JP2002220360A

JP2002220360A - ジメチルエーテルの製造法およびその装置

Info

Publication number: JP2002220360A
Application number: JP2001059204A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hatanaka; 武史畑中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2002-08-09

Abstract

(57)【要約】【課題】安価な水及び安価な炭素材を原料として、低
コストでＤＭＥの大量生産を可能とするＤＭＥ合成法お
よびその合成装置を提供する。【解決手段】アークプラズマリアクタＡＰＲで多量の
微小アークプラズマの存在下で水と炭素材とを接触反応
させることにより、合成ガスを生成し、合成ガスをメタ
ノール合成槽ＭＲでメタノールを合成した後、メタノー
ル脱水反応塔ＤＨでＤＭＥを合成する。他の実施例にお
いて、合成ガスをＤＭＥ合成反応塔ＤＭＥＲでＤＭＥに
変換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ジメチルエーテ
ルの製造法およびその製造装置に関し、とくに、低公害
燃料として有用なジメチルエーテルの製造法およびその
合成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、炭酸ガス排出による地球温暖化
防止の切り札として、火力発電装置、コジェネ装置、燃
料電池や自動車用低公害燃料としてジメチルエーテルの
研究が活発化している。従来、ジメチルエーテルの原料
として合成ガスを利用することが一般的となっている。

【０００３】例えば、米国特許第４０９８８０９号、
第４４１７０００号、第４１７７１６７号、４３７５４
２４号、第５２１８００３号、第５２５４５９６号、第
５７５３７１６号および第５９０８９６３号ならびに特
開平１０−１８２５３１号には水素および一酸化炭素か
らなる合成ガスからジメチルエーテルを合成するための
触媒およびジメチルエーテルの製造法が提案されてい
る。合成ガスは特開平１０−１８２５３１に開示されて
いるように天然ガスもしくは石炭ガスの改質により製造
されるのが一般的である。しかし、天然ガスまたは石炭
ガスは採掘や輸送に多大のコストが嵩むため、原料コス
トがきわめて高くなり、ジメチレエーテルを大幅コスト
ダウンして、地球環境対策用に市場拡大を図ることは困
難である。また、これら原料ガスは硫黄分を含有してお
り、大型で設備コストの高い脱硫装置を組み込む必要が
生じ、ジメチルエーテル設備プラントが大型化するとと
もに、製造プロセスが複雑となり、運転コストも高くな
る。しかも、脱硫装置で原料ガスを脱硫しても、硫黄分
を完全に除去することが困難であり、したがって、天然
ガスまたは石炭ガスを利用した合成ガスには微量の硫黄
成分が残存し、これが徐々にシステム内に蓄積されて、
触媒失活成分となる。このため、触媒の交換または再生
工程に多大の費用がかさむことになり、ジメチルエーテ
ルの大幅なコストアップ要因となる。さらに、石炭ガス
または天然ガスの改質工程において、８５ｗｔ％の原料
が合成ガス用として利用され、１５ｗｔ％の石炭ガスま
たは天然ガスが改質器の高温エネルギー生成用の燃料と
して利用され、この時大量のＣＯ_２が発生し、地球温暖
化の大きな要因となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来
のジメチルエーテル製造法およびその装置では製造プラ
ントが大型となって製造プロセスが複雑となり、しかも
原料コストが著しく高くなるため、ジメチルエーテルを
低コストで連続的に大量生産することができない。

【０００５】そこで、本発明は安価な水および安価な炭
素材を主原料としてジメチルエーテルを低コストで安定
的に大量生産することが可能なジメチルエーテル製造法
およびその製造装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１概念によ
れば、ジメチルエーテル製造法は原料水供給口と合成ガ
ス取出口とを有する絶縁ケーシングと、絶縁ケーシング
内に形成されたアークプラズマ反応室と、アークプラズ
マ反応室に配置された多相交流電極とを備えたアークプ
ラズマリアクタを準備する工程と；アークプラズマ反応
室内に炭素材を充填して炭素材の隙間に微小アーク通路
を形成する工程と；アーク電極にアーク電力を供給して
微小アーク通路内にアークプラズマを発生させる工程
と；原料水供給口から原料水または水蒸気を微小アーク
通路内に通過させてアークプラズマの存在下で水蒸気と
炭素材の炭素とを接触反応させ、水素および一酸化炭素
を含む合成ガスを生成する工程と；合成ガス取出口から
合成ガスを取出して合成ガスを冷却する工程と；メタノ
ール合成反応槽に合成ガスを導入してメタノール触媒と
接触させてメタノールを合成する工程と；メタノールを
メタノール脱水触媒と接触させてジメチルエーテルを形
成する工程と；を備える。

