示している。図3(a)には、複数のCH4の反応率(CO2のCH4への変換率)のそれぞれにおけるH2/CO2濃度に対する体積比Vo/Viの関係を示している。生成ガスの体積Voは、図3(b)に示すように、反応部10aから排出されたガスから、凝縮器10bによって水分を除去した値を示している。 FIG. 3(a) shows the ratio between the volume Vi of the mixed gas flowing into the methane production apparatus 4 and the volume Vo of the produced gas flowing out, with respect to the H 2 /CO 2 concentration shown on the horizontal axis. FIG . 3(a) shows the relationship between the volume ratio Vo/Vi and the H2/ CO2 concentration for each of a plurality of CH4 reaction rates ( CO2 conversion rate to CH4). As shown in FIG. 3(b), the volume Vo of the generated gas indicates a value obtained by removing moisture from the gas discharged from the reaction section 10a by the condenser 10b.

二酸化炭素と水素とのメタネーション反応の反応式は、以下の式(1)となる。
CO2+4H2 → CH4+2H2O ・・・(1)
式(1)に示すように、1molのCO2と4molのH2とが反応すると、1molのCH4と2molのH2Oが生成される。メタン製造装置4では、凝縮器10bによって、2molのH2Oが分離されるため、体積Viに対応するガスは、1molのCH4となる。したがって、メタン製造装置4では、5molの混合ガスが投入されると、最も少ない値で、1molのガスが排出されることとなる。
The reaction formula of the methanation reaction between carbon dioxide and hydrogen is the following formula (1).
CO2 + 4H2- >CH4 + 2H2O (1)
As shown in equation (1), when 1 mol of CO2 and 4 mol of H2 react, 1 mol of CH4 and 2 mol of H2O are produced. In the methane production apparatus 4, 2 mol of H 2 O is separated by the condenser 10b, so the gas corresponding to the volume Vi is 1 mol of CH 4 . Therefore, in the methane production apparatus 4, when 5 mol of mixed gas is input, 1 mol of gas is discharged at the lowest value.

図3(a)に示すように、メタネーション反応が進行することによって、反応率が10%程度であっても、体積比Vo/Viは、1より小さい値となる。例えば、H2/CO2濃度が4であって、反応率が100%である場合、体積比Vo/Viは、最小の0.2となる。このように、メタン製造装置では、メタネーション反応によってガスの体積は小さくなる。 As shown in FIG. 3(a), the methanation reaction progresses so that the volume ratio Vo/Vi becomes a value smaller than 1 even if the reaction rate is about 10%. For example, when the H 2 /CO 2 concentration is 4 and the reaction rate is 100%, the volume ratio Vo/Vi is the minimum 0.2. Thus, in the methane production apparatus, the methanation reaction reduces the gas volume.

図4は、比較例のメタン製造装置における、反応部入口のH2/CO2濃度と貯蔵部の体積との関係を説明する説明図である。比較例のメタン製造装置では、CO2とH2を含む混合ガスを反応部に供給する供給流路には、混合ガスを一時的に貯蔵する貯蔵部が設けられているものの、本実施形態のプレ反応部のような、貯蔵前の混合ガスでCH4を生成する装置は設けられていない。図4に示すように、貯蔵部の体積が大きいほど、反応部入口のH2/CO2濃度の変動が緩和されることが分かる。なお、貯蔵部内の最大圧力を高くするほど、貯蔵部の体積を小さくすることはできるが、より大きな昇圧動力が必要となるため、システム効率の低下につながる。 FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating the relationship between the H 2 /CO 2 concentration at the inlet of the reaction section and the volume of the storage section in the methane production apparatus of the comparative example. In the methane production apparatus of the comparative example, the supply channel for supplying the mixed gas containing CO 2 and H 2 to the reaction section is provided with a storage section for temporarily storing the mixed gas, but the storage section of the present embodiment is provided. There is no device for producing CH 4 from the mixed gas before storage, such as a pre-reactor. As shown in FIG. 4, it can be seen that the larger the volume of the reservoir, the more moderate the fluctuation of the H 2 /CO 2 concentration at the inlet of the reaction section. As the maximum pressure in the storage section is increased, the volume of the storage section can be reduced, but a larger boosting power is required, leading to a decrease in system efficiency.

図5は、メタン製造装置1において、主反応部40の入口(図1の点P2)のH2/CO2濃度と貯蔵部35の体積との関係を説明する説明図である。図5は、プレ反応部20での反応率が40%のときのH2/CO2濃度の時間変化を示している。図5に示す「貯蔵部体積」の値は、図4で示した比較例のメタン製造装置が備える貯蔵部の体積に対する比率を示している。図5に示すように、貯蔵部の体積を、比較例の貯蔵部の0.67倍や0.83倍にしても、主反応部40の入口でのH2/CO2濃度の変動は、比較例の貯蔵部体積が1.0と同程度に緩和されていることがわかる。 FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating the relationship between the H 2 /CO 2 concentration at the inlet of the main reaction section 40 (point P2 in FIG. 1) and the volume of the storage section 35 in the methane production apparatus 1 . FIG. 5 shows the time change of the H 2 /CO 2 concentration when the reaction rate in the pre-reaction section 20 is 40%. The value of the "storage unit volume" shown in FIG. 5 indicates the ratio to the volume of the storage unit provided in the methane production apparatus of the comparative example shown in FIG. As shown in FIG. 5, even if the volume of the reservoir is 0.67 times or 0.83 times that of the comparative example, the H 2 /CO 2 concentration at the inlet of the main reaction part 40 changes as follows: It can be seen that the reservoir volume of the comparative example is relaxed to the same extent as 1.0.

