JP2002191961A - Composite type carbon dioxide fixing apparatus - Google Patents
Composite type carbon dioxide fixing apparatusInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、触媒を充填した反
応器を備え、メタンと二酸化炭素を含む混合ガスを原料
としてその反応器で触媒反応させ、炭素と水を生成させ
ることにより二酸化炭素を固定化する装置に関するもの
である。この装置は化学工業や環境の分野においてメタ
ンと二酸化炭素が発生する場合にも利用することができ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention provides a reactor filled with a catalyst, and performs a catalytic reaction in the reactor using a mixed gas containing methane and carbon dioxide as a raw material to generate carbon and water, thereby producing carbon dioxide. The present invention relates to a device for immobilization. This device can also be used when methane and carbon dioxide are generated in the chemical industry and the environment.
【0002】[0002]
【従来の技術】二酸化炭素の固定化方法の1つとして、
メタンの存在化で二酸化炭素を触媒反応により還元して
炭素を析出させる方法が知られている。メタンと二酸化
炭素の触媒反応は次の反応により進行する。 CH4 → C + 2H2 (1) CO2 + 2H2 → C + 2H2O (2) (1)式、(2)式の結果として次の(3)式が成立す
る。 CH4 + CO2 → 2C + 2H2O (3)2. Description of the Related Art As one method of immobilizing carbon dioxide,
There is known a method of precipitating carbon by reducing carbon dioxide by a catalytic reaction in the presence of methane. The catalytic reaction between methane and carbon dioxide proceeds by the following reaction. CH 4 → C + 2H 2 (1) CO 2 + 2H 2 → C + 2H 2 O (2) As a result of the equations (1) and (2), the following equation (3) is established. CH 4 + CO 2 → 2C + 2H 2 O (3)
【0003】(3)式から分かるように、メタンと二酸
化炭素は等モルで反応するため、原料混合ガスのメタン
と二酸化炭素のモル比が等モルでない場合は、等モルに
なるように不足成分を補給するか、又は過剰成分から生
ずる物質を分離して系外に排出することにより、二酸化
炭素を固定化する反応が等モルで進行するように調整を
行なっている。As can be seen from the equation (3), methane and carbon dioxide react in equimolar amounts. Therefore, if the molar ratio of methane and carbon dioxide in the raw material mixture gas is not equimolar, the deficient components will be equimolar. Or by separating the substance generated from the excess component and discharging the separated substance out of the system, the reaction for immobilizing carbon dioxide is adjusted to proceed in an equimolar manner.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】原料となるメタンと二
酸化炭素の混合ガス組成が等モルの状態でない場合、等
モルに調整する操作は煩わしく、二酸化炭素の固定化反
応を非能率的なものにしている。そこで、本発明は反応
ガスであるメタンと二酸化炭素が等モルでない場合でも
等モルに調整する操作を不要にするとともに、原料混合
ガスの有する総合エネルギーの有効利用を図ることを目
的とするものである。When the mixed gas composition of methane and carbon dioxide as raw materials is not in an equimolar state, the operation of adjusting the equimolarity is troublesome, and the immobilization reaction of carbon dioxide is made inefficient. ing. Therefore, the present invention aims to eliminate the need to adjust the equimolar amounts of the reaction gases methane and carbon dioxide even when they are not equimolar, and to make effective use of the total energy of the raw material mixed gas. is there.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明は、触媒を充填し
た反応器を備え、メタンと二酸化炭素を含む混合ガスを
原料としてその反応器で触媒反応させ、炭素と水を生成
させることにより二酸化炭素を固定化する装置であっ
て、その反応器の排出ガス出口には、その反応器から排
出されるガスの一部を再びその反応器に戻す循環流路
と、その反応器から排出されるガスの残部をその排出ガ
スのもつ総合エネルギーを取り出す機構に導く流通流路
とが接続されたものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises a reactor filled with a catalyst, and a mixed gas containing methane and carbon dioxide is used as a raw material to cause a catalytic reaction in the reactor to produce carbon and water. A device for immobilizing carbon, wherein at a discharge gas outlet of the reactor, a circulation flow path for returning a part of gas discharged from the reactor to the reactor again, and discharged from the reactor It is connected to a flow channel that leads the rest of the gas to a mechanism that extracts the total energy of the exhaust gas.
