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公開番号2025027488
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-28
出願番号2023132238
出願日2023-08-15
発明の名称炭素生成システム及び炭素生成方法
出願人株式会社IHI
代理人個人,個人,個人
主分類C01B 32/05 20170101AFI20250220BHJP(無機化学)
要約【課題】水素及び二酸化炭素を含む原料からメタンを生成する反応と、メタンを含む原料から炭素を生成する反応とを同一の反応器で実施し、水素を効率的に使用する炭素生成システム及び炭素生成方法を提供する。
【解決手段】炭素生成システム1は、水素及び二酸化炭素を含む原料からメタン及び水を生成する反応器10と、水素を反応器10に供給する水素供給部20と、二酸化炭素を反応器10に供給する二酸化炭素供給部25と、反応器10の入口と出口とを接続し、反応器10で生成されたメタンを反応器10へ戻す循環流路30と、循環流路30に設けられ、反応器10で生成されたメタン及び水を含むガスから、少なくとも一部の水を除去する水除去部40と、を備える。反応器10内のガスと触媒との接触によって炭素を生成する。反応器10及び循環流路30には二酸化炭素が充満しており、水素供給部20は二酸化炭素が充満した反応器10に水素を供給する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水素及び二酸化炭素を含む原料からメタン及び水を生成する反応器と、
水素を前記反応器に供給する水素供給部と、
二酸化炭素を前記反応器に供給する二酸化炭素供給部と、
前記反応器の入口と出口とを接続し、前記反応器で生成されたメタンを前記反応器へ戻す循環流路と、
前記循環流路に設けられ、前記反応器で生成された前記メタン及び前記水を含むガスから、少なくとも一部の前記水を除去する水除去部と、
を備え、
前記反応器内のガスと触媒との接触によって炭素を生成し、
前記反応器及び前記循環流路には二酸化炭素が充満しており、前記水素供給部は二酸化炭素が充満した前記反応器に水素を供給する、炭素生成システム。
続きを表示（約 700 文字）【請求項２】
入口及び出口が循環流路に接続された反応器で炭素を生成する炭素生成方法であって、
前記反応器及び前記循環流路に二酸化炭素を充満させる工程と、
前記反応器及び前記循環流路への二酸化炭素の充満を完了した後、前記反応器に水素を供給する工程と、
前記水素及び前記二酸化炭素を含む原料からメタン及び水を前記反応器で生成する工程と、
前記循環流路において、前記反応器で生成された前記メタン及び前記水を含むガスから、少なくとも一部の前記水を除去する工程と、
少なくとも一部の前記水を除去したガスを前記反応器へ供給する工程と、
前記反応器内のガスと触媒との接触によって炭素を前記反応器で生成する工程と、
を含む、炭素生成方法。
【請求項３】
前記反応器に水素を供給する工程は、前記反応器内の圧力に応じ、前記反応器に供給される水素の流量を制御する工程を含む、請求項２に記載の炭素生成方法。
【請求項４】
前記反応器に水素を供給する工程は、前記反応器に水素の供給を開始した後に、前記反応器に二酸化炭素を追加で供給する工程を含む、請求項２又は３に記載の炭素生成方法。
【請求項５】
炭素を前記反応器で生成する工程は、前記反応器内における二酸化炭素の濃度を測定し、制御する工程を含む、請求項２又は３に記載の炭素生成方法。
【請求項６】
炭素を前記反応器で生成する工程は、前記反応器内における二酸化炭素の濃度を５体積％以上３０体積％以下に制御する工程を含む、請求項２又は３に記載の炭素生成方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、炭素生成システム及び炭素生成方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素は、地球温暖化の原因として問題視されており、世界的に二酸化炭素の排出を抑制する動きが活発化している。大気中への二酸化炭素の排出量を削減し、二酸化炭素を有効に利用する方法として、水素及び二酸化炭素を固体の炭素に変換する方法がある。
【０００３】
特許文献１には、第１反応炉と凝縮器と第２反応炉と熱交換器とを含む二酸化炭素の固定化システムが開示されている。第１反応炉は、水素と二酸化炭素とを触媒の存在下で反応させてメタン及び水蒸気を含む混合ガスを生成する。凝縮器は、第１反応炉で生成された混合ガス中の水分を凝縮する。第２反応炉は、メタンガスからカーボンなどの炭素製品を製造する。熱交換器は、第１反応炉で生成された混合ガスと、第２反応炉へ供給されるメタンガスとの間で熱交換する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００５－６０１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、第１反応炉での反応は発熱反応であり、第２反応炉での反応は吸熱反応である。そして、特許文献１では、第１反応炉で生成された混合ガスと、第２反応炉へ供給されるメタンガスとの間で熱交換することにより、第１反応炉で生成された熱エネルギーを回収してシステムのエネルギー効率を向上させている。このことから、水素及び二酸化炭素を含む原料からメタンを生成する反応と、生成された混合ガスを再循環ガスとして使用して、再循環ガス中のメタンから炭素を生成する反応とを同一の反応器で実施することで、二酸化炭素から炭素を生成することができる。
【０００６】
このような再循環を伴うプロセスの場合、起動時に系内に空気の成分である窒素及びアルゴンのような不純物が残っていると、再循環ガス中に不純物が残り続け、反応率の低下の原因となる。また、再循環ガス中に酸素が残っていると、触媒劣化等の不具合の要因となる。そのため、起動前に系内の空気を水素又は二酸化炭素で置換することが好ましい。しかしながら、水素は高価なガスであることから、水素を効率的に使用するシステムを構築することが課題となっていた。
【０００７】
本開示は、水素及び二酸化炭素を含む原料からメタンを生成する反応と、メタンを含む原料から炭素を生成する反応とを同一の反応器で実施し、水素を効率的に使用する炭素生成システム及び炭素生成方法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】
【０００８】
本開示に係る炭素生成システムは、水素及び二酸化炭素を含む原料からメタン及び水を生成する反応器と、水素を反応器に供給する水素供給部と、二酸化炭素を反応器に供給する二酸化炭素供給部と、を備えている。炭素生成システムは、反応器の入口と出口とを接続し、反応器で生成されたメタンを反応器へ戻す循環流路と、循環流路に設けられ、反応器で生成されたメタン及び水を含むガスから、少なくとも一部の水を除去する水除去部と、を備えている。炭素生成システムは、反応器内のガスと触媒との接触によって炭素を生成する。反応器及び循環流路には二酸化炭素が充満しており、水素供給部は二酸化炭素が充満した反応器に水素を供給する。
【０００９】
本開示に係る炭素生成方法は、入口及び出口が循環流路に接続された反応器で炭素を生成する炭素生成方法である。炭素生成方法は、反応器及び循環流路に二酸化炭素を充満させる工程を含む。炭素生成方法は、反応器及び循環流路への二酸化炭素の充満を完了した後、反応器に水素を供給する工程を含む。炭素生成方法は、水素及び二酸化炭素を含む原料からメタン及び水を反応器で生成する工程を含む。炭素生成方法は、循環流路において、反応器で生成されたメタン及び水を含むガスから、少なくとも一部の水を除去する工程を含む。炭素生成方法は、少なくとも一部の水を除去したガスを反応器へ供給する工程を含む。炭素生成方法は、反応器内のガスと触媒との接触によって炭素を反応器で生成する工程を含む。
【００１０】
反応器に水素を供給する工程は、反応器内の圧力に応じ、反応器に供給される水素の流量を制御する工程を含んでいてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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