JP2016132644A - 炭化水素製造装置及び炭化水素製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二酸化炭素転換率を顕著に向上させることが可能な炭化水素製造装置を提供する。
【解決手段】炭化水素製造装置１は、炭化水素合成触媒Ａが充填され、原料ガスＳが供給され、当該原料ガスＳを炭化水素Ｃ及び水Ｗに変換する第一の反応器１０と、前記第一の反応器１０から排出された排出ガスＥ１に気液分離処理を行い、前記変換された炭化水素Ｃ及び水Ｗと未反応ガスＮ１とを分離する第一の気液分離器１１と、前記炭化水素合成触媒Ａが充填され、前記第一の気液分離器１１から排出される未反応ガスＮ１が供給され、当該未反応ガスＮ１を炭化水素Ｃ及び水Ｗに変換する第二の反応器１２と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭化水素製造装置及び炭化水素製造方法に関する。

従来より、一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ_２）とからなる合成ガスを所定の触媒で反応させることで、高分子量炭化水素を製造するフィッシャー・トロプシュ合成方法が知られている。

近年、フィッシャー・トロプシュ合成反応に代わって、二酸化炭素（ＣＯ_２）と水素（Ｈ_２）とからなる混合ガスから炭化水素を合成する新規合成方法の研究が進んでいる。例えば、特開平２−７３０２３号公報（特許文献１）には、ＣＯ_２及びＨ_２を含む供給物流からのオレフィンの製造法が開示されている。この製造法では、Ｆｅ_５Ｃ_２及びＦｅ_３Ｏと親近構造の結晶構造を有する炭化鉄を含む触媒と供給物流を接触させる工程を含んでいる。これにより、供給物組成の広範囲にわたって、Ｃ_２＋オレフィン系炭化水素の生成に対して高度に選択的とすることが出来るとしている。

又、特表平１０−５１１７３１号公報（特許文献２）には、触媒を用いて二酸化炭素の水素化により炭化水素を調製する炭化水素調製方法が開示されている。この方法では、前記触媒が還元および活性化により前処理したＦｅ−Ｋ／Ａｌ_２Ｏ_３であることを特徴とする。これにより、二酸化炭素の転換率が高くＣ_２＋炭化水素への選択率が極めて高いので、二酸化炭素からＣ_２＋炭化水素を調製することが出来るとしている。

又、Ｃａｔａｌ Ｓｕｒｖ Ａｓｉａ（２００８） １２、ｐｐ１７０−１８３（非特許文献１）には、ＦｅとＣｕとＫとを組み合わせることで、二酸化炭素ガスと水素ガスとを炭化水素に変換する技術が記載されている。

特開平２−７３０２３号公報 特表平１０−５１１７３１号公報

Ｃａｔａｌ Ｓｕｒｖ Ａｓｉａ（２００８） １２、ｐｐ１７０−１８３

しかしながら、新規合成方法では、二酸化炭素と水素とからなる混合ガスを、触媒を含む１台の反応器に一回通すことで、炭化水素を得ることが出来るが、一回の反応では、未反応原料の二酸化炭素と水素が排出ガスに多量に残存し、二酸化炭素転換率が低いという問題がある。このような問題に対して、特許文献１、２、非特許文献１に記載の技術では解決することが出来ない。

そこで、本発明は、前記問題を解決するためになされたものであり、二酸化炭素転換率を顕著に向上させることが可能な炭化水素製造装置及び炭化水素製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る炭化水素製造装置は、水素ガスと二酸化炭素ガスとからなる原料ガスを炭化水素に変換する炭化水素製造装置であって、以下の構成を採用する。即ち、本発明は、第一の反応器と、第一の気液分離器と、第二の反応器と、を含む。第一の反応器は、炭化水素合成触媒が充填され、原料ガスが供給され、当該原料ガスを炭化水素及び水に変換する。第一の気液分離器は、前記第一の反応器から排出された排出ガスに気液分離処理を行い、前記変換された炭化水素及び水と未反応ガスとを分離する。第二の反応器は、前記炭化水素合成触媒が充填され、前記第一の気液分離器から排出される未反応ガスが供給され、当該未反応ガスを炭化水素及び水に変換する。

