JP2020040919A - Methane gas generator and methane gas generation method - Google Patents

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八巻 昌宏
Masahiro Yamaki
昌宏 八巻
博之 四宮
Hiroyuki Shinomiya
博之 四宮
裕之 ▲高▼野
裕之 ▲高▼野
Hiroyuki Takano
泉屋 宏一
Koichi Izumiya
宏一 泉屋
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Abstract

To provide a compact methane gas generator and a methane gas generation method effectively producing a methane gas.SOLUTION: There is provided a methane gas generator generating a methane gas by a methanation reaction, having a reaction part for an exothermic reaction of a reactant containing carbon dioxide and hydrogen and production of a product material containing the methane gas and steam and having higher temperature than the reactant, and a heat exchanger for heating the reactant sent to the reaction part in advance and cooling the product material flowed out from the reaction part by heat exchange of the reactant sent to the reaction part and the production material flowed out from the reaction part.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、メタンガス生成装置及びメタンガス生成方法に関する。   The present invention relates to a methane gas generation device and a methane gas generation method.

地球温暖化の抑制のために、温室効果ガスである二酸化炭素を削減する取り組みが行われている。また、例えば、特許文献1−2では、二酸化炭素と水素とを反応させ、メタンガスを生成させるメタネーション反応に関する技術が開示されている。   Efforts are being made to reduce carbon dioxide, a greenhouse gas, to reduce global warming. Further, for example, Patent Documents 1-2 disclose a technique relating to a methanation reaction in which carbon dioxide and hydrogen are reacted to generate methane gas.

特許第6299347号公報Japanese Patent No. 6299347 特開2017−052669号公報JP 2017-052669 A

メタンガスを生成する場合、メタンガスの生成効率を向上させるためにメタネーション反応を促進させることが考えられる。メタネーション反応を促進させるためには反応物を予熱することが望ましい。しかしながら、反応物を予熱するためには、エネルギーを当然要することとなり、かえって温室効果ガスの削減効果が低下する虞が考えられる。   When methane gas is generated, it is conceivable to promote a methanation reaction in order to improve methane gas generation efficiency. It is desirable to preheat the reactants to promote the methanation reaction. However, energy is naturally required to preheat the reactants, and the effect of reducing greenhouse gases may be reduced.

また、メタネーション反応は、副生成物として水を生成する反応であるため、生成したメタンガスを有効に利用するためには副生成物である水分を、冷却などにより凝縮させ除去することが望ましいと考えられる。つまり、メタネーション反応によってメタンガスを生成する場合、メタンガスを冷却させるためのエネルギーも必要である。   In addition, since the methanation reaction is a reaction that generates water as a by-product, it is desirable to condense and remove moisture as a by-product by cooling or the like in order to effectively use the generated methane gas. Conceivable. That is, when methane gas is generated by the methanation reaction, energy for cooling the methane gas is also required.

すなわち、メタネーション反応によってメタンガスを生成する場合、反応物の予熱やメタンガスの冷却を行うことが望ましいと考えられるが、そのためにはエネルギーが必要であり、温室効果ガスの削減効果が低下する虞が考えられる。また、反応物の予熱やメタンガスの冷却のための装置も必要であり、生成装置全体が大型化する虞も考えられる。   That is, when methane gas is generated by the methanation reaction, it is considered desirable to perform preheating of the reactant or cooling of the methane gas, but this requires energy, and the effect of reducing the greenhouse gas may be reduced. Conceivable. In addition, a device for preheating the reactants and cooling the methane gas is also required, and there is a possibility that the entire production device may become large.

そこで、本願は、メタンガスを効率良く生成するコンパクトなメタンガス生成装置及びメタンガス生成方法を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a compact methane gas generation device and a methane gas generation method that efficiently generate methane gas.

上記課題を解決するため、本発明は、メタネーション反応をする反応物と、メタネーション反応により生成されるメタンガスとを熱交換させることとした。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is to make a heat exchange between a reactant that undergoes a methanation reaction and methane gas generated by the methanation reaction.

詳細には、本発明は、メタネーション反応によってメタンガスを生成するメタンガス生成装置であって、二酸化炭素と水素とを含む反応物を発熱反応させ、メタンガスと水蒸気とを含む生成物であって反応物よりも温度の高い生成物を生成させる反応部と、反応部へ送られる反応物と反応部から流出した生成物とを熱交換させることにより、反応部へ送られる反応物を予熱し、反応部から流出した生成物を冷却する熱交換器と、を備える、メタンガス生成装置である。   In detail, the present invention is a methane gas generating apparatus that generates methane gas by a methanation reaction, wherein a reactant containing carbon dioxide and hydrogen is caused to undergo an exothermic reaction, and a product containing methane gas and water vapor, Preheating the reactant to be sent to the reaction unit by exchanging heat between the reaction unit that generates a product having a higher temperature than the reaction product sent to the reaction unit and the product flowing out of the reaction unit, And a heat exchanger for cooling a product flowing out of the methane gas generator.

このようなメタンガス生成装置であれば、メタネーション反応前の反応物は予熱される。よって、メタネーション反応は、促進される。   In such a methane gas generator, the reactant before the methanation reaction is preheated. Thus, the methanation reaction is promoted.

また、生成物が冷却されることにより、生成物に含まれる水蒸気が凝縮されて分離される場合、生成物の飽和蒸気圧は低下する。すなわち、生成物の取り扱いは容易となる。   Further, when the product is cooled, and the water vapor contained in the product is condensed and separated, the saturated vapor pressure of the product decreases. That is, handling of the product becomes easy.

また、生成物には、未反応の反応物が含まれる場合がある。そして、メタネーション反応は、可逆反応である。つまり、生成物に未反応の反応物が含まれる場合、生成物は、未反応の反応物と化学平衡状態の関係にある。ここで、生成物が冷却されることにより水蒸気が凝縮され、凝縮水が生成物から分離させられる場合、当該化学平衡状態が変化し、未反応の反応物から新たにメタンガスと水蒸気が生成される。すなわち、上記のようなメタンガス生成装置であれば、生成されるメタンガスの純度は高まることとなる。   Further, the product may include an unreacted reactant. And the methanation reaction is a reversible reaction. That is, when an unreacted reactant is included in the product, the product is in a chemical equilibrium state with the unreacted reactant. Here, when steam is condensed by cooling the product and condensed water is separated from the product, the chemical equilibrium state changes, and methane gas and steam are newly generated from unreacted reactants. . That is, with the methane gas generator as described above, the purity of the generated methane gas is increased.

また、反応物と生成物とを熱交換させることにより、反応物の予熱とメタンガスの冷却は実現される。つまり、反応物の予熱、及びメタンガスの冷却を夫々別々に行っていないため、反応物の予熱、及びメタンガスの冷却に必要なエネルギーは節減される。よって、温室効果ガスの削減効果の低下は抑制され、メタンガスの生成効率は向上する。   Further, by performing heat exchange between the reactant and the product, preheating of the reactant and cooling of the methane gas are realized. That is, since the preheating of the reactant and the cooling of the methane gas are not separately performed, the energy required for preheating the reactant and cooling the methane gas is reduced. Therefore, the reduction of the greenhouse gas reduction effect is suppressed, and the methane gas generation efficiency is improved.

また、このようなメタンガス生成装置とは異なり、反応物と生成物とを熱交換させず、反応物の予熱と生成物の冷却とを夫々別々に行う場合、反応物量が変動した場合に、反応物量の変動前と比較して反応物の予熱後の温度は変動することとなる。よって、反応物の予熱後の温度の変動を抑制するためには、反応物と熱交換する熱媒体の流量を反応物量に応じて制御する必要がある。   Also, unlike such a methane gas generator, when the reactant and the product are not heat-exchanged and the preheating of the reactant and the cooling of the product are performed separately, when the amount of the reactant fluctuates, the reaction occurs. The temperature after the preheating of the reactant will fluctuate as compared to before the fluctuation of the physical quantity. Therefore, in order to suppress the fluctuation in the temperature of the reactant after preheating, it is necessary to control the flow rate of the heat medium that exchanges heat with the reactant according to the amount of the reactant.

また、メタンガスの生成量はガスの需要や反応物の供給量の変化などの事情により調整されることが必要であるが、生成物量が変動した場合にも、同様に、生成物量の変動前と比較して生成物の冷却後の温度は変動することとなる。よって、生成物の冷却後の温度の変動を抑制するためには、生成物と熱交換させる熱媒体の流量を生成物量に応じて制御する必要がある。しかしながら、上記のようなメタンガス生成装置は、反応物量が変動した場合、反応物と熱交換する生成物の量は、反応物量と同様に変動することとなる。すなわち、反応物量が変動した場合であっても、反応物の予熱後の温度の変動を抑制するために、反応物と熱交換する熱媒体の流量を反応物量に応じて制御せずに済む。また、生成物量が変動した場合にも、生成物の冷却後の温度の変動を抑制するために、生成物と熱交換する熱媒体の流量を生成物量に応じて制御せずに済む。すなわち、反応物の予熱後の温度の変動の抑制や、生成物の冷却後の温度の変動の抑制のための構成が不要である。   In addition, the amount of methane gas generated needs to be adjusted depending on circumstances such as the demand for gas and the change in the supply amount of reactants. In comparison, the temperature of the product after cooling will fluctuate. Therefore, in order to suppress fluctuations in the temperature of the product after cooling, it is necessary to control the flow rate of the heat medium that exchanges heat with the product according to the amount of the product. However, in the methane gas generator as described above, when the amount of the reactant fluctuates, the amount of the product that exchanges heat with the reactant fluctuates similarly to the amount of the reactant. That is, even when the reactant amount fluctuates, the flow rate of the heat medium that exchanges heat with the reactant does not need to be controlled according to the reactant amount in order to suppress the fluctuation in the temperature of the reactant after preheating. Further, even when the amount of the product changes, the flow rate of the heat medium that exchanges heat with the product does not need to be controlled according to the amount of the product in order to suppress the change in the temperature of the product after cooling. That is, there is no need for a configuration for suppressing the temperature fluctuation after the preheating of the reactant or the temperature fluctuation after cooling the product.

また、上記のようなメタンガス生成装置であれば、反応物の予熱及び生成物の冷却は、1つの熱交換器において行うことが可能である。この場合、反応物の予熱と生成物の冷却とを別々の熱交換器において行う場合と比べてメタンガス生成装置をコンパクトにすることができる。   In the methane gas generator as described above, preheating of the reactant and cooling of the product can be performed in one heat exchanger. In this case, the methane gas generator can be made more compact than when the preheating of the reactants and cooling of the products are performed in separate heat exchangers.

ところで、熱交換器は、シェルアンドチューブ型熱交換器であり、反応物は、シェルアンドチューブ型熱交換器のシェル部分を通過し、生成物は、シェルアンドチューブ型熱交換器のチューブ部分を通過してもよい。   By the way, the heat exchanger is a shell and tube heat exchanger, and the reactant passes through the shell of the shell and tube heat exchanger, and the product passes through the tube of the shell and tube heat exchanger. You may pass.

このようなメタンガス生成装置であれば、反応物は、シェルアンドチューブ型熱交換器のシェル部分を通過する。よって、反応物は、生成物と熱交換しつつも、混合撹拌が促進させられる。反応器へ投入される前段階で反応物が充分混合撹拌されるため、熱交換器を通過した反応物のメタネーション反応は促進される。よって、メタンガスの生成効率は向上する。また、反応物の予熱及び反応物の混合撹拌は、1つの熱交換器において行うことが可能である。また、反応物を混合するための撹拌機を別に設けずとも、本発明における熱交換器の使用方法によって混合撹拌の機能を持たせることができるためメタンガス生成装置のコンパクト化も実現される。   In such a methane gas generator, the reactant passes through the shell part of the shell and tube heat exchanger. Thus, the mixing of the reactants is promoted while exchanging heat with the product. Since the reactants are sufficiently mixed and stirred before being charged into the reactor, the methanation reaction of the reactants passed through the heat exchanger is promoted. Therefore, methane gas generation efficiency is improved. The preheating of the reactants and the mixing and stirring of the reactants can be performed in one heat exchanger. Further, since a mixing and stirring function can be provided by the method of using the heat exchanger according to the present invention without separately providing a stirrer for mixing the reactants, the methane gas generation device can be downsized.

ところで、熱交換器は、反応部へ送られる反応物と反応部から流出した生成物の水蒸気とを熱交換させることにより、反応部から流出した生成物の水蒸気を凝縮可能な伝熱交換面積を有してもよい。   By the way, the heat exchanger exchanges heat between the reactant sent to the reaction part and the water vapor of the product flowing out of the reaction part, thereby increasing the heat exchange area capable of condensing the water vapor of the product flowing out of the reaction part. May have.

上記のようなメタンガス生成装置であれば、水蒸気の少なくとも一部は、水へと凝縮させられる。よって、水蒸気は、容易にメタンガスから分離させられる。また、生成物には、未反応の反応物が含まれる場合がある。そして、メタネーション反応は、可逆反応である。つまり、生成物に未反応の反応物が含まれる場合、生成物は、未反応の反応物と化学平衡状態の関係にある。ここで、凝縮水が生成物から分離させられる場合、当該化学平衡状態が変化し、未反応の反応物から新たにメタンガスと水蒸気が生成される。すなわち、上記のようなメタンガス生成装置であれば、生成されるメタンガスの純度は高まることとなる。   With the methane gas generator as described above, at least a part of the water vapor is condensed into water. Thus, the water vapor is easily separated from the methane gas. Further, the product may include an unreacted reactant. And the methanation reaction is a reversible reaction. That is, when an unreacted reactant is included in the product, the product is in a chemical equilibrium state with the unreacted reactant. Here, when condensed water is separated from the product, the chemical equilibrium state changes, and methane gas and water vapor are newly generated from unreacted reactants. That is, with the methane gas generator as described above, the purity of the generated methane gas is increased.

また、発生した凝縮水が排水される場合、生成物全体の熱容量は、低下することとなる。よって、メタンガスの冷却効率は向上する。よって、メタンガス生成装置をコンパクトにすることができる。   Further, when the generated condensed water is drained, the heat capacity of the entire product is reduced. Therefore, the cooling efficiency of the methane gas is improved. Therefore, the methane gas generator can be made compact.

ところで、熱交換器は、複数個直列に接続されてもよい。   Incidentally, a plurality of heat exchangers may be connected in series.

このようなメタンガス生成装置であれば、反応物と生成物との熱交換効率は高まる。換言すれば、1台あたりの熱交換器をコンパクトにすることができる。   With such a methane gas generator, the heat exchange efficiency between the reactant and the product increases. In other words, one heat exchanger can be made compact.