図6は、メタン製造装置1において、主反応部40の入口のH2/CO2濃度と貯蔵部35の体積との関係を説明する説明図である。図6は、プレ反応部20での反応率が70%のときのH2/CO2濃度の時間変化を示している。図6に示すように、貯蔵部の体積を、比較例の貯蔵部の0.5倍にしても、主反応部40の入口でのH2/CO2濃度の変動は、比較例の貯蔵部体積が1.0と同程度に緩和されていることがわかる。 FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating the relationship between the H 2 /CO 2 concentration at the inlet of the main reaction section 40 and the volume of the storage section 35 in the methane production apparatus 1 . FIG. 6 shows the time change of the H 2 /CO 2 concentration when the reaction rate in the pre-reaction section 20 is 70%. As shown in FIG. 6, even if the volume of the storage section is 0.5 times that of the storage section of the comparative example, the fluctuation of the H 2 /CO 2 concentration at the inlet of the main reaction section 40 is the same as that of the storage section of the comparative example. It can be seen that the volume is relaxed to the same extent as 1.0.

また、本実施形態のメタン製造装置1では、圧力制御部50aは、第1CO2濃度計46が検出した混合ガスのCO2濃度を用いて、プレ反応部20におけるCH4の反応率を推定する。圧力制御部50aは、プレ反応部20におけるCH4の目標反応率と推定反応率との差分を算出し、この差分をカバーするのに必要な昇圧器30の制御圧力を、図示しない記憶部に事前に記憶されている制御マップや推定式などから決定する。圧力制御部50aは、貯蔵部35に貯蔵される混合ガスの圧力が、決定した制御圧力となるように、昇圧器30を制御し、貯蔵部35に貯蔵される前の混合ガスを適度に圧縮する。 Further, in the methane production apparatus 1 of the present embodiment, the pressure control unit 50a uses the CO 2 concentration of the mixed gas detected by the first CO 2 concentration meter 46 to estimate the reaction rate of CH 4 in the pre-reaction unit 20. . The pressure control unit 50a calculates the difference between the target reaction rate and the estimated reaction rate of CH 4 in the pre-reaction unit 20, and stores the control pressure of the booster 30 necessary to cover this difference in a storage unit (not shown). Determined from pre-stored control maps and estimation formulas. The pressure control unit 50a controls the booster 30 so that the pressure of the mixed gas stored in the storage unit 35 becomes the determined control pressure, and appropriately compresses the mixed gas before being stored in the storage unit 35. do.

以上説明した、第1実施形態のメタン製造装置1によれば、主反応部40に供給される混合ガスを貯蔵する貯蔵部35の上流側に、貯蔵部35に貯蔵される前の混合ガスを用いてCH4を生成するプレ反応部20が設けられている。貯蔵部35には、プレ反応部20において生成されたCH4と、プレ反応部20において未反応のCO2とH2を含む混合ガスが貯蔵される。CO2とH2の混合ガスからCH4を生成すると、反応後のCH4を含む混合ガスの体積は、反応前のCH4含まない混合ガスの体積より減少する。このことから、プレ反応部20において貯蔵部35に貯蔵される前の混合ガスを用いてCH4を生成すると、貯蔵部35に貯蔵される混合ガスの体積は、プレ反応部20を備えていない場合より小さくなる。これにより、貯蔵部35を小さくすることができる。また、貯蔵部35に貯蔵される混合ガスの体積が小さくなるため、昇圧に必要な動力を少なくすることができる。したがって、システム効率の低下を抑制しつつ、装置の体格を小さくすることができる。なお、第1実施形態のメタン製造装置1は、CH4を製造するとしているが、「炭化水素製造装置」が製造する炭化水素化合物は、CH4だけでなく、例えば、エタンやプロパンなどの炭素と水素とから構成される化合物や、主に炭素と水素とを含む化合物を含んでもよい。 According to the methane production apparatus 1 of the first embodiment described above, the mixed gas before being stored in the storage section 35 is placed upstream of the storage section 35 that stores the mixed gas to be supplied to the main reaction section 40. A pre-reaction section 20 is provided which is used to generate CH 4 . The storage section 35 stores a mixed gas containing CH 4 produced in the pre-reaction section 20 and unreacted CO 2 and H 2 in the pre-reaction section 20 . When CH4 is produced from a mixed gas of CO2 and H2, the volume of the mixed gas containing CH4 after the reaction is smaller than the volume of the mixed gas without CH4 before the reaction. From this, when CH 4 is generated in the pre-reaction section 20 using the mixed gas before being stored in the storage section 35, the volume of the mixed gas stored in the storage section 35 does not include the pre-reaction section 20. smaller than the case. Thereby, the storage part 35 can be made smaller. Moreover, since the volume of the mixed gas stored in the storage unit 35 is small, the power required for pressurization can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the physical size of the apparatus while suppressing a decrease in system efficiency. The methane production apparatus 1 of the first embodiment is assumed to produce CH4, but the hydrocarbon compounds produced by the "hydrocarbon production apparatus" include not only CH4, but also carbon compounds such as ethane and propane. and hydrogen, and compounds containing primarily carbon and hydrogen.

