JP2001158888A - Method and apparatus for producing synthetic natural gas - Google Patents

Method and apparatus for producing synthetic natural gas

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JP2001158888A
JP2001158888A JP37609399A JP37609399A JP2001158888A JP 2001158888 A JP2001158888 A JP 2001158888A JP 37609399 A JP37609399 A JP 37609399A JP 37609399 A JP37609399 A JP 37609399A JP 2001158888 A JP2001158888 A JP 2001158888A
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natural gas
synthetic natural
electrode
carbon
arc
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Takeshi Hatanaka
武史 畑中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus therefor capable of efficiently mass-producing a clean synthetic natural gas from inexpensive water and carbon as feedstocks. SOLUTION: This apparatus has such a scheme that a cathode assembly 48 and a tubular anode 26 are set up inside housings 14, 16, 18 to provide an arc reaction chamber 76 having 1st and 2nd reaction zones Z1, Z2, the anode 26 and a cathode holder 22 are cooled by cooling passage means 38 and 40 each communicating with an inlet 32, steam generated in a steam generation unit 50 is injected via an injector ring 24 into the 1st reaction zone Z1 and subjected to catalytic reaction with the carbon of a carbonaceous material 78 in the presence of plasma arc to form a synthetic gas, which in turn, is subjected to catalytic reaction with the carbon of the carbonaceous material 78 in the 2nd reaction zone Z2 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水導入用インレットおよび
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電極手段
と、第1電極手段から間隔をおいて配置された第2電極
手段と、第1および第2電極手段間に形成された第1お
よび第2反応ゾーンを有するアーク反応室と、第1およ
び第2反応ゾーン内に充填されていてプラズマアークの
存在下で合成ガスおよび合成天然ガスをそれぞれ生成す
る粒状炭素含有材と第1および第2電極手段に給電して
第1および第2反応ゾーン内にアークを発生させて粒状
炭素含有材を活性化する給電手段と、インレットとアー
ク反応室を連結してアーク反応室に水を導入する通路手
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 has a housing means having an inlet for water introduction and an outlet for discharging methane-rich gas, a first electrode means supported in the housing means, A second electrode means spaced from the first electrode means; an arc reaction chamber having first and second reaction zones formed between the first and second electrode means; A particulate carbon-containing material filled in the zone and producing syngas and synthetic natural gas, respectively, in the presence of a plasma arc, and power to the first and second electrode means to cause arcs in the first and second reaction zones. A power supply means for generating and activating the particulate carbon-containing material; and a passage means for connecting the inlet and the arc reaction chamber and introducing water into the arc reaction chamber. Is achieved.

【0008】 本願第2発明において、合成天然ガス製
造法がアーク反応室内にそれぞれ炭素含有材を充填した
第1反応ゾーンと第2反応ゾーンを設けて第1反応ゾー
ン内でプラズマアークの存在下で水と炭素含有材とを反
応させて合成ガスを生成し、次いで、合成ガスをプラズ
マアークの存在下で第2反応ゾーンで炭素含有材の炭素
と接触反応させて合成天然ガスを生成することにより達
成される。
In the second invention of the present application, the synthetic natural gas production method includes a first reaction zone and a second reaction zone each filled with a carbon-containing material in an arc reaction chamber, and the first reaction zone and the second reaction zone are formed in the first reaction zone in the presence of a plasma arc. Reacting water with the carbon-containing material to produce synthesis gas, and then reacting the synthesis gas with carbon in the carbon-containing material in a second reaction zone in the presence of a plasma arc to produce synthetic natural gas. Achieved.

