JP7714877B2 - Hydrocarbon production system and hydrocarbon production method - Google Patents
Hydrocarbon production system and hydrocarbon production methodInfo
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Description
本開示は、炭化水素生成システム及び炭化水素生成方法に関する。 The present disclosure relates to a hydrocarbon production system and a hydrocarbon production method.
炭化水素は、エネルギー源及び化学製品の原料などとして広く用いられており、その多くは化石燃料を原料として生成されている。しかしながら、化石燃料を由来とする生成物を燃やすと、地球温暖化の原因として問題視されている大気中の二酸化炭素濃度が増加する。一方、炭化水素は、二酸化炭素を含む原料から生成することができ、工場の排気ガスなどに含まれる二酸化炭素から炭化水素を生成することで、二酸化炭素の排出を抑制することが期待されている。 Hydrocarbons are widely used as energy sources and raw materials for chemical products, and many of them are produced from fossil fuels. However, burning products derived from fossil fuels increases the concentration of carbon dioxide in the atmosphere, which is considered a cause of global warming. On the other hand, hydrocarbons can be produced from raw materials that contain carbon dioxide, and producing hydrocarbons from carbon dioxide contained in factory exhaust gases, etc., is expected to reduce carbon dioxide emissions.
しかしながら、二酸化炭素及び水素を含む原料から炭化水素を生成する場合、生成物には、目的とする炭化水素だけでなく、未反応の二酸化炭素及び水素も含まれる。そこで、特許文献１に開示されたメタン製造装置は、水素と二酸化炭素とを含むガスからメタンを製造する第一メタネーション反応器と、第一メタネーション反応器で残留した物質からメタンを製造する第二メタネーション反応器とを有している。また、第一メタネーション反応器に流入する反応ガスの変動に応じて第一メタネーション反応器が化学平衡状態に近づくように第一メタネーション反応器に流入する反応ガスをバイパスして第二メタネーション反応器に流入させている。 However, when producing hydrocarbons from feedstocks containing carbon dioxide and hydrogen, the products contain not only the desired hydrocarbons but also unreacted carbon dioxide and hydrogen. Therefore, the methane production apparatus disclosed in Patent Document 1 has a first methanation reactor that produces methane from a gas containing hydrogen and carbon dioxide, and a second methanation reactor that produces methane from substances remaining in the first methanation reactor. Furthermore, the reactant gas flowing into the first methanation reactor is bypassed and allowed to flow into the second methanation reactor so that the first methanation reactor approaches chemical equilibrium in response to fluctuations in the reactant gas flowing into the first methanation reactor.
特許文献１のメタン製造装置では、第一メタネーション反応器で残留した物質からメタンを製造し、反応工程を多段階とすることで、メタンの生成効率向上を図っている。しかしながら、第一メタネーション反応器入口の圧力の変動、及び各原料を供給するためのバルブ開度のずれなどにより、第一メタネーション反応器へ供給される二酸化炭素と水素との比率が変動する場合がある。従来のメタン製造装置では、このような比率の変動を抑制することができないため、第二メタネーション反応器で生成される炭化水素を安定的に又は高純度で得ることができないおそれがある。 The methane production apparatus in Patent Document 1 produces methane from materials remaining in the first methanation reactor, and by using a multi-stage reaction process, aims to improve methane production efficiency. However, fluctuations in pressure at the inlet of the first methanation reactor and discrepancies in the valve openings used to supply each raw material can cause the ratio of carbon dioxide to hydrogen supplied to the first methanation reactor to fluctuate. Conventional methane production apparatuses are unable to suppress such fluctuations in ratio, which may prevent stable or high-purity hydrocarbons from being produced in the second methanation reactor.
そこで、本開示は、炭化水素を安定的に又は高純度で生成することが可能な炭化水素生成システム及び炭化水素生成方法を提供することを目的とする。 The present disclosure therefore aims to provide a hydrocarbon production system and a hydrocarbon production method that are capable of producing hydrocarbons stably or with high purity.
本開示に係る炭化水素生成システムは、二酸化炭素及び水素を含む第１原料から炭化水素を生成する第１反応器と、第２原料から炭化水素を生成する第２反応器とを備えている。炭化水素生成システムは、第１原料に含まれる二酸化炭素及び水素の量に応じた量の二酸化炭素を第２反応器に供給する二酸化炭素供給部を備えている。炭化水素生成システムは、第１原料に含まれる二酸化炭素及び水素の量に応じた量の水素を第２反応器に供給する水素供給部を備えている。第２原料は、第１反応器から供給される二酸化炭素及び水素の少なくともいずれか一方、並びに、二酸化炭素供給部から供給される二酸化炭素及び水素供給部から供給される水素の少なくともいずれか一方を含んでいる。 The hydrocarbon production system according to the present disclosure includes a first reactor that produces hydrocarbons from a first feedstock containing carbon dioxide and hydrogen, and a second reactor that produces hydrocarbons from a second feedstock. The hydrocarbon production system includes a carbon dioxide supply unit that supplies carbon dioxide to the second reactor in an amount corresponding to the amounts of carbon dioxide and hydrogen contained in the first feedstock. The hydrocarbon production system includes a hydrogen supply unit that supplies hydrogen to the second reactor in an amount corresponding to the amounts of carbon dioxide and hydrogen contained in the first feedstock. The second feedstock includes at least one of carbon dioxide and hydrogen supplied from the first reactor, and at least one of carbon dioxide supplied from the carbon dioxide supply unit and hydrogen supplied from the hydrogen supply unit.
炭化水素生成システムは第１原料に含まれる二酸化炭素の濃度を測定する二酸化炭素濃度測定部をさらに備え、第１原料に含まれる二酸化炭素の量は二酸化炭素濃度測定部によって測定された二酸化炭素の濃度であってもよい。 The hydrocarbon production system may further include a carbon dioxide concentration measurement unit that measures the concentration of carbon dioxide contained in the first feedstock, and the amount of carbon dioxide contained in the first feedstock may be the concentration of carbon dioxide measured by the carbon dioxide concentration measurement unit.
炭化水素生成システムは第１原料に含まれる水素の濃度を測定する水素濃度測定部をさらに備え、第１原料に含まれる水素の量は水素濃度測定部によって測定された水素の濃度であってもよい。 The hydrocarbon production system may further include a hydrogen concentration measurement unit that measures the concentration of hydrogen contained in the first feedstock, and the amount of hydrogen contained in the first feedstock may be the concentration of hydrogen measured by the hydrogen concentration measurement unit.
炭化水素生成システムは第１原料に含まれる二酸化炭素の流量を測定する二酸化炭素流量測定部をさらに備え、第１原料に含まれる二酸化炭素の量は二酸化炭素流量測定部によって測定された二酸化炭素の流量であってもよい。 The hydrocarbon production system may further include a carbon dioxide flow rate measuring unit that measures the flow rate of carbon dioxide contained in the first feedstock, and the amount of carbon dioxide contained in the first feedstock may be the flow rate of carbon dioxide measured by the carbon dioxide flow rate measuring unit.
炭化水素生成システムは第１原料に含まれる水素の流量を測定する水素流量測定部をさらに備え、第１原料に含まれる水素の量は水素流量測定部によって測定された水素の流量であってもよい。 The hydrocarbon production system may further include a hydrogen flow rate measuring unit that measures the flow rate of hydrogen contained in the first feedstock, and the amount of hydrogen contained in the first feedstock may be the flow rate of hydrogen measured by the hydrogen flow rate measuring unit.
二酸化炭素供給部によって供給される二酸化炭素及び水素供給部によって供給される水素の少なくともいずれか一方は、第１反応器内の温度及び圧力の少なくともいずれか一方に応じて第２反応器へ供給されてもよい。 At least one of the carbon dioxide supplied by the carbon dioxide supply unit and the hydrogen supplied by the hydrogen supply unit may be supplied to the second reactor depending on at least one of the temperature and pressure in the first reactor.
第１反応器及び第２反応器で生成される炭化水素は炭素数が２以上の直鎖の炭化水素を含んでいてもよい。 The hydrocarbons produced in the first reactor and the second reactor may contain linear hydrocarbons having two or more carbon atoms.
第１反応器及び第２反応器で生成される炭化水素はメタンを含んでいてもよい。 The hydrocarbons produced in the first reactor and the second reactor may include methane.
本開示に係る炭化水素生成方法は、二酸化炭素及び水素を含む第１原料から炭化水素を第１反応器で生成する第１反応工程と、第２原料から炭化水素を第２反応器で生成する第２反応工程とを含んでいる。炭化水素生成方法は、第１原料に含まれる二酸化炭素及び水素の量に応じた量の二酸化炭素を第２反応器に供給する二酸化炭素供給工程を含んでいる。炭化水素生成方法は、第１原料に含まれる二酸化炭素及び水素の量に応じた量の水素を第２反応器に供給する水素供給工程を含んでいる。第２原料は、第１反応器から供給される二酸化炭素及び水素の少なくともいずれか一方、並びに、二酸化炭素供給工程で供給される二酸化炭素及び水素供給工程で供給される水素の少なくともいずれか一方を含んでいる。 The hydrocarbon production method according to the present disclosure includes a first reaction step in which hydrocarbons are produced in a first reactor from a first feedstock containing carbon dioxide and hydrogen, and a second reaction step in which hydrocarbons are produced in a second reactor from a second feedstock. The hydrocarbon production method also includes a carbon dioxide supply step in which carbon dioxide is supplied to the second reactor in an amount corresponding to the amounts of carbon dioxide and hydrogen contained in the first feedstock. The hydrocarbon production method also includes a hydrogen supply step in which hydrogen is supplied to the second reactor in an amount corresponding to the amounts of carbon dioxide and hydrogen contained in the first feedstock. The second feedstock includes at least one of carbon dioxide and hydrogen supplied from the first reactor, and at least one of carbon dioxide supplied in the carbon dioxide supply step and hydrogen supplied in the hydrogen supply step.
