JP2002220351A - Method for producing butane and propane, and device therefor - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and device for producing butane and propane where a large amount of butane and propane can be produced at low cost using inexpensive water and a solid carbon material as raw materials. SOLUTION: Synthesis gas is produced by catalytic reaction of water and a solid carbon material in the presence of a large amount of micro arc plasma in an arc plasma reactor APR. The synthesis gas is converted to methane in a methanization reactor MR, and the mixed gas of a specified ratio of methane and acetylene which is converted from methane is converted to n-butane by a super strong solid catalyst SC. The n-butane is then converted to propane by catalytic reaction using a zeolite catalyst.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】 本発明はブタンおよびプロ
パンの製造方法およびその装置に関し、とくに、工業的
なブタンおよびプロパンの製造法ならびにその装置に関
する。The present invention relates to a method and an apparatus for producing butane and propane, and more particularly to an industrial method for producing butane and propane and an apparatus therefor.

【０００２】[0002]

【従来の技術】 従来、ブタンおよびプロパンは石油採
掘の副産物として採取され、国際原油価格の変動に伴っ
て高値圏に留まっているのが現状であり、これらの価格
を常時一定の低価格圏に維持することが困難である。2. Description of the Related Art Conventionally, butane and propane have been extracted as by-products of oil mining, and currently stay in high prices due to fluctuations in international oil prices. Difficult to maintain.

【０００３】 米国特許第５０２６９４４号および米国
特許第４９７３７７６号には固体超強酸触媒を用いて微
量のメタンとアセチレンから９９％の高い選択率でｎ−
ブタンに転換する製造法およびｎ−ブタンから８３．２
％の高選択率でプロパンに転換する製造法が開示されて
いる。[0003] US Pat. Nos. 5,026,944 and 4,973,776 disclose using a solid superacid catalyst with a high selectivity of 99% from trace amounts of methane and acetylene.
Production method for conversion to butane and 83.2 from n-butane
A process for converting to propane with a high selectivity of% is disclosed.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】 従来のブタンおよび
プロパンの製造法は極めて優れているが、出発原料とし
て高価な天然ガスとアセチレンとを利用しなければなら
ないため、原料コストが高い。したがって、ブタンおよ
びプロパンを低コストで経済的に大量生産することがで
きない。The conventional methods for producing butane and propane are extremely excellent, but the raw material costs are high because expensive natural gas and acetylene must be used as starting materials. Therefore, butane and propane cannot be economically mass-produced at low cost.

【０００５】 そこで、本発明は安価な水および安価な
固形状炭素材を出発原料としてメタンおよびアセチレン
を低コストで合成し、これらを中間原料としてブタンお
よびプロパンを極めて低コストで連続的に大量生産する
ことが可能なブタンおよびプロパンの製造法およびその
装置を提供することを目的とする。Accordingly, the present invention provides low-cost synthesis of methane and acetylene using inexpensive water and an inexpensive solid carbon material as starting materials, and continuously mass-produces butane and propane using these as intermediate materials at an extremely low cost. It is an object of the present invention to provide a method for producing butane and propane and an apparatus for producing the same.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】 本発明の第１概念によ
れば、ブタンおよびプロパンの製造法が原料水供給口と
合成ガス取出口とを有する絶縁ケーシングと、絶縁ケー
シング内に形成されたアークプラズマ反応室と、アーク
プラズマ反応室に配置されたアーク電極とを備えたアー
クプラズマリアクタを準備する工程と；アークプラズマ
反応室内に固形状炭素材を充填して固形状炭素材の隙間
に微小アーク通路を形成する工程と；アーク電極にアー
ク電力を供給して微小アーク通路内に微小アークプラズ
マを発生させる工程と；原料水供給口から原料水または
水蒸気を微小アーク通路内に通過させてアークプラズマ
の存在下で水蒸気と固形状炭素材の炭素とを接触反応さ
せ、水素および一酸化炭素を含む合成ガスを生成する工
程と；合成ガス取出口から合成ガスを取出して合成ガス
を冷却する工程と；メタン化反応槽に合成ガスを導入し
てメタンを合成する工程と；メタンにマイクロ波照射さ
せてアセチレンを生成する工程と；メタンとアセチレン
とを固体超強酸触媒に接触反応させてｎ−ブタンを合成
する工程と；ｎ−ブタンを重合反応触媒と接触させてプ
ロパンに転換する工程と；より成ることにより達成され
る。According to a first concept of the present invention, a method for producing butane and propane includes an insulating casing having a raw water supply port and a synthesis gas outlet, and an arc formed in the insulating casing. Preparing an arc plasma reactor having a plasma reaction chamber and an arc electrode disposed in the arc plasma reaction chamber; and filling a solid carbon material into the arc plasma reaction chamber to form a minute arc in a gap between the solid carbon materials. Forming a passage; supplying arc power to the arc electrode to generate a minute arc plasma in the minute arc passage; and feeding raw water or water vapor from the raw water supply port into the minute arc passage to produce the arc plasma. Reacting water vapor with the carbon of the solid carbon material in the presence of water to produce a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide; Removing the synthesis gas from the mouth to cool the synthesis gas; introducing the synthesis gas into the methanation reactor to synthesize methane; irradiating methane with microwaves to produce acetylene; methane and acetylene With a solid superacid catalyst to produce n-butane; and contacting n-butane with a polymerization catalyst to convert it to propane.

【０００７】 本発明の第２概念によれば、ブタンの製
造法が原料水供給口と合成ガス取出口とを有する絶縁ケ
ーシングと、絶縁ケーシング内に形成されたアークプラ
ズマ反応室と、アークプラズマ反応室に配置されたアー
ク電極とを備えたアークプラズマリアクタを準備する工
程と；アークプラズマ反応室内に固形状炭素材を充填し
て固形状炭素材の隙間に微小アーク通路を形成する工程
と；アーク電極にアーク電力を供給して微小アーク通路
内に微小アークプラズマを発生させる工程と；原料水供
給口から原料水または水蒸気を微小アーク通路内に通過
させてアークプラズマの存在下で水蒸気と固形状炭素材
の炭素とを接触反応させ、水素および一酸化炭素を含む
合成ガスを生成する工程と；合成ガス取出口から合成ガ
スを取出して合成ガスを冷却する工程と；メタン化反応
槽に合成ガスを導入してメタンを合成する工程と；メタ
ンにマイクロ波照射させてアセチレンを生成する工程
と；メタンとアセチレンとを固体超強酸触媒に接触反応
させてｎ−ブタンを合成する工程と；より成ることによ
り達成される。[0007] According to a second concept of the present invention, a method for producing butane includes an insulating casing having a raw water supply port and a synthesis gas outlet, an arc plasma reaction chamber formed in the insulating casing, and an arc plasma reaction. Providing an arc plasma reactor having an arc electrode disposed in the chamber; filling a solid carbon material into the arc plasma reaction chamber to form a minute arc passage in a gap between the solid carbon materials; Supplying arc power to the electrodes to generate micro arc plasma in the micro arc passage; and passing raw water or water vapor through the micro arc passage from the raw water supply port to form water vapor and solid in the presence of the arc plasma. Producing a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide by contacting and reacting the carbon of the carbon material; synthesizing the synthesis gas by extracting the synthesis gas from the synthesis gas outlet; Cooling methane; synthesizing methane by introducing synthesis gas into a methanation reactor; generating acetylene by irradiating methane with microwaves; contacting methane and acetylene with a solid superacid catalyst Reacting to synthesize n-butane;