従来、炭化水素化合物の生成に用いられる混合ガスを一時的に貯蔵する貯蔵部を設ける場合、貯蔵部に貯蔵されている混合ガスの圧力を、少なくとも反応部内の圧力よりも高くすることで、反応部への混合ガスの供給量を制御することが可能となる。貯蔵部は、貯蔵部内の圧力を高くするほど、貯蔵される混合ガスの体積が小さくなるため、貯蔵部を小さくすることができる。しかしながら、混合ガスを高圧にするための昇圧動力が大きくなるため、システム効率が低下する。一方、貯蔵部の体格を大きくするとシステム効率は高くなるが、メタン製造装置の体格が大きくなる。第1実施形態のメタン製造装置1では、貯蔵部35に貯蔵される前の混合ガスを用いてメタンを生成することによって混合ガスの体積を小さくする。これにより、主反応部40で用いられる混合ガスを余分に昇圧することなく、比較的小さい貯蔵部35に貯蔵することができる。 Conventionally, when a storage unit is provided for temporarily storing the mixed gas used to generate the hydrocarbon compound, the pressure of the mixed gas stored in the storage unit is made higher than at least the pressure in the reaction unit, so that the reaction It becomes possible to control the supply amount of the mixed gas to the part. Since the volume of the mixed gas stored decreases as the pressure in the storage section increases, the storage section can be made smaller. However, the boosting power required to pressurize the mixed gas is increased, resulting in a decrease in system efficiency. On the other hand, if the size of the storage unit is increased, the system efficiency will be increased, but the size of the methane production apparatus will be increased. In the methane production apparatus 1 of the first embodiment, the mixed gas before being stored in the storage unit 35 is used to generate methane, thereby reducing the volume of the mixed gas. As a result, the mixed gas used in the main reaction section 40 can be stored in the relatively small storage section 35 without excessive pressure increase.

また、第1実施形態のメタン製造装置1によれば、貯蔵部35に貯蔵される前の混合ガスに含まれる水分を混合ガスから分離する凝縮器25を備える。これにより、プレ反応部20でのCH4の生成反応によって発生する水分を、貯蔵部35に貯蔵する前に、混合ガスから分離することができる。したがって、貯蔵部35に貯蔵される混合ガスの体積を小さくすることができるため、貯蔵部35をさらに小さくすることができる。 Further, according to the methane production apparatus 1 of the first embodiment, the condenser 25 is provided to separate moisture contained in the mixed gas before being stored in the storage section 35 from the mixed gas. As a result, moisture generated by the CH 4 production reaction in the pre-reaction section 20 can be separated from the mixed gas before being stored in the storage section 35 . Therefore, since the volume of the mixed gas stored in the storage section 35 can be reduced, the storage section 35 can be made even smaller.

また、第1実施形態のメタン製造装置1によれば、貯蔵部35に貯蔵される前の混合ガスを昇圧する昇圧器30を備える。これにより、貯蔵部35に貯蔵される混合ガスを、貯蔵部35に貯蔵される前に圧縮することができるため、貯蔵部35に貯蔵される混合ガスの体積をさらに小さくすることができる。したがって、貯蔵部35をさらに小さくすることができるため、装置の体格をさらに小さくすることができる。 Moreover, according to the methane production apparatus 1 of the first embodiment, the booster 30 is provided to pressurize the mixed gas before being stored in the storage section 35 . As a result, the mixed gas stored in the storage unit 35 can be compressed before being stored in the storage unit 35, so that the volume of the mixed gas stored in the storage unit 35 can be further reduced. Therefore, since the storage section 35 can be made smaller, the size of the device can be made smaller.

また、第1実施形態のメタン製造装置1によれば、圧力制御部50aは、第1CO2濃度計46が検出した混合ガスのCO2濃度を用いて、プレ反応部20におけるCH4の反応率を推定する。圧力制御部50aは、プレ反応部20におけるCH4の推定反応率が目標反応率より低い場合、貯蔵部35に貯蔵される前の混合ガスを、推定反応率と目標反応率との差分に応じて圧縮されるように、昇圧器30を制御する。これにより、目標反応率に応じて事前に設定されている大きさの貯蔵部35は、主反応部40に供給される混合ガスを貯蔵することができる。 Further, according to the methane production apparatus 1 of the first embodiment, the pressure control unit 50a uses the CO 2 concentration of the mixed gas detected by the first CO 2 concentration meter 46 to determine the reaction rate of CH 4 in the pre-reaction unit 20. to estimate When the estimated reaction rate of CH 4 in the pre-reaction section 20 is lower than the target reaction rate, the pressure control section 50a adjusts the mixed gas before being stored in the storage section 35 according to the difference between the estimated reaction rate and the target reaction rate. control the booster 30 so that the Accordingly, the storage section 35 having a size preset according to the target reaction rate can store the mixed gas supplied to the main reaction section 40 .