【0009】[0009]

【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、アーク反応室内にそれぞれ粒状炭素含有材を
充填した第1反応ゾーンと第2反応ゾーンを設けて第1
反応ゾーンでプラズマアークの存在下で水と炭素含有材
を反応させて合成ガスを生成し、次いで、プラズマアー
クの存在下で第2反応ゾーンで合成ガスを炭素含有材の
炭素と接触反応させて合成天然ガスを得るようにしたも
のである。
In the method and apparatus for producing synthetic natural gas of the present invention, a first reaction zone and a second reaction zone, each of which is filled with a particulate carbon-containing material, are provided in an arc reaction chamber.
Reacting water and the carbon-containing material in the presence of a plasma arc in a reaction zone to produce synthesis gas, and then contacting and reacting the synthesis gas with carbon of the carbon-containing material in a second reaction zone in the presence of the plasma arc; It is intended to obtain synthetic natural gas.

【0010】[0010]

【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。たとえば、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の内側には陰極ホルダ
ー22、インジェクタリング24および陽極26が収納
されている。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16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. 2, a cathode holder 22, an injector ring 24 and an anode 26 are housed inside the housings 18, 16, and 14. The cathode holder 22 includes housings 18 and 16.
It is fixedly supported inside. Injector ring 24
Is fixedly supported inside the center housing 16 in a state sandwiched between the cathode holder 22 and the anode 26. 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.

【0011】 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、プラズマアークを発
生するための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はそれぞれ水導入インレット32と、生成ガス排
出用アウトレット34を備える。インレット32は水供
給管36を介して水が供給される。水にはNaOH、K
OH等の電解質を添加しても良い。ハウジング14、1
6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) for generating a plasma arc via terminal members 28 and 30, respectively. Terminal member 28 is screwed to cathode holder 22, and terminal member 30 is tapped hole 14 a of front housing 14 so as to conduct with anode 26.
Screw. The housing 14 and the front cover 12 each include a water inlet 32 and a product gas outlet 34. Water is supplied to the inlet 32 through a water supply pipe 36. NaOH, K in water
An electrolyte such as OH may be added. Housing 14, 1
Inside 6, there are provided a first cooling passage means 38 for cooling the outer periphery of the anode 26, a second cooling passage means 40 for cooling the cathode holder 22, and an intermediate passage 41.

【0012】 図2において、陰極ホルダー22は陰極
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2
6の内部に延びている棒状陰極48を備える。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内に配置されたスチーム発生部5
0を備える。スチーム発生部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5
4内に充填されていて陰極アッセムブリ48の熱を放散
させて予熱水からスチームを発生させる複数のペレット
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58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との間にはス
チーム供給通路64が配置されている。スチーム供給通
路64はリヤーハウジング18に形成されていて、その
中間部にスチーム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には接線方向にスチームを
噴射するための複数のスチーム噴射ノズル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, the cathode holder 22 includes a front end 46 for holding a screw portion 44 of the cathode assemble 42. The cathode assembly 42 is the anode 2
6 is provided with a rod-shaped cathode 48 extending inside. Cathode 48
Is made of an electrode material such as thorium-containing tungsten or hafnium nitride. The central portion of the cathode holder 22 is located at the steam generator 5 disposed in the second cooling means 40.
0 is provided. The steam generating section 50 has a central hole 52 in the cathode holder 22, a tubular copper mesh 54, and a copper mesh 5.
A plurality of pellets or ball-shaped solid heat transfer bodies 56 filled in 4 and dissipating heat of the cathode assemblage 48 to generate steam from the preheated water are provided. The second cooling passage means 40 includes an annular passage 58, an inlet 60, and an outlet 62 formed in the cathode holder 22. The annular passage 58 communicates with the first cooling passage means 38. A steam supply passage 64 is arranged between the outlet 62 and the injector ring 24. The steam supply passage 64 is formed in the rear housing 18, and a flow regulating valve 66 for adjusting the steam supply amount 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 steam injection nozzles 72 for injecting steam in a tangential direction,
A vortex chamber 74 is formed between the inner wall and the outer periphery of the cathode assemble 42.

