JP2011148648A - Method for extracting hydrogen from gaseous fossil fuel - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To extract H<SB>2</SB>from a fossil fuel in such a manner that the releasing amount of CO<SB>2</SB>is reduced or is made zero, and to separate the H<SB>2</SB>and CO without using a diaphragm. <P>SOLUTION: The hydrogen extraction method includes: a step of introducing a gaseous fossil fuel and gaseous CO<SB>2</SB>as a conversion agent into a gas mixer, and mixing them to produce a raw material gas; a step of introducing the raw material gas into a reactor held at a fixed temperature between 700 and 1,000°C, and converting the same into a gaseous mixture of H<SB>2</SB>and CO; a step of introducing the gaseous mixture of H<SB>2</SB>and CO into a separator held at ≤-80°C and cooling the gas so as to be decomposed into solid C, liquid CO<SB>2</SB>and gaseous H<SB>2</SB>; a step of separating the gaseous H<SB>2</SB>in the separator, using a part thereof as a heating fuel in the reactor and storing the residue; a step of introducing the solid C and liquid CO<SB>2</SB>in the separator into a vaporizer, and vaporizing the liquid CO<SB>2</SB>to recover the solid C; and a step of returning the vaporized gaseous CO<SB>2</SB>to the gas mixer, mixing it with a gaseous fossil fuel as a conversion agent and recycling the mixture. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、CO2の排出量を抑えて気体化石燃料から水素を抽出する新規の方法に関する。 The present invention relates to a novel method for extracting hydrogen from a gas fossil fuel while suppressing CO 2 emission.

化石燃料中の炭化水素をH2OまたはCO2によりH2とCOの混合ガスに変換する方法は、例えば非特許文献1に記載されている。このH2とCOの混合ガスを合成ガスと呼んでいる。合成ガスを製造し、これを取り扱いの便利な別の形態の炭化水素に変換する方法をC1化学と呼んでいる。C1化学で作られた液体アルコールをガソリンと混合して燃料に使用することは実用化されている（非特許文献１）。C1化学で作られたアルコール中に存在する炭素は、すべて化石燃料中の炭化水素に由来するものであり、燃焼後はすべてCO2になって大気中に放出され、地球温暖化の遠因となる。したがってC1化学経由で得られる炭化水素変換燃料を燃焼させた場合に発生するCO2の量と化石燃料中の炭化水素を直焚きする場合に発生するCO2の量との間にはまったく差がないといえる。
高温のCOを冷却してCとCO2に変換する工業的方法は存在しないが、木炭や石炭を燃焼させた場合に発生したCOガスが排気用煙突内でCとCO2に分解し、固体の炭素である煤が煙突の内壁に付着する現象は良く見られるところである。 A method for converting hydrocarbons in fossil fuels into a mixed gas of H 2 and CO with H 2 O or CO 2 is described in Non-Patent Document 1, for example. This mixed gas of H 2 and CO is called synthesis gas. Synthesis gas manufacture, which is called a method of converting a hydrocarbon convenient alternative form of handle and C 1 chemistry. It has been put to practical use that liquid alcohol produced by C 1 chemistry is mixed with gasoline and used as fuel (Non-patent Document 1). All the carbon present in the alcohol produced by C 1 chemistry is derived from hydrocarbons in fossil fuels, and after combustion, it is all released into the atmosphere as CO 2 and is a cause of global warming. Become. Therefore quite a difference between the amount of CO 2 that occurs when the direct-fired hydrocarbons in amounts fossil fuels CO 2 that occurs when the combustion of hydrocarbon conversion fuel produced via C 1 chemistry It can be said that there is no.
There is no industrial method to cool high-temperature CO and convert it to C and CO 2 , but the CO gas generated when charcoal or coal is burned decomposes into C and CO 2 in the exhaust chimney and is solid The phenomenon that the soot, which is carbon, adheres to the inner wall of the chimney is often seen.

