JP2018165322A - 輸送方法及び輸送システム - Google Patents

Abstract

【課題】既存の輸送設備を用いて低コストかつ大規模にメタンを輸送する輸送方法及び輸送システムを提供する。【解決手段】ガス田にて生成されたメタンと、水素及び二酸化炭素の反応により生成されたメタンと、を混合し、液体の状態にて共輸送する輸送方法。【選択図】なし

Description

本発明は、輸送方法及び輸送システムに関する。

水素を製造する技術として、高温水蒸気電解法が知られている。この方法では、高温の水蒸気を電気分解することにより水素及び酸素が生成される。さらに、原料が水であるため、例えば、二酸化炭素が発生しない再生可能エネルギーによる電気及び二酸化炭素が発生しない熱源を用いれば、二酸化炭素を排出せずに水素製造が可能となる。

このような高温水蒸気電解法により水素を製造する水素製造技術としては、例えば、特許文献１に開示されている。

また、製造された水素については、大量かつ遠距離に輸送できる輸送設備及び輸送方法が望まれている。例えば、液体水素を安全に大量輸送及び遠距離輸送することができる液体水素輸送用タンカーと液体水素の輸送方法が、特許文献２に開示されている。

特開２０１６−８９２０５号公報 特開平６−２９３２９０号公報

特許文献１の技術により、二酸化炭素を発生させずに生成された水素（二酸化炭素フリー水素）が得られ、特許文献２の技術により、二酸化炭素フリー水素を液化し、液体水素を大量輸送及び遠距離輸送することが可能となる。

しかしながら、生成された二酸化炭素フリー水素を液化し、輸送する場合、液化設備、輸送船、パイプライン等が別途必要となり、輸送が高コストであるという問題がある。そこで、既存の輸送設備を用いて水素又は水素に由来する物質を輸送することが望ましい。

本発明は、既存の輸送設備を用いて低コストかつ大規模にメタンを輸送する輸送方法及び輸送システムを提供することを目的とする。

上記課題は、例えば以下の手段により解決される。
＜１＞ ガス田にて生成されたメタンと、二酸化炭素フリー水素及び二酸化炭素の反応により生成されたメタンと、を混合し、液体の状態にて共輸送する輸送方法。

本形態の輸送方法では、ガス田にて生成されたメタンと、二酸化炭素フリー水素及び二酸化炭素の反応により生成されたメタンと、を混合する。混合したメタンを液体の状態にて共輸送するため、既存の輸送設備である、ガス田にて生成されたメタンの輸送設備を用いて二酸化炭素フリー水素由来のメタンを輸送することができ、新たな輸送設備が不要である。したがって、既存の輸送設備を用いて低コストかつ大規模にメタンを輸送することができる。

＜２＞ 前記二酸化炭素は、前記ガス田から発生した二酸化炭素である＜１＞に記載の輸送方法。

本形態の輸送方法では、ガス田にてメタンを生成する際に生じる二酸化炭素をメタン生成の原料として用いている。そのため、ガス田における二酸化炭素排出量を削減することができる。

＜３＞ メタンを生成するガス田と、二酸化炭素フリー水素を生成する水素生成手段と、前記水素生成手段にて生成された前記二酸化炭素フリー水素及び二酸化炭素を反応させてメタンを生成するメタン生成手段と、前記ガス田にて生成されたメタンと、前記メタン生成手段にて生成されたメタンと、を液化する液化手段と、前記液化手段にて液化されたメタンを混合された状態にて共輸送する輸送手段と、を備える輸送システム。

本形態の輸送システムでは、ガス田にて生成されたメタン、並びに水素生成手段にて生成された二酸化炭素フリー水素及び二酸化炭素の反応により生成されたメタンを液化手段にて液化する。更に、輸送手段は、液化手段にて液化されたメタンを共輸送する。そのため、輸送手段として、既存の輸送設備である、ガス田にて生成されたメタンの輸送設備を用いて二酸化炭素フリー水素由来のメタンを輸送することができ、新たな輸送設備が不要である。したがって、既存の輸送設備を用いて低コストかつ大規模にメタンを輸送することができる。

本発明によれば、既存の輸送設備を用いて低コストかつ大規模にメタンを輸送する輸送方法及び輸送システムを提供することができる。

本発明の輸送システムの一例を示す概略構成図である。

本開示において、「二酸化炭素フリー水素」とは、二酸化炭素を新たに発生させないとみなせるエネルギー（例えば、再生可能エネルギー、原子力エネルギー）を用いて生成された水素を指す。