【０００７】本発明の第２概念によれば、ジメチルエ
ーテル製造法が原料水供給口と合成ガス取出口とを有す
る絶縁ケーシングと、絶縁ケーシング内に形成されたア
ークプラズマ反応室と、アークプラズマ反応室に配置さ
れたアーク電極とを備えたアークプラズマリアクタを準
備する工程と；アークプラズマ反応室内に炭素材を充填
して炭素材の隙間に微小アーク通路を形成する工程と；
アーク電極にアーク電力を供給して微小アーク通路内に
アークプラズマを発生させる工程と；原料水供給口から
原料水または水蒸気を微小アーク通路内に通過させてア
ークプラズマの存在下で水蒸気と炭素材の炭素とを接触
反応させ、水素および一酸化炭素を含む合成ガスを生成
する工程と；合成ガス取出口から合成ガスを取出して合
成ガスを冷却する工程と；ジメチルエーテル合成反応槽
に合成ガスを導入して合成ガスをジメチルエーテル触媒
と接触させてジメチルエーテルを合成する工程と；をそ
なえることにより達成される。

【０００８】本発明の第３概念によれば、ジメチルエー
テル製造装置が炭素材原料投入口と、原料水供給口と、
合成ガス用アウトレットとを有する絶縁ケーシングと、
絶縁ケーシング内に形成されたアークプラズマ反応室
と、アークプラズマ反応装置に配置されたアーク電極
と、アークプラズマ反応装置内に充填された炭素材の隙
間に形成された微小アーク通路とを有するアークプラズ
マリアクタと；原料水を原料水投入口に供給する原料水
供給ポンプと；炭素材を炭素材原料投入口に供給する炭
素材供給装置と；アーク電極にアーク電力を供給して微
小アーク通路内にアークプラズマを発生させて、微小ア
ーク通路内で水蒸気と炭素材とを接触反応させ、合成ガ
スを生成するプラズマ電源と；アークプラズマリアクタ
に接続されて合成ガスからメタノールを合成するメタノ
ール合成反応槽と；メタノール反応槽に接続されてメタ
ノールをジメチルエーテルに変換するメタノール脱水反
応槽と；を備えることにより達成される。

【０００９】本発明の第４概念によれば、ジメチルエ
ーテル製造装置が炭素材原料投入口と、原料水供給口
と、合成ガス用アウトレットとを有する絶縁ケーシング
と、絶縁ケーシング内に形成されたアークプラズマ反応
室と、アークプラズマ反応装置に配置されたアーク電極
と、アークプラズマ反応装置内に充填された炭素材の隙
間に形成された微小アーク通路とを有するアークプラズ
マリアクタと；原料水を原料水投入口に供給する原料水
供給ポンプと；炭素材を炭素材原料投入口に供給する炭
素材供給装置と；アーク電極にアーク発生電力を供給し
て微小アーク通路内にアークプラズマを発生させて、微
小アーク通路内で水蒸気と炭素材とを接触反応させ、合
成ガスを生成する多相交流電源と；アークプラズマリア
クタに接続されて合成ガスからジメチルエーテルを合成
するジメチルエーテル合成反応槽と；を備えることによ
り達成される。

【００１０】

【作用】本発明のジメチルエーテルの製造法およびそ
の製造装置によれば、アークプラズマリアクタ内に形成
された微小アーク通路を固形状炭素材により構成して、
微小アーク通路内にスパークによる微小アークプラズマ
を大量に発生させ、水蒸気を微小アーク通路内に導入し
てアークプラズマの存在下で水蒸気と炭素材の炭素とを
接触反応させて次式で示されるように硫黄分を全く含ま
ない一酸化炭素と水素からなる合成ガスを効率的に生成
する。

【００１１】Ｃ＋Ｈ_２Ｏ→Ｃｏ＋Ｈ_２（１）Ｃｏ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２（２）

【００１２】次に（１）、（２）の反応で得られた合
成ガスを利用して、ジメチルエーテル（以下、ＤＭＥと
略称する）の合成反応は下記の三つの化学平衡反応によ
って進行する。

【００１３】メタノール合成反応：Ｃｏ＋２Ｈ_２→ＣＨ_３ＯＨ（３）メタノール脱水反応：２ＣＨ_３ＯＨ→ＣＨ_３ＯＣＨ_３＋Ｈ_２Ｏ（４）水性ガスシフト反応：Ｈ_２Ｏ＋Ｈ_２＋ＣＯ_２（５）

