特許ウォッチ

公開番号2024103341
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-01
出願番号2023007619
出願日2023-01-20
発明の名称メタネーション反応装置及びメタネーション反応方法
出願人三菱化工機株式会社
代理人個人
主分類C07C 1/12 20060101AFI20240725BHJP(有機化学)
要約【課題】メタネーション反応器内の、反応熱による急激な触媒層の温度上昇を緩和できるメタネーション反応装置及びメタネーション反応方法を提供する。
【解決手段】メタネーション反応装置は、二酸化炭素(CO₂)と水素(H₂)とを含む原料ガスG1を導入する反応器11内に、二酸化炭素をメタンに変換するメタネーション触媒20と、メタネーション反応の発熱の一部を吸熱して反応する逆シフト反応用の逆シフト触媒21とを所定の割合で混合した混合触媒22を充填している。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
二酸化炭素と水素とを含む原料ガスを導入する反応器内に、前記二酸化炭素をメタンに変換するメタネーション触媒と、メタネーション反応の発熱の一部を吸熱して反応する逆シフト反応用触媒とを所定の割合で混合した混合触媒を充填してなることを特徴とするメタネーション反応装置。
続きを表示（約 970 文字）【請求項２】
前記反応器内をガス導入側からガス排出側にかけて第１反応領域と第２反応領域とに分割し、
前記第１反応領域に、前記メタネーション触媒と前記逆シフト触媒とを所定の割合で混合した混合触媒を充填させると共に、
前記第２反応領域に、前記メタネーション触媒のみを充填してなることを特徴とする請求項１に記載のメタネーション反応装置。
【請求項３】
前記混合触媒は、メタネーション触媒と逆シフト触媒の触媒活性成分を所定の割合で共通担体に担持してなることを特徴とする請求項２に記載のメタネーション反応装置。
【請求項４】
前記第１反応領域の逆シフト触媒とメタネーション触媒との配合比率が９０：１０～４０：６０であることを特徴とする請求項２又は３に記載のメタネーション反応装置。
【請求項５】
前記第１反応領域と第２反応領域との容積割合が９５：５～３０：７０であることを特徴とする請求項２又は３に記載のメタネーション反応装置。
【請求項６】
前記反応器内の反応圧力が０ＭＰａＧから１ＭＰａＧ未満の範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載のメタネーション反応装置。
【請求項７】
反応器のガス導入側からガス排出側にかけて、メタネーション触媒と逆シフト触媒とを所定の割合で混合した混合触媒を充填し、導入した二酸化炭素をメタネーション触媒によりメタンに変換させると共に、メタネーション反応の発熱の一部を吸熱して反応する逆シフト反応により、導入した二酸化炭素を一酸化炭素に変換させる反応工程を有することを特徴とするメタネーション反応方法。
【請求項８】
前記反応器内をガス導入側からガス排出側にかけて第１反応領域と第２反応領域とに分割し、
前記第１反応領域にメタネーション触媒と逆シフト触媒とを所定の割合で混合した混合触媒を充填し第１反応工程とし、前記第２反応領域に前記メタネーション触媒のみを充填して、前記第１反応領域で未反応の二酸化炭素をメタンに変換させると共に、前記第１反応領域での前記逆シフト反応で生成した一酸化炭素をメタンに変換させる第２反応工程とすることを特徴とする請求項７に記載のメタネーション反応方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタネーション反応装置及びメタネーション反応方法に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
現在、世界的にカーボンニュートラルという観点から二酸化炭素（ＣＯ
2
）の回収技術の製品化及び開発が盛んである。また、自然エネルギー由来の電気分解による水素製造技術の製品化及び開発も盛んである。これらの二酸化炭素（ＣＯ
2
）、水素（Ｈ
2
）を利用し、メタン（ＣＨ
4
）を生成するメタネーションシステムの需要は今後増えると考えられる。
【０００３】
触媒を用いた二酸化炭素のメタネーション技術の開発に関しても各所で進められている。本メタネーション技術の共通する課題は、メタネーション反応の急激な発熱の制御である。この発熱により触媒層は制御不能なほど急激に温度が上昇することもあり、触媒の劣化が懸念されたり、触媒反応器（以下「反応器」ともいう）を設計したりするうえで耐高温材料の要求につながることとなる。
【０００４】
特に、反応器においては、入口部付近において、発熱反応による触媒層の急激な温度上昇が顕著であるという問題がある。
【０００５】
これを解決するために、急激な触媒層の温度上昇が想定される反応ゾーンに、メタネーション触媒とアルミナボール（メタネーション反応に不活性）を交互に充填するか、または触媒とアルミナボールを混合して充填することにより、発熱反応の速度を抑制し、急激な触媒層温度の上昇を緩和する、という提案がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００３－３２１４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、触媒活性に寄与しないアルミナボールでメタネーション触媒を希釈しているだけであるので、発生した熱の放熱先が確保しづらく、またアルミナボール分の無駄な容積を必要とするため反応器の小型化には不向きである、という問題がある。
【０００８】
通常、このようなメタネーション反応器内での急激な触媒層の温度上昇を緩和するためには、反応熱の除去のために別途冷却機能を備える場合も多いが、メタネーションシステム全体が大型化するという問題がある。
【０００９】
本発明は従来技術の有するこのような問題点を解決するためになされたものであり、その課題とするところは、メタネーション反応器内の、反応熱による急激な触媒層の温度上昇を緩和できるメタネーション反応装置及びメタネーション反応方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る一つの態様のメタネーション反応装置は、二酸化炭素と水素とを含む原料ガスを導入する反応器内に、前記二酸化炭素をメタン化させるメタネーション触媒と、メタネーション反応の発熱の一部を吸熱して反応する逆シフト反応用触媒（以下「逆シフト触媒」ともいう）とを所定の割合で混合した混合触媒を充填してなることを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許