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公開番号2024054766
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-17
出願番号2022161210
出願日2022-10-05
発明の名称炭化水素生成システム
出願人株式会社デンソー
代理人弁理士法人あいち国際特許事務所
主分類C07C 1/04 20060101AFI20240410BHJP(有機化学)
要約【課題】熱エネルギーを効率よく利用して炭化水素を生成することができる炭化水素生成システムを提供する。
【解決手段】炭化水素生成装置2と、電解装置3と、水蒸気供給ライン4と、熱交換器51とを有する炭化水素生成システム1である。炭化水素生成装置2は、酸化炭素ガスと水素との発熱反応により炭化水素と水蒸気とを生成する。電解装置3は、炭化水素生成装置に供給する水素を原料水蒸気から生成する。水蒸気供給ライン4は、原料液水を蒸発させて原料水蒸気を生成すると共に原料水蒸気を電解装置に供給する。熱交換器5は、炭化水素生成装置2から排出される水蒸気を含む生成ガスの熱を、水蒸気供給ラインにおける原料液水又は原料水蒸気と熱交換させる。熱交換器51における生成ガスの水蒸気分圧P1が、電解装置3に供給される原料水蒸気の圧力P2よりも高くなっている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
酸化炭素ガスと水素との発熱反応により炭化水素と水蒸気とを生成する炭化水素生成装置（２）と、
該炭化水素生成装置に供給する水素を原料水蒸気から生成する電解装置（３）と、
原料液水を蒸発させて上記原料水蒸気を生成すると共に該原料水蒸気を上記電解装置に供給する水蒸気供給ライン（４）と、
上記炭化水素生成装置から排出される上記水蒸気を含む生成ガスの熱を、上記水蒸気供給ラインにおける上記原料液水又は上記原料水蒸気と熱交換させる熱交換器（５１）と、を有し、
上記熱交換器における上記生成ガスの水蒸気分圧Ｐ１が、上記電解装置に供給される上記原料水蒸気の圧力Ｐ２よりも高くなっている、炭化水素生成システム（１）。
続きを表示（約 720 文字）【請求項２】
上記水蒸気分圧Ｐ１と上記原料水蒸気の圧力Ｐ２との圧力差Ｐ１－Ｐ２が５０ｋＰａ以上である、請求項１に記載の炭化水素生成システム。
【請求項３】
上記熱交換器が、該熱交換器において受熱する原料液水の一部又は全部を蒸発させるよう構成されており、上記生成ガス中の上記水蒸気の凝縮熱を、上記原料液水の蒸発潜熱に利用するよう構成されている、請求項１又は２に記載の炭化水素生成システム。
【請求項４】
さらに、上記電解装置で生成される水素を圧縮する圧縮機（３３）を有する、請求項１又は２に記載の炭化水素生成システム。
【請求項５】
上記熱交換器が第１熱交換器（５１）であり、上記炭化水素生成システムは、上記炭化水素生成装置において発生する反応熱を、熱媒油を介して回収する第２熱交換器（５２）をさらに有し、該第２熱交換器がガス流路における上記第１熱交換器の下流に配置されている、請求項１又は２に記載の炭化水素生成システム。
【請求項６】
上記炭化水素生成装置から排出される上記生成ガスの熱の一部を、上記炭化水素生成装置に供給される酸化炭素ガスと水素の加熱に利用するように構成された、請求項１又は２に記載の炭化水素生成システム。
【請求項７】
互いに直列に接続された複数の上記炭化水素生成装置を有し、上記熱交換器は、複数の上記炭化水素生成装置のうち、ガス流路における最も上流側の上記炭化水素生成装置から排出される上記生成ガスの熱を、上記水蒸気供給ラインにおける上記原料液水又は上記原料水蒸気と熱交換させる、請求項１又は２に記載の炭化水素生成システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素生成装置と電解装置とを有する炭化水素生成システムに関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
炭化水素の生成方法として、二酸化炭素と水素からメタンを生成するサバティエ反応によるメタネーションが知られている。また、水素の生成方法としては、水蒸気を電気分解反応により水素を製造する技術が知られている。
【０００３】
特許文献１には、電気分解で得られる水素をメタネーションに利用する技術が提案されている。特許文献１によれば、メタネーションが発熱反応であるため、その反応熱を水素生成に利用することにより、熱エネルギー効率を高めることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１９－１０８２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水素生成では、水蒸気の電気分解反応における吸熱反応だけでなく、水蒸気を得るためにも熱の供給が必要であるため、サバティエ反応の反応熱では必要な熱エネルギーをまかないきれない。
【０００６】
具体的には、下記（１）～（３）に示すように、サバティエ反応によりメタン１ｍｏｌを得るためには、水素４ｍｏｌを供給する必要があるため、４ｍｏｌの水を水蒸気にする必要がある。
４Ｈ
2
Ｏ（液体）→４Ｈ
2
Ｏ（気体）・・・（１）
４Ｈ
2
Ｏ（気体）→４Ｈ
2
＋２Ｏ
2
・・・（２）
ＣＯ
2
＋４Ｈ
2
→ＣＨ
4
＋２Ｈ
2
Ｏ・・・（３）
【０００７】
例えば、２５℃の４ｍｏｌの水を１００℃まで加熱し沸騰させ、１００℃の水蒸気を得るために必要な熱量（つまり、式（１）の反応に必要な熱量）は１８５ｋＪであり、これは、サバティエ反応で発生する熱量（つまり、式（３）で発生する反応熱量）１６５ｋＪよりも大きい。つまり、原理上、反応熱では水から水蒸気を得るために必要な熱をまかないきれない。さらに、放熱を考慮すると、反応熱を１００％回収することは困難であるため、熱量差はさらに大きくなる。そのため、外部から熱エネルギーを供給する必要がある。従来のシステムでは、反応熱以外の熱を回収しきれておらず、熱収支が悪い。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、熱エネルギーを効率よく利用して炭化水素を生成することができる炭化水素生成システムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、酸化炭素ガスと水素との発熱反応により炭化水素と水蒸気とを生成する炭化水素生成装置（２）と、
該炭化水素生成装置に供給する水素を原料水蒸気から生成する電解装置（３）と、
原料液水を蒸発させて上記原料水蒸気を生成すると共に該原料水蒸気を上記電解装置に供給する水蒸気供給ライン（４）と、
上記炭化水素生成装置から排出される上記水蒸気を含む生成ガスの熱を、上記水蒸気供給ラインにおける上記原料液水又は上記原料水蒸気と熱交換させる熱交換器（５１）と、を有し、
上記熱交換器における上記生成ガスの水蒸気分圧Ｐ１が、上記電解装置に供給される上記原料水蒸気の圧力Ｐ２よりも高くなっている、炭化水素生成システム（１）にある。
【発明の効果】
【００１０】
上記炭化水素生成システムは、上記のごとく、炭化水素生成装置と電解装置と水蒸気供給ラインと熱交換器とを有している。そして、熱交換器が、生成ガスの熱を、水蒸気供給ラインにおける原料液水又は原料水蒸気と熱交換させる。つまり、熱交換器により生成ガスの熱を回収し、この熱を電解装置に供給する原料水蒸気の生成に用いることができる。そのため、炭化水素生成システムにおける熱効率を高めることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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