日本化学会編、化学便覧 応用化学編 第５版 第Ｉ分冊 (丸善 1995年発行)The Chemical Society of Japan, Chemical Handbook Applied Chemistry 5th Edition Volume I (Maruzen 1995)

化石燃料中の炭化水素を燃料として利用する場合、化石燃料を直焚きする場合と、一旦合成ガスに変換し、その後さらに液体燃料に変換して燃焼させる場合とがある。いずれの場合であっても、化石燃料中に存在した炭素は最終的にはCO2になって大気中に放出される。本発明は化石燃料中からH2を抽出した上、H2抽出前の炭化水素に含有されていた炭素を固体炭素として回収することにより、これまで大気中に放出されてきた化石燃料由来のCO2の放出量を削減ないしは皆無にしようとするものである。
また、C1化学においては混合ガスをH2とCOに分離する場合には隔膜を必要としているが、性能の良い隔膜が存在しないという問題点を抱えている。本発明はH2とCOの分離に隔膜の使用を不用にしようとするものである。 When using the hydrocarbon in the fossil fuel as a fuel, there are a case where the fossil fuel is directly burned and a case where the fossil fuel is once converted into synthesis gas and then further converted into liquid fuel and burned. In either case, the carbon present in the fossil fuel is eventually converted into CO 2 and released into the atmosphere. The present invention extracts H 2 from fossil fuels and recovers carbon contained in hydrocarbons before H 2 extraction as solid carbon, so that CO derived from fossil fuels that has been released to the atmosphere so far It tries to reduce or eliminate the amount of emission of 2 .
In C 1 chemistry, a diaphragm is required to separate the mixed gas into H 2 and CO, but there is a problem that there is no diaphragm with good performance. The present invention seeks to eliminate the use of a diaphragm for the separation of H 2 and CO.

以下、添付図面の符号を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上記課題を解決するための、この出願に係る発明の水素抽出方法は、気体化石燃料と変換剤としての気体CO2をガス混合器に導入して混合することにより、原料ガスを生成する工程と、この原料ガスを700℃から1000℃の間の一定温度に保持された反応器に導いてH2、CO混合ガスに変換する工程と、このH2、CO混合ガスを-80℃以下の温度に保持されたセパレーターに導いて冷却し、固体のC、液体のCO2及び気体のH2に分解する工程と、前記セパレーター中の気体のH2を分離し、その一部を前記反応器の加熱燃料として使用し、残余を貯蔵する工程と、セパレーター中の固体のCと液体のCO2を気化器に導いて、液体のCO2を気化し、固体のCを回収する工程と、気化された気体のCO2を前記ガス混合器に戻し、変換剤として気体化石燃料と混合し循環使用する工程とを含む。
また、本発明に係る他の水素抽出方法は、気体化石燃料と変換剤としての水蒸気をガス混合器に導入して混合することにより、原料ガスを生成する工程と、この原料ガスを700℃から1000℃の間の一定温度に保持された反応器に導いてH2、CO混合ガスに変換する工程と、このH2、CO混合ガスを-80℃以下の温度に保持されたセパレーターに導いて冷却し、固体のC、液体のCO2及び気体のH2に分解する工程と、セパレーター中の気体のH2を分離し、その一部を前記反応器の加熱燃料として使用し、残余を貯蔵する工程と、セパレーター中の固体のCと液体のCO2を気化器に導いて、液体のCO2を気化して保存または大気中に放出し、固体のCを回収する工程とを含む。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited thereto.
In order to solve the above problems, the hydrogen extraction method of the invention according to this application includes a step of generating a raw material gas by introducing and mixing gaseous fossil fuel and gaseous CO 2 as a conversion agent into a gas mixer; The process of converting the raw material gas to a reactor maintained at a constant temperature between 700 ° C. and 1000 ° C. to convert it into H 2 and CO mixed gas, and the H 2 and CO mixed gas at a temperature of −80 ° C. or lower led to the holding separator and cooled to a solid C, a step of decomposing the CO 2 and H 2 gases in liquids, of H 2 gas in the separator was separated, a part of the reactor It is used as a heated fuel to store the remainder, to conduct solid C and liquid CO 2 in the separator to a vaporizer, to vaporize liquid CO 2 and to collect solid C, and the CO 2 gas returned to the gas mixer, mixed recycled as gaseous fossil fuels as the conversion agent And a that process.
Further, another hydrogen extraction method according to the present invention includes a step of generating a raw material gas by introducing and mixing a gas fossil fuel and water vapor as a conversion agent into a gas mixer, and the raw material gas from 700 ° C. Leading to a reactor maintained at a constant temperature between 1000 ° C and converting to H 2 and CO mixed gas, and guiding this H 2 and CO mixed gas to a separator maintained at a temperature of -80 ° C or lower cooled, solid C, a decomposing into H 2 CO 2 and gas liquids, and H 2 gases in the separator was separated, using a part thereof as a heating fuel of the reactor, storing the remainder And a step of introducing solid C and liquid CO 2 in the separator to a vaporizer, vaporizing the liquid CO 2 and storing or releasing it into the atmosphere, and recovering solid C.

