CN113557219B - 甲烷制备系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种甲烷制备系统，其具备：被供给CO和/或CO2，使CO和/或CO2与氢反应，从而生成甲烷与水的反应釜；在所述CO和/或CO2的供给方向上位于所述反应釜的上游侧，使包含CO和/或CO2及水溶性杂质的原料气体与水接触，从而从所述原料气体中去除所述水溶性杂质的洗涤罐；将去除了所述水溶性杂质的原料气体从所述洗涤罐供给至所述反应釜的第一供给管线；及将所述反应釜中生成的水从所述反应釜供给至所述洗涤罐以使所述水在所述洗涤罐中与所述原料气体接触的第二供给管线。
Description
技术领域
本发明涉及一种甲烷制备系统。
背景技术
已知有一种使二氧化碳与氢反应从而制备甲烷的甲烷制备装置。
例如，提出了一种甲烷合成装置，其具备：使二氧化碳与氢反应，从而生成一氧化碳与水的第一反应器；分离一氧化碳与水的第一冷凝器；从第一冷凝器中引入一氧化碳并使一氧化碳与氢反应，从而生成甲烷与水的第二反应器；分离甲烷与水的第二冷凝器(例如，参考专利文献1)。
并且，在这种甲烷合成装置中的第一反应器中，二氧化碳及氢在460℃～550℃、3.0MPa的条件下，如下述式(1)所示地进行反应，生成一氧化碳及水。
CO2+H2→CO+H2O (1)
并且，将包含一氧化碳及水作为主要成分，并包含氢作为未反应残留成分的气体从第一反应器供给至第一冷凝器，从而从气体中分离并去除水。
接着，将已分离出水的气体从第一冷凝器供给至第二反应器，在第二反应器中，一氧化碳及氢在250℃～450℃、3.0MPa的条件下，如下述式(2)所示地进行反应，生成甲烷及水。
CO+3H2→CH4+H2O (2)
并且，将包含甲烷及水的气体从第二反应器供给至第二冷凝器，从而从气体中分离并去除水。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-140382号公报
发明内容
本发明要解决的技术问题
然而，在专利文献1中记载的甲烷合成装置中，第二反应器中生成的甲烷溶解在经第二冷凝器分离的水中。由于甲烷具有可燃性，因此若从甲烷合成装置中排出经第二冷凝器分离的水，则被排出的水的安全性可能会降低。此外，若甲烷从溶解有甲烷的水中排放至大气，则会成为环境负担的原因。
本发明提供一种能够在有效地利用由反应生成的水的同时，谋求提高生成的水的安全性，且能够减少环境负担的甲烷制备系统。
解决技术问题的技术手段
本发明[1]包含甲烷制备系统，其具备：被供给CO和/或CO2，使CO和/或CO2与氢反应，从而生成甲烷与水的反应釜；在所述CO和/或CO2的供给方向上位于所述反应釜的上游侧，使包含CO和/或CO2及水溶性杂质的原料气体与水接触，从而从所述原料气体中去除所述水溶性杂质的洗涤罐；将去除了所述水溶性杂质的原料气体从所述洗涤罐供给至所述反应釜的第一供给管线；及将所述反应釜中生成的水从所述反应釜供给至所述洗涤罐以使所述水在所述洗涤罐中与所述原料气体接触的第二供给管线。
根据这样的构成，第二供给管线将反应釜中生成的水(以下，记作生成水)由反应釜供给至洗涤罐，在洗涤罐中，使包含CO和/或CO2及水溶性杂质的原料气体与生成水接触。
此时，原料气体所含有的水溶性杂质溶解于生成水中，且同时溶解于生成水的甲烷被CO和/或CO2置换。因此，能够将生成水有效地用于原料气体所含有的水溶性杂质的去除，且同时能够减少溶解于生成水的甲烷。
其结果，能够谋求提高生成水的安全性，且能够减少环境负担。
本发明[2]包含上述[1]所述的甲烷制备系统，其中，所述反应釜、所述第一供给管线、所述洗涤罐及所述第二供给管线构成密闭管线。