本開示によれば、炭化水素を安定的に又は高純度で生成することが可能な炭化水素生成システム及び炭化水素生成方法を提供することができる。 The present disclosure provides a hydrocarbon production system and a hydrocarbon production method that can produce hydrocarbons stably or with high purity.
以下、いくつかの例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Several exemplary embodiments will be described below with reference to the drawings. Note that the dimensional proportions in the drawings have been exaggerated for the sake of explanation and may differ from the actual proportions.
［第１実施形態］
まず、第１実施形態に係る炭化水素生成システム１について図１を用いて説明する。図１に示すように、本実施形態に係る炭化水素生成システム１は、第１反応器２０と、第２二酸化炭素供給部３０（二酸化炭素供給部）と、第２水素供給部３５（水素供給部）と、第２反応器４０とを備えている。炭化水素生成システム１は、第１二酸化炭素供給部１０と、第１水素供給部１３と、二酸化炭素濃度測定部Ｑ１と、水素濃度測定部Ｑ２と、圧力測定部Ｐと、温度測定部Ｔと、制御部５０とをさらに備えていてもよい。
[First embodiment]
First, a hydrocarbon production system 1 according to the first embodiment will be described with reference to Fig. 1. As shown in Fig. 1, the hydrocarbon production system 1 according to this embodiment includes a first reactor 20, a second carbon dioxide supply unit 30 (carbon dioxide supply unit), a second hydrogen supply unit 35 (hydrogen supply unit), and a second reactor 40. The hydrocarbon production system 1 may further include a first carbon dioxide supply unit 10, a first hydrogen supply unit 13, a carbon dioxide concentration measurement unit Q1, a hydrogen concentration measurement unit Q2, a pressure measurement unit P, a temperature measurement unit T, and a control unit 50.
第１二酸化炭素供給部１０は、第１反応器２０に二酸化炭素を供給する。第１二酸化炭素供給部１０は、二酸化炭素供給源１１と流量調整部１２とを含んでいる。二酸化炭素供給源１１は、例えば、発電所及び工場などのような二酸化炭素発生源から排出された二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部を含んでいてもよい。二酸化炭素発生源から回収された二酸化炭素を炭化水素の原料とすることにより、大気中に放出される二酸化炭素の量を低減し、有用な炭化水素を生成することができる。また、二酸化炭素を原料として炭化水素を生成することができれば、有限の資源である石油の使用も低減することができる。二酸化炭素回収部は、例えば、化学吸収法、圧力スウィング吸着法、温度スウィング吸着法、膜分離濃縮法又はこれらの組み合わせなどによって二酸化炭素を回収することができる。なお、二酸化炭素供給源１１は、上記のような形態に限定されず、例えば二酸化炭素を収容したタンクであってもよい。流量調整部１２は、例えば電磁弁を含んでいてもよく、電磁弁の開閉によって第１二酸化炭素供給部１０から第１反応器２０へ供給される二酸化炭素の供給量を調整してもよい。 The first carbon dioxide supply unit 10 supplies carbon dioxide to the first reactor 20. The first carbon dioxide supply unit 10 includes a carbon dioxide supply source 11 and a flow rate adjustment unit 12. The carbon dioxide supply source 11 may include a carbon dioxide capture unit that captures carbon dioxide emitted from a carbon dioxide generation source such as a power plant or factory. Using the carbon dioxide captured from the carbon dioxide generation source as a hydrocarbon feedstock reduces the amount of carbon dioxide released into the atmosphere and enables the production of useful hydrocarbons. Furthermore, if hydrocarbons can be produced using carbon dioxide as a feedstock, the use of petroleum, a finite resource, can also be reduced. The carbon dioxide capture unit can capture carbon dioxide using, for example, chemical absorption, pressure swing adsorption, temperature swing adsorption, membrane separation concentration, or a combination of these. Note that the carbon dioxide supply source 11 is not limited to the above configuration and may be, for example, a tank containing carbon dioxide. The flow rate adjustment unit 12 may include, for example, a solenoid valve, and the amount of carbon dioxide supplied from the first carbon dioxide supply unit 10 to the first reactor 20 may be adjusted by opening and closing the solenoid valve.
第１水素供給部１３は、第１反応器２０に水素を供給する。第１水素供給部１３は、水素供給源１４と流量調整部１５とを含んでいる。水素供給源１４は、例えば水素などを収容したタンクであってもよい。水素は、太陽光、風力及び水力などの再生可能エネルギーを利用し、水を電気分解して得られたものを使用してもよい。このような水素を用いることにより、炭化水素生成システム１全体として、二酸化炭素の排出量を低減することができる。流量調整部１５は、例えば電磁弁を含んでいてもよく、電磁弁の開閉によって第１水素供給部１３から第１反応器２０へ供給される水素の供給量を調整してもよい。 The first hydrogen supply unit 13 supplies hydrogen to the first reactor 20. The first hydrogen supply unit 13 includes a hydrogen supply source 14 and a flow rate adjustment unit 15. The hydrogen supply source 14 may be, for example, a tank containing hydrogen. The hydrogen may be obtained by electrolyzing water using renewable energy such as solar, wind, or hydropower. By using such hydrogen, the hydrocarbon production system 1 as a whole can reduce carbon dioxide emissions. The flow rate adjustment unit 15 may include, for example, a solenoid valve, and the amount of hydrogen supplied from the first hydrogen supply unit 13 to the first reactor 20 may be adjusted by opening and closing the solenoid valve.
なお、第１二酸化炭素供給部１０から供給された二酸化炭素及び第１水素供給部１３から供給された水素を第１原料として用いているが、本実施形態に係る炭化水素生成システム１は、このような形態に限定されない。例えば、二酸化炭素及び水素が混合された第１原料がタンクに収容され、第１原料がタンクから第１反応器２０へ供給されてもよい。 Note that, although carbon dioxide supplied from the first carbon dioxide supply unit 10 and hydrogen supplied from the first hydrogen supply unit 13 are used as the first feedstock, the hydrocarbon production system 1 according to this embodiment is not limited to this configuration. For example, the first feedstock, which is a mixture of carbon dioxide and hydrogen, may be stored in a tank, and the first feedstock may be supplied from the tank to the first reactor 20.
第１原料中の二酸化炭素に対する水素の量の比は、適宜設定することができるが、例えばモル比で１以上であってもよく、２以上であってもよく、３以上であってもよく、３．５以上であってもよく、４以上であってもよい。また、第１原料中の二酸化炭素に対する水素の量の比は、例えばモル比で８未満であってもよく、６未満であってもよく、５未満であってもよく、４．５未満であってもよい。なお、メタネーション反応の場合、第１原料中の二酸化炭素に対する水素の量の比は、量論比である４であってもよい。 The ratio of the amount of hydrogen to carbon dioxide in the first feedstock can be set as appropriate, and may be, for example, a molar ratio of 1 or more, 2 or more, 3 or more, 3.5 or more, or 4 or more. Furthermore, the ratio of the amount of hydrogen to carbon dioxide in the first feedstock may be, for example, a molar ratio of less than 8, less than 6, less than 5, or less than 4.5. In the case of a methanation reaction, the ratio of the amount of hydrogen to carbon dioxide in the first feedstock may be 4, which is the stoichiometric ratio.
二酸化炭素と水素とを含む第１原料は、第１流路１６を介して第１反応器２０に供給される。第１流路１６には、二酸化炭素濃度測定部Ｑ１と、水素濃度測定部Ｑ２と、圧縮機１７と、熱交換器１８と、圧力測定部Ｐと、温度測定部Ｔとが設けられている。 The first feedstock, which contains carbon dioxide and hydrogen, is supplied to the first reactor 20 via the first flow path 16. The first flow path 16 is equipped with a carbon dioxide concentration measuring unit Q1, a hydrogen concentration measuring unit Q2, a compressor 17, a heat exchanger 18, a pressure measuring unit P, and a temperature measuring unit T.
二酸化炭素濃度測定部Ｑ１は、第１原料に含まれる二酸化炭素の濃度を測定する。炭化水素生成システム１が二酸化炭素濃度測定部Ｑ１を備えることによって、第１原料中の二酸化炭素の量を正確に把握することができる。二酸化炭素の濃度に関する信号は、例えば二酸化炭素濃度測定部Ｑ１から制御部５０へ送られる。二酸化炭素濃度測定部Ｑ１は、二酸化炭素の濃度を測定することができれば特に限定されず、公知の二酸化炭素濃度計を含んでいてもよい。二酸化炭素濃度測定部Ｑ１はガスクロマトグラフを含んでいてもよい。 The carbon dioxide concentration measurement unit Q1 measures the concentration of carbon dioxide contained in the first feedstock. By providing the hydrocarbon production system 1 with the carbon dioxide concentration measurement unit Q1, the amount of carbon dioxide in the first feedstock can be accurately determined. A signal related to the carbon dioxide concentration is sent, for example, from the carbon dioxide concentration measurement unit Q1 to the control unit 50. The carbon dioxide concentration measurement unit Q1 is not particularly limited as long as it can measure the concentration of carbon dioxide, and may include a known carbon dioxide concentration meter. The carbon dioxide concentration measurement unit Q1 may also include a gas chromatograph.
水素濃度測定部Ｑ２は、第１原料に含まれる水素の濃度を測定する。炭化水素生成システム１が水素濃度測定部Ｑ２を備えることによって、第１原料中の水素の量を正確に把握することができる。水素の濃度に関する信号は、例えば水素濃度測定部Ｑ２から制御部５０へ送られる。水素濃度測定部Ｑ２は、水素の濃度を測定することができれば特に限定されず、公知の水素濃度計を含んでいてもよい。水素濃度測定部Ｑ２はガスクロマトグラフを含んでいてもよい。 The hydrogen concentration measurement unit Q2 measures the concentration of hydrogen contained in the first feedstock. By including the hydrogen concentration measurement unit Q2 in the hydrocarbon production system 1, the amount of hydrogen in the first feedstock can be accurately determined. A signal related to the hydrogen concentration is sent, for example, from the hydrogen concentration measurement unit Q2 to the control unit 50. The hydrogen concentration measurement unit Q2 is not particularly limited as long as it can measure the concentration of hydrogen, and may include a known hydrogen concentration meter. The hydrogen concentration measurement unit Q2 may also include a gas chromatograph.