この出願に係る発明の方法によれば、化石燃料中からH2を抽出した上、H2抽出前の炭化水素に含有されていた炭素を固体炭素として回収することにより、これまで大気中に放出されてきた化石燃料由来のCO2の放出量を削減ないしは皆無にすることができる。また、隔膜を使用することなく、H2とCOの分離を効率的に行うことができる。 According to the method of the invention relating to this application, H 2 is extracted from fossil fuel, and the carbon contained in the hydrocarbon before H 2 extraction is recovered as solid carbon, so far released into the atmosphere. The amount of CO 2 emission derived from fossil fuels can be reduced or eliminated. Further, H 2 and CO can be separated efficiently without using a diaphragm.

この発明の一実施形態であるプロセスの概略を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline of the process which is one Embodiment of this invention. この発明の他の実施形態であるプロセスの概略を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline of the process which is other embodiment of this invention.

図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
化石燃料中の炭化水素からCOやCO2を大気中へ放出することなしに、CO2を用いてH2と固体のCを抽出する本発明のプロセスの概略を図1に示す。図中の二重枠で囲ったものは装置であり、点線で囲ったものは物質である。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an outline of the process of the present invention for extracting H 2 and solid C using CO 2 without releasing CO or CO 2 from the hydrocarbons in the fossil fuel into the atmosphere. In the figure, what is enclosed by a double frame is a device, and what is enclosed by a dotted line is a substance.

このプロセスでは、気体の化石燃料と、変換剤としての気体のCO2が、ガス混合器１に同時に導入される。気体の化石燃料とCO2の混合ガス(この混合ガスを以下「原料ガス」と呼ぶ。原料ガスを製造するために化石燃料に加えられるCO2を以下「変換剤」と呼ぶ。) は、700℃から1000℃の間の一定温度に保持された反応器２に導かれる。ここで原料ガスはH2とCOに変換される。変換されて生成したH2とCOの混合ガス(この混合ガスを以下「CO2由来の生成ガス」と呼ぶ)は、外側から-80℃(液体窒素温度)以下の温度に冷却されているセパレーター３に導かれる。 In this process, gaseous fossil fuel and gaseous CO 2 as the conversion agent are simultaneously introduced into the gas mixer 1. A gas mixture of gaseous fossil fuel and CO 2 (this mixed gas is hereinafter referred to as “raw gas”. The CO 2 added to the fossil fuel for producing the raw gas is hereinafter referred to as “converting agent”) is 700. It is led to the reactor 2 maintained at a constant temperature between 0 ° C and 1000 ° C. Here, the raw material gas is converted into H 2 and CO. A gas mixture of H 2 and CO produced by conversion (this mixed gas is hereinafter referred to as “CO 2 -derived product gas”) is cooled from the outside to a temperature of −80 ° C. (liquid nitrogen temperature) or less. Led to 3.

セパレーター３に導かれたCO2由来の生成ガス中のCOガスは、固体のCと液体のCO2に分解する。生成ガス中のH2は気体のままである。液体のCO2はセパレーター３の下部に溜まる。生成した固体のCは、セパレーター３の壁面に付着するか液体CO2の表面に堆積する。H2は気体のままセパレーター３の上部から系外に連続的に排出され、工業的に利用するために貯蔵される。セパレーター３の壁面に付着したCは間歇的に剥ぎ取られてセパレーター３内の下部に溜まっている液体CO2の上面に蓄積する。セパレーター３の下部に溜まった固体のCと液体のCO2は、常温に保持されている気化器４に間歇的に導かれる。気化器４に導かれた液体のCO2は、気体となってガス混合器１に戻される。気化器４の中の液体CO2がすべて気体になると、固体のCは気化器４の底に固体のまま残り回収される。ガス混合器１に戻されたCO2は化石燃料中の炭化水素を変換する変換剤として使用される。すなわち、CO2は循環利用される。 The CO gas in the product gas derived from CO 2 led to the separator 3 is decomposed into solid C and liquid CO 2 . H 2 in the product gas remains a gas. Liquid CO 2 accumulates at the bottom of the separator 3. The produced solid C adheres to the wall surface of the separator 3 or deposits on the surface of liquid CO 2 . H 2 is continuously discharged out of the system from the top of the separator 3 in the form of gas and stored for industrial use. C adhering to the wall surface of the separator 3 is intermittently peeled off and accumulated on the upper surface of the liquid CO 2 accumulated in the lower part of the separator 3. Solid C and liquid CO 2 collected in the lower part of the separator 3 are intermittently guided to the vaporizer 4 kept at room temperature. The liquid CO 2 introduced to the vaporizer 4 is returned to the gas mixer 1 as a gas. When the liquid CO 2 in the vaporizer 4 becomes all gas, the solid C remains in the bottom of the vaporizer 4 and is recovered. The CO 2 returned to the gas mixer 1 is used as a conversion agent for converting hydrocarbons in the fossil fuel. That is, CO 2 is recycled.