本発明は、前記第一の反応器と前記第一の気液分離器とをこの順番で配置したユニットを一つの単位として、所定数のユニットを直列に接続する。

又、本発明は、水素ガスと二酸化炭素ガスとからなる原料ガスを炭化水素に変換する炭化水素製造装置の炭化水素製造方法であって、以下の構成を採用する。本発明は、第一のステップと、第二のステップと、第三のステップと、を含む。第一のステップは、炭化水素合成触媒が充填された第一の反応器で、供給される原料ガスを炭化水素に変換する。第二のステップは、気液分離器で、前記第一の反応器から排出された排出ガスに気液分離処理を行い、未反応ガスを排出する。第三のステップは、前記炭化水素合成触媒が充填された第二の反応器で、前記気液分離器から排出される未反応ガスを炭化水素に変換する。

本発明に係る炭化水素製造装置及び炭化水素製造方法によれば、二酸化炭素転換率を顕著に向上させることが可能となる。

本発明の実施形態に係る炭化水素製造装置の概略図である。 本発明の実施形態に係る所定数のユニットを接続した炭化水素製造装置の概略図である。 比較例１に係る炭化水素製造装置の概略図である。

以下に、添付図面を参照して、本発明に係る炭化水素製造装置及び炭化水素製造方法の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

＜炭化水素製造装置＞
本発明は、水素ガスと二酸化炭素ガスとからなる原料ガスを炭化水素に変換する炭化水素製造装置１であって、図１に示すように、第一の反応器１０と、第一の気液分離器１１と、第二の反応器１２と、を備える。第一の反応器１０は、水素ボンベ１３ａと二酸化炭素ボンベ１３ｂからそれぞれ流量調整器１３ｃ、１３ｅと減圧弁１３ｄ、１３ｆとを介して、水素と二酸化炭素よりなる原料ガスＳが供給される。第一の反応器１０には、後述する炭化水素合成触媒Ａが充填されており、前記原料ガスＳを炭化水素Ｃ及び水Ｗに変換するようになっている。第一の気液分離器１１は、前記第一の反応器１０から排出された排出ガスＥ１に気液分離処理を行い、前記変換された炭化水素Ｃ及び水Ｗと未反応ガスＮ１とを分離する。第二の反応器１２は、前記炭化水素合成触媒Ａが充填され、前記第一の気液分離器１１から排出される未反応ガスＮ１が供給され、当該未反応ガスＮ１を炭化水素Ｃ及び水Ｗに変換する。これにより、二酸化炭素転換率を顕著に向上させることが可能となる。

即ち、第一の反応器１０における原料ガスＳの変換では、未反応の水素ガス及び二酸化炭素ガスが多量に排出される。そのため、この排出された水素ガス及び二酸化炭素ガスを第二の反応器１２へ流すことで、未反応ガスを有効利用して、炭化水素の変換量を増加させる。

ここで、水素ガスと二酸化炭素から炭化水素Ｃと水Ｗを合成する合成反応は平衡反応に対応するため、既に合成された炭化水素Ｃと水Ｗとを含む排出ガスＥ１をそのまま第二の反応器１２へ流しても、炭化水素の合成反応が十分に進まない。

そこで、本発明では、第一の反応器１０で合成された炭化水素Ｃと水Ｗを第一の気液分離器１１で分離回収するとともに、第一の気液分離器１１から排出される主に未反応の水素ガスと二酸化炭素とで構成される未反応ガスＮ１を第二の反応器１２へ流すことで、未反応ガスＮ１における炭化水素Ｃの合成反応を促進させ、全体としての二酸化炭素転換率を顕著に向上させることが出来るのである。

