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JP7052360B2 - Methane production equipment, methane production method - Google Patents
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Description

本発明は、メタン製造装置に関する。 The present invention relates to a methane production apparatus.

二酸化炭素(CO2)と水素(H2)からメタン(CH4)を製造する技術が知られている。例えば、非特許文献1には、二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を収容した単一の反応器内で、原料ガスから二酸化炭素を吸蔵する第1工程と、吸蔵された二酸化炭素を還元してメタンを生成する第2工程との両方を実施することが記載されている。例えば、特許文献1には、複数の反応炉(反応器)を備え、或る反応炉で、二酸化炭素と水素を同時に供給して二酸化炭素を炭素(C)に変換する第1工程を実施し、他の反応炉で、二酸化炭素の供給を停止し水素の供給を継続して炭素をメタンに変換する第2工程を実施し、これら反応炉の役割を一定期間ごとに切り替えることが記載されている。 A technique for producing methane (CH 4 ) from carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen (H 2 ) is known. For example, Non-Patent Document 1 describes a first step of occluding carbon dioxide from a raw material gas in a single reactor containing a catalyst having carbon dioxide occluding and reducing performance, and reducing the occluded carbon dioxide. It is described that both the second step and the second step of producing methane are carried out. For example, Patent Document 1 includes a plurality of reactors (reactors), and in a certain reactor, a first step of simultaneously supplying carbon dioxide and hydrogen to convert carbon dioxide into carbon (C) is carried out. It is described that in other reactors, the supply of carbon dioxide is stopped and the supply of hydrogen is continued to carry out the second step of converting carbon into methane, and the roles of these reactors are switched at regular intervals. There is.

Zheng, Qinghe, Robert Farrauto, and Anh Chau Nguyen,「二重機能触媒材料による排ガスCO2の吸着とメタン化:パラメトリック研究(Adsorption and Methanation of Flue Gas CO2 with Dual Functional Catalytic Materials: A Parametric Study.)」,産業&工学化学研究(Industrial & Engineering Chemistry Research),アメリカ化学会(American Chemical Society),2016年6月,55(24),p.6768-6776Zheng, Qinghe, Robert Farrauto, and Anh Chau Nguyen, "Adsorption and Methanation of Flue Gas CO2 with Dual Functional Catalytic Materials: A Parametric Study.", Industrial & Engineering Chemistry Research, American Chemical Society, June 2016, 55 (24), p. 6768-6767

特開平5-193920号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-193920

非特許文献1では、第1工程において二酸化炭素を含む原料ガスを反応器内に供給し、第2工程において水素を含む還元ガスを反応器内に供給する。すなわち、非特許文献1では、第1,2工程間における反応器へのガスの切り替えが必須となるため、反応器に多数のバルブを設ける必要が生じ、装置構成が複雑化するという課題があった。具体的には、反応器上流には少なくとも、原料ガスの供給用バルブと還元ガスの供給用バルブとが必要であり、反応器下流には少なくとも、酸素排出用バルブとメタン排出用バルブとが必要である。また、第1,2工程間において反応器内の残留ガスを排出するパージ工程を設ける場合は、パージ用の窒素(N2)ガスを供給及び排出するための更なるバルブが必要となる。 In Non-Patent Document 1, the raw material gas containing carbon dioxide is supplied into the reactor in the first step, and the reduced gas containing hydrogen is supplied into the reactor in the second step. That is, in Non-Patent Document 1, since it is essential to switch the gas to the reactor between the first and second steps, it becomes necessary to provide a large number of valves in the reactor, and there is a problem that the apparatus configuration becomes complicated. rice field. Specifically, at least a valve for supplying raw material gas and a valve for supplying reducing gas are required upstream of the reactor, and at least a valve for discharging oxygen and a valve for discharging methane are required downstream of the reactor. Is. Further, when a purging step for discharging the residual gas in the reactor is provided between the first and second steps, a further valve for supplying and discharging the nitrogen (N 2 ) gas for purging is required.

さらに、非特許文献1では、二酸化炭素を吸蔵する第1工程と、メタンを製造する第2工程とを、反応器へ供給するガスの種類を切り替えつつ逐次的に実施する。このため、非特許文献1では、二酸化炭素の吸蔵及び還元によって生成されるメタンの量(メタン生成量)が時間によってばらつき、定常化できないという課題があった。 Further, in Non-Patent Document 1, the first step of occluding carbon dioxide and the second step of producing methane are sequentially carried out while switching the type of gas supplied to the reactor. Therefore, in Non-Patent Document 1, there is a problem that the amount of methane produced by occlusion and reduction of carbon dioxide (methane production amount) varies with time and cannot be stabilized.

特許文献1では、触媒が複数の反応炉間を移動するため、反応炉へのガスの切り替えは必ずしも必要ではなく、必ずしも多数のバルブを設ける必要がない。しかし、特許文献1では、二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を用いてメタンを製造することについては、何ら記載されていない。さらに、特許文献1では、二酸化炭素を含むガスが反応炉間の触媒輸送のキャリアとなるため、二酸化炭素を炭素に変換する第1工程を実行する反応炉における、炭素の回収量が成り行きとなる。これに伴い、炭素と水素との反応によって生成されるメタンの量(メタン生成量)についても、炭素の回収量と同様に成り行きとなり、メタン生成量が定常化できないという課題があった。 In Patent Document 1, since the catalyst moves between a plurality of reactors, it is not always necessary to switch the gas to the reactor, and it is not always necessary to provide a large number of valves. However, Patent Document 1 does not describe the production of methane using a catalyst having carbon dioxide occlusion and reduction performance. Further, in Patent Document 1, since the gas containing carbon dioxide serves as a carrier for catalyst transport between the reactors, the amount of carbon recovered in the reactor that executes the first step of converting carbon dioxide into carbon becomes a matter of course. .. Along with this, the amount of methane produced by the reaction between carbon and hydrogen (methane production amount) also becomes the same as the carbon recovery amount, and there is a problem that the methane production amount cannot be stabilized.

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、二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を用いたメタンの製造において、装置構成の簡略化と、メタン生成量の定常化を図ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and in the production of methane using a catalyst having carbon dioxide occlusion and reduction performance, the device configuration is simplified and the amount of methane produced is stabilized. The purpose is to plan.

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。
本発明の一形態は、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、二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を含むスラリーを収容する第1反応器及び第2反応器と、前記第1反応器に対して二酸化炭素を含有する原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記第2反応器に対して水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給部と、前記第1反応器から前記第2反応器へと、二酸化炭素を吸蔵した前記触媒を含む前記スラリーを移送するための第1流路を形成する第1流路形成部と、前記第2反応器から前記第1反応器へと、吸蔵された二酸化炭素が水素との反応で用いられた後の前記触媒を含む前記スラリーを移送するための第2流路を形成する第2流路形成部と、前記第1反応器と前記第2反応器との間で前記スラリーを循環させるポンプと、を備える。
このような形態であれば、第1反応器内では、原料ガス供給部から供給された原料ガスに含まれる二酸化炭素が、触媒に吸蔵される。第2反応器内では、還元ガス供給部から供給された還元ガスに含まれる水素が、触媒に吸蔵された二酸化炭素と反応してメタンが生成される。本構成では、第1,2反応器に収容する触媒を流動可能なスラリー状として、かつ、第1,2流路形成部及びポンプによって、第1反応器と第2反応器との間でスラリーを循環させる。このため、従来のように、単一の反応器内で、原料ガスからの二酸化炭素の吸蔵工程と、還元ガスを用いた二酸化炭素のメタン化工程との両方を実施する必要がなく、第1,2反応器にはそれぞれ常時同一のガスを供給できる。この結果、本構成によれば、反応器へのガスの切り替えと、ガスの切り替えのための機構(バルブ等)が必要ないため、メタン製造装置の装置構成を簡略化できる。さらに、この構成によれば、反応器へのガスの切り替えが必要ないため、原料ガス供給部から第1反応器への原料ガスの流量と、還元ガス供給部から第2反応器への還元ガスの流量とを定常化することで、メタン生成量を定常化できる。このように、本構成によれば、二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を用いたメタンの製造において、装置構成の簡略化と、メタン生成量の定常化を図ることができる。さらに、この構成によれば、第1,2反応器内における触媒の滞留時間を、ポンプの流量を変化させることで制御できる。このため例えば、原料ガス供給部から第1反応器へ供給される原料ガスの流量や組成(二酸化炭素の含有量)が変化した場合であっても、目標とする二酸化炭素回収率を実現するために必要な滞留時間を容易に確保できる。
その他、本発明は、以下のような形態として実現することも可能である。
The present invention has been made to solve at least a part of the above-mentioned problems, and can be realized as the following forms.
One embodiment of the present invention is a methane production apparatus for producing methane from carbon dioxide and hydrogen, which comprises a first reactor and a second reactor containing a slurry containing a catalyst having carbon dioxide storage and reduction performance. A raw material gas supply unit that supplies a raw material gas containing carbon dioxide to the first reactor, a reducing gas supply unit that supplies a reducing gas containing hydrogen to the second reactor, and the first reactor. A first flow path forming portion for forming a first flow path for transferring the slurry containing the catalyst containing carbon dioxide from the reactor to the second reactor, and the second reactor to the first flow path. A second flow path forming portion for forming a second flow path for transferring the slurry containing the catalyst after the stored carbon dioxide has been used in the reaction with hydrogen, and the first reactor. A pump for circulating the slurry between one reactor and the second reactor is provided.
In such a form, carbon dioxide contained in the raw material gas supplied from the raw material gas supply unit is occluded in the catalyst in the first reactor. In the second reactor, hydrogen contained in the reducing gas supplied from the reducing gas supply unit reacts with carbon dioxide occluded in the catalyst to generate methane. In this configuration, the catalyst contained in the first and second reactors is made into a flowable slurry, and the slurry is formed between the first reactor and the second reactor by the first and second flow path forming portions and the pump. To circulate. Therefore, unlike the conventional case, it is not necessary to carry out both the occlusion step of carbon dioxide from the raw material gas and the methanation step of carbon dioxide using the reducing gas in a single reactor. , 2 Reactors can be supplied with the same gas at all times. As a result, according to this configuration, since a mechanism (valve or the like) for switching the gas to the reactor and switching the gas is not required, the apparatus configuration of the methane production apparatus can be simplified. Further, according to this configuration, since it is not necessary to switch the gas to the reactor, the flow rate of the raw material gas from the raw material gas supply unit to the first reactor and the reduction gas from the reducing gas supply unit to the second reactor The amount of methane produced can be stabilized by stabilizing the flow rate of. As described above, according to this configuration, in the production of methane using a catalyst having carbon dioxide occlusion and reduction performance, it is possible to simplify the apparatus configuration and stabilize the amount of methane produced. Further, according to this configuration, the residence time of the catalyst in the first and second reactors can be controlled by changing the flow rate of the pump. Therefore, for example, in order to achieve the target carbon dioxide recovery rate even when the flow rate or composition (carbon dioxide content) of the raw material gas supplied from the raw material gas supply unit to the first reactor changes. The required residence time can be easily secured.
In addition, the present invention can also be realized in the following forms.

(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、二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を含むスラリーを収容する第1反応器及び第2反応器と、前記第1反応器に対して二酸化炭素を含有する原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記第2反応器に対して水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給部と、前記第1反応器から前記第2反応器へと前記スラリーを移送するための第1流路を形成する第1流路形成部と、前記第2反応器から前記第1反応器へと前記スラリーを移送するための第2流路を形成する第2流路形成部と、前記第1反応器と前記第2反応器との間で前記スラリーを循環させるポンプと、を備える。 (1) According to one embodiment of the present invention, a methane production apparatus for producing methane from carbon dioxide and hydrogen is provided. This methane production apparatus supplies a first reactor and a second reactor accommodating a slurry containing a catalyst having carbon dioxide storage and reduction performance, and a raw material gas containing carbon dioxide to the first reactor. The raw material gas supply unit, the reduction gas supply unit that supplies the reduction gas containing hydrogen to the second reactor, and the slurry for transferring the slurry from the first reactor to the second reactor. A first flow path forming portion that forms a first flow path, a second flow path forming portion that forms a second flow path for transferring the slurry from the second reactor to the first reactor, and a second flow path forming portion. A pump for circulating the slurry between the first reactor and the second reactor is provided.