また、第1実施形態のメタン製造装置1によれば、圧力制御部50aは、プレ反応部20におけるCH4の推定反応率を用いて、貯蔵部35から主反応部40に供給される混合ガスの圧力を、主反応部40で想定される変動の範囲内となるように、混合ガスの圧力を修正することができる。 Further, according to the methane production apparatus 1 of the first embodiment, the pressure control section 50a uses the estimated reaction rate of CH 4 in the pre-reaction section 20 to control the mixed gas supplied from the storage section 35 to the main reaction section 40. The pressure of the mixed gas can be modified so that the pressure of is within the expected variation in the main reactor 40 .

<第2実施形態>
図7は、第2実施形態におけるメタン製造装置2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2は、第1実施形態のメタン製造装置1(図1)と比較すると、貯蔵部35の上流側に配置されている昇圧器60が、プレ反応部20の上流側に設けられている点が異なる。
<Second embodiment>
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the methane production device 2 in the second embodiment. In the methane production apparatus 2 of the second embodiment, compared with the methane production apparatus 1 (FIG. 1) of the first embodiment, the booster 60 arranged upstream of the storage section 35 is located upstream of the pre-reaction section 20. The difference is that it is located on the side.

メタン製造装置2は、第1吸着部11と、第2吸着部12と、水素供給源13と、供給流路15と、昇圧器60と、プレ反応部20と、凝縮器25と、貯蔵部35と、主反応部40と、第1CO2濃度計46と、第2CO2濃度計47と、制御部50を備える。 The methane production apparatus 2 includes a first adsorption section 11, a second adsorption section 12, a hydrogen supply source 13, a supply channel 15, a booster 60, a pre-reaction section 20, a condenser 25, and a storage section. 35 , a main reaction section 40 , a first CO 2 concentration meter 46 , a second CO 2 concentration meter 47 and a control section 50 .

昇圧器60は、図7に示すように、供給流路15上のうち、プレ反応部20の上流側に設けられている。昇圧器60は、圧力制御部50aに電気的に接続している。昇圧器60は、プレ反応部20に供給される混合ガスを、第1CO2濃度計46が検出した混合ガスのCO2濃度に基づく圧力制御部50aの指令に応じて適度に昇圧する。 The booster 60 is provided on the upstream side of the pre-reaction section 20 in the supply channel 15, as shown in FIG. The booster 60 is electrically connected to the pressure control section 50a. The booster 60 appropriately boosts the pressure of the mixed gas supplied to the pre-reaction section 20 according to the command from the pressure control section 50a based on the CO 2 concentration of the mixed gas detected by the first CO 2 concentration meter 46 .

以上説明した、第2実施形態のメタン製造装置2によれば、供給流路15上のうちプレ反応部20の上流側に設けられる昇圧器60は、プレ反応部20に供給される混合ガスを昇圧する。これにより、プレ反応部20でのCH4の反応率を向上することができる。したがって、貯蔵部35に貯蔵される混合ガスの体積をさらに小さくすることができるため、貯蔵部の体積をさらに小さくすることができる。 According to the methane production apparatus 2 of the second embodiment described above, the booster 60 provided on the upstream side of the pre-reaction section 20 in the supply channel 15 increases the mixed gas supplied to the pre-reaction section 20. Increase pressure. Thereby, the reaction rate of CH 4 in the pre-reaction section 20 can be improved. Therefore, since the volume of the mixed gas stored in the storage section 35 can be further reduced, the volume of the storage section can be further reduced.

また、第2実施形態のメタン製造装置2によれば、圧力制御部50aは、第1CO2濃度計46が検出した混合ガスのCO2濃度を用いてプレ反応部20におけるCH4の反応率を推定する。圧力制御部50aは、プレ反応部20での目標反応率と推定反応率との差分に応じて昇圧器60を制御する。圧力制御部50aは、プレ反応部20におけるCH4の推定反応率が目標反応率より低い場合、プレ反応部20に供給される混合ガスをさらに圧縮するように、昇圧器60を制御する。これにより、プレ反応部20における反応率を向上させ、反応率を目標反応率とすることができる。したがって、目標反応率に応じて事前に設定されている大きさの貯蔵部35は、主反応部40に供給される混合ガスを貯蔵することができる。 Further, according to the methane production apparatus 2 of the second embodiment, the pressure control unit 50a uses the CO 2 concentration of the mixed gas detected by the first CO 2 concentration meter 46 to determine the reaction rate of CH 4 in the pre-reaction unit 20. presume. The pressure control section 50 a controls the booster 60 according to the difference between the target reaction rate and the estimated reaction rate in the pre-reaction section 20 . When the estimated reaction rate of CH 4 in the pre-reaction section 20 is lower than the target reaction rate, the pressure control section 50 a controls the booster 60 so as to further compress the mixed gas supplied to the pre-reaction section 20 . Thereby, the reaction rate in the pre-reaction part 20 can be improved and the reaction rate can be set to the target reaction rate. Therefore, the storage section 35 having a size preset according to the target reaction rate can store the mixed gas supplied to the main reaction section 40 .