【０００８】 本発明の第３概念によれば、ブタンおよ
びプロパンの製造装置が炭素材原料投入口と、原料水供
給口と、合成ガス用アウトレットとを有する絶縁ケーシ
ングと、絶縁ケーシング内に形成されたアークプラズマ
反応室と、アークプラズマ反応装置に配置されたアーク
電極と、アークプラズマ反応装置内に充填された炭素材
の隙間に形成された微小アーク通路とを有するアークプ
ラズマリアクタと；原料水を原料水投入口に供給する原
料水供給ポンプと；固形状炭素材を炭素材原料投入口に
供給する炭素材供給装置と；アーク電極にアーク電力を
供給して微小アーク通路内にアークプラズマを発生させ
て、微小アーク通路内で水蒸気と炭素材とを接触反応さ
せ、合成ガスを生成する多相交流電源と；アークプラズ
マリアクタに接続されて合成ガスからメタンを合成する
メタン化反応槽と；メタンにマイクロ波照射させてアセ
チレンを生成するアセチレン合成塔と；メタンとアセチ
レンとを接触反応させてブタンを合成する固体超強酸触
媒塔と；ブタンを重合反応触媒と接触させてプロパンに
転換する重合触媒塔と；より成ることにより達成され
る。According to a third concept of the present invention, an apparatus for producing butane and propane is formed in an insulating casing having a carbon material feed port, a feed water supply port, and a synthesis gas outlet, and in the insulating casing. An arc plasma reactor having an arc plasma reaction chamber, an arc electrode arranged in the arc plasma reactor, and a minute arc passage formed in a gap between carbon materials filled in the arc plasma reactor; A raw water supply pump for supplying the raw water inlet; a carbon material supply device for supplying the solid carbon material to the carbon raw material inlet; supplying arc power to the arc electrode to generate an arc plasma in the minute arc passage. And a multi-phase AC power source for generating a synthesis gas by causing a water vapor and a carbon material to contact and react in a minute arc passage; A methanation reactor for synthesizing methane from synthesis gas; an acetylene synthesis tower for irradiating methane with microwaves to produce acetylene; and a solid superacid catalyst column for synthesizing butane by contacting methane with acetylene to react. A polymerization catalyst column for converting butane into propane by contacting the butane with a polymerization reaction catalyst.

【０００９】[0009]

【作用】 本発明のブタンおよびプロパンの製造法およ
びその製造装置によれば、アークプラズマリアクタ内に
形成された微小アーク通路を固形状炭素材により構成し
て、微小アーク通路内にスパークによる微小アークプラ
ズマを大量に発生させ、水蒸気を微小アーク通路内に導
入してアークプラズマの存在下で水蒸気と炭素材の炭素
とを接触反応させて次式で示されるように硫黄分を全く
含まない一酸化炭素と水素からなる合成ガスを効率的に
生成する。According to the method and the apparatus for producing butane and propane of the present invention, the minute arc passage formed in the arc plasma reactor is constituted by a solid carbon material, and the minute arc by spark is formed in the minute arc passage. A large amount of plasma is generated, steam is introduced into the micro arc passage, and the steam reacts with the carbon of the carbon material in the presence of the arc plasma to form a sulfur-free monoxide as shown in the following equation. Efficiently generates synthesis gas consisting of carbon and hydrogen.

【００１０】 Ｃ＋Ｈ_２Ｏ→Ｃｏ＋Ｈ_２ （１） Ｃｏ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２ （２）C + H ₂ O → Co + H ₂ (1) Co + H ₂ O → CO ₂ + H ₂ (2)

【００１１】 次に（１）、（２）の反応で得られた合
成ガスはついでメタン化反応槽に給送されて、そこでメ
タン化触媒と接触反応して次式の如く、メタン含有ガス
を生成する。Next, the synthesis gas obtained by the reactions (1) and (2) is then fed to a methanation reaction tank, where it reacts with the methanation catalyst and reacts with the methane-containing gas as shown in the following formula. Generate.

【００１２】 Ｃｏ＋３Ｈ_２→ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ （３） Ｃｏ_２＋４Ｈ_２→ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ （４）Co + 3H ₂ → CH ₄ + H ₂ O (3) Co ₂ + 4H ₂ → CH ₄ + 2H ₂ O (4)

【００１３】 上記（３）、（４）の反応式に示される
ように、メタン含有ガスには副産物として生成水が含ま
れるが、メタン含有ガスから生成水を分離凝縮して凝縮
水として回収し、これをアークプラズマリアクタに原料
としてリサイクルすることにより、排水を外部に排出し
ないで環境負荷を低減し、同時に原料コストをさらに下
げることが可能となる。As shown in the above reaction formulas (3) and (4), the methane-containing gas contains product water as a by-product. However, the product water is separated and condensed from the methane-containing gas and recovered as condensed water. By recycling this as a raw material for the arc plasma reactor, it is possible to reduce the environmental burden without discharging the wastewater to the outside and at the same time to further reduce the raw material cost.

【００１４】 このように水分を分離したメタンガスの
一部をマイクロ波プラズマ反応させて最大９７％の選択
率でアセチレンに転換する。次いで、アセチレンとメタ
ンとを固体超強酸触媒と接触反応させて最大約９９％の
選択率でｎ−ブタンに転換し、これを重合触媒と接触さ
せてプロパンを高収率で合成する。A portion of the methane gas from which water has been separated is subjected to microwave plasma reaction to be converted to acetylene with a maximum selectivity of 97%. Next, acetylene and methane are contact-reacted with a solid superacid catalyst to be converted into n-butane with a selectivity of up to about 99%, which is contacted with a polymerization catalyst to synthesize propane in high yield.

