JP2003059518A - Carbon dioxide and methane immobilization control system - Google Patents

Carbon dioxide and methane immobilization control system

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JP2003059518A
JP2003059518A JP2001251042A JP2001251042A JP2003059518A JP 2003059518 A JP2003059518 A JP 2003059518A JP 2001251042 A JP2001251042 A JP 2001251042A JP 2001251042 A JP2001251042 A JP 2001251042A JP 2003059518 A JP2003059518 A JP 2003059518A
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JP
Japan
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gas
hydrogen
reaction
methane
carbon dioxide
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Pending
Application number
JP2001251042A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shuichi Tanaka
秀一 田中
Masanobu Yamamoto
雅信 山本
Toshihiro Kobayashi
俊博 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon dioxide and methane immobilization control system with improved immobilization efficiency of carbon dioxide and methane gas which can make an effective use of excess hydrogen after reaction. SOLUTION: Methane gas, carbon dioxide gas, hydrogen gas, and nitrogen gas are guided into a gas blender 1 in a given ratio, are compressed with a pump B4a down to 0.1 to 0.9 MPa through a mixing tank 3, a pump A4, and a check valve 5, and guided into a reaction vessel 6. The guided gas makes catalytic reduction reaction at 400 to 600 deg.C. After that, it is cooled with a condenser 7 to remove vapor, and hydrogen is separated by a hydrogen separator 9, supplied from a hydrogen surge tank 10 to a fuel cell generating device 17 through a pressure regulator 11, and is made reacted with oxygen in the air to generate power.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、二酸化炭素とメタ
ンを供給ガス源としてその混合ガスを反応系で固定化す
る二酸化炭素/メタン固定化制御システムに係わり、特
に、二酸化炭素とメタンを固定化して炭素を製造する二
酸化炭素/メタン固定化制御システムに関する。 【0002】 【従来の技術】大気中の温室効果ガス濃度を低減するた
めに、いろいろな方法が研究されている。大気中の二酸
化炭素(CO)や、発電所、製鉄所、セメント工場な
どから大量に排出されるCOを排出源で固定して再資
源化する方法の一つに、例えば、水素(H)雰囲気下
でCOを還元し、微粉状炭素に変換する方法が考案さ
れている。その変換方式は、大気や排ガスからCO
分離するCO分離装置や、その分離されたCOを濃
縮するCO濃縮装置、COとH(又はCH )を
触媒存在下で反応させて微粉状炭素を生成するCO
(又はCH)反応装置などから構成されている。
このCO/H(又はCH)反応装置(以下、二酸
化炭素/メタン固定化制御システムという)は、例え
ば、SiOやAlを担体とするNi、Coなど
の触媒を備え、H(又はCHが触媒反応により炭素
と水素に分解しその水素)と固定化するCOとを取り
込み、触媒存在下で反応させて連続的に炭素と水を生成
する。その反応式は、CO+2H→C+2HO−
96.0kJ/molである。二酸化炭素と水素の反応
式から判るように二酸化炭素1mol当たり96.0k
Jの熱量を発生する。また、二酸化炭素/メタン固定化
制御システムで生成した水蒸気(HO)を凝縮する凝
縮部が設けられ、その凝縮部を通すことによって、生成
した水を排出する。 【0003】図4に、従来の二酸化炭素固定化によって
炭素を製造する二酸化炭素/メタン固定化制御システム
の構成を示す。固定化する二酸化炭素とメタン(又は水
素)ガスが、所定の混合比にされてガス供給口21から
供給ガスとしてシステム内に供給される。コンプレッサ
22は、供給ガスの圧力を高め熱交換器23に導入す
る。熱交換器23は、反応槽25の排気管28からの高
温の排気ガスの予熱を吸収して、コンプレッサ22から
の供給ガスを暖める。ここで熱交換された供給ガスは、
ガス導入口24から反応槽25に導入される。図5に、
COと、CHを分解してできるHを触媒存在下で
反応させて微粉状炭素を生成する反応槽25を示す。反
応槽25は、内部に触媒27を入れた反応器25aが設
けられ、この反応器25aは、下部からの供給ガスが触
媒27の間を上部に通りぬけることができ、触媒27が
外部の加熱炉34の遠赤外線ヒータ36によって500
〜600℃程度に加熱される。触媒27としてSiO
やAlを担体とするNi、Coなどの触媒が用い
られる。加熱された触媒27に供給ガスが触れ、メタン
ガスは触媒反応により炭素と水素に分解する。そして二
酸化炭素はその水素と反応して、炭素と水(水蒸気)に