ここで、第一の反応器１０に原料ガスＳを送り込む構成に特に限定は無いが、例えば、以下の構成が採用される。先ず、原料ガスＳを第一の反応器１０に送り込む原料供給部１３が設けられ、この原料供給部１３は、原料ガスＳの構成成分である水素ガスボンベ１３ａと、二酸化炭素ガスボンベ１３ｂとを、それぞれ流量調整器１３ｃ、１３ｅと減圧弁１３ｄ、１３ｆとを介して備えている。前記流量調整器１３ｃ、１３ｅと減圧弁１３ｄ、１３ｆとを適宜調整することで、原料ガスＳ内の成分比率や圧力を変更することが出来る。

又、原料ガスＳのガス組成の物質量比率に特に限定はないが、例えば、平衡反応を考慮すると、水素ガス：二酸化炭素ガス＝４：１の物質量比率が好ましい。これにより、水素ガス及び二酸化炭素ガスを効率よく炭化水素及び水に変換することが可能となる。

又、第一の反応器１０に送り込む原料ガスＳの圧力（ＭＰａ）は、１．０ＭＰａ以上であれば、特に限定は無いが、例えば、２．０ＭＰａ以上であると好ましく、２．５ＭＰａ以上であると更に好ましい。これにより、原料ガスＳを炭化水素合成触媒Ａの活性点に接触し易くするため、二酸化炭素転換率を更に向上させることが可能となる。

又、第一の反応器１０に送り込む原料ガスＳの空間速度（１／ｈ）に特に限定は無いが、触媒Ａの重量（ｇ）、第一の反応器１０及び第二の反応器１２の容量（ｍＬ）に関係するものの、例えば、１００（１／ｈ）〜２０００（１／ｈ）の範囲内であると好ましく、５００（１／ｈ）〜１５００（１／ｈ）の範囲内であると更に好ましい。これにより、原料ガスＳを炭化水素合成触媒Ａに十分に接触させることが可能となり、二酸化炭素転換率を更に向上させることが可能となる。

又、第一の反応器１０に送り込む原料ガスＳの流量（ｍＬ／ｍｉｎ）に特に限定は無いが、例えば、１００（ｍＬ／ｍｉｎ）〜２０００（ｍＬ／ｍｉｎ）の範囲内であると好ましく、５００（ｍＬ／ｍｉｎ）〜１５００（ｍＬ／ｍｉｎ）の範囲内であると更に好ましい。これにより、原料ガスＳを炭化水素合成触媒Ａに十分に接触させることが可能となり、二酸化炭素転換率を更に向上させることが可能となる。

又、第一の反応器１０に充填される炭化水素合成触媒Ａに特に限定は無いが、例えば、第一の金属としてＦｅと、第二の金属として、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｒｕからなる群から選択される１種類以上の第二の金属とを所定の触媒担持体に担持させることで得られる炭化水素合成触媒Ａが採用される。又、炭化水素合成触媒Ａは、炭化水素合成に相乗効果のあるアルカリ金属、例えば、Ｋの第三の金属を追加して担持させても構わない。

ここで、炭化水素合成触媒Ａの金属組成は、例えば、第一の金属のＦｅと第二の金属のＣｕとの金属組成、第一の金属のＦｅと第二の金属のＣｕと第三の金属のＫとの金属組成、第一の金属のＦｅと第二の金属のＺｎとの金属組成、第一の金属のＦｅと第二の金属のＭｎと第三の金属のＲｕとの金属組成等を採用することが出来る。