【００１４】上記（３）、（４）、（５）の反応式を
本発明の第１実施例のＤＭＥ製造法では二段法で実行
し、第２実施例のＤＭＥ製造法では単独（一段法）で行
う。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下本発明の望ましい実施例に
よるＤＭＥ製造装置につき図面を参照しながら説明す
る。図１において、ＤＭＥ製造装置１０は炭素材を供給
するための炭素原料投入装置１２と、水原料供給ポンプ
Ｐ１と、炭素材原料と水原料から合成ガスを生成するア
ークプラズマリアクタＡＰＲと、原料水と合成ガスを熱
交換して原料水を予熱するための第１熱交換器Ｈ１と、
合成ガスを冷却するための冷却器Ｃ１と、開閉弁Ｖ１
と、気水分離器Ｓ１と、凝縮水を原料水と合流させるた
めのリサイクルライン１３と、合成ガスを加圧するため
のコンプレッサＣＭと、メタノール合成触媒を充填した
メタノール反応槽ＭＲと、メタノールからＤＭＥを合成
するメタノール脱水反応槽ＤＨと、反応生成物を冷却す
る第２熱交換器Ｈ２と、メタノールをさらに冷却するた
めの冷却器Ｃ２と、減圧弁ＥＶと、ＤＭＥ精留塔ＤＴ
と、冷却器Ｃ３と、ＤＭＥ回収タンクＤＭＥＴと、リボ
イラＢ１と、メタノール蒸留塔ＭＥＴと、冷却器Ｃ４
と、リボイラＢ２と、冷却器Ｃ５と、リサイクルガスを
アークプラズマリアクタＡＰＲに循環するリサイクルラ
イン１５と、メタノールをメタノール脱水反応槽ＤＨに
循環するリサイクルライン１７と、生成水をリサイクル
ライン１３に合流させるリサイクルライン１９と、回収
塔Ｍｅと、循環ポンプＰ２，Ｐ３とを備える。メタノー
ル合成触媒としては例えば、６０ｗｔ−％ＣｕＯ，３０
ｗｔ−％ＺｎＯ，１０ｗｔ−％Ａｌ２０３からなる触媒
が用いられ、メタノール脱水反応触媒としてはγアルミ
ナ等の固体酸触媒が用いられる。

【００１６】図２は図１のアークプラズマリアクタＡ
ＰＲの具体的構造を示す。図２において、アークプラズ
マリアクタＡＰＲは炭素原料投入装置１２に接続された
アークプラズマ反応装置１４と、多相交流電源からなる
プラズマ電源１６と、冷却器Ｈ１とを備える。原料投入
装置１２は粉末状、ペレット状または塊状黒鉛、粒状活
性炭、あるいはカーボンパウダー等の炭素原料を貯蔵す
るホッパ２０と、スクリュウフィーダ２２と、ロータリ
バルブ２４とを備え、プラズマ反応装置１４内に炭素原
料を連続投入する。プラズマ反応装置１４は耐熱性のセ
ラミックからなる円筒状外部絶縁ケーシング２６と、ア
ークプラズマ反応室３４を備える内部絶縁ケーシング３
２とを備え、その上端部にボルト３０により装着された
絶縁性電極ホルダー２８を備える。アークプラズマ反応
室３４内に粒状炭素材が供給されると、多数の微小アー
ク通路３５がプラズマアーク反応室３４内に形成され、
微小アーク通路内ではスパークによる多量の微小プラズ
マアークがプラズマアーク反応室内３５内に均一に発生
する。このとき、原料水はプラズマアーク反応室３５の
上流側で高温により水蒸気となり、この水蒸気が微小ア
ーク通路を通過する間に炭素材の炭素と接触反応して前
述の反応式の如く合成ガスが生成される。