【0013】 陰極アッセムブリ42と陽極26の内壁
との間には第1および第2反応ゾーンZ1、Z2からな
るアーク反応室76が形成される。第1および第2反応
ゾーンZ1、Z2内には直径2〜30mmのボール状も
しくはペレット状の炭素含有材78が充填される。炭素
含有材78は、カーボンボールまたはグラファイトボー
ルから選択しても良い。炭素含有材78はさらに、木
炭、竹炭、コークス、およびそれらの混合物からなる群
から選ばれた塊状、固体状または粉末状材料から選択し
ても良い。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
せたものでも良い。図2において、炭素含有材78とし
て直径2〜30mmの炭素ボールを利用すると、炭素ボ
ール同志が点接触するとともに、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、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。このアークは第1、
第2反応ゾーンZ1、Z2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。したがって、第1反
応ゾーンZ1で生成された合成ガスはプラズマアークの
存在下で炭素ボールの炭素と接触反応してメタンリッチ
ガスが生成される。アーク反応室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80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から排出される。
An arc reaction chamber 76 including first and second reaction zones Z 1 and Z 2 is formed between the cathode assembly 42 and the inner wall of the anode 26. The first and second reaction zones Z1 and Z2 are filled with a ball-shaped or pellet-shaped carbon-containing material 78 having a diameter of 2 to 30 mm. The carbon-containing material 78 may be selected from carbon balls or graphite balls. The carbon-containing material 78 may further be selected from a bulk, solid or powdered material selected from the group consisting of charcoal, bamboo charcoal, coke, and mixtures thereof. 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 is selected from a simple substance or an iron oxide such as nickel-containing magnetite (Fe 3 O 4 ), which is activated by passing hydrogen at 300 to 500 ° C. to form an oxygen-deficient magnetite, and then introducing carbon dioxide. The magnetite may have carbon deposited on the surface. In FIG. 2, when carbon balls having a diameter of 2 to 30 mm are used as the carbon-containing material 78, the carbon balls come into point contact with each other and a number of gaps are formed between the carbon balls. Therefore, when power is supplied to the electrodes, a current flows through each carbon ball, and a plasma arc is generated by sparks. This arc is the first,
It is uniformly generated in most of the gaps of the carbon balls filled in the second reaction zones Z1 and Z2. Therefore, the synthesis gas generated in the first reaction zone Z1 contacts and reacts with the carbon of the carbon ball in the presence of the plasma arc to generate a methane-rich gas. A disk-shaped perforated plate 80 is arranged on the front side of the arc 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, 90 and the quench fins 84, 90 are respectively axially aligned and continuous. The methane-rich gas is blown out from the perforated plate 80 and expanded, quenched by quenching fins 88 and 90, and then discharged from the outlet 34.

【0014】 上記構成において、原料としての水は冷
却水としても共用される。この目的のため、冷却水はイ
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。このとき、陽極26と陰極48は直流電源、交流
電源もしくは高周波パルス電源により通電されて、第1
および第2反応ゾーンZ1、Z2内にはプラズマアーク
が発生する。この状態で、陽極26の外周は冷却水によ
って連続的に冷却される。冷却水は次に第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、予熱されて温水となる。
この温水はスチーム発生部50で高温の伝熱体56と接
触してスチームを発生する。スチームは流量調整弁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、第1反応ゾーンZ1内に流入する。このとき、スチ
ームは第1反応ゾーンZ1内でプラズマアークの存在下
で炭素含有材78の炭素と反応して下記化学式(1)、
(2)に示すような変成反応により、一酸化炭素と水素
からなる合成ガスが生成される。次に、第2反応ゾーン
Z2内でプラズマアークの存在下で合成ガスが炭素含有
材78と接触して下記化学式(3)のようにメタンリッ
チガスが生成される。
In the above configuration, water as a raw material is also used as cooling water. For this purpose, cooling water is introduced from the inlet 32 into the first cooling passage means 38,
A part is supplied to the quenching chambers 82 and 88 through the passage 86,
The remainder is supplied to the second cooling passage means 40 via the passage 41. At this time, the anode 26 and the cathode 48 are energized by a DC power supply, an AC power supply or a high-frequency pulse power supply,
Further, a plasma arc is generated in the second reaction zones Z1 and Z2. In this state, the outer periphery of the anode 26 is continuously cooled by the cooling water. The cooling water 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 to hot water.
This hot water comes into contact with the high-temperature heat transfer body 56 in the steam generating section 50 to generate steam. Steam is a flow control valve 66
The flow rate of the cathode assemble 42 is cooled while flowing into the swirl chamber 74 via the spray nozzle 72, and flows into the first reaction zone Z1. At this time, the steam reacts with the carbon of the carbon-containing material 78 in the presence of the plasma arc in the first reaction zone Z1 to produce the following chemical formula (1):
By the shift reaction shown in (2), a synthesis gas composed of carbon monoxide and hydrogen is generated. Next, the synthesis gas contacts the carbon-containing material 78 in the presence of the plasma arc in the second reaction zone Z2, and a methane-rich gas is generated as in the following chemical formula (3).