又、炭化水素合成触媒Ａの金属組成の重量比率は、第二の金属の種類に応じて適宜変更される。例えば、第一の金属のＦｅに対して第二の金属のＣｕとの金属組成の場合は、Ｆｅ：Ｃｕ＝１：２０の重量比率とされる。又、第一の金属のＦｅに対して第二の金属のＣｕと第三の金属のＫとを組み合わせた金属組成の場合は、Ｆｅ：Ｃｕ：Ｋ＝８．９：３．１：１．０の重量比率とされる。又、第一の金属のＦｅに対して第二の金属のＺｎを組み合わせた金属組成の場合は、Ｆｅ：Ｚｎ＝８．９：１．０の重量比率とされる。又、第一の金属のＦｅに対して第二の金属のＭｎと第三の金属のＲｕとを組み合わせた金属組成の場合は、Ｆｅ：Ｍｎ：Ｒｕ＝２．５：２．５：２．５の重量比率とされる。

又、炭化水素合成触媒Ａの触媒担持体は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）等を採用することが出来る。又、触媒担持体の物性は、例えば、粒径（ｍｍ）が３．０ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内であり、比表面積（ｍ^２／ｇ）が１５０ｍ^２／ｇ〜４００ｍ^２／ｇの範囲内である物性を採用することが出来る。又、見かけ密度（ｇ／ｍＬ）が０．４ｇ／ｍＬ〜０．８ｇ／ｍＬの範囲内の物性を採用することが出来る。

又、炭化水素合成触媒Ａの製造方法に特に限定は無く、公知の方法を採用することが出来る。例えば、前記触媒担持体の単位重量当たりの細孔容積と、担持する担持金属の重量とから、当該担持金属の金属イオンの濃度を有する水溶液を予め調製する。そして、その水溶液に触媒担持体を含浸させて、その後、所定のるつぼに投入して、高温で焼結させる。最後に、当該焼結後の触媒担持体に水素ガスを晒して水素還元することで、本触媒を調製することが出来る。

又、第一の反応器１０の構成に特に限定は無く、公知の構成を採用することが出来る。例えば、第一の反応器１０は、所定の内径の細管１０ａを触媒充填用の容器とし、その細管１０ａの周囲に環状の電気炉１０ｂを設置して、細管１０ａの内部の温度を調整出来るようにしている。

又、第一の反応器１０の反応温度（度）は、炭化水素合成触媒Ａの種類に応じて適宜変更されるものの、例えば、２４０度〜３２０度の範囲内を採用することが出来る。これにより、炭化水素合成触媒Ａの活性点を十分に活性化させることが可能となり、二酸化炭素転換率を更に向上させることが可能となる。

又、第一の気液分離器１１の構成に特に限定は無く、例えば、以下の構成が採用される。先ず、排出ガスＥ１に含まれる合成物（炭化水素Ｃ、水Ｗ）をサンプリングするためのサンプリング部１１ａと、気体状の排出ガスＥ１を液体化する気液分離部１１ｂとが設けられる。この気液分離部１１ｂは、比較的長い冷却器を有する高圧対応の気液分離器である。サンプリング部１１ａで、変換直後の合成物を採取することが出来る。又、気液分離部１１ｂで、未反応ガスＮ１を分離し、合成物を液化した液体合成物（炭化水素Ｃ、水Ｗ）を得ることが出来る。

ここで、第一の気液分離器１１の冷却温度に特に限定は無いが、少なくとも炭素数が５以上の炭化水素が液化する温度（液化冷却温度）に設定する。液化冷却温度は、炭素数が５〜１５までの炭化水素が液化する温度が好ましく、炭素数が１０〜１５までの炭化水素が液化する温度が更に好ましい。具体的には、第一の反応器１０の反応温度（度）を考慮すると、−１０度〜１０度の範囲内を採用することが出来る。これにより、排出ガスＥ１中の炭化水素Ｃ及び水Ｗを効率よく液化することが出来る。

