JP2001158887A - Method and apparatus for producing synthetic natural gas - Google Patents

Method and apparatus for producing synthetic natural gas

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JP2001158887A
JP2001158887A JP37608899A JP37608899A JP2001158887A JP 2001158887 A JP2001158887 A JP 2001158887A JP 37608899 A JP37608899 A JP 37608899A JP 37608899 A JP37608899 A JP 37608899A JP 2001158887 A JP2001158887 A JP 2001158887A
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plasma
natural gas
electrode
reaction chamber
synthetic natural
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Takeshi Hatanaka
武史 畑中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus capable of efficiently mass-producing synthetic natural gas as a new energy source from a synthetic gas. SOLUTION: This apparatus has such a scheme that an anode 48 and a tubular anode 26 are concentrically set up inside housings 14, 16, 18 to provide a plasma reaction chamber 76 therebetween, and the reaction chamber 76 is packed with a methanation catalyst 78 followed by generating plasma arc under power supply between the electrodes to carry out a reaction between CO and H2 by the action of the methanation catalyst to obtain the objective methane- rich gas.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】 この発明は代替天然ガス製造法
に関し、とくに、合成天然ガス製造法およびその装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an alternative natural gas production method, and more particularly to a synthetic natural gas production method and apparatus.

【0002】[0002]

【従来技術】 石油資源の涸渇化、工場や自動車からの
排ガスによる大気汚染や、炭酸ガス排出による地球温暖
化の有効な対策として、近年自動車、船舶等の輸送機械
用の燃料として、あるいは発電用燃料として天然ガスが
注目されている。しかも、天然ガスは都市ガス用として
も年々普及しており、とくに、ピークロード対策として
代替天然ガスの製造法が提案されている。
BACKGROUND ART As an effective measure against depletion of petroleum resources, air pollution due to exhaust gas from factories and automobiles, and global warming due to carbon dioxide emission, in recent years, it has been used as a fuel for transportation equipment such as automobiles and ships, or for power generation Natural gas has attracted attention as a fuel. In addition, natural gas is widely used for city gas year by year. In particular, a method for producing alternative natural gas has been proposed as a measure against peak loads.

【0003】 米国特許第4,092,129号には電
解槽に多孔質電極を配置して電気分解によりH、O
を生成し、Oを石炭粉末と反応させてCOを生成し、
一方、反応室にてCOとHを反応させることによりメ
タンを生成するようにした合成天然ガス製造法およびそ
の装置が提案されている。この方法はメタンの生成効率
が低いために装置が大型化するのみでなく、石炭中の黄
硫が生成ガス中に混入するため、追加的な精製工程が必
要となる。
[0003] US Pat. No. 4,092,129 discloses that a porous electrode is arranged in an electrolytic cell and H 2 and O 2 are electrolyzed.
And reacting O 2 with the coal powder to produce CO;
On the other hand, a synthetic natural gas production method and an apparatus for producing methane by reacting CO and H 2 in a reaction chamber have been proposed. This method not only increases the size of the apparatus due to low methane production efficiency, but also requires an additional purification step because the sulfuric acid in the coal is mixed into the produced gas.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】 上記合成天然ガス製
造装置は効率が悪く、合成ガスを低コストで商業的、工
業的な規模で大量生産することはできなかった。しか
も、原料として石炭粉末を利用するために、生成ガス中
に多量の黄硫分を含むため、クリーンな合成天然ガスを
提供することができなかった。
SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned synthetic natural gas producing apparatus is inefficient, and it has not been possible to mass-produce synthetic gas at low cost on a commercial or industrial scale. Moreover, since a large amount of sulfuric acid is contained in the produced gas because coal powder is used as a raw material, clean synthetic natural gas cannot be provided.

【0005】 本発明の目的は低コストでクリーンな合
成天然ガスの製造法およびその装置を提供することにあ
る。
It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for producing clean synthetic natural gas at low cost.

【0006】 本発明の他の目的は安価な水を原料とし
て低コストでクリーンな合成天然ガスを商業的、工業的
規模で大量生産が可能な合成天然ガスの製造法およびそ
の装置を提供することを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a method for producing synthetic natural gas and an apparatus therefor which enable mass production of low-cost, clean synthetic natural gas on a commercial or industrial scale using inexpensive water as a raw material. With the goal.

【0007】[0007]

【問題を解決するための手段】 本願第1発明におい
て、合成天然ガス製造装置が、合成ガス導入用インレッ
ト手段およびメタンリッチガス排出用アウトレットを有
するハウジング手段と、ハウジング手段内に支持された
第1プラズマ電極手段と、第1プラズマ電極手段から間
隔をおいて配置された第2プラズマ電極手段と、第1お
よび第2プラズマ電極手段間に形成されたプラズマ反応
室と、プラズマ反応室内に充填されていてプラズマの存
在下で合成ガスからメタンを生成するメタン化触媒と、
第1および第2プラズマ電極手段に給電してプラズマ反
応室内にプラズマを発生させる給電手段と、ハウジング
手段の内部で第1および第2電極手段を冷却する冷却手
段と、インレットとアーク反応室を連結する通路手段と
を備えることにより達成される。
Means for Solving the Problems In the first invention of the present application, a synthetic natural gas producing apparatus includes a housing means having an inlet means for introducing synthetic gas and an outlet for discharging methane-rich gas, and a first plasma supported in the housing means. An electrode means, a second plasma electrode means spaced from the first plasma electrode means, a plasma reaction chamber formed between the first and second plasma electrode means, and a plasma reaction chamber. A methanation catalyst that produces methane from synthesis gas in the presence of a plasma;
Power supply means for supplying power to the first and second plasma electrode means to generate plasma in the plasma reaction chamber, cooling means for cooling the first and second electrode means inside the housing means, and connecting the inlet and the arc reaction chamber. And a passage means.