なる。炭素は、触媒表面に着床し固定化炭素35とな
る。反応時に発生した温度の高い余剰の水素、水蒸気、
未反応の二酸化炭素、メタンが反応槽25から排出され
る。反応後のガス圧力は、常圧もしくは0.1MPa
(1kg/cm)以下で運転されている。そのガスは
熱交換器23を通り、熱交換され凝縮器29に入り冷却
されて、水蒸気は凝縮し、水となって外部に排出され
る。残りの未反応のガスは冷却されて元のガス供給管に
戻り、再び外部からの二酸化炭素・メタン(又は水素)
の供給ガスと混合されて、コンプレッサ22で圧縮され
る。そして固定化装置を再び循環する。 【0004】所定時間、反応ガスを循環させたのち、固
定化装置の電源を止めて、定期的に固定化した炭素を触
媒27と共に反応槽25から取り出す作業を行う。反応
槽25の下部に設けられた触媒/炭素排出口30を開放
にして、反応器25aの下部に設けられた触媒流動槽保
持機構26をレリーズする。反応器25aの内部に固定
化され触媒27上に付着した固定化炭素35が、触媒2
7と共に下方に降下し、触媒/炭素排出口30から排出
される。排出された固定化炭素35と触媒27は触媒炭
素分離器31に貯められる。この両者を機械的に振動さ
せて触媒27上に付着した炭素を剥離し、サイクロンで
触媒27と炭素を分離して、炭素のみを外部に取り出
す。炭素が分離された触媒は、触媒再生器32に導入さ
れ、活性剤を入れて新しい触媒に再生される。再生され
た触媒27は再び、反応槽25の上部に設けられた触媒
供給口33から反応槽25の内部の反応器25aに導入
される。この作業を繰り返し、二酸化炭素から炭素を固
定化し、炭素が分離され製造される。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】従来の二酸化炭素/メ
タン固定化制御システムは、以上のように構成されてお
り、反応槽25から、温度の高い余剰の水素、水蒸気、
未反応の二酸化炭素、メタンが排出され、反応後のガス
圧力は、常圧もしくは0.1MPa(1kg/cm
以下で運転されており、そのガスは熱交換器23を通
り、熱交換され凝縮器29に入り冷却されて、水蒸気は
凝縮し、水となって外部に排出され、残りの未反応のガ
スは冷却されて元のガス供給管に戻り、再び、コンプレ
ッサ22で圧縮されて循環しているが、二酸化炭素/メ
タン固定化のサイクル効率を従来よりも高め、反応槽2
5での炭素生成率を高くし、反応後の余剰の水素を有効
に利用できないかという課題がある。 【0006】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、供給され循環される二酸化炭素/メタ
ンガスの固定化効率を従来よりも高め、反応槽での炭素
生成率を高くし、反応後の余剰の水素を有効に利用でき
る二酸化炭素/メタン固定化制御システムを提供するこ
とを目的とする。 【0007】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の二酸化炭素/メタン固定化制御システム
は、二酸化炭素とメタンを供給ガス源としてその混合ガ
スを反応系で固定化する二酸化炭素/メタン固定化制御
システムにおいて、前記混合ガスを反応系に送り込むポ
ンプAと、送り込まれた混合ガスと反応系を循環するガ
スを加圧圧縮し高圧にして反応槽に送り込むポンプB
と、送り込まれたガスを連続的に長時間触媒還元反応さ
せる反応槽と、反応後の減圧されたガスを冷却し水蒸気
を凝縮させ分離する凝縮器と、凝縮後のガスから水素を
分離する水素分離器と、水素が分離されたガスを前記ポ
ンプBで再び加圧圧縮し、ポンプB、反応槽、凝縮器、
水素分離器から構成される循環式の反応系と、前記水素
分離器で分離された水素と空気中の酸素を取込み発電す
る燃料電池発電装置とを備えたものである。 【0008】本発明の二酸化炭素/メタン固定化制御シ
ステムは、上記のように構成されており、ポンプAによ
って二酸化炭素/メタンの混合ガスを反応系に送り込
み、ポンプBによってその混合ガスと反応系の循環ガス
を加圧圧縮し、高圧、例えば0.9MPa程度にして反
応槽に送り込む。そして、反応槽で高圧ガスを長時間連
続的に400〜600℃で加熱し触媒還元反応させ、触
媒表面に炭素を析出させ固定化することができる。反応
後、大気〜0.1MPa程度に減圧されたガスを凝縮器
で冷却し、水蒸気を凝縮させ水分を分離する。そして、
水素分離器によって凝縮後のガスから水素を分離し、水
素サージタンクに貯める。水素が分離されたガスは、ポ
ンプBで再び加圧圧縮され、ポンプB、反応槽、凝縮
器、水素分離器から構成される循環経路を循環する。循
環経路のガス圧が下がれば外部からポンプAによって二
酸化炭素/メタンガスの混合ガスを反応系に送り込む。
他方、水素分離器で分離された水素は、圧力調整器によ
って圧力が調整され、燃料電池発電装置の燃料電池に供
給され、空気中の酸素が取込まれて発電される。発電さ
れた直流の電圧は直交変換器によって交流に変換するこ
とができる。また、燃料電池で発熱した熱は、排熱回収
装置によって高温の蒸気や温水にエネルギー変換するこ
とができる。 【0009】 【発明の実施の形態】本発明の二酸化炭素/メタン固定
化制御システムの一実施例を、図1を参照しながら説明
する。図1は本発明の二酸化炭素/メタン固定化制御シ
ステムの炭素生成と水素エネルギー変換を行なう概略構
成図を示す。本二酸化炭素/メタン固定化制御システム
は、メタンガス、二酸化炭素ガス、水素ガス、窒素ガス
の混合ガスを反応系に送り込むポンプA4と、送り込ま
れた混合ガスと反応系を循環するガスを加圧圧縮し高圧
にして反応槽6に送り込むポンプB4aと、送り込まれ
たガスを連続的に長時間触媒還元反応させる反応槽6
と、反応後の減圧されたガスを冷却し水蒸気を凝縮させ
分離する凝縮器7と、凝縮後のガスから水素を分離する
水素分離器9と、水素が分離されたガスをポンプB4a
で再び加圧圧縮し、ポンプB4a、反応槽6、凝縮器
7、水素分離器9から構成される循環式の反応系と、水
素分離器9で分離された水素を貯める水素サージタンク
10と、その水素の圧力を調整し供給することができる
圧力調整器11と、圧力が調整された水素と空気中の酸
素を取込み発電する燃料電池及び直交変換器ならびに排
熱回収装置からなる燃料電池発電装置17とから構成さ
れている。 【0010】本二酸化炭素/メタン固定化制御システム
と、従来のシステムと異なるところは、二酸化炭素とメ
タンガスとから炭素を固定化するために、反応槽6に混
合ガス(新しく供給される混合ガス、および、循環式の
反応後のガス)が、従来のシステムでは、常圧もしくは
0.1MPa(1kg/cm)以下で送り込まれてい
たが、本システムでは、効率よく反応させるために0.
