JP2019052224A - Heat utilization type gas refining system - Google Patents

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泰宏 藤田
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裕之 高野
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博之 四宮
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誠 寺井
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Abstract

To provide a gas refining system utilizing heat of methanation reaction with improved efficiency.SOLUTION: The heat utilization type gas refining system comprises: a methane gas synthesizer that synthesizes methane gas using at least hydrogen and carbon dioxide as source gases, a source gas introduction passage for introducing the source gas into the methane gas synthesizer, a product gas delivery passage for delivering product gas generated by the methane gas synthesizer, a temperature swing adsorption type gas refining device provided through the source gas introduction passage and/or the product gas delivery passage for removing impurities in gas, and a regeneration gas introduction passage for introducing respectively a high temperature regeneration gas and a low temperature gas that drive a desorption process of the temperature swing adsorption type gas purification device into the temperature swing adsorption type gas purification device, wherein heat of a reaction of the methane gas synthesizer is applied to high temperature regeneration gas sent through the regeneration gas introduction passage.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、メタン化反応熱を利用したガス精製システムに関するものである。   The present invention relates to a gas purification system using heat of methanation reaction.

近年、再生可能エネルギーの導入拡大に伴い、需給アンバランスによる余剰電力の問題が顕在化しつつある。その解決策として、余剰電力を用いて水電解し、水素エネルギーとして貯蔵・輸送・利用するPower to Gasシステムが提唱されている。しかしながら、水素は各種インフラが整っておらず、莫大なインフラ投資が必要となるデメリットがある。これに対し、水素と二酸化炭素を反応させてメタンを合成(メタネーション)した上で、既存の天然ガス・都市ガスインフラを活用して輸送・貯蔵・利用するPower to Methaneシステムの実用化が進んでいる。メタネーション反応式を式(1)に示す。
4H(g)+CO(g)=CH(g)+2HO(g)+165kJ …(1)
In recent years, with the introduction of renewable energy, the problem of surplus power due to supply and demand imbalance is becoming apparent. As a solution for this, a Power to Gas system has been proposed in which surplus power is used for water electrolysis and stored, transported and used as hydrogen energy. However, hydrogen does not have various infrastructures and has a demerit that requires enormous infrastructure investment. In contrast, the Power to Methane system that uses hydrogen and carbon dioxide to synthesize (methanate) and then uses existing natural gas and city gas infrastructure to transport, store, and use the system has been put into practical use. It is out. The methanation reaction formula is shown in Formula (1).
4H 2 (g) + CO 2 (g) = CH 4 (g) + 2H 2 O (g) +165 kJ (1)

メタネーションは200℃以上の高温で進行する発熱反応であるため、その反応熱は暖房や工業プロセス等で利用することができる。反応熱の有効利用に関する先行発明例を以下に示す。
特許文献1では、二酸化炭素中の炭素の固定化を目的とし、合成メタンを熱分解して固体炭素に転換するプロセスにおいて、吸熱反応であるメタン熱分解反応にメタネーション反応熱を供給する熱利用システムが考案されている。
また、特許文献2では、炭素を含む燃料による火力発電プラントにおいて、メタネーション反応熱を蒸気発生装置や二酸化炭素排気ガスユニット等に利用することを考案している。
Since methanation is an exothermic reaction that proceeds at a high temperature of 200 ° C. or higher, the reaction heat can be used in heating, industrial processes, and the like. Examples of prior invention relating to effective use of reaction heat are shown below.
In Patent Document 1, for the purpose of fixing carbon in carbon dioxide, in the process of pyrolyzing synthetic methane and converting it to solid carbon, heat utilization for supplying methanation reaction heat to methane pyrolysis reaction which is an endothermic reaction A system has been devised.
Patent Document 2 devises the use of methanation reaction heat in a steam generator, a carbon dioxide exhaust gas unit, and the like in a thermal power plant using carbon-containing fuel.

メタネーション反応の原料として、上述の通り炭酸ガスと水素が必要である。一方、水分解プロセスで得た水素には、電解液に由来する水分が多く含まれる。水素中に水分が含まれたままであると、メタネーション反応温度まで原料ガスを加熱する際に余分なエネルギーが必要になるだけでなく、化学平衡論的に、メタン生成側に反応が進みにくくなる悪影響がある。このため、反応に先立って、適切な露点まで水素中の水分を除去することが好ましい。   As described above, carbon dioxide and hydrogen are necessary as raw materials for the methanation reaction. On the other hand, the hydrogen obtained by the water splitting process contains a lot of moisture derived from the electrolytic solution. If moisture remains in the hydrogen, not only will extra energy be required to heat the raw material gas to the methanation reaction temperature, but the reaction will be less likely to proceed to the methane production side in terms of chemical equilibrium. There is an adverse effect. For this reason, it is preferable to remove the water | moisture content in hydrogen to a suitable dew point prior to reaction.

また、(1)式に示すように、メタネーション反応の結果、メタンに加えて水も生成される。さらに、原料ガスの一部が未反応のまま生成ガスに残存することとなる。一方で、合成メタンを燃焼利用する場合、燃焼に寄与しない水蒸気や二酸化炭素が極力含まれていないことが望ましい。また、都市ガス向けに利用するケースでも、水蒸気、水素および二酸化炭素の濃度が多すぎると熱量や燃焼速度などの規格を逸脱するため、これらのガス濃度に上限値を設けていることが多い。したがって、メタネーション生成ガスについても、一定程度の精製や除湿を行うのが好ましい。   Moreover, as shown in Formula (1), water is generated in addition to methane as a result of the methanation reaction. Furthermore, a part of the raw material gas remains in the product gas unreacted. On the other hand, when using synthetic methane for combustion, it is desirable that water vapor and carbon dioxide that do not contribute to combustion are not included as much as possible. Even in the case of use for city gas, if there are too many concentrations of water vapor, hydrogen and carbon dioxide, they deviate from standards such as calorific value and combustion rate, so there are many cases where upper limits are set for these gas concentrations. Therefore, it is preferable to perform a certain degree of purification and dehumidification for the methanation product gas.

したがって、ガス精製システムでは、上記したように、反応に先立って、適切な露点まで水素中の水分を除去する工程、または、メタネーション生成ガスについて、一定程度の精製や除湿を行う工程のいずれかまたは両方を備えるのが望ましく、いずれか一方の工程を有することによっても当該ガス精製システムの優位性を得ることができる。   Therefore, in the gas purification system, as described above, prior to the reaction, either the step of removing moisture in the hydrogen to an appropriate dew point or the step of performing a certain degree of purification or dehumidification of the methanation product gas. Alternatively, it is desirable to have both, and the advantages of the gas purification system can be obtained by having either step.

特開2015−196619号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-196619 特表2016−531973号公報JP-T-2006-531973

これらのガス精製・除湿には、温度スイング吸着式ガス精製装置等を用いることができる。しかし、温度スイング吸着式ガス精製装置による精製は、吸着剤再生時に加熱する必要があるため、外部熱源を投入する必要があり、その分総合効率を悪化させる結果をもたらし、事業採算性の悪化を招くこととなる。   For these gas purification / dehumidification, a temperature swing adsorption type gas purification apparatus or the like can be used. However, since purification using a temperature swing adsorption type gas purification device requires heating during regeneration of the adsorbent, it is necessary to input an external heat source, resulting in a deterioration in overall efficiency and a decrease in business profitability. Will be invited.

本発明は、上記課題を考慮して、システム総合効率を改善するガス精製システムを提供することを目的としている。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a gas purification system that improves the overall system efficiency.

本発明の熱利用型ガス精製システムのうち、第1の形態は、少なくとも水素と二酸化炭素を原料ガスとしてメタンガスを合成するメタンガス合成装置と、
前記原料ガスを前記メタンガス合成装置に導入する原料ガス導入路と、
前記メタンガス合成装置で生成された生成ガスを送出する生成ガス送出路と、
前記原料ガス導入路および/または前記生成ガス送出路に介して設けられ、ガス中の不純物を除去する温度スイング吸着式ガス精製装置と、
前記温度スイング吸着式ガス精製装置に、温度スイング吸着式ガス精製装置における脱着プロセスを駆動する高温再生ガスと低温再生ガスとをそれぞれ導入する再生ガス導入路と、を備え、
前記再生ガス導入路で送られる高温再生ガスに前記メタンガス合成装置の反応熱が付与されていることを特徴とする。
Of the heat-utilizing gas purification system of the present invention, the first mode is a methane gas synthesizer that synthesizes methane gas using at least hydrogen and carbon dioxide as source gases,
A source gas introduction path for introducing the source gas into the methane gas synthesis device;
A product gas delivery path for delivering the product gas produced by the methane gas synthesizer;
A temperature swing adsorption type gas purification device that is provided through the source gas introduction path and / or the product gas delivery path and removes impurities in the gas;
The temperature swing adsorption gas purification device comprises a regeneration gas introduction path for introducing a high temperature regeneration gas and a low temperature regeneration gas that drive a desorption process in the temperature swing adsorption gas purification device, respectively.
The high-temperature regeneration gas sent through the regeneration gas introduction path is given heat of reaction of the methane gas synthesis apparatus.

他の形態の熱利用型ガス精製システムの発明は、前記形態の発明において、前記メタンガス合成装置の反応熱を受熱する高温媒体循環路を有し、前記高温媒体循環路における熱交換によって高温再生ガスを加熱することを特徴とする。   Another aspect of the invention of the heat-utilizing gas purification system according to the aspect of the invention is that in the aspect of the invention, the high-temperature regeneration gas has a high-temperature medium circulation path that receives the reaction heat of the methane gas synthesizer, Is heated.

他の形態の熱利用型ガス精製システムの発明は、前記形態の発明において、前記温度スイング吸着式ガス精製装置に導入する高温再生ガスと低温再生ガスの供給を切り替える媒体切り替え装置を有することを特徴とする。   Another aspect of the invention of the heat-utilizing gas purification system according to the aspect of the invention includes a medium switching device that switches supply of a high-temperature regeneration gas and a low-temperature regeneration gas to be introduced into the temperature swing adsorption gas purification device. And

他の形態の熱利用型ガス精製システムの発明は、前記形態の発明において、前記温度スイング吸着式ガス精製装置に複数の吸着塔を備え、各吸着塔で運転モードの時期をずらして運転可能であることを特徴とする。   In another aspect of the invention of the heat-utilizing gas purification system according to the aspect of the invention, the temperature swing adsorption type gas purification device includes a plurality of adsorption towers, and each adsorption tower can be operated by shifting the timing of the operation mode. It is characterized by being.