【0006】炭素と水を生成させて二酸化炭素を固定す
るための反応器での反応は一般に転換率が低いが、循環
流路を設けたことにより反応器から排出されたガスの一
部がその循環流路を経由して反応器に戻されるので、二
酸化炭素を固定する反応の転換率が向上する。[0006] The reaction in a reactor for fixing carbon dioxide by generating carbon and water generally has a low conversion rate, but a part of the gas discharged from the reactor is reduced due to the provision of a circulation channel. Since it is returned to the reactor via the circulation channel, the conversion of the reaction for fixing carbon dioxide is improved.
【0007】また、反応器から排出されたガスの残部は
流通流路を経由して総合エネルギーを取り出す機構に導
かれるので、反応ガスであるメタンと二酸化炭素が等モ
ルでない場合でも組成を等モルに調整する操作を行なわ
ずに、原料ガスのもの総合エネルギーを有効に利用する
ことができる。Further, the remaining gas discharged from the reactor is led to a mechanism for extracting total energy via a flow channel, so that the composition is equimolar even when the reactant gas methane and carbon dioxide are not equimolar. Thus, the total energy of the raw material gas can be effectively used without performing the adjustment operation.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】総合エネルギーを取り出す機構と
してはガス燃焼器、水素分離器及びガスタービンのうち
の少なくとも1つを備えていることが好ましい。ガス燃
焼器により反応器からのガスのエネルギーを熱の形で取
り出すことができ、水素分離器により水素を取り出すこ
とができ、ガスタービンにより電力の形で取り出すこと
ができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION It is preferable that a mechanism for extracting total energy includes at least one of a gas combustor, a hydrogen separator, and a gas turbine. The gas combustor can extract gas energy from the reactor in the form of heat, the hydrogen separator can extract hydrogen, and the gas turbine can extract electric power.
【0009】総合エネルギーを取り出す機構は、この複
合型二酸化炭素固定装置とは別の構成として存在してい
てもよく、又はこの複合型二酸化炭素固定装置と一体化
されていてもよい。一体化することにより、装置をコン
パクトにまとめることができるようになる。[0009] The mechanism for extracting the total energy may exist as a separate structure from the composite carbon dioxide fixing device, or may be integrated with the composite carbon dioxide fixing device. The integration makes it possible to compact the device.
【0010】[0010]
【実施例】図1に一実施例を概略的に示す。1は原料とな
る混合ガスを反応器3に供給する供給ポンプであり、供
給される混合ガスには少なくともメタンと二酸化炭素が
含まれる。供給される混合ガスは、化学工業プラントで
発生するガスや、有機廃棄物を嫌気性発酵させて発生す
るガスなどである。有機廃棄物の嫌気性発酵から生じる
メタンと二酸化炭素の混合ガスには窒素が僅かに含まれ
る。FIG. 1 schematically shows an embodiment. Reference numeral 1 denotes a supply pump for supplying a mixed gas as a raw material to the reactor 3, and the supplied mixed gas contains at least methane and carbon dioxide. The supplied mixed gas is a gas generated in a chemical industrial plant or a gas generated by anaerobic fermentation of organic waste. The mixed gas of methane and carbon dioxide resulting from anaerobic fermentation of organic waste contains a small amount of nitrogen.
【0011】供給ポンプ1により反応器3に供給される
混合ガスを加熱するために供給ポンプ1と反応器3の間
の流路に加熱器2が設けられている。加熱器2は特に限定
されるものではないが、可燃性のメタンを含む原料混合
ガスを加熱するものであるため、安全性の観点から、一
例としては熱交換器を備えて加熱ガスにより加熱する方
式の加熱器を使用する。加熱器2はその中を流通するガ
スを500〜600℃に加熱するように制御されてい
る。A heater 2 is provided in a flow path between the supply pump 1 and the reactor 3 for heating the mixed gas supplied to the reactor 3 by the supply pump 1. Although the heater 2 is not particularly limited, since it heats the raw material mixed gas containing flammable methane, from the viewpoint of safety, as an example, the heater 2 is provided with a heat exchanger and heated by the heating gas. Use a heating system. The heater 2 is controlled to heat the gas flowing therethrough to 500 to 600 ° C.