9MPa程度の高圧にまで圧縮して送り込まれ、反応槽
6で400〜600℃で長時間加熱され触媒反応して触
媒表面に炭素を析出させる方法が用いられていること、
そして、反応後に0.1MPa程度に減圧され冷却され
たガスから水素を分離し、その水素を燃料電池発電装置
17に送り、エネルギー変換することができる点にあ
る。 【0011】ポンプA4は、メタンガス、二酸化炭素ガ
ス、水素ガス、窒素ガスが所定の比率でガスブレンダ1
に供給され、バルブ2を経由してミキシングタンク3で
混合され、バルブ2aを介して送られる混合ガスを、バ
ルブ2b、チェックバルブ5を介して反応系に送り込む
ポンプである。ポンプB4aは、送込まれた混合ガス、
および、反応系(ポンプB4a、反応槽6、凝縮器7、
水素分離器9の循環系)を循環するガスを、0.9MP
a程度に加圧圧縮し高圧にして反応槽6に送込むポンプ
である。混合ガスを高圧にして送り込むことは、反応槽
6内の触媒との還元反応をより促進し、効率よく炭素を
固定化することができるためである。反応槽6は、内部
に30wt%Ni/SiOなどの触媒が充填され、送
り込まれた高圧の混合ガスが連続的に長時間、400〜
600℃で加熱され、触媒還元反応して触媒表面に炭素
を析出させるものである。凝縮器7は、反応後に0.1
MPa程度に減圧された高温ガスを冷却し、水蒸気を凝
縮させ、バルブ2cを介してドレンタンク8に分離し貯
水する。そして必要によりバルブ2dから排水する。水
素分離器9は、凝縮後のガスから水素を分離する装置
で、反応ガスのCHガスが触媒により、最初にCH
=C+2H+90.1kj/molの吸熱反応をし、
水素を発生する。そして、二酸化炭素、メタン、水素、
一酸化炭素の混合ガスに変換される。この混合ガスから
水素が分離される。循環式の反応系は、水素分離器9か
ら排出される未反応の二酸化炭素、メタン、分離されな
かった水素、一酸化炭素、窒素等が存在し、そのガスを
再びポンプB4aで、高圧に加圧圧縮し、ポンプB4
a、反応槽6、凝縮器7、水素分離器9で構成される循
環反応経路である。反応槽6で混合ガスが触媒還元反応
すると、圧力が減圧されて0.1MPa程度になり、循
環式の反応系内のガスが少なくなると、チェックバルブ
5がレリーズし、外部からポンプA4によってバルブ2
bとチェックバルブ5を介して、反応ガスが系内に供給
される。そして、混合ガスがポンプB4aによって0.
9MPa程度に高圧に圧縮されて、反応槽6に送り込ま
れ反応系を循環する。水素サージタンク10は、水素分
離器9で分離された水素を貯めるもので、圧力調整器1
1は、その水素の圧力を調整して、次の燃料電池発電装
置に水素を供給するものである。 【0012】図2(a)に燃料電池発電装置17の構成
と、(b)に燃料電池の構造を示す。 燃料電池発電装
置17は、燃料電池17aと、直交変換器40と、排熱
回収装置41とから構成される。燃料電池17aは、圧
力調整器11で圧力が調整された水素と空気中の酸素を
取込み発電する燃料電池で、ここではリン酸型燃料電池
が使われている。この電池は、水素を導入する側にセパ
レータ17Cを介して白金系触媒からなる燃料極17d
が、空気中の酸素を取り込む側に白金系触媒からなる空
気極17fが、燃料極17dと空気極17fとの間にリ
ン酸を含んだ電解質17eが、下部に反応時の熱を冷却
するための冷却板17gが設けられ、水素と酸素によっ
て直流の電圧を発生するものである。直交変換器40
は、燃料電池17aで発電された直流電圧を交流に変換
するインバータで、交流出力として電力を取り出すこと
ができる。排熱回収装置41は、燃料電池17aで酸素
と水素が反応するときに発生する熱および水を回収する
もので、蒸気として高温水で取出し、また、温水として
利用することができる。この燃料電池発電装置17のエ
ネルギー変換効率は、水素ガスを基準にすると交流出力
に40%、高温水(蒸気)に20%、温水に20%程度
になり非常に効率がよい装置である。 【0013】次に本二酸化炭素/メタン固定化制御シス
テムの炭素の固定化の反応について説明する。まず、ガ
スブレンダ1で、二酸化炭素ガス、メタンガス、窒素ガ
スが混合され、二酸化炭素ガスとメタンガスが70:3
0の割合で混合される。窒素ガスは内部標準ガスとし
て、反応系のガスを必要によりその成分比をチェックす
るために、反応系からガスを採取しガスクロマトグラフ
などによって分析する場合に用いられ、反応ガスに混合
して反応流路に流され、反応ガスの組成比の標準ガスと
して10%の混合比で流される。ポンプB4aによって
0.9MPaの高圧に混合ガスが加圧圧縮され、反応槽
6で連続的に長時間、400〜600℃で加熱され、触
媒30wt%Ni/SiOにより高圧の混合ガスが触
媒還元反応して、触媒表面に炭素を析出させる。この反
応は、混合ガスのメタンガスが触媒により、最初にCH
=C+2H+90.1kj/molの吸熱反応を
し、水素を発生する。そして、二酸化炭素、メタン、水
素、一酸化炭素の混合ガスに変換される。そして二酸化
炭素が水素と接触還元反応して、CO+2H=C+
2HO−96kj/molが行われ、反応が一定に進
行している時、全体の反応は、CH+CO=2C+
2H O−5.9kj/molとなり、少量の熱を外部
から加えるだけで、触媒表面に炭素を析出する。最初の
反応で水素の発生がしにくいときには、外部から水素ガ
スをガスブレンダ1に送り込み、混合ガスに混合して反
応槽6に供給することで反応を助長させることができ
る。 【0014】次に、本二酸化炭素/メタン固定化制御シ
ステムの制御方法を、図3を参照しながら説明する。図
3は、反応槽6に混合ガスを送り込み、加熱して還元反
応をさせ、反応を繰り返し行なう制御プログラムを示
す。まず供給された混合ガスをポンプB4aによって加
圧圧縮し、0.9MPa程度の高圧まで圧縮し、反応槽
6に送り込む。反応槽6内で連続的に長時間、400〜
600℃で加熱し、触媒により高圧の混合ガスを還元反
応させ、触媒表面に炭素を析出させる。所定の時間反応
させた後、反応ガスを排出し、減圧されてその圧力は大
気圧〜0.1MPa程度になる。再び、ポンプB4aに
よって加圧圧縮し、0.9MPa程度の高圧まで圧縮
し、反応槽6に送り込む。反応槽6内で連続的に長時
間、400〜600℃で加熱し、触媒により高圧の混合
ガスを還元反応させる。この工程を繰り返し、循環式の
反応系内のガスが減少すれば、外部から混合ガスを追加
供給する。上記の工程によって、高圧反応方式で炭素を
効率よく固定化することができ、さらに、水素を分離し