［輸送方法］
以下、本発明の輸送方法の一実施形態について説明する。本実施形態の輸送方法は、ガス田にて生成されたメタンと、二酸化炭素フリー水素及び二酸化炭素の反応により生成されたメタンと、を混合し、液体の状態にて共輸送する方法である。

本実施形態の輸送方法では、ガス田にて生成されたメタンと、二酸化炭素フリー水素及び二酸化炭素の反応により生成されたメタンと、を混合する。混合したメタンを液体の状態にて共輸送するため、既存の輸送設備である、ガス田にて生成されたメタンの輸送設備を用いて二酸化炭素フリー水素由来のメタンを輸送することができ、液化設備、輸送船、パイプライン等の輸送設備を新たに設ける必要がない。したがって、既存の輸送設備を用いて低コストかつ大規模にメタンを輸送することができる。

ガス田としては、天然ガスを埋蔵する地域、又は天然ガスを産出する地域が挙げられる。ガス田にて生成されるメタンとしては、例えば、ガス田にて生成される天然ガスに含まれる主成分である。また、ガス田にて生成されるメタンとしては、二酸化炭素、窒素等のガスが除去された天然ガスに含まれる主成分であってもよい。

二酸化炭素フリー水素としては、二酸化炭素を新たに発生しないとみなせるエネルギー、例えば、太陽光、太陽熱、風力、水力、地熱、バイオマス、潮力、波力、海流等の再生可能エネルギー、原子力エネルギーなどを用いて生成される水素である。一例としては、再生可能エネルギー、原子力エネルギー等に由来する電気及び熱を用い、以下の反応式（１）に基づき、水電解により生成される水素が挙げられる。
２Ｈ_２Ｏ→２Ｈ_２＋Ｏ_２・・・（１）

本実施形態では、前述の二酸化炭素フリー水素を二酸化炭素と反応させることによりメタンが生成される。水素及び二酸化炭素によるメタンの生成反応は触媒存在下によって生じ、メタンの生成反応は以下の反応式（２）で表される。
４Ｈ_２＋ＣＯ_２→ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ・・・（２）

メタン生成反応に用いる二酸化炭素としては、各種工場、廃棄物処理施設、火力発電所等の発電所、熱利用施設、都市インフラ設備、ガス田などにて発生する二酸化炭素を用いればよい。中でも、ガス田にて天然ガスを生成する際に発生する二酸化炭素の排出量を削減する点から、ガス田から発生した二酸化炭素をメタン生成反応に用いることが好ましい。また、ガス田から発生した二酸化炭素を全てメタン生成反応に用いることにより、トータルの二酸化炭素排出量は、メタン消費地における排出分のみとなる。

また、反応式（２）で表されるメタンの生成反応により生じる水を、前述の水電解に用いてもよい。特に、太陽光、太陽熱等の再生可能エネルギーに適した土地では水不足の場合が多く、水電解に供する水を削減することができるため、有用である。例えば、反応式（１）及び反応式（２）に示すように、水電解にて生成される水素を全てメタンの生成反応に用いる場合、水電解にて必要な水の半分をメタンの生成反応によって賄うことができる。

水素及び二酸化炭素を用いたメタンの生成反応は、前述の反応式（２）で表されるが、実際には、反応式（３）で表される反応及び反応式（４）で表される反応の熱平衡関係から成り立っている。
ＣＯ_２＋Ｈ_２→ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ・・・（３）
ＣＯ＋３Ｈ_２→ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ・・・（４）

なお、反応式（３）で表される反応は吸熱反応（ΔＨ＝＋９．８ｋｃａｌ／Ｊ）であり、反応式（４）で表される反応は発熱反応（ΔＨ＝−４９．３ｋｃａｌ／Ｊ）である。そのため、水素及び二酸化炭素を用いたメタンの生成反応は、一つの反応器内にて行ってもよく、前述の２つの反応に応じて二つの反応器内にて行ってもよい。