【0008】 本願第2発明において、合成天然ガス製
造法がハウジング手段内にプラズマ電極手段を備えたプ
ラズマ反応室を配置する工程と、プラズマ反応室内に合
成ガスからメタンを生成するメタン化触媒を充填する工
程と、プラズマ電極手段にプラズマ発生用電力を給電し
てプラズマ反応室にプラズマを発生させる工程と、プラ
ズマ反応室内に合成ガスを供給してプラズマの存在下で
合成ガスをメタン化触媒に接触反応させる工程と、から
なることにより達成される。
In the second invention of the present application, the synthetic natural gas production method comprises the steps of arranging a plasma reaction chamber having plasma electrode means in a housing means, and filling the plasma reaction chamber with a methanation catalyst for producing methane from synthesis gas. And generating electricity in the plasma reaction chamber by supplying power for plasma generation to the plasma electrode means, and supplying synthesis gas into the plasma reaction chamber and contacting the synthesis gas with the methanation catalyst in the presence of the plasma. And a step of reacting.

【0009】 本願第3発明において、ハウジング手段
内にプラズマ電極手段を備えたプラズマ反応室を配置す
る工程と、プラズマ電極手段に給電してプラズマ反応室
にプラズマを発生させる工程と、プラズマ反応室内に水
素および一酸化炭素を含有する合成ガスを導入してプラ
ズマの存在下で水素および一酸化炭素を直接反応させて
メタンを生成する工程とからなることにより達成され
る。
In the third invention of the present application, a step of disposing a plasma reaction chamber having a plasma electrode means in a housing means, a step of supplying power to the plasma electrode means to generate plasma in the plasma reaction chamber, Introducing a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide to directly react hydrogen and carbon monoxide in the presence of plasma to produce methane.

【0010】[0010]

【作用】 本発明の合成天然ガス製造法およびその装置
において、合成ガス導入用インレットおよび合成天然ガ
ス排出用アウトレットを有するハウジング手段内にプラ
ズマ電極手段とプラズマ反応室を配置し、プラズマ反応
室内でプラズマを発生させながらプラズマ反応室内に合
成ガスを導入して合成ガスから高効率でメタンからなる
合成天然ガスの大量生産を可能としたものである。
According to the method and the apparatus for producing synthetic natural gas of the present invention, a plasma electrode means and a plasma reaction chamber are arranged in a housing means having an inlet for introducing synthetic gas and an outlet for discharging synthetic natural gas. The synthesis gas is introduced into the plasma reaction chamber while generating the gas, thereby enabling mass production of the synthesis natural gas composed of methane with high efficiency from the synthesis gas.

【0011】[0011]

【実施例】 以下、本発明の望ましい実施例について図
面を参照しながら説明する。図1、図2において、合成
天然ガス製造装置10はフロントカバー12、フロント
ハウジング14、センターハウジング16およびリヤー
ハウジング18を備える。ハウジング14、16、18
はそれぞれセラミックその他耐熱性絶縁材料からなり、
共通の中心軸20を備えていて、ネジ(図示せず)によ
って連結される。例えば、図2において、ネジはセンタ
ーハウジング16の貫通孔21を通過してリヤーハウジ
ング18のタップ孔にネジ止めされる。図2において、
ハウジング18、16、14の内側にはプラズマ陰極ホ
ルダー22、インジェクタリング24およびプラズマ陽
極26が収納されている。プラズマ陰極ホルダー22は
ハウジング18、16の内部に固定支持されている。イ
ンジェクタリング24は陰極ホルダー22と陽極26と
の間にサンドイッチされた状態でセンターハウジング1
6の内部に固定支持される。陽極26の後方部分はセン
ターハウジング16内に部分的に延びていて、フロント
カバー12により固定位置に保持される。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2, the synthetic natural gas producing apparatus 10 includes a front cover 12, a front housing 14, a center housing 16 and a rear housing 18. Housings 14, 16, 18
Are made of ceramic and other heat-resistant insulating materials, respectively.
It has a common central shaft 20 and is connected by screws (not shown). For example, in FIG. 2, the screw passes through the through hole 21 of the center housing 16 and is screwed into a tap hole of the rear housing 18. In FIG.
Inside the housings 18, 16, and 14, a plasma cathode holder 22, an injector ring 24, and a plasma anode 26 are housed. The plasma cathode holder 22 is fixedly supported inside the housings 18 and 16. The injector ring 24 is sandwiched between the cathode holder 22 and the anode 26 in the center housing 1.
6 is fixedly supported inside. The rear portion of the anode 26 extends partially into the center housing 16 and is held in a fixed position by the front cover 12.