また、複数個直列に接続される熱交換器の夫々において凝縮させられた水分を排水する排水手段をさらに備えてもよい。   Further, a drainage unit for draining water condensed in each of the plurality of heat exchangers connected in series may be further provided.

生成物には、未反応の反応物が含まれる場合がある。そして、メタネーション反応は、可逆反応である。つまり、生成物に未反応の反応物が含まれる場合、生成物は、未反応の反応物と化学平衡状態の関係にある。よって、熱交換器から凝縮水が排水されることにより、当該化学平衡状態が変化し、未反応の反応物から新たにメタンガスと水蒸気が生成される。すなわち、上記のようなメタンガス生成装置であれば、生成されるメタンガスの純度は高まることとなる。   The product may include unreacted reactants. And the methanation reaction is a reversible reaction. That is, when an unreacted reactant is included in the product, the product is in a chemical equilibrium state with the unreacted reactant. Therefore, when the condensed water is drained from the heat exchanger, the chemical equilibrium state changes, and methane gas and water vapor are newly generated from unreacted reactants. That is, with the methane gas generator as described above, the purity of the generated methane gas is increased.

また、このようなメタンガス生成装置であれば、熱交換器から凝縮水が排水されることにより、生成物全体の熱容量は低下することとなる。よって、メタンガスの冷却効率は向上する。よって、1台あたりの熱交換器をコンパクトにすることができる。   In addition, in such a methane gas generator, the heat capacity of the entire product is reduced by discharging the condensed water from the heat exchanger. Therefore, the cooling efficiency of the methane gas is improved. Therefore, one heat exchanger can be made compact.

また、上記のようなメタンガス生成装置であれば、複数個直列に接続された熱交換器の夫々において、水蒸気は段階的に凝縮される。よって、夫々の熱交換器から温度の異なる凝縮水を得ることができる。よって、これら温度の異なる凝縮水を再利用する場合、省エネルギー化は実現される。   In the methane gas generator as described above, steam is condensed stepwise in each of the plurality of heat exchangers connected in series. Therefore, condensed water having different temperatures can be obtained from each heat exchanger. Therefore, when the condensed water having different temperatures is reused, energy saving is realized.

また、複数個直列に接続される熱交換器の合計の伝熱交換面は、水蒸気を水へと凝縮させる面積を有してもよい。   Further, the total heat transfer surface of the plurality of heat exchangers connected in series may have an area for condensing steam into water.

上記のようなメタンガス生成装置であれば、複数個直列に接続される熱交換器を通過する生成物から凝縮水を得ることができる。また、凝縮水が発生した熱交換器から凝縮水が排水される場合、生成物全体の熱容量は、低下することとなる。よって、メタンガスの冷却効率は向上する。よって、熱交換器をコンパクトにすることができる。   With the methane gas generator as described above, condensed water can be obtained from products passing through a plurality of heat exchangers connected in series. Further, when the condensed water is drained from the heat exchanger in which the condensed water is generated, the heat capacity of the entire product is reduced. Therefore, the cooling efficiency of the methane gas is improved. Therefore, the heat exchanger can be made compact.

また、生成物には、未反応の反応物が含まれる場合がある。そして、メタネーション反応は、可逆反応である。つまり、生成物に未反応の反応物が含まれる場合、生成物は、未反応の反応物と化学平衡状態の関係にある。よって、凝縮水が発生した熱交換器から凝縮水が排水される場合、当該化学平衡状態が変化し、未反応の反応物から新たにメタンガスと水蒸気が生成される。すなわち、生成されるメタンガスの純度は高まることとなる。   Further, the product may include an unreacted reactant. And the methanation reaction is a reversible reaction. That is, when an unreacted reactant is included in the product, the product is in a chemical equilibrium state with the unreacted reactant. Therefore, when the condensed water is drained from the heat exchanger where the condensed water is generated, the chemical equilibrium state changes, and methane gas and water vapor are newly generated from unreacted reactants. That is, the purity of the generated methane gas is increased.

また、本発明は、方法の側面から捉えることもできる。すなわち、例えば、メタネーション反応によってメタンガスを生成するメタンガス生成方法であって、二酸化炭素と水素とを含む反応物を発熱反応させ、メタンガスと水蒸気とを含む生成物であって反応物よりも温度の高い生成物を生成させる反応工程と、反応工程へ送られる反応物と反応工程において生成された生成物とを熱交換させることにより、反応工程へ送られる反応物を予熱し、反応工程において生成された生成物を冷却する熱交換工程と、を含む、メタンガス生成方法であってもよい。   The present invention can also be grasped from the aspect of a method. That is, for example, in a methane gas generation method of generating methane gas by a methanation reaction, a reactant containing carbon dioxide and hydrogen is caused to undergo an exothermic reaction, and is a product containing methane gas and water vapor, and has a higher temperature than the reactant. A reaction step for producing a high product, and a heat exchange between a reactant sent to the reaction step and a product generated in the reaction step, preheats the reactant sent to the reaction step, and is generated in the reaction step. And a heat exchange step of cooling the produced product.

上記のメタンガス生成装置及びメタンガス生成方法であれば、メタンガスを効率良く生成するコンパクトな装置を実現できる。   With the methane gas generation device and the methane gas generation method described above, a compact device that efficiently generates methane gas can be realized.

図1は、本発明の実施形態にかかるメタンガス生成装置の概要の一例を示している。FIG. 1 shows an example of an outline of a methane gas generator according to an embodiment of the present invention. 図2は、熱交換器の概要の一例を示している。FIG. 2 shows an example of the outline of the heat exchanger. 図3は、メタンガス生成装置によりメタンガスが生成されるフローチャートの一例を示している。FIG. 3 shows an example of a flowchart in which methane gas is generated by the methane gas generation device. 図4は、反応物の流量あたりの伝熱交換面積に対する、熱交換器に流出入する反応物の温度差のグラフの一例を示している。FIG. 4 shows an example of a graph of a temperature difference of a reactant flowing into and out of a heat exchanger with respect to a heat transfer area per reactant flow rate. 図5は、図4において2つの熱交換器が直列に並べられた場合の構成の概要、及び1つの熱交換器の場合の構成の概要の一例を示している。FIG. 5 shows an example of an outline of a configuration when two heat exchangers are arranged in series in FIG. 4 and an example of an outline of a configuration when one heat exchanger is used. 図6は、直列に並べられた2つの熱交換器の代替として1つの熱交換器を備えるメタンガス生成装置の概要の一例を示している。FIG. 6 shows an example of an outline of a methane gas generator including one heat exchanger as an alternative to two heat exchangers arranged in series. 図7は、反応物の流量あたりの熱交換器の伝熱交換面積に対する熱交換器から流出した第1の生成物の温度の一例を示している。FIG. 7 shows an example of the temperature of the first product flowing out of the heat exchanger with respect to the heat exchange area of the heat exchanger per flow rate of the reactant. 図8は、圧力に対する水の沸点の一例を示している。FIG. 8 shows an example of the boiling point of water with respect to pressure.

以下、本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であり、本発明の技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. The embodiment shown below is an example of the embodiment of the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention to the following aspects.

<装置構成>
図1は、本発明の実施形態にかかるメタンガス生成装置100の概要の一例を示している。図1に示されるメタンガス生成装置100は、気体状態の二酸化炭素ガスと水素ガスとを含む反応物の発熱反応によって、メタンガスと水蒸気とを含む生成物を生成させる。このような化学反応は、メタネーション反応と呼ばれる。また、上記の化学反応は可逆反応でもある。上記の化学反応式は、以下のように表される。
<Apparatus configuration>
FIG. 1 shows an example of an outline of a methane gas generator 100 according to an embodiment of the present invention. The methane gas generator 100 shown in FIG. 1 generates a product containing methane gas and water vapor by an exothermic reaction of a reactant containing gaseous carbon dioxide gas and hydrogen gas. Such a chemical reaction is called a methanation reaction. The above chemical reaction is also a reversible reaction. The above chemical reaction formula is represented as follows.

4H+CO⇔CH+2HO (1) 4H 2 + CO 2 ⇔CH 4 + 2H 2 O (1)

メタンガス生成装置100は、反応塔1A、1Bを備える。反応塔1Aと反応塔1Bとは、直列に接続される。また、反応塔1A、1Bは、夫々、反応器2A、2Bを備える。反応器2A、2Bの内部では、式(1)のメタネーション反応が行われる。ここで、反応
器2A、2Bは、本発明の「反応部」の一例である。また、反応器2A、2Bには、メタネーション反応を促進させる触媒が充填されている。触媒は、例えば安定化元素が固溶し、正方晶系、及び、又は、立方晶系の結晶構造を有する安定化ジルコニア担体と、安定化ジルコニア担体に担持されるNiと、を含む。また、安定化元素は、例えばMn、FeおよびCoからなる群から選択される少なくとも1種の遷移元素からなる。これらの触媒は活性が高いことが知られており、本発明の対象となる反応温度は、一例として200℃(473K)付近のものを対象としている。また、反応塔1A、1Bには、図示しないが、反応器2A、2B内の温度を計測する温度計が設けられる。
The methane gas generator 100 includes reaction towers 1A and 1B. Reaction tower 1A and reaction tower 1B are connected in series. The reaction towers 1A and 1B include reactors 2A and 2B, respectively. Inside the reactors 2A and 2B, a methanation reaction of the formula (1) is performed. Here, the reactors 2A and 2B are an example of the “reaction unit” of the present invention. Further, the reactors 2A and 2B are filled with a catalyst for promoting the methanation reaction. The catalyst includes, for example, a stabilized zirconia support having a tetragonal and / or cubic crystal structure in which a stabilizing element is dissolved, and Ni supported on the stabilized zirconia support. The stabilizing element is made of at least one transition element selected from the group consisting of, for example, Mn, Fe, and Co. It is known that these catalysts have high activity, and the reaction temperature which is the object of the present invention is, for example, one at around 200 ° C. (473 K). Although not shown, the reaction towers 1A and 1B are provided with thermometers for measuring the temperatures in the reactors 2A and 2B.

また、メタンガス生成装置100は、熱交換器3A、3Bを備える。熱交換器3A、3Bは、直列に設けられる。熱交換器3A、3Bは、反応塔1Aと連結される。ここで、熱交換器3A、3Bは、夫々本発明の「熱交換器」の一例であって、本発明の「複数個直列に接続される熱交換器」の一例でもある。また、熱交換器は2つに限らず何個でも直列に設けられてもよい。   Further, the methane gas generator 100 includes heat exchangers 3A and 3B. The heat exchangers 3A and 3B are provided in series. The heat exchangers 3A and 3B are connected to the reaction tower 1A. Here, each of the heat exchangers 3A and 3B is an example of the “heat exchanger” of the present invention, and is also an example of the “heat exchangers connected in series” of the present invention. The number of heat exchangers is not limited to two, and any number may be provided in series.

熱交換器3A、3Bの種類は、例えばシェルアンドチューブ型熱交換器である。熱交換器にはシェルアンドチューブ型熱交換器以外の方式も工業的に使用されているが、本発明のように入口と出口の温度差が大きい場合には他の方式では熱交換器の破損が生じる虞が考えられる。そこで、本実施形態では、熱交換器3A、3Bには、シェルアンドチューブ型の熱交換器を採用した。もちろん、熱交換器3A、3Bとして、シェルアンドチューブ型以外の方式の熱交換器を使用してもよい。図2は、熱交換器3Aの概要の一例を示している。熱交換器3Aは、図2に示されるように、シェル部分の入口から出口へ向かって、互い違いに配置された内壁30を備える(熱交換器3Bも同様)。また、図2に示されるように、熱交換器3Aでは、反応器2Aへ送られる反応物がシェル部分を通過することとなる。また、熱交換器3Aのチューブ部分は、反応器2Aにおいて式(1)のメタネーション反応により生成された生成物(以下、第1の生成物という)であって、熱交換器3Bのチューブ部分を通過した第1の生成物が通過することとなる。ここで、第1の生成物には、メタンガス、水蒸気、及び未反応の反応物が含まれる。また、第1の生成物は、本発明の「生成物」の一例である。   The type of the heat exchangers 3A and 3B is, for example, a shell and tube type heat exchanger. Heat exchangers other than the shell-and-tube type heat exchanger are also used industrially, but if the temperature difference between the inlet and outlet is large as in the present invention, the heat exchanger may be damaged by other methods. May occur. Therefore, in the present embodiment, shell and tube type heat exchangers are employed as the heat exchangers 3A and 3B. Of course, heat exchangers other than the shell and tube type may be used as the heat exchangers 3A and 3B. FIG. 2 shows an example of the outline of the heat exchanger 3A. As shown in FIG. 2, the heat exchanger 3A includes inner walls 30 which are alternately arranged from the inlet to the outlet of the shell portion (the same applies to the heat exchanger 3B). Further, as shown in FIG. 2, in the heat exchanger 3A, the reactant sent to the reactor 2A passes through the shell portion. The tube portion of the heat exchanger 3A is a product (hereinafter, referred to as a first product) generated by the methanation reaction of the formula (1) in the reactor 2A, and is a tube portion of the heat exchanger 3B. Will pass through the first product. Here, the first product contains methane gas, water vapor, and unreacted reactants. The first product is an example of the “product” of the present invention.

また、熱交換器3Bのシェル部分は、熱交換器3Aのシェル部分を通過し、反応器2Aへ送られる反応物が通過することとなる。また、熱交換器3Bのチューブ部分は、反応器2Aから流出した第1の生成物が通過することとなる。また、熱交換器3A、3Bの伝熱交換面積の合計は、第1の生成物に含まれる水蒸気を水へと凝縮させる値である。   Further, the shell part of the heat exchanger 3B passes through the shell part of the heat exchanger 3A, and the reactant sent to the reactor 2A passes. The first product flowing out of the reactor 2A passes through the tube portion of the heat exchanger 3B. The sum of the heat transfer exchange areas of the heat exchangers 3A and 3B is a value that condenses steam contained in the first product into water.