又、第一の気液分離器１１と第二の反応器１２との間の構成に特に限定は無いが、例えば、排出される未反応ガスＮ１の圧力を上昇させる圧力調整部（図示しない）が更に設けられると好ましい。即ち、第一の気液分離器１１から排出される未反応ガスＮ１は、第一の反応器１０を介して圧力損失を受けるため、原料ガスＳの圧力よりも低い場合がある。一方、炭化水素の合成反応速度は、合成時の圧力の大きさに大きく依存する。そこで、圧力調整部により、未反応ガスＮ１の圧力を前記圧力損失分だけ上昇させることで、第二の反応器１２での二酸化炭素転換率を更に向上させることが出来る。

又、第二の反応器１２の構成に特に限定は無く、第一の反応器１０と同等の構成を採用することが出来る。又、第二の反応器１２の下流の構成に特に限定は無いが、例えば、第一の反応器１０の下流の構成と同様に、前記第二の反応器１２から排出された排出ガスＥ２に気液分離処理を行い、前記変換された炭化水素Ｃ及び水Ｗと未反応ガスＮ２とを分離する第二の気液分離器１４が更に設けられる。第二の気液分離器１４は、第一の気液分離器１１と同様に、サンプリング部１４ａと、気液分離部１４ｂとを備えている。これにより、第二の反応器１２で反応させた炭化水素Ｃ及び水Ｗを採取することが可能となる。

ここで、第二の気液分離器１４の下流の構成に特に限定は無く、例えば、第二の気液分離器１４から排出される未反応ガスＮ２の圧力が所定の閾値（設定圧力）以上になるとガスを下流に放出する背圧弁１５が更に設けられる。これにより、第二の反応器１２から排出ガスＥ２が排出されている間、第二の反応器１２における未反応ガスＮ１の圧力が所定値以上にならないようガスの放出量を調整するので、設定圧力に保持することが可能となり、二酸化炭素転換率を更に向上させることが出来る。

又、背圧弁１５の下流には、比較的短い冷却器を有する低圧対応の第三の気液分離器１６が更に設けられ、未反応ガスＮ２中の炭化水素Ｃ及び水Ｗを漏れなく液化することが出来る。そして、第三の気液分離器１６の下流には、ガスメーター１７が更に設けられ、第三の気液分離器１６から排出される未反応ガスＮ２の流量が測定され、当該未反応ガスＮ２が外部へ排出される。この未反応ガスＮ２には、未反応の水素ガス、二酸化炭素ガス、一酸化炭素ガス、軽質ガス（炭素数が１〜４の炭化水素）が含まれる。

尚、各気液分離器１１、１４、１６には、液化した液体炭化水素Ｃ及び水Ｗを溜める収集容器１８がそれぞれ設けられ、これらに溜められた液体炭化水素ＣがＦＴ合成油となる。ここで、変換された炭化水素の種類に特に限定はなく、例えば、パラフィン系炭化水素、オレフィン系炭化水素等を挙げることが出来る。

このように、本発明に係る炭化水素製造装置１は、二つの反応器１０、１２を、気液分離器１１を介して直列に接続しているため、一回の合成反応で変換しきれなかった未反応ガスを効率よく炭化水素に変換することが可能となる。

尚、上述では、二つの反応器１０、１２を直列に接続した場合を説明したが、これに限らず、複数の反応器を、気液分離器を介して直列に接続しても、本発明の作用効果を有する。本発明では、例えば、図２に示すように、第一の反応器２０と第一の気液分離器２１とをこの順番で配置したユニットを一つの単位として、所定数Ｎのユニットを直列に接続した構成を採用することが出来る。これにより、二酸化炭素転換率を飛躍的に向上させることが可能となる。

＜炭化水素製造方法＞
又、本発明は、水素ガスと二酸化炭素ガスとからなる原料ガスを炭化水素に変換する炭化水素製造装置の炭化水素製造方法を提供することが出来る。この炭化水素製造方法では、炭化水素合成触媒が充填された第一の反応器で、供給される原料ガスを炭化水素に変換する第一のステップと、気液分離器で、前記第一の反応器から排出された排出ガスに気液分離処理を行い、未反応ガスを排出する第二のステップと、前記炭化水素合成触媒が充填された第二の反応器で、前記気液分離器から排出される未反応ガスを炭化水素に変換する第三のステップと、を含むことを特徴とする。これにより、二酸化炭素転換率を顕著に向上させることが可能となる。