水素及び二酸化炭素を用いたメタンの生成反応を一つの反応器内にて行う場合、反応式（２）で表される反応は発熱反応（ΔＨ＝−３９．４ｋｃａｌ／Ｊ）であり、かつ反応の前後でモル数が減少するため、平衡論的には高圧低温条件下にて反応を行うことが好ましい。例えば、メタノール等の副生成物の生成反応を抑制しつつ、効率よく反応を行う点から、２．０ＭＰａ〜５．０ＭＰａかつ３００℃〜５００℃の条件下にてメタンの生成反応を行うことが好ましい。また、メタンの生成反応により生じた熱を水電解に用いてもよい。

水素及び二酸化炭素を用いたメタンの生成反応を二つの反応器内にて行う場合、すなわち、反応式（３）で表される反応を行う反応器と反応式（４）で表される反応を行う反応器とを用いる場合について、好ましい反応条件を説明する。

反応式（３）で表される反応については、反応の前後でモル数に変化がなく、反応における圧力依存性はほとんど無い。そこで、圧力条件は、メタンの生成プロセスを簡略化する点から、反応式（４）で表される反応における圧力条件に合わせることが好ましい。反応温度については、反応速度、熱平衡等の点から高温であることが好ましいが、一酸化炭素による触媒被毒、温度上昇による反応性向上の効率等の点から、４６０℃〜５５０℃であることが好ましい。なお、反応式（３）で表される反応により生じる水については、反応式（４）で表される反応を効率的に行う点、前述の水電解に用いる点等から、除去することが好ましい。

反応式（３）で表される反応により生じた一酸化炭素及び未反応の水素は、反応式（３）で表される反応を行う反応器と異なる反応器に供給され、この反応器にて反応式（４）で表される反応が行われる。反応式（４）で表される反応は、発熱反応であり、かつ反応の前後でモル数が減少するため、平衡論的には高圧低温条件下にて反応を行うことが好ましい。例えば、メタノール等の副生成物の生成反応を抑制しつつ、効率よく反応を行う点から、２．０ＭＰａ〜５．０ＭＰａかつ２５０℃〜４５０℃の条件下にてメタンの生成反応を行うことが好ましい。また、反応式（４）で表される反応により生じる水及び熱については、水電解に用いてもよい。

本実施形態の輸送方法では、前述のように二酸化炭素フリー水素及び二酸化炭素の反応により生成されたメタンを、ガス田にて生成されたメタンと混合し、混合されたメタンを液体の状態にて共輸送する。これにより、既存の輸送設備である、ガス田にて生成されたメタンの輸送設備を用いて二酸化炭素フリー水素由来のメタンをガス田にて生成されたメタンとともに輸送することができる。なお、ガス田にて生成されたメタンとしては、ガス田にて生成された他のガス（エタン、プロパン等）と混合された状態にて、二酸化炭素フリー水素及び二酸化炭素の反応により生成されたメタンと更に混合されてもよい。

ガス田にて生成されたメタンと二酸化炭素フリー水素及び二酸化炭素の反応により生成されたメタンとの混合は、メタンを液化する前の気体の状態にて行えばよい。すなわち、ガス田にて生成されたメタンと二酸化炭素フリー水素及び二酸化炭素の反応により生成されたメタンを気体の状態で混合した後に、混合メタンガスを液化すればよい。

なお、メタン生成反応において未反応であった二酸化炭素及び水素は、必要に応じて分離してもよい。例えば、二酸化炭素及び水素を、選択的に分離する分離膜、選択的に吸着する吸着材等を用いてもよい。分離された二酸化炭素及び水素は、再度メタンの生成反応の原料として用いてもよい。

［輸送システム］
以下、本発明の輸送システムの一実施形態について説明する。本実施形態の輸送システムは、メタンを生成するガス田と、二酸化炭素フリー水素を生成する水素生成手段と、前記水素生成手段にて生成された前記二酸化炭素フリー水素及び二酸化炭素を反応させてメタンを生成するメタン生成手段と、前記ガス田にて生成されたメタンと、前記メタン生成手段にて生成されたメタンと、を液化する液化手段と、前記液化手段にて液化されたメタンを混合された状態にて共輸送する輸送手段と、を備える。なお、前述の本実施形態の輸送方法と共通の構成については、その説明を省略する。

本実施形態の輸送システムでは、前述の輸送方法と同様、既存の輸送設備である、ガス田にて生成されたメタンの輸送設備を用いて二酸化炭素フリー水素由来のメタンを輸送することができ、新たな輸送設備が不要である。したがって、既存の輸送設備を用いて低コストかつ大規模にメタンを輸送することができる。