【００１５】[0015]

【発明の実施の形態】 以下本発明の望ましい実施例に
よるブタン／プロパンの製造装置につき図面を参照しな
がら説明する。図１において、ブタン／プロパン製造装
置１０は固形状炭素材を供給するための炭素原料投入装
置１２と、水原料供給装置Ｐ１と、炭素材と水原料から
合成ガスを生成するアークプラズマリアクタＡＰＲと、
原料水と合成ガスを熱交換して原料水を予熱するための
熱交換器Ｈと、合成ガスを冷却するための冷却器Ｃ１
と、気水分離装置Ｓと、合成ガスを加圧するためのコン
プレッサＣＭと、メタン化触媒を充填したメタン化反応
槽ＭＲと、メタンガスを冷却する冷却器Ｃ２と、減圧弁
Ｖと、気液分離器Ｓ２と、メタン供給ラインＭと、生成
水を循環ポンプＰ２を介して原料水に合流させるリサイ
クルラインＲとを備える。メタンガスは流量制御弁ＣＶ
１，ＣＶ２を介してそれぞれ個体超強酸触媒塔ＳＣと、
アセチレン合成塔ＡＳに供給される。アセチレン合成塔
ＡＳは特開平６−２１９９７０号、特開平１０−１３９
６９３号および米国特許第５２０５９１２号に開示され
たようにマイクロ波プラズマ反応を起こすためのマイク
ロ波発生部およびマイクロ波を吸収しない、たとえば、
石英ガラス管等の反応管からなるマイクロ波反応装置を
備える。マイクロ波発生部は２．４５ＧＨのマイクロ波
を発生させ、導波管を介して反応管に照射しながら、そ
の中にメタンを線速度１０〜１５ｃｍ／ｍｉｎで導入し
てマイクロ波プラズマ反応させ、好適には９５％以上の
選択率でアセチレンに転換する。流量制御弁ＣＶ１，Ｃ
Ｖ２はメタンの流量をそれぞれ制御し、個体超強酸触媒
塔ＳＣとアセチレン合成塔ＡＳに供給する。そのときの
メタンの流量はアセチレン１００に対し０．０５〜５モ
ルの割合で個体超強酸触媒に供給されるように選択され
る。個体超強酸触媒としては（株）ジャパンエナジーで
販売している硫酸ジルコニア成形ペレットを利用し、こ
れを固定床からなる反応器内に充填し、その中でアセチ
レンとメタンとの混合ガスを２０〜５０℃、圧力１〜２
５気圧で反応させてｎ−ブタンを好適には９５％以上の
選択率で転換する。次にｎ−ブタンを重合触媒塔ＰＣに
供給してプロパンに転換する。重合触媒としては米国特
許第３７０２８８６号に開示されたＺＳＭ−５として知
られるゼオライト触媒を用い、これを反応塔内に充填
し、反応温度２００〜３００℃、反応圧力１０〜５０気
圧で反応が行われる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a butane / propane manufacturing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, a butane / propane production apparatus 10 includes a carbon material input device 12 for supplying a solid carbon material, a water material supply device P1, and an arc plasma reactor APR that generates a synthesis gas from the carbon material and the water material. ,
A heat exchanger H for preheating the raw water by exchanging heat with the raw water and the syngas, and a cooler C1 for cooling the syngas.
A steam-water separator S, a compressor CM for pressurizing the synthesis gas, a methanation reactor MR filled with a methanation catalyst, a cooler C2 for cooling the methane gas, a pressure reducing valve V, and a gas-liquid separator. The apparatus includes a vessel S2, a methane supply line M, and a recycle line R for merging generated water with raw water via a circulation pump P2. Methane gas flow control valve CV
1, a super strong acid catalyst tower SC via CV2,
It is supplied to the acetylene synthesis tower AS. Acetylene synthesis tower AS is disclosed in JP-A-6-219970 and JP-A-10-139.
No. 6,932 and U.S. Pat. No. 5,205,912, a microwave generator for inducing a microwave plasma reaction and not absorbing microwaves, for example,
A microwave reactor including a reaction tube such as a quartz glass tube is provided. The microwave generation unit generates a microwave of 2.45 GH and irradiates the reaction tube via a waveguide while introducing methane at a linear velocity of 10 to 15 cm / min to cause a microwave plasma reaction. Preferably, it is converted to acetylene with a selectivity of 95% or more. Flow control valves CV1, C
V2 controls the flow rate of methane, respectively, and supplies it to the solid superacid catalyst tower SC and the acetylene synthesis tower AS. The flow rate of methane at that time is selected so as to be supplied to the solid superacid catalyst at a ratio of 0.05 to 5 mol per 100 acetylene. As the solid superacid catalyst, zirconia sulfate molded pellets sold by Japan Energy Co., Ltd. are used, and the pellets are filled in a fixed-bed reactor, and a mixed gas of acetylene and methane is filled into the reactor. 50 ° C, pressure 1-2
The reaction is carried out at 5 atm to convert n-butane, preferably with a selectivity of 95% or more. Next, n-butane is supplied to the polymerization catalyst tower PC to convert it into propane. As a polymerization catalyst, a zeolite catalyst known as ZSM-5 disclosed in U.S. Pat. No. 3,702,886 is used, packed in a reaction tower, and reacted at a reaction temperature of 200 to 300 ° C. and a reaction pressure of 10 to 50 atm. Will be

【００１６】 図２は図１のアークプラズマリアクタＡ
ＰＲの具体的構造を示す。図２において、アークプラズ
マリアクタＡＰＲは炭素原料投入装置１２に接続された
アークプラズマ反応装置１４と、プラズマ電源１６と、
冷却器Ｈ１とを備える。原料投入装置１２は粉末状、ペ
レット状または塊状黒鉛、粒状活性炭、球状炭素あるい
はカーボンパウダー等の固形状炭素原料を貯蔵するホッ
パ２０と、スクリューフィーダ２２と、ロータリバルブ
２４とを備え、プラズマ反応装置１４内に炭素原料を投
入する。プラズマ反応装置１４は耐熱性のセラミックか
らなる円筒状外部絶縁ケーシング２６と、アークプラズ
マ反応室３４を備える内部絶縁ケーシング３２とを備
え、その上端部にボルト３０により装着された絶縁性電
極ホルダー２８を備える。アークプラズマ反応室３４内
に粒状炭素材が供給されると、多数の微小アーク通路３
５がプラズマアーク反応室３４内に形成され、微小アー
ク通路内ではスパークによる多量の微小プラズマアーク
がプラズマアーク反応室内３５内に均一に発生する。こ
のとき、原料水はプラズマアーク反応室３４の上流側で
高温により水蒸気となり、この水蒸気の微小流が微小ア
ーク通路を通過する間に炭素材の炭素と接触反応して前
述の反応式の如く合成ガスが生成される。FIG. 2 shows the arc plasma reactor A of FIG.
The specific structure of PR is shown. In FIG. 2, an arc plasma reactor APR includes an arc plasma reactor 14 connected to a carbon raw material charging device 12, a plasma power supply 16,
And a cooler H1. The raw material input device 12 includes a hopper 20 for storing a solid carbon raw material such as powdered, pelletized or massive graphite, granular activated carbon, spherical carbon or carbon powder, a screw feeder 22, and a rotary valve 24. 14 is charged with a carbon raw material. The plasma reactor 14 includes a cylindrical outer insulating casing 26 made of a heat-resistant ceramic, and an inner insulating casing 32 having an arc plasma reaction chamber 34, and has an insulating electrode holder 28 attached to a top end thereof with a bolt 30. Prepare. When the granular carbon material is supplied into the arc plasma reaction chamber 34, a large number of minute arc passages 3
5 are formed in the plasma arc reaction chamber 34, and a large amount of small plasma arcs due to sparks are uniformly generated in the plasma arc reaction chamber 35 in the small arc passage. At this time, the raw water turns into steam due to the high temperature on the upstream side of the plasma arc reaction chamber 34, and a small flow of the water vapor contacts and reacts with the carbon of the carbon material while passing through the small arc passage, thereby synthesizing as shown in the above-mentioned reaction formula. Gas is generated.