また、第2実施形態のメタン製造装置2によれば、圧力制御部50aによる昇圧器60の制御によってプレ反応部20でより高圧でのメタネーション反応が可能となるため、プレ反応部20の体格を小さくすることができる。これにより、装置の体格を小さくすることができる。 Further, according to the methane production apparatus 2 of the second embodiment, the methanation reaction at a higher pressure becomes possible in the pre-reaction section 20 by controlling the booster 60 by the pressure control section 50a. can be made smaller. This makes it possible to reduce the physical size of the device.

<第3実施形態>
図8は、第3実施形態におけるメタン製造装置3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3は、第1実施形態のメタン製造装置1(図1)と比較すると、プレ反応部20の熱媒体流路22を流れる熱媒体流量を制御する点が異なる。
<Third Embodiment>
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the methane production device 3 in the third embodiment. The methane production apparatus 3 of the third embodiment differs from the methane production apparatus 1 ( FIG. 1 ) of the first embodiment in that the heat medium flow rate flowing through the heat medium flow path 22 of the pre-reaction section 20 is controlled.

メタン製造装置3は、第1吸着部11と、第2吸着部12と、水素供給源13と、供給流路15と、プレ反応部20と、凝縮器25と、昇圧器30と、貯蔵部35と、主反応部40と、第1CO2濃度計46と、第2CO2濃度計47と、ガス情報取得部65と、制御部50を備える。 The methane production apparatus 3 includes a first adsorption section 11, a second adsorption section 12, a hydrogen supply source 13, a supply channel 15, a pre-reaction section 20, a condenser 25, a booster 30, and a storage section. 35 , a main reaction section 40 , a first CO 2 concentration meter 46 , a second CO 2 concentration meter 47 , a gas information acquisition section 65 and a control section 50 .

ガス情報取得部65は、プレ反応部20の上流側での混合ガスのH2/CO2濃度および混合ガスの流量を検出する。ガス情報取得部65が検出した混合ガスに関連する情報は、制御部50が有する流量制御部50cに出力される。流量制御部50cは、ガス情報取得部65が検出した混合ガスのH2/CO2濃度および混合ガスの流量を用いて、プレ反応部20の熱媒体流路22を流れる熱媒体の流量を、熱媒体流量調整器66を制御することによって調整する。 The gas information acquisition section 65 detects the H 2 /CO 2 concentration of the mixed gas and the flow rate of the mixed gas on the upstream side of the pre-reaction section 20 . Information related to the mixed gas detected by the gas information acquisition unit 65 is output to the flow control unit 50c included in the control unit 50 . The flow control unit 50c uses the H 2 /CO 2 concentration of the mixed gas and the flow rate of the mixed gas detected by the gas information acquisition unit 65 to adjust the flow rate of the heat medium flowing through the heat medium flow path 22 of the pre-reaction unit 20 to It is adjusted by controlling the heat medium flow rate regulator 66 .

図9は、プレ反応部20に供給される混合ガスのH2/CO2濃度と熱媒体の流量との関係を示す説明図である。図9では、横軸に、プレ反応部20に供給される混合ガスのH2/CO2濃度を示し、縦軸に、プレ反応部20に供給される熱媒体の相対流量を示している。縦軸に示す熱媒体の相対流量では、混合ガスのH2/CO2濃度が4.0のときの定格負荷での熱媒体の相対流量を1.0としている。図9に示すように、H2/CO2濃度の増加に伴って熱媒体の流量を増加させることで、CH4の反応率を高めることができることが分かる。これは、プレ反応部20の触媒21の温度をメタネーション反応に適正な温度とすることができるためである。 FIG. 9 is an explanatory diagram showing the relationship between the H 2 /CO 2 concentration of the mixed gas supplied to the pre-reaction section 20 and the flow rate of the heat medium. In FIG. 9 , the horizontal axis indicates the H 2 /CO 2 concentration of the mixed gas supplied to the pre-reaction section 20 and the vertical axis indicates the relative flow rate of the heat medium supplied to the pre-reaction section 20 . In the relative flow rate of the heat medium shown on the vertical axis, the relative flow rate of the heat medium at the rated load is 1.0 when the H 2 /CO 2 concentration of the mixed gas is 4.0. As shown in FIG . 9 , it can be seen that the reaction rate of CH4 can be increased by increasing the flow rate of the heat transfer medium as the H2/ CO2 concentration increases. This is because the temperature of the catalyst 21 in the pre-reaction section 20 can be adjusted to a proper temperature for the methanation reaction.