また、メタンガス生成装置100は、熱交換器3A、3Bのチューブ部分において、第1の生成物に含まれる水蒸気が凝縮して凝縮水が発生した場合に、発生した凝縮水を貯える凝縮水タンク4A、4Bを備える。図2に示されるように、凝縮水タンク4Aは、熱交換器3Aのチューブ部分の出口の底部と連通するように設けられる。また、メタンガス生成装置100は、熱交換器3Aのチューブ部分の出口の底部と、凝縮水タンク4Aとの間に、フロートタイプの排水弁5Aを備える。また、図示しないが、凝縮水タンク4Bも同様に、熱交換器3Bのチューブ部分の出口の底部と連通するように設けられる。また、メタンガス生成装置100は、熱交換器3Bのチューブ部分の出口の底部と、凝縮水タンク4Bとの間に、フロートタイプの排水弁5Bを備える。ここで、凝縮水タンク4A、4B及び排水弁5A、5Bは、本発明の「排水手段」の一例である。   The methane gas generator 100 also includes a condensed water tank 4A for storing the generated condensed water when condensed water is generated in the tubes of the heat exchangers 3A and 3B when the water vapor contained in the first product is condensed. , 4B. As shown in FIG. 2, the condensed water tank 4A is provided so as to communicate with the bottom of the outlet of the tube portion of the heat exchanger 3A. Further, the methane gas generator 100 includes a float type drain valve 5A between the bottom of the outlet of the tube portion of the heat exchanger 3A and the condensed water tank 4A. Although not shown, the condensed water tank 4B is also provided so as to communicate with the bottom of the outlet of the tube portion of the heat exchanger 3B. In addition, the methane gas generator 100 includes a float type drain valve 5B between the bottom of the outlet of the tube portion of the heat exchanger 3B and the condensed water tank 4B. Here, the condensed water tanks 4A and 4B and the drain valves 5A and 5B are examples of the "drain means" of the present invention.

また、メタンガス生成装置100は、凝縮水タンク4A、4Bと夫々接続し、凝縮水タンク4A、4Bから凝縮水を排水させる排水管を備える。また、メタンガス生成装置100は、当該配水管の途中に、排水量を調整する調整弁6A、6Bと、調整弁6A、6Bを夫々制御する弁制御装置7A、7Bを備える。弁制御装置7A、7Bは、調整弁6A、6
Bを夫々制御することにより、凝縮水タンク4A、4B内に貯められる凝縮水の水量を調整する。
In addition, the methane gas generation device 100 includes a drain pipe that is connected to the condensed water tanks 4A and 4B, respectively, and drains the condensed water from the condensed water tanks 4A and 4B. Further, the methane gas generation device 100 includes adjustment valves 6A and 6B for adjusting the amount of drainage and valve control devices 7A and 7B for controlling the adjustment valves 6A and 6B, respectively, in the middle of the water distribution pipe. The valve control devices 7A and 7B are provided with regulating valves 6A and 6
By controlling B respectively, the amount of condensed water stored in the condensed water tanks 4A and 4B is adjusted.

また、メタンガス生成装置100は、熱交換器3Aと反応塔1Bとの間に熱交換器3Cを備える。熱交換器3Cは、例えばシェルアンドチューブ型熱交換器であり、熱交換器3A、3Bと同じように互い違いの内壁30を備える熱交換器である。ここで、熱交換器3Cは、本発明の「熱交換器」の一例である。熱交換器3Cのシェル部分は、熱交換器3Aのチューブ部分及び反応器2Bと配管を通じて連結されている。また、熱交換器3Cのチューブ部分は、反応器2Bと配管を通じて連結されている。つまり、熱交換器3Cでは、シェル部分に、熱交換器3Aのチューブ部分から流出した第1の生成物が流入する。そして、当該第1の生成物は、反応器2Bへ送られる。また、熱交換器3Cのチューブ部分には、反応器2Bにおいて第1の生成物に含まれる未反応の反応物が式(1)のメタネーション反応することにより生成された生成物(以下、第2の生成物という)が流入する。ここで、第2の生成物には、第1の生成物と、反応器2Bにおいて第1の生成物に含まれる未反応の反応物のメタネーション反応によって生成された生成物と、第1の生成物に含まれ、反応器2Bにおいて反応しなかった未反応の反応物と、を含む。また、第2の生成物は、本発明の「生成物」の一例である。   Further, the methane gas generator 100 includes a heat exchanger 3C between the heat exchanger 3A and the reaction tower 1B. The heat exchanger 3C is, for example, a shell-and-tube heat exchanger, and has a staggered inner wall 30 like the heat exchangers 3A and 3B. Here, the heat exchanger 3C is an example of the “heat exchanger” of the present invention. The shell part of the heat exchanger 3C is connected to the tube part of the heat exchanger 3A and the reactor 2B through piping. Further, a tube portion of the heat exchanger 3C is connected to the reactor 2B through a pipe. That is, in the heat exchanger 3C, the first product flowing out of the tube portion of the heat exchanger 3A flows into the shell portion. Then, the first product is sent to the reactor 2B. Further, in the tube portion of the heat exchanger 3C, a product (hereinafter, referred to as a first product) generated by the methanation reaction of the unreacted reactant contained in the first product in the reactor 2B according to the formula (1). 2). Here, the second product includes a first product, a product generated by a methanation reaction of an unreacted reactant included in the first product in the reactor 2B, and a first product. Unreacted reactants contained in the product and not reacted in the reactor 2B. The second product is an example of the “product” of the present invention.

また、メタンガス生成装置100は、熱交換器3Cと接続する熱交換器3Dを備える。熱交換器3Dは、例えばシェルアンドチューブ型熱交換器である。また、熱交換器3Dのシェル部分は、熱交換器3Cのチューブ部分と配管を通じて連結されている。つまり、反応器2Bから流出し、熱交換器3Cのチューブ部分を通過した第2の生成物が熱交換器3Dのシェル部分に流入することとなる。また、熱交換器3Dは、シェル部分を通過する第2の生成物に含まれる水蒸気を水へと凝縮可能な伝熱交換面積を有する。   In addition, the methane gas generator 100 includes a heat exchanger 3D connected to the heat exchanger 3C. The heat exchanger 3D is, for example, a shell and tube heat exchanger. The shell of the heat exchanger 3D is connected to the tube of the heat exchanger 3C through a pipe. That is, the second product flowing out of the reactor 2B and passing through the tube portion of the heat exchanger 3C flows into the shell portion of the heat exchanger 3D. Further, the heat exchanger 3D has a heat transfer area capable of condensing water vapor contained in the second product passing through the shell portion into water.

また、メタンガス生成装置100は、熱交換器3Dのシェル部分へ冷却水を供給するチラー8を備える。また、チラー8と熱交換器3Dとの間には、冷却水が循環する循環管路が形成される。また、メタンガス生成装置100は、当該循環管路の途中に、循環管路を流れる冷却水の流量を制御する弁9A、9Bを備える。また、メタンガス生成装置100は、チラー8から熱交換器3Dへの管路の途中に、管路を流れる冷却水の圧力を制御する圧力制御器10Aを備える。また、メタンガス生成装置100は、チラー8から熱交換器3Dへの管路の途中に、管路を流れる冷却水の流量を制御する流量制御器11Aを備える。すなわち、チラー8から熱交換器3Dへ供給される冷却水の圧力及び流量は、所望の値に制御されることとなる。また、メタンガス生成装置100は、チラー8から熱交換器3Dへの管路の途中に、管路を流れる冷却水の温度を計測する温度計12Aを備える。   Further, the methane gas generator 100 includes a chiller 8 that supplies cooling water to a shell portion of the heat exchanger 3D. Further, between the chiller 8 and the heat exchanger 3D, a circulation pipe through which the cooling water circulates is formed. Further, the methane gas generating device 100 includes valves 9A and 9B in the middle of the circulation line to control the flow rate of the cooling water flowing through the circulation line. In addition, the methane gas generation device 100 includes a pressure controller 10A that controls the pressure of the cooling water flowing through the pipeline in the middle of the pipeline from the chiller 8 to the heat exchanger 3D. In addition, the methane gas generator 100 includes a flow controller 11A that controls the flow rate of the cooling water flowing through the pipeline in the middle of the pipeline from the chiller 8 to the heat exchanger 3D. That is, the pressure and flow rate of the cooling water supplied from the chiller 8 to the heat exchanger 3D are controlled to desired values. Further, the methane gas generation device 100 includes a thermometer 12A that measures the temperature of the cooling water flowing through the pipeline in the middle of the pipeline from the chiller 8 to the heat exchanger 3D.

また、メタンガス生成装置100は、熱交換器3Dのシェル部分において発生する凝縮水を貯える凝縮水タンク4Cを備える。凝縮水タンク4Cは、熱交換器3Dのシェル部分の底部と連通するように設けられる。また、メタンガス生成装置100は、熱交換器3Dのシェル部分の底部と、凝縮水タンク4Cとの間に、フロートタイプの排水弁5Cを備える。   In addition, the methane gas generator 100 includes a condensed water tank 4C for storing condensed water generated in a shell portion of the heat exchanger 3D. The condensed water tank 4C is provided so as to communicate with the bottom of the shell of the heat exchanger 3D. Further, the methane gas generator 100 includes a float type drain valve 5C between the bottom of the shell portion of the heat exchanger 3D and the condensed water tank 4C.

また、メタンガス生成装置100は、凝縮水タンク4Cと接続し、凝縮水タンク4Cから凝縮水を排水させる排水管を備える。また、メタンガス生成装置100は、当該配水管の途中に、排水量を調整する調整弁6Cと、調整弁6Cを制御する弁制御装置7Cを備える。弁制御装置7Cは、調整弁6Cを制御することにより、凝縮水タンク4C内の凝縮水の水量を調整する。   Further, the methane gas generator 100 includes a drain pipe connected to the condensed water tank 4C and draining the condensed water from the condensed water tank 4C. Further, the methane gas generator 100 includes a regulating valve 6C for adjusting the amount of drainage and a valve control device 7C for controlling the regulating valve 6C in the middle of the water distribution pipe. The valve control device 7C controls the amount of condensed water in the condensed water tank 4C by controlling the adjustment valve 6C.

また、メタンガス生成装置100は、熱交換器3Dのシェル部分と連結され、熱交換器3Dのシェル部分から流出したメタンガスが通過する配管を備える。また、メタンガス生
成装置100は、当該配管の途中に温度計12Bと、圧力指示調節器13と、圧力制御弁14とを備える。温度計12Bは、当該配管を流れるメタンガスの温度を計測する。また、圧力指示調節器13が圧力制御弁14を制御することにより、当該配管内の圧力は調整される。
Further, the methane gas generator 100 includes a pipe connected to the shell part of the heat exchanger 3D and through which the methane gas flowing out of the shell part of the heat exchanger 3D passes. In addition, the methane gas generator 100 includes a thermometer 12B, a pressure instruction controller 13, and a pressure control valve 14 in the middle of the pipe. The thermometer 12B measures the temperature of the methane gas flowing through the pipe. Further, the pressure in the pipe is adjusted by controlling the pressure control valve 14 by the pressure indicating controller 13.

また、メタンガス生成装置100は、熱交換器3Dのシェル部分から流出したメタンガスを製品ガスとして系外へ供給する配管と、当該配管から分岐し、パージ装置50と連結する配管とを備える。ここで、パージ装置50は、メタンガスに含まれる未反応の反応物等の不純物をメタンガスからパージする。   Further, the methane gas generator 100 includes a pipe for supplying methane gas flowing out of the shell part of the heat exchanger 3D to the outside of the system as a product gas, and a pipe branched from the pipe and connected to the purge device 50. Here, the purge device 50 purges impurities such as unreacted reactants contained in the methane gas from the methane gas.

また、メタンガス生成装置100は、熱交換器3Dのシェル部分から流出したメタンガスを製品ガスとして系外へ供給する配管の途中と、当該配管から分岐し、パージ装置50と連結する配管の途中とに、On−Off弁15A、15Bを備える。On−Off弁15A、15Bが制御されることにより、熱交換器3Dから流出したメタンガスを製品ガスとして供給するか、あるいは熱交換器3Dから流出したメタンガスをパージ装置50へ送ってパージするかが決定される。   In addition, the methane gas generation device 100 is provided in the middle of a pipe that supplies the methane gas flowing out of the shell portion of the heat exchanger 3D as a product gas to the outside of the system, and the middle of a pipe that branches from the pipe and connects to the purge device 50. , On-Off valves 15A and 15B. By controlling the On-Off valves 15A and 15B, it is determined whether the methane gas flowing out of the heat exchanger 3D is supplied as a product gas or the methane gas flowing out of the heat exchanger 3D is sent to the purge device 50 for purging. It is determined.

また、メタンガス生成装置100は、熱交換器3Dのシェル部分とパージ装置50との間に、バルブ付きダンプナー16を備える。パージ装置50へ送られるメタンガスは、バルブ付きダンプナー16を通過することにより、その脈動は抑制されることとなる。   Further, the methane gas generator 100 includes a damper 16 with a valve between the shell of the heat exchanger 3D and the purge device 50. The pulsation of the methane gas sent to the purge device 50 is suppressed by passing through the damper 16 with a valve.

また、メタンガス生成装置100の反応塔1A、1Bは、反応器2A、2Bを囲むようにジャケット17A、17Bを夫々備える。ジャケット17A、17Bには、熱媒油が流入する。ジャケット17A、17Bに熱媒油が流入することにより、反応器2A、2B内の物質と熱媒油とが熱交換させられ、反応器2A、2B内の物質の温度の変動は抑制される。すなわち、反応器2A、2B内において式(1)のメタネーション反応は安定的に進行することとなる。   In addition, the reaction towers 1A and 1B of the methane gas generator 100 include jackets 17A and 17B so as to surround the reactors 2A and 2B, respectively. Heat medium oil flows into the jackets 17A and 17B. When the heat transfer medium oil flows into the jackets 17A and 17B, heat exchange occurs between the substance in the reactors 2A and 2B and the heat transfer medium oil, and fluctuations in the temperature of the substance in the reactors 2A and 2B are suppressed. That is, the methanation reaction of the formula (1) proceeds stably in the reactors 2A and 2B.

また、メタンガス生成装置100は、上記の熱媒油を貯める熱媒油タンク18を備える。また、メタンガス生成装置100は、熱媒油タンク18内の熱媒油を加熱するためのヒータ19を備える。   Further, the methane gas generating device 100 includes a heat medium oil tank 18 for storing the above heat medium oil. Further, the methane gas generator 100 includes a heater 19 for heating the heat transfer oil in the heat transfer oil tank 18.

また、メタンガス生成装置100は、熱媒油タンク18と接続し、熱媒油タンク18から熱媒油を排出させる排出管を備える。また、メタンガス生成装置100は、当該排出管の途中に、弁9C、9Dと、弁9C、9Dを制御する弁制御装置20を備える。弁制御装置20は、弁9C、9Dを制御することにより、熱媒油タンク18に貯められる熱媒油量を調整する。   Further, the methane gas generator 100 includes a discharge pipe connected to the heat medium oil tank 18 and configured to discharge the heat medium oil from the heat medium oil tank 18. Further, the methane gas generator 100 includes valves 9C and 9D and a valve control device 20 for controlling the valves 9C and 9D in the middle of the discharge pipe. The valve control device 20 adjusts the amount of the heat transfer oil stored in the heat transfer oil tank 18 by controlling the valves 9C and 9D.