＜実施例、比較例等＞
以下に本発明の実施例について説明するが、本発明の適用が本実施例に限定されるものでない。

＜実施例１＞
実施例１の炭化水素製造装置は、図１に示す炭化水素製造装置を用いた。原料ガスＳのガス組成の物質量比率は、水素ガス：二酸化炭素ガス＝４：１とした。原料ガスＳの圧力は３．０ＭＰａとし、原料ガスＳの空間速度は１０００（１／ｈ）とし、原料ガスＳの流量は１０００（ｍＬ／ｍｉｎ）とした。又、炭化水素合成触媒Ａの金属組成は、第一の金属のＦｅと第二の金属のＣｕとの金属組成とし、その重量比率は、Ｆｅ：Ｃｕ＝１：２０の重量比率とした。

実施例１の炭化水素製造装置１において、先ず、第一の反応器１０及び第二の反応器１２の細管（例えば、容積６０ｍＬ）に、６６．４ｇの炭化水素合成触媒Ａを充填し、電気炉で４００度まで加熱した。ここで、加熱の際に、水素ガスボンベ１３ａから水素ガスを、各反応器の細管に１時間ほど流しながら、前記炭化水素合成触媒Ａの担持金属の還元処理を行った。これにより、当該炭化水素合成触媒Ａに含まれる金属酸化物を金属に還元して、当該金属の活性化を図った。還元処理後に、電気炉１０ｂを停止して、常温まで自然冷却した。

次に、水素ガスボンベ１３ａと二酸化炭素ガスボンベ１３ｂとを開放し、目的の原料ガスの成分比率にして、所定の圧力（１ＭＰａから３ＭＰａ）まで昇圧し、その後、昇温速度２度／ｍｉｎ以下でゆっくりと２９０度まで昇温し、１時間以上保持して、第一の反応器１０、第二の反応器１２の内部のガスを目的の原料ガスＳで十分に置換した。これにより、前記炭化水素合成触媒Ａに目的の原料ガスＳを接触させて反応させた。

その後、第一の反応器１０の出口側のサンプリング部１１ａ及び第二の反応器１２の出口側のサンプリング部１４ａで合成物のサンプリングをそれぞれ行った。これらの合成物に含有される成分を、ＧＣ−ＴＣＤ（ガスクロマトグラフィー−熱伝導度型検出器）を用いて、二酸化炭素ガス、一酸化炭素ガスの無機ガスと、炭素数が２以下の低級炭化水素とに分けて分析し、ＧＣ−ＦＩＤ（ガスクロマトグラフィー−水素炎イオン化型検出器）を用いて、炭素数が１から９までの炭化水素に分けて分析した。炭素数が１と２の炭化水素をＧＣ−ＴＣＤ、ＧＣ−ＦＩＤを用いて分析することで、ＧＣ間の分析精度の整合性を確認した。

尚、ＧＣ−ＴＣＤ、ＧＣ−ＦＩＤの分析の際に合成物のサンプリングは、断熱材を巻き付けて１５０度まで加熱保温したシリンジを用いて、前記サンプリング部１１ａ、１４ａにおいて合成物を保温状態で採取し、手際よくＧＣ−ＴＣＤ、ＧＣ−ＦＩＤに注入して分析した。これにより、沸点の低い炭化水素を液化させることなくガスとして採取した。

上述のＧＣ−ＴＣＤ、ＧＣ−ＦＩＤで得られたデータと、反応器１０、１２の上下流にそれぞれ設けられた流量計（図示しない）で得られたガス流量値と、下記の式とに基づいて、二酸化炭素転換率（％）を算出した。