この構成によれば、第1反応器内では、原料ガス供給部から供給された原料ガスに含まれる二酸化炭素が、触媒に吸蔵される。第2反応器内では、還元ガス供給部から供給された還元ガスに含まれる水素が、触媒に吸蔵された二酸化炭素と反応してメタンが生成される。本構成では、第1,2反応器に収容する触媒を流動可能なスラリー状として、かつ、第1,2流路形成部及びポンプによって、第1反応器と第2反応器との間でスラリーを循環させる。このため、従来のように、単一の反応器内で、原料ガスからの二酸化炭素の吸蔵工程と、還元ガスを用いた二酸化炭素のメタン化工程との両方を実施する必要がなく、第1,2反応器にはそれぞれ常時同一のガスを供給できる。この結果、本構成によれば、反応器へのガスの切り替えと、ガスの切り替えのための機構(バルブ等)が必要ないため、メタン製造装置の装置構成を簡略化できる。さらに、この構成によれば、反応器へのガスの切り替えが必要ないため、原料ガス供給部から第1反応器への原料ガスの流量と、還元ガス供給部から第2反応器への還元ガスの流量とを定常化することで、メタン生成量を定常化できる。このように、本構成によれば、二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を用いたメタンの製造において、装置構成の簡略化と、メタン生成量の定常化を図ることができる。さらに、この構成によれば、第1,2反応器内における触媒の滞留時間を、ポンプの流量を変化させることで制御できる。このため例えば、原料ガス供給部から第1反応器へ供給される原料ガスの流量や組成(二酸化炭素の含有量)が変化した場合であっても、目標とする二酸化炭素回収率を実現するために必要な滞留時間を容易に確保できる。 According to this configuration, in the first reactor, carbon dioxide contained in the raw material gas supplied from the raw material gas supply unit is occluded in the catalyst. In the second reactor, hydrogen contained in the reducing gas supplied from the reducing gas supply unit reacts with carbon dioxide occluded in the catalyst to generate methane. In this configuration, the catalyst contained in the first and second reactors is made into a flowable slurry, and the slurry is formed between the first reactor and the second reactor by the first and second flow path forming portions and the pump. To circulate. Therefore, unlike the conventional case, it is not necessary to carry out both the occlusion step of carbon dioxide from the raw material gas and the methanation step of carbon dioxide using the reducing gas in a single reactor. , 2 Reactors can be supplied with the same gas at all times. As a result, according to this configuration, since a mechanism (valve or the like) for switching the gas to the reactor and switching the gas is not required, the apparatus configuration of the methane production apparatus can be simplified. Further, according to this configuration, since it is not necessary to switch the gas to the reactor, the flow rate of the raw material gas from the raw material gas supply unit to the first reactor and the reduction gas from the reducing gas supply unit to the second reactor The amount of methane produced can be stabilized by stabilizing the flow rate of. As described above, according to this configuration, in the production of methane using a catalyst having carbon dioxide occlusion and reduction performance, it is possible to simplify the apparatus configuration and stabilize the amount of methane produced. Further, according to this configuration, the residence time of the catalyst in the first and second reactors can be controlled by changing the flow rate of the pump. Therefore, for example, in order to achieve the target carbon dioxide recovery rate even when the flow rate or composition (carbon dioxide content) of the raw material gas supplied from the raw material gas supply unit to the first reactor changes. The required residence time can be easily secured.

(2)上記形態のメタン製造装置では、さらに、前記原料ガス中の二酸化炭素濃度を取得する第1濃度取得部と、前記原料ガスの流量を取得する第1流量取得部と、前記第1反応器から排出される排出ガス中の二酸化炭素濃度を取得する第2濃度取得部と、前記第1反応器から排出される前記排出ガスの流量を取得する第2流量取得部と、制御部と、を備えていてもよい。制御部は、前記第1濃度取得部、前記第1流量取得部、前記第2濃度取得部、及び前記第2流量取得部による各取得値のうちの少なくとも一部に応じて、前記ポンプと、前記還元ガス供給部からの前記還元ガスとのうちの少なくとも一方を制御してもよい。この構成によれば、制御部は、原料ガス中の二酸化炭素濃度と、原料ガスの流量と、排出ガス中の二酸化炭素濃度と、排出ガスの流量とのうちの少なくとも一部に応じて、例えば、触媒を含むスラリーを循環させるポンプの流量や動作の有無、還元ガス供給部から供給される還元ガスの流量や濃度、組成等を制御できる。このため、本構成によれば、二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を用いたメタン製造において、メタン生成量の更なる定常化を図ることができる。 (2) In the methane production apparatus of the above embodiment, further, a first concentration acquisition unit for acquiring the carbon dioxide concentration in the raw material gas, a first flow rate acquisition unit for acquiring the flow rate of the raw material gas, and the first reaction. A second concentration acquisition unit that acquires the concentration of carbon dioxide in the exhaust gas discharged from the reactor, a second flow rate acquisition unit that acquires the flow rate of the exhaust gas discharged from the first reactor, a control unit, and the control unit. May be provided. The control unit includes the pump and the pump according to at least a part of the acquired values by the first concentration acquisition unit, the first flow rate acquisition unit, the second concentration acquisition unit, and the second flow rate acquisition unit. At least one of the reduced gas from the reduced gas supply unit may be controlled. According to this configuration, the control unit depends on at least a part of the carbon dioxide concentration in the raw material gas, the flow rate of the raw material gas, the carbon dioxide concentration in the exhaust gas, and the flow rate of the exhaust gas, for example. , The flow rate of the pump that circulates the slurry containing the catalyst, the presence or absence of operation, the flow rate and concentration of the reducing gas supplied from the reducing gas supply unit, the composition, and the like can be controlled. Therefore, according to this configuration, it is possible to further stabilize the amount of methane produced in the production of methane using a catalyst having carbon dioxide occlusion and reduction performance.

(3)上記形態のメタン製造装置において、前記制御部は、前記第1濃度取得部により取得された前記原料ガス中の二酸化炭素濃度と、前記第1流量取得部により取得された前記原料ガスの流量と、の両方に反比例させて、前記ポンプの流量を変更してもよい。この構成によれば、制御部は、原料ガス中の二酸化炭素濃度と、原料ガスの流量との両方に反比例させてポンプの流量を変更するため、第1反応器において二酸化炭素が触媒に十分吸蔵されるまでの時間、第1反応器内に触媒を滞在させることができる。この結果、第1反応器における二酸化炭素回収量を向上できる。 (3) In the methane production apparatus of the above embodiment, the control unit has the carbon dioxide concentration in the raw material gas acquired by the first concentration acquisition unit and the raw material gas acquired by the first flow rate acquisition unit. The flow rate of the pump may be changed in inverse proportion to both the flow rate and the flow rate. According to this configuration, the control unit changes the flow rate of the pump in inverse proportion to both the concentration of carbon dioxide in the raw material gas and the flow rate of the raw material gas, so that carbon dioxide is sufficiently occluded in the catalyst in the first reactor. The catalyst can be allowed to stay in the first reactor until the time is reached. As a result, the amount of carbon dioxide recovered in the first reactor can be improved.

(4)上記形態のメタン製造装置において、前記制御部は、前記第1濃度取得部により取得された前記原料ガス中の二酸化炭素濃度と、前記第1流量取得部により取得された前記原料ガスの流量とから求めた前記原料ガス中の二酸化炭素量から、前記第2濃度取得部により取得された前記排出ガス中の二酸化炭素濃度と、前記第2流量取得部により取得された前記排出ガスの流量とから求めた前記排出ガス中の二酸化炭素量を減じることで、前記第1反応器における二酸化炭素回収量を求め、求めた前記二酸化炭素回収量と、前記ポンプの流量と、の両方に比例させて、前記還元ガス供給部からの前記還元ガスの供給量を変更してもよい。この構成によれば、制御部は、第1反応器における二酸化炭素回収量と、ポンプの流量との両方に比例させて還元ガスの供給量を変更するため、都度、第2反応器における二酸化炭素の還元に過不足のない量の水素を供給できる。この結果、第2反応器におけるメタン生成量を向上できると共に、還元ガスの消費量を抑制できる。 (4) In the methane production apparatus of the above embodiment, the control unit has the carbon dioxide concentration in the raw material gas acquired by the first concentration acquisition unit and the raw material gas acquired by the first flow rate acquisition unit. From the amount of carbon dioxide in the raw material gas obtained from the flow rate, the carbon dioxide concentration in the exhaust gas acquired by the second concentration acquisition unit and the flow rate of the exhaust gas acquired by the second flow rate acquisition unit. By reducing the amount of carbon dioxide in the exhaust gas obtained from the above, the amount of carbon dioxide recovered in the first reactor was obtained, and it was proportional to both the obtained amount of carbon dioxide recovered and the flow rate of the pump. Therefore, the supply amount of the reduced gas from the reduced gas supply unit may be changed. According to this configuration, the control unit changes the supply amount of the reducing gas in proportion to both the carbon dioxide recovery amount in the first reactor and the flow rate of the pump, so that the carbon dioxide in the second reactor is changed each time. It is possible to supply just the right amount of hydrogen for the reduction of carbon dioxide. As a result, the amount of methane produced in the second reactor can be improved, and the amount of reduced gas consumed can be suppressed.

(5)上記形態のメタン製造装置では、さらに、前記第1流路上に設けられ、前記スラリーを収容する第3反応器と、前記第2流路上に設けられ、前記スラリーを収容する第4反応器と、のうちの少なくともいずれか一方を備え、さらに、前記第3反応器と前記第4反応器とのうちの少なくともいずれか一方にパージガスを供給するパージガス供給部、を備えていてもよい。この構成によれば、第3反応器を用いて、第1流路上を移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス(酸素、窒素等)を排出できる。また、第4反応器を用いて、第2流路上を移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス(水素等)を排出できる。 (5) In the methane production apparatus of the above embodiment, a third reactor provided on the first flow path and accommodating the slurry and a fourth reaction provided on the second flow path and accommodating the slurry are further provided. A vessel may be provided, and at least one of the reactors may be provided, and a purge gas supply unit for supplying the purge gas to at least one of the third reactor and the fourth reactor may be provided. According to this configuration, the gas (oxygen, nitrogen, etc.) remaining in the catalyst contained in the slurry transferred on the first flow path can be discharged by using the third reactor. Further, the fourth reactor can be used to discharge the gas (hydrogen, etc.) remaining in the catalyst contained in the slurry transferred on the second flow path.

(6)上記形態のメタン製造装置では、さらに、前記第1流路上に設けられた第1気液分離器と、前記第2流路上に設けられた第2気液分離器と、のうちの少なくともいずれか一方を備えていてもよい。この構成によれば、第1気液分離器を用いて、第1流路上を移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス(酸素、窒素等)を排出できる。また、第2気液分離器を用いて、第2流路上を移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス(水素等)を排出できる。 (6) In the methane production apparatus of the above embodiment, further, among the first gas-liquid separator provided on the first flow path and the second gas-liquid separator provided on the second flow path. It may have at least one of them. According to this configuration, the gas (oxygen, nitrogen, etc.) remaining in the catalyst contained in the slurry transferred on the first flow path can be discharged by using the first gas-liquid separator. Further, the gas (hydrogen, etc.) remaining in the catalyst contained in the slurry transferred on the second flow path can be discharged by using the second gas-liquid separator.

(7)上記形態のメタン製造装置において、前記触媒は、炭酸塩を形成して二酸化炭素を吸蔵するアルカリ金属と、アルカリ土類金属と、メタン化触媒性能を持つ金属と、のうちの少なくともいずれかを含んでいてもよい。この構成によれば、二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒として、種々の触媒を利用できる。 (7) In the methane production apparatus of the above embodiment, the catalyst is at least one of an alkali metal that forms a carbonate and occludes carbon dioxide, an alkaline earth metal, and a metal having a methaneation catalyst performance. May include. According to this configuration, various catalysts can be used as catalysts having carbon dioxide occlusion and reduction performance.

(8)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方法が提供される。このメタン製造方法は、二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を含むスラリーを収容した第1反応器に対して二酸化炭素を含有する原料ガスを供給する工程と、前記スラリーを収容した第2反応器に対して水素を含有する還元ガスを供給する工程と、前記第1反応器から前記第2反応器へと前記スラリーを移送するための第1流路と、前記第2反応器から前記第1反応器へと前記スラリーを移送するための第2流路と、を用いて、前記第1反応器と前記第2反応器との間で前記スラリーを循環させる工程と、を備える。 (8) According to one embodiment of the present invention, there is provided a methane production method for producing methane from carbon dioxide and hydrogen. This methane production method includes a step of supplying a raw material gas containing carbon dioxide to a first reactor containing a slurry containing a catalyst having carbon dioxide storage and reduction performance, and a second reaction containing the slurry. A step of supplying a reducing gas containing hydrogen to the reactor, a first flow path for transferring the slurry from the first reactor to the second reactor, and the second reactor from the second reactor. (1) A step of circulating the slurry between the first reactor and the second reactor by using a second flow path for transferring the slurry to the reactor is provided.

