JPH07103605A - ケミカルヒートポンプシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧縮機を要することなく、利用価値の低い６
５℃以下の低温熱源から利用価値の高い２００℃〜３５
０℃の高温熱源を高い効率で得ることができる経済的な
ケミカルヒートポンプシステムを提供する。 【構成】 本発明のケミカルヒートポンプシステムは、
メタノールを脱水素縮合して蟻酸メチルを生成する吸熱
反応と、蟻酸メチルを水素化してメタノールを生成する
発熱反応とを組み合わせている。発熱反応の圧力より高
い圧力で吸熱反応を行う吸熱反応器１と、発熱反応器７
と、両反応器１、７からの流出物を塔頂の蟻酸メチル及
び水素留分及び塔底のメタノール留分に分離する蒸留塔
４とを備えている。また、吸熱反応器１の流入物と流出
物との間及び発熱反応器７の流入物と流出物との間でそ
れぞれ熱交換を行う熱交換器２及び６を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有機化合物の可逆的な
吸熱・発熱反応を利用したケミカルヒートポンプシステ
ムに関する。さらに詳しくは、有機化合物を縮合脱水素
する吸熱反応と、得られた縮合脱水素生成物を水素化し
て元の有機化合物を生成する発熱反応とを組合せ、工場
廃熱や地熱あるいはコジェネレーションなどの５０〜１
００℃の比較的低温の熱源を２００〜３５０℃の利用価
値の高い熱源に変換するケミカルヒートポンプシステム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、省エネルギーの手段として、ある
いは環境汚染問題に対する解決策の一つとして、価値の
低い低温熱源を価値の高い高温熱源に変換してエネルギ
ーの利用価値を高めるヒートポンプが注目されている。

【０００３】ヒートポンプは、機械エネルギーを用いる
圧縮式ヒートポンプと、化学反応を利用するケミカルヒ
ートポンプとに大別されるが、圧縮式ヒートポンプは蒸
気の圧縮に大きな仕事量を必要とするのでＣＯＰの向上
に限界があり、また利用熱源や回収できる熱の温度レベ
ルに制限がある。

【０００４】ＣＯＰ（Coefficient of Performance ：
成績係数）とは、ヒートポンプの効率を表す係数であ
り、回収した熱エネルギーＱと与えられた機械エネルギ
ーＷとの比（Ｑ／Ｗ）で定義される。ただし、Ｗは化学
反応の平衡を有利にするための変圧操作や、分離のため
の気体の凝縮などに用いられるコンプレッサーの仕事に
よるものであり、単に流体を循環させるためだけに用い
られるポンプなどの仕事によるものは含まれないものと
する。

【０００５】一方、化学反応を利用するヒートポンプ、
特に有機化合物の可逆的な吸熱・発熱反応を利用したケ
ミカルヒートポンプでは、システムを駆動する機械エネ
ルギーがきわめて小さいため、高いＣＯＰを得ることが
可能である。しかも、利用熱源の種類、その温度レベル
及び回収できる熱の温度レベルに適した有機化合物とそ
れに係る吸熱・発熱反応を選定することによって、ケミ
カルヒートポンプシステムの適用用途を拡大することが
できる。

【０００６】これまでに、有機化合物の可逆的な吸熱・
発熱反応を利用したケミカルヒートポンプとして、２−
プロパノールの脱水素反応とアセトンの水素化反応とを
組み合わせた２−プロパノール／アセトン・水素系のケ
ミカルヒートポンプ（特開昭６１−１１６２５２号等）
や、シクロヘキサンの脱水素反応とベンゼンの水素化反
応とを組み合わせたシクロヘキサン／ベンゼン・水素系
のケミカルヒートポンプ（特開昭６１−２０８４７４号
等）が提案されている。