【００１７】絶縁ホルダー２８は捧状多相交流電極３
６、３８、４０を支持する。絶縁ケーシング３２の下部
にはアーク発生用熱電子を放出するための円板状接地電
極４２が配置される。内部絶縁ケーシング３２の内部に
円筒状アークプラズマ反応室３４が形成される。接地電
極４２は絶縁ケーシング２６の下端部に形成された電極
ホルダー７８により支持され、ボルト８０で固定され
る。電極ホルダー２８は炭素原料投入装置１２に接続さ
れた炭素材供給口５０を備える。絶縁ケーシング２６の
上部には原料水または水蒸気を導入するための原料水供
給口５２がアーク電極３６、０３８、４０の上部付近に
隣接して配置される。その理由は、原料水または水蒸気
によってアーク電極を効果的に冷却してアーク電極の異
常温度上昇を防止するためである。内部ケーシング３２
の外周にはスパイラル状冷却通路５４からなる冷却部６
３が形成され、これら冷却通路は連通路６４により互い
に連通している。絶縁ケーシング２６はインレット７４
およびアウトレット７６を備え、これらはそれぞれ冷却
通路５４にそれぞれ連通している。絶縁ケーシング２６
の下端部を構成するフランジ部７８にはボルト８０を介
してエンドプレート８２が固定され、これらの間にシー
ル材８３が配置される。アークプラズマ反応室４１の下
端部には０．２乃至０．５μｍの平均開口を有するフイ
ルタ８４がエンドプレート８２により支持されている。
エンドプレート８２は合成ガスアウトレット８６を備え
る。

【００１８】三相交流電極３６、３８、４０は三相交流
電源１６に接続され、この中性点に接地電極４２が接続
される。三相交流電源１６から三相交流電極３６、３
８、４０と中性電極４２との間に、出力周波数５０−６
０Ｈｚ、出力電圧３０−１５０Ｖ，出力電流１００−２
００Ａの三相交流電力が給電される。このとき、三相交
流電極３６、３８、４０のうち、２つの電極と３つの電
極から交互に中性電極４２に電流が流れ、炭素原料の隙
間にスパークによるアークプラズマが発生する。三相交
流電流の位相に応じて、プラズマアークの発生位置が連
続的に変化し、炭素原料の隙間には常時多量の電離イオ
ンが存在し、接地電極４２からは常時熱電子が放出され
るため、プラズマアークが常に安定して発生する。

【００１９】図１、図２に基いて、本発明による望まし
い実施例によるＤＭＥの製造法につき、以下の通り説明
する。

【００２０】ステップ１（以下、ＳＴと略す）：原料水
供給口５２と合成ガス取出口８６とを有する絶縁ケーシ
ング３２と、絶縁ケーシング内に形成されたアークプラ
ズマ反応室３４と、アークプラズマ反応室に配置された
多相交流電極３６、３８、４０、４２とを備えたアーク
プラズマリアクタＡＰＲを準備する。

【００２１】ＳＴ２：アークプラズマ反応室内３４
に固形状炭素材を充填して固形状炭素材の隙間に微小ア
ーク通路３５を形成する。

【００２２】ＳＴ３：アーク電極３６、３８、４
０、４２に多相交流電力を供給して微小アーク通路内３
５内に１３００℃〜２３００℃の微小アークプラズマを
発生させる。

【００２３】ＳＴ４：原料水供給口５２から原料水
または水蒸気Ｈ２０を微小アーク通路３５内に通過させ
てアークプラズマの存在下で水蒸気と炭素材の炭素とを
高温下で接触反応させ、前述の反応式（１）、（２）の
如く水素および一酸化炭素を含む合成ガスを生成する。

【００２４】ＳＴ５：合成ガス取出口８６から合成
ガスを取出して熱交換器Ｈ１と冷却器Ｃ１とで合成ガス
を冷却して気水分離機Ｓで合成ガスと生成水とを分離す
る。

【００２５】ＳＴ６：生成水はリサイクルライン１
３を介してアークプラズマリアクタＡＰＲにリサイクル
原料として循環する。

【００２６】ＳＴ７：合成ガスをメタノール合成反
応槽ＭＲに導入して、そこで１００〜１２０気圧，２２
０°〜２８０℃の条件下で上記反応式（３）により、合
成ガスからメタノールを合成する。

【００２７】ＳＴ１８：メタノールをメタノール脱
水反応槽ＤＨに導入して、２５０°〜３００℃の条件下
で上記反応式（４）、（５）により、ＤＭＥを合成す
る。

【００２８】ＳＴ１９：第２熱交換器Ｈ２および冷
却器Ｃ２により、ＤＭＥを冷却し、減圧弁ＥＶで９．５
〜１１．５気圧まで減圧してＤＭＥ精留塔ＤＴに給送す
る。ＤＭＥはＤＮＥ精留塔ＤＴの頂部から冷却器Ｃ３に
送られ、ここで冷却されてＤＭＥタンクＤＭＥＴに回収
される。ＤＭＥの一部はスクラブ用にＤＭＥ精留塔ＤＴ
に供給される、なお、ＤＭＥタンクＤＭＥＴの頂部から
未反応リサイクルガスをリサイクルライン１５を介して
アークプラズマリアクタＡＰＲに循環する。