水素生成手段としては、二酸化炭素フリー水素を生成可能な装置等であればよく、例えば、再生可能エネルギー、原子力エネルギー等に由来の電気、熱等を用いて水素を生成する水電解装置が挙げられる。

メタン生成手段としては、水素及び二酸化炭素を反応させてメタンを生成可能な装置等であればよく、例えば、従来公知のメタネーションを行う装置が挙げられる。また、メタン生成手段は、反応式（２）で表される反応を行う１つの反応器であってもよく、反応式（３）で表される反応及び反応式（４）で表される反応をそれぞれ行う２つの反応器であってもよい。メタン生成反応に用いる二酸化炭素としては、前述のように、各種工場、廃棄物処理施設、火力発電所等の発電所、熱利用施設、都市インフラ設備、ガス田などにて発生する二酸化炭素を用いればよい。
中でも、ガス田から発生した二酸化炭素をメタン生成反応に用いることが好ましい。ガス田にてメタンを生成する際に生じる二酸化炭素をメタン生成の原料として用いているため、ガス田における二酸化炭素排出量を削減することができる。

液化手段としては、メタンを液化可能な装置であればよく、例えば、従来公知のメタンガスを液化する液化設備、天然ガスを液化する液化設備等が挙げられる。

輸送手段としては、液化手段にて液化されたメタンを共輸送可能なものであれば特に限定されず、例えば、輸送船、パイプライン等が挙げられる。なお、ガス田にて生成されたメタンと、メタン生成装置にて生成されたメタンとの混合は、液化手段にてメタンを液化する前の気体の状態にて行えばよい。

＜輸送システムの一例＞
次に、本発明の輸送システムの一例について、図１を用いて説明する。図１に示すように、本発明の一例に係る輸送システム１０は、ガス田１と、水電解装置２と、メタン生成装置３と、液化設備４と、輸送手段５と、を備える。

ガス田１にて生成されたメタン（ＣＨ_４）は、配管を通じて液化設備４に供給され、ガス田１にて発生した二酸化炭素（ＣＯ_２）は、配管を通じてメタン生成装置３に供給される。

再生可能エネルギー等に由来する電気及び熱が水電解装置２に供給され、水電解により二酸化炭素フリー水素（Ｈ_２）が生成される。水電解装置２にて生成された二酸化炭素フリー水素は、配管を通じてメタン生成装置３に供給される。

メタン生成装置３にて、水電解装置２にて生成された二酸化炭素フリー水素及びガス田１にて発生した二酸化炭素を反応させることにより、メタンが生成される。生成されたメタンは、配管内にてガス田１にて生成されたメタンと混合された後、配管を通じて液化設備４に供給される。

ガス田１にて生成されたメタン、及びメタン生成装置３にて生成されたメタンは、混合された後に液化設備４にて液化される。液化されたメタンは輸送手段５に供給され、共輸送される。

以上により、本発明の一例に係る輸送システム１０では、既存の液化設備４、輸送手段５等の輸送設備を用いて二酸化炭素フリー水素由来のメタンを輸送することができ、新たな輸送設備が不要である。したがって、既存の輸送設備を用いて低コストかつ大規模にメタンを輸送することができる。
更に、ガス田１にてメタンを生成する際に生じる二酸化炭素をメタン生成の原料として用いているため、ガス田１における二酸化炭素排出量を削減することができる。

１ ガス田
２ 水電解装置（水素生成手段）
３ メタン生成装置（メタン生成手段）
４ 液化設備（液化手段）
５ 輸送手段
１０ 輸送システム

Claims (3)

1. ガス田にて生成されたメタンと、二酸化炭素フリー水素及び二酸化炭素の反応により生成されたメタンと、を混合し、液体の状態にて共輸送する輸送方法。
2. 前記二酸化炭素は、前記ガス田から発生した二酸化炭素である請求項１に記載の輸送方法。
3. メタンを生成するガス田と、
   二酸化炭素フリー水素を生成する水素生成手段と、
   前記水素生成手段にて生成された前記二酸化炭素フリー水素及び前記ガス田にて発生した二酸化炭素を反応させてメタンを生成するメタン生成手段と、
   前記ガス田にて生成されたメタンと、前記メタン生成手段にて生成されたメタンと、を液化する液化手段と、
   前記液化手段にて液化されたメタンを混合された状態にて共輸送する輸送手段と、
   を備える輸送システム。