【０００７】２−プロパノール／アセトン・水素系のケ
ミカルヒートポンプシステムでは、５０〜１２０℃の低
温熱源を利用して１５０〜２００℃の高温熱源が得られ
るとしている。また、シクロヘキサン／ベンゼン・水素
系のケミカルヒートポンプシステムでは、２００〜２５
０℃の低温熱源を利用し、発熱反応器の圧力を１０〜２
０Kg/cm²とすることにより、２５０〜４００℃の高温熱
源が得られるとしている。本発明者らの知る限りでは、
上述の２つの系以外では、ケミカルヒートポンプシステ
ムとして満足できる結果が未だ得られていない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述した２−プロパノ
ール／アセトン・水素系のケミカルヒートポンプシステ
ムでは、発熱反応器の圧力を常圧にすると、回収熱エネ
ルギーの温度の上限は約２００℃に制限される。さらに
高い温度を得ようとすれば、発熱反応器の圧力を上昇さ
せることが必要になり、そのためには圧縮機で蒸気を圧
縮して発熱反応器に送入しなければならないので、ＣＯ
Ｐが低下する。また、吸熱反応器においても８０℃以上
でないと十分な転化率が得られないため、エネルギーの
汲み上げ効率が低くなってしまう。

【０００９】一方、シクロヘキサン／ベンゼン・水素系
のケミカルヒートポンプシステムでは、同じような理由
から発熱反応器の圧力を１０〜２０Kg/cm²に保つ必要が
あるため、前述の特開昭６１−２０８４７４号ではその
目的で高価な水素吸蔵合金を用いており、したがってコ
スト的に不利である。また、水素吸蔵合金を用いずに１
０〜２０Kg/cm²の圧力を得ようとすれば、圧縮機を用い
ることになるので、ＣＯＰが低下する。

【００１０】さらに、発熱反応器の圧力を高くすると、
圧縮機が必要となるのみならず、発熱反応器及びその周
辺機器の製作コストや圧縮機の保守点検費用が嵩むの
で、経済的に不利となる。

【００１１】従来のケミカルヒートポンプシステムは、
このような技術的及び経済的な問題点を有するために、
その実用化が進んでいないのが実情である。本発明は、
以上説明した従来のケミカルヒートポンプシステムの問
題点に鑑みてなされたもので、圧縮機などを必要とする
ことなく、利用価値の低い８０℃未満の低温熱源から２
００℃以上の高温熱源を高いＣＯＰで得ることのできる
経済的なケミカルヒートポンプシステムを提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者らは、
吸熱・発熱可逆反応を利用したケミカルヒートポンプに
用いる有機化合物の選定と、それを用いるシステムにつ
いて鋭意研究と実験を行った結果、有機化合物としてメ
タノールとその縮合脱水素生成物である蟻酸メチルを選
定し、メタノールから蟻酸メチル及び水素を生成する吸
熱縮合脱水素反応と、その逆反応である、蟻酸メチル及
び水素からメタノールを生成する発熱水素化反応とを組
み合わせるとともに、システムにおいて、上記吸熱縮合
脱水素反応を行う吸熱反応器と、上記発熱水素化反応を
行う発熱反応器と、両反応器に流入させる流入物からこ
れら反応器での反応にとって所望でない成分を予め分離
する蒸留塔を設け、さらに蒸留塔と吸熱反応器との間及
び蒸留塔と発熱反応器との間にそれぞれ各反応器の流入
物と流出物との間で熱交換を行う熱交換器を設置するこ
とにより、本発明の目的を達成できることを見い出し、
本発明を完成するに至った。

【００１３】したがって、本発明は、メタノールを脱水
素して蟻酸メチルを生成する吸熱反応と、蟻酸メチルを
水素化してメタノールを生成する発熱反応とを組み合わ
せたケミカルヒートポンプシステムであって、前記吸熱
反応を行う吸熱反応器と、前記発熱反応を行う発熱反応
器と、吸熱反応器及び発熱反応器からの流出物を塔頂の
蟻酸メチル及び水素留分と塔底のメタノール留分とに分
離する蒸留塔と、吸熱反応器と蒸留塔との間に吸熱反応
器の流入物と流出物との間で熱交換を行う第１の熱交換
器と、発熱反応器と蒸留塔との間に発熱反応器の流入物
と流出物との間で熱交換を行う第２の熱交換器とを備
え、前記吸熱反応器及び発熱反応器からの流出物をそれ
ぞれ前記第１及び第２の熱交換器を通して前記蒸留塔に
導入し、得られた塔頂の蟻酸メチル及び水素留分を前記
第２の熱交換器を通して前記発熱反応器に導入するとと
もに、塔底のメタノール留分を前記第１の熱交換器を通
して前記吸熱反応器に導入することを特徴とするケミカ
ルヒートポンプシステムを提供する。