反応器２を加熱するための熱源は、セパレーター３で分離されたH2の一部を燃焼させ、その反応熱を利用して得ることができる。 A heat source for heating the reactor 2 can be obtained by burning a part of H 2 separated by the separator 3 and utilizing the reaction heat.

水蒸気を変換剤として用いて化石燃料中の炭化水素からH2と固体のCを抽出する本発明の他の実施形態に係るプロセスの概略を図２に示す。図1と同様、図中の二重枠で囲ったものは装置であり、点線で囲ったものは物質である。 FIG. 2 shows an outline of a process according to another embodiment of the present invention for extracting H 2 and solid C from hydrocarbons in a fossil fuel using steam as a conversion agent. As in FIG. 1, what is enclosed in a double frame in the figure is a device, and what is enclosed in a dotted line is a substance.

このプロセスでは、気体の化石燃料と水蒸気が同時にガス混合器１に導入される。気体の化石燃料と水蒸気の混合ガス(以下「原料ガス」という。) は、先の実施形態と同様の高温に保持された反応器２に導かれる。ここで原料ガスはH2とCOに変換される。変換されて生成したH2とCOの混合ガス(以下この混合ガスを「H2O由来の生成ガス」と呼ぶ)は、-80℃(液体窒素温度)以下の温度に冷却されているセパレーター３に導かれる。 In this process, gaseous fossil fuel and water vapor are simultaneously introduced into the gas mixer 1. A gas mixture of gaseous fossil fuel and water vapor (hereinafter referred to as “source gas”) is led to the reactor 2 maintained at the same high temperature as in the previous embodiment. Here, the raw material gas is converted into H 2 and CO. The gas mixture of H 2 and CO produced by conversion (hereinafter, this gas mixture is referred to as “product gas derived from H 2 O”) is cooled to a temperature of −80 ° C. (liquid nitrogen temperature) or lower. Led to.

セパレーター３に導かれたH2O由来の生成ガス中のCOは、固体のCと液体のCO2に分解する。液体のCO2はセパレーター３の下部に溜まる。生成した固体のCはセパレーター３の壁面に付着するかまたは液体のCO2の表面に堆積する。H2は気体のままセパレーター３の上部から系外に連続的に排出される。セパレーター３の壁面に付着したCは、間歇的に剥ぎ取られてセパレーター３の下部に溜まっている液体CO2の上面に蓄積する。セパレーター３に導かれたH2O由来の生成ガス中のH2は、気体のままセパレーター３の上部から系外に連続的に排出され工業的に利用するため貯蔵器に貯蔵される。セパレーター３の下部に溜まった固体のCと液体のCO2は間歇的にセパレーター３から排出される。セパレーター３から排出されたCO2は、常温に保持されている気化器４を経て気体となり、容器中に充填されて保存されるか、あるいは大気中に放出される。気化器４の中の液体CO2がすべて気体になると、固体のCは気化器４の底に固体のまま残り回収される。セパレーター３から放出されるCO2の量は、化石燃料を直焚きした場合の半分である。反応器２を加熱するための熱源は、セパレーター３で分離されたH2の一部を燃焼させ、その反応熱から得ることができる。COとH2の分離のための隔膜を必要としない。 The CO in the product gas derived from H 2 O led to the separator 3 is decomposed into solid C and liquid CO 2 . Liquid CO 2 accumulates at the bottom of the separator 3. The produced solid C adheres to the wall surface of the separator 3 or deposits on the surface of liquid CO 2 . H 2 is continuously discharged out of the system from the upper part of the separator 3 as a gas. C adhering to the wall surface of the separator 3 is intermittently peeled off and accumulates on the upper surface of the liquid CO 2 accumulated in the lower part of the separator 3. Of H 2 product gas of H 2 O from which is led to the separator 3 are continuously discharged from the top of the left separator 3 of gas out of the system is stored in the reservoir for industrial use. Solid C and liquid CO 2 accumulated in the lower portion of the separator 3 are intermittently discharged from the separator 3. The CO 2 discharged from the separator 3 becomes a gas through the vaporizer 4 kept at a normal temperature, and is filled and stored in a container or released into the atmosphere. When the liquid CO 2 in the vaporizer 4 becomes all gas, the solid C remains in the bottom of the vaporizer 4 and is recovered. The amount of CO 2 released from the separator 3 is half that of when fossil fuel is burned directly. A heat source for heating the reactor 2 can be obtained from the reaction heat by burning a part of H 2 separated by the separator 3. It does not require the diaphragm for the separation CO and H 2.