なお、本実施形態では、炭化水素生成システム１が二酸化炭素濃度測定部Ｑ１及び水素濃度測定部Ｑ２を備えている例について説明している。しかしながら、炭化水素生成システム１は、このような例に限定されず、二酸化炭素濃度測定部Ｑ１又は水素濃度測定部Ｑ２のいずれか一方を備えていてもよい。また、炭化水素生成システム１は二酸化炭素及び水素の濃度を測定する一の濃度測定部を備えていてもよい。 In this embodiment, an example is described in which the hydrocarbon production system 1 is equipped with a carbon dioxide concentration measurement unit Q1 and a hydrogen concentration measurement unit Q2. However, the hydrocarbon production system 1 is not limited to this example, and may be equipped with either the carbon dioxide concentration measurement unit Q1 or the hydrogen concentration measurement unit Q2. Furthermore, the hydrocarbon production system 1 may be equipped with a single concentration measurement unit that measures the concentrations of carbon dioxide and hydrogen.
圧縮機１７は、第１原料を圧縮する。第１原料が圧縮されて第１反応器２０に供給されることによって、第１反応器２０内の圧力を、炭化水素を生成するために適した圧力に調整することができる。 Compressor 17 compresses the first feedstock. By compressing the first feedstock and supplying it to first reactor 20, the pressure within first reactor 20 can be adjusted to a pressure suitable for producing hydrocarbons.
熱交換器１８は、第１原料を加熱する。第１原料が加熱されて第１反応器２０に供給されることによって、第１反応器２０内の温度を、炭化水素を生成するために適した温度に調整することができる。熱交換器１８は、第１反応器２０に供給される第１原料の熱と、第１反応器２０で生成された生成ガスの熱とを交換する。これにより、エネルギー効率に優れた炭化水素生成システム１を提供することができる。なお、熱交換器１８は、第１原料を加熱することできればよいため、上記のような熱交換器に限定されず、加熱器であってもよい。 The heat exchanger 18 heats the first feedstock. By heating the first feedstock and supplying it to the first reactor 20, the temperature inside the first reactor 20 can be adjusted to a temperature suitable for producing hydrocarbons. The heat exchanger 18 exchanges the heat of the first feedstock supplied to the first reactor 20 with the heat of the product gas produced in the first reactor 20. This makes it possible to provide a hydrocarbon production system 1 with excellent energy efficiency. Note that the heat exchanger 18 is not limited to the heat exchanger described above, and may also be a heater, as long as it is capable of heating the first feedstock.
圧力測定部Ｐは、第１反応器２０内の圧力を測定する。第１反応器２０内の圧力に関する信号は、例えば圧力測定部Ｐから制御部５０へ送られる。本実施形態に係る炭化水素生成システム１では、圧力測定部Ｐが第１流路１６に設けられているが、圧力測定部Ｐが設けられる位置は特に限定されず、第１反応器２０に設けられていてもよい。圧力測定部Ｐの種類は、第１反応器２０内の圧力を測定することができれば特に限定されず、公知の圧力計を含んでいてもよい。 The pressure measurement unit P measures the pressure inside the first reactor 20. A signal related to the pressure inside the first reactor 20 is sent from the pressure measurement unit P to the control unit 50, for example. In the hydrocarbon production system 1 according to this embodiment, the pressure measurement unit P is provided in the first flow path 16, but the location where the pressure measurement unit P is provided is not particularly limited, and it may be provided in the first reactor 20. The type of the pressure measurement unit P is not particularly limited as long as it can measure the pressure inside the first reactor 20, and it may include a known pressure gauge.
温度測定部Ｔは、第１反応器２０内の温度を測定する。第１反応器２０内の温度に関する信号は、例えば温度測定部Ｔから制御部５０へ送られる。本実施形態に係る炭化水素生成システム１では、温度測定部Ｔが第１流路１６に設けられているが、温度測定部Ｔが設けられる位置は特に限定されず、第１反応器２０に設けられていてもよい。温度測定部Ｔの種類は、第１反応器２０内の温度を測定することができれば特に限定されず、公知の温度計を含んでいてもよい。 The temperature measurement unit T measures the temperature inside the first reactor 20. A signal related to the temperature inside the first reactor 20 is sent from the temperature measurement unit T to the control unit 50, for example. In the hydrocarbon production system 1 according to this embodiment, the temperature measurement unit T is provided in the first flow path 16, but the location where the temperature measurement unit T is provided is not particularly limited, and the temperature measurement unit T may be provided in the first reactor 20. The type of the temperature measurement unit T is not particularly limited as long as it can measure the temperature inside the first reactor 20, and may include a known thermometer.
第１反応器２０は、二酸化炭素及び水素を含む第１原料から炭化水素を生成する。第１反応器２０では、例えば、第１原料が通過する流路内に触媒が配置されており、第１原料が触媒に接触することによって炭化水素が生成される。第１反応器２０での反応条件は特に限定されないが、例えば、反応温度が２００℃～４００℃であり、圧力が０．１ＭＰａ～２ＭＰａである。炭化水素は炭素数が２以上の直鎖の炭化水素を含むことが好ましい。炭化水素はメタンを含むことも好ましい。パラフィンはアルカンを意味し、オレフィンはアルケンを意味する。これらの炭化水素は、エネルギー源及び化学製品の原料として用いることができるため、利用価値が高い。炭化水素は、メタネーション反応、及び、フィッシャー－トロプシュ反応などによって生成することができる。 The first reactor 20 produces hydrocarbons from a first feedstock containing carbon dioxide and hydrogen. In the first reactor 20, for example, a catalyst is placed in the flow path through which the first feedstock passes, and hydrocarbons are produced by contacting the first feedstock with the catalyst. The reaction conditions in the first reactor 20 are not particularly limited, but examples include a reaction temperature of 200°C to 400°C and a pressure of 0.1 MPa to 2 MPa. The hydrocarbons preferably contain linear hydrocarbons with two or more carbon atoms. It is also preferable that the hydrocarbons contain methane. Paraffins refer to alkanes, and olefins refer to alkenes. These hydrocarbons are highly useful because they can be used as energy sources and raw materials for chemical products. Hydrocarbons can be produced by methanation reactions, Fischer-Tropsch reactions, and the like.
メタネーション反応では、二酸化炭素と水素とを含む原料からメタンと水とを含む生成物を生成することができる。そのため、生成物から水を除去することにより、メタン濃度の高い生成物を得ることができる。メタンは、工場内のエネルギー源として直接使用したり、都市ガスとして直接供給したりすることができる。メタネーション反応には、例えば、シェルアンドチューブ型反応器のような多管式反応器を含む公知の反応器を用いてもよい。 In a methanation reaction, a product containing methane and water can be produced from a raw material containing carbon dioxide and hydrogen. Therefore, by removing water from the product, a product with a high methane concentration can be obtained. Methane can be used directly as an energy source within a factory or directly supplied as city gas. For methanation reactions, known reactors, including, for example, a multi-tube reactor such as a shell-and-tube reactor, may be used.
メタネーション反応で使用される触媒は、メタンを生成することができれば特に限定されず、例えばニッケル触媒又はルテニウム触媒などの公知の触媒を使用することができる。ニッケル触媒はニッケルを活性成分として含む触媒であり、ルテニウム触媒はルテニウムを活性成分として含む触媒である。活性成分の含有量は、触媒全体の０．５質量％以上であることが好ましく、１０質量％以上であることがより好ましい。ニッケルを活性成分として含む場合には、活性成分の含有量は、触媒全体の１０質量％以上であることが好ましく、ルテニウムを活性成分として含む場合には、活性成分の含有量は、触媒全体の０．５質量％以上であることが好ましい。コスト及び高いメタン選択性の観点から、メタネーション反応ではニッケル触媒が用いられることが好ましい。 The catalyst used in the methanation reaction is not particularly limited as long as it can produce methane, and known catalysts such as nickel catalysts or ruthenium catalysts can be used. Nickel catalysts are catalysts containing nickel as the active component, and ruthenium catalysts are catalysts containing ruthenium as the active component. The content of the active component is preferably 0.5% by mass or more of the entire catalyst, and more preferably 10% by mass or more. When nickel is contained as the active component, the content of the active component is preferably 10% by mass or more of the entire catalyst, and when ruthenium is contained as the active component, the content of the active component is preferably 0.5% by mass or more of the entire catalyst. From the standpoints of cost and high methane selectivity, it is preferable to use a nickel catalyst in the methanation reaction.
フィッシャー－トロプシュ反応では、二酸化炭素と水素とを含む原料から、炭素数が２以上の直鎖の炭化水素を含む炭化水素を生成することができる。また、二酸化炭素と水素とを含む原料から、パラフィン及びオレフィンの少なくともいずれか一方の炭化水素を生成することができる。パラフィン及びオレフィンの少なくともいずれか一方は、炭素数が１から４の炭化水素を含んでいることが好ましい。炭素数が１から４のパラフィンとしては、例えば、メタン、エタン、プロパン及びブタンが挙げられる。炭素数が１から４のオレフィンとしては、例えば、エチレン、プロピレン、１－ブテン、２－ブテン、イソブテン及び１，３－ブタジエンが挙げられる。なお、これらの中でも、炭素数が２以上４以下のオレフィンは、プラスチックの原料になるため有用である。フィッシャー－トロプシュ反応によって生成される生成物は、通常、複数種類の炭化水素を含んでいる。また、フィッシャー－トロプシュ反応で生成される生成物は、上記以外の化合物を含んでいてもよい。フィッシャー－トロプシュ反応には、例えば、シェルアンドチューブ型反応器のような多管式反応器、流動層型反応器又はスラリー床型反応器を含む公知の反応器を用いてもよい。 The Fischer-Tropsch reaction can produce hydrocarbons, including linear hydrocarbons with two or more carbon atoms, from a feedstock containing carbon dioxide and hydrogen. Furthermore, at least one of paraffins and olefins can be produced from a feedstock containing carbon dioxide and hydrogen. Preferably, at least one of the paraffins and olefins contains hydrocarbons with one to four carbon atoms. Examples of paraffins with one to four carbon atoms include methane, ethane, propane, and butane. Examples of olefins with one to four carbon atoms include ethylene, propylene, 1-butene, 2-butene, isobutene, and 1,3-butadiene. Of these, olefins with two to four carbon atoms are useful as raw materials for plastics. Products produced by the Fischer-Tropsch reaction typically contain multiple types of hydrocarbons. Furthermore, products produced by the Fischer-Tropsch reaction may contain compounds other than those listed above. For the Fischer-Tropsch reaction, known reactors may be used, including, for example, a multi-tubular reactor such as a shell-and-tube reactor, a fluidized bed reactor, or a slurry bed reactor.