他の形態の熱利用型ガス精製システムの発明は、前記形態の発明において、複数の吸着塔で連続して吸着と脱着が可能であることを特徴とする。   Another aspect of the invention of the heat-utilizing gas purification system according to the aspect of the invention is characterized in that adsorption and desorption can be continuously performed in a plurality of adsorption towers.

他の形態の熱利用型ガス精製システムの発明は、前記形態の発明において、前記温度スイング吸着式ガス精製装置に導入する再生ガスに付与する熱の蓄熱を行う蓄熱部を備えることを特徴とする。   Another aspect of the invention of the heat-utilizing gas purification system according to the aspect of the invention is characterized in that it includes a heat storage unit that stores heat to be applied to the regeneration gas introduced into the temperature swing adsorption gas purification device. .

他の形態の熱利用型ガス精製システムの発明は、前記形態の発明において、前記蓄熱部は、高温熱供給と高温熱需要とに時間的なずれがあっても、熱エネルギーの吸収・放出によって過不足分を調整することを特徴とする。   In another aspect of the invention of the heat-utilizing gas purification system according to the aspect of the invention, the heat storage unit may absorb or release thermal energy even if there is a time lag between the high-temperature heat supply and the high-temperature heat demand. It is characterized by adjusting excess and deficiency.

他の形態の熱利用型ガス精製システムの発明は、前記形態の発明において、前記温度スイング吸着式ガス精製装置で精製された水素ガスを貯蔵し、貯蔵した水素ガスを前記メタンガス合成装置に供給可能な水素吸蔵合金タンクを備えることを特徴とする。   In another aspect of the invention of the heat utilization type gas purification system, the hydrogen gas purified by the temperature swing adsorption type gas purification device can be stored and the stored hydrogen gas can be supplied to the methane gas synthesis device. A hydrogen storage alloy tank is provided.

他の形態の熱利用型ガス精製システムの発明は、前記形態の発明において、水素吸蔵合金を熱駆動する合金媒体流路を有し、前記水素吸蔵合金から水素ガスを放出するために前記合金媒体流路に供給される媒体に、前記メタンガス合成装置の反応熱を受けた媒体または高温再生ガスが利用されていることを特徴とする。   Another aspect of the invention of the heat-utilizing gas purification system according to the aspect of the invention is the alloy medium flow path according to the aspect of the invention, wherein the alloy medium passage for thermally driving the hydrogen storage alloy is used to release hydrogen gas from the hydrogen storage alloy. The medium supplied to the flow path is a medium that has received reaction heat of the methane gas synthesizer or a high-temperature regeneration gas.

他の形態の熱利用型ガス精製システムの発明は、前記形態の発明において、前記合金媒体流路で水素吸蔵合金タンクへ供給されて、熱交換後に排出される媒体が前記メタンガス合成装置に環流されることを特徴とする。   In another aspect of the invention of the heat-utilizing gas purification system according to the aspect of the invention, the medium supplied to the hydrogen storage alloy tank through the alloy medium flow path and discharged after heat exchange is circulated to the methane gas synthesis apparatus. It is characterized by that.

他の形態の熱利用型ガス精製システムの発明は、前記形態の発明において、原料ガスの発生量、各部の圧力、温度または流量の1以上を参照して、各装置の動作を制御する制御部を有することを特徴とする。   Another aspect of the invention of a heat-utilizing gas purification system is a control unit that controls the operation of each device with reference to one or more of the amount of generated source gas, the pressure, temperature, or flow rate of each part in the invention of the above aspect It is characterized by having.

本発明によれば、メタネーション反応熱を温度スイング吸着式ガス精製プロセスに有効利用することで、システムの総合エネルギー効率を効果的に改善することが可能となる効果がある。   According to the present invention, there is an effect that the total energy efficiency of the system can be effectively improved by effectively using the methanation reaction heat in the temperature swing adsorption gas purification process.

本発明の一実施形態の熱利用型ガス精製システムを示す概略図である。It is the schematic which shows the heat utilization type gas purification system of one Embodiment of this invention. 同じく、システムに含まれる温度スイング吸着式ガス精製装置のガス入出路を示す概略図である。Similarly, it is the schematic which shows the gas inlet / outlet path of the temperature swing adsorption | suction type gas purification apparatus contained in a system. 同じく、温度スイング吸着式ガス精製装置の吸着剤における圧力−温度線図と、温度スイング吸着プロセスを示す概念図である。Similarly, it is the conceptual diagram which shows the pressure-temperature diagram in the adsorbent of a temperature swing adsorption type gas purification apparatus, and a temperature swing adsorption process. 同じく、温度スイング吸着式ガス精製装置の温度スイング吸着プロセスを示す図である。Similarly, it is a figure which shows the temperature swing adsorption | suction process of a temperature swing adsorption type gas purification apparatus. 本発明の他の実施形態の熱利用型ガス精製システムを示す概略図である。It is the schematic which shows the heat utilization type gas purification system of other embodiment of this invention.

以下に、本発明の一実施形態の熱利用型ガス精製システム1を図1に基づいて説明する。
水素と二酸化炭素を原料ガスとしてメタンガスを合成するメタンガス合成装置2には、原料ガス導入路13が接続されており、該原料ガス導入路13では、ガス混合器3を介して、二酸化炭素が供給される原料ガス導入路11と、水素が供給される原料ガス導入路12とが合流している。原料ガス導入路13には、二酸化炭素と水素とが混合された混合ガスが送られる。原料ガス導入路11は、システム外の二酸化炭素供給源110に接続されている。
原料ガス導入路12の基端側には、温度スイング吸着式ガス精製装置4が設けられており、温度スイング吸着式ガス精製装置4に原料ガス導入路10が接続されている。
原料ガス導入路10の基端側は、システム外の水電解装置100に接続されている。
なお、水電解装置100、二酸化炭素供給源110は、システム外のものとして説明したが、これらの一方または両方を本システムに含むものとしてもよい。
Below, the heat utilization type gas purification system 1 of one Embodiment of this invention is demonstrated based on FIG.
A methane gas synthesizer 2 that synthesizes methane gas using hydrogen and carbon dioxide as source gases is connected to a source gas introduction path 13, and carbon dioxide is supplied via the gas mixer 3 in the source gas introduction path 13. The source gas introduction path 11 to be supplied and the source gas introduction path 12 to which hydrogen is supplied merge. A mixed gas in which carbon dioxide and hydrogen are mixed is sent to the source gas introduction path 13. The source gas introduction path 11 is connected to a carbon dioxide supply source 110 outside the system.
A temperature swing adsorption gas purification device 4 is provided on the base end side of the raw material gas introduction passage 12, and the raw material gas introduction passage 10 is connected to the temperature swing adsorption gas purification device 4.
The base end side of the source gas introduction path 10 is connected to the water electrolysis apparatus 100 outside the system.
Although the water electrolysis apparatus 100 and the carbon dioxide supply source 110 have been described as those outside the system, one or both of them may be included in the system.

温度スイング吸着式ガス精製装置4は、2つの吸着塔A、Bを有しており、それぞれ吸着、脱着を独立して行うことができる。温度スイング吸着式ガス精製装置4の吸着塔を複数基具備した上で、それぞれの運転モードを時間的にずらして運転することができる。温度スイング吸着式ガス精製装置4では、水を吸着する適宜の吸着剤が用いられる。例えば、活性アルミナ、ゼオライト、シリカゲルなどを用いることができる。   The temperature swing adsorption type gas purification apparatus 4 has two adsorption towers A and B, and can perform adsorption and desorption independently of each other. It is possible to operate with a plurality of adsorption towers of the temperature swing adsorption type gas purification device 4 while shifting each operation mode in time. In the temperature swing adsorption type gas purification apparatus 4, an appropriate adsorbent that adsorbs water is used. For example, activated alumina, zeolite, silica gel or the like can be used.

温度スイング吸着式ガス精製装置4には、高温再生ガス導入路21と低温再生ガス導入路22とによって、吸着塔A、Bに対する高温再生ガスの導入と低温再生ガスの導入とが切替可能になっている。この実施形態では、高温再生ガス導入路21と低温再生ガス導入路22とが合流して温度スイング吸着式ガス精製装置4に接続されており、吸着塔A、Bに対する高温再生ガスと低温再生ガスの導入を行う。高温再生ガス導入路21と低温再生ガス導入路22の基端側は、媒体切り替え装置25に接続されており、媒体切り替え装置25には、再生ガス導入路20が接続されている。再生ガス導入路20は、原料ガス導入路12に接続されており、原料ガス導入路12で同伴される再生ガスが取り出されて再生ガス導入路20に送られる。なお、原料ガス導入路12からの再生ガスの取り出し方法は特に限定されるものではなく、原料ガス導入路12内部または外部に再生ガスを搬送するための管路などを別途備えるものであってもよい。
媒体切り替え装置25は、再生ガス導入路20によって搬送される再生ガスを選択的に切り替えて高温再生ガス導入路21と低温再生ガス導入路22に搬送できるものであればよく、特定の構造のものに限定されない。例えば三方弁などを用いることができる。また、この実施形態では、再生ガス導入路20を介して高温再生ガス導入路21と低温再生ガス導入路22とに切り替えて再生ガスを搬送するものとしたが、高温再生ガス用となる再生ガスと、低温再生ガス用となる再生ガスとをそれぞれ別に温度スイング吸着式ガス精製装置4に接続して、各導入路に設けた開閉弁などによって温度スイング吸着式ガス精製装置4に対する再生ガスの導入を切り替えるようにしてもよい。
In the temperature swing adsorption gas purification apparatus 4, the introduction of the high temperature regeneration gas and the introduction of the low temperature regeneration gas into the adsorption towers A and B can be switched by the high temperature regeneration gas introduction path 21 and the low temperature regeneration gas introduction path 22. ing. In this embodiment, the high temperature regeneration gas introduction path 21 and the low temperature regeneration gas introduction path 22 are joined and connected to the temperature swing adsorption gas purification device 4, and the high temperature regeneration gas and the low temperature regeneration gas for the adsorption towers A and B are combined. To introduce. The proximal end sides of the high temperature regeneration gas introduction path 21 and the low temperature regeneration gas introduction path 22 are connected to a medium switching device 25, and the regeneration gas introduction path 20 is connected to the medium switching device 25. The regeneration gas introduction path 20 is connected to the source gas introduction path 12, and the regeneration gas accompanied by the source gas introduction path 12 is taken out and sent to the regeneration gas introduction path 20. The method of taking out the regeneration gas from the source gas introduction path 12 is not particularly limited, and a method for separately providing a conduit for transporting the regeneration gas inside or outside the source gas introduction path 12 may be used. Good.
The medium switching device 25 may be any device as long as it can selectively switch the regeneration gas conveyed by the regeneration gas introduction path 20 and transport it to the high temperature regeneration gas introduction path 21 and the low temperature regeneration gas introduction path 22. It is not limited to. For example, a three-way valve can be used. In this embodiment, the regeneration gas is transferred to the high temperature regeneration gas introduction path 21 and the low temperature regeneration gas introduction path 22 via the regeneration gas introduction path 20, but the regeneration gas for the high temperature regeneration gas is used. And the regenerative gas for the low temperature regenerative gas are separately connected to the temperature swing adsorption type gas purification device 4 and the regenerative gas is introduced into the temperature swing adsorption type gas purification device 4 by an open / close valve provided in each introduction path. May be switched.