【００２９】ＳＴ２０：ＤＭＥ精留塔ＤＴの底部か
らメタノール水溶液を取出して、その一部をリボイラＢ
１で１５０°〜２５０℃に加熱して該底部に循環させ
る。メタノール水溶液の残部はメタノール蒸留塔ＭＥＴ
に供給し、ここでメタノールを蒸発させてこれを冷却器
Ｃ４で冷却してメタノール回収塔ＭＥＴにメタノールＭ
ｅＯＨを回収する。メタノール精留塔ＭＥＴの底部はリ
ボイラＢで１０２°〜１１０℃に維持される。

【００３０】ＳＴ２１：メタノールタンクＭＥＴの
メタノールＭｅＯＨはポンプＰ３およびリサイクルライ
ン１７を介してメタノール脱水反応槽ＤＨに循環利用さ
れる。

【００３１】ＳＴ２２：メタノール蒸留塔ＭＥＴの
底部から取出した生成水は冷却器Ｃ５で６０°〜９０℃
まで冷却された後、リサイクル原料として循環ポンプＰ
２およびリサイクルライン１９を介してリサイクルライ
ン１３に合流され、アークプラズマリアクタＡＰＲに循
環される。

【００３２】次に、図１のＤＭＥ製造装置１０の作用に
つき説明する。図１において、先ず、スクリュウフイー
ダ２２およびロータリバルブ２４を駆動して、アークプ
ラズマリアクタＡＰＲ内に粒状活性炭等の炭素材を所定
レベルまで充填する。そのとき、ロータリバルブ２４お
よびスクリュウフイーダ２２を停止する。次に、原料水
供給ポンプＰ１を駆動するとともに、プラズマアークリ
アクタＡＰＲのアーク電極に三相交流電力を供給する。
この時、原料水供給口５２からアークプラズマ反応室に
供給された原料水はその上流付近で高温により水蒸気に
変換されて多量の微小流に分割されて多量の微小アーク
通路内に流入し、水蒸気の微小流はアークプラズマ反応
室の上流から下流にかけて通過する。この状態におい
て、前述したように、合成ガスＳＧが生成され、アウト
レット８６から第１冷却器Ｈ１で冷却され、次いで、水
冷式の冷却器Ｃ１で６０°から９０℃まで冷却され、開
閉弁Ｖ１を介して気水分離器Ｓ１で合成ガスＳＧから水
分が凝縮水として分離される。凝縮水は原料水に混合さ
れて第１熱交換器Ｈ１及びアークプラズマリアクタＡＰ
Ｒの冷却部６３で余熱された後、原料水供給口５２に給
送される。一方、合成ガスＳＧはコンプレッサＣｏで１
００〜１２０気圧まで加圧された後、メタノール反応槽
ＭＲに導入される。この反応槽ＭＲは冷却水ＣＷで２２
０°〜２８０℃に維持される。メタノールはメタノール
脱水塔ＤＨに送られ、そこで脱水反応が行われて、ＤＭ
Ｅが合成される。ＤＭＥは第２熱交換器Ｈ２および冷却
器Ｃ２で冷却され、減圧弁ＥＶで減圧してＤＭＥ精留塔
ＤＴに供給される。このとき、未反応ガスはライン１５
を介してアークプラズマリアクタＡＰＲに循環される。
メタノール水溶液は次いでメタノール精留塔ＭＥＴに給
送され、そこでメタノールＭｅＯＨと生成水Ｈ_２Ｏとに
分離される。このとき、生成水はポンプＰ２およびリサ
イクルライン１９を介してリサイクルライン１３に合流
され、給水ポンプＰ１から供給される原料水と混合して
再利用される。

【００３３】図２は本発明の第２実施例によるＤＭＥ
製造装置の概略図を示し、図１と同一部材には同一符合
が用いられる。図２において、ＤＭＥ合成は一段式で行
われ、そのために、ＤＭＥ製造装置１０はコンプレッサ
Ｃｏに接続されたＤＭＥ合成塔ＤＭＥＲを備える。その
他は図１の実施例と同一のため、これらの説明は省略す
る。

【００３４】ＤＭＥ合成塔ＤＭＥＲはＤＭＥ合成触媒を
分散したスラリー床を備え、ＤＭＥ合成触媒はメタノー
ル合成触媒と、メタノール脱水触媒と、水性ガスシフト
触媒とを備える。