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、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、メタン製造方法、メタン製造システム、これら装置やシステムの制御のためのコンピュータプログラム、このコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、コンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various embodiments, for example, for controlling a methane production apparatus for producing methane from carbon dioxide and hydrogen, a methane production method, a methane production system, and control of these devices and systems. It can be realized in the form of a computer program, a server device for distributing the computer program, a non-temporary storage medium for storing the computer program, or the like.

第1実施形態におけるメタン製造装置の概略構成を説明する図である。It is a figure explaining the schematic structure of the methane production apparatus in 1st Embodiment. メタン生成量の時間変化を表す図である。It is a figure which shows the time change of the amount of methane production. 第2実施形態におけるメタン製造装置の概略構成を説明する図である。It is a figure explaining the schematic structure of the methane production apparatus in 2nd Embodiment. 第3実施形態におけるメタン製造装置の概略構成を説明する図である。It is a figure explaining the schematic structure of the methane production apparatus in 3rd Embodiment. 第4実施形態におけるメタン製造装置の概略構成を説明する図である。It is a figure explaining the schematic structure of the methane production apparatus in 4th Embodiment. ポンプ流量マップと還元ガス流量マップの概念図である。It is a conceptual diagram of a pump flow rate map and a reduced gas flow rate map. 制御部による流量制御の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of flow rate control by a control part.

<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の概略構成を説明する図である。本実施形態のメタン製造装置1は、二酸化炭素(CO2)の吸蔵及び還元性能を有する触媒を利用して、二酸化炭素と水素(H2)からメタン(CH4)を製造する装置である。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15と、還元ガス供給部25と、スラリーポンプ30とを備えている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a methane production apparatus 1 according to the first embodiment. The methane production apparatus 1 of the present embodiment is an apparatus for producing methane (CH 4 ) from carbon dioxide and hydrogen (H 2 ) by using a catalyst having occlusal and reducing performance of carbon dioxide (CO 2 ). The methane production apparatus 1 includes a first reactor 10, a second reactor 20, a raw material gas supply unit 15, a reducing gas supply unit 25, and a slurry pump 30.

メタン製造装置1では、CO2の吸蔵及び還元性能を有する触媒(以降、単に「触媒」とも呼ぶ)を利用する。例えば、本実施形態では、炭酸塩を形成してCO2を吸蔵するアルカリ金属と、アルカリ土類金属と、メタン化触媒性能を持つ金属と、のうちの少なくともいずれかの金属が含まれた触媒を利用できる。メタン製造装置1では、粉末状の上記触媒を、例えばシリコンオイルなどの流体と混合してスラリー状としたもの(以降、単に「スラリー」とも呼ぶ)を、CO2の吸蔵及び還元のために利用する。すなわち、メタン製造装置1において利用する触媒は、流体状(スラリー)とされている。 In the methane production apparatus 1, a catalyst having CO 2 occlusion and reduction performance (hereinafter, also simply referred to as “catalyst”) is used. For example, in the present embodiment, a catalyst containing at least one of an alkali metal that forms a carbonate to store CO 2 , an alkaline earth metal, and a metal having a methanation catalytic performance. Can be used. In the methane production apparatus 1, a powdery catalyst mixed with a fluid such as silicon oil to form a slurry (hereinafter, also simply referred to as “slurry”) is used for occlusion and reduction of CO 2 . do. That is, the catalyst used in the methane production apparatus 1 is in a fluid state (slurry).

第1反応器10は、原料ガスに含まれるCO2を触媒に吸蔵させるための反応器(容器)である。第1反応器10の内部にはスラリーが収容される。第1反応器10には、原料ガス供給部15からの原料ガスが流通する供給管11と、第1反応器10からの排出ガス(O2、N2等)が流通する排出管12と、スラリーポンプ30から第1反応器10へとスラリーを移送するための第2流路形成部31と、第1反応器10から第2反応器20へとスラリーを移送するための第1流路形成部13と、がそれぞれ接続されている。 The first reactor 10 is a reactor (container) for occluding CO 2 contained in the raw material gas in the catalyst. The slurry is housed inside the first reactor 10. The first reactor 10 includes a supply pipe 11 through which the raw material gas from the raw material gas supply unit 15 flows, a discharge pipe 12 through which the exhaust gas (O 2 , N 2 , etc.) from the first reactor 10 flows. A second flow path forming unit 31 for transferring the slurry from the slurry pump 30 to the first reactor 10 and a first flow path forming unit for transferring the slurry from the first reactor 10 to the second reactor 20. The unit 13 and each are connected.

第2反応器20は、メタネーション反応のための反応器(容器)である。第2反応器20の内部では、スラリーに吸蔵されたCO2と、還元ガスに含まれるH2とを用いたサバティエ反応によって、CH4が生成される。第2反応器20の内部には、第1反応器10と同様にスラリーが収容される。第2反応器20には、還元ガス供給部25からの還元ガスが流通する供給管21と、第2反応器20での反応混合ガス(CH4等)が流通する排出管22と、第1反応器10から第2反応器20へとスラリーを移送するための第1流路形成部13と、第2反応器20からスラリーポンプ30へとスラリーを移送するための第2流路形成部23と、がそれぞれ接続されている。 The second reactor 20 is a reactor (container) for the methanation reaction. Inside the second reactor 20, CH 4 is generated by a Sabatier reaction using CO 2 occluded in the slurry and H 2 contained in the reducing gas. Similar to the first reactor 10, the slurry is housed inside the second reactor 20. The second reactor 20 includes a supply pipe 21 through which the reduced gas from the reducing gas supply unit 25 flows, a discharge pipe 22 through which the reaction mixed gas (CH 4 or the like) in the second reactor 20 flows, and a first reactor. A first flow path forming unit 13 for transferring the slurry from the reactor 10 to the second reactor 20, and a second flow path forming unit 23 for transferring the slurry from the second reactor 20 to the slurry pump 30. And are connected respectively.

なお、第1反応器10及び第2反応器20の大きさ(容器の径及び高さ)は、同じであってもよく、異なっていてもよい。第1反応器10及び第2反応器20の大きさは、触媒の特性に応じて決定されることが好ましく、例えば、CO2の還元速度が吸蔵速度に比べて遅い場合、第1反応器10よりも第2反応器20の大きさを大きく設計することが好ましい。そうすれば、触媒が第2反応器20に滞在する時間を、第1反応器10に滞在する時間と比較して長くすることができる。 The sizes (diameter and height of the container) of the first reactor 10 and the second reactor 20 may be the same or different. The sizes of the first reactor 10 and the second reactor 20 are preferably determined according to the characteristics of the catalyst. For example, when the reduction rate of CO 2 is slower than the occlusion rate, the first reactor 10 is used. It is preferable to design the size of the second reactor 20 to be larger than that of the second reactor 20. Then, the time that the catalyst stays in the second reactor 20 can be made longer than the time that the catalyst stays in the first reactor 10.

原料ガス供給部15は、第1反応器10に対して原料ガスを供給する装置であり、例えば、燃焼炉や原料ガスタンクによって構成されている。原料ガスには、CH4の生成に利用されるCO2の他にも、酸素(O2)、窒素(N2)等が含まれていてもよい。原料ガス供給部15には、原料ガス供給部15から第1反応器10への原料ガスが流通する供給管11が接続されている。本実施形態の原料ガス供給部15は、第1反応器10に対して常時、原料ガスの供給を行う。このため供給管11には、原料ガスの供給と遮断とを切り替える機構(バルブ等)を設けなくてもよい。 The raw material gas supply unit 15 is a device for supplying the raw material gas to the first reactor 10, and is composed of, for example, a combustion furnace or a raw material gas tank. The raw material gas may contain oxygen (O 2 ), nitrogen (N 2 ) and the like in addition to CO 2 used for the generation of CH 4 . A supply pipe 11 through which the raw material gas flows from the raw material gas supply unit 15 to the first reactor 10 is connected to the raw material gas supply unit 15. The raw material gas supply unit 15 of the present embodiment constantly supplies the raw material gas to the first reactor 10. Therefore, the supply pipe 11 does not have to be provided with a mechanism (valve or the like) for switching between supply and cutoff of the raw material gas.

還元ガス供給部25は、第2反応器20に対して還元ガスを供給する装置であり、例えば、水電解装置や水素タンクによって構成されている。還元ガスには、CH4の生成に利用されるH2の他にも、N2等が含まれていてもよい。還元ガス供給部25には、還元ガス供給部25から第2反応器20への還元ガスが流通する供給管21が接続されている。本実施形態の還元ガス供給部25は、第2反応器20に対して常時、還元ガスの供給を行う。このため供給管11と同様に、供給管21には、還元ガスの供給と遮断とを切り替える機構(バルブ等)を設けなくてもよい。 The reducing gas supply unit 25 is a device that supplies the reducing gas to the second reactor 20, and is composed of, for example, a water electrolyzer and a hydrogen tank. The reducing gas may contain N 2 and the like in addition to H 2 used for the generation of CH 4 . A supply pipe 21 through which the reducing gas flows from the reducing gas supply unit 25 to the second reactor 20 is connected to the reducing gas supply unit 25. The reducing gas supply unit 25 of the present embodiment constantly supplies the reducing gas to the second reactor 20. Therefore, similarly to the supply pipe 11, the supply pipe 21 does not have to be provided with a mechanism (valve or the like) for switching between supply and cutoff of the reducing gas.

スラリーポンプ30は、第2流路上に設けられて、白抜き矢印及び破線ハッチングの矢印(図1)の方向にスラリーを移送することで、第1反応器10と第2反応器20との間でスラリーを循環させるポンプである。なお、「第1流路」は、第1反応器10から第2反応器20へとスラリーを移送するための流路であり、第1流路形成部13によって形成されている(図1:白抜き矢印)。「第2流路」は、第2反応器20から第1反応器10へとスラリーを移送するための流路であり、第2流路形成部23と第2流路形成部31とによって形成されている(図1:斜線ハッチングの矢印)。 The slurry pump 30 is provided on the second flow path and transfers the slurry in the direction of the white arrow and the broken line hatching arrow (FIG. 1) between the first reactor 10 and the second reactor 20. It is a pump that circulates the slurry in. The "first flow path" is a flow path for transferring the slurry from the first reactor 10 to the second reactor 20, and is formed by the first flow path forming portion 13 (FIG. 1: 1). White arrow). The "second flow path" is a flow path for transferring the slurry from the second reactor 20 to the first reactor 10, and is formed by the second flow path forming portion 23 and the second flow path forming portion 31. (Fig. 1: Diagonal hatched arrow).

メタン製造装置1を利用したメタン製造方法について説明する。上述の通り、第1反応器10と第2反応器20とにはそれぞれ、CO2の吸蔵及び還元性能を有する触媒が収容されている。まず、第1反応器10内では、原料ガス供給部15から供給された原料ガスに含まれるCO2が、触媒に吸蔵される。原料ガスに含まれる他の成分(例えば、O2、N2等)は、排出ガスとして排出管12から排出される。なお、排出ガスは外部に放出されてもよく、例えばガス種別に分離されて図示しないガスタンクに蓄積されてもよい。 A methane production method using the methane production apparatus 1 will be described. As described above, the first reactor 10 and the second reactor 20 each contain a catalyst having CO 2 occlusion and reduction performance. First, in the first reactor 10, CO 2 contained in the raw material gas supplied from the raw material gas supply unit 15 is occluded in the catalyst. Other components (for example, O 2 , N 2 , etc.) contained in the raw material gas are discharged from the discharge pipe 12 as exhaust gas. The exhaust gas may be released to the outside, or may be separated into gas types and stored in a gas tank (not shown).

CO2が吸蔵された状態の触媒は、スラリーポンプ30によって、第1反応器10から第1流路(図1:白抜き矢印)を通って、第2反応器20へと移送される。すなわち、第2反応器20には、CO2が吸蔵された状態の触媒が供給される。 The catalyst in which CO 2 is occluded is transferred from the first reactor 10 to the second reactor 20 through the first flow path (FIG. 1: white arrow) by the slurry pump 30. That is, the second reactor 20 is supplied with a catalyst in which CO 2 is occluded.