【0012】 陰極ホルダー22および陽極26はそれ
ぞれ端子部材28、30を介して、図示しない交流電
源、直流電源もしくは高周波パルス電源に接続される。
端子部材28は陰極ホルダー22にネジ止めされ、端子
部材30は陽極26と導通するようにフロントハウジン
グ14のタップ孔14aにネジ止められる。ハウジング
14およびフロントカバー12はそれぞれ合成ガス導入
インレット32と、合成天然ガス排出用アウトレット3
4を備える。インレット32は本願と同一出願人による
「合成ガス製造装置」(特願平11−243,653
号)に連結されて、H/CO混合ガスが連続的に供給
される。ハウジング14、16の内部には陽極26の外
周を冷却するための第1冷却通路手段38と、陰極ホル
ダー22を冷却するための第2冷却通路手段40と、中
間通路41とを備える。
The cathode holder 22 and the anode 26 are connected to an AC power source, a DC power source, or a high-frequency pulse power source (not shown) via terminal members 28 and 30, respectively.
The terminal member 28 is screwed to the cathode holder 22, and the terminal member 30 is screwed to the tap hole 14 a of the front housing 14 so as to conduct with the anode 26. The housing 14 and the front cover 12 are respectively provided with a synthetic gas inlet 32 and a synthetic natural gas outlet 3.
4 is provided. The inlet 32 is a "syngas production apparatus" (Japanese Patent Application No. 11-243,653) by the same applicant as the present application.
H 2 / CO mixed gas is supplied continuously. Inside the housings 14 and 16, there are provided first cooling passage means 38 for cooling the outer periphery of the anode 26, second cooling passage means 40 for cooling the cathode holder 22, and an intermediate passage 41.

【0013】 図2において、プラズマ陰極ホルダー2
2はプラズマ陰極アッセムブリ42のネジ部44を保持
するためのフロントエンド46を備える。陰極アッセム
ブリ42は陽極26の内部に延びている棒状陰極48を
備える。陽極26および陰極48はトリウム含有タング
ステン、もしくは窒化ハフニウム等の電極材料から構成
される。陰極ホルダー22の中心部は第2冷却手段40
内に配置された冷却部50を備える。冷却部50は陰極
ホルダー22内の中央孔52と、管状銅メッシュ54
と、銅メッシュ54内に充填されていて陰極アッセムブ
リ48の熱を放散させるための複数のペレットまたはボ
ール状の固形状伝熱体56を備える。第2冷却通路手段
40は陰極ホルダー22に形成された環状通路58、イ
ンレット60、アウトレット62を備える。環状通路5
8は第1冷却通路手段38に連通している。アウトレッ
ト62とインジェクタリング24との間にはガス供給通
路64が配置されている。ガス供給通路64はリヤーハ
ウジング18に形成されていて、その中間部に合成ガス
の供給量を調節するための流量調整弁66が配置され
る。センターハウジング16はスチームをインジェクタ
リング24に供給するための通路68を備える。インジ
ェクタリング24の外周とセンターハウジング16の内
壁との間には環状通路70が形成される。インジェクタ
リング24には接線方向に合成ガスを噴射するための複
数のガス噴射ノズル72を備え、その内壁と陰極アッセ
ムブリ42の外周との間に渦流室74が形成されてい
る。
In FIG. 2, a plasma cathode holder 2
2 has a front end 46 for holding a screw portion 44 of the plasma cathode assemble 42. Cathode assembly 42 includes a bar-shaped cathode 48 that extends inside anode 26. The anode 26 and the cathode 48 are made of an electrode material such as thorium-containing tungsten or hafnium nitride. The central part of the cathode holder 22 is
And a cooling unit 50 disposed therein. The cooling unit 50 has a central hole 52 in the cathode holder 22 and a tubular copper mesh 54.
And a plurality of pellet or ball-shaped solid heat conductors 56 filled in the copper mesh 54 for dissipating the heat of the cathode assemble 48. The second cooling passage means 40 includes an annular passage 58, an inlet 60, and an outlet 62 formed in the cathode holder 22. Annular passage 5
8 communicates with the first cooling passage means 38. A gas supply passage 64 is arranged between the outlet 62 and the injector ring 24. The gas supply passage 64 is formed in the rear housing 18, and a flow control valve 66 for adjusting the supply amount of the synthesis gas is disposed at an intermediate portion thereof. The center housing 16 has a passage 68 for supplying steam to the injector ring 24. An annular passage 70 is formed between the outer periphery of the injector ring 24 and the inner wall of the center housing 16. The injector ring 24 includes a plurality of gas injection nozzles 72 for injecting synthesis gas in a tangential direction, and a vortex chamber 74 is formed between an inner wall thereof and an outer periphery of the cathode assembly 42.