根据这样的构成，由于反应釜、第一供给管线、洗涤罐及第二供给管线构成密闭管线，因此能够抑制甲烷从甲烷制备系统中排出。因此，能够确实地谋求减少环境负担。
本发明[3]包含上述[2]所述的甲烷制备系统，其进一步具备：连接所述洗涤罐与所述第二供给管线，使储存在所述洗涤罐中的水循环的循环管线；及设置在所述循环管线与所述第二供给管线的连接部分，因来自所述洗涤罐的水的通过而产生负压，由此抽吸来自所述反应釜的水的抽吸部。
根据这样的构成，由于循环管线使储存在洗涤罐中的生成水循环，因此能够确实地将溶解于生成水的甲烷置换为CO和/或CO2。因此，能够确实地谋求提高生成水的安全性，且同时能够更确实地谋求减少环境负担。
此外，设置在循环管线与第二供给管线的连接部分的抽吸部因在洗涤罐中循环的生成水的通过而产生负压，由此抽吸来自反应釜的生成水。因此，该甲烷制备系统的构成简单，同时能够使生成水循环，且能够将来自反应釜的生成水稳定地供给至洗涤罐。
本发明[4]包含上述[1]～[3]中任一项所述的甲烷制备系统，其中，所述第二供给管线具备喷嘴，该喷嘴位于所述洗涤罐内，且喷射由所述反应釜供给的水。
根据这样的构成，喷嘴在洗涤罐内喷射由反应釜供给的生成水。因此，在洗涤罐中，能够使包含CO和/或CO2及水溶性杂质的原料气体与生成水有效地接触。其结果，能够有效地从原料气体中去除水溶性杂质，且同时能够确实地减少溶解于生成水的甲烷。
发明效果
本发明的甲烷制备系统能够在有效地利用由反应生成的水的同时，谋求提高从甲烷制备系统中排出的水的安全性，且能够减少环境负担。
附图说明
图1为本发明的甲烷制备系统的第一实施方式的结构示意图。
图2为本发明的甲烷制备系统的第二实施方式的结构示意图。
具体实施方式
＜第一实施方式＞
1.甲烷制备系统
参考图1，对作为本发明的甲烷制备系统的第一实施方式的甲烷制备系统1进行说明。甲烷制备系统1为使CO和/或CO2与氢反应从而制备甲烷的甲烷制造设备。
甲烷制备系统1具备：反应单元2、洗涤单元3、第一供给单元4、第二供给单元5、第一热交换器7、第二热交换器8及循环单元9。
反应单元2使CO和/或CO2与氢反应，从而生成甲烷及水。反应单元2具备反应釜20、夹套21及甲烷化反应用催化剂22。
反应釜20被供给CO和/或CO2，使CO和/或CO2与氢反应，从而生成甲烷与水。另外，以下，将反应釜20中生成的水记作生成水。反应釜20例如由耐热耐压容器构成。夹套21可对反应釜20内进行加热。
甲烷化反应用催化剂22配置在反应釜20内。甲烷化反应用催化剂22促进CO和/或CO2与氢的甲烷化反应。甲烷化反应用催化剂22例如具备稳定化二氧化锆载体与担载于稳定化二氧化锆载体的Ni。稳定化二氧化锆载体固溶有稳定化元素，具有四方晶系和/或立方晶系的晶体结构。作为稳定化元素，例如可列举出Ca、Mn、Fe、Co等，可优选列举出Mn、Fe、Co，可进一步优选列举出Mn。Ni优选担载于稳定化二氧化锆载体，且同时固溶于稳定化二氧化锆载体。
洗涤单元3利用由反应釜20供给的生成水洗涤包含CO和/或CO2及水溶性杂质的原料气体，从而从原料气体中去除水溶性杂质。洗涤单元3在CO和/或CO2的供给方向(以下，记作CO/CO2供给方向)上，位于反应单元2的上游侧。洗涤单元3具备洗涤罐30、原料气体供给管线31、排水管线34、电磁阀33及液位计32。
洗涤罐30使包含CO和/或CO2及水溶性杂质的原料气体与生成水接触，从而从原料气体中去除水溶性杂质。洗涤罐30例如由耐压容器构成。洗涤罐30可储存与原料气体进行了接触的生成水。洗涤罐30在CO/CO2供给方向上位于反应釜20的上游侧。