【００１４】ケミカルヒートポンプは、低い温度で吸熱
反応を行い、その逆反応である発熱反応を吸熱反応の温
度よりも高い温度で行うことにより、廃熱等の利用価値
の低い低温熱源を利用価値の高い高温熱源に変換し回収
することを目的としている。

【００１５】その目的から言って、ケミカルヒートポン
プに用いる有機化合物は、その吸熱反応が低い温度で進
行し易く、一方、その生成物の発熱反応がなるべく高い
温度で進行し易いものであって、かつ吸熱・発熱反応と
いう可逆反応以外の副反応が起きにくいことが要求され
る。

【００１６】以上の要求を満たすため、本発明者らは、
次の式１に示すようなメタノールと蟻酸メチル及び水素
との可逆反応を本発明に係るケミカルヒートポンプにお
いて利用した。 ２ＣＨ₃ＯＨ ＝ ＨＣＯＯＣＨ₃ ＋ ２Ｈ₂ ＋ ΔＨ … （式１） ΔＨ ＝ −９．６Kcal/mol

【００１７】なお、一般に反応方程式は、左辺に反応物
質を、右辺に生成物質を書くことになっており、方程式
に併記される反応熱の値は、方程式の左辺から右辺へ反
応が進んだ結果起こるエンタルピー変化を表す。吸熱反
応の場合、エンタルピーが増加するので、ΔＨは負とな
る。

【００１８】図１は、常圧におけるメタノール／蟻酸メ
チル・水素系の温度に対する平衡組成の変化を、下記の
反応式２に示す２−プロパノール／アセトン・水素系と
比較して示している。 （ＣＨ₃）₂ＣＨＯＨ ＝ （ＣＨ₃）₂ＣＯ ＋ Ｈ₂ ＋ ΔＨ … （式２） ΔＨ ＝ −１０．４Kcal/mol

【００１９】図中、符号（１）を付した＋印を含む実線
はメタノール／蟻酸メチル・水素系、符号（２）を付し
た四角印を含む実線は２−プロパノール／アセトン・水
素系を示す。縦軸は式１及び式２での左側から右側への
平衡状態における反応物質の転化率を示している。

【００２０】一般的な有機化合物の系は、温度の高い領
域で吸熱反応を行い、温度の低い領域で発熱反応を行
う。それに対して、本発明で用いたメタノール／蟻酸メ
チル・水素の系は、図１からわかる通り、高温領域で２
−プロパノール／アセトン・水素系に比べて有利な転化
率で発熱反応を行うことが可能であり、一方１５０℃以
下の比較的低い温度域においても、２−プロパノール／
アセトン・水素系に比べて有利な転化率で吸熱反応を行
うことが可能である。

【００２１】さらに説明すれば、メタノール／蟻酸メチ
ル・水素の系では、６５℃で式１の反応が左側から右側
に約９％の転化率で進む。これは、８０℃以下の温度範
囲で吸熱反応が経済的に十分許容できる程度の転化率で
進行することを示している。ちなみに、この転化率は２
−プロパノール／アセトン・水素系での１００℃のとき
と同等である。

【００２２】また、２５０℃では、式１の反応は右側か
ら左側に約５６％の転化率で進む。これは、高温領域に
おいて発熱反応が経済的に許容できる程度の転化率で進
行することを示している。ちなみに、この転化率は２−
プロパノール／アセトン・水素系での２００℃のときと
同等である。

【００２３】以上説明したメタノール／蟻酸メチル・水
素系の反応特性により、本発明は、５０〜１００℃程
度、特に６５℃以下の熱エネルギーを、２００〜３５０
℃程度、特に２５０℃以上の利用価値の高い熱エネルギ
ーに転換することが可能である。

【００２４】また、２−プロパノール／アセトン・水素
系は、約２２０℃以上で式２の右側から左側に進む発熱
反応が不利になるので、約２２０℃以上の高温で発熱反
応を効率よく進行させ、その熱を回収することは困難で
ある。つまり、図１は、この系を常圧で運転する限り、
１００℃前後の熱を２００℃少々までの温度の熱にしか
転換できないことを示している。