【0012】反応器3には触媒3aが充填されている。
触媒3aは例えばシリカ(SiO2)に担持されたニッ
ケル触媒であり、触媒成分ニッケルの含有量が90%の
ものである。触媒3aは反応器の反応管にガラスウール
などの支持材により支持された固定床の状態のものでも
よく、反応器3内で流動しうる流動槽の状態のものであ
ってもよい。反応器3は加熱器2で加熱されたガスが反
応器3でも500〜600℃を維持するように保温され
ている。The reactor 3 is filled with a catalyst 3a.
The catalyst 3a is, for example, a nickel catalyst supported on silica (SiO 2 ), and has a catalyst component nickel content of 90%. The catalyst 3a may be in the form of a fixed bed supported by a support material such as glass wool in a reaction tube of the reactor, or may be in the state of a fluidized tank capable of flowing in the reactor 3. The temperature of the reactor 3 is maintained so that the gas heated by the heater 2 also maintains 500 to 600 ° C. in the reactor 3.
【0013】反応器3の出口流路は、反応器3からの排
出ガスの一部を再び反応器3に戻す循環流路10と、そ
の排出ガスの残部を排出ガスのもの総合エネルギーを取
り出す機構に導く流通流路12の2つの流路が接続され
ており、反応器3から出た排出ガスは一部が循環流路1
0に入り、残りが流通流路12に入る。The outlet channel of the reactor 3 has a circulation channel 10 for returning a part of the exhaust gas from the reactor 3 to the reactor 3 again, and a mechanism for extracting the remaining energy of the exhaust gas from the exhaust gas. Are connected to each other, and a part of the exhaust gas discharged from the reactor 3 is
0, and the remainder enters the distribution channel 12.
【0014】循環流路10は供給ポンプ1と加熱器2の
間の流路に接続され、その循環流路10には循環ポンプ
5が設けられている。反応器3から排出されるガスは、
未反応ガス(CH4,CO2)と生成ガス(H2O,H2)
及び中間生成ガス(CO)からなる。そのガスから水を
系外に取り出すために、循環流路10には反応器3と循
環ポンプ5の間に凝縮器4が設けられている。The circulation passage 10 is connected to a passage between the supply pump 1 and the heater 2, and the circulation passage 10 is provided with a circulation pump 5. The gas discharged from the reactor 3 is
Unreacted gas (CH 4 , CO 2 ) and generated gas (H 2 O, H 2 )
And an intermediate product gas (CO). A condenser 4 is provided between the reactor 3 and the circulation pump 5 in the circulation channel 10 in order to take water out of the gas out of the system.
【0015】流通流路12には、総合エネルギーを取り
出す機構としてガス燃焼器6、水素分離器7及びガスタ
ービン8が接続されている。ガス燃焼器6、水素分離器
7及びガスタービン8は、少なくとも1つが接続されて
おればよく、2つ又は3つが接続されている場合には排
出ガスが分割されてそれぞれに導かれるようになってい
てもよく、切り替えていずれかの機構を使用できるよう
になっていてもよい。ガス燃焼器6により反応器3から
のガスのエネルギーを熱の形で取り出すことができ、水
素分離器7により水素を取り出すことができ、ガスター
ビン8により電力の形で取り出すことができる。A gas combustor 6, a hydrogen separator 7, and a gas turbine 8 are connected to the flow passage 12 as a mechanism for extracting total energy. At least one of the gas combustor 6, the hydrogen separator 7, and the gas turbine 8 only needs to be connected, and when two or three are connected, the exhaust gas is divided and guided to each. May be switched and any of the mechanisms may be used. The energy of the gas from the reactor 3 can be extracted in the form of heat by the gas combustor 6, hydrogen can be extracted by the hydrogen separator 7, and can be extracted by electric power by the gas turbine 8.
【0016】ガス燃焼器6、水素分離器7及びガスター
ビン8はそれぞれ汎用の独立した機構であってもよく、
その場合は流通流路12は反応器3の排出ガスをそれら
の機構に導く流路配管となる。また、ガス燃焼器6、水
素分離器7及びガスタービン8がこの反応装置とともに
一体化された専用のものであってもよく、その場合は全
体がコンパクトになるように設計することができる。The gas combustor 6, the hydrogen separator 7, and the gas turbine 8 may each be a general-purpose independent mechanism.