温度スイング吸着式ガス精製装置4では、導入された高温再生ガスまたは低温再生ガスを排出する側に再生ガス排出路23が接続されており、再生ガス排出路23の先端側に排気設備24が接続されている。なお、温度スイング吸着式ガス精製装置4を出た後の再生ガスは、上記のように一般的には系外へ排気する。ただし、高価なプロセスガスを再生ガスとして用いるような場合は、再生ガスを排気せずに、ポンプ26で昇圧した後に再生ガス返流路27を通じて後述する原料ガス導入路10に導入するようにしてもよい。   In the temperature swing adsorption gas purification device 4, the regeneration gas discharge path 23 is connected to the side where the introduced high temperature regeneration gas or the low temperature regeneration gas is discharged, and the exhaust equipment 24 is connected to the front end side of the regeneration gas discharge path 23. Has been. The regeneration gas after exiting the temperature swing adsorption gas purification device 4 is generally exhausted outside the system as described above. However, in the case where an expensive process gas is used as the regeneration gas, the regeneration gas is not exhausted, but is increased in pressure by the pump 26 and then introduced into the raw material gas introduction passage 10 to be described later through the regeneration gas return passage 27. Also good.

なお、再生ガスは、ガス状の低温媒体として温度スイング吸着式ガス精製装置の再生を行うガスとして位置づけられる。本発明としては、再生ガスが特別なものに限定されるものではない。ただし、再生ガスとしては、窒素などの不活性ガスや水素などのプロセスガスを好適に用いることができる。これらのガスは、設備系内の汚染や活性なガス(例えば空気中の酸素)によって装置内の充填物に悪影響を及ぼすのを回避することができる。ただし、不活性ガスである窒素を再生ガスとして使用する場合、再生工程終了時点で、系内に少量の窒素ガスが残存しており、そのままガス精製工程に移行した場合は、精製後のガスに窒素ガスがコンタミするため、精製ガスの純度が低下してしまう。この点を重視する場合は、再生ガスとしてプロセスガスを用いるのが望ましい。   The regeneration gas is positioned as a gas for regenerating the temperature swing adsorption gas purifier as a gaseous low-temperature medium. In the present invention, the regeneration gas is not limited to a special one. However, an inert gas such as nitrogen or a process gas such as hydrogen can be suitably used as the regeneration gas. These gases can avoid adversely affecting the filling in the apparatus due to contamination in the equipment system and active gases (eg, oxygen in the air). However, when nitrogen, which is an inert gas, is used as the regeneration gas, a small amount of nitrogen gas remains in the system at the end of the regeneration process. Since the nitrogen gas is contaminated, the purity of the purified gas is lowered. When this point is emphasized, it is desirable to use process gas as regeneration gas.

また、温度スイング吸着式ガス精製装置4には、精製を行うための水素を導入する原料ガス導入路10と、精製済みの乾燥水素を送出する原料ガス導入路12とが接続されている。
原料ガス導入路12の下流端と、二酸化炭素を送出する原料ガス導入路11の下流端とがガス混合器3に接続されている。ガス混合器3では、メタンガス合成のための量比で二酸化炭素と水素とを混合して、混合ガスとして下流側に送出することができる。ガス混合器3には、下流側に混合ガスを送出する原料ガス導入路13が接続されており、原料ガス導入路13は、メタンガス合成装置2に接続されている。
In addition, the temperature swing adsorption gas purification apparatus 4 is connected to a raw material gas introduction passage 10 for introducing hydrogen for purification and a raw material gas introduction passage 12 for sending purified dry hydrogen.
A downstream end of the source gas introduction path 12 and a downstream end of the source gas introduction path 11 for sending carbon dioxide are connected to the gas mixer 3. In the gas mixer 3, carbon dioxide and hydrogen can be mixed at a quantitative ratio for synthesizing methane gas and sent out downstream as a mixed gas. The gas mixer 3 is connected to a raw material gas introduction path 13 for sending a mixed gas downstream, and the raw material gas introduction path 13 is connected to the methane gas synthesis apparatus 2.

メタンガス合成装置2は、生成ガスをメタンガス合成装置2外に送る生成ガス送出路30を有している。生成ガス送出路30は、温度スイング吸着式ガス精製装置5に接続されており、温度スイング吸着式ガス精製装置5において生成ガスの精製を行う。温度スイング吸着式ガス精製装置5は、精製したガスを送出する精製ガス送出路31を有しており、精製ガス送出路31は、システム外のメタン利用装置200に接続されている。温度スイング吸着式ガス精製装置5では、水および未反応ガスの一部を吸着する適宜の吸着剤が用いられる。   The methane gas synthesizer 2 has a product gas delivery path 30 that sends the product gas out of the methane gas synthesizer 2. The product gas delivery path 30 is connected to the temperature swing adsorption gas purification device 5, and the product gas is purified in the temperature swing adsorption gas purification device 5. The temperature swing adsorption type gas purification apparatus 5 has a purified gas delivery path 31 for delivering purified gas, and the purified gas delivery path 31 is connected to a methane utilization apparatus 200 outside the system. In the temperature swing adsorption type gas purification apparatus 5, an appropriate adsorbent that adsorbs a part of water and unreacted gas is used.

温度スイング吸着式ガス精製装置5は、2つの吸着塔A、Bを有しており、それぞれ吸着、脱着を独立して行うことができる。温度スイング吸着式ガス精製装置5の吸着塔を複数基具備した上で、それぞれの運転モードを時間的にずらして運転することができる。温度スイング吸着式ガス精製装置5では、水および未反応ガスの一部を吸着する適宜の吸着剤が用いられる。例えば、活性アルミナ、ゼオライト、シリカゲルなどを用いることができる。なお、温度スイング吸着式ガス精製装置5は温度スイング吸着式ガス精製装置4と同一の構造を有するものでもよく、また、構造の異なるものを用いるものであってもよい。   The temperature swing adsorption type gas purification apparatus 5 has two adsorption towers A and B, and can perform adsorption and desorption independently of each other. It is possible to operate with a plurality of adsorption towers of the temperature swing adsorption type gas purification device 5 while shifting each operation mode in time. In the temperature swing adsorption type gas purification apparatus 5, an appropriate adsorbent that adsorbs a part of water and unreacted gas is used. For example, activated alumina, zeolite, silica gel or the like can be used. The temperature swing adsorption type gas purification device 5 may have the same structure as the temperature swing adsorption type gas purification device 4 or may have a different structure.

温度スイング吸着式ガス精製装置5には、高温再生ガス導入路41と低温再生ガス導入路42とが接続されており、吸着塔A、Bに対する高温再生ガスの導入と低温再生ガスの導入とが切替可能になっている。なお、この実施形態では、高温再生ガス導入路41と低温再生ガス導入路42とが合流して吸着塔A、Bに対する高温再生ガスと低温再生ガスの導入を行うことができる。高温再生ガス導入路41と低温再生ガス導入路42の基端側は、媒体切り替え装置45に接続されており、媒体切り替え装置45には、再生ガス導入路40が接続されている。再生ガス導入路40は、精製ガス送出路31に接続されており、精製ガス送出路31で同伴される再生ガスが取り出されて再生ガス導入路40に送られる。なお、精製ガス送出路31からの再生ガスの取り出し方法は特に限定されるものではなく、精製ガス送出路31内部または外部に再生ガスを搬送するための管路などを別途備えるものであってもよい。媒体切り替え装置45には、三方弁などを用いることができる。また、高温再生ガス用となる再生ガスと、低温再生ガス用となる再生ガスとをそれぞれ別に搬送して、開閉弁などによって温度スイング吸着式ガス精製装置5に対する再生ガスの導入を切り替えるようにしてもよい。
温度スイング吸着式ガス精製装置5では、導入された再生ガスを排出する側に再生ガス排出路43が接続されており、再生ガス排出路43の先端側に排気設備44が接続されている。高価なプロセスガスを再生ガスとして用いるような場合は、再生ガスを排気せずに、ポンプ46で昇圧した後に再生ガス返流路47を通じて生成ガス送出路30に導入することができる。
The temperature swing adsorption gas purification apparatus 5 is connected to a high temperature regeneration gas introduction path 41 and a low temperature regeneration gas introduction path 42, and the introduction of the high temperature regeneration gas and the introduction of the low temperature regeneration gas into the adsorption towers A and B are performed. Switchable. In this embodiment, the high temperature regeneration gas introduction path 41 and the low temperature regeneration gas introduction path 42 merge to introduce the high temperature regeneration gas and the low temperature regeneration gas into the adsorption towers A and B. The proximal end sides of the high temperature regeneration gas introduction path 41 and the low temperature regeneration gas introduction path 42 are connected to a medium switching device 45, and the regeneration gas introduction path 40 is connected to the medium switching device 45. The regeneration gas introduction path 40 is connected to the purified gas delivery path 31, and the regeneration gas accompanied by the purified gas delivery path 31 is taken out and sent to the regeneration gas introduction path 40. Note that the method of taking out the regeneration gas from the purified gas delivery path 31 is not particularly limited, and a method of separately providing a pipe for transporting the regeneration gas inside or outside the purified gas delivery path 31 may be used. Good. A three-way valve or the like can be used for the medium switching device 45. In addition, the regeneration gas for the high temperature regeneration gas and the regeneration gas for the low temperature regeneration gas are separately transported, and the introduction of the regeneration gas to the temperature swing adsorption gas purifier 5 is switched by an open / close valve or the like. Also good.
In the temperature swing adsorption gas purification device 5, the regeneration gas discharge path 43 is connected to the side where the introduced regeneration gas is discharged, and the exhaust equipment 44 is connected to the front end side of the regeneration gas discharge path 43. When an expensive process gas is used as the regeneration gas, the regeneration gas can be introduced into the product gas delivery passage 30 through the regeneration gas return passage 47 after being boosted by the pump 46 without being exhausted.