以上説明した、第3実施形態のメタン製造装置3によれば、プレ反応部20に供給される混合ガスのH2/CO2濃度および流量を用いて、プレ反応部20の熱媒体流路22を流れる熱媒体の流量を調節する。プレ反応部20でのメタネーション反応は発熱反応であるため、反応平衡上、高温ほど反応率が低下する。そのため、触媒21を冷却して熱を除去する必要がある一方、過度に冷却するとメタネーション反応が失活する。そこで、本実施形態では、プレ反応部20に供給される混合ガスのH2/CO2濃度および流量に対応した熱媒体の流量制御によってプレ反応部20の温度をメタネーション反応に最適な温度とし、プレ反応部20での反応率を高める。このように、プレ反応部20の温度を熱媒体の流量で調整することでプレ反応部20での反応率を高め、貯蔵部35に貯蔵される混合ガスの体積をさらに小さくすることができる。したがって、装置の体格をさらに小さくすることができる。 According to the methane production apparatus 3 of the third embodiment described above, using the H 2 /CO 2 concentration and flow rate of the mixed gas supplied to the pre-reaction section 20, the heat medium flow path 22 of the pre-reaction section 20 Adjust the flow rate of the heat medium flowing through the Since the methanation reaction in the pre-reaction section 20 is an exothermic reaction, the higher the temperature, the lower the reaction rate in terms of reaction equilibrium. Therefore, while it is necessary to cool the catalyst 21 to remove heat, excessive cooling deactivates the methanation reaction. Therefore, in the present embodiment, the temperature of the pre-reaction section 20 is set to the optimum temperature for the methanation reaction by controlling the flow rate of the heat medium corresponding to the H 2 /CO 2 concentration and flow rate of the mixed gas supplied to the pre-reaction section 20. , to increase the reaction rate in the pre-reaction section 20 . By adjusting the temperature of the pre-reaction section 20 with the flow rate of the heat medium in this way, the reaction rate in the pre-reaction section 20 can be increased, and the volume of the mixed gas stored in the storage section 35 can be further reduced. Therefore, the physical size of the device can be further reduced.

<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-described embodiments, and can be implemented in various aspects without departing from the scope of the invention. For example, the following modifications are possible.

[変形例1]
上述の実施形態では、「炭化水素製造装置」としてのメタン製造装置は、「炭化水素化合物」としてのCH4を製造するとした。しかしながら、炭化水素製造装置が製造する炭化水素化合物は、CH4だけでなく、例えば、エタンやプロパンなどの炭素と水素とから構成される化合物や、主に炭素と水素とから構成される化合物を含んでもよい。
[Modification 1]
In the above-described embodiment, the methane production device as the 'hydrocarbon production device' produces CH 4 as the 'hydrocarbon compound'. However, the hydrocarbon compounds produced by the hydrocarbon production equipment include not only CH4 , but also compounds composed mainly of carbon and hydrogen, such as ethane and propane, and compounds mainly composed of carbon and hydrogen. may contain.

[変形例2]
上述の実施形態では、メタン製造装置は、混合ガスに含まれる水分を混合ガスから分離する凝縮器や、混合ガスを昇圧する昇圧器を備えるとした。しかしながら、凝縮器や昇圧器を備えていなくてもよい。
[Modification 2]
In the above-described embodiments, the methane production apparatus includes a condenser that separates moisture contained in the mixed gas from the mixed gas and a booster that pressurizes the mixed gas. However, it does not have to be equipped with a condenser or a booster.

[変形例3]
上述の実施形態では、2つの吸着部を用いて排ガスから回収したCO2と、H2とからCH4を製造するとした。しかしながら、CO2を供給する方法は、これに限定されない。また、吸着部を用いて排ガスからCO2を回収する方法も、上述の実施形態には限定されない。
[Modification 3]
In the above-described embodiment, CH 4 is produced from CO 2 and H 2 recovered from exhaust gas using two adsorption units. However, the method of supplying CO 2 is not limited to this. Also, the method of recovering CO 2 from the exhaust gas using the adsorption section is not limited to the above-described embodiment.

[変形例4]
第1実施形態および第2実施形態では、混合ガスのCO2濃度の情報を取得し、CO2濃度から推定されたプレ反応部20の反応率を用いて、昇圧器を制御した。しかしながら、昇圧器を制御するための情報は、これに限定されない。混合ガスのH2濃度やCH4濃度であってもよい。
[Modification 4]
In the first and second embodiments, information on the CO 2 concentration of the mixed gas was acquired, and the reaction rate of the pre-reaction section 20 estimated from the CO 2 concentration was used to control the booster. However, the information for controlling the booster is not limited to this. It may be the H 2 concentration or CH 4 concentration of the mixed gas.