【0014】 プラズマ陰極アッセムブリ42とプラズ
マ陽極26との間にはプラズマ反応室76が形成され、
その中に粒状炭素含有材からなるメタン化触媒78が充
填される。炭素含有材78は炭素を凝縮した直径3〜1
0mmのカーボンボールまたはグラファイトボールから
構成される。なお、炭素含有材78は触媒金属表面に炭
素を折出させたものでも良い。1例として、触媒金属を
単体もしくはニッケル含有マグネタイト(Fe
等の酸化鉄から選択して、これに300〜500℃で水
素を通して酸素欠陥マグネタイトにして活性化し、その
後二酸化炭素を導入してマグネタイト表面に炭素を折出
させても良い。図2において、プラズマ反応室76内に
おいて炭素ボール同志が点接触しており、炭素ボールの
間に多数のすきまが形成される。したがって、プラズマ
電極に給電されると、個々の炭素ボールに電流が流れ、
すきまにスパークによるプラズマアークが発生する。こ
のプラズマアークはプラズマ反応室76に充填された炭
素ボールのほとんどのすきまに均一に発生する。インジ
ェクタリング24から導入された合成ガスはこれらのす
きまを通過する。このとき、COと水素との混合ガスは
プラズマアークの存在下で炭素ボールもしくはニッケル
含有マグネタイトの炭素と接触反応して次式で示すよう
なメタンが生成される。
A plasma reaction chamber 76 is formed between the plasma cathode assembly 42 and the plasma anode 26,
A methanation catalyst 78 made of a particulate carbon-containing material is filled therein. The carbon-containing material 78 has a diameter of 3 to 1 in which carbon is condensed.
It is composed of 0 mm carbon balls or graphite balls. Note that the carbon-containing material 78 may be one obtained by depositing carbon on the surface of the catalyst metal. As an example, the catalyst metal may be used alone or nickel-containing magnetite (Fe 3 O 4 )
Or the like may be selected from iron oxides, and then activated by passing hydrogen at 300 to 500 ° C. to form oxygen-deficient magnetite, and then introducing carbon dioxide to deposit carbon on the magnetite surface. In FIG. 2, the carbon balls are in point contact with each other in the plasma reaction chamber 76, and a number of gaps are formed between the carbon balls. Therefore, when power is supplied to the plasma electrode, current flows through each carbon ball,
A plasma arc is generated by the spark in the gap. This plasma arc is uniformly generated in most of the gaps of the carbon ball filled in the plasma reaction chamber 76. The synthesis gas introduced from the injector ring 24 passes through these gaps. At this time, the mixed gas of CO and hydrogen is brought into contact with carbon balls or carbon of nickel-containing magnetite in the presence of a plasma arc to produce methane represented by the following formula.

【0015】[0015]

【化】 CO+3H→ CH+HEmbedded image CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O

【0016】 プラズマ反応室76のフロント側にはデ
ィスク状多孔板80が配置されている。陽極26のフロ
ントエンドには急冷室82と急冷フイン84が形成さ
れ、急冷室82は通路86を介して第1冷却通路手段3
8に連通している。フロントカバー12の中央部に急冷
室88と急冷フイン90が形成されている。急冷室8
2、88と急冷フイン84、90はそれぞれ中心軸方向
に整列して連続している。メタンリッチガスは多孔板8
0から噴出して膨脹し、急冷フイン88、90により急
冷された後、アウトレット34から排出され、熱交換器
からなる分離装置によりメタンと水とが分離される。
A disk-shaped perforated plate 80 is arranged on the front side of the plasma reaction chamber 76. A quenching chamber 82 and a quenching fin 84 are formed at the front end of the anode 26, and the quenching chamber 82 is connected to the first cooling passage unit 3 through a passage 86.
8 is connected. A quenching chamber 88 and a quenching fin 90 are formed in the center of the front cover 12. Quench room 8
The quench fins 84 and 90 and the quench fins 84 and 90 are respectively aligned and continuous in the central axis direction. Methane rich gas is perforated plate 8
After squirting from 0 and expanding, quenched by the quench fins 88 and 90, the methane is discharged from the outlet 34, and methane and water are separated by a separation device including a heat exchanger.

【0017】 上記構成において、原料としての合成ガ
スは冷却媒体として共用される。この目的のため、合成
ガスはインレット32から第1冷却通路手段38内に導
入され、一部は通路86を介して急冷室82、88に供
給され、残部は通路41を介して第2冷却通路手段40
に供給される。合成ガスは次に第2冷却通路手段40の
環状通路58およびインレット60に流入して陰極ホル
ダー22を冷却して、予熱される。予熱された合成ガス
は開度調整スクリュー66で流量調整され、噴射ノズル
72を介して渦流室74内に噴射され、陰極アッセムブ
リ42の表面を冷却しながら、プラズマ反応室76内に
流入する。このとき、合成ガスはプラズマの存在下でプ
ラズマ反応室76内の炭素含有材78と接触反応してメ
タンリッチガスを生成する。メタンリッチガスは多孔板
80から噴出し、急冷フイン84、90によって急冷さ
れた後、アウトレット34から排出される。
In the above configuration, the synthesis gas as a raw material is shared as a cooling medium. For this purpose, synthesis gas is introduced from the inlet 32 into the first cooling passage means 38, partly supplied to the quenching chambers 82, 88 via the passage 86, and the remainder via the passage 41 to the second cooling passage. Means 40
Supplied to The synthesis gas then flows into the annular passage 58 and the inlet 60 of the second cooling passage means 40 to cool the cathode holder 22 and is preheated. The flow rate of the preheated synthesis gas is adjusted by the opening adjustment screw 66, injected into the swirl chamber 74 through the injection nozzle 72, and flows into the plasma reaction chamber 76 while cooling the surface of the cathode assembly 42. At this time, the synthesis gas contacts and reacts with the carbon-containing material 78 in the plasma reaction chamber 76 in the presence of plasma to generate a methane-rich gas. The methane-rich gas is ejected from the perforated plate 80, quenched by the quench fins 84 and 90, and then discharged from the outlet 34.