In that case, the flow channel 12 is a channel pipe that leads the exhaust gas of the reactor 3 to those mechanisms. Further, the gas combustor 6, the hydrogen separator 7, and the gas turbine 8 may be a dedicated one integrated with this reactor, and in that case, the whole can be designed to be compact.
【0017】次に、この実施例の動作について説明す
る。供給ポンプ1により供給された混合ガスは、加熱器
2で500〜600℃に加熱されて反応器3に導かれ
る。反応器3内では上記の(3)式の反応が起こり、析
出した炭素は反応器3内に留まる。(3)式で示された
反応は、一般に転換率が20〜30%と低い。Next, the operation of this embodiment will be described. The mixed gas supplied by the supply pump 1 is heated to 500 to 600 ° C. by the heater 2 and guided to the reactor 3. In the reactor 3, the reaction of the above formula (3) occurs, and the deposited carbon remains in the reactor 3. The reaction represented by the formula (3) generally has a low conversion of 20 to 30%.
【0018】反応器3から排出されたガスの一部は、循
環流路10を経由し、供給ポンプ1から供給された新た
な反応ガスとともに加熱器2を経て反応器3に供給さ
れ、(3)式の反応に寄与する。反応器3から排出され
たガスの残部は、流通流路12を経由してガス燃焼器
6、水素分離器7又はガスタービン8に導かれ、それぞ
れのエネルギーとして取り出される。A part of the gas discharged from the reactor 3 is supplied to the reactor 3 via the heater 2 together with the new reaction gas supplied from the supply pump 1 via the circulation flow path 10 and (3) ) Contributes to the reaction. The remainder of the gas discharged from the reactor 3 is guided to the gas combustor 6, the hydrogen separator 7, or the gas turbine 8 via the flow channel 12, and is taken out as the respective energy.
【0019】有機廃棄物の嫌気性発酵により生ずる混合
ガスを原料にする場合は、その混合ガスはメタン過剰で
ある。メタンが過剰の場合は水素が発生する。従来は、
原料の混合ガス中でのCH4とCO2が1対1でない場合
には、外部から不足成分のガスを供給していたが、本発
明では不足成分ガスの供給は行なわず、反応器3から排
出されるガスの一部をガス燃焼器6、水素分離器7又は
ガスタービン8に導いて熱、水素又は電力の形で取り出
す。When a mixed gas produced by anaerobic fermentation of organic waste is used as a raw material, the mixed gas is in excess of methane. If methane is excessive, hydrogen is generated. conventionally,
In the case where CH 4 and CO 2 in the mixed gas of the raw materials were not 1: 1, the gas of the insufficient component was supplied from the outside. A part of the discharged gas is guided to a gas combustor 6, a hydrogen separator 7, or a gas turbine 8, and is extracted in the form of heat, hydrogen, or electric power.
【0020】有機廃棄物の嫌気性発酵により生ずるガス
にはわずかな窒素が含まれている。本発明では窒素が含
まれていても(3)式の反応には障害とはならないの
で、濃縮して除去する必要はない。実施例では反応器3
に導かれる混合ガスを加熱器2で加熱するようにしてい
るが、これに限ったものではなく、加熱器2をなくし、
反応器3を電気炉で所定の温度に加熱するようにしても
よい。本発明では、循環流路10と流通流路12の両方
を備えているので、生成した水は徐々に流通流路12か
ら排出されていく。そのため、循環流路10における凝
縮器4を省略することもできる。The gas produced by anaerobic fermentation of organic wastes contains a small amount of nitrogen. In the present invention, even if nitrogen is contained, the reaction of the formula (3) does not hinder the reaction, so that it is not necessary to remove by concentration. In the example, the reactor 3
Is heated by the heater 2, but this is not a limitation, and the heater 2 is eliminated,
The reactor 3 may be heated to a predetermined temperature in an electric furnace. In the present invention, since both the circulation channel 10 and the circulation channel 12 are provided, the generated water is gradually discharged from the circulation channel 12. Therefore, the condenser 4 in the circulation channel 10 can be omitted.