【００２５】以上のように、本発明で採用したメタノー
ル／蟻酸メチル・水素系は、従来提案されている有機化
合物の系に比較して、常圧において、所望の温度範囲で
吸熱縮合脱水素反応とその逆の発熱水素化反応が経済的
な転化率で進行するという顕著な利点を有している。後
述の構成例において添付図面を参照して説明するよう
に、本発明に係るケミカルヒートポンプシステムは、こ
の利点を最大限活用するように構成されている。

【００２６】吸熱反応、発熱反応とも転化率を高くし、
かつ副反応を抑制するためには、吸熱反応器には水素及
び蟻酸メチルを、発熱反応器にはメタノールを流入させ
ないことが重要である。

【００２７】蒸留塔は、吸熱反応器から流出した未反応
のメタノールを分離して発熱反応器へ流入するのを抑制
するために、また、発熱反応器から流出した未反応の蟻
酸メチル及び水素を分離して吸熱反応器へ流入するのを
抑制するために設けられている。

【００２８】本発明において、蒸留塔塔頂の蟻酸メチル
及び水素留分は、蟻酸メチルと水素を主成分とし、わず
かのメタノールを含むものであり、塔底のメタノール留
分は、メタノールを主成分とし、わずかの蟻酸メチルを
含むものである。

【００２９】蒸留塔での所望の分離程度は、与えられた
熱源の温度、熱量あるいは回収する熱の温度等を考慮し
て蒸留塔の設計条件及び運転条件を設定することによ
り、工学的に十分実現することができる。

【００３０】吸熱反応器の反応温度は、転化率及び反応
速度を上げるため、利用できる熱源の温度範囲で高い温
度ほど好ましい。吸熱反応温度の下限は、式１で反応が
左側から右側に進む限りどの温度でもよいが、経済的な
転化率を得るために、好ましくは５０℃以上、さらに好
ましくは６５℃以上である。

【００３１】発熱反応器の反応温度は、回収すべき熱の
所望温度に設定する。この温度を低くすれば回収できる
熱量が増加し、高くすれば回収できる熱量が低下するの
で、回収した熱の使用目的に合わせて反応温度を設定す
る。上限の温度は、式１で反応が右側から左側に進む温
度範囲の上限であるから、図１より、５００℃以下、好
ましくは４００℃以下、さらに好ましくは３５０℃以下
である。

【００３２】また、発熱反応器に導入する蟻酸メチルと
水素との混合物の温度は、回収熱量を増加させるために
可能な限り高い方が望ましい。

【００３３】蒸留塔の塔頂コンデンサーの温度を低くす
れば、発熱反応器に導入される混合物中のメタノールの
割合が低下し、水素化発熱反応には有利となるが、コン
デンサーからの熱損失が大きくなる。逆に、コンデンサ
ーの温度を高くすれば、発熱反応器に導入される混合物
中のメタノールの割合が増加し、水素化発熱反応には不
利となるが、コンデンサーからの熱損失は小さくなる。

【００３４】蒸留塔に導入される混合物の温度は、熱交
換器の運転条件の設定あるいはリボイラーの設置によっ
て変えることができる。この温度を高くすると、吸熱反
応器に供給される混合物中の蟻酸メチルの割合が低下
し、脱水素吸熱反応には有利となるが、コンデンサーか
らの熱損失は大きくなる。逆に、この温度を低くする
と、吸熱反応器に供給される混合物中の蟻酸メチルの割
合が増加し、脱水素吸熱反応には不利となるが、コンデ
ンサーからの熱損失は小さくなる。