【0018】 図2の第1変形例において、プラズマ反
応室76内には炭素含有材78の代わりにプラズマ電極
と同一材料のボール状の粒状電極体が充填され、粒状電
極体のすきまにプラズマアークが発生する。したがっ
て、合成ガスが粒状電極のすきまを通過するときに、プ
ラズマの存在下でCOとHのラジカルが生成し、これ
らが直接結合して、上記式に従ってメタン化反応が進行
する。第1変形例において、プラズマ電極26、48が
20〜30eVの電圧を10〜50kHzのパルスで印
加する高周波パルス電源に接続されると、プラズマ反応
室76内にコールド(非平衡)プラズマが発生し、CO
とHがプラズマによる電子とイオンにさらされて励起
され、メタン化が進行する。この変形例において、粒状
電極体の代りに金属触媒を凝縮してペレットまたはボー
ル状にした固形状メタン転化触媒をプラズマ反応室76
内に充填しても良い。金属触媒は、例えば、米国特許第
4,238,371号、同第4,211,718号、同
第4,368,142号および同第4,666,881
号に開示されたものでも良い。
In the first modified example of FIG. 2, a ball-shaped granular electrode body made of the same material as the plasma electrode is filled in the plasma reaction chamber 76 instead of the carbon-containing material 78, and a plasma arc is formed in the gap between the granular electrode bodies. Occurs. Therefore, when the synthesis gas passes through the gap of the granular electrode, radicals of CO and H 2 are generated in the presence of the plasma, and these are directly combined, and the methanation reaction proceeds according to the above equation. In the first modification, when the plasma electrodes 26 and 48 are connected to a high-frequency pulse power supply that applies a voltage of 20 to 30 eV in pulses of 10 to 50 kHz, cold (non-equilibrium) plasma is generated in the plasma reaction chamber 76. , CO
And H 2 are exposed to electrons and ions by the plasma and excited, and methanation proceeds. In this modification, a solid methane conversion catalyst formed by condensing a metal catalyst into a pellet or a ball instead of a granular electrode body is replaced with a plasma reaction chamber 76.
It may be filled inside. Metal catalysts are described, for example, in U.S. Pat. Nos. 4,238,371, 4,211,718, 4,368,142 and 4,666,881.
May be disclosed.

【0019】 図3は図2の合成天然ガス製造装置の変
形例を示し、図2と同一部品には同一符号が用いられ
る。図3において、陽極100はプラズマ陰極48と同
心的な管状三相交流電極からなる多相プラズマ電極10
2、104、106を備え、これらはそれぞれ三相交流
電源108のR相、S相、T相に接続される。陰極ホル
ダー42は三相交流電源108の中性点に接続される
か、接地電位とするのが良い。電極106は急冷室11
0を備える。プラズマ電極102と104間には絶縁ス
ペーサ112が配置され、同様に、絶縁スペーサ114
がプラズマ電極104、106間に配置される。多相プ
ラズマ電極102、104、106に三相交流電圧が供
給されると、第1タイミングにおいて、多相電極10
2、104と中性電極48との間の粒状炭素含有材78
のすきまにプラズマアークが発生する。つぎに、第2タ
イミングにおいて、多相電極102、104、106と
中性電極48との間に電位差が生じてこれらの間の粒状
炭素含有材78のすきまにプラズマアークが発生する。
第3タイミングにおいて、多相電極102、106と中
性電極48との間に電位差が生じて、これらの間の粒状
炭素含有材78のすきまにプラズマアークが発生する。
第4タイミングにおいて、全ての多相電極102、10
4、106と中性電極48との間の粒状炭素含有材78
のすきまにプラズマアークが発生する。第5タイミング
において、多相電極104、106と中性電極48との
間の粒状炭素含有材78のすきまにプラズマアークが発
生する。第6タイミングにおいて、多相電極102、1
04、106と中性電極との間の粒状炭素含有材78の
すきまにプラズマアークが生ずる。以後、同一サイクル
が繰り返される。このように、プラズマ反応室76内で
は電圧の位相に応じて順次アークの発生位置が変化して
複数のアーク発生位置の電離ガスが常時供給される。三
相交流電源108は5〜50kHの出力周波数を有する
高周波交流電源から構成しても良い。なお、中性電極4
8を取り外して、多相電極102、104、106をデ
ルタ(Δ)形結線の三相交流電源に接続して、三相交流
電圧に沿って複数個処でアーク発生位置を変化させても
良い。
FIG. 3 shows a modification of the synthetic natural gas production apparatus of FIG. 2, and the same parts as those of FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 3, an anode 100 is a multi-phase plasma electrode 10 comprising a tubular three-phase AC electrode concentric with a plasma cathode 48.
2, 104, and 106, which are connected to the R, S, and T phases of the three-phase AC power supply 108, respectively. The cathode holder 42 is preferably connected to the neutral point of the three-phase AC power supply 108 or has a ground potential. The electrode 106 is a quenching chamber 11
0 is provided. An insulating spacer 112 is disposed between the plasma electrodes 102 and 104, and similarly, an insulating spacer 114
Is disposed between the plasma electrodes 104 and 106. When a three-phase AC voltage is supplied to the multiphase plasma electrodes 102, 104, and 106, the multiphase electrode 10
2, 104 between the neutral electrode 48 and the granular carbon-containing material 78
A plasma arc is generated in the gap. Next, at the second timing, a potential difference occurs between the multi-phase electrodes 102, 104, 106 and the neutral electrode 48, and a plasma arc is generated in a gap between the particulate carbon-containing material 78 therebetween.
At the third timing, a potential difference is generated between the multi-phase electrodes 102 and 106 and the neutral electrode 48, and a plasma arc is generated in a gap between the particulate carbon-containing material 78 therebetween.
At the fourth timing, all the multi-phase electrodes 102, 10
4, the granular carbon-containing material 78 between the neutral electrode 48
A plasma arc is generated in the gap. At the fifth timing, a plasma arc is generated in a gap between the particulate carbon-containing material 78 between the multi-phase electrodes 104 and 106 and the neutral electrode 48. At the sixth timing, the multi-phase electrodes 102, 1
A plasma arc is generated in the gap of the particulate carbon-containing material 78 between the neutral electrode 04 and 106 and the neutral electrode. Thereafter, the same cycle is repeated. As described above, in the plasma reaction chamber 76, the arc generation position is sequentially changed according to the voltage phase, and the ionized gas at a plurality of arc generation positions is constantly supplied. The three-phase AC power supply 108 may be constituted by a high-frequency AC power supply having an output frequency of 5 to 50 kHz. The neutral electrode 4
8, the multi-phase electrodes 102, 104, and 106 may be connected to a three-phase AC power supply having a delta (Δ) connection, and the arc generating position may be changed at a plurality of points along the three-phase AC voltage. .