先ず、二酸化炭素転換率（％）は、ＧＣ−ＴＣＤ、ＧＣ−ＦＩＤのデータから、下記の式（１）に、反応器の入口側の二酸化炭素ガスの流量Ｆ_ｉｎ（ｍＬ／ｍｉｎ）と、出口側の二酸化炭素ガスの流量Ｆ_ｏｕｔ（ｍＬ／ｍｉｎ）とを代入することで算出した。

二酸化炭素転換率（％）＝（Ｆ_ｉｎ−Ｆ_ｏｕｔ）／Ｆ_ｉｎ×１００ （１）
尚、実施例１では、第一の反応器１０に対する二酸化炭素転換率（％）と第二の反応器１２に対する二酸化炭素転換率（％）とをそれぞれ算出するとともに、第一の反応器１０における入口側の二酸化炭素ガスの流量Ｆ_ｉｎ（ｍＬ／ｍｉｎ）と第二の反応器１２における出口側の二酸化炭素ガスの流量Ｆ_ｏｕｔ（ｍＬ／ｍｉｎ）とを用いて、実施例１の炭化水素製造装置１全体の二酸化炭素転換率（％）を算出した。

＜比較例１＞
比較例１の炭化水素製造装置３は、図３に示す炭化水素製造装置を用いた。比較例１の炭化水素製造装置３は、第一の反応器１０と第二の反応器１２とを、第一の気液分離器１１を設けることなく、直列に接続した装置である。そのため、比較例１における炭化水素合成触媒Ａとの原料ガスＳの接触時間（頻度）は、実施例１におけるそれと同等である。

第二の反応器１２から排出される排出ガスＥ’を第一の気液分離器１１で気液分離処理し、未反応ガスＮ’を、背圧弁１５を介して、第三の気液分離器１６に導入し、ガスメーター１７を通って外部に放出される。

ここで、比較例１の原料ガスＳのガス組成の物質量比率は、水素ガス：二酸化炭素ガス＝４：１とし、原料ガスＳの圧力は３．０ＭＰａとし、原料ガスＳの空間速度は１０００（１／ｈ）とし、原料ガスＳの流量は１０００（ｍＬ／ｍｉｎ）とした。又、炭化水素合成触媒Ａの金属組成は、第一の金属のＦｅと第二の金属のＣｕとの金属組成とし、その重量比率は、Ｆｅ：Ｃｕ＝１：２０の重量比率とした。又、第一の反応器１０及び第二の反応器１２の細管の容積は、例えば、６０ｍＬであり、各反応器の炭化水素合成触媒Ａの重量は６６．４ｇである。又、比較例１の炭化水素製造装置１での触媒反応方法は、実施例１のそれと同様である。又、比較例１の炭化水素製造装置１で変換された合成物は、実施例１と同様に、ＧＣ−ＴＣＤ、ＧＣ−ＦＩＤで分析し、二酸化炭素転換率（％）を算出した。

＜実施例２＞
実施例２は、実施例１で用いた炭化水素合成触媒Ａを交換したこと以外は、同様の条件で炭化水素製造を実施し、二酸化炭素転換率（％）を算出した。

ここで、実施例２で用いた炭化水素合成触媒Ａは、実施例１の炭化水素合成触媒Ａの金属組成、重量比率と同じ金属組成、重量比率を採用し、炭化水素合成触媒Ａの製造装置を異にして得られたものである。

＜比較例２＞
比較例２は、比較例１で用いた炭化水素合成触媒Ａを交換したこと以外は、同様の条件で炭化水素製造を実施し、二酸化炭素転換率（％）を算出した。

尚、比較例２で用いた炭化水素合成触媒Ａは、実施例２で用いた炭化水素合成触媒Ａと同等である。

＜実験結果＞
表１に示すように、実施例１、２、比較例１、２における原料ガスの組成（ｍＬ／ｍｉｎ）、排出ガスの組成（ｍＬ／ｍｉｎ）、二酸化炭素転換率（％）をまとめた。又、実施例１、２は、１段目（第一の反応器１０）と２段目（第二の反応器１２）を合算した二酸化炭素転換率（％）を示した。