次に、第2反応器20内では、還元ガス供給部25から供給された還元ガスに含まれるH2が、触媒に吸蔵されたCO2と反応(サバティエ反応)して、CH4を含む反応混合ガスが生成される。反応混合ガスは、排出管22から排出されて、そのまま又はガス種別に分離されて、図示しないガスタンクに蓄積される。 Next, in the second reactor 20, H 2 contained in the reducing gas supplied from the reducing gas supply unit 25 reacts with CO 2 occluded in the catalyst (Sabatier reaction) to contain CH 4 . A mixed gas is produced. The reaction mixed gas is discharged from the discharge pipe 22, is separated as it is or by gas type, and is stored in a gas tank (not shown).

CO2が吸蔵された後の触媒は、スラリーポンプ30によって、第2反応器20から第2流路(図1:斜線ハッチングの矢印)を通って、再び第1反応器10へと移送される。すなわち、第1反応器10には、CO2が吸蔵されていない状態の触媒が供給される。 After the CO 2 has been occluded, the catalyst is transferred from the second reactor 20 to the first reactor 10 again through the second flow path (FIG. 1: diagonal hatching arrow) by the slurry pump 30. .. That is, the catalyst in a state where CO 2 is not occluded is supplied to the first reactor 10.

このように、本実施形態のメタン製造装置1では、第1,2反応器10,20に収容する触媒を流動可能なスラリー状として、かつ、第1,2流路形成部13,23,31及びスラリーポンプ30によって、CO2を触媒に吸蔵させるための第1反応器10と、メタネーション反応のための第2反応器20と、の間でスラリーを循環させる。このため、本実施形態のメタン製造装置1では、従来のように、単一の反応器内で、原料ガスからの二酸化炭素(CO2)の吸蔵工程と、還元ガスを用いたCO2のメタン(CH4)化工程との両方を実施する必要がなく、第1,2反応器10,20には、それぞれ常時同一のガスを供給できる。この結果、本実施形態のメタン製造装置1によれば、反応器へのガスの切り替えと、これに伴う多数のバルブが必要ないため、メタン製造装置1の装置構成を簡略化できる。 As described above, in the methane production apparatus 1 of the present embodiment, the catalyst contained in the first and second reactors 10 and 20 is made into a flowable slurry, and the first and second flow path forming portions 13, 23, 31 are formed. And the slurry pump 30 circulates the slurry between the first reactor 10 for occluding CO 2 in the catalyst and the second reactor 20 for the methanation reaction. Therefore, in the methane production apparatus 1 of the present embodiment, as in the conventional case, the step of occluding carbon dioxide (CO 2 ) from the raw material gas and the methane of CO 2 using the reducing gas in a single reactor. It is not necessary to carry out both the (CH 4 ) conversion step, and the same gas can always be supplied to the first and second reactors 10 and 20 respectively. As a result, according to the methane production apparatus 1 of the present embodiment, the apparatus configuration of the methane production apparatus 1 can be simplified because the switching of the gas to the reactor and the accompanying large number of valves are not required.

図2は、メタン(CH4)生成量の時間変化を表す図である。縦軸はCH4生成量[mol/min]を表し、横軸は時間を表す。図2には、本実施形態のメタン製造装置1によるCH4生成量の変化Sと、第1比較例のメタン製造装置によるCH4生成量の変化S1と、第2比較例のメタン製造装置によるCH4生成量の変化S2(1)及び(2)とを示す。第1比較例は、CO2の吸蔵及び還元性能を有する固形状の触媒層を収容した単一の反応器内で、原料ガスからCO2を吸蔵する第1工程と、吸蔵されたCO2を還元してCH4を生成する第2工程とを逐次的に実施するメタン製造装置である。第2比較例は、第1比較例と同様の構成で、反応器を多段化したメタン製造装置である。 FIG. 2 is a diagram showing the time variation of the amount of methane (CH 4 ) produced. The vertical axis represents the amount of CH 4 produced [mol / min], and the horizontal axis represents time. FIG. 2 shows a change S in the amount of CH 4 produced by the methane production apparatus 1 of the present embodiment, a change S1 in the amount of CH 4 produced by the methane production apparatus of the first comparative example, and the methane production apparatus of the second comparative example. Changes in the amount of CH 4 produced S2 (1) and (2) are shown. In the first comparative example, the first step of occluding CO 2 from the raw material gas and the occluded CO 2 in a single reactor containing a solid catalyst layer having occluding and reducing performance of CO 2 are carried out. It is a methane production apparatus that sequentially carries out the second step of reducing to produce CH 4 . The second comparative example is a methane production apparatus having the same configuration as the first comparative example and having a multi-stage reactor.

図2の変化S1(一点鎖線)から明らかなように、第1比較例では、原料ガスからCO2を吸蔵する第1工程が実行される時間tnからtn+1の間は、CH4の生成が行われない。なお、「n」は処理開始後の任意の時刻を意味する。さらに、第1比較例では、吸蔵されたCO2を還元してCH4を生成する第2工程が実行される時間tn+1からtn+2の間についても、メタン生成量は放物線状となり、一定値を採らない。これは、還元ガス供給用のバルブを開閉してから還元ガス流量が安定するまでの間に時間遅れが生じることや、時間経過に伴って触媒層内に吸蔵されているCO2の総量や分布に変化が生じることなどに起因する。 As is clear from the change S1 (dashed-dotted line) in FIG. 2, in the first comparative example, CH 4 is performed during the time t n to t n + 1 during which the first step of occluding CO 2 from the raw material gas is executed. Is not generated. In addition, "n" means an arbitrary time after the start of processing. Further, in the first comparative example, the amount of methane produced is parabolic even during the time t n + 1 to t n + 2 when the second step of reducing the occluded CO 2 to generate CH 4 is executed. And does not take a certain value. This is because there is a time delay between opening and closing the valve for supplying the reducing gas and the time when the flow rate of the reducing gas stabilizes, and the total amount and distribution of CO 2 occluded in the catalyst layer with the passage of time. It is caused by the change in the gas.

図2において破線で示す変化S2(1)は、第2比較例の1段目の反応器によるメタン生成量を表し、変化S2(2)は、第2比較例の2段目の反応器によるメタン生成量を表す。反応器を多段化して第1,2工程のタイミングをずらすことにより、例えば、時間tnからtn+1の間は1段目の反応器によってCH4を生成し、時間tn+1からtn+2の間は2段目の反応器によってCH4を生成する、といった連続処理が可能となる。しかし、第2比較例においても第1比較例と同様に、各反応器におけるメタン生成量は放物線状となり、一定値を採らない。理由は上述の通りである。また、反応器を多段化した場合、上述の通り原料ガスを連続処理することは可能になるものの、時間経過に伴って触媒層内に吸蔵されているCO2の総量や分布に変化が生じるため、メタン生成量の変化S2(1)とS2(2)とは必ずしも同一軌跡の放物線とならない。 In FIG. 2, the change S2 (1) shown by the broken line represents the amount of methane produced by the first-stage reactor of the second comparative example, and the change S2 (2) is due to the second-stage reactor of the second comparative example. Represents the amount of methane produced. By increasing the number of stages of the reactor and shifting the timing of the first and second steps, for example, CH 4 is generated by the first stage reactor between the time t n and t n + 1, and from the time t n + 1 . During t n + 2 , continuous processing such as generating CH 4 by the second-stage reactor is possible. However, also in the second comparative example, as in the first comparative example, the amount of methane produced in each reactor is parabolic and does not take a constant value. The reason is as described above. In addition, when the reactor is multi-staged, the raw material gas can be continuously treated as described above, but the total amount and distribution of CO 2 occluded in the catalyst layer changes with the passage of time. , Changes in the amount of methane produced S2 (1) and S2 (2) do not necessarily have the same trajectory.

これに対して、本実施形態のメタン製造装置1では、上述の通り、反応器へのガスの切り替えが必要ないため、原料ガス供給部15から第1反応器10への原料ガスの流量と、還元ガス供給部25から第2反応器20への還元ガスの流量とを定常化できる。また、第1,2反応器10,20内に収容される触媒は流動可能なスラリー状である。このため、第1,2反応器10,20の間のみならず、各反応器10,20の内部においてもスラリーが流動することによって、触媒に吸蔵されているCO2の総量や分布を均一化すると共に、反応器内の温度を均一化することができる。これらの結果、本実施形態のメタン製造装置1では、図2の変化S(実線)から明らかなように、メタン生成量を定常化することができる。すなわち、本実施形態のメタン製造装置1では、従来の構成では困難であった定常的なCH4の生成が実現でき、負荷変動に対するロバスト性を向上できる。 On the other hand, in the methane production apparatus 1 of the present embodiment, as described above, since it is not necessary to switch the gas to the reactor, the flow rate of the raw material gas from the raw material gas supply unit 15 to the first reactor 10 and the flow rate of the raw material gas. The flow rate of the reduced gas from the reducing gas supply unit 25 to the second reactor 20 can be stabilized. Further, the catalyst housed in the first and second reactors 10 and 20 is in the form of a flowable slurry. Therefore, the slurry flows not only between the first and second reactors 10 and 20 but also inside each of the reactors 10 and 20, so that the total amount and distribution of CO 2 occluded in the catalyst are made uniform. At the same time, the temperature inside the reactor can be made uniform. As a result, in the methane production apparatus 1 of the present embodiment, as is clear from the change S (solid line) in FIG. 2, the amount of methane produced can be stabilized. That is, in the methane production apparatus 1 of the present embodiment, steady generation of CH 4 , which was difficult with the conventional configuration, can be realized, and robustness against load fluctuation can be improved.

以上説明した通り、本実施形態のメタン製造装置1によれば、CO2の吸蔵及び還元性能を有する触媒を用いたメタンの製造において、装置構成の簡略化と、メタン生成量の定常化を図ることができる。さらに、メタン製造装置1によれば、第1,2反応器10,20内における触媒の滞留時間を、スラリーポンプ30の流量を変化させることで制御できる。このため例えば、原料ガス供給部15から第1反応器10へ供給される原料ガスの流量や組成(CO2の含有量)が変化した場合であっても、第1反応器10における目標CO2回収率を実現するために必要な滞留時間を容易に確保できる。 As described above, according to the methane production apparatus 1 of the present embodiment, in the production of methane using a catalyst having CO 2 occlusion and reduction performance, the apparatus configuration is simplified and the amount of methane produced is stabilized. be able to. Further, according to the methane production apparatus 1, the residence time of the catalyst in the first and second reactors 10 and 20 can be controlled by changing the flow rate of the slurry pump 30. Therefore, for example, even if the flow rate or composition (CO 2 content) of the raw material gas supplied from the raw material gas supply unit 15 to the first reactor 10 changes, the target CO 2 in the first reactor 10 is changed. The residence time required to achieve the recovery rate can be easily secured.

<第2実施形態>
図3は、第2実施形態におけるメタン製造装置1aの概略構成を説明する図である。第2実施形態では、次の反応器へ移動する触媒中に残留したガスの排出が可能な構成について説明する。第2実施形態のメタン製造装置1aは、上述した第1実施形態の各構成に加えてさらに、第3反応器40と、第4反応器50と、第1パージガス供給部45と、第2パージガス供給部55とを備えている。以下、第1実施形態と相違する部分について説明する。
<Second Embodiment>
FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of the methane production apparatus 1a according to the second embodiment. In the second embodiment, a configuration capable of discharging the gas remaining in the catalyst moving to the next reactor will be described. The methane production apparatus 1a of the second embodiment further includes a third reactor 40, a fourth reactor 50, a first purge gas supply unit 45, and a second purge gas in addition to the configurations of the first embodiment described above. It is provided with a supply unit 55. Hereinafter, the parts different from the first embodiment will be described.

第3反応器40は、第1流路上に設けられて、第1反応器10から第2反応器20へ移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス(O2、N2等)を排出するための反応器(容器)である。第3反応器40の内部には、第1反応器10と同様にスラリーが収容される。第3反応器40には、第1パージガス供給部45からのパージガスが流通する供給管41と、第3反応器40からの排出ガスが流通する排出管42と、第1反応器10から第3反応器40へとスラリーを移送するための第1流路形成部13aと、第3反応器40から第2反応器20へとスラリーを移送するための第1流路形成部43と、がそれぞれ接続されている。 The third reactor 40 is provided on the first flow path, and gas (O 2 , N 2 , etc.) remaining in the catalyst contained in the slurry transferred from the first reactor 10 to the second reactor 20 is removed. It is a reactor (container) for discharging. Similar to the first reactor 10, the slurry is housed inside the third reactor 40. The third reactor 40 includes a supply pipe 41 through which the purge gas from the first purge gas supply unit 45 flows, a discharge pipe 42 through which the exhaust gas from the third reactor 40 flows, and a first reactor 10 to a third reactor. The first flow path forming unit 13a for transferring the slurry to the reactor 40 and the first flow path forming unit 43 for transferring the slurry from the third reactor 40 to the second reactor 20, respectively. It is connected.