フィッシャー－トロプシュ反応で使用される触媒は、炭素数が２以上の直鎖の炭化水素を生成することができれば特に限定されず、例えば鉄触媒又はコバルト触媒などの公知の触媒を使用することができる。鉄触媒は軽質炭化水素を主に生成することができ、コバルト触媒はワックスを含む重質炭化水素を主に生成することができる。また、鉄触媒はオレフィン及びパラフィンを主として生成することができ、コバルト触媒はパラフィンを主として生成することができる。なお、鉄触媒は鉄を活性成分として含む触媒であり、コバルト触媒はコバルトを活性成分として含む触媒である。活性成分の含有量は、触媒全体の１０質量％以上であることが好ましい。フィッシャー－トロプシュ反応では鉄触媒が用いられてもよい。これにより、プラスチックの原料にもなる軽質オレフィン（低級オレフィン）を生成することができる。 The catalyst used in the Fischer-Tropsch reaction is not particularly limited as long as it can produce linear hydrocarbons with two or more carbon atoms. Known catalysts such as iron catalysts or cobalt catalysts can be used. Iron catalysts can primarily produce light hydrocarbons, while cobalt catalysts can primarily produce heavy hydrocarbons, including wax. Iron catalysts can primarily produce olefins and paraffins, while cobalt catalysts can primarily produce paraffins. Iron catalysts contain iron as an active component, while cobalt catalysts contain cobalt as an active component. The active component content is preferably 10% by mass or more of the total catalyst. Iron catalysts may also be used in the Fischer-Tropsch reaction. This allows the production of light olefins (lower olefins), which can also be used as raw materials for plastics.
第１反応器２０で生成される生成ガスには、目的とする炭化水素だけでなく、水並びに未反応の二酸化炭素及び水素の少なくともいずれか一方も含まれる。第１反応器２０で生成される生成ガスは、第２反応器４０に供給され、未反応物である二酸化炭素及び水素から炭化水素が第２反応器４０で生成される。第１反応器２０と第２反応器４０とを接続する第２流路２１には、熱交換器１８、冷却器２２、気液分離器２３、生成ガス流量測定部Ｆ１、熱交換器２４が設けられている。また、第２流路２１には、第２二酸化炭素供給部３０から二酸化炭素が供給され、第２水素供給部３５から水素が供給される。 The product gas produced in the first reactor 20 contains not only the desired hydrocarbons, but also water and at least one of unreacted carbon dioxide and hydrogen. The product gas produced in the first reactor 20 is supplied to the second reactor 40, where hydrocarbons are produced from the unreacted carbon dioxide and hydrogen. The second flow path 21 connecting the first reactor 20 and the second reactor 40 is equipped with a heat exchanger 18, a cooler 22, a gas-liquid separator 23, a product gas flow rate measuring unit F1, and a heat exchanger 24. Carbon dioxide is supplied to the second flow path 21 from the second carbon dioxide supply unit 30, and hydrogen is supplied to the second flow path 21 from the second hydrogen supply unit 35.
熱交換器１８は、上述したように、第１反応器２０に供給される第１原料の熱と、第１反応器２０で生成された生成ガスの熱とを交換する。すなわち、熱交換器１８は、第１反応器２０で生成される生成ガスを冷却する。 As described above, the heat exchanger 18 exchanges heat between the first feedstock supplied to the first reactor 20 and the product gas generated in the first reactor 20. In other words, the heat exchanger 18 cools the product gas generated in the first reactor 20.
冷却器２２は、熱交換器１８によって冷却された生成ガスをさらに冷却する。これにより、第１反応器２０で生成された生成ガス中の水蒸気をより確実に凝縮することができる。 The cooler 22 further cools the product gas cooled by the heat exchanger 18. This allows the water vapor in the product gas produced in the first reactor 20 to be condensed more reliably.
気液分離器２３は、第１反応器２０で生成された生成ガスに含まれる水分を除去する。生成ガス中の水分を除去することにより、炭化水素が生成される方向に化学反応を進めることができるため、第２反応器４０での炭化水素の生成効率を向上させることができる。 The gas-liquid separator 23 removes moisture contained in the product gas produced in the first reactor 20. By removing moisture from the product gas, the chemical reaction can proceed in the direction of hydrocarbon production, thereby improving the efficiency of hydrocarbon production in the second reactor 40.
生成ガス流量測定部Ｆ１は、第１反応器２０で生成された生成ガスの流量を測定する。生成ガスの流量を測定することによって、第１反応器２０に供給される水素及び二酸化炭素の量並びに生成ガスの流量から、生成ガスの二酸化炭素と水素との比率を算出することができる。これにより、第２反応器４０へ供給する二酸化炭素及び水素の量をより正確に算出することができる。生成ガスの流量に関する信号は、例えば生成ガス流量測定部Ｆ１から制御部５０へ送られる。生成ガス流量測定部Ｆ１は、生成ガスの流量を測定することができれば特に限定されず、公知の流量計を含んでいてもよい。なお、炭化水素生成システム１は、生成ガス流量測定部Ｆ１に代えて、生成ガス中の二酸化炭素及び水素のいずか一方の濃度を測定する濃度測定部を備えていてもよい。濃度測定部は、二酸化炭素濃度測定部Ｑ１又は水素濃度測定部Ｑ２と同様のものを用いることができる。 The product gas flow rate measurement unit F1 measures the flow rate of the product gas generated in the first reactor 20. By measuring the flow rate of the product gas, the ratio of carbon dioxide to hydrogen in the product gas can be calculated from the amounts of hydrogen and carbon dioxide supplied to the first reactor 20 and the flow rate of the product gas. This allows for more accurate calculation of the amounts of carbon dioxide and hydrogen to be supplied to the second reactor 40. A signal related to the flow rate of the product gas is sent, for example, from the product gas flow rate measurement unit F1 to the control unit 50. The product gas flow rate measurement unit F1 is not particularly limited as long as it can measure the flow rate of the product gas, and may include a known flow meter. Note that the hydrocarbon production system 1 may be equipped with a concentration measurement unit that measures the concentration of either carbon dioxide or hydrogen in the product gas instead of the product gas flow rate measurement unit F1. The concentration measurement unit may be the same as the carbon dioxide concentration measurement unit Q1 or the hydrogen concentration measurement unit Q2.
熱交換器２４は、第２原料を加熱する。第２原料が加熱されて第２反応器４０に供給されることによって、第２反応器４０内の温度を、炭化水素を生成するために適した温度に調整することができる。熱交換器２４は、第２反応器４０に供給される第２原料の熱と、第２反応器４０で生成された生成ガスの熱とを交換する。これにより、エネルギー効率に優れた炭化水素生成システム１を提供することができる。なお、熱交換器２４は、第２原料を加熱することできればよいため、上記のような熱交換器に限定されず、加熱器であってもよい。 The heat exchanger 24 heats the second feedstock. By heating the second feedstock and supplying it to the second reactor 40, the temperature inside the second reactor 40 can be adjusted to a temperature suitable for producing hydrocarbons. The heat exchanger 24 exchanges the heat of the second feedstock supplied to the second reactor 40 with the heat of the product gas produced in the second reactor 40. This makes it possible to provide a hydrocarbon production system 1 with excellent energy efficiency. Note that the heat exchanger 24 is not limited to the heat exchanger described above, and may be a heater as long as it is capable of heating the second feedstock.
第２二酸化炭素供給部３０は、第１原料に含まれる二酸化炭素及び水素の量に応じた量の二酸化炭素を第２反応器４０に供給する。第１原料に含まれる二酸化炭素の量は、例えば、二酸化炭素濃度測定部Ｑ１によって測定された二酸化炭素の濃度であってもよい。また、第１原料に含まれる水素の量は、例えば、水素濃度測定部Ｑ２によって測定された水素の濃度であってもよい。すなわち、第２二酸化炭素供給部３０は、二酸化炭素濃度測定部Ｑ１によって測定された二酸化炭素及び水素濃度測定部Ｑ２によって測定された水素の濃度に応じた量の二酸化炭素を供給してもよい。二酸化炭素及び水素の濃度に応じた量の二酸化炭素を第２反応器４０に供給することにより、より適正な量の二酸化炭素を第２反応器４０に供給することができる。 The second carbon dioxide supply unit 30 supplies the second reactor 40 with an amount of carbon dioxide corresponding to the amounts of carbon dioxide and hydrogen contained in the first feedstock. The amount of carbon dioxide contained in the first feedstock may be, for example, the concentration of carbon dioxide measured by the carbon dioxide concentration measurement unit Q1. The amount of hydrogen contained in the first feedstock may be, for example, the concentration of hydrogen measured by the hydrogen concentration measurement unit Q2. That is, the second carbon dioxide supply unit 30 may supply an amount of carbon dioxide corresponding to the concentrations of carbon dioxide measured by the carbon dioxide concentration measurement unit Q1 and hydrogen measured by the hydrogen concentration measurement unit Q2. By supplying the second reactor 40 with an amount of carbon dioxide corresponding to the concentrations of carbon dioxide and hydrogen, a more appropriate amount of carbon dioxide can be supplied to the second reactor 40.