【0015】[0015]

【式】 HO+C → CO+H … (1) CO+HO → CO+H … (2) CO+3H → CH+HO … (3) 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。
[Formula] H 2 O + C → CO + H 2 (1) CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (2) CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O (3) The methane-rich gas is blown out of the porous plate 80 and quenched fin 84 , 90 and then discharged from outlet 34.

【0016】 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は陰極48と同心的な管
状三相交流電極からなる多相電極102、104、10
6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。アーク反応室76は第1、第2反応ゾーン
Z1、Z2を備え、これらにそれぞれ炭素含有材78が
充填される。電極106は急冷室110を備える。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が電極104、106間に
配置される。多相電極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102、104と中性電極48との間の粒状体78
のすきまに微小アークが発生する。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体7
8のすきまに微小アークが発生する。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、これらの間の粒状体78のすきまに
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、104、106と中性電極48との間の
粒状体78のすきまにアークが発生する。第5タイミン
グにおいて、多相電極104、106と中性電極48と
の間の粒状体78のすきまにアークが発生する。第6タ
イミングにおいて、多相電極102、104、106と
中性電極との間の粒状体78のすきまにアークが生ず
る。以後、同一サイクルが繰り返される。このように、
アーク反応室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。このため、スチーム量を増加して
も、アーク反応室76内では粒状体78のすきまでアー
クが途切れることなく、第1反応ゾーンZ1でスチーム
から安定した合成ガスが生成され、第2反応ゾーンZ2
でメタンリッチガスが生成される。三相交流電源108
は高周波交流電源から構成しても良い。
FIG. 3 shows a modified example 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. 3, an anode 100 is a multiphase electrode 102, 104, 10 consisting of a tubular three-phase AC electrode concentric with the cathode 48.
6, each of which has an R
Phase, S phase, and T phase. 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 arc reaction chamber 76 has first and second reaction zones Z1 and Z2, each of which is filled with a carbon-containing material 78. The electrode 106 includes a quenching chamber 110. An insulating spacer 112 is disposed between the electrodes 102 and 104,
Similarly, an insulating spacer 114 is located between the electrodes 104,106. When the three-phase AC voltage is supplied to the multi-phase electrodes 102, 104, 106, the granular material 78 between the multi-phase electrodes 102, 104 and the neutral electrode 48 at the first timing.
A small arc is generated in the gap. Next, at the second timing, a potential difference is generated between the multi-phase electrodes 102, 104, and 106 and the neutral electrode 48, and the granular material 7 between them is generated.
A minute arc is generated in the gap 8. At the third timing, a potential difference is generated between the multi-phase electrodes 102 and 106 and the neutral electrode 48, and an arc is generated in a gap between the granular bodies 78 therebetween. At the fourth timing, an arc is generated in the gap of the granular material 78 between all the multi-phase electrodes 102, 104, 106 and the neutral electrode 48. At the fifth timing, an arc is generated in the gap of the granular material 78 between the multi-phase electrodes 104 and 106 and the neutral electrode 48. At the sixth timing, an arc is generated in the gap of the granular material 78 between the multi-phase electrodes 102, 104, 106 and the neutral electrode. Thereafter, the same cycle is repeated. in this way,
In the arc reaction chamber 76, the position where the arc is generated changes sequentially according to the phase of the voltage, and ionized gas at a plurality of arc generation positions is constantly supplied. Therefore, even if the amount of steam is increased, the arc is not interrupted in the arc reaction chamber 76 up to the gap of the granular material 78, a stable synthesis gas is generated from the steam in the first reaction zone Z1, and the second reaction zone Z2
Produces methane-rich gas. Three-phase AC power supply 108
May be constituted by a high-frequency AC power supply.