表１に示すように、実施例１の１段目の二酸化炭素転換率（％）は４９．７６％であり、２段目の二酸化炭素転換率（％）は５９．３０％であり、合算の二酸化炭素転換率（％）は７８．７４％であった。一方、比較例１の二酸化炭素転換率（％）は６０．２５％であった。又、実施例２の１段目の二酸化炭素転換率（％）は３８．４６％であり、２段目の二酸化炭素転換率（％）は４２．６３％であり、合算の二酸化炭素転換率（％）は５７．７６％であった。一方、比較例２の二酸化炭素転換率（％）は４９．６９％であった。そのため、実施例１、２の炭化水素製造装置１では、比較例１、２の炭化水素製造装置と比較して二酸化炭素転換率を顕著に向上させることが分かった。

このように、本発明では、第一の反応器１０と、第一の気液分離器１１と、第二の反応器１２と、を直列に接続したことにより、二酸化炭素転換率を顕著に向上させることが可能となる。

又、本発明では、水素ガスと二酸化炭素ガスとからなる原料ガスを炭化水素に変換する炭化水素製造装置の炭化水素製造方法であって、炭化水素合成触媒が充填された第一の反応器で、供給される原料ガスを炭化水素に変換する第一のステップと、気液分離器で、前記第一の反応器から排出された排出ガスに気液分離処理を行い、未反応ガスを排出する第二のステップと、前記炭化水素合成触媒が充填された第二の反応器で、前記気液分離器から排出される未反応ガスを炭化水素に変換する第三のステップと、を含むことを特徴とする。これによっても、本発明と同様の効果を得ることが可能となる。

以上のように、本発明に係る炭化水素製造装置及び炭化水素製造方法は、工業、農業、漁業、エネルギー産業、航空産業、宇宙産業等の様々な分野で使用される炭化水素の合成に有用であり、二酸化炭素転換率を顕著に向上させることが可能な炭化水素製造装置及び炭化水素製造方法として有効である。

１ 炭化水素製造装置
１０ 第一の反応器
１１ 第一の気液分離器
１２ 第二の反応器

Claims (3)

1. 水素ガスと二酸化炭素ガスとからなる原料ガスを炭化水素に変換する炭化水素製造装置であって、
   炭化水素合成触媒が充填され、原料ガスが供給され、当該原料ガスを炭化水素及び水に変換する第一の反応器と、
   前記第一の反応器から排出された排出ガスに気液分離処理を行い、前記変換された炭化水素及び水と未反応ガスとを分離する第一の気液分離器と、
   前記炭化水素合成触媒が充填され、前記第一の気液分離器から排出される未反応ガスが供給され、当該未反応ガスを炭化水素及び水に変換する第二の反応器と、
   を含むことを特徴とする炭化水素製造装置。
2. 前記第一の反応器と前記第一の気液分離器とをこの順番で配置したユニットを一つの単位として、所定数のユニットを直列に接続した
   請求項１に記載の炭化水素製造装置。
3. 水素ガスと二酸化炭素ガスとからなる原料ガスを炭化水素に変換する炭化水素製造装置の炭化水素製造方法であって、
   炭化水素合成触媒が充填された第一の反応器で、供給される原料ガスを炭化水素に変換する第一のステップと、
   気液分離器で、前記第一の反応器から排出された排出ガスに気液分離処理を行い、未反応ガスを排出する第二のステップと、
   前記炭化水素合成触媒が充填された第二の反応器で、前記気液分離器から排出される未反応ガスを炭化水素に変換する第三のステップと、
   を含むことを特徴とする炭化水素製造方法。

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