原料气体供给管线31为用于将原料气体供给至洗涤罐30的管道。虽未对原料气体供给管线31的CO/CO2供给方向的上游端部进行图示，但其连接于储存原料气体的原料气体储罐。原料气体供给管线31的CO/CO2供给方向的下游端部连接于洗涤罐30的侧壁。
排水管线34为用于将储存于洗涤罐30的生成水从洗涤罐30中排出的管道。排水管线34的生成水的排出方向的上游端部连接于洗涤罐30的底壁。虽未对排水管线34的生成水的排出方向的下游端部进行图示，但其连接于储存从排水管线34排出的生成水的排水储罐。
电磁阀33设置在排水管线34上。电磁阀33例如为公知的开关阀，打开或关闭排水管线34。电磁阀33通常封闭排水管线34。电磁阀33电连接于未图示的控制部。
液位计32可检测洗涤罐30内的水位。液位计32电连接于未图示的控制部。当液位计32所检测的洗涤罐30内的水位达到第一规定值以上时，未图示的控制部使电磁阀33打开排水管线34，从洗涤罐30中排出生成水。然后，当液位计32所检测的洗涤罐30内的水位成为小于第一规定值的第二规定值以下时，未图示的控制部使电磁阀33封闭排水管线34，停止将生成水从洗涤罐30中排出。
第一供给单元4将在洗涤罐30中洗涤并去除了水溶性杂质的原料气体(以下，记作洗涤原料气体)与氢气混合，然后将它们的混合气体供给至反应釜20。第一供给单元4具备第一供给管线40、氢供给管线46、第一电磁阀45、第一流量计44、第二电磁阀48及第二流量计47。
第一供给管线40将洗涤原料气体从洗涤罐30供给至反应釜20。第一供给管线40在CO/CO2的供给方向上位于洗涤罐30与反应釜20之间。第一供给管线40在CO/CO2的供给方向上，依次具备第一部分41、后述的构成第二热交换器8的第二加热侧流路80、第二部分42、后述的构成第一热交换器7的第一加热侧流路70、第三部分43。另外，在下文中对第一加热侧流路70及第二加热侧流路80进行叙述。
第一部分41为用于将洗涤原料气体从洗涤罐30供给至第二热交换器8的管道。第一部分41的CO/CO2供给方向的上游端部连接于洗涤罐30的上壁。第一部分41的CO/CO2供给方向的下游端部连接于第二加热侧流路80的CO/CO2供给方向的上游端部。
此外，第一部分41中连接有后述的氢供给管线46。因此，在第一部分41中，洗涤原料气体与氢气混合，它们的混合气体被供给于第二加热侧流路80。
第二部分42为用于将通过了第二加热侧流路80的混合气体从第二热交换器8供给至第一热交换器7的管道。第二部分42的CO/CO2供给方向的上游端部连接于后述的第二加热侧流路80的CO/CO2供给方向的下游端部。第二部分42的CO/CO2供给方向的下游端部连接于后述的第一加热侧流路70的CO/CO2供给方向的上游端部。
第三部分43为用于将通过了第一加热侧流路70的混合气体从第一热交换器7供给至反应釜20的管道。第三部分43的CO/CO2供给方向的上游端部连接于后述的第一加热侧流路70的CO/CO2供给方向的下游端部。第三部分43的CO/CO2供给方向的下游端部连接于反应釜20的上壁。
氢供给管线46为用于将氢气供给至第一供给管线40的管道。虽未对氢供给管线46的氢气供给方向的上游端部进行图示，但其连接于储存氢气的氢气储罐。氢供给管线46的氢气供给方向的下游端部连接于第一部分41。
第一电磁阀45设置在第一供给管线40的第一部分41。相对于第一部分41中的氢供给管线46的连接部分，第一电磁阀45位于CO/CO2供给方向的上游侧。第一电磁阀45例如为公知的开关阀，打开或关闭第一部分41。第一电磁阀45电连接于未图示的控制部。
