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公開番号2025076247
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-15
出願番号2024058060
出願日2024-03-29
発明の名称メタンの製造方法およびメタンの製造装置
出願人日本製鉄株式会社,日鉄エンジニアリング株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C07C 1/12 20060101AFI20250508BHJP(有機化学)
要約【課題】長期にわたり触媒の活性を維持し、かつ高収率でメタンを得ることができるメタンの製造方法を提供する。
【解決手段】二酸化炭素と水素を原料とするメタンの製造方法であって、第1の反応器に二酸化炭素と水素を含むガスを導入し、二酸化炭素と水素をNi系触媒の存在下で反応させることを含む前段プロセスと、第2の反応器に前記前段プロセスで得られたガスを導入し、二酸化炭素と水素をNi系触媒の存在下で反応させることを含む後段プロセスと、を含み、第1の反応器に導入するガスの温度が200℃～350℃であり、第1の反応器における触媒層出口ガス温度が440℃～650℃であり、第2の反応器に導入するガスの温度が200℃～350℃であり、第2の反応器における触媒層出口ガス温度が250℃～370℃である、メタンの製造方法。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
二酸化炭素と水素を原料とするメタンの製造方法であって、
第１の反応器に二酸化炭素と水素を含むガスを導入し、二酸化炭素と水素をＮｉ系触媒の存在下で反応させることを含む前段プロセスと、
第２の反応器に前記前段プロセスで得られたガスを導入し、二酸化炭素と水素をＮｉ系触媒の存在下で反応させることを含む後段プロセスと、
を含み、
前記第１の反応器に導入するガスの温度が２００℃～３５０℃であり、前記第１の反応器における触媒層出口ガス温度が４４０℃～６５０℃であり、
前記第２の反応器に導入するガスの温度が２００℃～３５０℃であり、前記第２の反応器における触媒層出口ガス温度が２５０℃～３７０℃である、メタンの製造方法。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第１の反応器が断熱型反応器であり、前記第２の反応器が熱交換型反応器である、請求項１に記載のメタンの製造方法。
【請求項３】
前記第１の反応器中の前記Ｎｉ系触媒及び前記第２の反応器中の前記Ｎｉ系触媒が、Ｎｉ／Ａｌ
２
Ｏ
３
触媒、Ｎｉ／ＣｅＯ
２
触媒、Ｒｕ－Ｎｉ／ＣｅＯ
２
触媒、ＮｉＭｇＯ系触媒、及びＮｉ／Ｌａ
２
Ｏ
３
／Ａｌ
２
Ｏ
３
触媒から選択される少なくとも１種である、請求項１又は２に記載のメタンの製造方法。
【請求項４】
前記第２の反応器中の前記Ｎｉ系触媒が、Ｒｕ－Ｎｉ／ＣｅＯ
２
触媒、及びＮｉ／Ｌａ
２
Ｏ
３
／Ａｌ
２
Ｏ
３
触媒から選択される少なくとも１種である、請求項３に記載のメタンの製造方法。
【請求項５】
前記第１の反応器中の前記Ｎｉ系触媒及び前記第２の反応器中の前記Ｎｉ系触媒のＮｉ含有量が１０～３５質量％である、請求項３に記載のメタンの製造方法。
【請求項６】
前記第１の反応器に導入するガスの二酸化炭素濃度が１０～２０モル％であり、
前記第２の反応器に導入するガスの二酸化炭素濃度が１～６モル％である、請求項１又は２に記載のメタンの製造方法。
【請求項７】
前記第１の反応器中の前記Ｎｉ系触媒が、ＮｉＭｇＯ系触媒であり、
前記前段プロセスにおいて前記第１の反応器中で生成した使用済みの前記Ｎｉ系触媒を、雰囲気温度４００～１０００℃の条件で酸素含有ガスと接触させて酸化させ、酸化させた前記Ｎｉ系触媒を雰囲気温度５００～１０００℃の条件で水素含有ガスと接触させて還元することで、前記使用済みのＮｉ系触媒を再生させて再生触媒を得ることを含む、請求項１又は２に記載のメタンの製造方法。
【請求項８】
前記再生触媒を前記第１の反応器中の前記Ｎｉ系触媒として使用して、前記前段プロセスを再度実施することを含む、請求項７に記載のメタンの製造方法。
【請求項９】
二酸化炭素と水素を原料とするメタンの製造装置であって、
導入されるガスの温度が２００℃～３５０℃となり、触媒層出口ガス温度が４４０℃～６５０℃となるように構成されている第１の反応器と、
導入されるガスの温度が２００℃～３５０℃となり、触媒層出口ガス温度が２５０℃～３７０℃となるように構成されている第２の反応器と、を含み、
前記第１の反応器が前記第２の反応器の上流にあり、
前記第１の反応器がＮｉ系触媒層を備え、
前記第２の反応器がＮｉ系触媒層を備え、
前記第１の反応器に導入されるガスが、二酸化炭素と水素を含み、
前記第２の反応器に導入されるガスが、前記第１の反応器を経たガスである、メタンの製造装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、メタンの製造方法およびメタンの製造装置に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化抑制の観点から、二酸化炭素を再利用する技術の開発が急がれている。中でも、二酸化炭素と水素とを反応させてメタンを合成するメタネーションは、有望な技術の一つとして注目されている。
【０００３】
特許文献１には、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択された一種類以上の担体と、担体に担持されたＮｉを含む触媒成分とを含む、３００℃未満の低温でのメタン化に適した触媒が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、燃焼排ガス中に含まれる二酸化炭素を分離して水素と反応させることによりメタンを得るメタン化に際し、燃焼排ガス中に含まれ、メタン化触媒の触媒毒となる二酸化硫黄の濃度を抑制できるメタン化方法が記載されている。
【０００５】
特許文献３には、Ｃａ／（Ｚｒ＋Ｃａ）の原子比が、０．１４～０．２５であることを特徴とする、結晶構造にＣａ及びＮｉが取り込まれる安定化ジルコニア担体と、安定化ジルコニア担体に担持される、金属状態のＮｉとを備えるメタン化反応用触媒が記載されている。
【０００６】
特許文献４には、活性アルミナ成型体と、活性アルミナ成型体に担持されたジルコニア及びルテニウムとを含有し、ジルコニアの担持量が活性アルミナ成型体１００質量部に対して３～１０質量部であり、ルテニウムの担持量が活性アルミナ成型体１００質量部に対して０．１～５質量部であり、粒径２～２０ｍｍの成型体である二酸化炭素のメタン化触媒成型体が記載されている。
【０００７】
非特許文献１には、ＣＯ
２
メタネーション反応において使用されるＮｉ／ＣｅＯ
２
触媒について、少量の貴金属（Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ）の添加による触媒性能への影響が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０１９－１５５２２７号公報
特開２０１９－１７２５９５号公報
国際公開第２０１６／０１３４８８号
国際公開第２０２２／２２４９９３号
【非特許文献】
【０００９】
Renda, S. et al., 「Study of the effect of noble metal promotion in Ni-based catalyst for the Sabatier reaction」, Int. J. Hydrogen Energy 2021, 46, 12117-12127
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
メタネーションに対して活性を有する触媒は一般的に高価であるため、触媒をできるだけ長期で使用することが求められている。そこで、本発明の目的は、長期にわたり触媒の活性を維持し、かつ高収率でメタンを得ることができるメタンの製造方法およびメタンの製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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