JP6956665B2 - 燃焼排ガス中の二酸化炭素のメタン化方法及びメタン製造設備 - Google Patents
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Description
CO2+4H2aCH4+2H2O(g) ΔH=-165.0 kJ/mol
CO+H2OaCO2+H2
水素と含炭素燃料の燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素とを原料とし、触媒を用いたメタン化反応によりメタンを得るメタン化方法であって、
a)前記燃焼排ガスを二酸化炭素吸収材に接触させて燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収させる工程と、
b)二酸化炭素を吸収した前記二酸化炭素吸収材を加熱して二酸化炭素を主成分とする第1ガスを取り出す工程と、
c)前記第1ガスに第一の量の水素である第1水素を添加して第2ガスとし、前記第2ガスを脱硫剤を充填した脱硫器に通じて、前記第2ガス中の硫黄化合物を除去する工程と、
d)前記硫黄化合物を除去する工程を経た第3ガスに第二の量の水素である第2水素を添加し、メタン化触媒に通じたメタン化反応によりメタンに変換する工程と、を含む点にある。
前記第一の量は、前記第1ガスと水素とを反応させてメタンを生成するメタン化反応を完結させるのに必要な全水素量よりも少ない点にある。
前記第二の量は、前記全水素量から前記第一の量を差し引いた量以上である点にある。
前記第2ガスに対する前記第1水素の体積%が、0.1体積%以上5体積%以下である点にある。
第2ガス中の第1水素の体積%が0.1体積%以上である場合には、脱硫反応の反応速度を早くすることができるとともに、脱硫反応の完了を概ね達成できる。逆に、第2ガス中の第1水素の体積%が0.1体積%未満である場合には、脱硫反応の反応速度が遅く脱硫反応の完了を達成できない可能性がある。
また、第2ガス中の第1水素の体積%が5体積%以下である場合には、メタン化反応の進行による反応熱による温度の過度な上昇を抑制できる。逆に、第2ガス中の第1水素の体積%が5体積%を超える場合は、メタン化反応の進行による反応熱により温度が過度に上昇する可能性がある。
前記第2ガスに対する前記第1水素の体積%は、前記第2ガスに対する前記硫黄化合物の体積%の10倍以上である点にある。
前記b)の工程では、前記d)の工程におけるメタン化反応による反応熱を利用して、前記二酸化炭素吸収材を加熱して前記第1ガスを取り出す点にある。
前記二酸化炭素吸収材がアミン化合物の水溶液である点にある。
前記脱硫剤が、鉄、ニッケル、コバルトおよび銅からなる少なくとも1種の成分の金属ないし酸化物と酸化亜鉛とを含む点である。
前記第1水素及び前記第2水素は、発電設備からの余剰電力を用いて水を電気分解して得られる点にある。
水素と含炭素燃料の燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素とを原料とし、触媒を用いたメタン化反応によりメタンを得るメタン製造設備であって、
前記燃焼排ガスを二酸化炭素吸収材に接触させて燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収させる吸収塔と、
前記吸収塔において二酸化炭素を吸収した前記二酸化炭素吸収材を加熱して二酸化炭素を主成分とする第1ガスを取り出す再生塔と、
前記再生塔からの前記第1ガスと、第一の量の水素である第1水素とを含む第2ガスを、脱硫剤で処理して前記第2ガス中の硫黄化合物を除去する脱硫器と、
前記脱硫器を経た第3ガスに第二の量の水素である第2水素を添加し、メタン化触媒に通じたメタン化反応によりメタンに変換するメタン化反応器と、を備える点にある。
前記第1水素及び前記第2水素は、発電設備からの余剰電力を用いて水を電気分解して得られる点にある。
以下、図面を参照して、本発明にかかるメタン製造設備での二酸化炭素のメタン化方法の実施形態について説明する。
含炭素燃料の燃焼排ガス101としては、石炭、石油コークス、重油などの化石燃料の燃焼排ガスであってもよく、バイオマス、より具体的には廃木材、おが屑などの林業系の廃棄物や稲わらのような農業廃棄物の燃焼排ガスであってもよい。これらは一般に100ppm〜1%程度の硫黄分を含む。
SO2+3H2→H2S+2H2O
H2S+ZnO→ZnS+H2O
なお、上述の実施形態(他の実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
2 :前処理設備
3 :メタン化設備
11 :吸収塔
14 :再生塔
23 :脱硫器
31、33、35 :メタン化反応器
32、34、36 :熱交換器
100 :メタン製造設備
101 :燃焼排ガス
102 :燃焼排ガス
201 :ガス
202 :水素
205 :ガス
207 :メタン化原料
Claims (11)
- 水素と含炭素燃料の燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素とを原料とし、触媒を用いたメタン化反応によりメタンを得るメタン化方法であって、
a)前記燃焼排ガスを二酸化炭素吸収材に接触させて燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収させる工程と、
b)二酸化炭素を吸収した前記二酸化炭素吸収材を加熱して二酸化炭素を主成分とする第1ガスを取り出す工程と、
c)前記第1ガスに第一の量の水素である第1水素を添加して第2ガスとし、前記第2ガスを脱硫剤を充填した脱硫器に通じて、前記第2ガス中の硫黄化合物を除去する工程と、
d)前記硫黄化合物を除去する工程を経た第3ガスに第二の量の水素である第2水素を添加し、メタン化触媒に通じたメタン化反応によりメタンに変換する工程と、を含むメタン化方法。 - 前記第一の量は、前記第1ガスと水素とを反応させてメタンを生成するメタン化反応を完結させるのに必要な全水素量よりも少ない、請求項1に記載のメタン化方法。
- 前記第二の量は、前記全水素量から前記第一の量を差し引いた量以上である、請求項2に記載のメタン化方法。
- 前記第2ガスに対する前記第1水素の体積%が、0.1体積%以上5体積%以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のメタン化方法。
- 前記第2ガスに対する前記第1水素の体積%は、前記第2ガスに対する前記硫黄化合物の体積%の10倍以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のメタン化方法。
- 前記b)の工程では、前記d)の工程におけるメタン化反応による反応熱を利用して、前記二酸化炭素吸収材を加熱して前記第1ガスを取り出す、請求項1〜5のいずれか1項に記載のメタン化方法。
- 前記二酸化炭素吸収材がアミン化合物の水溶液である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のメタン化方法。
- 前記脱硫剤が、鉄、ニッケル、コバルトおよび銅からなる少なくとも1種の成分の金属ないし酸化物と酸化亜鉛とを含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載のメタン化方法。
- 前記第1水素及び前記第2水素は、発電設備からの余剰電力を用いて水を電気分解して得られる、請求項1〜8のいずれか1項に記載のメタン化方法。
- 水素と含炭素燃料の燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素とを原料とし、触媒を用いたメタン化反応によりメタンを得るメタン製造設備であって、
前記燃焼排ガスを二酸化炭素吸収材に接触させて燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収させる吸収塔と、
前記吸収塔において二酸化炭素を吸収した前記二酸化炭素吸収材を加熱して二酸化炭素を主成分とする第1ガスを取り出す再生塔と、
前記再生塔からの前記第1ガスと、第一の量の水素である第1水素とを含む第2ガスを、脱硫剤で処理して前記第2ガス中の硫黄化合物を除去する脱硫器と、
前記脱硫器を経た第3ガスに第二の量の水素である第2水素を添加し、メタン化触媒に通じたメタン化反応によりメタンに変換するメタン化反応器と、を備えるメタン製造設備。 - 前記第1水素及び前記第2水素は、発電設備からの余剰電力を用いて水を電気分解して得られる、請求項10に記載のメタン製造設備。
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