なお、再生ガスは、ガス状の低温媒体として位置づけられ、温度スイング吸着式ガス精製装置4と同様のガスを用いることができる。ただし、温度スイング吸着式ガス精製装置4と温度スイング吸着式ガス精製装置5とにおいて、異なる種別の再生ガスを用いるものとしてもよい。   The regeneration gas is positioned as a gaseous low-temperature medium, and the same gas as that of the temperature swing adsorption gas purification device 4 can be used. However, different types of regeneration gas may be used in the temperature swing adsorption gas purification device 4 and the temperature swing adsorption gas purification device 5.

また、メタンガス合成装置2で発生する排熱を回収する高温媒体循環路50が設けられている。高温媒体循環路50は、メタンガス合成装置2で排熱を回収した位置の下流側で蓄熱槽6が介設されており、メタンガス合成装置2で反応熱を受熱した高温媒体の一時貯留を行うことができる。蓄熱槽6は、本発明の蓄熱部に相当する。蓄熱部は、熱の蓄熱を行うことができればよく、本発明としては蓄熱槽に限定されるものではない。蓄熱槽6は、メタネーション設備からの高温熱供給と、温度スイング吸着式ガス精製装置4、5の高温熱需要のタイムラグを解消するためのものとして機能することができる。なお、本発明としては蓄熱槽を設けないものとしてもよい。   In addition, a high-temperature medium circulation path 50 that recovers exhaust heat generated in the methane gas synthesis apparatus 2 is provided. The high-temperature medium circulation path 50 is provided with a heat storage tank 6 on the downstream side of the position where the exhaust heat is recovered by the methane gas synthesis apparatus 2, and temporarily stores the high-temperature medium that has received the reaction heat in the methane gas synthesis apparatus 2. Can do. The heat storage tank 6 corresponds to a heat storage unit of the present invention. The heat storage unit only needs to be able to store heat, and the present invention is not limited to the heat storage tank. The heat storage tank 6 can function as a high-temperature heat supply from the methanation facility and to eliminate the time lag of the high-temperature heat demand of the temperature swing adsorption gas purification apparatuses 4 and 5. In the present invention, no heat storage tank may be provided.

蓄熱槽6の下流側では、高温媒体ポンプ7が介設されており、蓄熱槽6の高温媒体を下流側の高温媒体循環路50に送出することができる。蓄熱槽6の下流側では、高温媒体循環路50が2つの高温媒体循環路50A、50Bに分岐しており、それぞれに熱交換器52、53が介設されている。熱交換器52では、高温再生ガス導入路21を流れる再生ガスに熱を伝熱して再生ガスを昇温させ、熱交換器53では、高温再生ガス導入路41を流れる再生ガスに熱を伝熱して再生ガスを昇温させることにより、高温再生ガスを温度スイング吸着式ガス精製装置4や温度スイング吸着式ガス精製装置5に導入することを可能にしている。高温媒体循環路50A、50Bは、熱交換器52、53の下流側で合流して高温媒体循環路50として、メタンガス合成装置2の上流側に循環している。   On the downstream side of the heat storage tank 6, a high-temperature medium pump 7 is interposed, and the high-temperature medium in the heat storage tank 6 can be sent to the high-temperature medium circulation path 50 on the downstream side. On the downstream side of the heat storage tank 6, the high-temperature medium circulation path 50 is branched into two high-temperature medium circulation paths 50A and 50B, and heat exchangers 52 and 53 are interposed respectively. The heat exchanger 52 transfers heat to the regeneration gas flowing through the high temperature regeneration gas introduction path 21 to raise the temperature of the regeneration gas, and the heat exchanger 53 transfers heat to the regeneration gas flowing through the high temperature regeneration gas introduction path 41. Thus, by raising the temperature of the regeneration gas, it is possible to introduce the high temperature regeneration gas into the temperature swing adsorption gas purification device 4 or the temperature swing adsorption gas purification device 5. The high temperature medium circulation paths 50 </ b> A and 50 </ b> B join together on the downstream side of the heat exchangers 52 and 53, and circulate as the high temperature medium circulation path 50 on the upstream side of the methane gas synthesis apparatus 2.

なお、この実施形態では、原料水素の導入と生成ガスの送出において、それぞれに温度スイング吸着式ガス精製装置を設置し、メタンガス合成設備の排熱をそれぞれのガス精製装置に利用するものとしたが、本発明として、原料水素の導入と生成ガスの送出のいずれか一方において温度スイング吸着式ガス精製装置を設置するものとしてもよく、また、他の原料ガスの導入において、さらに温度スイング吸着式ガス精製装置を設置するようにしてもよい。   In this embodiment, in the introduction of the raw material hydrogen and the delivery of the product gas, a temperature swing adsorption type gas purification device is installed in each, and the exhaust heat of the methane gas synthesis facility is used for each gas purification device. In the present invention, a temperature swing adsorption type gas refining device may be installed in any one of introduction of raw material hydrogen and delivery of product gas. Further, in introduction of other raw material gas, a temperature swing adsorption type gas is further introduced. A purification device may be installed.

次に、温度スイング吸着式ガス精製装置の詳細な構成について、図2、3に基づいて説明する。
なお、温度スイング吸着式ガス精製装置4と温度スイング吸着式ガス精製装置5とは同様の構成を有しているものとして、以下では、温度スイング吸着式ガス精製装置4、5の共通構成として符号を付して説明する。
Next, the detailed configuration of the temperature swing adsorption gas purification apparatus will be described with reference to FIGS.
Note that the temperature swing adsorption type gas purification device 4 and the temperature swing adsorption type gas purification device 5 have the same configuration. Will be described.

温度スイング吸着式ガス精製装置は、吸着塔Aと吸着塔Bとを有しており、図2に示すように、それぞれガスの入出路を有している。吸着塔Aはガス入出路IO1を有し、吸着塔Bはガス入出路IO2を有しており、それぞれの間に2つの共通路C1、C2が接続されており、共通路C1、C2にはそれぞれ2つの開閉弁V11、V12と開閉弁V21、V22が介設されている。ガスの入り側には、原料ガス導入路10が設置されており、開閉弁V11、V12間において共通路C1に接続されている。また、共通路C2では、開閉弁V21、V22間に、排気ガス路E1が接続されている。   The temperature swing adsorption type gas refining apparatus has an adsorption tower A and an adsorption tower B, and each has gas inlet / outlet paths as shown in FIG. The adsorption tower A has a gas inlet / outlet path IO1, and the adsorption tower B has a gas inlet / outlet path IO2, between which two common paths C1, C2 are connected, and the common paths C1, C2 Two on-off valves V11 and V12 and on-off valves V21 and V22 are interposed, respectively. A raw material gas introduction path 10 is installed on the gas inlet side, and is connected to the common path C1 between the on-off valves V11 and V12. In the common path C2, an exhaust gas path E1 is connected between the on-off valves V21 and V22.

温度スイング吸着式ガス精製装置4で原料ガスを吸着塔に導入する際、吸着塔Aに導入する場合は、開閉弁V12、V21は閉じ、開閉弁V11を開いて原料ガスを吸着塔Aに導入し、吸着塔Bに導入する場合は、開閉弁V11、V22は閉じ、開閉弁V12を開いて原料ガスを吸着塔Bに導入する。なお、温度スイング吸着式ガス精製装置5では、原料ガスに代えてメタンガス合成装置2から生成ガスが送られる。
また、温度スイング吸着式ガス精製装置に導入した再生ガスを排気ガスとして吸着塔から排出する際、吸着塔Aから排出する場合は、開閉弁V11、V22は閉じ、開閉弁V21を開いて排気ガスを吸着塔Aから排出し、吸着塔Bから排出する場合は、開閉弁V12、V21は閉じ、開閉弁V22を開いて排気ガスを吸着塔Bから排出する。
When the raw material gas is introduced into the adsorption tower by the temperature swing adsorption type gas refining device 4, when it is introduced into the adsorption tower A, the on-off valves V 12 and V 21 are closed and the on-off valve V 11 is opened to introduce the raw material gas into the adsorption tower A. When the gas is introduced into the adsorption tower B, the on-off valves V11 and V22 are closed and the on-off valve V12 is opened to introduce the raw material gas into the adsorption tower B. In the temperature swing adsorption gas purification device 5, the product gas is sent from the methane gas synthesis device 2 instead of the raw material gas.
When the regeneration gas introduced into the temperature swing adsorption type gas purification apparatus is discharged from the adsorption tower as exhaust gas, when it is discharged from the adsorption tower A, the open / close valves V11 and V22 are closed and the open / close valve V21 is opened to exhaust gas. Are discharged from the adsorption tower A and are discharged from the adsorption tower B, the on-off valves V12 and V21 are closed, the on-off valve V22 is opened, and the exhaust gas is discharged from the adsorption tower B.