第4反応器50は、第2流路上に設けられて、第2反応器20から第1反応器10へ移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス(H2等)を排出するための反応器(容器)である。第4反応器50の内部には、第1反応器10と同様にスラリーが収容される。第4反応器50には、第2パージガス供給部55からのパージガスが流通する供給管51と、第4反応器50からの排出ガスが流通する排出管52と、第2反応器20から第4反応器50へとスラリーを移送するための第2流路形成部23aと、第4反応器50からスラリーポンプ30へとスラリーを移送するための第2流路形成部53と、がそれぞれ接続されている。 The fourth reactor 50 is provided on the second flow path to discharge the gas (H 2 , etc.) remaining in the catalyst contained in the slurry transferred from the second reactor 20 to the first reactor 10. Reactor (container). Similar to the first reactor 10, the slurry is housed inside the fourth reactor 50. The fourth reactor 50 includes a supply pipe 51 through which the purge gas from the second purge gas supply unit 55 flows, a discharge pipe 52 through which the exhaust gas from the fourth reactor 50 flows, and the second reactor 20 to the fourth. A second flow path forming unit 23a for transferring the slurry to the reactor 50 and a second flow path forming unit 53 for transferring the slurry from the fourth reactor 50 to the slurry pump 30 are connected, respectively. ing.

第1パージガス供給部45は、第3反応器40に対してパージガスを供給する装置であり、例えば、窒素ガス発生装置や窒素タンクによって構成されている。パージガスには、残留ガスの排出に使用されるN2のほかにも、CO2、O2等が含まれていてもよい。第1パージガス供給部45には、第1パージガス供給部45から第3反応器40へのパージガスが流通する供給管41が接続されている。本実施形態の第1パージガス供給部45は、第3反応器40に対して常時、パージガスの供給を行う。このため供給管11と同様に、供給管41には、パージガスの供給と遮断とを切り替える機構(バルブ等)は設けなくてもよい。第2パージガス供給部55は、第4反応器50に対してパージガスを供給する装置であり、詳細は第1パージガス供給部45と同様である。第2パージガス供給部55には、第2パージガス供給部55から第4反応器50へのパージガスが流通する供給管51が接続されている。 The first purge gas supply unit 45 is a device that supplies purge gas to the third reactor 40, and is composed of, for example, a nitrogen gas generator and a nitrogen tank. The purge gas may contain CO 2 , O 2 , and the like in addition to N 2 used for discharging residual gas. A supply pipe 41 through which purge gas flows from the first purge gas supply unit 45 to the third reactor 40 is connected to the first purge gas supply unit 45. The first purge gas supply unit 45 of the present embodiment constantly supplies the purge gas to the third reactor 40. Therefore, similarly to the supply pipe 11, the supply pipe 41 may not be provided with a mechanism (valve or the like) for switching between supply and cutoff of purge gas. The second purge gas supply unit 55 is a device that supplies purge gas to the fourth reactor 50, and the details are the same as those of the first purge gas supply unit 45. A supply pipe 51 through which purge gas flows from the second purge gas supply unit 55 to the fourth reactor 50 is connected to the second purge gas supply unit 55.

第2実施形態では、第1流路形成部13aと第1流路形成部43とが「第1流路」を形成し、第2流路形成部23aと第2流路形成部53と第2流路形成部31とが「第2流路」を形成する。なお、上述した構成において、第3反応器40及び第1パージガス供給部45と、第4反応器50及び第2パージガス供給部55と、のうちの少なくとも一方は省略してもよい。また、第1パージガス供給部45と第2パージガス供給部55とを単一のパージガス供給部により構成してもよい。この場合、単一のパージガス供給部に対して、第3反応器40へパージガスを供給する供給管41と、第4反応器50へパージガスを供給する供給管51との両方が接続される。 In the second embodiment, the first flow path forming portion 13a and the first flow path forming portion 43 form a "first flow path", and the second flow path forming portion 23a, the second flow path forming portion 53, and the second flow path forming portion 53 are formed. The two flow path forming portions 31 form a "second flow path". In the above-described configuration, at least one of the third reactor 40 and the first purge gas supply unit 45 and the fourth reactor 50 and the second purge gas supply unit 55 may be omitted. Further, the first purge gas supply unit 45 and the second purge gas supply unit 55 may be configured by a single purge gas supply unit. In this case, both the supply pipe 41 for supplying the purge gas to the third reactor 40 and the supply pipe 51 for supplying the purge gas to the fourth reactor 50 are connected to a single purge gas supply unit.

このように、第2実施形態のメタン製造装置1aでは、上述した第1実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、第2実施形態のメタン製造装置1aでは、第3反応器40を用いて、第1流路上を移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス(O2、N2等)を排出できる。また、第4反応器を用いて、第2流路上を移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス(H2、N2等)を排出できる。この結果、第2実施形態のメタン製造装置1aでは、第1,2反応器10,20内においてO2とH2とが混在することを抑制できる。 As described above, the methane production apparatus 1a of the second embodiment can exhibit the same effect as that of the first embodiment described above. Further, in the methane production apparatus 1a of the second embodiment, the gas (O 2 , N 2 , etc.) remaining in the catalyst contained in the slurry transferred on the first flow path is discharged by using the third reactor 40. can. Further, the fourth reactor can be used to discharge the gas (H 2 , N 2 , etc.) remaining in the catalyst contained in the slurry transferred on the second flow path. As a result, in the methane production apparatus 1a of the second embodiment, it is possible to suppress the mixture of O 2 and H 2 in the first and second reactors 10 and 20.

<第3実施形態>
図4は、第3実施形態におけるメタン製造装置1bの概略構成を説明する図である。第3実施形態では、第2実施形態と同様に、次の反応器へ移動する触媒中に残留したガスの排出が可能な構成について説明する。第3実施形態のメタン製造装置1bは、上述した第1実施形態の各構成に加えてさらに、第1気液分離器60と、第2気液分離器70とを備えている。
<Third Embodiment>
FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of the methane production apparatus 1b according to the third embodiment. In the third embodiment, as in the second embodiment, a configuration capable of discharging the gas remaining in the catalyst moving to the next reactor will be described. The methane production apparatus 1b of the third embodiment further includes a first gas-liquid separator 60 and a second gas-liquid separator 70 in addition to the configurations of the first embodiment described above.

第1気液分離器60は、第1流路上に設けられて、第1反応器10から第2反応器20へ移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス(O2、N2等)を分離、排出するための気液分離器である。第1気液分離器60の内部には、第1反応器10と同様にスラリーが収容される。第1気液分離器60には、第1反応器10から第1気液分離器60へとスラリーを移送するための第1流路形成部13bと、第1気液分離器60から第2反応器20へとスラリーを移送するための第1流路形成部61とがそれぞれ接続されている。 The first gas-liquid separator 60 is provided on the first flow path, and the gas (O 2 , N 2 , etc.) remaining in the catalyst contained in the slurry transferred from the first reactor 10 to the second reactor 20 is provided. ) Is a gas-liquid separator for separating and discharging. Similar to the first reactor 10, the slurry is housed inside the first gas-liquid separator 60. The first gas-liquid separator 60 includes a first flow path forming portion 13b for transferring the slurry from the first reactor 10 to the first gas-liquid separator 60, and a second gas-liquid separator 60 to the second. A first flow path forming portion 61 for transferring the slurry to the reactor 20 is connected to each of them.

第2気液分離器70は、第2流路上に設けられて、第2反応器20から第1反応器10へ移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス(H2、N2等)を分離、排出するための気液分離器である。第2気液分離器70の内部には、第1反応器10と同様にスラリーが収容される。第2気液分離器70には、第2反応器20から第2気液分離器70へとスラリーを移送するための第2流路形成部23bと、第2気液分離器70からスラリーポンプ30へとスラリーを移送するための第2流路形成部71と、がそれぞれ接続されている。 The second gas-liquid separator 70 is provided on the second flow path, and the gas (H 2 , N 2 , etc.) remaining in the catalyst contained in the slurry transferred from the second reactor 20 to the first reactor 10 is provided. ) Is a gas-liquid separator for separating and discharging. Similar to the first reactor 10, the slurry is housed inside the second gas-liquid separator 70. The second gas-liquid separator 70 includes a second flow path forming unit 23b for transferring the slurry from the second reactor 20 to the second gas-liquid separator 70, and a slurry pump from the second gas-liquid separator 70. A second flow path forming portion 71 for transferring the slurry to 30 is connected to each of the second flow path forming portions 71.

第3実施形態では、第1流路形成部13bと第1流路形成部61とが「第1流路」を形成し、第2流路形成部23bと第2流路形成部71と第2流路形成部31とが「第2流路」を形成する。なお、上述した構成において、第1気液分離器60及び第2気液分離器70のうちの少なくとも一方は省略してもよい。 In the third embodiment, the first flow path forming portion 13b and the first flow path forming portion 61 form a "first flow path", and the second flow path forming portion 23b, the second flow path forming portion 71, and the second flow path forming portion 71 are formed. The two flow path forming portions 31 form a "second flow path". In the above-described configuration, at least one of the first gas-liquid separator 60 and the second gas-liquid separator 70 may be omitted.

このように、第3実施形態のメタン製造装置1bでは、上述した第1実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、第3実施形態のメタン製造装置1bでは、第1気液分離器60を用いて、第1流路上を移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス(O2、N2等)を排出できる。また、第2気液分離器70を用いて、第2流路上を移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス(H2、N2等)を排出できる。この結果、第3実施形態のメタン製造装置1bにおいても、第1,2反応器10,20内においてO2とH2とが混在することを抑制できる。 As described above, the methane production apparatus 1b of the third embodiment can exhibit the same effect as that of the first embodiment described above. Further, in the methane production apparatus 1b of the third embodiment, the gas (O 2 , N 2 , etc.) remaining in the catalyst contained in the slurry transferred on the first flow path is used by using the first gas-liquid separator 60. Can be discharged. Further, the second gas-liquid separator 70 can be used to discharge the gas (H 2 , N 2 , etc.) remaining in the catalyst contained in the slurry transferred on the second flow path. As a result, even in the methane production apparatus 1b of the third embodiment, it is possible to suppress the mixture of O 2 and H 2 in the first and second reactors 10 and 20.

<第4実施形態>
図5は、第4実施形態におけるメタン製造装置1cの概略構成を説明する図である。第4実施形態では、スラリーポンプ30の流量と、還元ガス供給部25からの還元ガスの供給量とを制御可能な構成について説明する。第4実施形態のメタン製造装置1cは、上述した第1実施形態の各構成に加えてさらに、第1流量計91と、第2流量計92と、第1濃度計95と、第2濃度計96と、マスフローコントローラ80と、制御部100とを備えている。
<Fourth Embodiment>
FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of the methane production apparatus 1c according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment, a configuration capable of controlling the flow rate of the slurry pump 30 and the supply amount of the reducing gas from the reducing gas supply unit 25 will be described. The methane production apparatus 1c of the fourth embodiment further includes a first flow meter 91, a second flow meter 92, a first densitometer 95, and a second densitometer in addition to the configurations of the first embodiment described above. It includes 96, a mass flow controller 80, and a control unit 100.

第1流量計91は、原料ガス供給部15から第1反応器10へと供給される原料ガスの流量を計測する流量センサであり、供給管11に設けられている。第1流量計91には種々の形式を採用でき、例えば、カルマン渦式、熱式、超音波式等を採用できる。第1流量計91は、原料ガスの流量を取得する「第1流量取得部」として機能する。なお、制御部100が、原料ガス供給部15を構成する装置(例えば、燃焼炉や原料ガスタンク)から原料ガスの流量の情報を取得可能な場合、制御部100を第1流量取得部として機能させて、第1流量計91は省略してもよい。 The first flow meter 91 is a flow rate sensor that measures the flow rate of the raw material gas supplied from the raw material gas supply unit 15 to the first reactor 10, and is provided in the supply pipe 11. Various types can be adopted for the first flow meter 91, for example, a Karman vortex type, a thermal type, an ultrasonic type and the like can be adopted. The first flow meter 91 functions as a "first flow rate acquisition unit" for acquiring the flow rate of the raw material gas. When the control unit 100 can acquire information on the flow rate of the raw material gas from a device (for example, a combustion furnace or a raw material gas tank) constituting the raw material gas supply unit 15, the control unit 100 is made to function as the first flow rate acquisition unit. Therefore, the first flow meter 91 may be omitted.