第一流量计44可检测通过第一部分41的洗涤原料气体的流量。在第一部分41中，第一流量计44设置在洗涤罐30与第一电磁阀45之间。第一流量计44电连接于未图示的控制部。未图示的控制部以使第一流量计44所检测的原料气体的流量为规定量的方式，适当地打开或关闭第一电磁阀45。
第二电磁阀48设置在氢供给管线46上。第二电磁阀48例如为公知的开关阀，打开或关闭氢供给管线46。第二电磁阀48电连接于未图示的控制部。
第二流量计47可检测通过氢供给管线46的氢气的流量。在氢供给管线46中，相对于第二电磁阀48，第二流量计47设置在氢气供给方向的上游侧。第二流量计47电连接于未图示的控制部。未图示的控制部以使第二流量计47所检测的氢气的流量为规定量的方式，适当地打开或关闭第二电磁阀48。
第二供给单元5将在反应釜20中生成的反应产物分离成生成水与甲烷，并将生成水供给至洗涤罐30、将甲烷供给至未图示的甲烷储罐。第二供给单元5具备气液分离器57、第二供给管线50及甲烷排出管线58。
气液分离器57在生成水的供给方向上位于反应釜20的下游侧。气液分离器57可将由反应釜20供给的反应产物分离成生成水与甲烷。
第二供给管线50将生成水从反应釜20供给至洗涤罐30，以使生成水在洗涤罐30中与原料气体接触。第二供给管线50在生成水的供给方向上依次具备：第一部分51、后述的构成第一热交换器7的第一冷却侧流路71、第二部分52、第三部分53、后述的构成第二热交换器8的第二冷却侧流路81、第四部分54、第五部分55及喷嘴56。另外，在下文中，对第一冷却侧流路71及第二冷却侧流路81进行叙述。
第一部分51为用于将反应产物从反应釜20供给至第一热交换器7的管道。第一部分51的生成水的供给方向的上游端部连接于反应釜20的底壁。第一部分51的生成水的供给方向的下游端部连接于后述的第一冷却侧流路71的生成水的供给方向的上游端部。
第二部分52为用于将通过了第一冷却侧流路71的反应产物从第一热交换器7供给至气液分离器57的管道。第二部分52的生成水的供给方向的上游端部连接于后述的第一冷却侧流路71的生成水的供给方向的下游端部。第二部分52的生成水的供给方向的下游端部连接于气液分离器57。
第三部分53为用于将在气液分离器57中分离的生成水从气液分离器57供给至后述的第二热交换器8的管道。第三部分53的生成水的供给方向的上游端部连接于气液分离器57。第三部分53的生成水的供给方向的下游端部连接于后述的第二冷却侧流路81的生成水的供给方向的上游端部。
第四部分54为用于将通过了第二冷却侧流路81的生成水从第二热交换器8供给至后述的喷射器92的管道。第四部分54的生成水的供给方向的上游端部连接于第二冷却侧流路81的生成水的供给方向的下游端部。第四部分54的生成水的供给方向的下游端部连接于喷射器92的第一入口(未图示)。
第五部分55为用于将通过了喷射器92的生成水供给至洗涤罐30的管道。第五部分55的生成水的供给方向的上游端部连接于喷射器92的出口(未图示)。第五部分55的生成水的供给方向的下游端部位于洗涤罐30内。
喷嘴56设置在第二供给管线50的生成水的供给方向的下游端部、即设置在第五部分55的生成水的供给方向的下游端部。喷嘴56位于洗涤罐30内。喷嘴56喷射由反应釜20供给的生成水。
由此，洗涤罐30、第一供给管线40、反应釜20、第二供给管线50及气液分离器57构成密闭管线。
甲烷排出管线58为用于将在气液分离器57中分离的甲烷气体从气液分离器57中排出的管道。甲烷排出管线58的甲烷排出方向的上游端部连接于气液分离器57。虽未对甲烷排出管线58的甲烷排出方向的下游端部进行图示，但其连接于储存从甲烷排出管线58排出的甲烷的甲烷储罐。
