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公開番号2025006525
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-17
出願番号2023107366
出願日2023-06-29
発明の名称メタン製造システム
出願人川崎重工業株式会社
代理人弁理士法人有古特許事務所
主分類C25B 9/00 20210101AFI20250109BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】エネルギーロスの低減を図ることができるメタン製造システムを提供する。
【解決手段】水蒸気を発生する水蒸気発生装置11と、二酸化炭素を主成分とする第1ガスを第1配管P1を通じて導入するとともに水蒸気発生装置11で発生した水蒸気を第2配管P2を通じて導入し、水蒸気の電気分解及びサバティエ反応を生じさせてメタンを主成分とする第2ガスと酸素を含む水蒸気である酸素含有水蒸気とを生成し、第2ガスを第3配管P3へ送出するとともに酸素含有水蒸気を第4配管P4へ送出する電解メタネーション装置12と、第4配管P4へ送出された酸素含有水蒸気を水蒸気発生装置11及び第2配管P2のうちの少なくとも一方へ供給する返送配管P5と、を備えている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水蒸気を発生する水蒸気発生装置と、
二酸化炭素を主成分とする第１ガスを第１配管を通じて導入するとともに前記水蒸気発生装置で発生した水蒸気を第２配管を通じて導入し、水蒸気の電気分解及びサバティエ反応を生じさせてメタンを主成分とする第２ガスと酸素を含む水蒸気である酸素含有水蒸気とを生成し、前記第２ガスを第３配管へ送出するとともに前記酸素含有水蒸気を第４配管へ送出する電解メタネーション装置と、
前記第４配管へ送出された前記酸素含有水蒸気を前記水蒸気発生装置及び前記第２配管のうちの少なくとも一方へ供給する返送配管と、
を備えたメタン製造システム。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記返送配管に設置され前記酸素含有水蒸気の流量を調整する流量調整弁と、
前記流量調整弁を制御する流量制御器と、をさらに備えた、
請求項１に記載のメタン製造システム。
【請求項３】
前記流量制御器は、
前記電解メタネーション装置から前記第４配管へ送出された前記酸素含有水蒸気の酸素濃度と、
前記電解メタネーション装置に導入される前記第１ガス中の二酸化炭素の流量と前記電解メタネーション装置から前記第３配管へ送出された前記第２ガス中のメタンの流量とに基づいて算出される二酸化炭素の反応率と、
のうちの少なくともいずれか１つに基づいて、前記流量調整弁を制御する、
請求項２に記載のメタン製造システム。
【請求項４】
前記流量制御器は、
前記電解メタネーション装置から前記第４配管へ送出された前記酸素含有水蒸気の酸素濃度と、
前記電解メタネーション装置に導入される前記第１ガス中の二酸化炭素の流量と前記電解メタネーション装置から前記第３配管へ送出された前記第２ガス中のメタンの流量とに基づいて算出される二酸化炭素の反応率と、
前記第２配管を通って前記電解メタネーション装置へ導入されるガスの温度と、
のうちの少なくともいずれか１つに基づいて、前記流量調整弁を制御する、
請求項２に記載のメタン製造システム。
【請求項５】
前記第２配管を通って前記電解メタネーション装置へ導入されるガスの温度を測定する温度センサと、
前記返送配管を流れる前記酸素含有水蒸気を加熱し、加熱温度を調整可能な加熱装置と、
前記加熱装置を制御する加熱制御器と、をさらに備え、
前記加熱制御器は、
前記温度センサで測定されるガスの温度が所定範囲内の温度を維持するように前記加熱装置を制御する、
請求項１に記載のメタン製造システム。
【請求項６】
前記返送配管に設置され前記酸素含有水蒸気の流量を調整する流量調整弁と、
前記流量調整弁を制御する流量制御器と、をさらに備え、
前記流量制御器は、
前記電解メタネーション装置から前記第４配管へ送出された前記酸素含有水蒸気の酸素濃度と、
前記電解メタネーション装置に導入される前記第１ガス中の二酸化炭素の流量と前記電解メタネーション装置から前記第３配管へ送出された前記第２ガス中のメタンの流量とに基づいて算出される二酸化炭素の反応率と、
のうちの少なくともいずれか１つに基づいて、前記流量調整弁を制御する、
請求項５に記載のメタン製造システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、メタン製造システムに関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、焼却プラントには、焼却前の廃棄物に含まれる有機物を利用してメタンを生成する設備が備えられている場合がある。例えば、特許文献１には、焼却プラントにメタン発酵装置を備えており、廃棄物から発酵不適物を除去してメタン発酵装置の原料として用いることが記載されている。この特許文献１の場合、メタン発酵装置で生成されたバイオガスをメタンと二酸化炭素に分離する。さらに、分離された二酸化炭素と、水電解装置で生成された水素とをメタネーション装置へ供給し、メタネーション装置でメタン及び水を合成するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第６９４０７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように特許文献１には、二酸化炭素と水素とを導入してメタンを生成するメタネーション装置が記載されている。一方、二酸化炭素と水蒸気とを導入してメタンを生成する電解メタネーション装置が知られている。この電解メタネーション装置では、水蒸気の電気分解及びサバティエ反応を生じさせてメタンを主成分とするガスが取り出されるとともに、酸素を含む水蒸気である酸素含有水蒸気が副産物として取り出される。この酸素含有水蒸気に含まれる水蒸気は反応に使われなかった余剰の水蒸気である。この酸素含有水蒸気は大気に比べて非常に高温であり、大気に放出すればエネルギーロスとなる。
【０００５】
本開示は上記のような課題を解決するためになされたもので、エネルギーロスの低減を図ることができるメタン製造システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本開示のある態様に係るメタン製造システムは、水蒸気を発生する水蒸気発生装置と、二酸化炭素を主成分とする第１ガスを第１配管を通じて導入するとともに前記水蒸気発生装置で発生した水蒸気を第２配管を通じて導入し、水蒸気の電気分解及びサバティエ反応を生じさせてメタンを主成分とする第２ガスと酸素を含む水蒸気である酸素含有水蒸気とを生成し、前記第２ガスを第３配管へ送出するとともに前記酸素含有水蒸気を第４配管へ送出する電解メタネーション装置と、前記第４配管へ送出された前記酸素含有水蒸気を前記水蒸気発生装置及び前記第２配管のうちの少なくとも一方へ供給する返送配管と、を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本開示は、以上に説明した構成を有し、エネルギーロスの低減を図ることができるメタン製造システムを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、第１実施形態のメタン製造システムの一例を示すブロック図である。
図２は、電解メタネーション装置に用いられるセルの構造の概略を示す図である。
図３は、第２実施形態のメタン製造システムの一例を示すブロック図である。
図４は、第３実施形態のメタン製造システムの一例を示すブロック図である。
図５は、第４実施形態のメタン製造システムの一例を示すブロック図である。
図６は、第６実施形態のメタン製造システムの一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する場合がある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状及び寸法比等については正確な表示ではない場合がある。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のメタン製造システムの一例を示すブロック図である。図１に示すメタン製造システム１０Ａは、水蒸気発生装置１１、電解メタネーション装置１２、流量調整弁１３，１４、第１～第４配管Ｐ１～Ｐ４、返送配管Ｐ５及び制御装置２０等を備えている。
（【００１１】以降は省略されています）

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