【００３５】以上述べた塔頂コンデンサーの温度、発熱
反応器への導入温度、蒸留塔への供給温度等の温度条件
の設定は、経済計算を行って最適な条件に設定される。

【００３６】本発明においては、前述した第１及び第２
の熱交換器を設け、吸熱反応器の流出物及び発熱反応器
の流出物から熱を回収して各反応器への流入物を昇温し
ている。すなわち、本発明のケミカルヒートポンプシス
テムでは、吸熱反応器からの流出物は、第１の熱交換器
において蒸留塔塔底からのメタノール留分との間の熱交
換により降温された後、蒸留塔に導入される。一方、蒸
留塔塔底より供給されるメタノール留分は、第１の熱交
換器において吸熱反応器の流出物との間の熱交換により
昇温された後、吸熱反応器に導入される。また、蒸留塔
塔頂より流出する蟻酸メチル及び水素留分は、第２の熱
交換器において発熱反応器の流出物との間の熱交換によ
り昇温された後、発熱反応器に導入される。一方、発熱
反応器からの流出物は、第２の熱交換器において蒸留塔
塔頂からの蟻酸メチル及び水素留分との間の熱交換によ
り降温された後、蒸留塔に導入される。これにより、ケ
ミカルヒートポンプシステム内での熱効率を向上させる
ことができる。また、このような各反応器の流出物と流
入物との間の熱交換を行わない場合は、コンデンサーの
負荷が大きくなり、プロセス上も不利になる。

【００３７】本発明では、通常、吸熱反応器の圧力は発
熱反応器の圧力よりも高く設定され、例えば発熱反応器
は常圧に、吸熱反応器はそれよりやや高い圧力に設定さ
れる。これにより、流体は圧力差によって吸熱反応器か
ら蒸留塔に入り、さらに蒸留塔塔頂から発熱反応器に入
る。この場合、本発明では経路途中に熱交換器を設けて
熱を回収しているから、その熱交換器の圧力損失を考慮
して圧力差を定める。したがって、本発明のケミカルヒ
ートポンプシステムは、従来のケミカルヒートポンプシ
ステムのように蒸気を圧縮するための圧縮機を必要とし
ない。

【００３８】なお、発熱反応器からの流出物を蒸留塔を
経て吸熱反応器に導入するには、流出物を熱交換器等で
冷却して液化した後、ポンプで送入し循環することが好
ましい。このポンプを駆動するために用いられる動力
は、液状のものを移送するために使用されるので、その
仕事量は小さく、また前述のＣＯＰにも関与しない。

【００３９】

【実施例】以下、添付図面を参照し、構成例に基づいて
本発明をより詳細に説明する。構成例 図２は、本発明に係るケミカルヒートポンプシステムの
構成例を示す。この構成例では、吸熱反応器１におい
て、外部の熱源１Ａから熱を吸収してメタノールの吸熱
脱水素反応が行われる。生成した蟻酸メチル及び水素と
未反応のメタノールとの混合物は、ライン８を通って第
１の熱交換器２で降温された後、ライン９を通って混合
器３に送られ、ここでライン１４からのメタノールと未
反応の蟻酸メチル及び水素との混合物（後述）と混合さ
れたのち、ライン１０を通って蒸留塔４に導入され、こ
こで蟻酸メチル及び水素留分とメタノール留分とに分離
されて、それぞれ塔頂と塔底とに留出する。

【００４０】蒸留塔４は、塔頂にコンデンサー５を備え
ており、それにより塔頂留分を冷却、凝縮するととも
に、必要な還流を行う。塔頂から流出した蟻酸メチル及
び水素と少量のメタノールとの混合物は、ライン１１を
通って第２の熱交換器６で昇温された後、ライン１２に
より発熱反応器７に導入される。発熱反応器７におい
て、蟻酸メチルは、水素化されてメタノールに変換され
る。この水素化反応は発熱反応であって、適当な伝熱手
段７Ａを介して発熱した熱を外部に供給する。

【００４１】生成したメタノールと未反応の蟻酸メチル
及び水素は、ライン１３を通って第２の熱交換器６で降
温された後、ライン１４により混合器３へ送られ、ここ
でライン９からの蟻酸メチル及び水素と未反応のメタノ
ールとの混合物（前述）と混合されたのち、ライン１０
を通って蒸留塔４に導入され、ここで蟻酸メチル及び水
素留分とメタノール留分とに分離されて、それぞれ塔頂
と塔底とに留出する。

【００４２】蒸留塔４で分離されたメタノールとわずか
な量の蟻酸メチルとからなる液状物は、蒸留塔４の塔底
からライン１５を通って第１の熱交換器２で昇温され、
一部又は全部が気化された後、ライン１６により吸熱反
応器１に戻される。そこで、再びメタノールの脱水素反
応が行われ、以下、同じ経路、反応工程を循環する。