て燃料電池発電装置で有効なエネルギー変換を行なうこ
とができる。 【0015】 【発明の効果】本発明の二酸化炭素/メタン固定化制御
システムは、上記のように構成されており、供給された
混合ガスが0.9MPa程度の高圧に加圧圧縮されて反
応槽に送り込まれ、長時間連続的に400〜600℃で
加熱され触媒還元反応して、炭素を析出固定化する。反
応圧力が、従来のような常圧もしくは0.1MPa以下
で行なわれるのでなく、高圧で行なわれるので固定化効
率を向上することができる。また、反応後、大気〜0.
1MPa程度に減圧されて、凝縮器で冷却され水分が分
離された後、水素分離器によって水素が分離され、燃料
電池に供給され、空気中の酸素と反応させて発電され
る。そして、その電力を直交変換器によって直流から交
流に変換し外部に供給することができる。また、排熱回
収装置によって燃料電池で発熱した熱を、高温の蒸気や
温水にエネルギー変換することができる。そのため、従
来のように未反応のガスを、循環経路を循環させて使用
するだけでなく、発生した水素ガスを有効にエネルギー
変換し、且つ、高圧触媒還元反応によって二酸化炭素/
メタンの固定化の効率を向上することができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
Gas as a supply gas source and immobilize the mixed gas in the reaction system.
Related to carbon dioxide / methane fixation control system
To produce carbon by immobilizing carbon dioxide and methane
It relates to a carbon oxide / methane immobilization control system. [0002] 2. Description of the Related Art For reducing greenhouse gas concentrations in the atmosphere,
For this purpose, various methods have been studied. Diacids in the atmosphere
Carbonized (CO2) And power plants, steelworks, cement plants
CO emissions from large quantities2Fixed at the emission source and refunded
One of the methods for source conversion is, for example, hydrogen (H2) Under atmosphere
And CO2A method for reducing carbon and converting it into finely divided carbon
Have been. The conversion method uses CO2 from air and exhaust gas.2To
CO to separate2Separation device and its separated CO2The dark
CO that shrinks2Concentrator, CO2And H2(Or CH 4)
CO that reacts in the presence of a catalyst to produce finely divided carbon2/
H2(Or CH4) It consists of a reaction device and the like.
This CO2/ H2(Or CH4) Reactor (hereinafter referred to as diacid
Carbonized / methane fixed control system)
For example, SiO2And Al2O3Ni, Co, etc., using as a carrier
With a catalyst of H2(Or CH4Is catalyzed by carbon
Decomposes into hydrogen and hydrogen, and immobilizes CO2And take
And react in the presence of a catalyst to continuously produce carbon and water
I do. The reaction formula is CO2+ 2H2→ C + 2H2O-
96.0 kJ / mol. Reaction between carbon dioxide and hydrogen
As can be seen from the formula, 96.0k per mol of carbon dioxide
Generates J heat. Also, fixed carbon dioxide / methane
The water vapor (H2O)
The condensing part is provided, and the condensing part
Drain the drained water. FIG. 4 shows the conventional carbon dioxide fixation.
Carbon dioxide / methane immobilization control system for producing carbon
Is shown. Immobilize carbon dioxide and methane (or water
Element) the gas is adjusted to a predetermined mixing ratio and
It is supplied into the system as a supply gas. compressor
22 increases the pressure of the supply gas and introduces it into the heat exchanger 23
You. The heat exchanger 23 is provided with a high pressure from the exhaust pipe 28 of the reaction tank 25.