【００３５】メタノール合成触媒としては酸化銅一酸
化亜鉛、酸化亜鉛一酸化クロム、等がある。メタノール
脱水触媒としてはγアルミナ、シリカ、ゼオライトなど
がある。水性ガスシフト触媒としては酸化銅一酸化亜
鉛、酸化銅一酸化クロム一酸化亜鉛、酸化一酸化クロム
などが利用される。

【００３６】媒体油は沸点が１５０℃以上で低比重の
水不溶性反応溶媒のアルコール、ケトン、軽油、Ｆ／Ｔ
合成油が用いられる。反応条件は１７０°〜２８０℃の
温度と、５０〜１５０ａｔａの圧力が採用される。

【００３７】本発明の第２実施例によれば、加圧され
た合成ガスをＤＭＥ合成塔ＤＭＥＲの底部から供給し、
ＤＭＥ合成触媒と接触反応させ、ＤＭＥを合成する。こ
のとき、反応塔の上層から取出したＤＭＥを冷却器Ｃ２
で冷却された後、減圧弁ＥＶで減圧された後、ＤＭＥ精
留塔ＤＴに送られ、以後、前述のサイクルが繰り返され
る。なお、メタノール回収タンクＭＥＴのメタノールは
リサイクルライン１７を介してＤＭＥ合成塔ＤＭＥＲの
底部に循環される。

【００３８】上記実施例において、三相交流電極もしく
は絶縁ケーシングに温度センサを装着して温度信号を発
生させ、コンピュータに記憶させた最適基準温度信号と
比較してインバータからなる三相交流電源の出力周波数
を所定レベルに制御することによりアークプラズマ反応
室内の作動温度を常時安定したレベルに維持するように
してもよい。また、原料水供給ポンプＰ１にインバータ
を介して電力を供給し、リサイクル原料水の供給量に応
じてインバータの出力周波数を自動的に制御しても良
い。

【００３９】本発明のＤＭＥ製造法およびその装置によ
れば、前述の従来技術に対して次のような特長をそなえ
る。（１）ＤＭＥ原料が極めて安価な水と安価な炭素材とを
利用するため、原料コストを大幅に低減して、ＤＭＥの
大幅コストダウンが可能となる。（２）小型高性能のアークプラズマリアクタを用いて、
大量の合成ガスを生成するようにしたため、ＤＭＥの生
産効率が高い。（３）炭素材は全て合成ガス生成用にのみ利用され、改
質器の燃焼用燃料として利用されないため、原料の利用
効率が極めて高い。（４）アークプラズマリアクタは従来の燃焼方式の改質
器よりも、高温の作動温度（１３００°〜２３００℃）
となるため、炭素材と水との利用効率が高まるととも
に、リアクタ反応湿内の作動温度により、合成ガス中の
Ｈ２／Ｃｏ比率を変えられるため、ＤＭＥ製造プラント
の運転制御の最適化が容易となる。（５）従来方式では定期的に合成ガス生成プロセスを
中断して空気を改質器に供給して炭化水素燃料を燃焼さ
せる複雑なプロセスが必要であるが、本発明方法及び装
置ではこれらの複雑な工程が不要なため、ＤＭＥ製造プ
ラントの運転制御が極めて簡略化され、運転コストも大
幅コストダウンが可能となる。（６）従来技術においては、改質器が燃焼方式を採用し
ているため、改質器の作動温度をＤＭＥ製造プラントの
運転状況に応じて高速応答で制御することが困難である
のに対して、本発明ではアーク電極への供給電圧を変化
させるだけで改質器の温度を瞬時制御することが可能な
ため、改質器の温度応答性が高く、効率的なＤＭＥの大
量生産が可能となる。（７）従来技術ではＤＭＥ精製時に発生する水を装置外
部に廃棄しているため、環境負荷が高くなり，その分、
環境対策費がメタノールのコストアップ要因となる。本
発明では、ＤＭＥ精製時に副生する水を原料としてリサ
イクルしているため、環境負荷が極めて低い。（８）従来の燃焼方式を採用した改質工程ではＤＭＥ製
造プラントの立ち上げや運転停止に長時間が必要である
が、本発明の方式では、アーク電極への電力供給遮断と
ポンプの電源オンオフのみでＤＭＥ製造プラントの立ち
上げ並びに運転停止を瞬時に実行でき、特に、地震その
他の緊急対策時に極めて安全となり、周辺住民への安全
対策上有利である。（９）従来方式では製造設備が全体的に極めて大型と
なり、運転コストも高いため、製造プラントへの投資額
が極めて大きくなり、そのため、投資回収が困難とな
る。これに対して、本発明の製造装置は小型、コンパク
ト、高性能であり、しかも、製造プロセスが簡略化され
るため、投資回収を短期間にできる。