第２二酸化炭素供給部３０は、第１二酸化炭素供給部１０と同様に、二酸化炭素供給源３１と流量調整部３２とを含んでいる。二酸化炭素供給源３１は、二酸化炭素供給源１１と同様のものを採用してもよい。第１二酸化炭素供給部１０と第２二酸化炭素供給部３０とは、共通する１つの二酸化炭素供給源を含んでいてもよい。流量調整部３２は、例えば電磁弁を含んでいてもよく、電磁弁の開閉によって第２二酸化炭素供給部３０から第２反応器４０へ供給される二酸化炭素の供給量を調整してもよい。 Like the first carbon dioxide supply unit 10, the second carbon dioxide supply unit 30 includes a carbon dioxide supply source 31 and a flow rate adjustment unit 32. The carbon dioxide supply source 31 may be the same as the carbon dioxide supply source 11. The first carbon dioxide supply unit 10 and the second carbon dioxide supply unit 30 may include a single common carbon dioxide supply source. The flow rate adjustment unit 32 may include, for example, a solenoid valve, and the amount of carbon dioxide supplied from the second carbon dioxide supply unit 30 to the second reactor 40 may be adjusted by opening and closing the solenoid valve.
第２水素供給部３５は、第１原料に含まれる二酸化炭素及び水素の量に応じた量の水素を第２反応器４０に供給する。第１原料に含まれる二酸化炭素の量は、例えば、二酸化炭素濃度測定部Ｑ１によって測定された二酸化炭素の濃度であってもよい。また、第１原料に含まれる水素の量は、例えば、水素濃度測定部Ｑ２によって測定された水素の濃度であってもよい。すなわち、第２水素供給部３５は、二酸化炭素濃度測定部Ｑ１によって測定された二酸化炭素及び水素濃度測定部Ｑ２によって測定された水素の濃度に応じた量の水素を供給してもよい。二酸化炭素及び水素の濃度に応じた量の水素を第２反応器４０に供給することにより、より適正な量の水素を第２反応器４０に供給することができる。 The second hydrogen supply unit 35 supplies the second reactor 40 with hydrogen in an amount corresponding to the amounts of carbon dioxide and hydrogen contained in the first feedstock. The amount of carbon dioxide contained in the first feedstock may be, for example, the concentration of carbon dioxide measured by the carbon dioxide concentration measurement unit Q1. The amount of hydrogen contained in the first feedstock may be, for example, the concentration of hydrogen measured by the hydrogen concentration measurement unit Q2. That is, the second hydrogen supply unit 35 may supply hydrogen in an amount corresponding to the concentrations of carbon dioxide measured by the carbon dioxide concentration measurement unit Q1 and hydrogen measured by the hydrogen concentration measurement unit Q2. By supplying hydrogen in an amount corresponding to the concentrations of carbon dioxide and hydrogen to the second reactor 40, a more appropriate amount of hydrogen can be supplied to the second reactor 40.
第２水素供給部３５は、水素供給源３６と流量調整部３７とを含んでいる。水素供給源３６は、水素供給源１４と同様のものを採用してもよい。第１水素供給部１３と第２水素供給部３５とは、共通する１つの水素供給源を含んでいてもよい。流量調整部３７は、例えば電磁弁を含んでいてもよく、電磁弁の開閉によって第２水素供給部３５から第２反応器４０へ供給される水素の供給量を調整してもよい。 The second hydrogen supply unit 35 includes a hydrogen supply source 36 and a flow rate adjustment unit 37. The hydrogen supply source 36 may be the same as the hydrogen supply source 14. The first hydrogen supply unit 13 and the second hydrogen supply unit 35 may include a single common hydrogen supply source. The flow rate adjustment unit 37 may include, for example, a solenoid valve, and the amount of hydrogen supplied from the second hydrogen supply unit 35 to the second reactor 40 may be adjusted by opening and closing the solenoid valve.
第２二酸化炭素供給部３０によって供給される二酸化炭素及び第２水素供給部３５によって供給される水素の少なくともいずれか一方は、第１反応器２０内の温度及び圧力の少なくともいずれか一方に応じて第２反応器４０へ供給されてもよい。これによって、第２反応器４０での反応に適した組成を有する第２原料を、第２反応器４０に供給することができる。なお、本実施形態に係る炭化水素生成システム１では、温度は温度測定部Ｔによって測定され、圧力は圧力測定部Ｐにおいて測定される。 At least one of the carbon dioxide supplied by the second carbon dioxide supply unit 30 and the hydrogen supplied by the second hydrogen supply unit 35 may be supplied to the second reactor 40 depending on at least one of the temperature and pressure within the first reactor 20. This allows a second feedstock having a composition suitable for reaction in the second reactor 40 to be supplied to the second reactor 40. In the hydrocarbon production system 1 according to this embodiment, the temperature is measured by the temperature measurement unit T, and the pressure is measured by the pressure measurement unit P.
第２反応器４０は、第２原料から炭化水素を生成する。第２原料は、第１反応器２０から供給される二酸化炭素及び水素の少なくともいずれか一方、並びに、第２二酸化炭素供給部３０から供給される二酸化炭素及び第２水素供給部３５から供給される水素の少なくともいずれか一方を含む。第２反応器４０は、第１反応器２０と同様のものを採用することができ、メタネーション反応及びフィッシャー－トロプシュ反応などによって炭化水素を生成することができる。第２反応器４０は、第１反応器２０と第２反応器４０とで異なる反応手法を用いて炭化水素を生成してもよい。 The second reactor 40 produces hydrocarbons from the second feedstock. The second feedstock includes at least one of carbon dioxide and hydrogen supplied from the first reactor 20, and at least one of carbon dioxide supplied from the second carbon dioxide supply unit 30 and hydrogen supplied from the second hydrogen supply unit 35. The second reactor 40 may be similar to the first reactor 20, and may produce hydrocarbons through a methanation reaction, a Fischer-Tropsch reaction, or the like. The second reactor 40 may produce hydrocarbons using different reaction methods between the first reactor 20 and the second reactor 40.
第２反応器４０で生成され、炭化水素を含む生成ガスは、第３流路４１を介して第２反応器４０から排出される。第３流路４１には、熱交換器２４、背圧弁４２、冷却器４３及び気液分離器４４が設けられている。 The product gas containing hydrocarbons produced in the second reactor 40 is discharged from the second reactor 40 via the third flow path 41. The third flow path 41 is provided with a heat exchanger 24, a back pressure valve 42, a cooler 43, and a gas-liquid separator 44.
熱交換器２４は、上述したように、第２反応器４０に供給される第２原料の熱と、第２反応器４０で生成された生成ガスの熱とを交換する。すなわち、熱交換器２４は、第２反応器４０で生成される生成ガスを冷却する。 As described above, the heat exchanger 24 exchanges heat between the second feedstock supplied to the second reactor 40 and the product gas generated in the second reactor 40. In other words, the heat exchanger 24 cools the product gas generated in the second reactor 40.
背圧弁４２は、弁の開度を調整することにより、第１反応器２０内の圧力及び第２反応器４０内の圧力が所定の範囲内となるように調整する。 The back pressure valve 42 adjusts the pressure in the first reactor 20 and the second reactor 40 to within a predetermined range by adjusting the valve opening.
冷却器４３は、熱交換器２４によって冷却された生成ガスをさらに冷却する。これにより、第２反応器４０で生成された生成ガス中の水蒸気をより確実に凝縮することができる。 The cooler 43 further cools the product gas cooled by the heat exchanger 24. This allows the water vapor in the product gas produced in the second reactor 40 to be condensed more reliably.
気液分離器４４は、第２反応器４０で生成された生成ガスに含まれる水分を除去する。生成ガス中の水分を除去することにより、高い純度の炭化水素を得ることができる。 The gas-liquid separator 44 removes moisture contained in the product gas produced in the second reactor 40. By removing moisture from the product gas, high-purity hydrocarbons can be obtained.
制御部５０は、第２二酸化炭素供給部３０から供給される二酸化炭素の流量を制御する。また、制御部５０は、第２水素供給部３５から供給される水素の流量を制御する。制御部５０は、二酸化炭素濃度測定部Ｑ１、水素濃度測定部Ｑ２、圧力測定部Ｐ、温度測定部Ｔ及び生成ガス流量測定部Ｆ１からなる群より選択される少なくとも１つの要素で生成された信号に基づいて、第２二酸化炭素供給部３０が供給する二酸化炭素の供給量及び第２水素供給部３５が供給する水素の供給量を算出してもよい。制御部５０は、例えば、第２二酸化炭素供給部３０から供給される二酸化炭素の流量を流量調整部３２によって調整する。また、制御部５０は、例えば、第２水素供給部３５から供給される水素の流量を流量調整部３７によって調整する。 The control unit 50 controls the flow rate of carbon dioxide supplied from the second carbon dioxide supply unit 30. The control unit 50 also controls the flow rate of hydrogen supplied from the second hydrogen supply unit 35. The control unit 50 may calculate the amount of carbon dioxide supplied from the second carbon dioxide supply unit 30 and the amount of hydrogen supplied from the second hydrogen supply unit 35 based on a signal generated by at least one element selected from the group consisting of the carbon dioxide concentration measurement unit Q1, the hydrogen concentration measurement unit Q2, the pressure measurement unit P, the temperature measurement unit T, and the generated gas flow rate measurement unit F1. The control unit 50, for example, adjusts the flow rate of carbon dioxide supplied from the second carbon dioxide supply unit 30 using the flow rate adjustment unit 32. The control unit 50 also adjusts the flow rate of hydrogen supplied from the second hydrogen supply unit 35 using the flow rate adjustment unit 37.