Absorbs the preheat of the hot exhaust gas,
Warm supply gas. The supply gas exchanged here is
The gas is introduced into the reaction tank 25 from the gas inlet 24. In FIG.
CO2And CH4H2In the presence of a catalyst
Shown is a reaction tank 25 that reacts to produce fine carbon powder. Anti
The reaction tank 25 is provided with a reactor 25a containing a catalyst 27 therein.
The reactor 25a is supplied with gas supplied from below.
It is possible to pass between the media 27 at the top, and the catalyst 27
500 by the far infrared heater 36 of the external heating furnace 34
It is heated to about 600 ° C. SiO 2 as catalyst 272
And Al2O3Using a catalyst such as Ni, Co, etc.
Can be The supply gas touches the heated catalyst 27, and methane
The gas is decomposed into carbon and hydrogen by a catalytic reaction. And two
Carbon oxide reacts with the hydrogen to form carbon and water (steam)
Become. The carbon is implanted on the surface of the catalyst and becomes immobilized carbon 35.
You. Excessive high temperature hydrogen and steam generated during the reaction,
Unreacted carbon dioxide and methane are discharged from the reaction tank 25.
You. The gas pressure after the reaction is normal pressure or 0.1 MPa
(1kg / cm2) Driven below. The gas
Heat is exchanged through the heat exchanger 23 and enters the condenser 29 for cooling.
The water vapor condenses and becomes water and is discharged outside.
You. The remaining unreacted gas is cooled and returned to the original gas supply pipe.
Return, and again carbon dioxide and methane (or hydrogen) from outside
Is mixed with the supply gas of
You. Then, the fixing device is circulated again. After circulating the reaction gas for a predetermined time,
Turn off the power of the stabilizing device and periodically touch the immobilized carbon.
The work of taking out from the reaction tank 25 together with the medium 27 is performed. reaction
Open catalyst / carbon outlet 30 provided in the lower part of tank 25
Then, a catalyst fluidized tank provided at the lower part of the reactor 25a is maintained.
The holding mechanism 26 is released. Fixed inside the reactor 25a
The immobilized carbon 35 adhered on the catalyst 27 is converted into the catalyst 2
7 and descends from the catalyst / carbon outlet 30
Is done. The discharged immobilized carbon 35 and the catalyst 27
It is stored in the element separator 31. The two are mechanically vibrated.
To separate the carbon adhering to the catalyst 27, and use a cyclone
Separate catalyst 27 and carbon and extract only carbon to the outside
You. The catalyst from which the carbon has been separated is introduced into the catalyst regenerator 32.
It is regenerated to a new catalyst by adding an activator. Played
The catalyst 27 is again placed in the upper portion of the reaction tank 25.
Introduced into the reactor 25a inside the reaction tank 25 from the supply port 33
Is done. Repeat this process to fix carbon from carbon dioxide.
And carbon is separated and produced. [0005] SUMMARY OF THE INVENTION Conventional carbon dioxide / medium
The fixed-tanning control system is configured as described above.
From the reaction vessel 25, excess hydrogen, steam,
Unreacted carbon dioxide and methane are emitted, and the reacted gas
The pressure is normal pressure or 0.1 MPa (1 kg / cm2)
The gas is passed through the heat exchanger 23
Heat is exchanged, enters the condenser 29 and is cooled.
Condensed, discharged as water as water and the remaining unreacted gas
The gas cools and returns to the original gas supply line, and again
Circulated by the compressor 22
The cycle efficiency of the immobilization of tongue is higher than before,
5 to increase the carbon generation rate and use excess hydrogen after the reaction
There is a problem of whether or not it can be used. The present invention has been made in view of such circumstances.
Carbon dioxide / meta supplied and circulated
The efficiency of gas immobilization is higher than before,
The production rate is high, and excess hydrogen after the reaction can be used effectively.
To provide a carbon dioxide / methane fixation control system
aimed to. [0007] SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object,
The carbon dioxide / methane immobilization control system of the present invention
Uses carbon dioxide and methane as feed gas
Carbon dioxide / methane immobilization control to immobilize water in the reaction system
In the system, a port for feeding the mixed gas to the reaction system
Pump A and the gas circulating through the mixed gas and reaction system
Pump B which pressurizes and compresses the gas to make it high pressure and sends it to the reaction tank
And the fed gas is continuously subjected to a catalytic reduction reaction for a long time.
The reaction tank and the decompressed gas after the reaction
A condenser that condenses and separates hydrogen from the condensed gas
A hydrogen separator for separating hydrogen and a gas from which hydrogen has been separated.
Pressurized and compressed again with pump B, pump B, reaction tank, condenser,
A circulation type reaction system comprising a hydrogen separator, and the hydrogen
Power generation by taking in hydrogen separated by separator and oxygen in air
And a fuel cell power generator. [0008] The carbon dioxide / methane immobilization control system of the present invention
The stem is configured as described above,
The mixed gas of carbon dioxide / methane to the reaction system
And the mixed gas and the circulating gas of the reaction system by pump B
To a high pressure, for example, about 0.9 MPa.
Send to the tank. Then, a high-pressure gas is continuously fed in the reaction tank for a long time.
It is heated continuously at 400-600 ° C to cause a catalytic reduction reaction.