第1濃度計95は、原料ガス供給部15から第1反応器10へと供給される原料ガスのCO2濃度を計測する濃度センサであり、供給管11において原料ガス供給部15のガス噴出口の近傍に設けられている。第1濃度計95は、原料ガス中のCO2濃度を取得する「第1濃度取得部」として機能する。なお、制御部100が、原料ガス供給部15を構成する装置から原料ガス中のCO2濃度の情報を取得可能な場合、制御部100を第1濃度取得部として機能させて、第1濃度計95は省略してもよい。 The first densitometer 95 is a concentration sensor that measures the CO 2 concentration of the raw material gas supplied from the raw material gas supply unit 15 to the first reactor 10, and is a gas ejection port of the raw material gas supply unit 15 in the supply pipe 11. It is provided in the vicinity of. The first densitometer 95 functions as a "first concentration acquisition unit" for acquiring the CO 2 concentration in the raw material gas. When the control unit 100 can acquire information on the CO 2 concentration in the raw material gas from the device constituting the raw material gas supply unit 15, the control unit 100 is made to function as the first concentration acquisition unit, and the first densitometer is used. 95 may be omitted.

第2流量計92は、第1反応器10から排出される排出ガスの流量を計測する流量センサであり、排出管12に設けられている。第2流量計92は、第1流量計91と同様に種々の形式を採用できる。第2流量計92は、排出ガスの流量を取得する「第2流量取得部」として機能する。第2濃度計96は、第1反応器10から排出される排出ガス中のCO2濃度を計測する濃度センサであり、排出管12において第1反応器10のガス噴出口の近傍に設けられている。第2濃度計96は、排出ガス中のCO2濃度を取得する「第2濃度取得部」として機能する。 The second flow meter 92 is a flow rate sensor that measures the flow rate of the exhaust gas discharged from the first reactor 10, and is provided in the discharge pipe 12. The second flow meter 92 can adopt various types like the first flow meter 91. The second flow meter 92 functions as a "second flow rate acquisition unit" that acquires the flow rate of the exhaust gas. The second densitometer 96 is a concentration sensor that measures the CO 2 concentration in the exhaust gas discharged from the first reactor 10, and is provided in the discharge pipe 12 in the vicinity of the gas ejection port of the first reactor 10. There is. The second densitometer 96 functions as a "second concentration acquisition unit" that acquires the CO 2 concentration in the exhaust gas.

マスフローコントローラ80は、図示しない流量センサや流量制御バルブ等を含み、還元ガス供給部25から第2反応器20へと供給される還元ガスの流量を制御する装置であり、供給管21に設けられている。 The mass flow controller 80 includes a flow rate sensor, a flow rate control valve, and the like (not shown), and is a device that controls the flow rate of the reduced gas supplied from the reduced gas supply unit 25 to the second reactor 20, and is provided in the supply pipe 21. ing.

制御部100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1cの各部を制御する。制御部100は、第1,2流量計91,92、第1,2濃度計95,96と電気的に接続され、各流量計及び各濃度計の計測値を取得する。また、制御部100は、スラリーポンプ30、マスフローコントローラ80と電気的に接続され、スラリーポンプ30とマスフローコントローラ80とを制御する。制御部100には、スラリーポンプ30の制御に使用されるポンプ流量マップ101と、マスフローコントローラ80の制御に使用される還元ガス流量マップ102とが予め記憶されている。 The control unit 100 is a computer including a ROM, a RAM, and a CPU, and controls each unit of the methane production apparatus 1c. The control unit 100 is electrically connected to the first and second flowmeters 91 and 92 and the first and second densitometers 95 and 96, and acquires the measured values of each flowmeter and each densitometer. Further, the control unit 100 is electrically connected to the slurry pump 30 and the mass flow controller 80, and controls the slurry pump 30 and the mass flow controller 80. The control unit 100 stores in advance a pump flow rate map 101 used for controlling the slurry pump 30 and a reduced gas flow rate map 102 used for controlling the mass flow controller 80.

図6は、ポンプ流量マップ101と還元ガス流量マップ102の概念図である。図6(A)には、ポンプ流量マップ101の概念図を示す。ポンプ流量マップ101において、縦軸は原料ガス中のCO2濃度(XCO2_in)を表し、横軸は原料ガスの流量(Qin[slm])を表す。マップの濃淡はスラリーポンプ30の流量を表し、色が濃いほどスラリーポンプ30の流量が多く、薄いほどスラリーポンプ30の流量が少ないことを意味する。 FIG. 6 is a conceptual diagram of the pump flow rate map 101 and the reducing gas flow rate map 102. FIG. 6A shows a conceptual diagram of the pump flow rate map 101. In the pump flow rate map 101, the vertical axis represents the CO 2 concentration (X CO2 _ in ) in the raw material gas, and the horizontal axis represents the flow rate of the raw material gas (Q in [slm]). The shade of the map represents the flow rate of the slurry pump 30, and the darker the color, the higher the flow rate of the slurry pump 30, and the lighter the color, the lower the flow rate of the slurry pump 30.

原料ガス中のCO2濃度が高ければ高いほど、また、第1反応器10へ単位時間あたりに供給される原料ガスの流量が多ければ多いほど、触媒によるCO2の吸蔵に時間を要するため、スラリーポンプ30の流量は少なくする必要がある。このため、ポンプ流量マップ101では、スラリーポンプ30の流量を、原料ガス中のCO2濃度と、原料ガスの流量との両方に反比例させている。ポンプ流量マップ101は、実験等により事前に求められ、制御部100内の記憶部(ROM等)に記憶されている。 The higher the CO 2 concentration in the raw material gas and the larger the flow rate of the raw material gas supplied to the first reactor 10 per unit time, the longer it takes for the catalyst to occlude CO 2 . The flow rate of the slurry pump 30 needs to be reduced. Therefore, in the pump flow rate map 101, the flow rate of the slurry pump 30 is inversely proportional to both the CO 2 concentration in the raw material gas and the flow rate of the raw material gas. The pump flow rate map 101 is obtained in advance by an experiment or the like, and is stored in a storage unit (ROM or the like) in the control unit 100.

図6(B)には、還元ガス流量マップ102の概念図を示す。還元ガス流量マップ102において、縦軸は第1反応器10におけるCO2回収量(Qad[slm])を表し、横軸はスラリーポンプ30の流量(Qs[slm])を表す。マップの濃淡はマスフローコントローラ80により制御される還元ガスの流量を表し、色が濃いほど還元ガスの流量が多く、薄いほど還元ガスの流量が少ないことを意味する。 FIG. 6B shows a conceptual diagram of the reduced gas flow rate map 102. In the reduced gas flow rate map 102, the vertical axis represents the CO 2 recovery amount (Q ad [slm]) in the first reactor 10, and the horizontal axis represents the flow rate (Q s [slm]) of the slurry pump 30. The shade of the map represents the flow rate of the reducing gas controlled by the mass flow controller 80, and the darker the color, the larger the flow rate of the reducing gas, and the lighter the color, the smaller the flow rate of the reducing gas.

第1反応器10におけるCO2回収量(触媒中に吸蔵されたCO2の量)は、第2反応器20において還元を要するCO2の量を意味する。また、スラリーポンプ30の流量は、第2反応器20に対して単位時間あたりに供給される触媒の量を意味する。このため、第1反応器10におけるCO2回収量が多ければ多いほど、また、スラリーポンプ30の流量が多ければ多いほど、CO2還元のためのH2を多く消費するため、還元ガスの流量を多くする必要がある。このため、還元ガス流量マップ102では、還元ガスの流量を、第1反応器10におけるCO2回収量と、スラリーポンプ30の流量との両方に比例させている。還元ガス流量マップ102は、ポンプ流量マップ101と同様に実験等により事前に求められ、制御部100内の記憶部(ROM等)に記憶されている。 The amount of CO 2 recovered in the first reactor 10 (the amount of CO 2 occluded in the catalyst) means the amount of CO 2 requiring reduction in the second reactor 20. The flow rate of the slurry pump 30 means the amount of catalyst supplied to the second reactor 20 per unit time. Therefore, the larger the amount of CO 2 recovered in the first reactor 10 and the larger the flow rate of the slurry pump 30, the more H 2 for CO 2 reduction is consumed, so that the flow rate of the reducing gas is increased. Need to be increased. Therefore, in the reduced gas flow rate map 102, the flow rate of the reduced gas is proportional to both the CO 2 recovery amount in the first reactor 10 and the flow rate of the slurry pump 30. Similar to the pump flow rate map 101, the reduced gas flow rate map 102 is obtained in advance by an experiment or the like and is stored in a storage unit (ROM or the like) in the control unit 100.

なお、図6に示したポンプ流量マップ101及び還元ガス流量マップ102は、使用する触媒におけるCO2の吸蔵速度及び還元速度、使用する第1反応器10及び第2反応器20の大きさ、目標とするCO2の回収率、原料ガス及び還元ガスの組成によって変動する。このため、以降の流量制御においてこれらの各条件を変更したい場合、ポンプ流量マップ101と還元ガス流量マップ102とは再作成を要する。 The pump flow rate map 101 and the reducing gas flow rate map 102 shown in FIG. 6 show the CO 2 occlusion rate and reduction rate in the catalyst used, the sizes of the first reactor 10 and the second reactor 20 used, and the target. It varies depending on the recovery rate of CO 2 and the composition of the raw material gas and the reducing gas. Therefore, if it is desired to change each of these conditions in the subsequent flow rate control, the pump flow rate map 101 and the reducing gas flow rate map 102 need to be recreated.

図7は、制御部100による流量制御の手順を示すフローチャートである。流量制御は、メタン製造装置1cの動作開始後に実行され、メタン製造装置1cの動作中は絶えず実行されている。なお、以降の説明では、原料ガス供給部15として燃焼炉を例示し、原料ガス中のCO2濃度と、原料ガスの流量とが絶えず変動する場合を例示する。 FIG. 7 is a flowchart showing a flow rate control procedure by the control unit 100. The flow rate control is executed after the operation of the methane production apparatus 1c is started, and is constantly executed during the operation of the methane production apparatus 1c. In the following description, a combustion furnace will be illustrated as the raw material gas supply unit 15, and a case where the CO 2 concentration in the raw material gas and the flow rate of the raw material gas constantly fluctuate will be illustrated.

ステップS10において制御部100は、制御に使用する時間変数t[秒]を0に初期化する。ステップS12において制御部100は、第1流量計91により計測された原料ガスの流量Qin(t)[slm]と、第1濃度計95により計測された原料ガス中のCO2濃度XCO2_in(t)と、を取得する。ステップS14において制御部100は、ポンプ流量マップ101を参照し、ステップS12での各取得値を用いて、スラリーポンプ30の流量Qs(t)[slm]を求める。ステップS16において制御部100は、スラリーポンプ30の流量を、ステップS14で求めた流量Qs(t)へと変更する。 In step S10, the control unit 100 initializes the time variable t [seconds] used for control to 0. In step S12, the control unit 100 has a flow rate Q in (t) [slm] of the raw material gas measured by the first flow meter 91 and a CO 2 concentration X CO2 _ in the raw material gas measured by the first densitometer 95. In (t) and get. In step S14, the control unit 100 refers to the pump flow rate map 101 and obtains the flow rate Q s (t) [slm] of the slurry pump 30 using each acquired value in step S12. In step S16, the control unit 100 changes the flow rate of the slurry pump 30 to the flow rate Q s (t) obtained in step S14.

ステップS18において制御部100は、第2流量計92により計測された第1反応器10からの排出ガスの流量Qout(t)[slm]と、第2濃度計96により計測された第1反応器10からの排出ガス中のCO2濃度XCO2_out(t)と、を取得する。ステップS20において制御部100は、ステップS18での各取得値を用いて、次の数式1から第1反応器10におけるCO2回収量Qad(t)[slm]を求める。 In step S18, the control unit 100 has a flow rate Q out (t) [slm] of the exhaust gas from the first reactor 10 measured by the second flow meter 92 and a first reaction measured by the second densitometer 96. Obtain the CO 2 concentration X CO2 _ out (t) in the exhaust gas from the reactor 10. In step S20, the control unit 100 obtains the CO 2 recovery amount Q ad (t) [slm] in the first reactor 10 from the following mathematical formula 1 using each acquired value in step S18.