【００１７】 絶縁ホルダー２８は棒状多相交流電極３
６、３８、４０を支持する。絶縁ケーシング３２の下部
にはアーク発生用熱電子を放出するための円板状接地電
極４２が配置される。内部絶縁ケーシング３２の内部に
円筒状アークプラズマ反応室３４が形成される。接地電
極４２は絶縁ケーシング２６の下端部に形成された電極
ホルダー７８により支持され、ボルト８０で固定され
る。電極ホルダー２８は炭素原料投入装置１２に接続さ
れた炭素材供給口５０を備える。絶縁ケーング２６の上
部には原料水または水蒸気を導入するための原料水供給
口５２がアーク電極３６、３８、４０の上部付近に隣接
して配置される。その理由は、原料水または水蒸気によ
ってアーク電極を効果的に冷却してアーク電極の異常温
度上昇を防止するためである。内部ケーシン３２の外周
にはスパイラル状冷却通路５４からなる冷却部６３が形
成され、これら冷却通路は連通路６４により互いに連通
している。絶縁ケーシング２６はインレット７４および
アウトレット７６を備え、インレット７４は原料水供給
ポンプＰ１およびリサイクルラインＲに連結され、アウ
トレット７６は原料水供給口５２と連通している。絶縁
ケーシング２６の下端部を構成するフランジ部７８には
ボルト８０を介してエンドプレート８２が固定され、こ
れらの間にシール材８３が配置される。アークプラズマ
反応室３４の下端部にはフイルタ８４がエンドプレート
８２により支持されている。エンドプレート８２は合成
ガスアウトレット８６を備える。符号８８はシール部材
を示す。The insulating holder 28 is a rod-shaped multi-phase AC electrode 3
6, 38 and 40 are supported. Below the insulating casing 32, a disc-shaped ground electrode 42 for emitting thermoelectrons for arc generation is arranged. A cylindrical arc plasma reaction chamber 34 is formed inside the inner insulating casing 32. The ground electrode 42 is supported by an electrode holder 78 formed at the lower end of the insulating casing 26, and is fixed by bolts 80. The electrode holder 28 has a carbon material supply port 50 connected to the carbon material charging device 12. A raw water supply port 52 for introducing raw water or water vapor is disposed adjacent to and above the arc electrodes 36, 38, and 40 above the insulating cane 26. The reason is that the arc electrode is effectively cooled by the raw water or steam to prevent an abnormal temperature rise of the arc electrode. A cooling portion 63 composed of a spiral cooling passage 54 is formed on the outer periphery of the inner casing 32, and these cooling passages communicate with each other through a communication passage 64. The insulating casing 26 has an inlet 74 and an outlet 76. The inlet 74 is connected to the raw water supply pump P <b> 1 and the recycle line R, and the outlet 76 communicates with the raw water supply port 52. An end plate 82 is fixed to a flange portion 78 constituting a lower end portion of the insulating casing 26 via a bolt 80, and a sealing material 83 is disposed between them. At the lower end of the arc plasma reaction chamber 34, a filter 84 is supported by an end plate 82. The end plate 82 has a synthesis gas outlet 86. Reference numeral 88 indicates a seal member.

【００１８】 三相交流電極３６、３８、４０は三相交
流電源１６に接続され、この中性点に接地電極４２が接
続される。三相交流電源１６から三相交流電極３６、３
８、４０と中性電極４２との間に、出力周波数５０−６
０Ｈｚ、出力電圧３０−２４０Ｖ，出力電流５０−２０
０Ａの三相交流電力が給電される。このとき、三相交流
電極３６、３８、４０のうち、２つの電極と３つの電極
から交互に中性電極４２に電流が流れ、炭素原料の隙間
にスパークによるアークプラズマが発生する。三相交流
電流の位相に応じて、プラズマアークの発生位置が連続
的に変化し、炭素原料の隙間には常時多量の電離イオン
が存在し、接地電極４２からは常時熱電子が放出される
ため、プラズマアークが常に安定して発生する。The three-phase AC electrodes 36, 38, and 40 are connected to the three-phase AC power supply 16, and a ground electrode 42 is connected to the neutral point. From the three-phase AC power supply 16 to the three-phase AC electrodes 36, 3
8, 40 and the neutral electrode 42, the output frequency 50-6
0Hz, output voltage 30-240V, output current 50-20
0 A three-phase AC power is supplied. At this time, of the three-phase AC electrodes 36, 38, and 40, current flows alternately from the two electrodes and the three electrodes to the neutral electrode 42, and arc plasma is generated in the gap between the carbon raw materials by sparks. The generation position of the plasma arc continuously changes in accordance with the phase of the three-phase alternating current, a large amount of ionized ions are always present in the gap between the carbon materials, and thermoelectrons are constantly emitted from the ground electrode 42. , A plasma arc is always generated stably.

【００１９】 図１、図２に基いて、本発明による望ま
しい実施例によるブタンおよびプロパンの製造法につ
き、以下の通り説明する。Referring to FIGS. 1 and 2, a method for producing butane and propane according to a preferred embodiment of the present invention will be described as follows.

【００２０】 ステップ１（以下、ＳＴと略す）：原料
水供給口５２と合成ガス取出口８６とを有する絶縁ケー
シング３２と、絶縁ケーシング内に形成されたアークプ
ラズマ反応室３４と、アークプラズマ反応室３４に配置
された多相交流電極３６、３８、４０と接地電極４２と
を備えたアークプラズマ反応装置１４を準備する。Step 1 (hereinafter abbreviated as ST): an insulating casing 32 having a raw water supply port 52 and a synthesis gas outlet 86, an arc plasma reaction chamber 34 formed in the insulating casing, and an arc plasma reaction chamber The arc plasma reactor 14 including the multi-phase AC electrodes 36, 38, 40 and the ground electrode 42 arranged at 34 is prepared.