第一热交换器7使由反应釜20供给的反应产物与洗涤原料气体及氢气的混合气体进行热交换。第一热交换器7具备上述的第一加热侧流路70与上述的第一冷却侧流路71。第一加热侧流路70中通过温度较低的混合气体，第一冷却侧流路71中通过温度较高的反应产物。因此，在第一热交换器7中，热量从通过第一冷却侧流路71的反应产物转移至通过第一加热侧流路70的混合气体。
第二热交换器8使在气液分离器57中分离的生成水与洗涤原料气体及氢气的混合气体进行热交换。第二热交换器8具备上述的第二加热侧流路80与上述的第二冷却侧流路81。第二加热侧流路80中通过温度较低的混合气体，第二冷却侧流路81中通过温度较高的生成水。因此，在第二热交换器8中，热量从通过第二冷却侧流路81的生成水转移至通过第二加热侧流路80的混合气体。
循环单元9使储存在洗涤罐30中的生成水循环。循环单元9具备循环管线90、泵91及作为抽吸部的一个例子的喷射器92。
循环管线90使储存在洗涤罐30中的生成水循环。循环管线90连接洗涤罐30与第二供给管线50。详细而言，循环管线90的生成水的循环方向的上游端部连接于洗涤罐30的底壁。循环管线90的生成水的循环方向的下游端部连接于喷射器92的第二入口(未图示)。
泵91设置在循环管线90上。泵91例如为公知的输液泵。
喷射器92设置在循环管线90与第二供给管线50的连接部分。详细而言，喷射器92设置在第四部分54、第五部分55及循环管线90的连接部分。通过泵91的驱动，来自洗涤罐30的生成水从循环管线90向着第五部分55通过喷射器92时，喷射器92的内部产生负压。由此，由第四部分54供给的生成水被抽吸至喷射器92的内部。即，喷射器92因来自洗涤罐30的生成水的通过而产生负压，由此抽吸来自反应釜20的生成水。
2.甲烷的制备方法
接着，对甲烷制备系统1中的甲烷的制备方法的第一实施方式进行说明。
甲烷的制备方法中，首先，将原料气体从原料气体供给管线31供给至洗涤罐30。原料气体例如通过火力发电厂、垃圾焚烧设施、污水处理设施、甲烷发酵设备、天然气的开采等而制备。原料气体包含CO和/或CO2及水溶性杂质。另外，本实施方式中，对原料气体包含CO2与水溶性杂质的形式进行详细叙述。作为水溶性杂质，例如可列举出硫化氢、氨、氯化氢等。由于这些水溶性杂质会使甲烷化反应用催化剂22中毒，因此期望尽可能去除这些水溶性杂质。
供给至洗涤罐30的原料气体的温度例如为0℃以上，优选为5℃以上；例如为35℃以下，优选为20℃以下。
并且，在洗涤罐30中，原料气体与由反应釜20供给的生成水(后述的甲烷溶解水)接触。由此，将原料气体所含有的水溶性杂质溶解于生成水，从而从原料气体中去除水溶性杂质。此时，溶解于生成水的甲烷与CO2置换，关于甲烷与CO2的置换，在下文中进行详述。
洗涤罐30中的压力(表压)例如为0.1MPaG以上，优选为0.6MPaG以上；例如为1MPaG以下，优选为0.9MPaG以下。
接着，使去除了水溶性杂质的原料气体(洗涤原料气体)从洗涤罐30流入第一供给管线40的第一部分41。并且，在第一部分41中，以使CO2与氢的mol比为1:4的方式混合洗涤原料气体与由氢供给管线46供给的氢气。另外，通过第一流量计44及第一电磁阀45调节洗涤原料气体的流量，通过第二流量计47及第二电磁阀48调节氢气的流量。
接着，将洗涤原料气体与氢气的混合气体供给至第二加热侧流路80。并且，当混合气体通过第二加热侧流路80时，其被通过第二冷却侧流路81的生成水加热。
通过了第二加热侧流路80的混合气体的温度例如为10℃以上，优选为40℃以上；例如为200℃以下，进一步优选为100℃以下。
接着，通过了第二加热侧流路80的混合气体经由第二部分42而被供给至第一加热侧流路70。并且，当混合气体通过第一加热侧流路70时，其被通过第一冷却侧流路71的反应生成气体加热。