以上のプロセスにおいて利用する化学反応を説明する。気体の化石燃料として最も良く使用されるものは天然ガスであり、天然ガスの主成分はメタンなので、メタンを例にとって説明する。
メタンの化学記号はCH4である。CO2を用いて反応器２中でメタンをH2とCOに変換する反応は(1)式で書ける。

Figure 2011148648
(1)式で生成したCOがセパレーター３中でCとCO2に分解する反応は(2)式で書ける。
Figure 2011148648
 反応器２とセパレーター３とを組み合わせたプロセスを一つのプロセスとみなして、CO2によるメタンの変換を総括反応式として示すと、(3)式となる。
Figure 2011148648
 (3)式は、(1)式と(2)式の反応における各物質のモル割合が充たされていればCO2は生成しないことを示している。
H2Oを用いて反応器２中でメタンをH2とCOに変換する反応は(4)式で書ける。
Figure 2011148648
 (4)式で生成したCOがセパレーター中でCとCO2に分解する反応は(2)式と同じである。反応器２とセパレーター３とを組み合わせたプロセスを一つのプロセスとみなしてH2Oによるメタンの変換を総括反応式として示すと、(5)式となる。
Figure 2011148648
 メタンを空気中で生焚きする場合の反応式は(6)式である。
Figure 2011148648
 (5)式により生成したCO2と(6)式により生成したCO2のどちらもが大気中に放出されるとして、その放出CO2の量を比較すると以下のとおりである。
メタン1モルを変換したときに発生するCO2は(5)式の場合には0.5モルであるが、メタン1モルを変換せずに直焚きする場合に発生するCO2の量は(6)式から1モルとなり、直焚きの場合の放出量が変換利用の場合の2倍になる。
したがってCO2低減という観点から見ると、変換により生成したH2を利用するほうが直焚きに比べCO2発生量が少ないといえる。このプロセスでは、CO2を循環利用する部分が無いので、CO2の大気放出は避けられないが、その量を直焚きの場合の半分に減少させることができる、といえる。
メタン系炭化水素はいくつかの種類があるが、それを一般式として CnH2n+2 と書くことができる。ここでｎは正の整数である。ｎ=1の場合がメタンであり、ｎ=2がエタン、n=3がプロパンである。これをCO2で変換してH2とCOにする場合、(1)式に相当する反応は(7)式で書ける。
Figure 2011148648
 (7)式で生成したCOガスがセパレーター３中でCとCO2に分解する反応は(8)式で書ける。
Figure 2011148648
 (8)式により生成したCO2はメタンを例にした場合と同様に循環使用できるので、炭化水素と変換剤であるCO2の間の化学量論数に過不足が無い限り大気中に放出されるCO2は発生しない。 The chemical reaction used in the above process will be described. The most frequently used gas fossil fuel is natural gas, and the main component of natural gas is methane, so methane will be described as an example.
Chemical symbols methane is CH 4. The reaction for converting methane to H 2 and CO in the reactor 2 using CO 2 can be expressed by equation (1).
Figure 2011148648
 The reaction in which CO produced by the formula (1) decomposes into C and CO 2 in the separator 3 can be written by the formula (2).
Figure 2011148648
 When the process combining the reactor 2 and the separator 3 is regarded as one process and the conversion of methane by CO 2 is shown as a general reaction equation, the equation (3) is obtained.
Figure 2011148648
 Equation (3) indicates that CO 2 is not generated if the molar ratio of each substance in the reaction of equations (1) and (2) is satisfied.
The reaction for converting methane to H 2 and CO in the reactor 2 using H 2 O can be expressed by equation (4).
Figure 2011148648
 The reaction in which the CO produced by the formula (4) decomposes into C and CO 2 in the separator is the same as the formula (2). When the process combining the reactor 2 and the separator 3 is regarded as one process and the conversion of methane by H 2 O is shown as a general reaction equation, equation (5) is obtained.
Figure 2011148648
 The reaction formula when methane is sacrificed in the air is equation (6).
Figure 2011148648
 (5) Both the generated CO 2 and (6) of the CO 2 produced by expression by expression is released into the atmosphere, are as follows comparing the amount of its release CO 2.
CO 2 generated when 1 mol of methane is converted is 0.5 mol in the case of formula (5), but the amount of CO 2 generated when directly converting without converting 1 mol of methane is (6) From the formula, it becomes 1 mole, and the amount released in the case of direct rolling is twice that in the case of conversion use.
Therefore, from the viewpoint of CO 2 reduction, it can be said that the amount of CO 2 generated is smaller when using H 2 generated by the conversion than when directly burning. In this process, the portion of recycling the CO 2 is not, but inevitable air emissions of CO 2, can be reduced to half when the amount of direct-fired, and said.
There are several types of methane hydrocarbons, but it can be written as a general formula as C n H 2n + 2 . Here, n is a positive integer. When n = 1, it is methane, n = 2 is ethane, and n = 3 is propane. When this is converted by CO 2 to H 2 and CO, the reaction corresponding to the formula (1) can be written by the formula (7).
Figure 2011148648
 The reaction in which the CO gas generated by the formula (7) decomposes into C and CO 2 in the separator 3 can be written by the formula (8).
Figure 2011148648
 Since CO 2 produced by equation (8) can be recycled in the same way as in the case of methane, it is released into the atmosphere as long as there is no excess or deficiency in the stoichiometric number between the hydrocarbon and the conversion agent CO 2 CO 2 is not generated.