【0020】 図4は図2の合成天然ガス製造装置の他
の変形例を示し、図2と同一部品には同一符号が用いら
れる。図4において、第1電極はフロントハウジング1
4(図2参照)内に収納される陽極120と、陰極ホル
ダー42に支持された平板状陰極122と、陽極120
と陰極122との間に配置されてフロントハウジング1
4およびセンターハウジング16内に収納される絶縁ス
リーブ124とを備える。陽極120は冷却媒体通路1
26と、急冷室128と、急冷フイン130と、生成ガ
ス噴出口132とを備える。陰極122はガス供給口1
34を備えていてインジェクタリング24の渦流室74
と連通する。絶縁スリーブ124の内部にはプラズマ反
応室76が形成され、この中に粒状炭素含有材78が充
填される。陽極120と陰極122に給電されると、炭
素含有材78のすきまにプラズマアークが発生する。合
成ガスが渦流室74から陰極122のガス供給口134
を介してプラズマアーク反応室76内に導入されると、
合成ガスは炭素含有材78のすきまを通過し、そのと
き、炭素含有材78の炭素の存在下でCOとHが反応
してメタンと水蒸気との混合ガスを生成する。混合ガス
は噴出口132から噴出しながら急冷フイン130によ
り急冷され、アウトレット136から排出され、さら
に、次工程で冷却されてメタンとHOとが分離され
る。図4において、陽極120と陰極122の中間に通
孔を備えた第2平板状電極を配置して、これら電極を図
3の実施例の如く、三相交流電源もしくは高周波交流電
源に接続しても良い。
FIG. 4 shows another modification of the synthetic natural gas producing apparatus of FIG. 2, and the same parts as those of FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 4, the first electrode is a front housing 1.
4 (see FIG. 2), a flat cathode 122 supported by the cathode holder 42, and an anode 120
And the cathode 122 and the front housing 1
4 and an insulating sleeve 124 housed in the center housing 16. The anode 120 is connected to the cooling medium passage 1
26, a quenching chamber 128, a quenching fin 130, and a product gas outlet 132. Cathode 122 is gas supply port 1
And the swirl chamber 74 of the injector ring 24
Communicate with A plasma reaction chamber 76 is formed inside the insulating sleeve 124, and is filled with the particulate carbon-containing material 78. When power is supplied to the anode 120 and the cathode 122, a plasma arc is generated in the gap of the carbon-containing material 78. The synthesis gas is supplied from the vortex chamber 74 to the gas supply port 134 of the cathode 122.
When introduced into the plasma arc reaction chamber 76 through
Synthesis gas passes through the gap of the carbon-containing material 78, then, CO and H 2 in the presence of carbon of the carbon-containing material 78 to produce a mixed gas of the reaction to methane and water vapor. The mixed gas is quenched by the quench fin 130 while being ejected from the ejection port 132, discharged from the outlet 136, and further cooled in the next step to separate methane and H 2 O. In FIG. 4, a second plate-like electrode having a through hole is disposed between the anode 120 and the cathode 122, and these electrodes are connected to a three-phase AC power supply or a high-frequency AC power supply as in the embodiment of FIG. Is also good.

【0021】 図3の実施例において、中性電極48を
削除しても良い。また、三相交流電極は4相交流4電極
または6相交流6電極にしても良い。さらに、図3、図
4において、炭素含有材78に代えて、固形状メタン化
触媒もしくは粒状電極体をプラズマ反応室76内に充填
し、プラズマ電極を高周波パスル電源に接続してプラズ
マ反応室76内にコールドプラズマを発生させるように
しても良い。
In the embodiment of FIG. 3, the neutral electrode 48 may be omitted. Further, the three-phase AC electrode may be a four-phase AC four electrode or a six-phase AC six electrode. 3 and 4, instead of the carbon-containing material 78, a solid methanation catalyst or a granular electrode body is filled in the plasma reaction chamber 76, and the plasma electrode is connected to a high-frequency pulse power supply to connect the plasma reaction chamber 76. A cold plasma may be generated inside.