また、吸着塔A、吸着塔Bでは、ガス入出路IO1、IO2と反対側の位置に、ガス入出路IO3、IO4を有している。ガス入出路IO3、IO4それぞれの間に2つの共通路C3、C4が接続されており、共通路C3、C4にはそれぞれ2つの開閉弁V31、V32と開閉弁V41、V42が介設されている。ガスの入り側には、高温・低温再生ガス導入路G1が配置され、ガスの送出側には、原料ガス導入路12または精製ガス送出路31が接続される。高温・低温再生ガス導入路G1は、高温再生ガス導入路21と低温再生ガス導入路22が合流した導入路または高温再生ガス導入路41と低温再生ガス導入路42が合流した導入路に相当する。
高温・低温再生ガス導入路G1は、開閉弁V31と開閉弁V32の間で共通路C3に接続されている。原料ガス導入路12または精製ガス送出路31は、開閉弁V41と開閉弁V42との間で共通路C4に接続されている。
Further, the adsorption tower A and the adsorption tower B have gas inlet / outlet paths IO3 and IO4 at positions opposite to the gas inlet / outlet paths IO1 and IO2. Two common paths C3 and C4 are connected between the gas inlet / outlet paths IO3 and IO4, respectively, and two on-off valves V31 and V32 and on-off valves V41 and V42 are interposed in the common paths C3 and C4, respectively. . A high temperature / low temperature regeneration gas introduction path G1 is disposed on the gas inlet side, and a raw material gas introduction path 12 or a purified gas delivery path 31 is connected to the gas delivery side. The high temperature / low temperature regeneration gas introduction path G1 corresponds to an introduction path where the high temperature regeneration gas introduction path 21 and the low temperature regeneration gas introduction path 22 merge or an introduction path where the high temperature regeneration gas introduction path 41 and the low temperature regeneration gas introduction path 42 merge. .
The high temperature / low temperature regeneration gas introduction path G1 is connected to the common path C3 between the on-off valve V31 and the on-off valve V32. The source gas introduction path 12 or the purified gas delivery path 31 is connected to the common path C4 between the on-off valve V41 and the on-off valve V42.

温度スイング吸着式ガス精製装置4で再生ガスを吸着塔に導入する際、吸着塔Aに導入する場合は、開閉弁V32、V41は閉じ、開閉弁V31を開いて再生ガスを吸着塔Aに導入し、吸着塔Bに導入する場合は、開閉弁V31、V42は閉じ、開閉弁V32を開いて再生ガスを吸着塔Bに導入する。
また、精製済みの原料ガスまたは精製ガスを吸着塔から送出する際、吸着塔Aから送出する場合は、開閉弁V31、V42は閉じ、開閉弁V41を開いて精製ガスを吸着塔Aから送出し、吸着塔Bから送出する場合は、開閉弁V32、V41は閉じ、開閉弁V42を開いて精製ガスを吸着塔Bから排出する。
吸着塔で吸着を行う場合や脱着を行う場合は、上記したように複数の開閉弁の開閉を行う。上記した各開閉弁は、ガス切り替え装置を構成する。
When the regeneration gas is introduced into the adsorption tower by the temperature swing adsorption gas purification device 4, when the regeneration gas is introduced into the adsorption tower A, the on-off valves V32 and V41 are closed, and the on-off valve V31 is opened to introduce the regeneration gas into the adsorption tower A. When the gas is introduced into the adsorption tower B, the on-off valves V31 and V42 are closed, and the on-off valve V32 is opened to introduce the regeneration gas into the adsorption tower B.
When sending the purified raw material gas or purified gas from the adsorption tower A, when sending it from the adsorption tower A, the on-off valves V31 and V42 are closed, and the on-off valve V41 is opened to send the purified gas from the adsorption tower A. When sending from the adsorption tower B, the on-off valves V32 and V41 are closed, the on-off valve V42 is opened, and the purified gas is discharged from the adsorption tower B.
When performing adsorption or desorption with an adsorption tower, a plurality of on-off valves are opened and closed as described above. Each on-off valve described above constitutes a gas switching device.

なお、この実施形態では、温度スイング吸着式ガス精製装置に2つの吸着塔を有するものとして説明したが、3つ以上の吸着塔を有するものであってもよく、温度スイング吸着式ガス精製装置毎に異なる数の吸着塔を有するものであってもよい。   In this embodiment, the temperature swing adsorption gas purification apparatus has been described as having two adsorption towers, but it may have three or more adsorption towers, and each temperature swing adsorption gas purification apparatus may have May have different numbers of adsorption towers.

次に、本実施形態の熱利用型ガス精製システム全体の動作について説明する。
二酸化炭素供給源110で得られる二酸化炭素は原料ガス導入路11を通じてガス混合器3に送られ、水電解装置100で得られた水素は原料ガス導入路10を通じて温度スイング吸着式ガス精製装置4に送られる。
水電解装置100で得られた水素には水蒸気が含まれており、温度スイング吸着式ガス精製装置4に導入される。温度スイング吸着式ガス精製装置4では、吸着塔A、Bのいずれかで吸着が行われる。吸着塔A、Bでは、必要に応じて高温再生ガスまたは低温再生ガスが高温・低温再生ガス導入路G1を通じて導入される。
温度スイング吸着式ガス精製装置4、5で利用された高温再生ガスまたは低温再生ガスは再生ガス排出路23、43によって温度スイング吸着式ガス精製装置4、5から排出され、排気設備24、44に送られる。温度スイング吸着式ガス精製装置4の動作の詳細について後述する。
Next, operation | movement of the whole heat utilization type gas purification system of this embodiment is demonstrated.
Carbon dioxide obtained from the carbon dioxide supply source 110 is sent to the gas mixer 3 through the raw material gas introduction path 11, and hydrogen obtained from the water electrolysis apparatus 100 passes through the raw material gas introduction path 10 to the temperature swing adsorption gas purification device 4. Sent.
The hydrogen obtained by the water electrolysis apparatus 100 contains water vapor and is introduced into the temperature swing adsorption gas purification apparatus 4. In the temperature swing adsorption type gas purification apparatus 4, the adsorption is performed in one of the adsorption towers A and B. In the adsorption towers A and B, a high temperature regeneration gas or a low temperature regeneration gas is introduced through the high temperature / low temperature regeneration gas introduction path G1 as necessary.
The high temperature regeneration gas or the low temperature regeneration gas used in the temperature swing adsorption type gas purification devices 4 and 5 is discharged from the temperature swing adsorption type gas purification devices 4 and 5 through the regeneration gas discharge passages 23 and 43, and is supplied to the exhaust facilities 24 and 44. Sent. Details of the operation of the temperature swing adsorption gas purification device 4 will be described later.

水素+水蒸気の原料ガスは、温度スイング吸着式ガス精製装置4の吸着塔A、Bで交互に水蒸気を除去して精製した水素ガスを得る。精製した乾燥水素は、原料ガス導入路12に送出されてガス混合器3に送られる。
ガス混合器3では、別途設けた二酸化炭素供給源110より、メタネーション反応の化学量論比(水素:二酸化炭素=4:1)に近くなるよう二酸化炭素を混合し、原料ガス導入路13によってメタンガス合成装置2に導入される。
メタンガス合成装置2では、所定の温度(150〜400℃)に維持された触媒が充填された反応管に、水素と二酸化炭素の混合ガスが導入される。触媒表面で混合ガスはメタネーション反応を起こし、メタンと水蒸気に転換される。反応管終端ではほとんどの原料ガスが反応を終え、最終的に生成ガスの成分は、メタンと水蒸気に加え、微量の未反応ガス(水素、二酸化炭素)が混在したものとなる。
なお、この際に、高温媒体循環路50を通じて送られる高温媒体に反応熱が付与されて、昇温した高温媒体が高温媒体循環路50の下流側に送られて蓄熱槽6に一時貯留される。
Hydrogen + steam raw material gas is obtained by removing water vapor alternately in the adsorption towers A and B of the temperature swing adsorption gas purification apparatus 4 to obtain purified hydrogen gas. The purified dry hydrogen is sent to the raw material gas introduction path 12 and sent to the gas mixer 3.
In the gas mixer 3, carbon dioxide is mixed from a separately provided carbon dioxide supply source 110 so as to be close to the stoichiometric ratio (hydrogen: carbon dioxide = 4: 1) of the methanation reaction. It is introduced into the methane gas synthesizer 2.
In the methane gas synthesizer 2, a mixed gas of hydrogen and carbon dioxide is introduced into a reaction tube filled with a catalyst maintained at a predetermined temperature (150 to 400 ° C.). The mixed gas undergoes a methanation reaction on the catalyst surface and is converted into methane and water vapor. At the end of the reaction tube, most of the raw material gas finishes the reaction, and finally the product gas component is a mixture of methane and water vapor and a small amount of unreacted gas (hydrogen, carbon dioxide).
At this time, reaction heat is applied to the high-temperature medium sent through the high-temperature medium circulation path 50, and the high-temperature medium that has been heated is sent to the downstream side of the high-temperature medium circulation path 50 and temporarily stored in the heat storage tank 6. .

合成されたメタンガスは生成ガス送出路30を通じて温度スイング吸着式ガス精製装置5に送られる。なお、メタンガス合成装置2で合成されたメタンガスには、水蒸気や未反応ガスが不純物として含まれている。
温度スイング吸着式ガス精製装置5では、送られた生成ガスの不純物である水蒸気と未反応ガスの一部が吸着塔A、Bのいずれかで吸着されて除去されて高純度の精製メタンが得られる。
The synthesized methane gas is sent to the temperature swing adsorption gas purifier 5 through the product gas delivery path 30. The methane gas synthesized by the methane gas synthesizer 2 contains water vapor and unreacted gas as impurities.
In the temperature swing adsorption type gas purification apparatus 5, water vapor, which is an impurity of the product gas sent, and a part of the unreacted gas are adsorbed and removed by either of the adsorption towers A and B to obtain high-purity purified methane. It is done.