(1)式、(5)式あるいは(7)式で書かれる炭化水素の変換反応は吸熱反応であり、(2)式あるいは(8)式で書かれるCOの分解反応は発熱反応である。したがって変換剤としてCO2を使用する場合でも、H2Oを使用する場合でも、反応器２に熱を供給しないと変換反応は進行しない。メタン系炭化水素の分解熱を生成したH2の一部を燃焼させて得られる燃焼熱で補充した場合と外部の別のエネルギー源から供給された熱エネルギーで補充する場合に産業用に使用できるH2のモル数を表1に示す。炭化水素の分解熱およびH2の燃焼熱は熱力学データブック（I.Barin、Thermochemical Data of Pure Substances 3rd.Edition （VCH・1995））を利用して計算した。熱計算に当たって熱効率は考慮していない。

Figure 2011148648
メタン系炭化水素の分解熱をH2の燃焼熱で補充するとした場合と、外部から熱供給を受ける場合の産業用に使用できるH2の量の比較を表2に示した。
Figure 2011148648
 表2に示した利用可能なH2の比は(9)式で定義した。
Figure 2011148648
 ここで計算した3種類のメタン系炭化水素において産業用に利用できるH2エネルギーの量は、分解熱を生成したH2の燃焼により補償する場合は外部から熱を供給する場合の40%弱となる。 The hydrocarbon conversion reaction written by the formula (1), (5) or (7) is an endothermic reaction, and the CO decomposition reaction written by the formula (2) or (8) is an exothermic reaction. Therefore, even when CO 2 is used as the conversion agent or H 2 O is used, the conversion reaction does not proceed unless heat is supplied to the reactor 2. Can be used industrially when supplemented with combustion heat obtained by burning a part of H 2 that generated the decomposition heat of methane hydrocarbons and with heat energy supplied from another external energy source the number of moles of H 2 shown in Table 1. The heat of decomposition of hydrocarbons and the heat of combustion of H 2 were calculated using a thermodynamic data book (I. Barin, Thermochemical Data of Pure Substances 3rd. Edition (VCH, 1995)). Thermal efficiency is not taken into account when calculating heat.
Figure 2011148648
 Table 2 shows a comparison of the amount of H 2 that can be used for industrial use when the heat of cracking methane hydrocarbons is supplemented with the combustion heat of H 2 and when heat is supplied from the outside.
Figure 2011148648
 The ratio of available H 2 shown in Table 2 was defined by equation (9).
Figure 2011148648
 The amount of H 2 energy that can be used for industrial use in the three types of methane-based hydrocarbons calculated here is less than 40% of the amount of heat supplied from the outside when compensated by the combustion of H 2 that generated decomposition heat. Become.