【００４０】上記実施例において、アークプラズマリア
クタは原料水を上流から供給して合成ガスを下流に設け
た合成ガスアウトレットから取出すものとして説明した
が、炭素材の種類によってスラグの発生量が多いときは
原料水供給口をリアクタの下流側に設け、合成ガスアウ
トレットをリアクタの上流に設けてサイクロンでスラグ
と合成ガスを分離するようにしても良い。また、プラズ
マアークリアクタは棒状の三相交流電極を利用したもの
として説明したが、三相交流電極を軸方向に間隔を置い
て配置された円筒状電極とその中央部に配置された捧状
接地電極により構成しても良い。

【００４１】

【発明の効果】以上より、明らかなように、本発明の
ＤＭＥ製造法およびＤＭＥ製造装置によれば、きわめて
安価な原料の利用を可能にして極めて低コストでＤＭＥ
の大量生産が可能であり、実用上の貢献度が極めて高
い。しかも、本発明によれば、排水等の有害物質の排出
がないため、環境負荷が極めて少ない。さらに、ＤＭＥ
の原料となる水と炭素材は極めて長期にわたって調達が
可能なため、ＤＭＥを低コストで長期にわたって安定供
給が可能となり、エネルギー戦略上有利となる。また、
本発明装置は小型、コンパクト、高性能であるため、消
費地に隣接して、ＤＭＥ製造プラントを設置することが
可能となり、輸送コストの大幅低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る望ましい第１実施例によるジメチ
ルエーテル製造装置の概略図を示す。