通过了第一加热侧流路70的混合气体的温度例如为100℃以上，优选为150℃以上，进一步优选为200℃以上；例如为300℃以下，优选为250℃以下。
接着，通过了第一加热侧流路70的混合气体经由第三部分43而被供给至反应釜20。
并且，如下述式(3)所示，在反应釜20中，CO2与氢进行反应，生成甲烷与水(生成水)。
式(3)
[化学式1]
反应釜20的内部温度例如为200℃以上，优选为250℃以上；例如为700℃以下，优选为650℃以下。
反应釜20的内部压力(表压)例如为0MPaG以上，优选为0.4MPaG以上；例如为1MPaG以下，优选为0.9MPaG以下。
反应釜20中的甲烷的分压(表压)例如为0.1MPaG以上，优选为0.3MPaG以上；例如为0.9MPaG以下，优选为0.5MPaG以下。
反应釜20中的CO2的分压(表压)例如为0.001MPaG以上，优选为0.003MPaG以上；例如为0.009MPaG以下，优选为0.005MPaG以下。
反应釜20中的氢的分压(表压)例如为0.004MPaG以上，优选为0.012MPaG以上；例如为0.036MPaG以下，优选为0.02MPaG以下。
接着，包含甲烷与生成水的反应产物通过第二供给管线50的第一部分51从反应釜20中排出。
反应产物的温度例如为150℃以上，优选为200℃以上；例如为350℃以下，优选为250℃以下。
接着，反应产物经由第一部分51而被供给至第一冷却侧流路71。并且，当反应产物通过第一冷却侧流路71时，其被通过第一加热侧流路70的混合气体冷却。
通过了第一冷却侧流路71的反应产物的温度例如为5℃以上，优选为20℃以上；例如为110℃以下，优选小于100℃。
若通过了第一冷却侧流路71的反应产物的温度为上述上限以下，则能够在第二供给管线50的内部压力下使水成为沸点以下，能够充分地确保供给至洗涤罐30的水量，以去除原料气体中的水溶性杂质。
接着，通过了第一冷却侧流路71的反应产物经由第二部分52而被供给至气液分离器57。
并且，气液分离器57将反应产物分离成生成水与甲烷。
此时，气液分离器57的温度例如为5℃以上，优选为20℃以上；例如为110℃以下，优选小于100℃。
然后，甲烷经由甲烷排出管线58而被储存在未图示的甲烷储罐中。此外，在甲烷排出管线58中，也可以在气液分离器57与未图示的甲烷储罐之间设置收集冷凝水的装置(例如，热交换器、气液分离器等)。
此外，生成水经由第三部分53而被供给至第二冷却侧流路81。此处，在气液分离器57中分离的生成水中溶解有甲烷。以下，将溶解有甲烷的生成水记作甲烷溶解水。
相对于甲烷溶解水的总质量，甲烷溶解水中的甲烷的溶解量例如为50ppm以上，优选为100ppm以上；例如为150ppm以下，优选为130ppm以下。另外，甲烷的溶解量可以通过检测器进行测定(以下相同)。
然后，当甲烷溶解水通过第二冷却侧流路81时，其被通过第二加热侧流路80的混合气体冷却。
通过第二冷却侧流路81的甲烷溶解水的温度例如为5℃以上，优选为20℃以上；例如为100℃以下，优选为60℃以下。
接着，通过了第二冷却侧流路81的甲烷溶解水经由第四部分54及第五部分55而被供给至喷嘴56。
并且，甲烷溶解水从喷嘴56喷出，与由原料气体供给管线31供给的原料气体接触。
甲烷在水中的溶解度低于CO2，在洗涤罐30中，相对于甲烷，CO2过量存在，因此在洗涤罐30中，溶解于生成水的甲烷被CO2置换。此时，如上所述，原料气体中的水溶性杂质溶解于生成水中。即，水溶性杂质及CO2溶解于生成水，且同时甲烷从生成水中排出。
然后，从生成水中排出的甲烷与洗涤原料气体一同从洗涤罐30流入第一供给管线40的第一部分41。