Carbon can be deposited on the medium surface and fixed. reaction
After that, the gas decompressed to about 0.1 MPa
To condense water vapor and separate water. And
Hydrogen is separated from the condensed gas by a hydrogen separator,
Store in a raw surge tank. The gas from which hydrogen has been separated
Pressurized and compressed again by pump B, pump B, reaction tank, condensation
Circulates through a circulation path composed of a reactor and a hydrogen separator. Circulation
If the gas pressure in the ring path drops, the pump A
A mixed gas of carbon oxide / methane gas is fed into the reaction system.
On the other hand, the hydrogen separated by the hydrogen separator is
To adjust the pressure, and supply it to the fuel cell of the fuel cell power generator.
Is supplied and oxygen in the air is taken in to generate electricity. Generated
DC voltage is converted to AC by a quadrature converter.
Can be. The heat generated by the fuel cell is recovered by exhaust heat recovery.
Energy conversion into hot steam or hot water
Can be. [0009] DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Carbon dioxide / methane fixation of the present invention
One embodiment of a computerized control system will be described with reference to FIG.
I do. FIG. 1 shows a control system for immobilizing carbon dioxide / methane according to the present invention.
Schematic structure for stem carbon generation and hydrogen energy conversion
A diagram is shown. This carbon dioxide / methane fixation control system
Means methane gas, carbon dioxide gas, hydrogen gas, nitrogen gas
Pump A4 for feeding the mixed gas of
Pressure of the mixed gas and the gas circulating through the reaction system
And a pump B4a to be fed into the reaction tank 6
Tank 6 for continuous long-term catalytic reduction of gas
And the decompressed gas after the reaction is cooled to condense water vapor
Separating condenser 7 and hydrogen from condensed gas
A hydrogen separator 9 and a pump B4a
Pressurized and compressed again, pump B4a, reaction tank 6, condenser
7, a circulation type reaction system composed of a hydrogen separator 9 and water
Hydrogen surge tank for storing hydrogen separated by element separator 9
10 and its hydrogen pressure can be adjusted and supplied
Pressure regulator 11, pressure-regulated hydrogen and acid in air
Fuel cell, quadrature converter,
And a fuel cell power generation device 17 comprising a heat recovery device.
Have been. [0010] The present carbon dioxide / methane fixing control system
What is different from conventional systems is that carbon dioxide and
Mixed with the reaction tank 6 to fix the carbon
Syngas (newly supplied gas mixture and recirculated
The gas after the reaction) is at normal pressure or
0.1MPa (1kg / cm2) Sent below
However, in this system, to make the reaction efficient, 0.1.
Compressed and sent to a high pressure of about 9MPa, the reaction tank
6 and heated for a long time at 400-600 ° C.
That a method of depositing carbon on the medium surface is used,
Then, after the reaction, the pressure is reduced to about 0.1 MPa and cooled.
Hydrogen from separated gas and convert the hydrogen into a fuel cell power generator
17 to be able to convert energy.
You. The pump A4 is provided with a methane gas and a carbon dioxide gas.
Gas, hydrogen gas, and nitrogen gas at a predetermined ratio
To the mixing tank 3 via the valve 2
The mixed gas that is mixed and sent through the valve 2a is
Lube 2b, feed into reaction system via check valve 5
It is a pump. The pump B4a receives the mixed gas,
And a reaction system (pump B4a, reaction tank 6, condenser 7,
The gas circulating in the circulation system of the hydrogen separator 9 is set to 0.9MP.
A pump that is pressurized and compressed to about a to make it high pressure and sent to the reaction tank 6
It is. Sending the mixed gas at high pressure is a
6 to promote the reduction reaction with the catalyst in 6
This is because it can be fixed. The reaction tank 6 is internal
30wt% Ni / SiO2Catalyst, etc.
The high-pressure gas mixture is continuously fed for 400 hours.
Heated at 600 ° C, the catalytic reduction reaction causes carbon on the catalyst surface
Is deposited. After the reaction, the condenser 7 is cooled to 0.1%.
Cool high-temperature gas decompressed to about MPa and condense water vapor.
And stored in the drain tank 8 via the valve 2c.
Water. Then, water is drained from the valve 2d if necessary. water
The element separator 9 is a device for separating hydrogen from the condensed gas.
And the reaction gas CH4The gas is first catalyzed by CH4
= C + 2H2Endothermic reaction of +90.1 kj / mol,
Generates hydrogen. And carbon dioxide, methane, hydrogen,
It is converted to a mixed gas of carbon monoxide. From this gas mixture
Hydrogen is separated. The circulation type reaction system is a hydrogen separator 9
Unreacted carbon dioxide and methane emitted from
Hydrogen, carbon monoxide, nitrogen, etc.
The pump B4a is again pressurized and compressed to a high pressure.
a, a reactor 6, a condenser 7, and a hydrogen separator 9
It is a ring reaction pathway. The mixed gas is subjected to a catalytic reduction reaction in the reaction tank 6.
Then, the pressure is reduced to about 0.1 MPa, and
When the gas in the cyclic reaction system becomes low, the check valve
5 is released and the valve 2 is externally supplied by the pump A4.
Reaction gas is supplied into the system via b and check valve 5
Is done. Then, the mixed gas is pumped by the pump B4a.
It is compressed to a high pressure of about 9MPa and sent to the reaction tank 6.
Circulate through the reaction system. The hydrogen surge tank 10 stores hydrogen
The pressure regulator 1 stores hydrogen separated by the separator 9.
1 is to adjust the pressure of the hydrogen, and
It supplies hydrogen to the device. FIG. 2A shows the structure of the fuel cell power generator 17.
