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公開番号2025006507
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-17
出願番号2023107341
出願日2023-06-29
発明の名称メタン製造装置
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人個人
主分類C07C 1/12 20060101AFI20250109BHJP(有機化学)
要約【課題】メタン化触媒の量を低減できるメタン製造装置を提供すること。
【解決手段】本開示のメタン製造装置1は、原料ガスを第1反応器10及び第2反応器20に通すことでメタンを製造する。各反応器は、原料ガスを適温まで加熱する加熱部112と、適温に保たれる触媒によって原料ガスをメタネーション反応させる反応部113と、反応ガスを冷却する冷却部114と、それらの部を取り囲んだ状態で配置され、熱媒体が流される流路である熱媒体流路13と、を備える。熱媒体流路に供給された第1温度帯の熱媒体は、冷却部114の反応ガスとの間で熱交換して第1温度帯よりも高い第2温度帯となり、反応部113の触媒との間で熱交換して第2温度帯よりも高い第3温度帯となり、加熱部112の原料ガスとの間で熱交換して第3温度帯よりも低く第1温度帯よりも高い第4温度帯となる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水素と二酸化炭素とを含む原料ガスを直列で接続された第１及び第２反応器に通すことでメタンを製造するメタン製造装置であって、
前記第１及び第２反応器は、それぞれ、
前記原料ガスをメタネーション反応に適した温度まで加熱する加熱部と、
メタネーション反応に適した温度に保たれる触媒によって、前記原料ガスをメタネーション反応させる反応部と、
前記原料ガスからメタネーション反応によって生成された反応ガスを前記反応ガスから水が凝縮される温度まで冷却する冷却部と、
前記加熱部、前記反応部及び前記冷却部を取り囲んだ状態で配置されており、熱媒体が流される流路である熱媒体流路と、を備え、
前記加熱部、前記反応部及び前記冷却部は、順に配置されており、
前記熱媒体流路に供給された第１温度帯の前記熱媒体は、
前記冷却部に対応する領域、前記反応部に対応する領域及び前記加熱部に対応する領域を順に通過するように前記熱媒体流路内を移動し、前記冷却部に対応する領域を通過する際、前記反応ガスとの間で熱交換して前記第１温度帯よりも高い第２温度帯となり、前記反応部に対応する領域を通過する際、前記触媒との間で熱交換して前記第２温度帯よりも高い第３温度帯となり、前記加熱部に対応する領域を通過する際、前記原料ガスとの間で熱交換して前記第３温度帯よりも低く前記第１温度帯よりも高い第４温度帯となる
メタン製造装置。
続きを表示（約 690 文字）【請求項２】
前記第１及び第２反応器は、それぞれ、
前記加熱部を取り囲んだ状態で配置されており、前記熱媒体とは別の熱媒体である別熱媒体が流される流路である別熱媒体流路をさらに備え、
前記別熱媒体流路に供給された前記別熱媒体は、前記加熱部に対応する領域を通過するように前記熱媒体流路内を移動し、前記加熱部に対応する領域を通過する際、前記原料ガスを加熱し、
前記メタン製造装置は、
前記原料ガスのメタネーション反応が安定するまで、前記別熱媒体を前記別熱媒体流路に供給する別熱媒体供給部と、
前記原料ガスのメタネーション反応が安定した後、前記第１温度帯の前記熱媒体を前記熱媒体流路に供給する熱媒体供給部と、をさらに備える
請求項１に記載のメタン製造装置。
【請求項３】
前記第１及び第２反応器は、それぞれ、
前記加熱部を取り囲んだ状態で配置された導線部を備え、
前記メタン製造装置は、
前記原料ガスのメタネーション反応が安定するまで、前記導線部を介して前記原料ガスを加熱するヒータ回路と、
前記原料ガスのメタネーション反応が安定した後、前記第１温度帯の前記熱媒体を前記熱媒体流路に供給する熱媒体供給部と、をさらに備える
請求項１に記載のメタン製造装置。
【請求項４】
前記第1反応器で転化されるメタン転化率が前記第２反応器で転化されるメタン転化率よりも高くなるように前記原料ガスの供給量を制御する原料ガス供給源をさらに備える
