JP2020037535A - 二酸化炭素メタン化システム - Google Patents
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Abstract
Description
CO2+H2→CO+H2 …反応式(1)
CO+3H2→CH4+H2O …反応式(2)
CO2+4H2→CH4+2H2O …反応式(3)
触媒表面へのCO2及びH2の吸着量が少ない場合、上記反応式(1)〜(3)の反応が進行しない。また、上記反応式(1)の反応速度が遅い場合、CO2がCH4やCOに変換されずにCO2のまま排出される。上記反応式(2)の反応速度が遅い場合、CO2から変換されたCOがCH4に変換されずにCOとして排出される。
(1)触媒成分2および追加成分3を含まない層として板状もしくは粒状の担体1があり、その表面に触媒成分2および追加成分3を含む担体1が存在する
(2)触媒成分2および追加成分3を含まない粒状の担体1の表面上に触媒成分2および追加成分3を含む担体1が存在する
上記(1)および(2)のいずれの場合においても、触媒成分2および追加成分3を含む担体1に含有されている担体成分に対し、触媒成分2の量が0.1〜40質量部、追加成分3の量が0.1〜1質量部となる部分が存在することが好ましい。
O2+2H2→2H2O …反応式(4)
ただし、COの副生はないため、CO2のメタン化とO2除去とを同時に行うことができる。この時、H2モル濃度をCO2モル濃度の4倍とO2濃モル度の2倍を加えた濃度に調整することで、CO2とO2を全てCH4と水に変換することが可能である。
(1)触媒の調整
CeO2粉末を基材とし、これに触媒成分として硝酸ニッケル水溶液(Ni(NO3)2水溶液)を含浸した。その後、120℃で乾燥し、続いて500℃で2時間焼成した。得られた粉末をプレス成形した後、粉砕した。そして、粒径範囲が0.85mm〜1.7mmになるように整粒した。以上の方法により、CeO2100質量部に対して元素換算でNiが10質量部含まれる触媒サンプルを得た。
得られた触媒サンプルに対して、次の条件でCO2メタン化性能試験を行った。まず始めに、見かけの体積が3mLの触媒サンプルを石英ガラス製反応管中に充填した。この反応管を電気炉内に設置し、反応管に導入されるガス温度が180〜500℃となるように加熱制御した。なお、本明細書においては、このガス温度を「触媒入口温度」という。反応管には、H2とCO2とのモル比をH2/CO2=4とした反応ガスを、空間速度19000h−1で導入した。反応ガスの組成は、H2:8mol%、CO2:2mol%、N2:90mol%とした。まず、前処理として400℃でH2を反応管に1時間流通した。次に、室温で反応ガスを導入し、180〜500℃まで昇温して、CO2メタン化性能を測定した。
XCO2=(Fin,CO2−Fout,CO2)÷Fin,CO2×100 …式(1)
式中、Fin,CO2は反応管に流入したCO2量を、Fout,CO2は反応管から流出したCO2量を表している。
式中、Fout,CH4は反応管から流出したCH4量を、Fout,COは反応管から流出したCO量を表している。
[実験1]と同様に触媒サンプルを作製し、触媒のCO2メタン化性能の評価において、反応ガスの組成を、H2:8mol%、CO2:2mol%、O2:1.6mol%、N2:88.4mol%とした以外は、実施例1と同様の方法でCO2メタン化性能試験を行った。
Claims (20)
- 二酸化炭素からメタンを生成する二酸化炭素メタン化触媒を含む触媒塔と、
前記触媒塔に前記二酸化炭素を含む気体を供給する二酸化炭素供給装置とを有し、
前記二酸化炭素メタン化触媒は、酸素を分解可能であることを特徴とする二酸化炭素メタン化システム。 - 前記二酸化炭素を含む気体に含まれる酸素の濃度は、0.1モル%以上20モル%以下であり、
前記触媒塔から排出される前記メタンを含む気体に含まれる酸素の濃度は、0.1モル%未満であることを特徴とする請求項1に記載の二酸化炭素メタン化システム。 - 前記二酸化炭素メタン化触媒は、Ce、La、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuのうち少なくともいずれか1つの担体成分を含む担体と、前記担体に担持され、少なくともNiを含む触媒成分を有することを特徴とする請求項1に記載の二酸化炭素メタン化システム。
- 前記担体は、Ceと、Zr、La、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群から選択された1種類以上とを含むことを特徴とする請求項3に記載の二酸化炭素メタン化システム。
- 前記触媒成分であるNiの含有量は、前記担体の有効成分100質量部に対して0.1〜40質量部であることを特徴とする請求項3に記載の二酸化炭素メタン化システム。
- 前記触媒成分は、追加成分としてPt、RhおよびPdからなる群から選択された1種類以上を更に含むことを特徴とする請求項3に記載の二酸化炭素メタン化システム。
- 前記二酸化炭素を含む気体は、窒素を更に含むことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の二酸化炭素メタン化システム。
- 前記二酸化炭素を含む気体に含まれる窒素の濃度は、0.1〜95モル%であることを特徴とする請求項7に記載の二酸化炭素メタン化システム。
- 前記二酸化炭素供給装置がメタン発酵装置であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の二酸化炭素メタン化システム。
- 水を電気分解して水素を発生し、前記水素を前記触媒塔に供給する水素供給装置を更に備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の二酸化炭素メタン化システム。
- 前記触媒塔の後段に設けられ、前記触媒塔から発生した水を除去する水除去装置を更に備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の二酸化炭素メタン化システム。
- 前記触媒塔の後段に設けられ、前記触媒塔から発生した水を除去して回収し、回収した前記水を前記水素供給装置に供給する水回収・供給装置を更に備えることを特徴とする請求項10に記載の二酸化炭素メタン化システム。
- 前記触媒塔の後段に設けられ、前記触媒塔から発生した二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置を更に備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の二酸化炭素メタン化システム。
- 前記触媒塔の後段に設けられ、前記触媒塔から発生した二酸化炭素を回収して前記触媒塔に再び供給する二酸化炭素回収・供給装置を更に備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の二酸化炭素メタン化システム。
- 前記触媒塔の後段に、前記触媒塔から排出される水素を回収する水素回収装置をさらに備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の二酸化炭素メタン化システム。
- 前記触媒塔の後段に、前記触媒塔から排出される水素を回収し、回収した前記水素を前記触媒塔に供給する水素回収・供給装置をさらに備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の二酸化炭素メタン化システム。
- 前記触媒塔に供給される前記二酸化炭素を含む気体に含まれる二酸化炭素濃度および酸素濃度を測定する装置を更に備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の二酸化炭素メタン化システム。
- 前記触媒塔に供給される前記二酸化炭素を含む気体に含まれる水素のモル濃度、二酸化炭素のモル濃度および酸素のモル濃度が、以下の式を満たすことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の二酸化炭素メタン化システム。
水素のモル濃度=4×二酸化炭素のモル濃度+2×酸素のモル濃度 - 前記触媒塔の前段に、前記触媒塔に供給される前記二酸化炭素を含む気体に含まれる硫黄分を除去する脱硫装置をさらに備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の二酸化炭素メタン化システム。
- 前記触媒塔の前段に、前記触媒塔に供給される前記二酸化炭素を含む気体に含まれる硫黄分を除去する脱硫装置をさらに備え、前記脱硫装置で前記気体から分離した二酸化炭素を前記触媒塔に供給することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の二酸化炭素メタン化システム。
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