(B) shows the structure of the fuel cell. Fuel cell power generation equipment
The device 17 includes a fuel cell 17a, an orthogonal transformer 40,
And a collection device 41. The fuel cell 17a has a pressure
Hydrogen whose pressure has been adjusted by the force regulator 11 and oxygen in the air
This is a fuel cell that captures and generates power.
Is used. This battery has a separate
Electrode 17d composed of a platinum-based catalyst via a radiator 17C
However, on the side that takes in oxygen in the air,
The air electrode 17f is connected between the fuel electrode 17d and the air electrode 17f.
Electrolyte 17e containing acid cools the heat during the reaction at the bottom
A cooling plate 17g for cooling
To generate a DC voltage. Orthogonal transformer 40
Converts the DC voltage generated by the fuel cell 17a into AC
To take out electric power as AC output
Can be. The exhaust heat recovery device 41 uses oxygen in the fuel cell 17a.
Heat and water generated when hydrogen reacts with hydrogen
With high temperature water as steam, and as hot water
Can be used. This fuel cell power generator 17
Energy conversion efficiency is AC output when hydrogen gas is used as a reference.
About 40%, high temperature water (steam) about 20%, warm water about 20%
This is a very efficient device. Next, the carbon dioxide / methane immobilization control system
The reaction of carbon fixation of the tem will be described. First,
In the blender 1, carbon dioxide gas, methane gas, nitrogen gas
Mixed with carbon dioxide gas and methane gas at 70: 3
0 is mixed. Nitrogen gas is the internal standard gas.
Check the component ratio of the reaction system gas as necessary.
Gas from the reaction system and use a gas chromatograph
Used for analysis by mixing with the reaction gas
Flow through the reaction channel,
And flowed at a mixing ratio of 10%. By pump B4a
The mixed gas is pressurized and compressed to a high pressure of 0.9 MPa,
6, continuously heated at 400-600 ° C for a long time,
Medium 30wt% Ni / SiO2High pressure gas mixture touches
By a medium reduction reaction, carbon is deposited on the catalyst surface. This anti
The reaction is that the methane gas in the mixed gas is
4= C + 2H2+ 90.1kj / mol Endothermic reaction
And generate hydrogen. And carbon dioxide, methane, water
It is converted to a mixed gas of carbon and carbon monoxide. And dioxide
The carbon undergoes a catalytic reduction reaction with hydrogen to produce CO22+ 2H2= C +
2H2O-96 kj / mol is performed, and the reaction proceeds
When running, the overall reaction is CH4+ CO2= 2C +
2H 2O-5.9 kj / mol, and a small amount of heat
The carbon precipitates on the surface of the catalyst just by adding it. the first
If hydrogen is difficult to generate during the reaction,
Gas into the gas blender 1 and mix it with the mixed gas.
The reaction can be promoted by supplying it to the reaction tank 6.
You. Next, the carbon dioxide / methane immobilization control system
The control method of the stem will be described with reference to FIG. Figure
3 is to feed the mixed gas to the reaction tank 6 and heat it to reduce the
Control program that responds and repeats the reaction.
You. First, the supplied mixed gas is added by the pump B4a.
Compression to about 0.9 MPa
Send to 6. Continuously in the reaction tank 6 for a long time,
Heat at 600 ° C and reduce high pressure mixed gas with catalyst
To deposit carbon on the surface of the catalyst. Predetermined time response
After that, the reaction gas is exhausted, and the pressure is reduced, and the pressure is increased.
Atmospheric pressure to about 0.1 MPa. Again, to pump B4a
Therefore, pressurize and compress to a high pressure of about 0.9 MPa
Then, it is sent to the reaction tank 6. Continuous long time in the reaction tank 6
While heating at 400-600 ° C and mixing at high pressure by catalyst
The gas is reduced. Repeat this process,
If the gas in the reaction system decreases, add a mixed gas from outside
Supply. By the above process, carbon is produced by high pressure reaction
It can be immobilized efficiently and separates hydrogen
To perform effective energy conversion with a fuel cell power generator.
Can be. [0015] According to the present invention, the carbon dioxide / methane immobilization control of the present invention is performed.
The system is configured as above and supplied
The mixed gas is compressed and compressed to a high pressure of about 0.9 MPa.
Sent to the tank and continuously at 400-600 ° C for a long time
Heating causes a catalytic reduction reaction to deposit and fix carbon. Anti
Response pressure is normal pressure or 0.1MPa or less as before
Is performed at high pressure instead of at
Rate can be improved. In addition, after the reaction, the atmosphere is reduced to 0 to 0.1.
The pressure is reduced to about 1 MPa, and the water is
After separation, hydrogen is separated by a hydrogen separator and
It is supplied to the battery and reacts with oxygen in the air to generate electricity.
You. Then, the power is exchanged from DC by an orthogonal transformer.
It can be converted to a stream and supplied to the outside. Also, the exhaust heat
The heat generated by the fuel cell by the collecting device is
Energy can be converted to hot water. Therefore,
Unreacted gas is used by circulating through the circulation path
As well as effectively use the generated hydrogen gas as energy
Is converted and carbon dioxide /
The efficiency of methane immobilization can be improved.