【0017】 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は冷却水通路12
6と、急冷室128と、急冷フイン130と、メタンリ
ッチガス噴出口132とを備える。陰極122はスチー
ム供給口134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
第1、第2反応ゾーンZ1、Z2からなるアーク反応室
76が形成され、第1、第2反応ゾーンZ1、Z2内に
粒状炭素含有材78が充填される。陽極120と陰極1
22に交流電力、直流電力もしくは高周波パルス電力が
給電されると、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。スチームが渦流室74から陰極12
2のスチーム供給口134を介して第1反応ゾーンZ1
内に導入されると、スチームはプラズマアークの存在下
で炭素と反応して合成ガスが生成される。合成ガスは第
2反応ゾーンZ2で炭素含有材の炭素と接触反応してメ
タンリッチガスが生成される。メタンリッチガスは噴出
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 production 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 water passage 12.
6, a quenching chamber 128, a quenching fin 130, and a methane-rich gas injection port 132. The cathode 122 has a steam supply port 134 and communicates with the swirl chamber 74 of the injector ring 24. An arc reaction chamber 76 including first and second reaction zones Z1 and Z2 is formed inside the insulating sleeve 124, and the first and second reaction zones Z1 and Z2 are filled with the particulate carbon-containing material 78. Anode 120 and cathode 1
When AC power, DC power or high-frequency pulse power is supplied to 22, a plasma arc is generated in the gap of granular carbon-containing material 78. The steam flows from the vortex chamber 74 to the cathode 12.
The first reaction zone Z1 via the second steam supply port 134
Once introduced, the steam reacts with the carbon in the presence of a plasma arc to produce synthesis gas. The synthesis gas contacts and reacts with the carbon of the carbon-containing material in the second reaction zone Z2 to generate a methane-rich gas. The methane-rich gas is quenched by the quench fins 130 while ejecting from the ejection port 132, and is discharged from the outlet 136. In FIG. 4, a second hole having a through hole between the anode 120 and the cathode 122 is shown.
Flat electrodes may be arranged and these electrodes may be connected to a three-phase AC power supply or a high-frequency AC power supply as in the embodiment of FIG.

【0018】 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。
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.

【0019】[0019]

【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安価な水、蒸
留水、純水、飲料水、工業用水を原料として低コストに
てクリーンな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用原料として貢献度大
である。
As is clear from the above, according to the method and apparatus for producing synthetic natural gas of the present invention, low-cost, clean water can be obtained from inexpensive water, distilled water, pure water, drinking water, and industrial water. It enables large-scale production of synthetic natural gas and 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 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 陰極、 50 スチーム発生部、
72 噴出ノズル、74 渦流室、 76 アーク反応
室、 78 粒状炭素含有材、82、88 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、 122 平板状陰
極、126 陽極、 Z1 第1反応ゾーン、 Z2
第2反応ゾーン
12 front cover, 14 front housing,
16 center housing, 18 rear housing, 20 center axis, 22 cathode holder, 24 injector ring, 26 anode, 28, 30 terminal member, 32 inlet, 34 outlet, 38
1st cooling passage, 40 2nd cooling passage, 42 cathode assemble, 48 cathode, 50 steam generation part,
72 ejection nozzle, 74 vortex chamber, 76 arc reaction chamber, 78 granular carbon-containing material, 82, 88 quenching chamber,
102, 104, 106 tubular three-phase AC electrode, 108
Three-phase AC power supply, 110 quenching chamber, 122 flat cathode, 126 anode, Z1 first reaction zone, Z2
Second reaction zone