【0022】[0022]

【発明の効果】 以上より明らかなように、本発明の合
成天然ガス製造法およびその装置によれば、水と炭素か
ら生成された合成ガスを原料として低コストにて合成天
然ガスを大量生産可能とし、新エネルギー源としてある
いは化学工業原料用として貢献度大である。
As is apparent from the above, according to the method and apparatus for producing synthetic natural gas of the present invention, it is possible to mass-produce synthetic natural gas at low cost by using synthetic gas generated from water and carbon as raw materials. It contributes greatly as a new energy source or as a raw material for the chemical industry.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の望ましい実施例による合成天然ガス
製造装置の外観図である。
FIG. 1 is an external view of a synthetic natural gas production apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

【図2】 図1の合成天然ガス製造装置の断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view of the synthetic natural gas production apparatus of FIG.

【図3】 図2の合成天然ガス製造装置の変形例であ
る。
FIG. 3 is a modified example of the synthetic natural gas production apparatus of FIG.

【図4】 図2の合成天然ガス製造装置の他の変形例で
ある。
FIG. 4 is another modified example of the synthetic natural gas production apparatus of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 フロントカバー、 14 フロントハウジン
グ、16 センターハウジング、 18 リヤーハウジ
ング、 20 中心軸、22 陰極ホルダー、 24
インジェクタリング、26 プラズマ陽極、 28、
30 端子部材、 32 インレット、34 アウトレ
ット、 38 第1冷却通路、 40 第2冷却通路、
42 陰極アッセムブリ、 48 プラズマ陰極、 5
0 冷却部、72 噴出ノズル、 74 渦流室、 7
6 プラズマ反応室、78 メタン化触媒、 82、8
8 急冷室、 102、104、106 管状三相交流
電極、 108 三相交流電源、 110 急冷室、1
22 平板状プラズマ陰極、 126 プラズマ陽極
12 Front cover, 14 Front housing, 16 Center housing, 18 Rear housing, 20 Center shaft, 22 Cathode holder, 24
Injector ring, 26 plasma anode, 28,
30 terminal member, 32 inlet, 34 outlet, 38 first cooling passage, 40 second cooling passage,
42 Cathode assemble, 48 Plasma cathode, 5
0 cooling unit, 72 jet nozzle, 74 vortex chamber, 7
6 plasma reaction chamber, 78 methanation catalyst, 82, 8
8 quench chamber, 102, 104, 106 tubular three-phase AC electrode, 108 three-phase AC power supply, 110 quench chamber, 1
22 flat plate plasma cathode, 126 plasma anode