Figure 0007052360000001
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ステップS22において制御部100は、還元ガス流量マップ102を参照し、ステップS20で求めたCO2回収量Qad(t)と、ステップS14で求めたスラリーポンプ30の流量Qs(t)とを用いて、還元ガスの流量Qr(t)[slm]を求める。ステップS24において制御部100は、マスフローコントローラ80からの還元ガスの流量を、ステップS22で求めた流量Qr(t)へと変更する。 In step S22, the control unit 100 refers to the reduced gas flow rate map 102, and obtains the CO 2 recovery amount Q ad (t) obtained in step S20 and the flow rate Q s (t) of the slurry pump 30 obtained in step S14. The flow rate Q r (t) [slm] of the reducing gas is obtained by using. In step S24, the control unit 100 changes the flow rate of the reducing gas from the mass flow controller 80 to the flow rate Q r (t) obtained in step S22.

ステップS26において制御部100は、第1時間(Δt)[秒]が経過したか否かを判定する。なお、第1時間Δtは予め任意に決定することができ、例えば0.1~5秒程度の任意の値とできる。第1時間が経過していない場合(ステップS26:NO)、制御部100は処理をステップS26に遷移させ、第1時間の経過を監視する。第1時間が経過した場合(ステップS26:YES)、制御部100は処理をステップS28へ遷移させる。 In step S26, the control unit 100 determines whether or not the first time (Δt) [seconds] has elapsed. The first time Δt can be arbitrarily determined in advance, and can be, for example, an arbitrary value of about 0.1 to 5 seconds. If the first time has not elapsed (step S26: NO), the control unit 100 shifts the process to step S26 and monitors the elapse of the first time. When the first time has elapsed (step S26: YES), the control unit 100 shifts the process to step S28.

ステップS28において制御部100は、第1時間経過後の原料ガスの流量Qin(t+Δt)と、原料ガス中のCO2濃度XCO2_in(t+Δt)と、を第1流量計91及び第1濃度計95から取得する。ステップS30において制御部100は、ステップS12での各取得値とステップS28での各取得値とから、第1時間経過後の原料ガスの流量Qin(t+Δt)の増減、及び、第1時間経過後の原料ガス中のCO2濃度XCO2_in(t+Δt)の増減について、次の数式2に示す条件を満たすか否かを判定する。ここで、αは流量及び濃度の増減量[%]を表す閾値であり、例えば1~20程度の任意の値とできる。数式2では、原料ガスの流量Qin(t+Δt)の増減と、原料ガス中のCO2濃度XCO2_in(t+Δt)の増減とに同じ閾値αを使用しているが、これらは異なる閾値が利用されてもよい。 In step S28, the control unit 100 sets the flow rate Q in (t + Δt) of the raw material gas after the lapse of the first time and the CO 2 concentration X CO2 _ in (t + Δt) in the raw material gas into the first flow meter 91 and the first. Obtained from densitometer 95. In step S30, the control unit 100 increases or decreases the flow rate Q in (t + Δt) of the raw material gas after the lapse of the first time from each acquired value in step S12 and each acquired value in step S28, and the first time elapses. It is determined whether or not the condition shown in the following formula 2 is satisfied for the increase / decrease of the CO 2 concentration X CO2 _ in (t + Δt) in the raw material gas. Here, α is a threshold value representing the increase / decrease amount [%] of the flow rate and the concentration, and can be any value of, for example, about 1 to 20. In Equation 2, the same threshold value α is used for increasing / decreasing the flow rate Q in (t + Δt) of the raw material gas and increasing / decreasing the CO 2 concentration X CO2 _ in (t + Δt) in the raw material gas, but these have different threshold values. It may be used.

Figure 0007052360000002
Figure 0007052360000002

数式2に示す条件を満たす場合(ステップS30:YES)、制御部100は処理をステップS14に遷移させ、第1時間経過後の原料ガスの流量Qin(t+Δt)と、原料ガス中のCO2濃度XCO2_in(t+Δt)とによるスラリーポンプ30の流量Qs(t+Δt)を求め、スラリーポンプ30の流量を変更する。その後、制御部100は、ステップS16以降の処理を継続する。 When the condition shown in Equation 2 is satisfied (step S30: YES), the control unit 100 shifts the process to step S14, and the flow rate Q in (t + Δt) of the raw material gas after the lapse of the first time and CO 2 in the raw material gas. The flow rate Q s (t + Δt) of the slurry pump 30 is obtained based on the concentration X CO2 _ in (t + Δt), and the flow rate of the slurry pump 30 is changed. After that, the control unit 100 continues the processing after step S16.

一方、数式2に示す条件を満たさない場合(ステップS30:NO)、制御部100は処理をステップS32に遷移させ、第2時間(Δtw)[秒]が経過したか否かを判定する。なお、第2時間Δtwは予め任意に決定することができ、例えば30~600秒程度の任意の値とできる。第2時間が経過していない場合(ステップS32:NO)、制御部100は処理をステップS32に遷移させ、第2時間の経過を監視する。第2時間が経過した場合(ステップS32:YES)、制御部100は処理をステップS28へ遷移させ、再び、その時刻における第1流量計91と第1濃度計95との取得値を用いて、数式2に示す条件が成立するか否かを判定する。 On the other hand, when the condition shown in the equation 2 is not satisfied (step S30: NO), the control unit 100 shifts the process to step S32 and determines whether or not the second time (Δt w ) [seconds] has elapsed. The second time Δt w can be arbitrarily determined in advance, and can be, for example, an arbitrary value of about 30 to 600 seconds. If the second time has not elapsed (step S32: NO), the control unit 100 shifts the process to step S32 and monitors the elapse of the second time. When the second time has elapsed (step S32: YES), the control unit 100 shifts the process to step S28, and again, using the acquired values of the first flow meter 91 and the first densitometer 95 at that time, It is determined whether or not the condition shown in Equation 2 is satisfied.

このように、第4実施形態のメタン製造装置1cでは、上述した第1実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、メタン製造装置1cの流量制御(図7)のステップS12~S16によれば、制御部100は、第1濃度計95(第1濃度取得部)により取得された原料ガス中のCO2濃度と、第1流量計91(第1流量取得部)により取得された原料ガスの流量と、の両方に反比例させて、ポンプの流量を変更する(図6(A))。このため、第4実施形態のメタン製造装置1cによれば、第1反応器10においてCO2が触媒に十分吸蔵されるまでの時間、第1反応器10内に触媒を滞在させることができる。この結果、第1反応器10におけるCO2回収量を向上できる。 As described above, the methane production apparatus 1c of the fourth embodiment can exhibit the same effect as that of the first embodiment described above. Further, according to steps S12 to S16 of the flow rate control of the methane production apparatus 1c (FIG. 7), the control unit 100 has a CO 2 concentration in the raw material gas acquired by the first concentration meter 95 (first concentration acquisition unit). And the flow rate of the raw material gas acquired by the first flow meter 91 (first flow rate acquisition unit) is inversely proportional to both, and the flow rate of the pump is changed (FIG. 6A). Therefore, according to the methane production apparatus 1c of the fourth embodiment, the catalyst can be allowed to stay in the first reactor 10 for a period of time until CO 2 is sufficiently occluded in the catalyst in the first reactor 10. As a result, the amount of CO 2 recovered in the first reactor 10 can be improved.

また、メタン製造装置1cの流量制御(図7)のステップS18~S24によれば、制御部100は、第1濃度計95(第1濃度取得部)により取得された原料ガス中のCO2濃度と、第1流量計91(第1流量取得部)により取得された原料ガスの流量とから求めた「原料ガス中のCO2量」から、第2濃度計96(第2濃度取得部)により取得された排出ガス中のCO2濃度と、第2流量計92(第2流量取得部)により取得された排出ガスの流量とから求めた「排出ガス中の二酸化炭素量」を減じることで(数式1)、第1反応器10におけるCO2回収量Qadを求める。制御部100は、求めた第1反応器10におけるCO2回収量と、スラリーポンプ30の流量との両方に比例させて、マスフローコントローラ80の流量を変更することによって、原料ガス供給部15からの還元ガスの供給量を変更する。このため、第4実施形態のメタン製造装置1cによれば、都度、第2反応器20におけるCO2の還元に過不足のない量のH2を供給できる。この結果、第2反応器20におけるメタン生成量を向上できると共に、還元ガスの消費量を抑制できる。 Further, according to steps S18 to S24 of the flow rate control of the methane production apparatus 1c (FIG. 7), the control unit 100 has the CO 2 concentration in the raw material gas acquired by the first concentration meter 95 (first concentration acquisition unit). From the "CO 2 amount in the raw material gas" obtained from the flow rate of the raw material gas acquired by the first flow meter 91 (first flow rate acquisition unit), the second densitometer 96 (second concentration acquisition unit) By reducing the "amount of carbon dioxide in the exhaust gas" obtained from the CO 2 concentration in the acquired exhaust gas and the flow rate of the exhaust gas acquired by the second flow meter 92 (second flow rate acquisition unit) ( Equation 1), the CO 2 recovery amount Q ad in the first reactor 10 is obtained. The control unit 100 changes the flow rate of the mass flow controller 80 in proportion to both the obtained CO 2 recovery amount in the first reactor 10 and the flow rate of the slurry pump 30, and thereby the raw material gas supply unit 15. Change the supply amount of reducing gas. Therefore, according to the methane production apparatus 1c of the fourth embodiment, it is possible to supply a sufficient amount of H 2 for the reduction of CO 2 in the second reactor 20 each time. As a result, the amount of methane produced in the second reactor 20 can be improved, and the amount of reduced gas consumed can be suppressed.

なお、図7で説明した制御部100の制御内容はあくまで一例である。制御部100は、第1流量計91から取得した原料ガスの流量Qinと、第1濃度計95から取得した原料ガス中のCO2濃度XCO2_inと、第2流量計92から取得した第1反応器10からの排出ガスの流量Qoutと、第2濃度計96から取得した第1反応器10からの排出ガス中のCO2濃度XCO2_outと、のうちの少なくとも一部を用いて、スラリーポンプ30やマスフローコントローラ80に対する種々の制御を実施できる。例えば、制御部100は、スラリーポンプ30の流量を変更することに代えて、スラリーポンプ30の駆動、停止を制御してもよい。例えば、制御部100は、還元ガスの流量を変更することに代えて、還元ガスの濃度や組成を変更してもよく、原料ガスの流量、濃度、組成を変更してもよい。このようにすれば、CO2の吸蔵及び還元性能を有する触媒を用いたメタン製造において、メタン生成量の更なる定常化を図ることができる。 The control content of the control unit 100 described with reference to FIG. 7 is merely an example. The control unit 100 acquired the flow rate Q in of the raw material gas acquired from the first flow meter 91, the CO 2 concentration X CO2 _ in in the raw material gas acquired from the first concentration meter 95, and the second flow meter 92. At least a part of the flow rate Q out of the exhaust gas from the first reactor 10 and the CO 2 concentration X CO2 _ out in the exhaust gas from the first reactor 10 acquired from the second densitometer 96. It can be used to perform various controls on the slurry pump 30 and the mass flow controller 80. For example, the control unit 100 may control the drive and stop of the slurry pump 30 instead of changing the flow rate of the slurry pump 30. For example, the control unit 100 may change the concentration and composition of the reducing gas instead of changing the flow rate of the reducing gas, or may change the flow rate, concentration, and composition of the raw material gas. By doing so, it is possible to further stabilize the amount of methane produced in the production of methane using a catalyst having CO 2 occlusion and reduction performance.

<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。
<Modified example of this embodiment>
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be carried out in various embodiments without departing from the gist thereof, and for example, the following modifications are also possible.

[変形例1]
上記第1~4実施形態では、メタン製造装置の構成の一例を示した。しかし、メタン製造装置の構成は種々の変形が可能である。例えば、第1反応器と、第2反応器と、のうちの少なくともいずれか一方は複数設けられていてもよい。第1反応器又は第2反応器を複数設ける場合、これら反応器の接続は直列でもよく、並列でもよい。例えば、第2反応器を直列接続にて複数設けた場合、1段目の第2反応器と2段目の第2反応器との間において、例えば気液分離器を設けて反応混合ガスからH2Oを分離させてもよい。例えば、第4実施形態のメタン製造装置において、原料ガス供給部から第1反応器への供給管に、原料ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラを設けてもよい。
[Modification 1]
In the first to fourth embodiments, an example of the configuration of the methane production apparatus is shown. However, the configuration of the methane production apparatus can be modified in various ways. For example, a plurality of at least one of the first reactor and the second reactor may be provided. When a plurality of first reactors or second reactors are provided, the connections of these reactors may be in series or in parallel. For example, when a plurality of second reactors are provided in series, for example, a gas-liquid separator is provided between the second reactor in the first stage and the second reactor in the second stage from the reaction mixed gas. H 2 O may be separated. For example, in the methane production apparatus of the fourth embodiment, a mass flow controller for controlling the flow rate of the raw material gas may be provided in the supply pipe from the raw material gas supply unit to the first reactor.