【0021】[0021]
【発明の効果】本発明では、触媒を充填した反応器の排
出ガス出口に、反応器から排出されるガスの一部を再び
反応器に戻す循環流路と、反応器から排出されるガスの
残部をその排出ガスのもつ総合エネルギーを取り出す機
構に導く流通流路とが接続されているので、二酸化炭素
を固定する反応の転換率が向上するとともに、反応ガス
であるメタンと二酸化炭素が等モルでない場合でも不足
成分を補給したりする組成比調整の操作を行なわずに、
原料ガスのもの総合エネルギーを有効に利用することが
できるようになる。According to the present invention, a circulation passage for returning a part of the gas discharged from the reactor to the reactor again at the exhaust gas outlet of the reactor filled with the catalyst, The remaining part is connected to a flow channel that leads to a mechanism that extracts the total energy of the exhaust gas, so that the conversion rate of the reaction for fixing carbon dioxide is improved and the reaction gas methane and carbon dioxide are equimolar. Even if it is not, without performing the operation of adjusting the composition ratio to replenish the missing components,
The total energy of the source gas can be used effectively.
【図1】一実施例を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing one embodiment.
1 供給ポンプ 2 加熱器 3 反応器 3a 触媒 4 凝縮器 5 循環ポンプ 6 ガス燃焼器 7 水素分離器 8 ガスタービン 10 循環流路 12 流通流路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Supply pump 2 Heater 3 Reactor 3a Catalyst 4 Condenser 5 Circulation pump 6 Gas combustor 7 Hydrogen separator 8 Gas turbine 10 Circulation flow path 12 Distribution flow path
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長曽 哲夫 京都府京都市中京区西ノ京桑原町1番地 株式会社島津製作所内 Fターム(参考) 4G046 CA01 CA02 CC08 4G075 AA04 AA37 AA43 AA44 AA63 BA01 BA06 BD12 CA54 CA56 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tetsuo Nagaso 1 Nishinokyo Kuwabaracho, Nakagyo-ku, Kyoto-shi, Kyoto F-term in Shimadzu Corporation (reference) 4G046 CA01 CA02 CC08 4G075 AA04 AA37 AA43 AA44 AA63 BA01 BA06 BD12 CA54 CA56
Claims (3)
二酸化炭素を含む混合ガスを原料としてその反応器で触
媒反応させ、炭素と水を生成させることにより二酸化炭
素を固定化する装置において、 前記反応器の排出ガス出口には、その反応器から排出さ
れるガスの一部を再びその反応器に戻す循環流路と、そ
の反応器から排出されるガスの残部をその排出ガスのも
つ総合エネルギーを取り出す機構に導く流通流路とが接
続されていることを特徴とする複合型二酸化炭素固定装
置。An apparatus for fixing carbon dioxide by providing a reactor filled with a catalyst, performing a catalytic reaction in the reactor using a mixed gas containing methane and carbon dioxide as a raw material, and generating carbon and water, At the exhaust gas outlet of the reactor, a circulation flow path for returning a part of the gas discharged from the reactor to the reactor again, and the remaining gas discharged from the reactor as a whole having the exhaust gas A composite type carbon dioxide fixing device, wherein the device is connected to a flow channel leading to a mechanism for extracting energy.
ガスタービンのうちの少なくとも1つを備えている請求
項1に記載の複合型二酸化炭素固定装置。2. The combined carbon dioxide fixing device according to claim 1, wherein the mechanism includes at least one of a gas combustor, a hydrogen separator, and a gas turbine.
二酸化炭素固定装置。3. The combined carbon dioxide fixing device according to claim 2, further comprising the mechanism.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2000391166A JP4412847B2 (en) | 2000-12-22 | 2000-12-22 | Combined carbon dioxide fixing device |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2002191961A true JP2002191961A (en) | 2002-07-10 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002284513A (en) * | 2001-03-28 | 2002-10-03 | Shimadzu Corp | Method for manufacturing carbon |
GB2449233A (en) * | 2007-05-14 | 2008-11-19 | Timothy James Ronald Kruger | A process for reducing carbon dioxide to carbon utilising methane |
-
2000
- 2000-12-22 JP JP2000391166A patent/JP4412847B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2002284513A (en) * | 2001-03-28 | 2002-10-03 | Shimadzu Corp | Method for manufacturing carbon |
GB2449233A (en) * | 2007-05-14 | 2008-11-19 | Timothy James Ronald Kruger | A process for reducing carbon dioxide to carbon utilising methane |
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