また、メタンガス生成装置100は、熱媒油タンク18と、ジャケット17A、17Bとを接続し、熱媒油を循環させる循環管路を備える。そして、メタンガス生成装置100は、熱媒油タンク18とジャケット17Aとの間の管路に、熱媒油タンク18から流出させる熱媒油量を調整する弁9Eと、流出した熱媒油をジャケット17Aへ圧送するポンプ21を備える。また、メタンガス生成装置100は、ジャケット17Aへ送られる熱媒油の圧力を制御する圧力制御器10Bと、弁9Fと、ジャケット17Aへ送られる熱媒油の流量を制御する流量制御器11Bを備える。   In addition, the methane gas generating device 100 is connected to the heating medium oil tank 18 and the jackets 17A and 17B, and includes a circulation pipe for circulating the heating medium oil. The methane gas generation device 100 includes a valve 9E for adjusting the amount of the heat transfer oil flowing out of the heat transfer oil tank 18 and a jacket in the pipeline between the heat transfer oil tank 18 and the jacket 17A. The pump 21 for pumping to 17A is provided. Further, the methane gas generator 100 includes a pressure controller 10B that controls the pressure of the heat transfer oil sent to the jacket 17A, a valve 9F, and a flow controller 11B that controls the flow rate of the heat transfer oil sent to the jacket 17A. .

また、メタンガス生成装置100は、熱媒油の循環管路の途中であってジャケット17Aの上流に、熱媒油の温度を計測し、ヒータ19を制御する温度指示調節器22Aを備える。また、メタンガス生成装置100は、熱媒油の循環管路の途中であってジャケット17Aとジャケット17Bとの間に温度計12Cを備える。   In addition, the methane gas generator 100 includes a temperature instruction controller 22A that measures the temperature of the heat transfer oil and controls the heater 19 in the middle of the heat transfer oil circulation pipe and upstream of the jacket 17A. Further, the methane gas generator 100 includes a thermometer 12C in the middle of the heat transfer oil circulation pipe and between the jacket 17A and the jacket 17B.

また、メタンガス生成装置100は、熱媒油の循環管路の途中であって、ジャケット17Bの下流に熱媒油を冷却させる熱媒油冷却器23を備える。熱媒油冷却器23は、例えばシェルアンドチューブ型熱交換器である。熱媒油冷却器23のシェル部分には、ジャケット17Bから流出した熱媒油が流入する。一方、熱媒油冷却器23のチューブ部分には、系外から冷却水が供給される。   Further, the methane gas generator 100 includes a heat medium oil cooler 23 that cools the heat medium oil in the middle of the heat medium oil circulation pipe and downstream of the jacket 17B. The heat medium oil cooler 23 is, for example, a shell and tube heat exchanger. The heat medium oil flowing out of the jacket 17B flows into the shell portion of the heat medium oil cooler 23. On the other hand, cooling water is supplied to the tube portion of the heat medium oil cooler 23 from outside the system.

また、メタンガス生成装置100は、熱媒油の循環管路の途中であって、ジャケット17Bと熱媒油冷却器23との間に、熱媒油の温度を計測する温度計12Dを備える。また、メタンガス生成装置100は、ジャケット17Bと熱媒油冷却器23との間の熱媒油の循環管路から分岐し、熱媒油冷却器23を経由せずに熱媒油タンク18と接続する分岐配管を備える。そして、メタンガス生成装置100は、当該分岐配管の途中に温度制御弁24を備える。また、メタンガス生成装置100は、熱媒油冷却器23と熱媒油タンク18との間を流れる熱媒油の温度を計測する温度計12Eと、温度計12Eによる計測値に基づき温度制御弁24の制御を行う温度指示調節器22Bを備える。温度制御弁24が制御されることにより、ジャケット17Bから流出した熱媒油のうち、熱媒油冷却器23を経由して熱媒油タンク18へ冷却されて戻る量と、熱媒油冷却器23を経由せずに熱媒油タンク18へ戻る量とが決定される。このようにして熱媒油の冷却量は調整される。   Further, the methane gas generator 100 includes a thermometer 12D that measures the temperature of the heat transfer oil between the jacket 17B and the heat transfer oil cooler 23 in the middle of the heat transfer oil circulation pipe. In addition, the methane gas generator 100 branches off from the heat medium oil circulation pipe between the jacket 17B and the heat medium oil cooler 23, and is connected to the heat medium oil tank 18 without passing through the heat medium oil cooler 23. Branch piping. The methane gas generator 100 includes a temperature control valve 24 in the middle of the branch pipe. Further, the methane gas generator 100 includes a thermometer 12E for measuring the temperature of the heat transfer oil flowing between the heat transfer oil cooler 23 and the heat transfer oil tank 18, and a temperature control valve 24 based on the measurement value of the thermometer 12E. Is provided with a temperature instruction controller 22B for controlling the temperature. By controlling the temperature control valve 24, the amount of the heat medium oil flowing out of the jacket 17B that is cooled back to the heat medium oil tank 18 via the heat medium oil cooler 23 and the heat medium oil cooler The amount that returns to the heat medium oil tank 18 without passing through 23 is determined. Thus, the cooling amount of the heat transfer oil is adjusted.

<生成フロー例>
次に、メタンガス生成装置100の動作によりメタンガスが生成されるフローの一例を説明する。メタンガスを生成するに当たって、図1に示されるヒータ19が起動される。そして、熱媒油タンク18内の熱媒油が加熱される。そして、弁9Eが開けられ、ポンプ21が起動される。このような動作により、熱媒油が、ジャケット17A、17Bへ循環させられる。熱媒油がジャケット17Aへ圧送される際の圧力は、圧力制御器10Bによって所望の値に制御される。また、熱媒油の循環流量は、流量制御器11Bによって所望の値に制御される。また、ヒータ19は、反応塔2A、2Bにおいて反応物の反応が進行する温度の近傍まで熱媒油タンク18内の熱媒油を加温するために、温度指示調節器22Aによる指示に基づき、制御される。このようにして、ジャケット17A、17Bには、所望の温度、圧力の熱媒油が循環することとなる。ここで、ジャケット17A、17Bに流入する熱媒油の所望の温度とは、式(1)のメタネーション反応が進行することのできる温度のことであり、例えば200℃程度である。また、熱媒油冷却器23のチューブ部分には、冷却水が供給される。また、チラー8と熱交換器3Dとの間には、冷却水が循環させられる。
<Example of generation flow>
Next, an example of a flow in which methane gas is generated by the operation of the methane gas generation device 100 will be described. In generating methane gas, the heater 19 shown in FIG. 1 is started. Then, the heat medium oil in the heat medium oil tank 18 is heated. Then, the valve 9E is opened, and the pump 21 is started. By such an operation, the heat medium oil is circulated to the jackets 17A and 17B. The pressure at which the heat transfer oil is pressure-fed to the jacket 17A is controlled to a desired value by the pressure controller 10B. Further, the circulation flow rate of the heat transfer oil is controlled to a desired value by the flow rate controller 11B. Further, the heater 19 is configured to heat the heat transfer oil in the heat transfer oil tank 18 to a temperature near the temperature at which the reaction of the reactants proceeds in the reaction towers 2A and 2B, based on an instruction from the temperature instruction controller 22A. Controlled. In this way, the heat medium oil at a desired temperature and pressure circulates in the jackets 17A and 17B. Here, the desired temperature of the heat transfer oil flowing into the jackets 17A and 17B is a temperature at which the methanation reaction of the formula (1) can proceed, for example, about 200 ° C. Cooling water is supplied to the tube portion of the heat medium oil cooler 23. Cooling water is circulated between the chiller 8 and the heat exchanger 3D.

図3は、上記のようにメタンガス生成装置100においてメタンガスの生成の準備がなされた後に、メタンガス生成装置100によりメタンガスが生成されるフローチャートの一例を示している。   FIG. 3 shows an example of a flowchart in which methane gas is generated by the methane gas generation device 100 after preparation for methane gas generation is performed in the methane gas generation device 100 as described above.

(ステップS101)
ステップS101では、二酸化炭素ガスと水素ガスとを含む反応物が、熱交換器3Aのシェル部分に流入させられる。そして、シェル部分に流入する二酸化炭素ガスと水素ガスとを含む反応物は、直線状に進行せず、熱交換器3Aの内壁30に当たることによって拡散されることとなる。よって、反応物は、混合撹拌することとなる。このように混合撹拌した反応物は、熱交換器3Aのシェル部分から流出し、熱交換器3Bのシェル部分へ流入する。そして上記の反応物は、同様にさらに混合撹拌し、反応器2Aへ流入する。
(Step S101)
In step S101, a reactant containing carbon dioxide gas and hydrogen gas is caused to flow into the shell of the heat exchanger 3A. Then, the reactant containing the carbon dioxide gas and the hydrogen gas flowing into the shell portion does not proceed linearly but is diffused by hitting the inner wall 30 of the heat exchanger 3A. Therefore, the reactants are mixed and stirred. The reaction product thus mixed and stirred flows out of the shell of the heat exchanger 3A and flows into the shell of the heat exchanger 3B. Then, the above-mentioned reactant is further mixed and stirred in the same manner, and flows into the reactor 2A.

(ステップS102)
ステップS102では、反応器2Aにおいて、流入した反応物のメタネーション反応が進行する。メタネーション反応の進行により、生成物としてメタンガスが生成される。ま
た、副生成物として水蒸気が生成される。メタネーション反応が進行している場合、メタネーション反応により生じた熱は、ジャケット17Aを流れる熱媒油に吸収される。すなわち、反応器2A内の温度の変動は抑制され、反応器2Aにおけるメタネーション反応は安定的に進行することとなる。
(Step S102)
In step S102, a methanation reaction of the inflowing reactant proceeds in the reactor 2A. As the methanation reaction proceeds, methane gas is generated as a product. In addition, steam is generated as a by-product. When the methanation reaction is in progress, the heat generated by the methanation reaction is absorbed by the heat transfer oil flowing through the jacket 17A. That is, the fluctuation of the temperature in the reactor 2A is suppressed, and the methanation reaction in the reactor 2A proceeds stably.

また、メタネーション反応により生じた熱の一部は、メタンガスと水蒸気を含む生成物と、未反応の反応物とを含む第1の生成物にも吸収される。すなわち、第1の生成物の温度は、反応器2Aへ流入する反応物の温度よりも高い状態となっている。そして、それら第1の生成物は、メタネーション反応により生じた圧力によって反応器2Aから流出し、熱交換器3Bのチューブ部分へ流入する。   Part of the heat generated by the methanation reaction is also absorbed by a first product including a product containing methane gas and water vapor and an unreacted reactant. That is, the temperature of the first product is higher than the temperature of the reactant flowing into the reactor 2A. Then, the first products flow out of the reactor 2A due to the pressure generated by the methanation reaction, and flow into the tube portion of the heat exchanger 3B.

(ステップS103)
ステップS103では、熱交換器3Bにおいて、第1の生成物と、反応器2Aへ送られる前の反応物とが熱交換する。熱交換器3Bのチューブ部分に流入した第1の生成物と、熱交換器3Bのシェル部分に流入した反応器2Aへ送られる前の反応物とが熱交換する。ここで、第1の生成物の温度は、反応器2Aへ送られる前の反応物の温度よりも高い状態となっている。よって、熱交換器3Bのシェル部分において、反応器2Aへ送られる前の反応物は、混合撹拌されつつも予熱されることとなる。
(Step S103)
In step S103, in the heat exchanger 3B, the first product and the reactant before being sent to the reactor 2A exchange heat. The first product that has flowed into the tube portion of the heat exchanger 3B exchanges heat with the reactant that has not flowed to the reactor 2A that has flowed into the shell portion of the heat exchanger 3B. Here, the temperature of the first product is higher than the temperature of the reactant before being sent to the reactor 2A. Therefore, in the shell portion of the heat exchanger 3B, the reactants before being sent to the reactor 2A are preheated while being mixed and stirred.

一方、熱交換器3Bのチューブ部分を流れる第1の生成物は反応物と熱交換することにより冷却させられる。そして、第1の生成物に含まれる水蒸気が冷却させられて凝縮水が発生する場合、発生した凝縮水は熱交換器3Bのチューブ部分の出口の底部に溜まる。そして、熱交換器3Bのチューブ部分の出口の底部に溜まった凝縮水は、排水弁5Bが開けられることにより、凝縮水タンク4Bへ流入する。凝縮水タンク4Bへ貯まった凝縮水の温度は、例えば100度以上である。また、熱交換器3Bのチューブ部分を流れる第1の生成物は、冷却後に熱交換器3Aのチューブ部分へ流入する。   On the other hand, the first product flowing through the tube portion of the heat exchanger 3B is cooled by exchanging heat with the reactant. When the water vapor contained in the first product is cooled to generate condensed water, the generated condensed water accumulates at the bottom of the outlet of the tube portion of the heat exchanger 3B. The condensed water accumulated at the bottom of the outlet of the tube portion of the heat exchanger 3B flows into the condensed water tank 4B by opening the drain valve 5B. The temperature of the condensed water stored in the condensed water tank 4B is, for example, 100 degrees or more. Further, the first product flowing through the tube portion of the heat exchanger 3B flows into the tube portion of the heat exchanger 3A after cooling.

(ステップS104)
ステップS105では、熱交換器3Bに加えて、熱交換器3Aにおいて、第1の生成物と、反応器2Aへ送られる前の反応物であって熱交換器3Bへ送られる前の反応物とが熱交換する。熱交換器3Aにおいて第1の生成物は、さらに冷却される。ここで、熱交換器3A、3Bの伝熱交換面積の合計は、チューブ部分を通過する生成物に含まれる水蒸気を水へと凝縮させる値である。よって、熱交換器3Aにおいては、第1の生成物に含まれる水蒸気が冷却させられて凝縮水が発生することとなる。そして、発生した凝縮水は熱交換器3Aのチューブ部分の出口の底部に溜まる。そして、熱交換器3Aのチューブ部分の出口の底部に溜まった凝縮水は、排水弁5Aが開けられることにより、凝縮水タンク4Aへ流入する。凝縮水タンク4Aへ貯まった凝縮水の温度は、例えば100度以上である。また、水蒸気は、熱交換器3Bから熱交換器3Aへと段階的に冷却されている。よって、凝縮水タンク4Aに貯まる凝縮水の温度は、凝縮水タンク4Bに貯まる凝縮水の温度よりも低下している。また、熱交換器3Aのシェル部分を通過する反応物は、反応物よりも温度の高い第1の生成物と熱交換するため、熱交換器3Bへ送られる前においても予熱されることとなる。
(Step S104)
In step S105, in addition to the heat exchanger 3B, in the heat exchanger 3A, the first product and the reactant before being sent to the reactor 2A and before being sent to the heat exchanger 3B Exchange heat. The first product is further cooled in the heat exchanger 3A. Here, the sum of the heat transfer exchange areas of the heat exchangers 3A and 3B is a value that condenses steam contained in the product passing through the tube portion into water. Therefore, in the heat exchanger 3A, the steam contained in the first product is cooled, and condensed water is generated. Then, the generated condensed water accumulates at the bottom of the outlet of the tube portion of the heat exchanger 3A. The condensed water accumulated at the bottom of the outlet of the tube portion of the heat exchanger 3A flows into the condensed water tank 4A by opening the drain valve 5A. The temperature of the condensed water stored in the condensed water tank 4A is, for example, 100 degrees or more. Further, the steam is gradually cooled from the heat exchanger 3B to the heat exchanger 3A. Therefore, the temperature of the condensed water stored in the condensed water tank 4A is lower than the temperature of the condensed water stored in the condensed water tank 4B. Further, the reactant passing through the shell portion of the heat exchanger 3A exchanges heat with the first product having a higher temperature than the reactant, so that the reactant is preheated even before being sent to the heat exchanger 3B. .