吸着塔A、Bでは、必要に応じて高温媒体循環路50Bによって昇温された高温再生ガスが高温再生ガス導入路41を通じて導入され、または低温再生ガスが低温再生ガス導入路42を通じて導入される。温度スイング吸着式ガス精製装置5から排出される精製メタンが精製ガス送出路31を通じてシステム外部のメタン利用装置200に送られて利用される。この際に既存の天然ガス・都市ガスインフラを活用して精製メタンを送ることができる。   In the adsorption towers A and B, the high temperature regeneration gas heated by the high temperature medium circulation path 50B is introduced through the high temperature regeneration gas introduction path 41 or the low temperature regeneration gas is introduced through the low temperature regeneration gas introduction path 42 as necessary. . The purified methane discharged from the temperature swing adsorption type gas purification device 5 is sent to the methane utilization device 200 outside the system through the purified gas delivery path 31 and used. At this time, refined methane can be sent using existing natural gas and city gas infrastructure.

続いて、熱フローについて説明する。前記メタンガス合成装置2では、メタネーション反応に伴って発熱が起きる。これに対し、適切な反応温度を維持するために、高温媒体を循環させて熱を除去する必要がある。ここで、高温媒体としては蒸気、油などから、温度・圧力に応じて適切な高温媒体を選択する。温度スイング吸着式ガス精製装置の加熱に用いる高温再生ガスを高温媒体に用いるものであってもよい。
メタンガス合成装置から余剰熱を受け取った高温媒体は、一旦、蓄熱槽6に蓄えられることが望ましい。温度スイング吸着式ガス精製装置の熱需要は後述するように波があることに加え、変動再生エネルギー電源と組み合わせた水電解装置の水素を原料とした場合は、メタンガス合成装置の出力にも変動がある。このため、適切な容量の蓄熱槽を備えることで、両設備の稼動状態に関わらず、安定した熱を供給することが可能となる。
Subsequently, the heat flow will be described. In the methane gas synthesizer 2, heat is generated with the methanation reaction. On the other hand, in order to maintain an appropriate reaction temperature, it is necessary to circulate a hot medium to remove heat. Here, as the high temperature medium, an appropriate high temperature medium is selected from steam, oil, and the like according to temperature and pressure. A high temperature regeneration gas used for heating in the temperature swing adsorption type gas purification apparatus may be used as a high temperature medium.
It is desirable that the high-temperature medium that has received excess heat from the methane gas synthesizer is temporarily stored in the heat storage tank 6. The heat demand of the temperature swing adsorption type gas refining equipment has a wave as will be described later, and when the hydrogen of water electrolyzer combined with the variable regeneration energy power source is used as a raw material, the output of the methane gas synthesizer also fluctuates. is there. For this reason, it becomes possible to supply the stable heat | fever regardless of the operating state of both facilities by providing the thermal storage tank of appropriate capacity | capacitance.

次に、温度スイング吸着式ガス精製装置の動作について、図3の温度スイング吸着概念図を用いて説明する。
ここでは、吸着塔Aで吸着→再生に至る工程を説明する。吸着塔Bにおいても時間をずらして同様の動作がなされる。
先ず、開閉弁V12、V21を閉じ、開閉弁V11を開くことで、共通路C1から入出路IO1を通じて吸着塔Aに精製を行うガスが導入される(第1工程;吸着工程)。吸着工程で、吸着剤が充填された吸着塔を常温(T1)、吸着圧力(P1)に保ちながら、処理対象のガスを通過させる。このとき、ガスに含まれる不純物成分は、吸着剤に選択的に吸着される。
Next, the operation of the temperature swing adsorption type gas purification apparatus will be described with reference to the temperature swing adsorption conceptual diagram of FIG.
Here, a process from adsorption to regeneration in the adsorption tower A will be described. In the adsorption tower B, the same operation is performed at different times.
First, the on-off valves V12, V21 are closed and the on-off valve V11 is opened, whereby the gas to be purified is introduced from the common path C1 to the adsorption tower A1 through the inlet / outlet path IO1 (first step; adsorption step). In the adsorption step, the gas to be treated is allowed to pass through while maintaining the adsorption tower filled with the adsorbent at normal temperature (T1) and adsorption pressure (P1). At this time, the impurity component contained in the gas is selectively adsorbed by the adsorbent.

吸着剤が破過する前に、脱圧工程に切り替える。この工程では、吸着工程を終了して吸着圧力P1から大気圧程度(P2)まで降圧する(第2工程)。   Before the adsorbent breaks through, switch to the depressurization process. In this step, the adsorption step is terminated and the pressure is reduced from the adsorption pressure P1 to about atmospheric pressure (P2) (second step).

次いで、再生圧力(P2)で、高温再生ガスを導入して加熱再生温度(T2)まで吸着剤を昇温する。この結果、吸着剤の吸着容量が低下し、吸着されていた不純物成分が脱離する(第3工程;加熱再生工程)。
なお、高温再生ガスには、温度スイング吸着式ガス精製装置出口の精製後ガスを使用し、熱源としてメタネーション排熱や別途設置する電気ヒーターなどを用いて熱媒を加熱することができる。
Next, at a regeneration pressure (P2), a high-temperature regeneration gas is introduced to raise the temperature of the adsorbent to the heating regeneration temperature (T2). As a result, the adsorption capacity of the adsorbent is reduced, and the adsorbed impurity components are desorbed (third step; heating regeneration step).
As the high-temperature regeneration gas, the purified gas at the outlet of the temperature swing adsorption type gas purification apparatus can be used, and the heat medium can be heated by using methanation exhaust heat or a separately installed electric heater as a heat source.

次に、再生圧力(P2)で、常温(T1)の低温再生ガスを導入し、温度をT2からT1に下げて冷却再生を行う(第4工程;冷却再生工程)。
冷却再生終了後、常温(T1)で、再生圧力(P2)から吸着圧力(P1)まで復圧させて、吸着工程への実施を可能にする(第5工程;復圧工程)。
なお、吸着塔Aで吸着後の再生処理を行う場合、吸着塔Bで吸着を行うことで、吸着を連続して行うことが可能になる。吸着塔Bにおいても同様の動作を行う。
Next, cold regeneration is performed by introducing a low temperature regeneration gas at normal temperature (T1) at regeneration pressure (P2) and lowering the temperature from T2 to T1 (fourth step; cooling regeneration step).
After completion of the cooling regeneration, the pressure is restored from the regeneration pressure (P2) to the adsorption pressure (P1) at room temperature (T1), and the adsorption process can be carried out (fifth process; decompression process).
In addition, when performing the regeneration process after adsorption | suction with the adsorption tower A, it becomes possible to perform adsorption | suction continuously by performing adsorption | suction with the adsorption tower B. FIG. The same operation is performed in the adsorption tower B.

次に、吸着塔Aで上記処理を行う際の吸着塔Bにおける動作を図4に基づいて説明する。なお、吸着塔Bで再生を開始する際には、吸着塔Bでは、吸着が完了した状態にあるものとする。なお、この図ではガスの導入は原料ガスとして表示しているが、生成ガスの場合も含まれる。
吸着塔Aで吸着を行っている際、吸着塔Aではガスが導入されて精製ガスが排出される(a段階)。吸着塔Bでは、再生処理を行い、吸着塔B内の加熱を行う。この際には高温再生ガスを吸着塔B内に導入し、吸着塔Bから不純物を脱着し、排気ガスを排出する。さらに、吸着塔B内の温度がT2まで上昇すると、吸着塔Bでは再生処理を行いつつ低温再生ガスの導入によって吸着剤を冷却し(段階b)、吸着剤の温度がT1にまで低下することで再生処理を完了する。このころ吸着塔Aで吸着処理を完了する。
その後は、吸着塔Bで吸着処理を開始し、吸着塔Aで再生処理を開始し、高温再生ガスの導入によって加熱処理を行い(段階c)、不純物の脱着を行う。次いで、吸着塔Aでは、冷却処理を行って(段階d)、再生処理を完了する。このころ吸着塔Bで吸着処理を完了する。
上記手順を繰り返すことで、吸着を継続しつつ再生処理を行うことができる。
なお、吸着塔A、Bで、吸着と再生が同時に完了するものでなくてもよいが、吸着処理完了と同時または完了までに再生処理が完了しているのが望ましい。
Next, the operation in the adsorption tower B when the above treatment is performed in the adsorption tower A will be described with reference to FIG. Note that when the regeneration is started in the adsorption tower B, the adsorption tower B is in a state where the adsorption is completed. In this figure, the introduction of gas is shown as a raw material gas, but it also includes the case of product gas.
When adsorption is performed in the adsorption tower A, the gas is introduced into the adsorption tower A and the purified gas is discharged (step a). In the adsorption tower B, a regeneration process is performed and the inside of the adsorption tower B is heated. At this time, a high-temperature regeneration gas is introduced into the adsorption tower B, impurities are desorbed from the adsorption tower B, and exhaust gas is discharged. Furthermore, when the temperature in the adsorption tower B rises to T2, the adsorption tower B cools the adsorbent by introducing the low temperature regeneration gas while performing the regeneration process (step b), and the adsorbent temperature falls to T1. Complete the playback process. At this time, the adsorption process is completed in the adsorption tower A.
Thereafter, the adsorption treatment is started in the adsorption tower B, the regeneration treatment is started in the adsorption tower A, the heat treatment is performed by introducing the high-temperature regeneration gas (step c), and the impurities are desorbed. Next, in the adsorption tower A, a cooling process is performed (step d), and the regeneration process is completed. At this time, the adsorption process is completed in the adsorption tower B.
By repeating the above procedure, the regeneration process can be performed while the adsorption is continued.
In the adsorption towers A and B, the adsorption and the regeneration may not be completed at the same time, but it is desirable that the regeneration process is completed at the same time or before the adsorption process is completed.