【００４３】本構成例における混合器３は、２本のライ
ンから合流する流れを混合する手段であって、合流した
流体を混合できるものである限り、特別のものを要しな
い。また、混合器以外の反応器１，７、蒸留塔４、熱交
換器２，６なども既知の機器を使用できる。

【００４４】本構成例において、流体は、吸熱反応器１
から第１の熱交換器２を経た後、蒸留塔４を経由して発
熱反応器７に途中の第２の熱交換器６を含めて圧力差に
より流れるので、圧縮機は不要である。なお、蒸留塔４
の塔底に接続したライン１５及び第２の熱交換器６から
混合器３に向かうライン１４には、流体を吸熱反応器１
に送入するためのポンプを設置する。また、本発明で直
接関係しない箇所、例えば蒸留塔の還流ポンプ、塔頂留
分の受け槽等については、説明を省略している。

【００４５】以下、本発明をより詳細に説明するために
実施例を示すが、本発明はこれら実施例によって限定さ
れるものではない。以下に示す実施例は、Simulation S
ciences Inc. のプロセスシュミレーションソフト PRO/
II を用いて行ったシュミレーション結果である。ま
た、前述の図１に示した平衡組成も PRO/II によって求
めたものである。実際の反応は、反応器に触媒を充填し
て行うので触媒の性能によっても影響されるが、本実施
例では、プロセスの性能を明らかにするためのものであ
るから、反応は化学平衡通りに進むものとした。

【００４６】実施例１ 図２に示した構成例のケミカルヒートポンプシステムに
ついて、次の条件でシュミレーションを行った。 ［シュミレーションの設定条件］ 蒸留塔４の段数：１０段 吸熱反応器１へのメタノールの供給量：１００Kg-mol/h
r 吸熱反応器１、発熱反応器７の圧力：共に常圧 吸熱反応器１：６５℃ 発熱反応器７：２００℃ コンデンサー５：２０℃ ライン１２を経て発熱反応器７に導入される混合物：１
９０℃

【００４７】なお、各反応器、熱交換器、ライン及び蒸
留塔での熱損失は無いものとしてシュミレーションを行
った。シュミレーション結果を表１及び表２に示す。吸
熱反応器へ６５℃の熱を０．２５５０×１０⁶ Kcal/hr
投入することにより、発熱反応器から２００℃の熱を
０．０３３９×１０⁶ Kcal/hr 回収できることがわか
る。

【００４８】実施例２ 図２に示した構成例のケミカルヒートポンプシステムに
ついて、次に示す条件以外は実施例１と同じ条件でシュ
ミレーションを行った。 発熱反応器７：２５０℃

【００４９】シュミレーション結果を表１及び表２に示
す。吸熱反応器へ６５℃の熱を０．２４６５×１０⁶ Kc
al/hr 投入することにより、発熱反応器から２５０℃の
熱を０．０３２６×１０⁶ Kcal/hr 回収できることがわ
かる。

【００５０】実施例３ 図２に示した構成例のケミカルヒートポンプシステムに
ついて、次に示す条件以外は実施例１と同じ条件でシュ
ミレーションを行った。 発熱反応器７：３００℃

【００５１】シュミレーション結果を表１及び表２に示
す。吸熱反応器へ６５℃の熱を０．２３３８×１０⁶ Kc
al/hr 投入することにより、発熱反応器から３００℃の
熱を０．０３０２×１０⁶ Kcal/hr 回収できることがわ
かる。

【００５２】実施例４ 図２に示した構成例のケミカルヒートポンプシステムに
ついて、次に示す条件以外は実施例１と同じ条件でシュ
ミレーションを行った。 発熱反応器７：３５０℃

【００５３】シュミレーション結果を表１及び表２に示
す。吸熱反応器へ６５℃の熱を０．２１７８×１０⁶ Kc
al/hr 投入することにより、発熱反応器から３５０℃の
熱を０．０２５８×１０⁶ Kcal/hr 回収できることがわ
かる。