(ステップS105)
ステップS105では、熱交換器3Aのチューブ部分において冷却させられた第1の生成物が、熱交換器3Cのシェル部分へ流入する。そして、第1の生成物は、直線状に進行せず、熱交換器3Cの内壁30に当たることによって拡散されることとなる。よって、第1の生成物は、混合撹拌することとなる。その後、熱交換器3Cのシェル部分において混合撹拌された第1の生成物は、反応器2Bへ送られる。
(Step S105)
In step S105, the first product cooled in the tube part of the heat exchanger 3A flows into the shell part of the heat exchanger 3C. Then, the first product does not proceed linearly, but is diffused by hitting the inner wall 30 of the heat exchanger 3C. Therefore, the first product is mixed and stirred. Thereafter, the first product mixed and stirred in the shell portion of the heat exchanger 3C is sent to the reactor 2B.

ここで、熱交換器3A、3Bの伝熱交換面積の合計は、チューブ部分を通過する生成物に含まれる水蒸気を水へと凝縮させる値であるため、熱交換器3A又は3Bにおいて水蒸気の一部は、凝縮水として分離させられている。つまり、第1の生成物に含まれる未反応の反応物と生成物との関係は、水蒸気の分離により化学平衡状態では無くなっている。よって、反応器2Bへ送られた第1の生成物に含まれる未反応の反応物はメタネーション反応することとなる。   Here, since the sum of the heat transfer exchange areas of the heat exchangers 3A and 3B is a value for condensing the water vapor contained in the product passing through the tube portion into water, one of the heat exchanges in the heat exchanger 3A or 3B is performed. The parts are separated as condensed water. That is, the relationship between the unreacted reactant and the product contained in the first product is not in a chemical equilibrium state due to the separation of water vapor. Therefore, unreacted reactants contained in the first product sent to the reactor 2B undergo a methanation reaction.

(ステップS106)
ステップS106では、反応器2Bへ流入した第1の生成物に含まれる未反応の反応物から、メタネーション反応によりメタンガスがさらに生成される。また、メタネーション反応により生じた熱は、ジャケット17Bを流れる熱媒油に吸収される。すなわち、反応器2B内の温度の変動は抑制され、反応器2Bにおけるメタネーション反応は安定的に進行することとなる。
(Step S106)
In step S106, methane gas is further generated from the unreacted reactant contained in the first product flowing into the reactor 2B by a methanation reaction. The heat generated by the methanation reaction is absorbed by the heat transfer oil flowing through the jacket 17B. That is, the fluctuation of the temperature in the reactor 2B is suppressed, and the methanation reaction in the reactor 2B proceeds stably.

また、反応器2Bでは、生成物として新たにメタンガスが生成され、副生成物として水蒸気もさらに生成されることとなる。すなわち、反応器2Bには、第1の生成物と、反応器2Bにおいて新たに生成された生成物とを含む第2の生成物が存在することとなる。第2の生成物の温度は、発熱反応であるメタネーション反応により生じた熱の少なくとも一部を吸収し、反応器2Bへ流入する反応物(第1の生成物)の温度よりも高い状態となっている。そして、それら第2の生成物は、メタネーション反応により生じた圧力によって反応器2Bから流出し、熱交換器3Cのチューブ部分へ送られる。   In the reactor 2B, methane gas is newly generated as a product, and steam is further generated as a by-product. That is, the second product including the first product and the product newly generated in the reactor 2B exists in the reactor 2B. The temperature of the second product absorbs at least a part of the heat generated by the exothermic methanation reaction and is higher than the temperature of the reactant (first product) flowing into the reactor 2B. Has become. Then, these second products flow out of the reactor 2B due to the pressure generated by the methanation reaction, and are sent to the tube portion of the heat exchanger 3C.

また、反応熱を吸収した熱媒油の少なくとも一部は、ジャケット17Bから流出し、熱媒油冷却器23のシェル部分へ流入することとなる。熱媒油冷却器23では、熱媒油は、冷却水と熱交換し、冷却される。そして、冷却された熱媒油は、熱媒油タンク18へ戻される。また、温度指示調節器22Bにより熱媒油冷却器23から熱媒油タンク18へ戻される熱媒油の温度が計測される。そして、計測された温度に基づき、温度制御弁24が制御される。つまり、温度制御弁24が制御されることにより、ジャケット17Bから熱媒油冷却器23へ流入する量と、ジャケット17Bから熱媒油冷却器23を経由せずに熱媒油タンクへ直接戻される熱媒油の量とのバランスが調整される。このようにして、循環する熱媒油の温度の変動は抑制される。また、反応物の供給が開始され反応がはじまった後は反応熱が放熱量を上回るためヒータ19は運転が停止されてもよい。ヒータ19の運転が停止される場合、加熱量に使用するエネルギーは節減される。   At least a portion of the heat transfer oil that has absorbed the reaction heat flows out of the jacket 17B and flows into the shell portion of the heat transfer oil cooler 23. In the heat medium oil cooler 23, the heat medium oil exchanges heat with cooling water and is cooled. Then, the cooled heat medium oil is returned to the heat medium oil tank 18. The temperature of the heat transfer oil returned from the heat transfer oil cooler 23 to the heat transfer oil tank 18 is measured by the temperature instruction controller 22B. Then, the temperature control valve 24 is controlled based on the measured temperature. In other words, by controlling the temperature control valve 24, the amount of heat flowing from the jacket 17 </ b> B to the heat medium oil cooler 23 and the flow directly from the jacket 17 </ b> B to the heat medium oil tank without passing through the heat medium oil cooler 23. The balance with the amount of the heat transfer oil is adjusted. In this way, fluctuations in the temperature of the circulating heat transfer oil are suppressed. Further, after the supply of the reactant is started and the reaction is started, the operation of the heater 19 may be stopped since the reaction heat exceeds the heat radiation amount. When the operation of the heater 19 is stopped, the energy used for the heating amount is reduced.

(ステップS107)
ステップS107では、第1の生成物よりも温度の高い第2の生成物が熱交換器3Cのチューブ部分へ流入する。一方で、熱交換器3Cのシェル部分には、反応器2Bへ流入する前の第1の生成物が流入している。すなわち、熱交換器3Cにおいて第1の生成物と第2の生成物とが熱交換することとなる。熱交換器3Cにおいて、第1の生成物と第2の生成物とが熱交換することにより、第1の生成物が予熱され、第2の生成物が冷却されることとなる。
(Step S107)
In Step S107, the second product having a higher temperature than the first product flows into the tube portion of the heat exchanger 3C. On the other hand, the first product before flowing into the reactor 2B flows into the shell portion of the heat exchanger 3C. That is, the first product and the second product exchange heat in the heat exchanger 3C. In the heat exchanger 3C, heat exchange between the first product and the second product preheats the first product and cools the second product.

(ステップS108)
ステップS108では、熱交換器3Cにおいて冷却された第2の生成物は、熱交換器3Dのシェル部分へ送られる。熱交換器3Dにおいては、第2の生成物は、チューブ部分を流れる冷却水によって、さらに冷却される。ここで、熱交換器3Dは、シェル部分を通過する第2の生成物に含まれる水蒸気を水へと凝縮可能な伝熱交換面積を有している。つまり、熱交換器3Dにおいて第2の生成物に含まれる水蒸気の多くが凝縮水となり、熱交換器3Dのシェル部分の底部に溜まる。そして、熱交換器3Dのシェル部分の底部に溜まった凝縮水は、排水弁5Cが開けられることにより、凝縮水タンク4Cへ流入する。凝縮水
タンク4Cへ貯まった凝縮水の温度は、例えば100度以上である。
(Step S108)
In step S108, the second product cooled in the heat exchanger 3C is sent to the shell part of the heat exchanger 3D. In the heat exchanger 3D, the second product is further cooled by the cooling water flowing through the tube portion. Here, the heat exchanger 3D has a heat transfer area capable of condensing steam contained in the second product passing through the shell portion into water. That is, in the heat exchanger 3D, most of the water vapor contained in the second product becomes condensed water and accumulates at the bottom of the shell portion of the heat exchanger 3D. Then, the condensed water accumulated at the bottom of the shell portion of the heat exchanger 3D flows into the condensed water tank 4C by opening the drain valve 5C. The temperature of the condensed water stored in the condensed water tank 4C is, for example, 100 degrees or more.

また、熱交換器3Dのシェル部分において冷却された第2の生成物には、熱交換器3Dが水蒸気を水へと凝縮させる伝熱交換面積を有するため、水蒸気がほぼ含まれていない。また、第2の生成物に残存する未反応の反応物は、反応器2Bにおけるメタネーション反応によって、ほぼ無くなっている。よって、熱交換器3Dのシェル部分から流出したメタンガスは、製品ガスとして系外へ供給され得る。メタンガスが製品ガスとして系外へ供給される場合、On−Off弁15Aが閉じられ、On−Off弁15Bが開けられる。また、メタンガス生成装置100は、熱交換器3Dのシェル部分から流出したメタンガスを、パージ装置50へ送り、メタンガスに混合する微量の不純物をパージさせることもできる。メタンガスがパージ装置50へ送られてパージされる場合、On−Off弁15Aが開けられ、On−Off弁15Bが閉じられる。   In addition, the second product cooled in the shell portion of the heat exchanger 3D contains almost no steam because the heat exchanger 3D has a heat transfer area for condensing steam into water. Unreacted reactants remaining in the second product are almost eliminated by the methanation reaction in the reactor 2B. Therefore, the methane gas flowing out of the shell portion of the heat exchanger 3D can be supplied to the outside as a product gas. When methane gas is supplied to the outside of the system as a product gas, the On-Off valve 15A is closed and the On-Off valve 15B is opened. Further, the methane gas generator 100 can also send the methane gas flowing out of the shell part of the heat exchanger 3D to the purge device 50 to purge a small amount of impurities mixed with the methane gas. When the methane gas is sent to the purge device 50 to be purged, the On-Off valve 15A is opened and the On-Off valve 15B is closed.

<作用・効果>
上記のようなメタンガス生成装置100であれば、熱交換器3A、3Bにおいて、反応器2Aに流入するメタネーション反応前の反応物は予熱される。また、熱交換器3Cにおいて、反応器2Bに流入する第1の生成物は予熱される。よって、反応器2A、2Bにおいてメタネーション反応は、促進される。
<Action and effect>
In the methane gas generator 100 as described above, the reactants before the methanation reaction flowing into the reactor 2A are preheated in the heat exchangers 3A and 3B. In the heat exchanger 3C, the first product flowing into the reactor 2B is preheated. Therefore, the methanation reaction is promoted in the reactors 2A and 2B.

また、反応器2Aにおいて生成されたメタンガスは、熱交換器3A、3B、3C、3Dにおいて冷却される。そして、熱交換器3A、3B、3C、3Dにおいてメタンガスに含まれる水蒸気が凝縮されて排水される場合、メタンガスの飽和蒸気圧は低下する。すなわち、メタンガスの取り扱いは容易となる。   The methane gas generated in the reactor 2A is cooled in the heat exchangers 3A, 3B, 3C, 3D. When the steam contained in the methane gas is condensed and discharged in the heat exchangers 3A, 3B, 3C and 3D, the saturated vapor pressure of the methane gas decreases. That is, handling of methane gas becomes easy.

また、熱交換器3A、3Bでは、反応器2Aにおいてメタネーション反応が行われる前の反応物と、メタネーション反応により生成されるメタンガスを含む第1の生成物とが熱交換することにより、反応物の予熱と第1の生成物の冷却が実現されている。また、熱交換器3Cでは、反応器2Bにおいてメタネーション反応が行われる前の反応物(第1の生成物に含まれる未反応の反応物)と、メタネーション反応により生成されるメタンガスを含む第2の生成物とが熱交換することにより、反応物の予熱と第2の生成物の冷却が実現されている。つまり、上記のようなメタンガス生成装置100は、反応物の予熱、及びメタンガスを含む生成物の冷却のために夫々別個の熱交換器を設けていない。よって、上記のようなメタンガス生成装置100であれば、反応物の予熱、及びメタンガスの冷却のためのエネルギーを節減することができる。すなわち、上記のようなメタンガス生成装置100は、メタンガスの生成効率を向上させることができる。また、上記のようなメタンガス生成装置100であれば、反応物の予熱と生成物の冷却とを別々に行う場合に比べてメタンガス生成装置をコンパクトにすることができる。   Further, in the heat exchangers 3A and 3B, the reactant before the methanation reaction is performed in the reactor 2A and the first product containing the methane gas generated by the methanation reaction exchange heat, so that the reaction is performed. Preheating of the product and cooling of the first product are realized. Further, in the heat exchanger 3C, a reactant before the methanation reaction is performed in the reactor 2B (an unreacted reactant included in the first product) and a methane gas including a methane gas generated by the methanation reaction The heat exchange between the second product and the second product realizes the preheating of the reactant and the cooling of the second product. That is, the methane gas generator 100 as described above does not include separate heat exchangers for preheating the reactants and cooling the products containing methane gas. Therefore, the methane gas generator 100 as described above can save energy for preheating the reactants and cooling the methane gas. That is, the methane gas generator 100 as described above can improve the methane gas generation efficiency. Further, with the methane gas generator 100 as described above, the methane gas generator can be made more compact than in the case where preheating of a reactant and cooling of a product are performed separately.