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水導入用インレット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電極手段と、第1電極
手段から間隔をおいて配置された第2電極手段と、第1
および第2電極手段間に形成された第1および第2反応
ゾーンを有するアーク反応室と、第1および第2反応ゾ
ーン内に充填されていてプラズマアークの存在下で合成
ガスおよび合成天然ガスをそれぞれ生成する粒状炭素含
有材と第1および第2電極手段に給電して第1および第
2反応ゾーン内にアークを発生させて粒状炭素含有材を
活性化する給電手段と、インレットとアーク反応室を連
結してアーク反応室に水を導入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 an inlet for water introduction and an outlet for discharging methane-rich gas, a first electrode means supported in the housing means, and a second electrode means spaced from the first electrode means. And the first
An arc reaction chamber having first and second reaction zones formed between the first and second electrode means, and syngas and synthetic natural gas filled in the first and second reaction zones in the presence of a plasma arc. Power supply means for supplying power to the generated particulate carbon-containing material and the first and second electrode means to generate an arc in the first and second reaction zones to activate the particulate carbon-containing material; an inlet and an arc reaction chamber; And a passage means for introducing water into the arc reaction chamber by connecting the two.
【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 producing apparatus according to claim 1, further comprising an electrode holder housed in the housing means and supporting the second electrode means.
【請求項4】 請求項3において、さらに、スチーム発
生手段を備え、スチーム発生手段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, further comprising steam generating means, wherein the steam generating means is connected to the passage means.
【請求項5】 請求項4において、さらに、スチームを
アーク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 production apparatus according to claim 4, further comprising an injector means for supplying steam to the arc reaction chamber.
【請求項6】 請求項3において、第1電極手段が管状
陽極からなり、第2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 electrode means comprises a tubular anode, and the second 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電極手段が軸方向に間隔をおいて配置された三相交
流電極からなり、給電手段が三相交流電源からなる合成
天然ガス製造装置。
7. The synthetic natural gas production according to claim 1, wherein the first and second electrode means comprise three-phase AC electrodes spaced apart in the axial direction, and the power supply means comprises a three-phase AC power supply. apparatus.
【請求項8】 請求項7において、さらに、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, wherein the neutral electrode is grounded.
【請求項9】 請求項3において、第1電極手段が陽極
からなり、第2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 synthetic natural material according to claim 3, wherein the first electrode means comprises an anode, and the second electrode means comprises a flat cathode supported by an electrode holder and spaced axially from the anode. 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、
スチーム発生手段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 steam generating means and an injector means.
【請求項12】 アーク反応室内にそれぞれ炭素含有材
を充填した第1反応ゾーンと第2反応ゾーンを設けて第
1反応ゾーン内でプラズマアークの存在下で水と炭素含
有材とを反応させて合成ガスを生成し、次いで、合成ガ
スをプラズマアークの存在下で第2反応ゾーンで炭素含
有材の炭素と接触反応させて合成天然ガスを生成するこ
とを特徴とする合成天然ガス製造法。
12. A first reaction zone and a second reaction zone each filled with a carbon-containing material in an arc reaction chamber, and water and the carbon-containing material are reacted in the first reaction zone in the presence of a plasma arc. A method for producing synthetic natural gas, comprising generating synthesis gas, and then reacting the synthesis gas with carbon of a carbon-containing material in a second reaction zone in the presence of a plasma arc to generate synthetic natural gas.
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Cited By (2)

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EP1227141A2 (en) * 2001-01-29 2002-07-31 Takefumi Hatanaka Substitute natural gas production system and related method
EP1227141A3 (en) * 2001-01-29 2003-06-18 Takefumi Hatanaka Substitute natural gas production system and related method

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