[変形例5]
第1実施形態のメタン製造装置1に、第2実施形態でのプレ反応部20の上流側に設けられる昇圧器60を設けてもよい。この場合、昇圧器60は、プレ反応部20での反応率の向上を促進することに用いられる一方、昇圧器30は、貯蔵部35に貯蔵される混合ガスの体積を小さくすることに用いられる。
[Modification 5]
The methane production apparatus 1 of the first embodiment may be provided with a booster 60 provided upstream of the pre-reaction section 20 of the second embodiment. In this case, the booster 60 is used to promote the improvement of the reaction rate in the pre-reaction section 20, while the booster 30 is used to reduce the volume of the mixed gas stored in the storage section 35. .

[変形例6]
第3実施形態のガス情報取得部65が取得する情報に基づいてプレ反応部20の反応率を向上させる方法は、第2実施形態に適用されてもよい。
[Modification 6]
The method of improving the reaction rate of the pre-reaction section 20 based on the information acquired by the gas information acquisition section 65 of the third embodiment may be applied to the second embodiment.

[変形例7]
第3実施形態では、ガス情報取得部65は、プレ反応部20の上流側での混合ガスのH2/CO2濃度および混合ガスの流量を検出するとした。しかしながら、ガス情報取得部65が取得する情報はこれに限定されない。混合ガスのH2/CO2濃度または混合ガスの流量だけでもよく、プレ反応部20におけるCH4の反応率を推定可能な情報であればよい。
[Modification 7]
In the third embodiment, the gas information acquiring section 65 detects the H 2 /CO 2 concentration of the mixed gas and the flow rate of the mixed gas on the upstream side of the pre-reaction section 20 . However, the information acquired by the gas information acquisition unit 65 is not limited to this. Only the H 2 /CO 2 concentration of the mixed gas or the flow rate of the mixed gas may be used, and any information that enables estimation of the reaction rate of CH 4 in the pre-reaction section 20 may be used.

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。 The present aspect has been described above based on the embodiments and modifications, but the above-described embodiments are intended to facilitate understanding of the present aspect, and do not limit the present aspect. This aspect may be modified and modified without departing from the spirit and scope of the claims, and this aspect includes equivalents thereof. Also, if the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.

1、2、3、4…メタン製造装置
5…排気ガス供給源
6…脱水部
10a…反応部
10b、25…凝縮器
11…第1吸着部
11a、12a…吸着材
12…第2吸着部
13…水素供給源
13a、13b…水素流路
13c、30、60…昇圧器
13d…流量調整器
15…供給流路
16…生成ガス流路
20…プレ反応部
21、41…触媒
22、42…熱媒体流路
35…貯蔵部
40…主反応部
46…第1CO2濃度計
47…第2CO2濃度計
48…流量調整器
50…制御部
50a…圧力制御部
50b、50c…流量制御部
65…ガス情報取得部
66…熱媒体流量調整器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2, 3, 4... Methane production apparatus 5... Exhaust gas supply source 6... Dehydration part 10a... Reaction part 10b, 25... Condenser 11... First adsorption part 11a, 12a... Adsorbent 12... Second adsorption part 13 Hydrogen supply source 13a, 13b Hydrogen channel 13c, 30, 60 Booster 13d Flow controller 15 Supply channel 16 Produced gas channel 20 Pre-reaction part 21, 41 Catalyst 22, 42 Heat Medium flow path 35 Storage unit 40 Main reaction unit 46 First CO 2 concentration meter 47 Second CO 2 concentration meter 48 Flow controller 50 Control unit 50 a Pressure control unit 50 b, 50 c Flow control unit 65 Gas Information acquisition unit 66... Heat medium flow controller

Claims (8)