【００２１】 ＳＴ２： アークプラズマ反応室内３４
に固形状炭素材を充填して炭素材の隙間に微小アーク通
路３５を形成する。ST2: Arc Plasma Reaction Chamber 34
Is filled with a solid carbon material to form a minute arc passage 35 in a gap between the carbon materials.

【００２２】 ＳＴ３： アーク電極３６、３８、４０
に多相交流電力を供給して微小アーク通路内３５内に微
小アークプラズマを発生させ、反応室内の温度を８００
〜１０００℃の範囲内となるように入力電圧を制御す
る。この温度範囲はＣｏに対して水素の生成比率が２〜
５となり、合成ガス中のＣｏ／Ｈのモル比を適切な範囲
に調節可能であるからである。ST3: Arc electrodes 36, 38, 40
To generate micro arc plasma in the micro arc passage 35, and raise the temperature in the reaction chamber to 800.
The input voltage is controlled so as to be within the range of １０００1000 ° C. In this temperature range, the ratio of hydrogen generation to Co is 2 to 2.
This is 5, and the molar ratio of Co / H in the synthesis gas can be adjusted to an appropriate range.

【００２３】 ＳＴ４： 原料水供給口５２から原料水
または水蒸気Ｈ_２Ｏを微小アーク通路３５内に通過させ
てアークプラズマの存在下で水蒸気と炭素材の炭素とを
接触反応させ、前述の反応式（１）、（２）の如く水素
および一酸化炭素を含む合成ガスを生成する。ST4: Raw water or water vapor H ₂ O is passed through the raw water supply port 52 into the minute arc passage 35, and the water vapor and the carbon of the carbon material are contact-reacted in the presence of arc plasma. A synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide as in (1) and (2) is generated.

【００２４】 ＳＴ５： 合成ガス取出口８６から合成
ガスを取出して熱交換器Ｈおよび冷却器Ｃ１で合成ガス
を冷却し、分離器Ｓ１で気水分離し、コンプレッサＣＭ
で約５０気圧まで加圧する。ST5: The synthesis gas is taken out from the synthesis gas outlet 86, the synthesis gas is cooled by the heat exchanger H and the cooler C1, the steam is separated by the separator S1, and the compressor CM
To about 50 atm.

【００２５】 ＳＴ６： メタン化反応槽ＭＲのメタン
化触媒に合成ガスを導入して、上記反応式により、合成
ガスからメタンガスを合成する。ST6: The synthesis gas is introduced into the methanation catalyst of the methanation reaction tank MR, and methane gas is synthesized from the synthesis gas by the above reaction formula.

【００２６】 ＳＴ７： 冷却器Ｃ２により、メタンガ
スを冷却し、減圧弁Ｖによりメタンガスを気水分離器Ｓ
２で減圧冷却して、メタンガスから生成水を分離凝縮す
る。ST7: The methane gas is cooled by the cooler C2, and the methane gas is separated by the pressure reducing valve V from the steam-water separator S.
After cooling under reduced pressure in step 2, the produced water is separated and condensed from the methane gas.

【００２７】 ＳＴ８： メタンガスをアセチレン合成
塔ＡＳでマイクロ波プラズマ反応によりアセチレンに転
換する。ST8: The methane gas is converted to acetylene by a microwave plasma reaction in the acetylene synthesis tower AS.

【００２８】 ＳＴ９： アセチレンとメタンとをアセ
チレン１００に対して０．０５〜５モルの比率で混合し
て個体超強酸触媒ペレットに接触反応させ、ｎ−ブタン
に転換する。ST9: Acetylene and methane are mixed at a ratio of 0.05 to 5 mol with respect to 100 of acetylene, and the mixture is brought into contact with solid superacid catalyst pellets to be converted into n-butane.

【００２９】 ＳＴ１０： ｎ−ブタンをゼオライト触
媒と接触させ、重合反応によりプロパンに転換する。ST10: n-Butane is brought into contact with a zeolite catalyst and converted into propane by a polymerization reaction.

【００３０】 次に、図１のブタン／プロパン製造装置
１０の作用につき説明する。図１において、先ず、スク
リューフイーダ２２およびロータリバルブ２４を駆動し
て、アークプラズマリアクタＡＰＲ内に粒状活性炭等の
炭素材を所定レベルまで充填する。そのとき、ロータリ
バルブ２４およびスクリュウフイーダ２２を停止する。
次に、原料水供給ポンプＰ１を駆動するとともに、プラ
ズマアークリアクタＡＰＲのアーク電極に三相交流電力
を供給する。この時、原料水供給口５２からアークプラ
ズマ反応室に供給された原料水はその上流付近で高温に
より水蒸気に変換されて多量の微小流に分割されて多量
の微小アーク通路内に流入し、水蒸気の微小流はアーク
プラズマ反応室の上流から下流にかけて通過する。この
状態において、前述したように、合成ガスが生成され
る。合成ガスは熱交換器Ｈおよび第１冷却器Ｃ１で６０
°〜９０℃まで冷却され、分離器Ｓ１で合成ガスから水
分が凝縮水として分離される。凝縮水はリサイクルライ
ンＲを介して熱交換器Ｈで熱変換された後、原料水と合
流する。一方、合成ガスはコンプレッサＣＭで１０〜５
０気圧まで加圧された後、メタン化反応塔ＭＲに導入さ
れる。この反応塔ＭＲは２５０°〜６００℃に維持さ
れ、メタン化触媒は公知のニッケル触媒またはＵＳＰ
４，２３８，３７１、ＵＳＰ４，３６８、１４２、ＵＳ
Ｐ４，７７４，２６１または特開平５−１８４９２５号
に開示されたメタン化触媒が利用される。メタンガスは
第２冷却器Ｃ２で冷却され、減圧弁Ｖを介して気水分離
機Ｓ２に送られ、ここでメタンガスから水分が分離回収
される。このとき回収された凝縮水はリサイクルライン
Ｒおよび循環ポンプＰ２により、原料水と合流され、前
述のサイクルで再利用される。メタンガスはアセチレン
合成塔ＡＳでアセチレンに転換され、流量制御弁ＣＶ１
で流量制御されたメタンガスと所定の比率で混合された
後、個体超強酸触媒ＳＣでｎ−ブタンに転換され、次い
で、重合触媒塔ＰＣで重合反応によりプロパンに転換さ
れる。Next, the operation of the butane / propane production apparatus 10 shown in FIG. 1 will be described. In FIG. 1, first, the screw feeder 22 and the rotary valve 24 are driven to fill the arc plasma reactor APR with a carbon material such as granular activated carbon to a predetermined level. At that time, the rotary valve 24 and the screw feeder 22 are stopped.
Next, the raw water supply pump P1 is driven, and three-phase AC power is supplied to the arc electrode of the plasma arc reactor APR. At this time, the raw water supplied to the arc plasma reaction chamber from the raw water supply port 52 is converted into steam at a high temperature near the upstream thereof, is divided into a large number of minute flows, flows into a large number of minute arc passages, and flows into the minute arc passage. Flows from the upstream to the downstream of the arc plasma reaction chamber. In this state, synthesis gas is generated as described above. The synthesis gas is converted to 60 in the heat exchanger H and the first cooler C1.
The temperature is cooled to 90 ° C. to 90 ° C., and water is separated as condensed water from the synthesis gas in the separator S1. The condensed water undergoes heat conversion in the heat exchanger H via the recycle line R, and then joins with the raw water. On the other hand, the synthesis gas is 10 to 5
After being pressurized to 0 atm, it is introduced into the methanation reaction tower MR. The reactor MR is maintained at 250 to 600 ° C., and the methanation catalyst is a known nickel catalyst or USP.
4,238,371, USP 4,368,142, US
The methanation catalyst disclosed in P4,774,261 or JP-A-5-184925 is used. The methane gas is cooled by the second cooler C2 and sent to the steam separator S2 via the pressure reducing valve V, where water is separated and recovered from the methane gas. The condensed water collected at this time is combined with the raw water by the recycling line R and the circulation pump P2, and is reused in the above-described cycle. Methane gas is converted to acetylene in the acetylene synthesis tower AS, and the flow control valve CV1
Is mixed at a predetermined ratio with the methane gas whose flow rate is controlled in the above, and is converted to n-butane by the solid superacid catalyst SC, and then converted to propane by a polymerization reaction in the polymerization catalyst tower PC.