また、反応物の予熱、及びメタンガスを含む生成物の冷却のために夫々別個の熱交換器が設けられる場合、反応物量が変動すると、反応物量の変動前と比較して反応物の予熱後の温度は変動することなる。よって、反応物の予熱後の温度の変動を抑制するためには、反応物と熱交換する熱媒体の流量を反応物量に応じて制御する必要がある。また、生成物量が変動した場合にも、同様に、生成物量の変動前と比較して生成物の冷却後の温度は変動することなる。よって、生成物の冷却後の温度の変動を抑制するためには、生成物と熱交換する熱媒体の流量を生成物量に応じて制御する必要がある。しかしながら、上記のようなメタンガス生成装置100であれば、熱交換器3A、3Bへ流入する反応物量が変動した場合、反応器2Aから流出して熱交換器3A、3Bへ流入し、反応物と熱交換する第1の生成物の量は、当該反応物量に従って変動することとなる。すなわち、熱交換器3A、3Bへ流入する反応物量が変動した場合であっても、熱交換器3A、3Bにおいて反応物と熱交換する第1の生成物の流量を反応物量に応じて制御しなくとも、自律的に反応物
の予熱後の温度の変動は抑制される。
Also, if separate heat exchangers are provided for preheating the reactants and cooling the product containing methane gas, respectively, if the amount of the reactants fluctuates, the amount of the reactants after the preheating of the reactants compared to before the amount of the reactants changes. The temperature will fluctuate. Therefore, in order to suppress the fluctuation in the temperature of the reactant after preheating, it is necessary to control the flow rate of the heat medium that exchanges heat with the reactant according to the amount of the reactant. Also, when the amount of the product fluctuates, similarly, the temperature after cooling the product fluctuates compared to before the fluctuation of the amount of the product. Therefore, in order to suppress the fluctuation of the temperature after cooling the product, it is necessary to control the flow rate of the heat medium that exchanges heat with the product according to the amount of the product. However, with the methane gas generator 100 as described above, when the amount of reactants flowing into the heat exchangers 3A and 3B fluctuates, the reactants flow out of the reactor 2A and flow into the heat exchangers 3A and 3B, and react with the reactants. The amount of the first product that exchanges heat will vary according to the amount of the reactants. That is, even when the amount of reactants flowing into the heat exchangers 3A and 3B fluctuates, the flow rate of the first product that exchanges heat with the reactants in the heat exchangers 3A and 3B is controlled according to the amount of reactants. At least, the fluctuation of the temperature after the preheating of the reactant is suppressed autonomously.

また、熱交換器3A、3Bから流出する第1の生成物量が変動した場合であっても、同様に、熱交換器3A、3Bにおいて第1の生成物と熱交換する反応物の流量を第1の生成物量に応じて制御しなくとも、自律的に第1の生成物の冷却後の温度の変動は抑制される。すなわち、反応物の予熱の変動の抑制や第1の生成物の冷却の変動の抑制ための構成が不要である。また、熱交換器3Cにおいても同様のことが言え、第1の生成物の予熱の変動の抑制や第2の生成物の冷却の変動の抑制ための構成が不要である。   Even when the amount of the first product flowing out of the heat exchangers 3A and 3B fluctuates, the flow rate of the reactant that exchanges heat with the first product in the heat exchangers 3A and 3B is similarly reduced. Even if the control is not performed in accordance with the amount of the first product, the temperature fluctuation of the first product after cooling is suppressed autonomously. That is, there is no need for a configuration for suppressing fluctuations in preheating of the reactant and fluctuations in cooling of the first product. The same can be said for the heat exchanger 3C, and there is no need for a configuration for suppressing fluctuations in preheating of the first product and fluctuations in cooling of the second product.

また、上記のようなメタンガス生成装置100であれば、反応物は、熱交換器3A、3Bにおいて、シェルアンドチューブ型熱交換器のシェル部分を通過する。よって、シェル部分の内壁30に反応物が当たることによって反応物が拡散される。すなわち、反応物の混合撹拌が促進される。よって、熱交換器3A、3Bにおいて予熱され、混合撹拌された反応物が流入する反応器2Aにおいて、メタネーション反応は促進される。   In the methane gas generator 100 as described above, the reactants pass through the shell portions of the shell and tube heat exchangers in the heat exchangers 3A and 3B. Therefore, the reactant is diffused when the reactant hits the inner wall 30 of the shell portion. That is, the mixing and stirring of the reactants is promoted. Therefore, the methanation reaction is promoted in the reactor 2A into which the reactants preheated and mixed and stirred in the heat exchangers 3A and 3B flow.

また、熱交換器3Cにおいても、シェルアンドチューブ型熱交換器のシェル部分を第1の生成物は通過する。そして、熱交換器3Cは、熱交換器3A、3Bと同タイプの熱交換器である。よって、熱交換器3Cのシェル部分の内壁30に反応物があたることによって第1の生成物が拡散される。よって、第1の生成物の混合撹拌は促進される。よって、熱交換器3Cにおいて予熱され、混合撹拌された第1の生成物が流入する反応器2Bにおいて、メタネーション反応は促進される。すなわち、メタネーション反応の促進のために、熱交換器3A、3B、3Cの他に新たな機器を設け、反応物の混合撹拌を行わずに済む。よって、メタンガスの生成効率は向上する。また、メタンガス生成装置100のコンパクト化も実現される。   Also in the heat exchanger 3C, the first product passes through the shell of the shell-and-tube heat exchanger. The heat exchanger 3C is the same type of heat exchanger as the heat exchangers 3A and 3B. Therefore, the first product is diffused when the reactant hits the inner wall 30 of the shell portion of the heat exchanger 3C. Therefore, mixing and stirring of the first product is promoted. Therefore, the methanation reaction is promoted in the reactor 2B into which the first product that has been preheated and mixed and stirred in the heat exchanger 3C flows. That is, in order to promote the methanation reaction, new equipment is provided in addition to the heat exchangers 3A, 3B, and 3C, and the mixing and stirring of the reactants can be omitted. Therefore, methane gas generation efficiency is improved. Further, the methane gas generator 100 can be made compact.

また、反応器2A、2Bから流出した第1の生成物及び第2の生成物は、反応器2A、2B内の圧力を受けて、夫々熱交換器3A、3B、3Cのチューブ部分を通過する。すなわち、第1の生成物及び第2の生成物が熱交換器3A、3B、3Cを通過するためのポンプや圧縮機などの圧送手段を新たに設けずに済む。すなわち、第1の生成物及びよって、圧送に要する動力を節減でき、省エネルギー化は実現される。   Further, the first and second products flowing out of the reactors 2A and 2B receive the pressure in the reactors 2A and 2B and pass through the tube portions of the heat exchangers 3A, 3B and 3C, respectively. . That is, it is not necessary to newly provide pumping means such as a pump and a compressor for passing the first product and the second product through the heat exchangers 3A, 3B, and 3C. That is, the power required for the first product and the pumping can be reduced, and energy saving can be realized.

また、上記のようなメタンガス生成装置100であれば、熱交換器3A、3Bの伝熱交換面積の合計は、チューブ部分を通過する第1の生成物に含まれる水蒸気を水へと凝縮させる値である。よって、熱交換器3A、3Bにおいて、生成物に含まれる水蒸気の少なくとも一部は、水へと凝縮させられる。つまり、水蒸気は、容易にメタンガスから分離される。よって、メタンガスの純度を容易に高めることができる。   In the methane gas generator 100 as described above, the sum of the heat transfer exchange areas of the heat exchangers 3A and 3B is a value that condenses water vapor contained in the first product passing through the tube portion into water. It is. Therefore, in the heat exchangers 3A and 3B, at least a part of the steam contained in the product is condensed into water. That is, steam is easily separated from methane gas. Therefore, the purity of methane gas can be easily increased.

また、上記のようなメタンガス生成装置100であれば、反応器2Aから流出する第1の生成物には、未反応の反応物が含まれている。そして、メタネーション反応は、可逆反応である。つまり、第1の生成物に含まれる未反応の反応物と、第1の生成物に含まれるメタンガス及び水蒸気とは化学平衡状態の関係にある。ここで、熱交換器3A又は熱交換器3Bにおいて水蒸気が第1の生成物から分離される場合、当該化学平衡状態の関係が変化する。つまり、第1の生成物に含まれる未反応の反応物とメタンガス及び水蒸気との関係は、水蒸気の分離により化学平衡状態の関係ではなくなっている。よって、熱交換器3A、3Bを通過し、反応器2Bへ送られた第1の生成物は、それに含まれる未反応物の反応物がメタネーション反応することとなる。つまり、第1の生成物に含まれる未反応の反応物からメタンガスが再度生成されることとなる。すなわち、第1の生成物に含まれる未反応の反応物の割合が減り、第1の生成物に含まれるメタンガスの割合が増える。すなわち、上記のようなメタンガス生成装置100であれば、生成されるメタンガスの純度は高まることとなる。   In the methane gas generator 100 as described above, the first product flowing out of the reactor 2A contains an unreacted reactant. And the methanation reaction is a reversible reaction. That is, the unreacted reactant contained in the first product is in a chemical equilibrium state with the methane gas and water vapor contained in the first product. Here, when steam is separated from the first product in the heat exchanger 3A or the heat exchanger 3B, the relationship of the chemical equilibrium state changes. That is, the relationship between the unreacted reactant contained in the first product, the methane gas, and the water vapor is no longer in a chemical equilibrium state due to the separation of the water vapor. Therefore, the first product that has passed through the heat exchangers 3A and 3B and sent to the reactor 2B undergoes a methanation reaction of the unreacted reactant contained therein. That is, methane gas is generated again from unreacted reactants contained in the first product. That is, the proportion of unreacted reactants contained in the first product decreases, and the proportion of methane gas contained in the first product increases. That is, with the methane gas generator 100 as described above, the purity of the generated methane gas is increased.

また、上記のメタンガス生成装置100では、熱交換器3Cにおいて熱交換器3Bから流出した第1の生成物を再度予熱し、混合撹拌した後に、反応器2Bへ送っている。よって、反応器2Bにおけるメタネーション反応は促進され、メタンガス生成効率は向上することとなる。   In the methane gas generator 100, the first product that has flowed out of the heat exchanger 3B in the heat exchanger 3C is preheated again, mixed and stirred, and then sent to the reactor 2B. Therefore, the methanation reaction in the reactor 2B is promoted, and the methane gas generation efficiency is improved.

また、熱交換器3Aにおいて凝縮水が第1の生成物から分離され、熱交換器3Aから排水される場合、第1の生成物全体の熱容量は低下することとなる。換言すれば、第1の生成物は、凝縮水が分離される前と比較して速やかに冷却可能となる。よって、上記のような直列に接続された熱交換器3A、3Bでは、熱交換器3Aの伝熱交換面積を縮小し、熱交換器3Aをコンパクトにすることができる。   Further, when the condensed water is separated from the first product in the heat exchanger 3A and discharged from the heat exchanger 3A, the heat capacity of the entire first product is reduced. In other words, the first product can be cooled more quickly than before the condensed water is separated. Therefore, in the heat exchangers 3A and 3B connected in series as described above, the heat exchange area of the heat exchanger 3A can be reduced, and the heat exchanger 3A can be made compact.

また、上記のようなメタンガス生成装置100は、熱交換器3A、3Bの両方において凝縮水が発生する場合、凝縮水タンク4A、4Bにおいて温度の異なる凝縮水が貯められることとなる。そして、これら温度の異なる凝縮水を再利用すれば省エネルギー化は実現される。凝縮水の再利用の一例としては、パージ装置50が、メタンガスを透過させ、メタンガスに含まれる不純物を透過させない膜を備える装置である場合、膜を透過する前のメタンガスを加温するために使用されることが挙げられる。このようなメタンガス生成装置100であれば、膜に流入するメタンガスが結露することは抑制され、パージ装置50の運用に影響が及ぶことは抑制される。   When condensed water is generated in both the heat exchangers 3A and 3B, the condensed water having different temperatures is stored in the condensed water tanks 4A and 4B. If the condensed water having different temperatures is reused, energy saving can be realized. As an example of the reuse of the condensed water, when the purge device 50 is a device provided with a membrane that allows methane gas to pass therethrough and does not allow impurities contained in the methane gas to pass, it is used to heat the methane gas before passing through the membrane. It is mentioned that it is done. With such a methane gas generation device 100, dew condensation of the methane gas flowing into the film is suppressed, and influence on the operation of the purge device 50 is suppressed.

なお、上記の実施形態において反応物の供給圧力が充分であれば、圧縮機の断熱圧縮による原料物の加温などは不要である。   In the above embodiment, if the supply pressure of the reactant is sufficient, it is not necessary to heat the raw material by adiabatic compression of the compressor.

<変形例1>
上記のメタンガス生成装置100では、熱交換器3A、3Bにおいて凝縮水が発生する場合、発生した凝縮水は、熱交換器3A、3Bから排水されている。しかし、熱交換器3A、3Bにおいて凝縮水が発生した場合であっても、発生した凝縮水は熱交換器3A、3Bから排水されなくともよい。メタンガス生成装置100Aは、熱交換器3A、3Bのチューブ部分の出口の底部と連通する凝縮水タンク4A、4B及び排水弁5A、5Bを備えていない点でメタンガス生成装置100と構成が異なる。
<Modification 1>
In the methane gas generator 100 described above, when condensed water is generated in the heat exchangers 3A and 3B, the generated condensed water is drained from the heat exchangers 3A and 3B. However, even when condensed water is generated in the heat exchangers 3A and 3B, the generated condensed water does not have to be drained from the heat exchangers 3A and 3B. The configuration of the methane gas generator 100A is different from that of the methane gas generator 100 in that the methane gas generator 100A does not include the condensed water tanks 4A and 4B and the drain valves 5A and 5B that communicate with the bottoms of the outlets of the tube portions of the heat exchangers 3A and 3B.

ここで、メタンガス生成装置100Aのように、凝縮水の排水手段を備えず、熱交換器を2台直列に並べる場合の反応物と生成物との熱交換効率について検証を行った。図4は、熱交換器を2つ直列に並べた場合(以下、(A)という)の、反応物の流量あたりの伝熱交換面積に対する、熱交換器から流出する反応物の温度と熱交換器へ流入する反応物の温度との差が例示されている。また、図4には、熱交換器を1つ設けた場合(以下、(B)という)の、反応物の流量あたりの伝熱交換面積に対する、熱交換器から流出する反応物の温度と熱交換器へ流入する反応物の温度との差も例示されている。   Here, the heat exchange efficiency between the reactant and the product when two heat exchangers were arranged in series without providing the drainage means for the condensed water as in the methane gas generator 100A was verified. FIG. 4 shows the temperature and heat exchange of the reactant flowing out of the heat exchanger with respect to the heat exchange area per flow rate of the reactant when two heat exchangers are arranged in series (hereinafter referred to as (A)). The difference from the temperature of the reactants entering the vessel is illustrated. FIG. 4 shows the temperature and heat of the reactant flowing out of the heat exchanger with respect to the heat exchange area per reactant flow rate when one heat exchanger is provided (hereinafter referred to as (B)). The difference from the temperature of the reactants entering the exchanger is also illustrated.