此外，溶解有水溶性杂质及CO2的生成水被储存在洗涤罐30中，通过泵91并经由循环管线90而被送液至喷射器92。并且，当生成水从循环管线90向着第五部分55通过喷射器92时，喷射器92的内部产生负压，由此抽吸来自第四部分54的甲烷溶解水。由此，来自循环管线90的生成水与来自第四部分54的甲烷溶解水汇合，通过喷嘴56而被喷射。
然后，当液位计32检测到洗涤罐30内的水位达到第一规定值以上时，未图示的控制部使电磁阀33打开排水管线34，生成水从洗涤罐30中排出。
相对于排出的生成水的总质量，从排水管线34排出的生成水中的CO2的溶解量例如为1000ppm以上，优选为2000ppm以上，进一步优选为5000ppm以上。另外，CO2的溶解量可以通过检测器进行测定。
3.作用效果
如图1所示，第二供给管线50将反应釜20中生成的生成水从反应釜20供给至洗涤罐30，在洗涤罐30中，使包含CO和/或CO2及水溶性杂质的原料气体与生成水接触。
此时，原料气体所含有的水溶性杂质溶解于生成水中，且同时溶解于生成水的甲烷被CO2置换。因此，能够将生成水有效地利用于原料气体所含有的水溶性杂质的去除，且同时能够减少溶解于生成水的甲烷。其结果，能够谋求提高生成水的安全性，且能够减少环境负担。
此外，洗涤罐30、第一供给管线40、反应釜20、第二供给管线50及气液分离器57构成密闭管线。因此，能够抑制甲烷从甲烷制备系统1中排出。其结果，能够确实地谋求减少环境负担。
此外，循环管线90使储存在洗涤罐30中的生成水循环。因此，能够确实地将溶解于生成水的甲烷置换成CO2。其结果，能够确实地谋求提高生成水的安全性，且同时能够更确实地谋求减少环境负担。
然而，在甲烷制备系统1中，供给原料气体的洗涤罐30的内部压力最高，且第一供给管线40、反应釜20及第二供给管线50的内部压力依次减小。因此，为了将生成水从反应釜20供给至洗涤罐30，并利用生成水去除原料气体中的水溶性杂质，需要用于加压输送生成水的机构。
针对这一点，在甲烷制备系统1中，设置在循环管线90与第二供给管线50的连接部分的喷射器92因在洗涤罐30中循环的生成水的通过而产生负压，由此抽吸来自反应釜20的生成水。因此，甲烷制备系统1的构成简单，同时能够使生成水循环，且能够将来自反应釜20的生成水稳定地供给至洗涤罐30。
此外，喷嘴56在洗涤罐30内喷射由反应釜20供给的生成水。因此，在洗涤罐30中，能够使包含CO2与水溶性杂质的原料气体同生成水有效地接触。其结果，能够有效地从原料气体中去除水溶性杂质，且同时能够确实地减少溶解于生成水的甲烷。
此外，利用泵91与喷嘴56，能够增加生成水与原料气体的接触次数，能够增加生成水吸收水溶性杂质的次数。
另外，在上述的第一实施方式中，原料气体包含CO2与水溶性杂质，但原料气体的组成并不限定于此。原料气体可以含有CO与水溶性杂质，也可以含有CO2、CO及水溶性杂质。通过这些原料气体，也能够发挥与上述的第一实施方式相同的作用效果。
4.第二实施方式
接着，参考图2，对本发明的第二实施方式进行说明。
在第一实施方式中，如图1所示，甲烷制备系统1具备两个热交换器，但甲烷制备系统1的构成并不限定于此。
在第二实施方式中，如图2所示，甲烷制备系统1不具备第二热交换器8，仅具备第一热交换器7。具体而言，第一供给管线40中的第一部分41的CO/CO2供给方向的下游端部连接于第一冷却侧流路71的上游端部。此外，第二供给管线50中的第二部分52的生成水的供给方向的下游端部连接于气液分离器57，第二供给管线50中的第三部分53的生成水的供给方向的下游端部连接于喷射器92。
根据这样的第二实施方式，也能够发挥与上述的第一实施方式相同的作用效果。