制御部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含んでいてもよい。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み込み、プログラムに従って演算及び制御などの命令を実行することができる。プログラムには、例えば、第１原料に含まれる二酸化炭素及び水素の量から、第２反応器４０へ供給される二酸化炭素及び水素の供給量を算出する処理が含まれていてもよい。プログラムはＲＯＭ以外の記録媒体に予め格納されていてもよく、インターネット等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給されてもよい。ＲＡＭは、二酸化炭素濃度測定部Ｑ１、水素濃度測定部Ｑ２、圧力測定部Ｐ、温度測定部Ｔ及び生成ガス流量測定部Ｆ１などから取得した情報を記憶し、ＣＰＵはＲＡＭに記憶された情報を読み出して演算などの処理に用いることができる。 The control unit 50 may include a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), and RAM (Random Access Memory). The CPU can read programs stored in the ROM and execute instructions such as calculations and controls in accordance with the programs. The programs may include, for example, a process for calculating the amounts of carbon dioxide and hydrogen to be supplied to the second reactor 40 from the amounts of carbon dioxide and hydrogen contained in the first feedstock. The programs may be pre-stored on a recording medium other than the ROM, or may be supplied to the recording medium via a wide area communication network including the Internet. The RAM stores information obtained from the carbon dioxide concentration measurement unit Q1, hydrogen concentration measurement unit Q2, pressure measurement unit P, temperature measurement unit T, and generated gas flow rate measurement unit F1, and the CPU can read the information stored in the RAM and use it for calculations and other processing.
第２反応器４０で生成された生成物が複数種類の炭化水素を含む場合、炭化水素生成システム１は化学構造に応じた炭化水素を分留などによって分離する分離装置を備えてもよい。分離装置は、脱メタン塔、脱エタン塔、脱エチレン塔、脱プロパン塔、脱プロピレン塔、脱ブタン塔及び脱ブテン塔のような少なくとも１つの分離塔を含んでいてもよい。これらの分離塔によって、複数種類の炭化水素を、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン及びブテンなどのような化学構造に応じて分離することができる。 If the product produced in the second reactor 40 contains multiple types of hydrocarbons, the hydrocarbon production system 1 may be equipped with a separation device that separates hydrocarbons according to their chemical structure by fractional distillation or the like. The separation device may include at least one separation tower such as a demethanizer, deethanizer, deethyleneizer, depropanizer, depropyleneizer, debutanizer, and debutenizer. These separation towers can separate multiple types of hydrocarbons according to their chemical structure, such as methane, ethane, ethylene, propane, propylene, butane, and butene.
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る炭化水素生成システム１について図２を用いて説明する。本実施形態に係る炭化水素生成システム１は、二酸化炭素濃度測定部Ｑ１に代えて二酸化炭素流量測定部Ｆ２を備え、水素濃度測定部Ｑ２に代えて水素流量測定部Ｆ３を備えている。上記以外については、本実施形態に係る炭化水素生成システム１は、第１実施形態に係る炭化水素生成システム１と同様の構成をしている。
Second Embodiment
Next, a hydrocarbon production system 1 according to a second embodiment will be described with reference to Fig. 2. The hydrocarbon production system 1 according to this embodiment includes a carbon dioxide flow rate measurement unit F2 instead of the carbon dioxide concentration measurement unit Q1, and a hydrogen flow rate measurement unit F3 instead of the hydrogen concentration measurement unit Q2. Other than the above, the hydrocarbon production system 1 according to this embodiment has the same configuration as the hydrocarbon production system 1 according to the first embodiment.
二酸化炭素流量測定部Ｆ２は、第１原料に含まれる二酸化炭素の流量を測定する。炭化水素生成システム１が二酸化炭素流量測定部Ｆ２を備えることによって、第１原料中の二酸化炭素の量を正確に把握することができる。二酸化炭素の流量に関する信号は、例えば二酸化炭素流量測定部Ｆ２から制御部５０へ送られる。二酸化炭素流量測定部Ｆ２は、二酸化炭素の流量を測定することができれば特に限定されず、公知の流量計を含んでいてもよい。 The carbon dioxide flow rate measuring unit F2 measures the flow rate of carbon dioxide contained in the first feedstock. By providing the hydrocarbon production system 1 with the carbon dioxide flow rate measuring unit F2, the amount of carbon dioxide in the first feedstock can be accurately determined. A signal related to the carbon dioxide flow rate is sent, for example, from the carbon dioxide flow rate measuring unit F2 to the control unit 50. The carbon dioxide flow rate measuring unit F2 is not particularly limited as long as it is capable of measuring the carbon dioxide flow rate, and may include a known flow meter.
水素流量測定部Ｆ３は、第１原料に含まれる水素の流量を測定する。炭化水素生成システム１が水素流量測定部Ｆ３を備えることによって、第１原料中の水素の量を正確に把握することができる。水素の濃度に関する信号は、例えば水素流量測定部Ｆ３から制御部５０へ送られる。水素流量測定部Ｆ３は、水素の流量を測定することができれば特に限定されず、公知の流量計を含んでいてもよい。 The hydrogen flow rate measuring unit F3 measures the flow rate of hydrogen contained in the first feedstock. By including the hydrogen flow rate measuring unit F3 in the hydrocarbon production system 1, the amount of hydrogen in the first feedstock can be accurately determined. A signal indicating the hydrogen concentration is sent, for example, from the hydrogen flow rate measuring unit F3 to the control unit 50. The hydrogen flow rate measuring unit F3 is not particularly limited as long as it can measure the flow rate of hydrogen, and may include a known flow meter.
なお、本実施形態では、炭化水素生成システム１が二酸化炭素流量測定部Ｆ２及び水素流量測定部Ｆ３を備えている例について説明している。しかしながら、炭化水素生成システム１は、このような例に限定されず、二酸化炭素流量測定部Ｆ２又は水素流量測定部Ｆ３のいずれか一方を備えていてもよい。さらに、炭化水素生成システム１は、二酸化炭素濃度測定部Ｑ１及び水素濃度測定部Ｑ２の少なくともいずれか一方をさらに備えていてもよい。 In this embodiment, an example is described in which the hydrocarbon production system 1 is equipped with a carbon dioxide flow measurement unit F2 and a hydrogen flow measurement unit F3. However, the hydrocarbon production system 1 is not limited to this example, and may be equipped with either a carbon dioxide flow measurement unit F2 or a hydrogen flow measurement unit F3. Furthermore, the hydrocarbon production system 1 may further be equipped with at least one of a carbon dioxide concentration measurement unit Q1 and a hydrogen concentration measurement unit Q2.
第１実施形態と同様に、第２二酸化炭素供給部３０は、第１原料に含まれる二酸化炭素及び水素の量に応じた量の二酸化炭素を第２反応器４０に供給する。第１原料に含まれる二酸化炭素の量は、例えば、二酸化炭素流量測定部Ｆ２によって測定された二酸化炭素の流量であってもよい。また、第１原料に含まれる水素の量は、例えば、水素流量測定部Ｆ３によって測定された水素の流量であってもよい。したがって、第２二酸化炭素供給部３０は、二酸化炭素流量測定部Ｆ２によって測定された二酸化炭素及び水素流量測定部Ｆ３によって測定された水素の流量に応じた量の二酸化炭素を供給してもよい。二酸化炭素及び水素の流量に応じた量の二酸化炭素を第２反応器４０に供給することにより、より適正な量の二酸化炭素を第２反応器４０に供給することができる。 Similar to the first embodiment, the second carbon dioxide supply unit 30 supplies the second reactor 40 with an amount of carbon dioxide corresponding to the amounts of carbon dioxide and hydrogen contained in the first feedstock. The amount of carbon dioxide contained in the first feedstock may be, for example, the flow rate of carbon dioxide measured by the carbon dioxide flow measurement unit F2. Furthermore, the amount of hydrogen contained in the first feedstock may be, for example, the flow rate of hydrogen measured by the hydrogen flow measurement unit F3. Therefore, the second carbon dioxide supply unit 30 may supply an amount of carbon dioxide corresponding to the flow rates of carbon dioxide measured by the carbon dioxide flow measurement unit F2 and hydrogen measured by the hydrogen flow measurement unit F3. By supplying the second reactor 40 with an amount of carbon dioxide corresponding to the flow rates of carbon dioxide and hydrogen, a more appropriate amount of carbon dioxide can be supplied to the second reactor 40.
同様に、第２水素供給部３５は、第１原料に含まれる二酸化炭素及び水素の量に応じた量の水素を第２反応器４０に供給する。第１原料に含まれる二酸化炭素の量は、例えば、二酸化炭素流量測定部Ｆ２によって測定された二酸化炭素の流量であってもよい。また、第１原料に含まれる水素の量は、例えば、水素流量測定部Ｆ３によって測定された水素の流量であってもよい。したがって、第２水素供給部３５は、二酸化炭素流量測定部Ｆ２によって測定された二酸化炭素及び水素流量測定部Ｆ３によって測定された水素の流量に応じた量の水素を供給してもよい。二酸化炭素及び水素の流量に応じた量の水素を第２反応器４０に供給することにより、より適正な量の水素を第２反応器４０に供給することができる。 Similarly, the second hydrogen supply unit 35 supplies the second reactor 40 with an amount of hydrogen corresponding to the amounts of carbon dioxide and hydrogen contained in the first feedstock. The amount of carbon dioxide contained in the first feedstock may be, for example, the flow rate of carbon dioxide measured by the carbon dioxide flow rate measurement unit F2. The amount of hydrogen contained in the first feedstock may be, for example, the flow rate of hydrogen measured by the hydrogen flow rate measurement unit F3. Therefore, the second hydrogen supply unit 35 may supply an amount of hydrogen corresponding to the flow rates of carbon dioxide measured by the carbon dioxide flow rate measurement unit F2 and hydrogen measured by the hydrogen flow rate measurement unit F3. By supplying the second reactor 40 with an amount of hydrogen corresponding to the flow rates of carbon dioxide and hydrogen, a more appropriate amount of hydrogen can be supplied to the second reactor 40.