[変形例2]
上記第4実施形態では、メタン製造装置の制御部による制御内容の一例を示した。しかし、制御部による制御内容は種々の変形が可能である。例えば、ステップS12~S16のスラリーポンプの流量制御と、ステップS18~S24の還元ガスの流量制御とのうちの少なくとも一方を省略してもよい。ステップS18~S24の還元ガスの流量制御を省略する場合、図5に示したメタン製造装置のうち、マスフローコントローラは省略してもよい。例えば、説明しない更なる処理を追加してもよい。更なる処理としては、例えば、原料ガスの流量制御、還元ガスの濃度制御、還元ガスの組成制御等を採用できる。
[Modification 2]
In the fourth embodiment, an example of the control contents by the control unit of the methane production apparatus is shown. However, the content of control by the control unit can be modified in various ways. For example, at least one of the flow rate control of the slurry pumps in steps S12 to S16 and the flow rate control of the reducing gas in steps S18 to S24 may be omitted. When the flow rate control of the reducing gas in steps S18 to S24 is omitted, the mass flow controller may be omitted from the methane production apparatus shown in FIG. For example, further processing that is not explained may be added. As further processing, for example, control of the flow rate of the raw material gas, control of the concentration of the reducing gas, control of the composition of the reducing gas, and the like can be adopted.

[変形例3]
第1~4実施形態のメタン製造装置の構成、及び上記変形例1~2のメタン製造装置の構成は、適宜組み合わせてもよい。例えば、第2,3実施形態のメタン製造装置において、第1,2流量計、第1,2濃度計、制御部を備える構成とし、第4実施形態で説明した制御部による制御を実施してもよい。例えば、第2実施形態のメタン製造装置においてさらに、第3実施形態で説明した気液分離器を備えてもよい。
[Modification 3]
The configurations of the methane production equipment of the first to fourth embodiments and the configurations of the methane production equipment of the above-mentioned modifications 1 and 2 may be appropriately combined. For example, the methane production apparatus of the second and third embodiments is configured to include the first and second flowmeters, the first and second densitometers, and the control unit, and the control unit described in the fourth embodiment is used for control. May be good. For example, the methane production apparatus of the second embodiment may further include the gas-liquid separator described in the third embodiment.

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。 Although this embodiment has been described above based on the embodiments and modifications, the embodiments described above are for facilitating the understanding of the present embodiment and do not limit the present embodiment. This aspect may be modified or improved without departing from its spirit and claims, and this aspect includes its equivalent. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it may be deleted as appropriate.

1,1a~1c…メタン製造装置
10…第1反応器
11…供給管
12…排出管
13,13a,13b…第1流路形成部
15…原料ガス供給部
20…第2反応器
21…供給管
22…排出管
23,23a,23b…第2流路形成部
25…還元ガス供給部
30…スラリーポンプ
31…第2流路形成部
40…第3反応器
41…供給管
42…排出管
43…第1流路形成部
45…第1パージガス供給部
50…第4反応器
51…供給管
52…排出管
53…第2流路形成部
55…第2パージガス供給部
60…第1気液分離器
61…第1流路形成部
70…第2気液分離器
71…第2流路形成部
80…マスフローコントローラ
91…第1流量計
92…第2流量計
95…第1濃度計
96…第2濃度計
100…制御部
101…ポンプ流量マップ
102…還元ガス流量マップ
1,1a-1c ... Methane production equipment 10 ... 1st reactor 11 ... Supply pipe 12 ... Discharge pipe 13, 13a, 13b ... 1st flow path forming part 15 ... Raw material gas supply part 20 ... 2nd reactor 21 ... Supply Pipe 22 ... Discharge pipes 23, 23a, 23b ... Second flow path forming part 25 ... Reducing gas supply part 30 ... Slurry pump 31 ... Second flow rate forming part 40 ... Third reactor 41 ... Supply pipe 42 ... Discharge pipe 43 ... 1st flow path forming part 45 ... 1st purge gas supply part 50 ... 4th reactor 51 ... Supply pipe 52 ... Discharge pipe 53 ... 2nd flow rate forming part 55 ... 2nd purge gas supply part 60 ... 1st gas-liquid separation Instrument 61 ... 1st flow path forming part 70 ... 2nd gas-liquid separator 71 ... 2nd flow path forming part 80 ... Mass flow controller 91 ... 1st flow meter 92 ... 2nd flow meter 95 ... 1st densitometer 96 ... 2 Densitometer 100 ... Control unit 101 ... Pump flow rate map 102 ... Reduced gas flow rate map

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、
二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を含むスラリーを収容する第1反応器及び第2反応器と、
前記第1反応器に対して二酸化炭素を含有する原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記第2反応器に対して水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給部と、
前記第1反応器から前記第2反応器へと、二酸化炭素を吸蔵した前記触媒を含む前記スラリーを移送するための第1流路を形成する第1流路形成部と、
前記第2反応器から前記第1反応器へと、吸蔵された二酸化炭素が水素との反応で用いられた後の前記触媒を含む前記スラリーを移送するための第2流路を形成する第2流路形成部と、
前記第1反応器と前記第2反応器との間で前記スラリーを循環させるポンプと、
を備える、メタン製造装置。
A methane production device that produces methane from carbon dioxide and hydrogen.
A first reactor and a second reactor containing a slurry containing a catalyst having carbon dioxide occlusion and reduction performance, and
A raw material gas supply unit that supplies a raw material gas containing carbon dioxide to the first reactor,
A reducing gas supply unit that supplies a reducing gas containing hydrogen to the second reactor,
A first flow path forming portion that forms a first flow path for transferring the slurry containing the catalyst that has occluded carbon dioxide from the first reactor to the second reactor.
A second flow path for transferring the slurry containing the catalyst after the occluded carbon dioxide is used in the reaction with hydrogen is formed from the second reactor to the first reactor. Channel forming part and
A pump that circulates the slurry between the first reactor and the second reactor,
Equipped with a methane production device.
請求項1に記載のメタン製造装置であって、さらに、
前記原料ガス中の二酸化炭素濃度を取得する第1濃度取得部と、
前記原料ガスの流量を取得する第1流量取得部と、
前記第1反応器から排出される排出ガス中の二酸化炭素濃度を取得する第2濃度取得部と、
前記第1反応器から排出される前記排出ガスの流量を取得する第2流量取得部と、
前記第1濃度取得部、前記第1流量取得部、前記第2濃度取得部、及び前記第2流量取得部による各取得値のうちの少なくとも一部に応じて、前記ポンプと、前記還元ガス供給部からの前記還元ガスとの少なくとも一方を制御する制御部と、
を備える、メタン製造装置。
The methane production apparatus according to claim 1, further
The first concentration acquisition unit for acquiring the carbon dioxide concentration in the raw material gas,
The first flow rate acquisition unit that acquires the flow rate of the raw material gas,
A second concentration acquisition unit that acquires the carbon dioxide concentration in the exhaust gas discharged from the first reactor, and
A second flow rate acquisition unit that acquires the flow rate of the exhaust gas discharged from the first reactor, and
The pump and the reducing gas supply according to at least a part of the acquired values by the first concentration acquisition unit, the first flow rate acquisition unit, the second concentration acquisition unit, and the second flow rate acquisition unit. A control unit that controls at least one of the reducing gas from the unit,
Equipped with a methane production device.
請求項2に記載のメタン製造装置であって、
前記制御部は、前記第1濃度取得部により取得された前記原料ガス中の二酸化炭素濃度と、前記第1流量取得部により取得された前記原料ガスの流量と、の両方に反比例させて、前記ポンプの流量を変更する、メタン製造装置。
The methane production apparatus according to claim 2.
The control unit is inversely proportional to both the carbon dioxide concentration in the raw material gas acquired by the first concentration acquisition unit and the flow rate of the raw material gas acquired by the first flow rate acquisition unit. A methane production device that changes the flow rate of a pump.
請求項2または請求項3に記載のメタン製造装置であって、
前記制御部は、
前記第1濃度取得部により取得された前記原料ガス中の二酸化炭素濃度と、前記第1流量取得部により取得された前記原料ガスの流量とから求めた前記原料ガス中の二酸化炭素量から、前記第2濃度取得部により取得された前記排出ガス中の二酸化炭素濃度と、前記第2流量取得部により取得された前記排出ガスの流量とから求めた前記排出ガス中の二酸化炭素量を減じることで、前記第1反応器における二酸化炭素回収量を求め、
求めた前記二酸化炭素回収量と、前記ポンプの流量と、の両方に比例させて、前記還元ガス供給部からの前記還元ガスの供給量を変更する、メタン製造装置。
The methane production apparatus according to claim 2 or 3.
The control unit
From the amount of carbon dioxide in the raw material gas obtained from the carbon dioxide concentration in the raw material gas acquired by the first concentration acquisition unit and the flow rate of the raw material gas acquired by the first flow rate acquisition unit, the said By reducing the amount of carbon dioxide in the exhaust gas obtained from the carbon dioxide concentration in the exhaust gas acquired by the second concentration acquisition unit and the flow rate of the exhaust gas acquired by the second flow rate acquisition unit. , Obtained the amount of carbon dioxide recovered in the first reactor,
A methane production apparatus that changes the supply amount of the reduced gas from the reduced gas supply unit in proportion to both the obtained carbon dioxide recovery amount and the flow rate of the pump.
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のメタン製造装置であって、さらに、
前記第1流路上に設けられ、前記スラリーを収容する第3反応器と、
前記第2流路上に設けられ、前記スラリーを収容する第4反応器と、
のうちの少なくともいずれか一方を備え、さらに、
前記第3反応器と前記第4反応器とのうちの少なくともいずれか一方にパージガスを供給するパージガス供給部、
を備える、メタン製造装置。
The methane production apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising.
A third reactor provided on the first flow path and accommodating the slurry, and
A fourth reactor provided on the second flow path and accommodating the slurry, and
Equipped with at least one of
A purge gas supply unit that supplies purge gas to at least one of the third reactor and the fourth reactor.
Equipped with a methane production device.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のメタン製造装置であって、さらに、
前記第1流路上に設けられた第1気液分離器と、
前記第2流路上に設けられた第2気液分離器と、
のうちの少なくともいずれか一方を備える、メタン製造装置。
The methane production apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising.
The first gas-liquid separator provided on the first flow path and
A second gas-liquid separator provided on the second flow path, and
A methane production device comprising at least one of the following.
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のメタン製造装置であって、
前記触媒は、炭酸塩を形成して二酸化炭素を吸蔵するアルカリ金属と、アルカリ土類金属と、メタン化触媒性能を持つ金属と、のうちの少なくともいずれかを含む、メタン製造装置。
The methane production apparatus according to any one of claims 1 to 6.
The catalyst is a methane production apparatus containing at least one of an alkali metal that forms a carbonate and stores carbon dioxide, an alkaline earth metal, and a metal having a methanation catalytic performance.
二酸化炭素と水素からメタンを製造するメタン製造方法であって、
二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を含むスラリーを収容した第1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、二酸化炭素を前記触媒に吸蔵させる工程と、
前記スラリーを収容した第2反応器に対して水素を含有する還元ガスを供給して、水素と吸蔵された二酸化炭素とを反応させてメタンを生成させる工程と、
前記第1反応器から前記第2反応器へと前記スラリーを移送するための第1流路と、前記第2反応器から前記第1反応器へと前記スラリーを移送するための第2流路と、を用いて、前記第1反応器と前記第2反応器との間で前記スラリーを循環させる工程と、
を備える、メタン製造方法。
A methane production method that produces methane from carbon dioxide and hydrogen.
A step of supplying a raw material gas containing carbon dioxide to a first reactor containing a slurry containing a catalyst having carbon dioxide occluding and reducing performance, and causing the catalyst to occlude carbon dioxide .
A step of supplying a reducing gas containing hydrogen to the second reactor containing the slurry and reacting the hydrogen with the occluded carbon dioxide to generate methane .
A first flow path for transferring the slurry from the first reactor to the second reactor, and a second flow path for transferring the slurry from the second reactor to the first reactor. And, a step of circulating the slurry between the first reactor and the second reactor, and
A methane production method.
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