5.变形例
在第一实施方式中，甲烷制备系统1具备两个热交换器，在第二实施方式中，甲烷制备系统1具备一个热交换器，但本发明并不限定于此。热交换器的个数可根据条件而适当变更。此外，在甲烷制备系统1中，也能够不设置热交换器。另一方面，从甲烷制备系统1中的热量利用的角度出发，优选如第一实施方式及第二实施方式那样，使甲烷制备系统1具备热交换器。
在第一实施方式及第二实施方式中，氢供给管线46连接于第一供给管线40的第一部分41，但氢供给管线46的连接部位没有特别限制。例如，氢供给管线46可连接于第一供给管线40的任意部分(第一部分41～第三部分43中的一个)。此外，也能够将氢供给管线46直接连接于反应釜20，将氢气与洗涤原料气体分别供给至反应釜20。
另一方面，由于能够将由氢供给管线46供给的氢气与由第一供给管线40供给的洗涤原料气体一同加热，因此优选如第一实施方式及第二实施方式那样，相对于热交换器，在CO/CO2供给方向的上游侧，将氢供给管线46连接于第一供给管线40。
此外，在反应釜20中生成的甲烷气体也能够从反应釜20直接回收。另一方面，从甲烷制备系统1中的热量利用的角度出发，优选如第一实施方式及第二实施方式那样，使在反应釜20中生成的反应产物通过热交换器，然后通过气液分离器而分离甲烷与生成水。从热效率的角度出发，特别优选如第一实施方式那样，在第一热交换器7与第二热交换器8之间设置气液分离器来分离甲烷与生成水。
在第一实施方式及第二实施方式中，生成水被喷射器92抽吸，并被供给至洗涤罐30，但本发明并不限定于此。也能够在第二供给管线50中设置泵，将生成水加压输送至洗涤罐30。
此外，甲烷制备系统1也可以具备可检测甲烷气体的气体检测器。若甲烷制备系统1具备气体检测器，则能够检测出甲烷气体的泄漏，能够检测出机器(例如，热交换器等)的损坏等异常状态。
根据这样的变形例，也能够发挥与上述的第一实施方式相同的作用效果。
另外，虽然提供上述发明作为本发明的例示实施方式，但其只是例示，不能对其进行限定性的理解。对该技术领域的技术人员而言显而易见的本发明的变形例均包含在权利要求书的范围内。
工业实用性
本发明的甲烷制备系统适宜用于由CO和/或CO2制备甲烷。
附图标记说明
1：甲烷制备系统；20：反应釜；30：洗涤罐；40：第一供给管线；50：第二供给管线；56：喷嘴；90：循环管线；92：喷射器。
Claims (2)
1.一种甲烷制备装置，其特征在于，其具备：
被供给CO和/或CO2，使CO和/或CO2与氢反应，从而生成甲烷与水的反应釜；
在所述CO和/或CO2的供给方向上位于所述反应釜的上游侧，使包含CO和/或CO2及水溶性杂质的原料气体与水接触，从而从所述原料气体中去除所述水溶性杂质的洗涤罐；
将去除了所述水溶性杂质的原料气体从所述洗涤罐供给至所述反应釜的第一供给管线；及
将所述反应釜中生成的水从所述反应釜供给至所述洗涤罐以使所述水在所述洗涤罐中与所述原料气体接触的第二供给管线；
连接所述洗涤罐与所述第二供给管线，使储存在所述洗涤罐中的水循环的循环管线；及
设置在所述循环管线与所述第二供给管线的连接部分，因来自所述洗涤罐的水的通过而产生负压，由此抽吸来自所述反应釜的水的抽吸部；
其中，所述反应釜、所述第一供给管线、所述洗涤罐及所述第二供给管线构成密闭管线。
2.根据权利要求1所述的甲烷制备装置，其特征在于，所述第二供给管线具备喷嘴，所述喷嘴位于所述洗涤罐内，且喷射由所述反应釜供给的水。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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