以上、本開示では、第１実施形態及び第２実施形態に係る炭化水素生成システム１及び炭化水素生成方法について説明した。すなわち、炭化水素生成システム１は、二酸化炭素及び水素を含む第１原料から炭化水素を生成する第１反応器２０と、第２原料から炭化水素を生成する第２反応器４０とを備えている。炭化水素生成システム１は、第１原料に含まれる二酸化炭素及び水素の量に応じた量の二酸化炭素を第２反応器４０に供給する第２二酸化炭素供給部３０を備えている。炭化水素生成システム１は、第１原料に含まれる二酸化炭素及び水素の量に応じた量の水素を第２反応器４０に供給する第２水素供給部３５を備えている。第２原料は、第１反応器２０から供給される二酸化炭素及び水素の少なくともいずれか一方、並びに、第２二酸化炭素供給部３０から供給される二酸化炭素及び第２水素供給部３５から供給される水素の少なくともいずれか一方を含んでいる。 The present disclosure has described a hydrocarbon production system 1 and a hydrocarbon production method according to the first and second embodiments. Specifically, the hydrocarbon production system 1 includes a first reactor 20 that produces hydrocarbons from a first feedstock containing carbon dioxide and hydrogen, and a second reactor 40 that produces hydrocarbons from a second feedstock. The hydrocarbon production system 1 includes a second carbon dioxide supply unit 30 that supplies carbon dioxide to the second reactor 40 in an amount corresponding to the amounts of carbon dioxide and hydrogen contained in the first feedstock. The hydrocarbon production system 1 includes a second hydrogen supply unit 35 that supplies hydrogen to the second reactor 40 in an amount corresponding to the amounts of carbon dioxide and hydrogen contained in the first feedstock. The second feedstock includes at least one of carbon dioxide and hydrogen supplied from the first reactor 20, and at least one of carbon dioxide supplied from the second carbon dioxide supply unit 30 and hydrogen supplied from the second hydrogen supply unit 35.
炭化水素生成方法は、二酸化炭素及び水素を含む第１原料から炭化水素を第１反応器２０で生成する第１反応工程と、第２原料から炭化水素を第２反応器４０で生成する第２反応工程とを含んでいる。炭化水素生成方法は、第１原料に含まれる二酸化炭素及び水素の量に応じた量の二酸化炭素を第２反応器４０に供給する二酸化炭素供給工程を含んでいる。炭化水素生成方法は、第１原料に含まれる二酸化炭素及び水素の量に応じた量の水素を第２反応器４０に供給する水素供給工程を含んでいる。第２原料は、第１反応器２０から供給される二酸化炭素及び水素の少なくともいずれか一方、並びに、二酸化炭素供給工程で供給される二酸化炭素及び水素供給工程で供給される水素の少なくともいずれか一方を含んでいる。 The hydrocarbon production method includes a first reaction step in which hydrocarbons are produced in a first reactor (20) from a first feedstock containing carbon dioxide and hydrogen, and a second reaction step in which hydrocarbons are produced in a second reactor (40) from a second feedstock. The hydrocarbon production method includes a carbon dioxide supply step in which carbon dioxide is supplied to the second reactor (40) in an amount corresponding to the amounts of carbon dioxide and hydrogen contained in the first feedstock. The hydrocarbon production method includes a hydrogen supply step in which hydrogen is supplied to the second reactor (40) in an amount corresponding to the amounts of carbon dioxide and hydrogen contained in the first feedstock. The second feedstock includes at least one of carbon dioxide and hydrogen supplied from the first reactor (20), and at least one of carbon dioxide supplied in the carbon dioxide supply step and hydrogen supplied in the hydrogen supply step.
本実施形態に係る炭化水素生成システム１は、二酸化炭素及び水素を含む第１原料から炭化水素を生成する第１反応器２０と、第２原料から炭化水素を生成する第２反応器４０とを備えている。そのため、第１反応器２０で未反応であった二酸化炭素及び水素を原料として第２反応器４０へ供給し、より高純度の炭化水素を得ることができる。しかしながら、第１反応器２０入口の圧力の変動、及び流量調整部１２及び流量調整部１５のバルブ開度のずれなどにより、第１反応器２０へ供給される二酸化炭素と水素との比率が変動する場合がある。また、第１反応器２０で生成された生成ガスに含まれる水を分離する場合、二酸化炭素が水中に溶解し、第２反応器４０に供給される二酸化炭素と水素との比率が、理想とする比率から外れるおそれがある。このような場合、第１反応器２０での転化率が想定よりも低下してしまい、第２反応器４０で生成される生成ガス中の炭化水素の濃度が所望の値を下回ってしまうおそれがある。 The hydrocarbon production system 1 according to this embodiment includes a first reactor 20 that produces hydrocarbons from a first feedstock containing carbon dioxide and hydrogen, and a second reactor 40 that produces hydrocarbons from a second feedstock. Therefore, unreacted carbon dioxide and hydrogen from the first reactor 20 can be supplied to the second reactor 40 as feedstock, thereby producing hydrocarbons of higher purity. However, fluctuations in the pressure at the inlet of the first reactor 20 and discrepancies in the valve openings of the flow rate control units 12 and 15 can cause the ratio of carbon dioxide to hydrogen supplied to the first reactor 20 to fluctuate. Furthermore, when separating water from the product gas produced in the first reactor 20, carbon dioxide may dissolve in the water, potentially causing the ratio of carbon dioxide to hydrogen supplied to the second reactor 40 to deviate from the ideal ratio. In such cases, the conversion rate in the first reactor 20 may be lower than expected, and the hydrocarbon concentration in the product gas produced in the second reactor 40 may fall below the desired value.
しかしながら、本実施形態に係る炭化水素生成システム１は、第１原料に含まれる二酸化炭素及び水素の量に応じた量の二酸化炭素を第２反応器４０に供給する第２二酸化炭素供給部３０を備えている。また、炭化水素生成システム１は、第１原料に含まれる二酸化炭素及び水素の量に応じた量の水素を第２反応器４０に供給する第２水素供給部３５を備えている。これにより、第１反応器２０に供給される第１原料中の二酸化炭素と水素との比率が所望の範囲から外れた場合であっても、第２二酸化炭素供給部３０及び第２水素供給部３５によって二酸化炭素及び水素をそれぞれ第２反応器４０に補完することができる。そのため、第２原料の二酸化炭素と水素との比率を、理想とする比率に調整することができる。これにより、第２反応器４０で生成される生成ガス中の炭化水素濃度が、所定の範囲内となるように調整される。したがって、本開示によれば、炭化水素を安定的に又は高純度で生成することが可能な炭化水素生成システム１及び炭化水素生成方法を提供することができる。 However, the hydrocarbon production system 1 according to this embodiment includes a second carbon dioxide supply unit 30 that supplies carbon dioxide to the second reactor 40 in an amount corresponding to the amounts of carbon dioxide and hydrogen contained in the first feedstock. The hydrocarbon production system 1 also includes a second hydrogen supply unit 35 that supplies hydrogen to the second reactor 40 in an amount corresponding to the amounts of carbon dioxide and hydrogen contained in the first feedstock. This allows the second carbon dioxide supply unit 30 and the second hydrogen supply unit 35 to supplement carbon dioxide and hydrogen in the second reactor 40, respectively, even if the ratio of carbon dioxide to hydrogen in the first feedstock supplied to the first reactor 20 falls outside the desired range. This allows the ratio of carbon dioxide to hydrogen in the second feedstock to be adjusted to an ideal ratio. This allows the hydrocarbon concentration in the product gas produced in the second reactor 40 to be adjusted to fall within a predetermined range. Therefore, the present disclosure provides a hydrocarbon production system 1 and a hydrocarbon production method that are capable of producing hydrocarbons stably or with high purity.
また、第２原料には第１反応器２０で生成された炭化水素が多く含まれており、第２反応器４０で生成される炭化水素の量は、第１反応器２０で生成される炭化水素の量に対して少なくなる傾向にある。すなわち、第２反応器４０で生成される炭化水素の量は、炭化水素生成システム１全体として多くはないため、炭化水素を安定的に又は高純度で生成するための制御が比較的容易である。 In addition, the second feedstock contains a large amount of hydrocarbons produced in the first reactor 20, and the amount of hydrocarbons produced in the second reactor 40 tends to be smaller than the amount of hydrocarbons produced in the first reactor 20. In other words, the amount of hydrocarbons produced in the second reactor 40 is not large for the hydrocarbon production system 1 as a whole, making it relatively easy to control the production of hydrocarbons stably or with high purity.
なお、大阪瓦斯株式会社の小売託送供給約款（２０１９年１１月１３日実施）によれば、受け入れられるメタン含有ガスの組成は、水素が４体積％以下であり、二酸化炭素が０．５体積％以下であることが求められている。このような条件を満たすガスを第１反応器２０及び第２反応器４０で生成するために必要な原料の供給量を算出した結果を図３に示す。具体的には、第１原料における水素の二酸化炭素に対する比（Ｈ２／ＣＯ２比）が３．６から４．４の範囲において、第２反応器４０で上記組成のメタン含有ガスが生成可能となる第２原料のＨ２／ＣＯ２比を算出した。なお、第１反応器２０及び第２反応器４０の反応条件は、温度３２５℃かつ圧力０．７ＭＰａＧとしている。 According to Osaka Gas Co., Ltd.'s retail transportation supply terms and conditions (implemented November 13, 2019), the composition of the methane-containing gas that can be accepted is required to have a hydrogen content of 4% by volume or less and a carbon dioxide content of 0.5% by volume or less. The results of calculating the feedstock supply amounts required to produce a gas that satisfies these conditions in the first reactor 20 and the second reactor 40 are shown in Figure 3. Specifically, when the ratio of hydrogen to carbon dioxide ( H2 / CO2 ratio) in the first feedstock is in the range of 3.6 to 4.4, the H2 / CO2 ratio of the second feedstock that enables the second reactor 40 to produce a methane-containing gas of the above composition was calculated. The reaction conditions in the first reactor 20 and the second reactor 40 were a temperature of 325°C and a pressure of 0.7 MPaG.
図３に示すように、第２原料のＨ２／ＣＯ２比を上限から下限の範囲にすれば、求められる組成のメタン含有ガスを生成可能であることが分かる。反応式：ＣＯ２＋４Ｈ２→ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏによれば、１モルのメタンは、１モルの二酸化炭素と４モルの水素から生成される。第２原料のＨ２／ＣＯ２比が４以上となっているのは、二酸化炭素の許容量が０．５体積％以下であるのに対し、水素の許容量が４体積％以下と許容範囲が広いことも理由として考えられる。 As shown in Figure 3, it can be seen that a methane-containing gas of the desired composition can be produced by setting the H2 / CO2 ratio of the second feedstock between the upper and lower limits. According to the reaction formula: CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O , 1 mole of methane is produced from 1 mole of carbon dioxide and 4 moles of hydrogen. The reason why the H2 / CO2 ratio of the second feedstock is 4 or more is thought to be that the allowable amount of carbon dioxide is 0.5% by volume or less, while the allowable amount of hydrogen is 4% by volume or less, which is a wider allowable range.