このように、温度スイング吸着方式は温度差を駆動源とするガス精製法であるため、高温の排熱が豊富に得られる環境であれば、圧力スイング吸着方式や膜分離方式よりも運転コストを低くすることができる。ここで、吸着塔が1系統のみだと、サイクルの待ち時間が長くなるため、大きな蓄熱槽やガスバッファタンクを備える必要がある。これに対し、吸着塔を2系統以上設置し、工程をずらして運用すれば、熱やガスの需要が平均化されて各種バッファタンクを小さくすることができるため、好ましい。   As described above, since the temperature swing adsorption method is a gas purification method using a temperature difference as a driving source, the operating cost is lower than the pressure swing adsorption method and the membrane separation method in an environment where abundant high-temperature exhaust heat can be obtained. Can be lowered. Here, when there is only one adsorption tower, the cycle waiting time becomes long, so it is necessary to provide a large heat storage tank or gas buffer tank. On the other hand, it is preferable to install two or more adsorption towers and operate by shifting the steps, since the demand for heat and gas can be averaged and various buffer tanks can be made small.

温度スイング吸着式ガス精製の熱収支を以下に試算する。簡単のため除湿だけを考慮し、40℃における飽和水蒸気圧力7.4kPaを適用すると、40℃、大気圧の水電解水素および生成メタンそれぞれに、7.4vol%の水蒸気が含まれていることになる。1モルのメタンを生成するのに、4モルの水素が必要なことを考慮すると、1モルのメタン合成あたりに除湿すべき水のモル数は、下式のように0.37モルとなる。
(4mol+1mol)×7.4vol%=0.37molHO (3)
The heat balance of temperature swing adsorption gas purification is estimated below. For simplicity, only dehumidification is taken into account, and when applying a saturated water vapor pressure of 7.4 kPa at 40 ° C., water electrolytic hydrogen at 40 ° C. and atmospheric pressure and methane produced contain 7.4 vol% of water vapor. Become. Considering that 4 moles of hydrogen are required to produce 1 mole of methane, the number of moles of water to be dehumidified per mole of methane synthesis is 0.37 mole as shown in the following equation.
(4 mol + 1 mol) × 7.4 vol% = 0.37 mol H 2 O (3)

吸着剤からの水の脱着熱を、水の蒸発熱と等しく44kJ/mol HOとおくと、必要な熱量は16kJとなる。一方、水素と二酸化炭素によってメタンを1モル合成したときの発熱量は165kJであるから、その10%の熱をガス精製装置に供給すれば除湿が実現できる。当然ながら、各種熱交換ロスや吸着塔の顕熱ロスなどを考慮しなければならないが、実プロセスでも十分に熱収支の合うレベルにあるものと考える。
以上のように、温度スイング吸着式ガス精製装置の加熱・脱着工程において熱供給した後の高温媒体は、補助冷却設備(図示しない)で必要に応じて追加冷却した上で、メタンガス合成装置に還流することができる。
If the heat of desorption of water from the adsorbent is 44 kJ / mol H 2 O, which is equal to the heat of evaporation of water, the required amount of heat is 16 kJ. On the other hand, when 1 mol of methane is synthesized with hydrogen and carbon dioxide, the calorific value is 165 kJ, so dehumidification can be realized by supplying 10% of the heat to the gas purifier. Naturally, various heat exchange losses and sensible heat loss of the adsorption tower must be taken into consideration, but it is considered that the actual process is at a level where the heat balance is sufficient.
As described above, the high-temperature medium after the heat supply in the heating / desorption process of the temperature swing adsorption gas purification apparatus is additionally cooled as required by an auxiliary cooling facility (not shown) and then returned to the methane gas synthesis apparatus. can do.

また、温度スイング吸着式ガス精製装置には、再生ガスラインも接続し、冷却・吸着工程において熱を除去し、別に設置した冷却設備で外部に熱を放出させることができる。
本ガス精製システムは、一定負荷運転が前提であれば簡便な制御でも支障はないが、変動再エネ電源と組み合わせたPower to Gasシステムの一部として運用する場合、時間とともに変動する熱やガスの収支をバランスさせるために、複数のパラメータを利用したフィードバック制御を導入することが望ましい。パラメータとしては、水電解装置出力、各部ガス・媒体圧力、各設備・ガス・媒体温度、各種ガス・媒体流量、などが考えられる。被制御機器としては、水電解装置、温度スイング吸着式ガス精製装置、メタン合成装置に加え、熱媒ポンプ、ガス圧縮機、各バルブなどが挙げられる。
The regenerative gas line is also connected to the temperature swing adsorption type gas refining apparatus, heat can be removed in the cooling / adsorption process, and heat can be released to the outside by a separately installed cooling facility.
This gas refining system will not interfere with simple control as long as constant load operation is assumed, but when operating as part of a Power to Gas system combined with a variable renewable energy power source, In order to balance the balance, it is desirable to introduce feedback control using a plurality of parameters. Possible parameters include water electrolysis device output, gas / medium pressure of each part, equipment / gas / medium temperature, various gas / medium flow rates, and the like. Examples of controlled devices include a water electrolysis device, a temperature swing adsorption gas purification device, a methane synthesis device, a heat medium pump, a gas compressor, and valves.

次に、熱利用型ガス精製システムの動作制御について説明する。
熱利用型ガス精製システム1の全体は制御部によって制御される。制御部は、CPUとCPU上で実行されるプログラムや、動作パラメータを格納した不揮発メモリやワークエリアとなるRAMなどの記憶部などによって構成される。制御部は、熱利用型ガス精製システム本体に設置するものでもよく、ネットワークなどを介して熱利用型ガス精製システム本体に接続されるものであってもよい。
制御部では、未精製ガス量、各種ガス圧力、高温媒体温度を参照して、メタン合成装置や温度スイング吸着式ガス精製装置の出力を動的に制御することができる。
Next, operation control of the heat utilizing gas purification system will be described.
The entire heat-utilizing gas purification system 1 is controlled by a control unit. The control unit includes a CPU and a program executed on the CPU, a nonvolatile memory storing operation parameters, a storage unit such as a RAM serving as a work area, and the like. The control unit may be installed in the heat-utilizing gas purification system main body, or may be connected to the heat-utilizing gas purification system main body via a network or the like.
The control unit can dynamically control the output of the methane synthesizer and the temperature swing adsorption gas purifier with reference to the amount of unpurified gas, various gas pressures, and the high temperature medium temperature.

制御部には、熱利用型ガス精製システムの状態情報を取得するため、各種のデータが取得される。1つには、水電解装置100の出力状態を取得する。また、各部のガスや媒体の圧力、各装置のガスや媒体の温度、ガスや媒体の流量などの状態情報が取得される。   Various data are acquired in the control unit in order to acquire state information of the heat-utilizing gas purification system. For one, the output state of the water electrolysis apparatus 100 is acquired. In addition, state information such as the pressure of each part of the gas or medium, the temperature of the gas or medium of each apparatus, or the flow rate of the gas or medium is acquired.

これらの状態情報から、各部や各装置の制御がなされる。そのひとつとして各種の弁の開閉や切り替えの制御がなされる。また、温度スイング吸着式ガス精製装置4、5の動作制御、メタンガス合成装置2の合成制御、媒体のポンプの動作制御、各装置におけるガス圧縮機の制御などが実行される。   Each part and each device are controlled from these state information. One of them is control of opening / closing and switching of various valves. In addition, operation control of the temperature swing adsorption type gas purification apparatuses 4 and 5, synthesis control of the methane gas synthesis apparatus 2, operation control of a medium pump, control of a gas compressor in each apparatus, and the like are executed.

次に、他の実施形態の熱利用型ガス精製システム1Aについて図5に基づいて説明する。
この実施形態では、反応に用いる水素の一部を水素吸蔵合金で一時的に貯蔵して反応に供するものである。なお、前記実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、その説明を省略または簡略化する。
この実施形態のガス精製システムでは、除湿後水素ガスのバッファ用に、水素吸蔵合金タンク60を追加している。
Next, a heat-utilizing gas purification system 1A according to another embodiment will be described with reference to FIG.
In this embodiment, a part of hydrogen used for the reaction is temporarily stored in a hydrogen storage alloy and used for the reaction. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the structure similar to the said embodiment, and the description is abbreviate | omitted or simplified.
In the gas purification system of this embodiment, a hydrogen storage alloy tank 60 is added as a buffer for hydrogen gas after dehumidification.

水素吸蔵合金タンク60には、水素供給路61を接続し、原料ガス導入路12に水素供給路61の他端を分岐接続し、原料ガス導入路12の分岐地点上流側から水素供給路61および水素吸蔵合金タンク60内への水素移動または水素吸蔵合金タンク60から水素供給路61を通じて原料ガス導入路12の分岐地点下流側への水素移動が可能になっている。また、原料ガス導入路12と水素供給路61との接続は選択的に行えるようにしてもよい。   A hydrogen supply path 61 is connected to the hydrogen storage alloy tank 60, the other end of the hydrogen supply path 61 is branched and connected to the source gas introduction path 12, and the hydrogen supply path 61 and the source gas introduction path 12 from the upstream side of the branch point Hydrogen movement into the hydrogen storage alloy tank 60 or hydrogen transfer from the hydrogen storage alloy tank 60 to the downstream side of the branch point of the source gas introduction path 12 through the hydrogen supply path 61 is possible. Further, the source gas introduction path 12 and the hydrogen supply path 61 may be selectively connected.

また、高温媒体循環路50には、水素吸蔵合金タンクの合金熱媒導入路が接続されており、図示しない開閉弁などによって高温媒体循環路50を流れる高温媒体を合金熱媒導入路に導入することができる。この高温媒体を用いて水素吸蔵合金を熱駆動することができる。また、合金熱媒導入路のバイパス路を設け、水素吸蔵合金タンク60への高温媒体の導入が不要な場合は、合金熱媒導入路をバイパス路によってバイパスする。   The high temperature medium circulation path 50 is connected to an alloy heat medium introduction path of a hydrogen storage alloy tank, and the high temperature medium flowing through the high temperature medium circulation path 50 is introduced into the alloy heat medium introduction path by an open / close valve (not shown). be able to. The hydrogen storage alloy can be thermally driven using this high temperature medium. Further, a bypass path for the alloy heat medium introduction path is provided, and when the introduction of the high temperature medium into the hydrogen storage alloy tank 60 is unnecessary, the alloy heat medium introduction path is bypassed by the bypass path.