【００５４】

【表１】

【００５５】

【表２】

【００５６】比較例１ 図２に示した構成例のケミカルヒートポンプシステムに
ついて、次の条件で２−プロパノール／アセトン・水素
系によるシュミレーションを行った。 ［シュミレーションの設定条件］ 蒸留塔４の段数：１０段 吸熱反応器１への２−プロパノールの供給量：１００Kg
-mol/hr 吸熱反応器１、発熱反応器７の圧力：共に常圧 吸熱反応器１：６５℃ 発熱反応器７：２００℃ コンデンサー５：４０℃

【００５７】シュミレーションを行った結果、吸熱反応
器において吸熱反応がほとんど進行せず、２−プロパノ
ール／アセトン・水素系では、吸熱反応器が６５℃のと
きにケミカルヒートポンプとして機能しないことがわか
る。

【００５８】比較例２ 図２に示した構成例のケミカルヒートポンプシステムに
ついて、次に示す条件以外は比較例１と同じ条件でシュ
ミレーションを行った。 吸熱反応器１：８０℃

【００５９】シュミレーション結果を表３及び表４に示
す。２−プロパノール／アセトン・水素系では、吸熱反
応器へ８０℃の熱を０．３０６４×１０⁶ Kcal/hr 投入
することにより、発熱反応器から２００℃の熱を０．０
３０６×１０⁶ Kcal/hr 回収できることがわかる。

【００６０】

【表３】

【００６１】

【表４】

【００６２】

【発明の効果】本発明は、メタノールを脱水素縮合して
蟻酸メチルを生成させる吸熱反応と、蟻酸メチルを水素
化してメタノールを生成させる発熱反応とを組み合わ
せ、かつ２つの熱交換器によって各反応器の流出物と流
入物との間の熱交換を行うとともに、各反応器に流入さ
せる流入物から所望でない成分を予め蒸留塔で分離し、
さらに圧力差で吸熱反応器から蒸留塔を経て発熱反応器
に流体を流すことにより、圧縮機を要することなく、利
用価値の低い５０〜１００℃、特に６５℃以下の低温熱
源から所望により２００℃から３５０℃程度の高温熱源
を高い効率で得ることのできる経済的なケミカルヒート
ポンプシステムを実現している。

【図面の簡単な説明】

【図１】常圧におけるメタノールと蟻酸メチルの温度に
対する平衡組成の変化を、２−プロパノールとアセトン
の平衡組成の変化と比較して示した図である。

【図２】本発明に係るケミカルヒートポンプシステムの
構成例のフローシートである。

【符号の説明】

１ 吸熱反応器 ２ 第１の熱交換器 ３ 混合器 ４ 蒸留塔 ５ コンデンサー ６ 第２の熱交換器 ７ 発熱反応器 ８〜１６ 各機器を連結するラインであり、各成分は矢
印の向きに流れる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土田 裕志 埼玉県幸手市権現堂1134−２ 株式会社コ スモ総合研究所研究開発センター内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 メタノールを脱水素して蟻酸メチルを生
   成する吸熱反応と、蟻酸メチルを水素化してメタノール
   を生成する発熱反応とを組み合わせたケミカルヒートポ
   ンプシステムであって、 前記吸熱反応を行う吸熱反応器と、前記発熱反応を行う
   発熱反応器と、吸熱反応器及び発熱反応器からの流出物
   を塔頂の蟻酸メチル及び水素留分と塔底のメタノール留
   分とに分離する蒸留塔と、吸熱反応器と蒸留塔との間に
   吸熱反応器の流入物と流出物との間で熱交換を行う第１
   の熱交換器と、発熱反応器と蒸留塔との間に発熱反応器
   の流入物と流出物との間で熱交換を行う第２の熱交換器
   とを備え、 前記吸熱反応器及び発熱反応器からの流出物をそれぞれ
   前記第１及び第２の熱交換器を通して前記蒸留塔に導入
   し、得られた塔頂の蟻酸メチル及び水素留分を前記第２
   の熱交換器を通して前記発熱反応器に導入するととも
   に、塔底のメタノール留分を前記第１の熱交換器を通し
   て前記吸熱反応器に導入することを特徴とするケミカル
   ヒートポンプシステム。
2. 【請求項２】 吸熱反応器が、発熱反応器における発熱
   反応の圧力よりも高い圧力で吸熱反応を行うものである
   請求項１記載のケミカルヒートポンプシステム。