請求項１に記載のメタン製造装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン製造装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、水素と二酸化炭素から構成される原料ガスを直列で接続された第１反応器と第２反応器に通すことでメタンを製造するメタン製造装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２０－０８３７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に係る技術では、常温の原料ガスを第１反応器へ、凝縮水を除去するため常温まで冷却した反応ガスを第２反応器に投入しているため、第１反応器及び第２反応器において原料ガスが接触するメタン化触媒において反応に適さない温度域の触媒領域が発生する。特許文献１に係る技術では、高価なメタン化触媒を必要以上に使用しているという課題があった。
【０００５】
本開示は、そのような課題を鑑みることによって、メタン化触媒の量を低減できるメタン製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示のメタン製造装置は、水素と二酸化炭素とを含む原料ガスを直列で接続された第１及び第２反応器に通すことでメタンを製造するメタン製造装置であって、前記第１及び第２反応器は、それぞれ、前記原料ガスをメタネーション反応に適した温度まで加熱する加熱部と、メタネーション反応に適した温度に保たれる触媒によって、前記原料ガスをメタネーション反応させる反応部と、前記原料ガスからメタネーション反応によって生成された反応ガスを前記反応ガスから水が凝縮される温度まで冷却する冷却部と、前記加熱部、前記反応部及び前記冷却部を取り囲んだ状態で配置されており、熱媒体が流される流路である熱媒体流路と、を備え、前記加熱部、前記反応部及び前記冷却部は、順に配置されており、前記熱媒体流路に供給された第１温度帯の前記熱媒体は、前記冷却部に対応する領域、前記反応部に対応する領域及び前記加熱部に対応する領域を順に通過するように前記熱媒体流路内を移動し、前記冷却部に対応する領域を通過する際、前記反応ガスとの間で熱交換して前記第１温度帯よりも高い第２温度帯となり、前記反応部に対応する領域を通過する際、前記触媒との間で熱交換して前記第２温度帯よりも高い第３温度帯となり、前記加熱部に対応する領域を通過する際、前記原料ガスとの間で熱交換して前記第３温度帯よりも低く前記第１温度帯よりも高い第４温度帯となる。
【０００７】
上述のメタン製造装置は、そのような構成により、原料ガスを加熱し、第１反応器及び第２反応器において原料ガスが接触するメタン化触媒において反応に適さない温度域の触媒領域が発生することを防ぐ。そのため、上述のメタン製造装置は、メタン化触媒の量を低減できる。
【０００８】
また、本開示のメタン製造装置では、前記第１及び第２反応器は、それぞれ、前記加熱部を取り囲んだ状態で配置されており、前記熱媒体とは別の熱媒体である別熱媒体が流される流路である別熱媒体流路をさらに備え、前記別熱媒体流路に供給された前記別熱媒体は、前記加熱部に対応する領域を通過するように前記熱媒体流路内を移動し、前記加熱部に対応する領域を通過する際、前記原料ガスを加熱し、前記メタン製造装置は、前記原料ガスのメタネーション反応が安定するまで、前記別熱媒体を前記別熱媒体流路に供給する別熱媒体供給部と、前記原料ガスのメタネーション反応が安定した後、前記第１温度帯の前記熱媒体を前記熱媒体流路に供給する熱媒体供給部と、をさらに備える。
【０００９】
上述のメタン製造装置は、そのような構成により、時間短縮や省エネルギー化も実現できる。
【００１０】
また、本開示のメタン製造装置では、前記第１及び第２反応器は、それぞれ、前記加熱部を取り囲んだ状態で配置された導線部を備え、前記メタン製造装置は、前記原料ガスのメタネーション反応が安定するまで、前記導線部を介して前記原料ガスを加熱するヒータ回路と、前記原料ガスのメタネーション反応が安定した後、前記第１温度帯の前記熱媒体を前記熱媒体流路に供給する熱媒体供給部と、をさらに備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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