また、図5は、(A)の構成の概要、及び(B)の構成の概要の一例を示している。図5に示されるように、(A)は、メタンガス生成装置100Aに設けられる熱交換器3A、3B、及び反応塔1Aから形成される。そして、熱交換器3Aのシェル部分、及び熱交換器3Bのシェル部分にメタネーション反応前の反応物が流入する。そして、熱交換器3Aのチューブ部分、及び熱交換器3Bのチューブ部分にメタネーション反応後の生成物が流入する。   FIG. 5 shows an example of an outline of the configuration of FIG. 5A and an example of an outline of the configuration of FIG. As shown in FIG. 5, (A) is formed from heat exchangers 3A and 3B provided in methane gas generator 100A and reaction tower 1A. Then, the reactant before the methanation reaction flows into the shell part of the heat exchanger 3A and the shell part of the heat exchanger 3B. Then, the product after the methanation reaction flows into the tube portion of the heat exchanger 3A and the tube portion of the heat exchanger 3B.

また、図4に示される、反応物の流量あたりの伝熱交換面積は、熱交換器3Aの伝熱交換面積と熱交換器3Bの伝熱交換面積との和である。また、図4に示される、熱交換器に流出入する反応物の温度差は、熱交換器3Bのシェル部分から流出する反応物の温度(T
1A)から、熱交換器3Aのシェル部分へ流入する反応物の温度(T2A)を差し引いた値である。
Further, the heat exchange area per flow rate of the reactant shown in FIG. 4 is the sum of the heat exchange area of the heat exchanger 3A and the heat exchange area of the heat exchanger 3B. Further, the temperature difference between the reactants flowing into and out of the heat exchanger shown in FIG. 4 is based on the temperature of the reactant flowing from the shell portion of the heat exchanger 3B (T
This is a value obtained by subtracting the temperature (T2A) of the reactant flowing into the shell portion of the heat exchanger 3A from 1A).

一方、(B)は、1つの熱交換器3Eおよび反応塔1Aから形成される。そして、熱交換器3Eのシェル部分にメタネーション反応前の反応物が流入する。そして、熱交換器3Eのチューブ部分にメタネーション反応後の生成物が流入する。また、図4に示される、反応物の流量あたりの伝熱交換面積は、熱交換器3Eの伝熱交換面積のことである。また、図4に示される、熱交換器に流出入する反応物の温度差は、熱交換器3Eのシェル部分から流出する反応物の温度(T1B)から、熱交換器3Eのシェル部分へ流入する前の反応物の温度(T2B)を差し引いた値である。   On the other hand, (B) is formed from one heat exchanger 3E and reaction tower 1A. Then, the reactant before the methanation reaction flows into the shell portion of the heat exchanger 3E. Then, the product after the methanation reaction flows into the tube portion of the heat exchanger 3E. The heat transfer area per flow rate of the reactant shown in FIG. 4 is the heat transfer area of the heat exchanger 3E. The temperature difference between the reactants flowing into and out of the heat exchanger shown in FIG. 4 is based on the temperature (T1B) of the reactants flowing out of the shell part of the heat exchanger 3E and flowing into the shell part of the heat exchanger 3E. This is a value obtained by subtracting the temperature (T2B) of the reactant before the reaction.

図4に示されるように、(A)の場合は、反応物の流量あたりの熱交換器の伝熱交換面積に関わらず、(B)の場合よりも熱交換器に流出入する反応物の温度差は大きい結果となっている。すなわち、熱交換器を2台直列に並べる構成は、熱交換器が1台設けられる構成よりも熱交換効率が向上することが確認された。また、熱交換器を2台直列に並べる構成は、凝縮水を排水する排水手段を備えていなくとも熱交換効率が向上することが確認された。換言すれば、(A)の場合は、熱交換器を小型化し、熱交換器の熱交換面積を縮小した場合であっても、(B)の場合と同等の、反応物の予熱効果や生成物の冷却効果を得ることができると言える。よって、(A)の場合は、装置全体をコンパクトにすることができる。図4、図5の検証結果から、メタンガス生成装置100Aは、熱交換器3A、3Bを小型化することにより、熱交換器が1台の構成の場合よりもメタンガス生成装置全体をコンパクトにすることができると言える。さらに、メタンガス生成装置100Aは、装置全体をコンパクトにしつつも、熱交換器が1台の構成の場合と同等の熱交換効率を実現することができると言える。   As shown in FIG. 4, in the case of (A), regardless of the heat exchange area of the heat exchanger per flow rate of the reactant, the amount of the reactant flowing into and out of the heat exchanger is higher than in the case of (B). The temperature difference is a large result. That is, it has been confirmed that the configuration in which two heat exchangers are arranged in series has higher heat exchange efficiency than the configuration in which one heat exchanger is provided. In addition, it was confirmed that the configuration in which two heat exchangers were arranged in series improved the heat exchange efficiency even without a drainage unit for draining condensed water. In other words, in the case of (A), even if the heat exchanger is downsized and the heat exchange area of the heat exchanger is reduced, the same preheating effect and generation of the reactant as in (B) are obtained. It can be said that a cooling effect of the object can be obtained. Therefore, in the case of (A), the entire device can be made compact. From the verification results of FIGS. 4 and 5, the methane gas generator 100 </ b> A can reduce the size of the heat exchangers 3 </ b> A and 3 </ b> B to make the entire methane gas generator more compact than in the case of a single heat exchanger. It can be said that it can be done. Further, it can be said that the methane gas generator 100A can realize the same heat exchange efficiency as that in the case of a single heat exchanger, while making the entire apparatus compact.

<変形例2>
また、メタンガス生成装置は、熱交換器3A、3Bの代替として1台の熱交換器を備えてもよい。図6は、熱交換器3A、3Bの代替として熱交換器3Fを備えるメタンガス生成装置100Bの概要の一例を示している。熱交換器3Fのシェル部分には、図示しないが熱交換器3Aと同様に、シェル部分の入口から出口へ向かって、互い違いに配置された内壁を備える。そして、熱交換器3Fのシェル部分には、反応器2Aへ送られる反応物が流入する。一方、熱交換器3Fのチューブ部分には、反応器2Aから流出した第1の生成物が流入する。つまり、熱交換器3Fにおいて反応器2Aへ送られる反応物と第1の生成物とが熱交換する。そして、反応器2Aへ送られる反応物が予熱され、また第1の生成物が冷却される。また、反応物は、熱交換器3Fのシェル部分において混合撹拌される。
<Modification 2>
Further, the methane gas generator may include one heat exchanger as an alternative to the heat exchangers 3A and 3B. FIG. 6 shows an example of the outline of a methane gas generator 100B including a heat exchanger 3F as an alternative to the heat exchangers 3A and 3B. Although not shown, the shell portion of the heat exchanger 3F includes, similarly to the heat exchanger 3A, inner walls arranged alternately from the inlet to the outlet of the shell portion. And the reactant sent to the reactor 2A flows into the shell part of the heat exchanger 3F. On the other hand, the first product flowing out of the reactor 2A flows into the tube portion of the heat exchanger 3F. That is, in the heat exchanger 3F, the reactant sent to the reactor 2A and the first product exchange heat. Then, the reactant sent to the reactor 2A is preheated, and the first product is cooled. The reactants are mixed and stirred in the shell part of the heat exchanger 3F.

上記のようなメタンガス生成装置100であれば、熱交換器3Fにおいて、反応器2Aに流入するメタネーション反応前の反応物は予熱される。また、熱交換器3Cにおいて、反応器2Bに流入する第1の生成物は予熱される。よって、反応器2A、2Bにおいてメタネーション反応は、促進される。   In the methane gas generator 100 as described above, the reactant before the methanation reaction flowing into the reactor 2A is preheated in the heat exchanger 3F. In the heat exchanger 3C, the first product flowing into the reactor 2B is preheated. Therefore, the methanation reaction is promoted in the reactors 2A and 2B.

また、反応器2Aにおいて生成されたメタンガスは、熱交換器3F、3C、3Dにおいて冷却される。また、反応器2Bにおいて生成されたメタンガスは、熱交換器3C、3Dにおいて冷却される。そして、熱交換器3F、3C、3Dにおいてメタンガスに含まれる水蒸気が凝縮されて排水される場合、メタンガスの飽和蒸気圧は低下する。すなわち、メタンガスの取り扱いは容易となる。   Further, the methane gas generated in the reactor 2A is cooled in the heat exchangers 3F, 3C, 3D. Further, the methane gas generated in the reactor 2B is cooled in the heat exchangers 3C and 3D. When the steam contained in the methane gas is condensed and discharged in the heat exchangers 3F, 3C, and 3D, the saturated vapor pressure of the methane gas decreases. That is, handling of methane gas becomes easy.

また、熱交換器3Fでは、反応器2Aにおいてメタネーション反応が行われる前の反応物と、メタネーション反応により生成されるメタンガスを含む第1の生成物とが熱交換することにより、反応物の予熱と第1の生成物の冷却が実現されている。また、熱交換器3
Cでは、反応器2Bにおいてメタネーション反応が行われる前の反応物(第1の生成物に含まれる未反応の反応物)と、メタネーション反応により生成されるメタンガスを含む第2の生成物とが熱交換することにより、反応物の予熱と第2の生成物の冷却が実現されている。つまり、上記のようなメタンガス生成装置100Bは、反応物の予熱、及びメタンガスを含む生成物の冷却のために夫々別個の熱交換器を設けていない。よって、上記のようなメタンガス生成装置100Bであれば、反応物の予熱、及びメタンガスの冷却のためのエネルギーを節減することができる。すなわち、上記のようなメタンガス生成装置100Bは、メタンガスの生成効率を向上させることができる。また、上記のようなメタンガス生成装置100Bであれば、反応物の予熱と生成物の冷却とを別々に行う場合に比べてメタンガス生成装置をコンパクトにすることができる。
Further, in the heat exchanger 3F, the reactant before the methanation reaction is performed in the reactor 2A and the first product containing methane gas generated by the methanation reaction exchange heat, so that the reactant Preheating and cooling of the first product are realized. In addition, heat exchanger 3
In C, the reactant (the unreacted reactant contained in the first product) before the methanation reaction is performed in the reactor 2B and the second product containing methane gas generated by the methanation reaction Heat exchange achieves preheating of the reactants and cooling of the second product. That is, the methane gas generator 100B as described above does not include separate heat exchangers for preheating the reactant and cooling the product containing methane gas. Therefore, the methane gas generator 100B as described above can save energy for preheating the reactants and cooling the methane gas. That is, the methane gas generator 100B as described above can improve the methane gas generation efficiency. Further, with the methane gas generator 100B as described above, the methane gas generator can be made more compact than in the case where the preheating of the reactant and the cooling of the product are performed separately.

また、反応物の予熱、及びメタンガスを含む生成物の冷却のために夫々別個の熱交換器が設けられる場合、反応物量が変動すると、反応物量の変動前と比較して反応物の予熱後の温度は変動することなる。よって、反応物の予熱後の温度の変動を抑制するためには、反応物と熱交換する熱媒体の流量を反応物量に応じて制御する必要がある。また、生成物量が変動した場合にも、同様に、生成物量の変動前と比較して生成物の冷却後の温度も変動することなる。よって、生成物の冷却後の温度の変動を抑制するためには、生成物と熱交換する熱媒体の流量を生成物量に応じて制御する必要がある。しかしながら、上記のようなメタンガス生成装置100Bであれば、熱交換器3Fへ流入する反応物量が変動した場合、反応器2Aから流出して熱交換器3Fへ流入し、反応物と熱交換する第1の生成物の量は、当該反応物量に従って変動することとなる。すなわち、熱交換器3Fへ流入する反応物量が変動した場合であっても、熱交換器3Fにおいて反応物と熱交換する第1の生成物の流量を反応物量に応じて制御しなくとも、反応物の予熱後の温度の変動は自律的に抑制される。   Also, if separate heat exchangers are provided for preheating the reactants and cooling the product containing methane gas, respectively, if the amount of the reactants fluctuates, the amount of the reactants after the preheating of the reactants compared to before the amount of the reactants changes. The temperature will fluctuate. Therefore, in order to suppress the fluctuation in the temperature of the reactant after preheating, it is necessary to control the flow rate of the heat medium that exchanges heat with the reactant according to the amount of the reactant. Further, even when the amount of the product fluctuates, the temperature after cooling the product fluctuates similarly as compared to before the fluctuation of the amount of the product. Therefore, in order to suppress the fluctuation of the temperature after cooling the product, it is necessary to control the flow rate of the heat medium that exchanges heat with the product according to the amount of the product. However, in the case of the methane gas generator 100B as described above, when the amount of the reactant flowing into the heat exchanger 3F fluctuates, the reactant flows out of the reactor 2A and flows into the heat exchanger 3F to exchange heat with the reactant. The amount of one product will vary according to the amount of the reactants. That is, even when the amount of reactant flowing into the heat exchanger 3F fluctuates, the reaction can be performed without controlling the flow rate of the first product that exchanges heat with the reactant in the heat exchanger 3F according to the amount of reactant. Fluctuations in temperature after preheating of the object are suppressed autonomously.

また、熱交換器3Fから流出する第1の生成物量が変動した場合であっても、熱交換器3Fにおいて第1の生成物と熱交換する反応物の流量を第1の生成物量に応じて制御しなくとも、第1の生成物の冷却後の温度の変動は自律的に抑制される。すなわち、反応物の予熱の変動の抑制や第1の生成物の冷却の変動の抑制ための構成が不要である。また、熱交換器3Cにおいても同様のことが言え、第1の生成物の予熱の変動の抑制や第2の生成物の冷却の変動の抑制ための構成が不要である。   Also, even when the amount of the first product flowing out of the heat exchanger 3F fluctuates, the flow rate of the reactant that exchanges heat with the first product in the heat exchanger 3F is changed according to the first product amount. Even without control, fluctuations in the temperature of the first product after cooling are autonomously suppressed. That is, there is no need for a configuration for suppressing fluctuations in preheating of the reactant and fluctuations in cooling of the first product. The same can be said for the heat exchanger 3C, and there is no need for a configuration for suppressing fluctuations in preheating of the first product and fluctuations in cooling of the second product.