【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明の二酸化炭素/メタン固定化制御シス
テムの一実施例を示す図である。 【図2】 本発明の二酸化炭素/メタン固定化制御シス
テムの燃料電池発電装置を示す図である。 【図3】 本発明の二酸化炭素/メタン固定化制御シス
テムの制御方法を示す図である。 【図4】 従来の二酸化炭素/メタン固定化制御システ
ムを示す図である。 【図5】 従来の二酸化炭素/メタン固定化制御システ
ムの反応槽の構造を示す図である。 【符号の説明】 1…ガスブレンダ 2、2a、2c、2d…バルブ 3…ミキシングタンク 4…ポンプA 4a…ポンプB 5…チェックバルブ 6…反応槽 7…凝縮器 8…ドレンタンク 9…水素分離器 10…水素サージタンク 11…圧力調整器 17…燃料電池発電装置 17a…燃料電池 17b…単セル 17c…セパレータ 17d…燃料極(白金系触媒) 17e…電解質(リン酸) 17f…空気極(白金系触媒) 17g…冷却板 21…ガス供給口 22…コンプレッサ 23…熱交換器 24…ガス導入口 25…反応槽 25a…反応器 26…触媒流動槽保持機構 27…触媒 28…排気管 29…凝縮器 30…触媒/炭素排出口 31…触媒炭素分離器 32…触媒再生器 33…触媒供給口 34…加熱炉 35…固定化炭素 36…遠赤外線ヒータ
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of a carbon dioxide / methane immobilization control system of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a fuel cell power generator of the carbon dioxide / methane immobilization control system of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing a control method of the carbon dioxide / methane immobilization control system of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a conventional carbon dioxide / methane immobilization control system. FIG. 5 is a diagram showing the structure of a reaction tank of a conventional carbon dioxide / methane immobilization control system. [Description of Signs] 1 ... Gas blender 2, 2a, 2c, 2d ... Valve 3 ... Mixing tank 4 ... Pump A 4a ... Pump B 5 ... Check valve 6 ... Reaction tank 7 ... Condenser 8 ... Drain tank 9 ... Hydrogen separation Unit 10 Hydrogen surge tank 11 Pressure regulator 17 Fuel cell generator 17a Fuel cell 17b Single cell 17c Separator 17d Fuel electrode (platinum catalyst) 17e Electrolyte (phosphoric acid) 17f Air electrode (platinum) 17g Cooling plate 21 Gas supply port 22 Compressor 23 Heat exchanger 24 Gas inlet 25 Reaction tank 25a Reactor 26 Catalyst fluid tank holding mechanism 27 Catalyst 28 Exhaust pipe 29 Condensation Device 30: Catalyst / carbon outlet 31 ... Catalytic carbon separator 32 ... Catalyst regenerator 33 ... Catalyst supply port 34 ... Heating furnace 35 ... Immobilized carbon 36 ... Far-infrared heater

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C01B 31/02 ZAB C01B 31/02 ZAB (72)発明者 小林 俊博 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) 4G040 EA03 EA05 EB33 EB41 FA02 FB02 FC08 FE06 4G046 BA03 BA04 4G075 AA04 AA05 AA42 AA43 AA62 BA01 BA05 BD14 CA54 CA65 CA66 DA03 DA04 5H027 AA02 BA16 DD05 DD09 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C01B 31/02 ZAB C01B 31/02 ZAB (72) Inventor Toshihiro Kobayashi 1 Nishinokyo Kuwaharacho, Nakagyo-ku, Kyoto Stock Exchange F-term in Shimadzu Corporation (reference) 4G040 EA03 EA05 EB33 EB41 FA02 FB02 FC08 FE06 4G046 BA03 BA04 4G075 AA04 AA05 AA42 AA43 AA62 BA01 BA05 BD14 CA54 CA65 CA66 DA03 DA04 5H027 AA02 BA16 DD05 DD09

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】二酸化炭素とメタンを供給ガス源としてそ
の混合ガスを反応系で固定化する二酸化炭素/メタン固
定化制御システムにおいて、前記混合ガスを反応系に送
り込むポンプAと、送り込まれた混合ガスと反応系を循
環するガスを加圧圧縮し高圧にして反応槽に送込むポン
プBと、送り込まれたガスを連続的に長時間触媒還元反
応させる反応槽と、反応後の減圧されたガスを冷却し水
蒸気を凝縮させ分離する凝縮器と、凝縮後のガスから水
素を分離する水素分離器と、水素が分離されたガスを前
記ポンプBで再び加圧圧縮し、ポンプB、反応槽、凝縮
器、水素分離器から構成される循環式の反応系と、前記
水素分離器で分離された水素と空気中の酸素を取込み発
電する燃料電池発電装置とを備えたことを特徴とする二
酸化炭素/メタン固定化制御システム。
Claims: 1. A carbon dioxide / methane immobilization control system in which a mixed gas is immobilized in a reaction system using carbon dioxide and methane as supply gas sources, and a pump A for feeding the mixed gas into the reaction system. A pump B that pressurizes and compresses the supplied gas mixture and the gas circulating in the reaction system and sends it to the reaction tank at a high pressure; a reaction tank for continuously and prolonged catalytic reduction of the supplied gas; A condenser that cools down the decompressed gas to condense and separate water vapor and separates hydrogen, a hydrogen separator that separates hydrogen from the condensed gas, and pressurizes and compresses the gas from which hydrogen has been separated again using the pump B. A circulation-type reaction system including a pump B, a reaction tank, a condenser, and a hydrogen separator; and a fuel cell power generator that generates electricity by taking in the hydrogen separated by the hydrogen separator and oxygen in the air. Characterized by Carbon dioxide / methane immobilization control system.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004352510A (en) * 2003-05-26 2004-12-16 Honda Motor Co Ltd Pure hydrogen production device
JP2007508454A (en) * 2003-10-14 2007-04-05 ビールバウマー,ハンス−ペーター Energy converter

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