１ ガス混合器
２ 反応器
３ セパレーター
４ 気化器 1 Gas Mixer 2 Reactor 3 Separator 4 Vaporizer

Claims (2)

気体化石燃料と変換剤としての気体CO2をガス混合器に導入して混合することにより、原料ガスを生成する工程と、
この原料ガスを700℃から1000℃の間の一定温度に保持された反応器に導いてH2、CO混合ガスに変換する工程と、
このH2、CO混合ガスを-80℃以下の温度に保持されたセパレーターに導いて冷却し、固体のC、液体のCO2及び気体のH2に分解する工程と、
前記セパレーター中の気体のH2を分離し、その一部を前記反応器の加熱燃料として使用し、残余を貯蔵する工程と、
前記セパレーター中の固体のCと液体のCO2を気化器に導いて、液体のCO2を気化し、固体のCを回収する工程と、
気化された前記気体のCO2を前記ガス混合器に戻し、前記変換剤として気体化石燃料と混合し循環使用する工程とを含むことを特徴とする水素の抽出方法。 A step of generating a raw material gas by introducing and mixing gaseous fossil fuel and gaseous CO 2 as a conversion agent into a gas mixer;
Introducing this raw material gas into a reactor maintained at a constant temperature between 700 ° C. and 1000 ° C. and converting it into H 2 and CO mixed gas;
The H 2 , CO mixed gas is guided to a separator maintained at a temperature of −80 ° C. or lower, cooled, and decomposed into solid C, liquid CO 2 and gaseous H 2 ,
Separating the gaseous H 2 in the separator, using a portion thereof as heated fuel for the reactor, and storing the remainder;
Introducing the solid C and liquid CO 2 in the separator to a vaporizer, evaporating the liquid CO 2 and recovering the solid C;
A method of extracting hydrogen, comprising: a step of returning the vaporized CO 2 to the gas mixer, mixing it with gaseous fossil fuel as the conversion agent, and using it in a circulating manner. 気体化石燃料と変換剤としての水蒸気をガス混合器に導入して混合することにより、原料ガスを生成する工程と、
この原料ガスを700℃から1000℃の間の一定温度に保持された反応器に導いてH2、CO混合ガスに変換する工程と、
このH2、CO混合ガスを-80℃以下の温度に保持されたセパレーターに導いて冷却し、固体のC、液体のCO2及び気体のH2に分解する工程と、
前記セパレーター中の気体のH2を分離し、その一部を前記反応器の加熱燃料として使用し、残余を貯蔵する工程と、
前記セパレーター中の固体のCと液体のCO2を気化器に導いて、液体のCO2を気化して保存または大気中に放出し、固体のCを回収する工程とを含むことを特徴とする水素の抽出方法。 A step of generating a raw material gas by introducing and mixing gas fossil fuel and water vapor as a conversion agent into a gas mixer;
Introducing this raw material gas into a reactor maintained at a constant temperature between 700 ° C. and 1000 ° C. and converting it into H 2 and CO mixed gas;
The H 2 , CO mixed gas is guided to a separator maintained at a temperature of −80 ° C. or lower, cooled, and decomposed into solid C, liquid CO 2 and gaseous H 2 ,
Separating the gaseous H 2 in the separator, using a portion thereof as heated fuel for the reactor, and storing the remainder;
A step of conducting solid C and liquid CO 2 in the separator to a vaporizer, evaporating the liquid CO 2 and storing or releasing it into the atmosphere, and collecting the solid C. Extraction method of hydrogen.
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