次に、第２反応器４０で上記メタン含有ガスを生成するための二酸化炭素及び水素の供給量の上限及び下限をそれぞれ算出した。第１原料のＨ２／ＣＯ２比と、第１反応器２０へ供給される二酸化炭素の供給量に対する第２反応器４０へ供給される水素の供給量の割合との関係を表１及び図４に示す。また、第１原料のＨ２／ＣＯ２比と、第１反応器２０へ供給される二酸化炭素の供給量に対する第２反応器４０へ供給される二酸化炭素の供給量の割合との関係を表２及び図５に示す。なお、第１反応器２０及び第２反応器４０の反応条件は、温度３２５℃かつ圧力０．７ＭＰａＧとしている。 Next, the upper and lower limits of the supply amounts of carbon dioxide and hydrogen for producing the methane-containing gas in the second reactor 40 were calculated. Table 1 and Fig. 4 show the relationship between the H2 / CO2 ratio of the first raw material and the ratio of the supply amount of hydrogen supplied to the second reactor 40 to the supply amount of carbon dioxide supplied to the first reactor 20. Table 2 and Fig. 5 show the relationship between the H2 / CO2 ratio of the first raw material and the ratio of the supply amount of carbon dioxide supplied to the second reactor 40 to the supply amount of carbon dioxide supplied to the first reactor 20. The reaction conditions in the first reactor 20 and the second reactor 40 were a temperature of 325°C and a pressure of 0.7 MPaG.
表１及び表２並びに図３～図５に示すように、第１原料に含まれる二酸化炭素及び水素の量に応じた量の二酸化炭素又は水素を第２反応器４０に供給することにより、上記のような組成のメタン含有ガスを生成することが可能であることが分かる。また、これらの結果から、第１反応器２０に供給される第１原料のＨ２／ＣＯ２比が変動した場合であっても、二酸化炭素又は水素を第２反応器４０に供給することにより、炭化水素を安定的に又は高純度で生成することができることが分かる。 3 to 5, it is understood that it is possible to produce a methane-containing gas having the above-described composition by supplying carbon dioxide or hydrogen in amounts corresponding to the amounts of carbon dioxide and hydrogen contained in the first feedstock to the second reactor 40. Furthermore, these results show that even if the H 2 /CO 2 ratio of the first feedstock supplied to the first reactor 20 fluctuates, hydrocarbons can be produced stably or with high purity by supplying carbon dioxide or hydrogen to the second reactor 40.
なお、上記実施形態では、炭化水素生成システム１が第１反応器２０及び第２反応器４０の２つの反応器を備える例について説明したが、炭化水素生成システム1は３つ以上の反応器を備えていてもよい。炭化水素生成システム１が３つ以上の反応器を備える場合、１段目の反応器を第１反応器２０とし、２段目の反応器を第２反応器４０としてもよく、２段目の反応器を第１反応器２０とし、３段目の反応器を第２反応器４０としてもよい。 In the above embodiment, an example was described in which the hydrocarbon production system 1 includes two reactors, the first reactor 20 and the second reactor 40. However, the hydrocarbon production system 1 may include three or more reactors. When the hydrocarbon production system 1 includes three or more reactors, the first reactor may be the first reactor 20 and the second reactor may be the second reactor 40, or the second reactor may be the first reactor 20 and the third reactor may be the second reactor 40.
いくつかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正または変形をすることが可能である。上記実施形態のすべての構成要素、及び請求の範囲に記載されたすべての特徴は、それらが互いに矛盾しない限り、個々に抜き出して組み合わせてもよい。 Several embodiments have been described, but modifications or variations of the embodiments can be made based on the above disclosure. All components of the above embodiments and all features described in the claims may be individually extracted and combined, as long as they are not mutually inconsistent.
本開示は、例えば、国際連合が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標７『すべての人々の、安価かつ信頼できる持続可能な近代的エネルギーへのアクセスを確保する』及び目標１３『気候変動及びその影響を軽減するための緊急対策を講じる』に貢献することができる。 This disclosure can contribute, for example, to Goal 7 of the United Nations-led Sustainable Development Goals (SDGs), "Ensure access to affordable, reliable, sustainable and modern energy for all" and Goal 13, "Take urgent action to combat climate change and its impacts."
１ 炭化水素生成システム
２０ 第１反応器
３０ 第２二酸化炭素供給部（二酸化炭素供給部）
３５ 第２水素供給部（水素供給部）
４０ 第２反応器
Ｑ１ 二酸化炭素濃度測定部
Ｑ２ 水素濃度測定部
Ｆ２ 二酸化炭素流量測定部
Ｆ３ 水素流量測定部
1 Hydrocarbon production system 20 First reactor 30 Second carbon dioxide supply unit (carbon dioxide supply unit)
35 Second hydrogen supply unit (hydrogen supply unit)
40 Second reactor Q1 Carbon dioxide concentration measurement unit Q2 Hydrogen concentration measurement unit F2 Carbon dioxide flow rate measurement unit F3 Hydrogen flow rate measurement unit
Claims (7)
第２原料からフィッシャー－トロプシュ反応によって炭化水素を生成する第２反応器と、
前記第１反応器に供給される前記第１原料中の二酸化炭素と水素との比率に応じた量の二酸化炭素を前記第２反応器に供給する二酸化炭素供給部と、
前記第１反応器に供給される前記第１原料中の二酸化炭素と水素との比率に応じた量の水素を前記第２反応器に供給する水素供給部と、
を備え、
前記第２原料は、前記第１反応器から供給される二酸化炭素及び水素の少なくともいずれか一方、並びに、前記二酸化炭素供給部から供給される二酸化炭素及び前記水素供給部から供給される水素の少なくともいずれか一方を含み、
前記第１反応器で生成される炭化水素は、前記第１原料が鉄触媒又はコバルト触媒に接触することによって生成された炭素数が２以上４以下の炭化水素を含み、
前記第２反応器で生成される炭化水素は、前記第２原料が鉄触媒又はコバルト触媒に接触することによって生成された炭素数が２以上４以下の炭化水素を含む、炭化水素生成システム。 a first reactor for producing hydrocarbons from a first feedstock comprising carbon dioxide and hydrogen by a Fischer-Tropsch reaction ;
a second reactor for producing hydrocarbons from the second feedstock by a Fischer-Tropsch reaction ;
a carbon dioxide supply unit that supplies carbon dioxide to the second reactor in an amount corresponding to a ratio of carbon dioxide to hydrogen in the first raw material that is supplied to the first reactor;
a hydrogen supply unit that supplies hydrogen to the second reactor in an amount corresponding to a ratio of carbon dioxide and hydrogen in the first raw material that is supplied to the first reactor;
Equipped with
the second raw material includes at least one of carbon dioxide and hydrogen supplied from the first reactor, and at least one of carbon dioxide supplied from the carbon dioxide supply unit and hydrogen supplied from the hydrogen supply unit,
the hydrocarbons produced in the first reactor include hydrocarbons having a carbon number of 2 or more and 4 or less, which are produced by contacting the first feedstock with an iron catalyst or a cobalt catalyst;
A hydrocarbon production system, wherein the hydrocarbons produced in the second reactor include hydrocarbons having a carbon number of 2 or more and 4 or less produced by contacting the second feedstock with an iron catalyst or a cobalt catalyst.
第２原料からフィッシャー－トロプシュ反応によって炭化水素を第２反応器で生成する第２反応工程と、
前記第１反応器に供給される前記第１原料中の二酸化炭素と水素との比率に応じた量の二酸化炭素を前記第２反応器に供給する二酸化炭素供給工程と、
前記第１反応器に供給される前記第１原料中の二酸化炭素と水素との比率に応じた量の水素を前記第２反応器に供給する水素供給工程と、
を含み、
前記第２原料は、前記第１反応器から供給される二酸化炭素及び水素の少なくともいずれか一方、並びに、前記二酸化炭素供給工程で供給される二酸化炭素及び前記水素供給工程で供給される水素の少なくともいずれか一方を含み、
前記第１反応器で生成される炭化水素は、前記第１原料が鉄触媒又はコバルト触媒に接触することによって生成された炭素数が２以上４以下の炭化水素を含み、
前記第２反応器で生成される炭化水素は、前記第２原料が鉄触媒又はコバルト触媒に接触することによって生成された炭素数が２以上４以下の炭化水素を含む、炭化水素生成方法。 a first reaction step of producing hydrocarbons in a first reactor by a Fischer-Tropsch reaction from a first feedstock containing carbon dioxide and hydrogen;
a second reaction step of producing hydrocarbons from the second feedstock by a Fischer-Tropsch reaction in a second reactor;
a carbon dioxide supplying step of supplying carbon dioxide to the second reactor in an amount corresponding to a ratio of carbon dioxide to hydrogen in the first raw material supplied to the first reactor;
a hydrogen supplying step of supplying hydrogen to the second reactor in an amount corresponding to a ratio of carbon dioxide and hydrogen in the first raw material supplied to the first reactor;
Including,
the second raw material includes at least one of carbon dioxide and hydrogen supplied from the first reactor, and at least one of carbon dioxide supplied in the carbon dioxide supply step and hydrogen supplied in the hydrogen supply step,
the hydrocarbons produced in the first reactor include hydrocarbons having a carbon number of 2 or more and 4 or less, which are produced by contacting the first feedstock with an iron catalyst or a cobalt catalyst;
The hydrocarbon production method, wherein the hydrocarbons produced in the second reactor include hydrocarbons having a carbon number of 2 or more and 4 or less produced by contacting the second feedstock with an iron catalyst or a cobalt catalyst.
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