水素吸蔵合金は、合金中に水素を選択的に高密度で吸蔵し、水素吸収時に発熱、水素放出時に吸熱する特徴を持っている。一般的に、水素吸蔵合金は60℃以下で運用することができるため、本システムでは、温度スイング吸着式ガス精製装置に熱付与した後の高温媒体を水素吸蔵合金タンクに導入して循環するラインを設けている。水素吸蔵合金タンクの圧力・温度を監視しながら開閉弁やポンプ駆動を行って水素放出を促し、水素需給バランスを取ることができる。また、再生ガスを水素吸蔵合金を熱駆動する媒体として利用してもよい。水素の貯蔵を必要としない場合は、水素吸蔵合金タンクへの水素の供給を行わないものとしてもよい。   A hydrogen storage alloy has a feature of selectively storing hydrogen in the alloy at a high density and generating heat when absorbing hydrogen and absorbing heat when releasing hydrogen. In general, since the hydrogen storage alloy can be operated at 60 ° C. or lower, the present system introduces a high-temperature medium after heat is applied to the temperature swing adsorption type gas purification device to circulate the hydrogen storage alloy tank. Is provided. While monitoring the pressure and temperature of the hydrogen storage alloy tank, it is possible to balance the hydrogen supply and demand by promoting on-off valves and pumps to promote hydrogen release. Further, the regeneration gas may be used as a medium for thermally driving the hydrogen storage alloy. When hydrogen storage is not required, the hydrogen storage alloy tank may not be supplied with hydrogen.

以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明の範囲を逸脱しない限りは本実施形態に対する適宜の変更が可能である。   As described above, the present invention has been described based on the above embodiment, but appropriate modifications to the present embodiment can be made without departing from the scope of the present invention.

1 熱利用型ガス精製システム
1A 熱利用型ガス精製システム
2 メタンガス合成装置
3 ガス混合器
4 温度スイング吸着式ガス精製装置
5 温度スイング吸着式ガス精製装置
6 蓄熱槽
7 高温媒体ポンプ
10 原料ガス導入路
11 原料ガス導入路
12 原料ガス導入路
13 原料ガス導入路
20 再生ガス導入路
21 高温再生ガス導入路
22 低温再生ガス導入路
23 再生ガス排出路
24 排気設備
25 媒体切り替え装置
26 ポンプ
27 再生ガス返流路
30 生成ガス送出路
31 精製ガス送出路
40 再生ガス導入路
41 高温再生ガス導入路
42 低温再生ガス導入路
43 再生ガス排出路
44 排気設備
45 媒体切り替え装置
46 ポンプ
47 再生ガス返流路
50 高温媒体循環路
50A 高温媒体循環路
50B 高温媒体循環路
52 熱交換器
53 熱交換器
60 水素吸蔵合金タンク
61 水素供給路
100 水電解装置
110 二酸化炭素供給源
200 メタン利用装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat utilization type gas purification system 1A Heat utilization type gas purification system 2 Methane gas synthesis apparatus 3 Gas mixer 4 Temperature swing adsorption type gas purification apparatus 5 Temperature swing adsorption type gas purification apparatus 6 Heat storage tank 7 High temperature medium pump 10 Raw material gas introduction path 11 Raw material gas introduction passage 12 Raw material gas introduction passage 13 Raw material gas introduction passage 20 Regeneration gas introduction passage 21 High temperature regeneration gas introduction passage 22 Low temperature regeneration gas introduction passage 23 Regeneration gas discharge passage 24 Exhaust equipment 25 Medium switching device 26 Pump 27 Regeneration gas return Flow path 30 Production gas delivery path 31 Purified gas delivery path 40 Regeneration gas introduction path 41 High temperature regeneration gas introduction path 42 Low temperature regeneration gas introduction path 43 Regeneration gas discharge path 44 Exhaust equipment 45 Medium switching device 46 Pump 47 Regeneration gas return path 50 High-temperature medium circuit 50A High-temperature medium circuit 50B High-temperature medium circuit 52 Heat exchanger 53 Heat Exchanger 60 the hydrogen storage alloy tank 61 hydrogen supply path 100 water electrolysis device 110 carbon dioxide supplying source 200 methane utilization device

Claims (11)

少なくとも水素と二酸化炭素を原料ガスとしてメタンガスを合成するメタンガス合成装置と、
前記原料ガスを前記メタンガス合成装置に導入する原料ガス導入路と、
前記メタンガス合成装置で生成された生成ガスを送出する生成ガス送出路と、
前記原料ガス導入路および/または前記生成ガス送出路に介して設けられ、ガス中の不純物を除去する温度スイング吸着式ガス精製装置と、
前記温度スイング吸着式ガス精製装置に、温度スイング吸着式ガス精製装置における脱着プロセスを駆動する高温再生ガスと低温再生ガスとをそれぞれ導入する再生ガス導入路と、を備え、
前記再生ガス導入路で送られる高温再生ガスに前記メタンガス合成装置の反応熱が付与されていることを特徴とする熱利用型ガス精製システム。
A methane gas synthesizer that synthesizes methane gas using at least hydrogen and carbon dioxide as source gases;
A source gas introduction path for introducing the source gas into the methane gas synthesis device;
A product gas delivery path for delivering the product gas produced by the methane gas synthesizer;
A temperature swing adsorption type gas purification device that is provided through the source gas introduction path and / or the product gas delivery path and removes impurities in the gas;
The temperature swing adsorption gas purification device comprises a regeneration gas introduction path for introducing a high temperature regeneration gas and a low temperature regeneration gas that drive a desorption process in the temperature swing adsorption gas purification device, respectively.
A heat-utilizing gas purification system, characterized in that the heat of reaction of the methane gas synthesizer is imparted to the high-temperature regeneration gas sent through the regeneration gas introduction path.
前記メタンガス合成装置の反応熱を受熱する高温媒体循環路を有し、前記高温媒体循環路における熱交換によって高温再生ガスを加熱することを特徴とする請求項1記載の熱利用型ガス精製システム。   2. The heat-utilizing gas purification system according to claim 1, further comprising a high-temperature medium circulation path that receives reaction heat of the methane gas synthesis apparatus, and heating the high-temperature regeneration gas by heat exchange in the high-temperature medium circulation path. 前記温度スイング吸着式ガス精製装置に導入する高温再生ガスと低温再生ガスの供給を切り替える媒体切り替え装置を有することを特徴とする請求項1または2に記載の熱利用型ガス精製システム。   The heat-utilizing gas purification system according to claim 1 or 2, further comprising a medium switching device that switches supply of the high-temperature regeneration gas and the low-temperature regeneration gas to be introduced into the temperature swing adsorption gas purification device. 前記温度スイング吸着式ガス精製装置に複数の吸着塔を備え、各吸着塔で運転モードの時期をずらして運転可能であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱利用型ガス精製システム。   The heat according to any one of claims 1 to 3, wherein the temperature swing adsorption gas purification apparatus includes a plurality of adsorption towers, and each adsorption tower can be operated while shifting the timing of the operation mode. Utilization type gas purification system. 複数の吸着塔で連続して吸着と脱着が可能であることを特徴とする請求項4記載の熱利用型ガス精製システム。   The heat-utilizing gas purification system according to claim 4, wherein adsorption and desorption can be continuously performed by a plurality of adsorption towers. 前記温度スイング吸着式ガス精製装置に導入する高温再生ガスに付与する熱の蓄熱を行う蓄熱部を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱利用型ガス精製システム。   The heat-utilizing gas purification system according to any one of claims 1 to 5, further comprising a heat storage unit that stores heat applied to the high-temperature regeneration gas introduced into the temperature swing adsorption gas purification device. . 前記蓄熱部は、高温熱供給と高温熱需要とに時間的なずれがあっても、熱エネルギーの吸収・放出によって過不足分を調整することを特徴とする請求項6記載の熱利用型ガス精製システム。   The heat-utilizing gas according to claim 6, wherein the heat storage unit adjusts the excess and deficiency by absorbing and releasing thermal energy even if there is a time lag between the high-temperature heat supply and the high-temperature heat demand. Purification system. 前記温度スイング吸着式ガス精製装置で精製された水素ガスを貯蔵し、貯蔵した水素ガスを前記メタンガス合成装置に供給可能な水素吸蔵合金タンクを備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の熱利用型ガス精製システム。   The hydrogen storage alloy tank which stores hydrogen gas refined with the temperature swing adsorption type gas refiner, and can supply the stored hydrogen gas to the methane gas synthesizer is provided. The heat-utilizing gas purification system according to item 1. 水素吸蔵合金を熱駆動する合金媒体流路を有し、前記水素吸蔵合金から水素ガスを放出するために前記合金媒体流路に供給される媒体に、前記メタンガス合成装置の反応熱を受けた媒体または高温再生ガスが利用されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の熱利用型ガス精製システム。   A medium having an alloy medium flow path for thermally driving a hydrogen storage alloy, and receiving a reaction heat of the methane gas synthesis apparatus in a medium supplied to the alloy medium flow path for releasing hydrogen gas from the hydrogen storage alloy Alternatively, the heat-utilizing gas purification system according to any one of claims 1 to 8, wherein a high-temperature regeneration gas is used. 前記合金媒体流路で水素吸蔵合金タンクへ供給されて、熱交換後に排出される媒体が前記メタンガス合成装置に環流されることを特徴とする請求項9記載の熱利用型ガス精製システム。   The heat-utilizing gas purification system according to claim 9, wherein a medium supplied to the hydrogen storage alloy tank through the alloy medium flow path and discharged after heat exchange is returned to the methane gas synthesis apparatus. 原料ガスの発生量、各部の圧力、温度または流量の1以上を参照して、各装置の動作を制御する制御部を有することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の熱利用型ガス精製システム。   It has a control part which controls operation | movement of each apparatus with reference to 1 or more of the generation amount of raw material gas, the pressure of each part, temperature, or flow volume, It is any one of Claims 1-10 characterized by the above-mentioned. Heat-utilizing gas purification system.
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