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 合成ガス導入用インレット手段およびメ
タンリッチガス排出用アウトレットを有するハウジング
手段と、ハウジング手段内に支持された第1プラズマ電
極手段と、第1プラズマ電極手段から間隔をおいて配置
された第2プラズマ電極手段と、第1および第2プラズ
マ電極手段間に形成されたプラズマ反応室と、プラズマ
反応室内に充填されていてプラズマの存在下で合成ガス
からメタンを生成するメタン化触媒と、第1および第2
プラズマ電極手段に給電してプラズマ反応室内にプラズ
マを発生させるプラズマ電源手段と、インレット手段と
プラズマ反応室を連結する通路手段とを備える合成天然
ガス製造装置。
1. A housing means having a syngas introduction inlet means and a methane-rich gas discharge outlet, a first plasma electrode means supported in the housing means, and spaced from the first plasma electrode means. A second plasma electrode means, a plasma reaction chamber formed between the first and second plasma electrode means, and a methanation catalyst filled in the plasma reaction chamber to generate methane from synthesis gas in the presence of plasma; First and second
An apparatus for producing synthetic natural gas, comprising: a plasma power supply means for supplying plasma electrode means to generate plasma in a plasma reaction chamber; and a passage means connecting the inlet means and the plasma reaction chamber.
【請求項2】 請求項1において、通路手段が冷却手段
を備えている合成天然ガス製造装置。
2. The synthetic natural gas producing apparatus according to claim 1, wherein the passage means includes a cooling means.
【請求項3】 請求項1または2において、さらに、ハ
ウジング手段内に収納されていて第2プラズマ電極手段
を支持する電極ホルダーを備える合成天然ガス製造装
置。
3. The synthetic natural gas production apparatus according to claim 1, further comprising an electrode holder accommodated in the housing means and supporting the second plasma electrode means.
【請求項4】 請求項3において、電極ホルダーが冷却
部を備え、冷却部が通路手段に連結されている合成天然
ガス製造装置。
4. The synthetic natural gas production apparatus according to claim 3, wherein the electrode holder includes a cooling unit, and the cooling unit is connected to the passage means.
【請求項5】 請求項4において、さらに、合成ガスを
プラズマ反応室に供給するためのインジェクタ手段を備
える合成天然ガス製造装置。
5. The synthetic natural gas producing apparatus according to claim 4, further comprising an injector for supplying the synthesis gas to the plasma reaction chamber.
【請求項6】 請求項3において、第1プラズマ電極手
段が管状陽極からなり、第2プラズマ電極手段が電極ホ
ルダーに支持されていて管状陽極と同心的な陰極アッセ
ムブリからなる合成天然ガス製造装置。
6. The synthetic natural gas production apparatus according to claim 3, wherein the first plasma electrode means comprises a tubular anode, and the second plasma electrode means comprises a cathode assemble supported by an electrode holder and concentric with the tubular anode.
【請求項7】 請求項1または2において、第1および
第2プラズマ電極手段が軸方向に間隔をおいて配置され
た管状三相交流電極からなり、プラズマ電源手段が三相
交流電源からなる合成天然ガス製造装置。
7. A combination according to claim 1, wherein the first and second plasma electrode means comprise tubular three-phase AC electrodes spaced apart in the axial direction, and the plasma power supply means comprises a three-phase AC power supply. Natural gas production equipment.
【請求項8】 請求項7において、さらに、管状電極内
に延びる中性電極を備え、中性電極が接地されている合
成天然ガス製造装置。
8. The synthetic natural gas production apparatus according to claim 7, further comprising a neutral electrode extending into the tubular electrode, wherein the neutral electrode is grounded.
【請求項9】 請求項3において、第1プラズマ電極手
段が陽極からなり、第2プラズマ電極手段が陽極から軸
方向に間隔をおいて配置されていて電極ホルダーに支持
された平板状陰極からなる合成天然ガス製造装置。
9. The method according to claim 3, wherein the first plasma electrode means comprises an anode, and the second plasma electrode means comprises a flat cathode which is axially spaced from the anode and supported by an electrode holder. Synthetic natural gas production equipment.
【請求項10】 請求項1または2において、さらに、
ハウジング手段に固定されたフロントカバーを備え、フ
ロントカバーがアウトレットに配置された急冷手段を備
える合成天然ガス製造装置。
10. The method according to claim 1, further comprising:
An apparatus for producing synthetic natural gas, comprising: a front cover fixed to a housing means; and a quenching means in which the front cover is disposed at an outlet.
【請求項11】 請求項4または5において、さらに、
冷却部とインジェクタ手段との間に流量調整手段を備え
る合成天然ガス製造装置。
11. The method according to claim 4 or 5, further comprising:
An apparatus for producing synthetic natural gas comprising a flow rate adjusting means between a cooling unit and an injector means.
【請求項12】 ハウジング手段内にプラズマ電極手段
を備えたプラズマ反応室を配置する工程と、プラズマ反
応室内に合成ガスからメタンを生成するメタン化触媒を
充填する工程と、プラズマ電極手段にプラズマ発生用電
力を給電してプラズマ反応室にプラズマを発生させる工
程と、プラズマ反応室内に合成ガスを供給してプラズマ
の存在下で合成ガスをメタン化触媒に接触反応させる工
程と、からなる合成天然ガス製造法。
12. A step of disposing a plasma reaction chamber having plasma electrode means in a housing means, a step of filling a methanation catalyst for producing methane from synthesis gas in the plasma reaction chamber, and a step of generating plasma in the plasma electrode means. A synthetic natural gas comprising: a step of supplying plasma power to generate plasma in a plasma reaction chamber; and a step of supplying a synthesis gas to the plasma reaction chamber to cause a reaction of the synthesis gas with a methanation catalyst in the presence of the plasma. Manufacturing method.
【請求項13】 請求項12において、さらに、メタン
を急冷する工程を含む合成天然ガス製造法。
13. The synthetic natural gas production method according to claim 12, further comprising a step of quenching the methane.
【請求項14】 請求項12にまたは13において、メ
タン化触媒が粒状炭素含有材からなり、プラズマがプラ
ズマアークからなる合成天然ガス製造法。
14. The synthetic natural gas production method according to claim 12, wherein the methanation catalyst comprises a particulate carbon-containing material and the plasma comprises a plasma arc.
【請求項15】 請求項12または13において、メタ
ン化触媒が金属触媒からなり、プラズマがコールドプラ
ズマからなる合成天然ガス製造法。
15. The synthetic natural gas production method according to claim 12, wherein the methanation catalyst comprises a metal catalyst and the plasma comprises cold plasma.
【請求項16】 ハウジング手段内にプラズマ電極手段
を備えたプラズマ反応室を配置する工程と、プラズマ電
極手段に給電してプラズマ反応室にプラズマを発生させ
る工程と、プラズマ反応室内に水素および一酸化炭素を
含有する合成ガスを導入してプラズマの存在下で水素お
よび一酸化炭素を直接反応させてメタンを生成する工程
とからなる合成天然ガス製造法。
16. A step of disposing a plasma reaction chamber provided with a plasma electrode means in a housing means, a step of supplying power to the plasma electrode means to generate plasma in the plasma reaction chamber, and a step of supplying hydrogen and monoxide in the plasma reaction chamber. Introducing a synthesis gas containing carbon and directly reacting hydrogen and carbon monoxide in the presence of plasma to produce methane.
【請求項17】 請求項16において、さらに、プラズ
マ反応室内に粒状電極材を配置して粒状電極材のすきま
にプラズマを発生させながら合成ガスを通過させる工程
とを含む合成天然ガス製造法。
17. The method for producing synthetic natural gas according to claim 16, further comprising a step of disposing a granular electrode material in the plasma reaction chamber and passing a synthetic gas while generating plasma in a gap between the granular electrode materials.
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