【００３１】 上記実施例において、三相交流電極もし
くは絶縁ケーシングに温度センサを装着して温度信号を
発生させ、コンピュータに記憶させた最適基準温度信号
と比較してインバータからなる三相交流電源の出力周波
数を所定レベルに制御することによりアークプラズマ反
応室内の作動温度を常時安定したレベルに維持するよう
にしてもよい。また、原料水供給ポンプＰ１は定期的に
停止して、第１、第２気水分離器の凝縮水を優先利用す
ることにより、不足分を補充するようにして、原料水の
供給量を削減することが可能である。In the above embodiment, a temperature sensor is attached to a three-phase AC electrode or an insulating casing to generate a temperature signal, and the temperature signal is compared with an optimal reference temperature signal stored in a computer to output an output of a three-phase AC power source composed of an inverter. The operating temperature in the arc plasma reaction chamber may be constantly maintained at a stable level by controlling the frequency to a predetermined level. In addition, the feed water supply pump P1 is periodically stopped to preferentially use the condensed water of the first and second steam separators, thereby replenishing the shortage and reducing the feed amount of the feed water. It is possible to

【００３２】 本発明のブタンおよびプロパン製造法お
よびその装置によれば、次のような利点を備える。 （１）ブタン、プロパンの出発原料が極めて安価な水と
安価な固形状炭素材とを利用するため、原料コストを大
幅に低減して、ブタン、プロパンの大輻コストダウンが
図れる。 （２）小型高性能のアークプラズマリアクタを用いて、
大量の合成ガスを生成するようにしたため、ブタン、プ
ロパンの生産効率が高い。 （３）炭素材は全て合成ガス生成用にのみ利用され、改
質器の燃焼用燃料として利用されないため、原料の利用
効率が極めて高い。 （４）アークプラズマリアクタは、リアクタ反応室内の
作動温度により、合成ガス中のＣｏ／Ｈ２比率を変えら
れるため、ブタン／プロパン製造プラントの運転制御の
最適化が容易となる。 （５）合成ガス製造時には通常、定期的に合成ガス生成
プロセスを中断して空気を改質器に供給して炭化水素燃
料を燃焼させる複雑なプロセスが必要であるが、本発明
方法及び装置ではこれらの複雑な工程が不要なため、ブ
タン／プロパン製造プラントの運転制御が極めて簡略化
され、運転コストも大幅コストダウンが可能となる。 （６）本発明では水と炭素材からメタンを合成し、次
に、メタンからアセチレンを合成して中間成分とし、中
間成分から高い転換率でｎ−ブタンを得るようにしたた
め、極めて安全にしかも高収率で極めて低コストのブタ
ン、プロパンの生産が可能になる。 （７）合成ガス生成時ならびにメタン合成時に副産物と
して生成水が回収され，これを外部に廃棄すると環境対
策費がコストアップ要因となる。本発明では、副生する
水を原料としてリサイクルしているため、環境負荷が極
めて低い。 （８）本発明の方式では、アーク電極への電力の供給遮
断とポンプの電源のオンオフのみで製造プラントの立ち
上げ並びに運転停止を瞬時に実行することが可能とな
り、特に、地震その他の緊急対策時に極めて安全とな
り、周辺住民への安全対策上有利である （９）本発明の製造装置は小型、コンパクト、高性能で
あり、しかも、製造プロセスが簡略化されているため、
投資回収を短期間にできる。 （１０）本発明のブタン／プロパン製造プラントは小型
高性能で安全であるため、消費地に隣接して製造プラン
トの設置が可能となり、輸送コストの大幅コストダウン
と、トラック輸送に伴う環境破壊の防止が実現可能とな
る。The butane and propane production method and apparatus of the present invention have the following advantages. (1) Since the starting materials of butane and propane use extremely inexpensive water and inexpensive solid carbon material, the cost of the raw materials can be greatly reduced, and the cost of butane and propane can be greatly reduced. (2) Using a small, high-performance arc plasma reactor,
Since a large amount of synthesis gas is generated, the production efficiency of butane and propane is high. (3) Since all carbon materials are used only for syngas generation and are not used as fuel for combustion in the reformer, the utilization efficiency of raw materials is extremely high. (4) In the arc plasma reactor, the Co / H2 ratio in the synthesis gas can be changed depending on the operating temperature in the reactor reaction chamber, so that the operation control of the butane / propane production plant can be easily optimized. (5) In the synthesis gas production, usually, a complicated process of periodically interrupting the synthesis gas generation process and supplying air to the reformer to burn the hydrocarbon fuel is required. Since these complicated processes are not required, the operation control of the butane / propane production plant is extremely simplified, and the operation cost can be greatly reduced. (6) In the present invention, methane is synthesized from water and a carbon material, and then acetylene is synthesized from methane to form an intermediate component, and n-butane is obtained at a high conversion rate from the intermediate component. Very low-cost butane and propane can be produced in high yield. (7) By-product water is collected as a by-product at the time of syngas generation and methane synthesis, and if this is discarded outside, the cost for environmental measures will increase the cost. In the present invention, since the by-produced water is recycled as a raw material, the environmental load is extremely low. (8) According to the method of the present invention, it is possible to instantaneously start up and shut down the production plant only by shutting off the supply of power to the arc electrode and turning on / off the power of the pump. Sometimes it is extremely safe, and it is advantageous for safety measures to the local residents. (9) Since the manufacturing apparatus of the present invention is small, compact, and high-performance, and the manufacturing process is simplified,
Return on investment in a short time. (10) Since the butane / propane production plant of the present invention is small, high-performance and safe, it is possible to set up a production plant adjacent to the consuming area, thereby greatly reducing transportation costs and environmental damage caused by truck transportation. Prevention becomes feasible.