炭化水素製造装置であって、
二酸化炭素と水素を用いて、炭化水素化合物を生成する主反応部と、
前記主反応部に供給される二酸化炭素と水素を含む混合ガスが流通する供給流路と、
前記供給流路上に設けられ、前記主反応部に供給される前の前記混合ガスを貯蔵する貯蔵部と、
前記供給流路のうち、前記貯蔵部の上流側に設けられ、前記貯蔵部に貯蔵される前の前記混合ガスを用いて、炭化水素化合物を生成するプレ反応部と、を備え、
前記貯蔵部には、前記プレ反応部で生成された炭化水素化合物を含む前記混合ガスが貯蔵される、
炭化水素製造装置。
A hydrocarbon production device,
a main reaction section that produces a hydrocarbon compound using carbon dioxide and hydrogen;
a supply channel through which a mixed gas containing carbon dioxide and hydrogen to be supplied to the main reaction section flows;
a storage section provided on the supply channel for storing the mixed gas before being supplied to the main reaction section;
a pre-reaction unit provided upstream of the storage unit in the supply channel and generating a hydrocarbon compound using the mixed gas before being stored in the storage unit;
The storage unit stores the mixed gas containing the hydrocarbon compound produced in the pre-reaction unit,
Hydrocarbon production equipment.
請求項1に記載の炭化水素製造装置は、さらに、
前記供給流路のうち、前記プレ反応部と前記貯蔵部との間に設けられ、前記プレ反応部から取り出され前記貯蔵部に貯蔵される前の前記混合ガスに含まれる高沸点成分を前記混合ガスから分離する分離部を備える、
炭化水素製造装置。
The hydrocarbon production apparatus according to claim 1 further comprises
provided between the pre-reaction section and the storage section in the supply flow path, and mixes the high boiling point components contained in the mixed gas taken out from the pre-reaction section and before being stored in the storage section; comprising a separation unit that separates from the gas,
Hydrocarbon production equipment.
請求項1または請求項2に記載の炭化水素製造装置は、さらに、
前記供給流路のうち、前記プレ反応部と前記貯蔵部との間に設けられ、前記貯蔵部に貯蔵される前の前記混合ガスを昇圧する下流側昇圧部を備える、
炭化水素製造装置。
The hydrocarbon production apparatus according to claim 1 or claim 2 further comprises
A downstream pressurizing section provided between the pre-reaction section and the storage section in the supply flow path for pressurizing the mixed gas before being stored in the storage section,
Hydrocarbon production equipment.
請求項3に記載の炭化水素製造装置は、さらに、
前記プレ反応部と前記貯蔵部との間に設けられ、前記混合ガスの濃度に関連する情報を取得する第1濃度情報取得部と、
前記第1濃度情報取得部が取得した前記情報を用いて前記下流側昇圧部を制御することによって、前記貯蔵部に貯蔵される前記混合ガスの圧力を調整する下流側圧力制御部と、を備える、
炭化水素製造装置。
The hydrocarbon production apparatus according to claim 3 further comprises
a first concentration information acquisition unit provided between the pre-reaction unit and the storage unit for acquiring information related to the concentration of the mixed gas;
a downstream pressure control unit that adjusts the pressure of the mixed gas stored in the storage unit by controlling the downstream pressure increasing unit using the information acquired by the first concentration information acquisition unit. ,
Hydrocarbon production equipment.
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の炭化水素製造装置は、さらに、
前記供給流路上のうち前記プレ反応部の上流側に設けられ、前記プレ反応部に供給される前記混合ガスを昇圧する上流側昇圧部を備える、
炭化水素製造装置。
The hydrocarbon production apparatus according to any one of claims 1 to 4 further comprises
An upstream pressurizing section provided upstream of the pre-reaction section on the supply flow path and pressurizing the mixed gas supplied to the pre-reaction section,
Hydrocarbon production equipment.
請求項5に記載の炭化水素製造装置は、さらに、
前記プレ反応部と前記貯蔵部との間に設けられ、前記混合ガスの濃度に関連する情報を取得する第2濃度情報取得部と、
前記第2濃度情報取得部が取得した前記情報を用いて前記上流側昇圧部を制御することによって、前記プレ反応部に供給される前記混合ガスの圧力を調整する上流側圧力制御部と、を備える、
炭化水素製造装置。
The hydrocarbon production apparatus according to claim 5 further comprises
a second concentration information acquisition unit provided between the pre-reaction unit and the storage unit for acquiring information related to the concentration of the mixed gas;
an upstream pressure control unit that adjusts the pressure of the mixed gas supplied to the pre-reaction unit by controlling the upstream pressure increasing unit using the information acquired by the second concentration information acquisition unit; prepare
Hydrocarbon production equipment.
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の炭化水素製造装置であって、
前記プレ反応部には、前記プレ反応部での炭化水素化合物の生成反応熱を回収する熱媒体が流れる熱媒体流路が形成されており、
前記炭化水素製造装置は、さらに、
前記プレ反応部に供給される前記混合ガスの濃度または流量に関連する情報を取得するガス情報取得部と、
前記熱媒体流路を流れる熱媒体の流量を調整する流量調整部と、
前記ガス情報取得部が取得した前記情報を用いて前記流量調整部を制御する流量制御部と、を備える、
炭化水素製造装置。
The hydrocarbon production apparatus according to any one of claims 1 to 6,
The pre-reaction part is formed with a heat medium flow path through which a heat medium for recovering the reaction heat of the formation of the hydrocarbon compound in the pre-reaction part flows,
The hydrocarbon production device further comprises:
a gas information acquisition unit that acquires information related to the concentration or flow rate of the mixed gas supplied to the pre-reaction unit;
a flow rate adjustment unit that adjusts the flow rate of the heat medium flowing through the heat medium flow path;
a flow rate control unit that controls the flow rate adjustment unit using the information acquired by the gas information acquisition unit;
Hydrocarbon production equipment.
炭化水素製造方法であって、
二酸化炭素と水素を含む混合ガスを用いて、炭化水素化合物を生成するプレ反応工程と、
前記プレ反応工程で生成された炭化水素化合物を含む前記混合ガスを貯蔵する貯蔵工程と、
前記貯蔵工程で貯蔵された前記混合ガスを用いて、炭化水素化合物を生成する反応工程と、を備える、
炭化水素製造方法。
A hydrocarbon production method comprising:
A pre-reaction step of producing a hydrocarbon compound using a mixed gas containing carbon dioxide and hydrogen;
a storage step of storing the mixed gas containing the hydrocarbon compound produced in the pre-reaction step;
a reaction step of producing a hydrocarbon compound using the mixed gas stored in the storage step;
Hydrocarbon production method.
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