また、上記のようなメタンガス生成装置100Bであれば、反応物は、熱交換器3Fにおいて、シェルアンドチューブ型熱交換器のシェル部分を通過する。よって、シェル部分の互い違いに設けられた内壁に反応物が当たることによって反応物が拡散される。よって、反応物の混合撹拌が促進される。よって、熱交換器3Fにおいて予熱され、混合撹拌された反応物が流入する反応器2Aにおいて、メタネーション反応は促進される。同様にして、熱交換器3Cにおいて、シェルアンドチューブ型熱交換器のシェル部分を第1の生成物は通過する。よって、第1の生成物の混合撹拌は促進される。よって、熱交換器3Cにおいて予熱され、混合撹拌された第1の生成物が流入する反応器2Bにおいて、メタネーション反応は促進される。すなわち、メタネーション反応の促進のために、熱交換器3F、3Cの他に新たな機器を設け、反応物の混合撹拌を行わずに済む。よって、メタンガスの生成効率は向上する。また、メタンガス生成装置100Bのコンパクト化も実現される。   In the case of the methane gas generator 100B as described above, the reactant passes through the shell of the shell and tube heat exchanger in the heat exchanger 3F. Therefore, the reactant is diffused when the reactant hits the alternately provided inner walls of the shell portion. Thus, mixing and stirring of the reactants is promoted. Therefore, the methanation reaction is promoted in the reactor 2A into which the reactant preheated and mixed and stirred in the heat exchanger 3F flows. Similarly, in the heat exchanger 3C, the first product passes through the shell portion of the shell-and-tube heat exchanger. Therefore, mixing and stirring of the first product is promoted. Therefore, the methanation reaction is promoted in the reactor 2B into which the first product that has been preheated and mixed and stirred in the heat exchanger 3C flows. That is, in order to promote the methanation reaction, new equipment is provided in addition to the heat exchangers 3F and 3C, and it is not necessary to mix and stir the reactants. Therefore, methane gas generation efficiency is improved. In addition, the methane gas generator 100B can be downsized.

また、反応器2A、2Bから流出した第1の生成物及び第2の生成物は、反応器2A、2B内の圧力を受けて、夫々熱交換器3F、3Cのチューブ部分を通過する。すなわち、第1の生成物及び第2の生成物が熱交換器3F、3Cを通過するためのポンプや圧縮機などの手段を新たに設けずに済む。よって、圧送に要する動力を節減でき、省エネルギー化は実現される。   The first product and the second product flowing out of the reactors 2A and 2B receive the pressure in the reactors 2A and 2B and pass through the tube portions of the heat exchangers 3F and 3C, respectively. That is, it is not necessary to newly provide a means such as a pump or a compressor for allowing the first product and the second product to pass through the heat exchangers 3F and 3C. Therefore, the power required for pumping can be reduced, and energy saving can be achieved.

また、上記のようなメタンガス生成装置100Bであれば、反応器2Aから流出する第1の生成物には、未反応の反応物が含まれている。そして、メタネーション反応は、可逆反応である。つまり、第1の生成物に含まれる未反応の反応物と、第1の生成物に含まれるメタンガス及び水蒸気とは化学平衡状態の関係にある。ここで、熱交換器3Fにおいて水蒸気が第1の生成物から分離される場合、当該化学平衡状態の関係が変化する。つまり、第1の生成物に含まれる未反応の反応物とメタンガス及び水蒸気との関係は、水蒸気の分離により化学平衡状態の関係ではなくなっている。よって、熱交換器3Cを通過し、反応器2Bへ送られた第1の生成物は、それに含まれる未反応物の反応物がメタネーション反応することとなる。つまり、第1の生成物に含まれる未反応の反応物からメタンガスが再度生成されることとなる。すなわち、第1の生成物に含まれる未反応の反応物の割合が減り、第1の生成物に含まれるメタンガスの割合が増える。すなわち、上記のようなメタンガス生成装置100Bであれば、生成されるメタンガスの純度は高まることとなる。   In the methane gas generator 100B as described above, the first product flowing out of the reactor 2A contains an unreacted reactant. And the methanation reaction is a reversible reaction. That is, the unreacted reactant contained in the first product is in a chemical equilibrium state with the methane gas and water vapor contained in the first product. Here, when steam is separated from the first product in the heat exchanger 3F, the relationship of the chemical equilibrium state changes. That is, the relationship between the unreacted reactant contained in the first product, the methane gas, and the water vapor is no longer in a chemical equilibrium state due to the separation of the water vapor. Therefore, the first product sent to the reactor 2B after passing through the heat exchanger 3C undergoes a methanation reaction of the unreacted reactant contained therein. That is, methane gas is generated again from unreacted reactants contained in the first product. That is, the proportion of unreacted reactants contained in the first product decreases, and the proportion of methane gas contained in the first product increases. That is, with the methane gas generator 100B as described above, the purity of the generated methane gas is increased.

また、上記のメタンガス生成装置100Bでは、熱交換器3Cにおいて熱交換器3Bから流出した第1の生成物を再度予熱し、混合撹拌した後に、反応器2Bへ送っている。よって、反応器2Bにおけるメタネーション反応は促進され、メタンガス生成効率は向上することとなる。   In the methane gas generator 100B, the first product that has flowed out of the heat exchanger 3B in the heat exchanger 3C is preheated again, mixed and stirred, and then sent to the reactor 2B. Therefore, the methanation reaction in the reactor 2B is promoted, and the methane gas generation efficiency is improved.

また、熱交換器3Fの伝熱交換面積は、0.005[m/(L/min)]以上であってもよい。図7は、反応物の流量あたりの熱交換器3Fの伝熱交換面積に対する熱交換器3Fから流出した第1の生成物の温度の一例を示している。また、図7は、熱交換器3Fのチューブ内の圧力が、熱交換器3Fのチューブ内の定格圧力(0.4MPaG)の場合、定格圧力よりも低い大気圧の場合、そして、定格圧力よりも高い0.7MPaGの計3つの異なる場合の夫々について、第1の生成物の温度がプロットされている。また、図8は、圧力に対する水の沸点の一例を示している。図7、図8より、熱交換器3Fの伝熱交換面積が、0.005[m/(L/min)]以上であれば、熱交換器3Fのチューブ内の圧力に関わらず、水蒸気は凝縮水へと変化することが分かる。よって、上記のようなメタンガス生成装置100Bであれば、多くの凝縮水が発生することとなる。よって、発生した凝縮水を熱交換器3Fから排出し、第1の生成物に含まれる未反応の反応物のメタネーション反応を促進させることができる。よって、メタンガスを高純度化することができる。また、得られた凝縮水をメタンガス生成装置100のように再利用し、省エネルギー化を実現することもできる。 Further, the heat transfer exchange area of the heat exchanger 3F may be 0.005 [m 2 / (L / min)] or more. FIG. 7 shows an example of the temperature of the first product flowing out of the heat exchanger 3F with respect to the heat exchange area of the heat exchanger 3F per flow rate of the reactant. FIG. 7 shows the case where the pressure in the tube of the heat exchanger 3F is the rated pressure (0.4 MPaG) in the tube of the heat exchanger 3F, the atmospheric pressure lower than the rated pressure, and The first product temperature is plotted for each of the three different cases of 0.7 MPaG, which is also higher. FIG. 8 shows an example of the boiling point of water with respect to pressure. 7 and 8, if the heat transfer exchange area of the heat exchanger 3F is 0.005 [m 2 / (L / min)] or more, regardless of the pressure in the tube of the heat exchanger 3F, steam Turns into condensed water. Therefore, with the methane gas generator 100B as described above, a large amount of condensed water is generated. Therefore, the generated condensed water can be discharged from the heat exchanger 3F, and the methanation reaction of the unreacted reactant contained in the first product can be promoted. Therefore, methane gas can be highly purified. Further, the obtained condensed water can be reused like the methane gas generator 100 to realize energy saving.

また、上記の熱交換器3A、3Bでは、シェル部分を反応物が通過し、チューブ部分を第1の生成物が通過しているが、シェル部分を第1の生成物が通過し、チューブ部分を反応物が通過してもよい。そして、このような場合、凝縮水タンク4A、4Bは、熱交換器3A、3Bのシェル部分の底部と夫々連通するように設けられる。   In the above heat exchangers 3A and 3B, the reactant passes through the shell portion and the first product passes through the tube portion. However, the first product passes through the shell portion and the tube portion. The reactants may pass through. In such a case, the condensed water tanks 4A and 4B are provided so as to communicate with the bottoms of the shell portions of the heat exchangers 3A and 3B, respectively.

また、上記のようなメタンガス生成装置では、反応塔が2つ設けられているが、反応塔の個数は何個でもよい。また、熱媒油は、水などの他の熱媒体でもよい。また、熱媒油冷却器23へ供給される冷却水は、チラー8から供給されてもよい。   Further, in the methane gas generator as described above, two reaction towers are provided, but the number of reaction towers may be any number. The heat medium oil may be another heat medium such as water. The cooling water supplied to the heat medium oil cooler 23 may be supplied from the chiller 8.

以上で開示した実施形態や変形例はそれぞれ組み合わせる事ができる。   The embodiments and modifications disclosed above can be combined with each other.

1A、1B・・反応塔;2A、2B・・反応器;3A、3B、3C、3D、3E、3F・・熱交換器;4A、4B、4C・・凝縮水タンク;5A、5B、5C・・排水弁;6A、6B、6C・・調整弁;7A、7B、7C・・弁制御装置;8・・チラー;9A、9B、9C、9D、9E、9F・・弁;10A、10B・・圧力制御器;11A、11B・・流
量制御器;12A、12B、12C、12D、12E・・温度計;13・・圧力指示調節器;14・・圧力制御弁;15A、15B・・On−Off弁;16・・バルブ付きダンプナー;17A、17B・・ジャケット;18・・熱媒油タンク;19・・ヒータ;20・・弁制御装置;21・・ポンプ;22A、22B・・温度指示調節器;23・・熱媒油冷却器;24・・温度制御弁;30・・内壁;50・・パージ装置;100、100A、100B・・メタンガス生成装置
1A, 1B ··· reaction tower; 2A, 2B · · · reactor; 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F · · · heat exchanger; 4A, 4B, 4C · · · condensed water tank; 5A, 5B, 5C ·・ Drainage valve; 6A, 6B, 6C ・ ・ Regulatory valve; 7A, 7B, 7C ・ ・ Valve control device; 8 ・ ・ Chiller; 9A, 9B, 9C, 9D, 9E, 9F ・ ・ Valve; Pressure controllers; 11A, 11B, flow rate controllers; 12A, 12B, 12C, 12D, 12E, thermometers; 13, pressure regulators; 14, pressure control valves; 15A, 15B, On-Off Valve: 16 ··· Dampener with valve; 17A, 17B ··· Jacket; 18 ··· Heat medium oil tank; 19 ··· Heater; 20 ··· Valve control device; 21 ··· Pump; 22A, 22B ··· Temperature controller 23..Heat medium oil cooler; 24..Temperature control valve 30 ... internal wall; 50 · purge device; 100, 100A, 100B ... methane gas generator

Claims (7)

メタネーション反応によってメタンガスを生成するメタンガス生成装置であって、
二酸化炭素と水素とを含む反応物を発熱反応させ、メタンガスと水蒸気とを含む生成物であって反応物よりも温度の高い生成物を生成させる反応部と、
前記反応部へ送られる反応物と前記反応部から流出した生成物とを熱交換させることにより、前記反応部へ送られる反応物を予熱し、前記反応部から流出した生成物を冷却する熱交換器と、を備える、
メタンガス生成装置。
A methane gas generator that generates methane gas by a methanation reaction,
A reaction unit that causes a reactant containing carbon dioxide and hydrogen to generate an exothermic reaction and generates a product containing methane gas and water vapor and having a higher temperature than the reactant,
By exchanging heat between the reactant sent to the reaction section and the product flowing out of the reaction section, heat exchange to preheat the reactant sent to the reaction section and cool the product flowing out of the reaction section And a container,
Methane gas generator.
前記熱交換器は、シェルアンドチューブ型熱交換器であり、
反応物は、前記シェルアンドチューブ型熱交換器のシェル部分を通過し、
生成物は、前記シェルアンドチューブ型熱交換器のチューブ部分を通過する、
請求項1に記載のメタンガス生成装置。
The heat exchanger is a shell and tube type heat exchanger,
The reactant passes through a shell portion of the shell and tube heat exchanger,
The product passes through a tube portion of the shell and tube heat exchanger,
The methane gas generator according to claim 1.
前記熱交換器は、前記反応部へ送られる反応物と前記反応部から流出した生成物の水蒸気とを熱交換させることにより、前記反応部から流出した生成物の水蒸気を凝縮可能な伝熱交換面積を有する、
請求項1又は2に記載のメタンガス生成装置。
The heat exchanger exchanges heat between a reactant sent to the reaction section and water vapor of a product flowing out of the reaction section, so that heat exchange capable of condensing water vapor of a product flowing out of the reaction section can be performed. Having an area,
The methane gas generator according to claim 1.
前記熱交換器は、複数個直列に接続される、
請求項1から3のうち何れか1項に記載のメタンガス生成装置。
A plurality of the heat exchangers are connected in series,
The methane gas generator according to any one of claims 1 to 3.
前記複数個直列に接続される熱交換器の夫々において凝縮させられた水分を排水する排水手段をさらに備える、
請求項4に記載のメタンガス生成装置。
Drainage means for draining water condensed in each of the plurality of heat exchangers connected in series,
The methane gas generator according to claim 4.
前記複数個直列に接続される熱交換器の合計の伝熱交換面は、水蒸気を水へと凝縮させる面積を有する、
請求項4又は5に記載のメタンガス生成装置。
The total heat transfer surface of the plurality of heat exchangers connected in series has an area for condensing water vapor into water,
The methane gas generator according to claim 4.
メタネーション反応によってメタンガスを生成するメタンガス生成方法であって、
二酸化炭素と水素とを含む反応物を発熱反応させ、メタンガスと水蒸気とを含む生成物であって反応物よりも温度の高い生成物を生成させる反応工程と、
前記反応工程へ送られる反応物と前記反応工程において生成された生成物とを熱交換させることにより、前記反応工程へ送られる反応物を予熱し、前記反応工程において生成された生成物を冷却する熱交換工程と、を含む、
メタンガス生成方法。
A methane gas generation method for generating methane gas by a methanation reaction,
A reaction step of causing an exothermic reaction of a reactant containing carbon dioxide and hydrogen to produce a product containing methane gas and water vapor and having a higher temperature than the reactant,
By performing heat exchange between the reactant sent to the reaction step and the product generated in the reaction step, the reactant sent to the reaction step is preheated, and the product generated in the reaction step is cooled. A heat exchange step;
Methane gas generation method.
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