【００３３】 上記実施例において、アークプラズマリ
アクタは原料水を上流から供給して合成ガスを下流に設
けた合成ガスアウトレットから取出すものとして説明し
たが、炭素材の種類によってスラグの発生量が多いとき
は原料水供給口をリアクタの下流側に設け、合成ガスア
ウトレットをリアクタの上流に設けてサイクロンでスラ
グと合成ガスを分離するようにしても良い。また、プラ
ズマアークリアクタは棒状の三相交流電極を利用したも
のとして説明したが、三相交流電極を軸方向に間隔を置
いて配置された円筒状電極とその中央部に配置された棒
状接地電極により構成しても良い。In the above embodiment, the arc plasma reactor is described as supplying the raw water from the upstream and taking out the synthesis gas from the synthesis gas outlet provided downstream. However, when the amount of slag generated is large depending on the type of carbon material, Alternatively, a raw water supply port may be provided downstream of the reactor, and a synthesis gas outlet may be provided upstream of the reactor to separate slag and synthesis gas by a cyclone. Although the plasma arc reactor has been described as using a rod-shaped three-phase AC electrode, the three-phase AC electrode is cylindrically arranged at intervals in the axial direction, and a rod-shaped ground electrode is disposed at the center thereof. May be used.

【００３４】[0034]

【発明の効果】 以上より、明らかなように、本発明の
ブタンおよびプロパン製造法および製造装置によれば、
消費地に近いところで極めて低コストでブタン、プロパ
ンの大量生産が可能であり、実用上の貢献度が極めて高
い。しかも、本発明によれば、排水等の有害物質の排出
がないため、環境負荷が極めて少ない。さらに、ブタ
ン、プロパンの出発原料となる水と炭素材は極めて長期
にわたって調達が可能なため、国際原油価格の高騰に影
響を受けることなく、低コストで安定供給が可能とな
る。As is apparent from the above, according to the method and apparatus for producing butane and propane of the present invention,
It is possible to mass-produce butane and propane at very low cost near the consuming area, and has a very high practical contribution. Moreover, according to the present invention, there is no emission of harmful substances such as wastewater, so that the environmental load is extremely small. Furthermore, since water and carbon materials, which are the starting materials for butane and propane, can be procured for an extremely long period of time, stable supply at low cost is possible without being affected by the rise in international oil prices.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明に係る望ましい実施例によるブタン／プ
ロパン製造装置の概略図を示す。FIG. 1 is a schematic view of a butane / propane production apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

【図２】図１のアークプラズマリアクタの断面図を示
す。FIG. 2 shows a cross-sectional view of the arc plasma reactor of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１２ 炭素材投入装置、１３，１５，１９ リサイクル
ライン、２４ ロータリバルブ、ＡＰＲ アークプラズ
マリアクタ、Ｈ 熱交換器、Ｃ１ 冷却器、Ｓ１、Ｓ２
気水分離器、ＣＭ コンプレッサ、ＭＲ メタン化反
応槽、Ｃ２ 冷却器、Ｖ 減圧弁、ＡＳ アセチレン合
成塔、ＳＣ 個体超強酸触媒塔、ＰＣ重合触媒塔、12 carbon material input device, 13, 15, 19 recycling line, 24 rotary valve, APR arc plasma reactor, H heat exchanger, C1 cooler, S1, S2
Steam-water separator, CM compressor, MR methanation reactor, C2 cooler, V pressure reducing valve, AS acetylene synthesis tower, SC solid superacid catalyst tower, PC polymerization catalyst tower,

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０７Ｃ 1/04 Ｃ０７Ｃ 1/04 4/10 4/10 9/08 9/08 9/10 9/10 // Ｃ０７Ｂ 61/00 ３００ Ｃ０７Ｂ 61/00 ３００ ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. ⁷ Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C07C 1/04 C07C 1/04 4/10 4/10 9/08 9/08 9/10 9/10 / / C07B 61/00 300 C07B 61/00 300