【図２】図１のアークプラズマリアクタの断面図を示
す。

【図３】本発明の第２実施例のジメチルエーテル製造装
置の概略図を示す。

【符号の説明】

１２炭素材投入装置、１３，１５，１９リサイクル
ライン、２４ロータリバルブ、ＡＰＲアークプ
ラズマリアクタ、Ｈ１第１熱交換器、Ｃ１冷却器、Ｓ
気水分離器、Ｃｏコンプレッサ、ＤＨメタノール
脱水反応槽、Ｈ２第２熱交換器、Ｃ２冷却器、ＥＶ
減圧弁、ＤＴＤＭＥ精留塔、ＭＥＴメタノール精留
塔、ＤＥＭＲＤＥＭ合成塔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料水供給口と合成ガス取出口とを有す
る絶縁ケーシングと、絶縁ケーシング内に形成されたア
ークプラズマ反応室と、アークプラズマ反応室に配置さ
れたアーク電極とを備えたアークプラズマリアクタを準
備する工程と；アークプラズマ反応室内に固形状炭素材
を充填して固形状炭素材の隙間に微小アーク通路を形成
する工程と；アーク電極にアーク発生電力を供給して微
小アーク通路内に微小アークプラズマを発生させる工程
と；原料水供給口から原料水または水蒸気を微小アーク
通路内に通過させてアークプラズマの存在下で水蒸気と
炭素材の炭素とを接触反応させ、水素および一酸化炭素
を含む合成ガスを生成する工程と；合成ガス取出口から
合成ガスを取出して合成ガスを冷却する工程と；メタノ
ール合成反応槽に合成ガスを導入してメタノール触媒と
接触させてメタノールを合成する工程と；メタノールを
メタノール脱水触媒と接触させてジメチルエーテルを形
成する工程と；からなるジメチルエーテルの製造法。
【請求項２】請求項１において、さらに、合成ガスを
冷却して合成ガス中の水分を凝縮水として分離回収する
工程と；凝縮水をアークプラズマリアクタに循環する工
程と；合成ガスを加圧してメタノール合成反応槽に供給
する工程とをさらに備えるジメチルエーテルの製造法。
【請求項３】請求項１において、さらに、ジメチルエ
ーテルをジメチルエーテル精留塔に導入してジメチルエ
ーテルとリサイクルガスならびにメタノール水溶液とに
分離する工程と；リサイクルガスをアークプラズマリア
クタに循環させる工程と；メタノール水溶液をリサイク
ルメタノールと生成水とに分離する工程と；生成水をア
ークプラズマリアクタに循環する工程と；を備えるジメ
チルエーテルの製造法。
【請求項４】請求項３において、リサイクルメタノー
ルをメタノール脱水触媒に循環させる工程をさらに備え
るジメチルエーテルの製造法。
【請求項５】請求項１において、アークプラズマリア
クタがアークプラズマ反応室の外周に配置された冷却部
を備え、原料水が冷却部で余熱される工程をさらに備え
るジメチルエーテルの製造法。
【請求項６】請求項１において、アーク電極が絶縁ケ
ーシングにより支持された三相交流電極と、三相交流電
極から間隔を置いて配置された接地電極とを備え、三相
電極と接地電極との間で同時に複数のアークプラズマが
発生することを特徴とするジメチルエーテルの製造方
法。
【請求項７】原料水供給口と合成ガス取出口とを有す
る絶縁ケーシングと、絶縁ケーシング内に形成されたア
ークプラズマ反応室と、アークプラズマ反応室に配置さ
れたアーク電極とを備えたアークプラズマリアクタを準
備する工程と；アークプラズマ反応室内に固形状炭素材
を充填して固形状炭素材の隙間に微小アーク通路を形成
する工程と；アーク電極にアーク発生電力を供給して微
小アーク通路内に微小アークプラズマを発生させる工程
と；原料水供給口から原料水または水蒸気を微小アーク
通路内に通過させてアークプラズマの存在下で水蒸気と
炭素材の炭素とを接触反応させ、水素および一酸化炭素
を含む合成ガスを生成する工程と；合成ガス取出口から
合成ガスを取出して合成ガスを冷却する工程と；ジメチ
ルエーテル合成反応槽に合成ガスを導入して合成ガスを
ジメチルエーテル触媒と接触させてジメチルエーテルを
合成する工程と；からなるジメチルエーテルの製造法。
【請求項８】請求項７において、さらに、合成ガスを
冷却して合成ガス中の水分を凝縮水として分離回収する
工程と；凝縮水をアークプラズマリアクタに循環する工
程と；合成ガスを加圧してジメタノール合成反応槽に供
給する工程とをさらに備えるジメチルエーテルの製造
法。
【請求項９】請求項７において、さらに、ジメチルエ
ーテルをジメチルエーテル精留塔に導入してジメチルエ
ーテルとリサイクルガスならびにメタノール水溶液とに
分離する工程と；リサイクルガスをアークプラズマリア
クタに循環させる工程と；メタノール水溶液をリサイク
ルメタノールと生成水とに分離する工程と；生成水をア
ークプラズマリアクタに循環する工程と；を備えるジメ
チルエーテルの製造法。
【請求項１０】請求項７において、アーク電極が絶縁
ケーシングにより支持された三相交流電極と、三相交流
電極から間隔を置いて配置された接地電極とを備え、三
相電極と接地電極との間で同時に複数のアークプラズマ
が発生することを特徴とするジメチルエーテルの製造方
法。
【請求項１１】炭素材原料投入口と、原料水供給口
と、合成ガス用アウトレットとを有する絶縁ケーシング
と、絶縁ケーシング内に形成されたアークプラズマ反応
室と、アークプラズマ反応装置に配置されたアーク電極
と、アークプラズマ反応装置内に充填された炭素材の隙
間に形成された微小アーク通路とを有するアークプラズ
マリアクタと；原料水を原料水投入口に供給する原料水
供給ポンプと；炭素材を炭素材原料投入口に供給する炭
素材供給装置と；アーク電極にアーク発生電力を供給し
て微小アーク通路内にアークプラズマを発生させて、微
小アーク通路内で水蒸気と炭素材とを接触反応させ、合
成ガスを生成するプラズマ電源と；アークプラズマリア
クタに接続されて合成ガスからメタノールを合成するメ
タノール合成反応槽と；メタノール反応槽に接続されて
メタノールをジメチルエーテルに変換するメタノール脱
水反応槽と；を備えるジメチルエーテル製造装置。
【請求項１２】炭素材原料投入口と、原料水供給口
と、合成ガス用アウトレットとを有する絶縁ケーシング
と、絶縁ケーシング内に形成されたアークプラズマ反応
室と、アークプラズマ反応装置に配置されたアーク電極
とを備えるアークプラズマリアクタと；アークプラズマ
反応装置内に充填されて隙間に多量の微小アーク通路を
形成する固形状炭素材と；原料水を原料水投入口に供給
する原料水供給ポンプと；炭素材を炭素材原料投入口に
供給する炭素材供給装置と；アーク電極にアーク発生電
力を供給して微小アーク通路内にアークプラズマを発生
させて、微小アーク通路内で水蒸気と炭素材とを接触反
応させ、合成ガスを生成するプラズマ電源と；アークプ
ラズマリアクタに接続されて合成ガスからジメチルエー
テルを合成するジメチルエーテル合成反応槽と；を備え
るジメチルエーテル製造装置。