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 原料水供給口と合成ガス取出口とを有す
る絶縁ケーシングと、絶縁ケーシング内に形成されたア
ークプラズマ反応室と、アークプラズマ反応室に配置さ
れたアーク電極とを備えたアークプラズマリアクタを準
備する工程と；アークプラズマ反応室内に固形状炭素材
を充填して固形状炭素材の隙間に微小アーク通路を形成
する工程と；アーク電極にアーク発生電力を供給して微
小アーク通路内に微小アークプラズマを発生させる工程
と；原料水供給口から原料水または水蒸気を微小アーク
通路内に通過させてアークプラズマの存在下で水蒸気と
固形状炭素材の炭素とを接触反応させ、水素および一酸
化炭素を含む合成ガスを生成する工程と；合成ガス取出
口から合成ガスを取出して合成ガスを冷却する工程と；
メタン化反応槽に合成ガスを導入してメタンを合成する
工程と；メタンにマイクロ波照射させてアセチレンを生
成する工程と；メタンとアセチレンとを固体超強酸触媒
に接触反応させてブタンを合成する工程と；ブタンを重
合反応触媒と接触させてプロパンに転換する工程と；よ
り成ることを特徴とするブタンおよびプロパンの製造
法。An arc plasma including an insulating casing having a raw water supply port and a synthesis gas outlet, an arc plasma reaction chamber formed in the insulation casing, and an arc electrode disposed in the arc plasma reaction chamber. A step of preparing a reactor; a step of filling a solid carbon material in an arc plasma reaction chamber to form a small arc passage in a gap between the solid carbon materials; Generating a fine arc plasma in the raw material water or water vapor through a raw water supply port into the micro arc passage to cause a contact reaction between the water vapor and the carbon of the solid carbon material in the presence of the arc plasma to produce hydrogen and Generating a synthesis gas containing carbon monoxide; removing the synthesis gas from the synthesis gas outlet and cooling the synthesis gas;
A step of introducing methane into a methanation reactor to synthesize methane; a step of irradiating methane with microwaves to produce acetylene; and a step of contacting methane and acetylene with a solid superacid catalyst to synthesize butane. And b. Contacting butane with a polymerization reaction catalyst to convert it into propane. 2. A process for producing butane and propane, comprising: 【請求項２】 請求項１において、さらに、合成ガスを
冷却して合成ガス中の水分を凝縮水として分離回収する
工程と；凝縮水をアークプラズマリアクタに循環する工
程と；合成ガスを加圧してメタン化反応槽に供給する工
程とをさらに備えるブタンおよびプロパンの製造法。2. The method according to claim 1, further comprising the steps of: cooling the syngas to separate and recover water in the syngas as condensed water; circulating the condensed water to an arc plasma reactor; Butane and propane. 【請求項３】 請求項１において、アーク電極が絶縁ケ
ーシングにより支持された三相交流電極と、三相交流電
極から間隔を置いて配置された接地電極とを備え、三相
電極と接地電極との間で同時に複数のアークプラズマが
発生することを特徴とするブタンおよびプロパンの製造
法。3. The three-phase AC electrode according to claim 1, further comprising: a three-phase AC electrode in which the arc electrode is supported by the insulating casing; and a ground electrode spaced from the three-phase AC electrode. A method for producing butane and propane, wherein a plurality of arc plasmas are generated at the same time. 【請求項４】 原料水供給口と合成ガス取出口とを有す
る絶縁ケーシングと、絶縁ケーシング内に形成されたア
ークプラズマ反応室と、アークプラズマ反応室に配置さ
れたアーク電極とを備えたアークプラズマリアクタを準
備する工程と；アークプラズマ反応室内に固形状炭素材
を充填して固形状炭素材の隙間に微小アーク通路を形成
する工程と；アーク電極にアーク電力を供給して微小ア
ーク通路内に微小アークプラズマを発生させる工程と；
原料水供給口から原料水または水蒸気を微小アーク通路
内に通過させてアークプラズマの存在下で水蒸気と固形
状炭素材の炭素とを接触反応させ、水素および一酸化炭
素を含む合成ガスを生成する工程と；合成ガス取出口か
ら合成ガスを取出して合成ガスを冷却する工程と；メタ
ン化反応槽に合成ガスを導入してメタンを合成する工程
と；メタンにマイクロ波照射させてアセチレンを生成す
る工程と；メタンとアセチレンとを固体超強酸触媒に接
触反応させてブタンを合成する工程と；より成ることを
特徴とするブタンの製造法。4. An arc plasma having an insulating casing having a raw water supply port and a synthesis gas outlet, an arc plasma reaction chamber formed in the insulation casing, and an arc electrode disposed in the arc plasma reaction chamber. A step of preparing a reactor; a step of filling a solid carbon material into an arc plasma reaction chamber to form a minute arc passage in a gap between the solid carbon materials; Generating a small arc plasma;
Raw water or water vapor is passed from the raw water supply port into the minute arc passage, and the water vapor and the solid carbon material carbon are contact-reacted in the presence of arc plasma to produce a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide. Removing synthesis gas from the synthesis gas outlet to cool the synthesis gas; introducing syngas into the methanation reactor to synthesize methane; and irradiating methane with microwaves to produce acetylene. And a step of contacting methane and acetylene with a solid superacid catalyst to synthesize butane. 【請求項５】 請求項４において、さらに、合成ガスを
冷却して合成ガス中の水分を凝縮水として分離回収する
工程と；凝縮水をアークプラズマリアクタに循環する工
程と；合成ガスを加圧してメタン化反応槽に供給する工
程とをさらに備えるブタンの製造法。5. The method according to claim 4, further comprising: cooling the syngas to separate and recover water in the syngas as condensed water; circulating the condensed water to an arc plasma reactor; And supplying the mixture to a methanation reactor. 【請求項６】 請求項４において、アーク電極が絶縁ケ
ーシングにより支持された三相交流電極と、三相交流電
極から間隔を置いて配置された接地電極とを備え、三相
電極と接地電極との間で同時に複数のアークプラズマが
発生することを特徴とするブタンの製造法。6. The three-phase electrode and the ground electrode according to claim 4, further comprising a three-phase AC electrode in which the arc electrode is supported by the insulating casing, and a ground electrode spaced from the three-phase AC electrode. Wherein a plurality of arc plasmas are simultaneously generated between the two. 【請求項７】 炭素材原料投入口と、原料水供給口と、
合成ガス用アウトレットとを有する絶縁ケーシングと、
絶縁ケーシング内に形成されたアークプラズマ反応室
と、アークプラズマ反応装置に配置されたアーク電極
と、アークプラズマ反応装置内に充填された炭素材の隙
間に形成された微小アーク通路とを有するアークプラズ
マリアクタと；原料水を原料水投入口に供給する原料水
供給ポンプと；固形状炭素材を炭素材原料投入口に供給
する炭素材供給装置と；アーク電極にアーク発生電力を
供給して微小アーク通路内にアークプラズマを発生させ
て、微小アーク通路内で水蒸気と炭素材とを接触反応さ
せ、合成ガスを生成するプラズマ電源と；アークプラズ
マリアクタに接続されて合成ガスからメタンを合成する
メタン化反応槽と；メタンにマイクロ波照射させてアセ
チレンを生成するアセチレン合成塔と；メタンとアセチ
レンとを接触反応させてブタンを合成する固体超強酸触
媒塔と；ブタンを重合反応触媒に接触させてプロパンに
転換する重合触媒塔と；より成ることを特徴とするブタ
ンおよびプロパンの製造装置。7. A carbon material feed port, a feed water supply port,
An insulating casing having an outlet for syngas;
Arc plasma having an arc plasma reaction chamber formed in an insulating casing, an arc electrode arranged in the arc plasma reactor, and a minute arc passage formed in a gap between carbon materials filled in the arc plasma reactor. A reactor; a raw water supply pump for supplying raw water to a raw water input port; a carbon material supply device for supplying solid carbon material to a carbon material raw input port; and a minute arc by supplying arc generating power to an arc electrode A plasma power source for generating an arc plasma in the passage and causing a reaction between water vapor and a carbon material in a minute arc passage to generate a synthesis gas; and a methanation connected to an arc plasma reactor to synthesize methane from the synthesis gas. An acetylene synthesis tower that generates acetylene by irradiating methane with microwaves; and reacts methane with acetylene in a contact reaction. Solid strong acid catalyst tower for synthesizing butane and; butane polymerization reaction catalyst in contact with converted to propane polymerization catalyst column and; manufacturing apparatus butane and propane, characterized in that more made. 【請求項８】請求項７において、メタン化反応槽に接続
された冷却装置と、メタンから凝縮水として水分を分離
する気水分離器と、凝縮水をアークプラズマリアクタに
循環させるリサイクルラインとをさらに備えるブタンお
よびプロパンの製造装置。8. A cooling device connected to a methanation reaction tank, a steam-water separator for separating water as condensed water from methane, and a recycling line for circulating the condensed water to an arc plasma reactor according to claim 7. Further equipped butane and propane production equipment.