JP2022152517A

JP2022152517A - Methane production equipment

Info

Publication number: JP2022152517A
Application number: JP2021055318A
Authority: JP
Inventors: 勝悟佐山; Shogo Sayama; 征治山本; Seiji Yamamoto; 隆太神谷; Ryuta Kamiya; 哲治永田; Tetsuji Nagata; 伸光堀部; Nobumitsu Horibe; 佳道山本; Yoshimichi Yamamoto
Original assignee: Toyota Industries Corp; Denso Corp; Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc; Aisin Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Denso Corp; Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc; Aisin Corp
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2022-10-12

Abstract

To change a flow volume of produced methane more quickly according to an increase and a decrease of a gaseous starting material including H2 and CO2 to be supplied to a reactor.SOLUTION: Methane production equipment comprises: a reactor housing a catalyst for producing methane from carbon dioxide and hydrogen as a gaseous starting material; a heat carrier supply unit which is connected to the reactor and supplies to the reactor, a heat carrier to be used for heat exchange with the catalyst; and a flow volume control unit controlling a flow volume of the gaseous starting material and a flow volume of the heat carrier to be supplied to the reactor. When the flow volume control unit increases the flow volume of the gaseous starting material from a current flow volume to a first flow volume and increases the flow volume of the heat carrier from a current flow volume to a second flow volume, the flow volume control unit finishes increasing of the flow volume of the gaseous starting material during the period of time that flow volume of the heat carrier changes from the current flow volume to the second flow volume.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、メタン製造装置に関する。 The present invention relates to a methane production device.

工場などから排出される混合ガスに含まれる二酸化炭素（ＣＯ₂）からメタンを製造するメタン製造装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたメタン製造装置は、メタネーション反応によりメタンを生成するプレ反応部と、プレ反応部から排出される混合ガスを用いてメタンを生成する主反応部と、を備えている。この炭化水素製造装置では、プレ反応部がメタンを生成することにより、プレ反応部がない装置と比較して、プレ反応部と主反応部との間に配置されて混合ガスを貯蔵する貯蔵部の容積を小さくできる。 BACKGROUND ART A methane production apparatus is known that produces methane from carbon dioxide (CO ₂ ) contained in a mixed gas discharged from a factory or the like (see, for example, Patent Document 1). The methane production apparatus described in Patent Document 1 includes a pre-reaction section that produces methane through a methanation reaction, and a main reaction section that produces methane using a mixed gas discharged from the pre-reaction section. . In this hydrocarbon production apparatus, the pre-reaction section produces methane, so that compared to an apparatus without a pre-reaction section, the storage section is arranged between the pre-reaction section and the main reaction section to store the mixed gas. volume can be reduced.

特開２０２０－１６４４２４号公報JP 2020-164424 A

反応器は、供給されるＣＯ₂と水素（Ｈ₂）とを含む原料ガスの流量変化に応じて、生成するメタンの量が変化する。反応器内でのメタンの生成量が変化すると、メタネーション反応による反応器内でのメタン化触媒の発熱量が変化する。メタン化触媒の発熱量変化により、メタン化触媒の温度がメタネーション反応を行うための適度な温度範囲を外れてしまうと、メタネーション反応の反応率が低下するおそれがある。場合によっては、反応が失活して、反応器内でメタンを生成できないおそれがある。しかしながら、この課題に対して、特許文献１に記載された装置は、反応器に供給される原料ガスの流量変化に対するメタン生成の反応率低下について考慮されていない。 In the reactor, the amount of methane produced changes according to the change in the flow rate of the supplied raw material gas containing CO ₂ and hydrogen (H ₂ ). When the amount of methane produced in the reactor changes, the calorific value of the methanation catalyst in the reactor due to the methanation reaction changes. If the temperature of the methanation catalyst deviates from an appropriate temperature range for conducting the methanation reaction due to changes in the calorific value of the methanation catalyst, the reaction rate of the methanation reaction may decrease. In some cases, the reaction may be deactivated and unable to produce methane in the reactor. However, in regard to this problem, the apparatus described in Patent Document 1 does not take into consideration the decrease in the reaction rate of methane production with respect to the change in the flow rate of the raw material gas supplied to the reactor.

本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、反応器に供給されるＨ₂とＣＯ₂とを含む原料ガスの増減に合わせて、生成するメタンの流量をより早く変化させることを目的とする。 The present invention has been made to solve at least part of the above-described problems, and the flow rate of methane to be produced is adjusted according to the increase or decrease in the raw material gas containing H ₂ and CO ₂ supplied to the reactor. The goal is to change faster.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現できる。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can be implemented as the following modes.

（１）本発明の一形態によれば、メタン製造装置が提供される。このメタン製造装置は、原料ガスとしての二酸化炭素と水素とからメタンを生成する触媒を収容する反応器と、前記反応器に接続され、前記触媒との熱交換に用いられる熱媒体を前記反応器に供給する熱媒体供給部と、前記反応器に供給される前記原料ガスの流量と前記熱媒体の流量とを制御する流量制御部と、を備え、前記流量制御部は、前記原料ガスの流量を現流量から第１流量へと増加させると共に、前記熱媒体の流量を現流量から第２流量へと増加させる場合に、前記熱媒体の流量が現流量から前記第２流量へと変化している間に、前記原料ガスの増加を完了させる。 (1) According to one aspect of the present invention, a methane production apparatus is provided. This methane production apparatus includes a reactor containing a catalyst for producing methane from carbon dioxide and hydrogen as raw material gases, and a heat medium connected to the reactor and used for heat exchange with the catalyst. and a flow control unit for controlling the flow rate of the raw material gas and the heat medium supplied to the reactor, wherein the flow control unit controls the flow rate of the raw material gas is increased from the current flow rate to the first flow rate and the flow rate of the heat medium is increased from the current flow rate to the second flow rate, the flow rate of the heat medium changes from the current flow rate to the second flow rate The increase of the raw material gas is completed during this period.

この構成によれば、反応器内の触媒のメタネーション反応が失活することを抑制した上で、反応器での生成が要求されるメタンの生成量により速く変化させる。これにより、本構成によれば、要求されるメタンの生成量への追従性を向上させることができる。 According to this configuration, the deactivation of the methanation reaction of the catalyst in the reactor is suppressed, and the production amount of methane required to be produced in the reactor is changed more rapidly. As a result, according to this configuration, it is possible to improve the followability to the required production amount of methane.

（２）上記形態のメタン製造装置において、前記流量制御部は、前記熱媒体の流量の増加を完了させるまでの時間を、前記原料ガスの流量の増加を完了させるまでの時間の１０倍よりも大きくしてもよい。
この構成によれば、原料ガスの流量の増加完了から熱媒体の流量の増加までに十分な時間がある。すなわち、反応器内の触媒の温度が充分に上昇してから熱媒体の流量の増加が完了するため、反応器内の触媒のメタネーション反応が失活をより抑制できる。 (2) In the methane production apparatus of the above aspect, the flow rate control unit sets the time required for completing the increase in the flow rate of the heat medium to be longer than 10 times the time required for completing the increase in the flow rate of the raw material gas. You can make it bigger.
According to this configuration, there is sufficient time from the completion of the increase in the flow rate of the raw material gas to the increase in the flow rate of the heat medium. That is, since the increase in the flow rate of the heat medium is completed after the temperature of the catalyst in the reactor has sufficiently increased, deactivation of the methanation reaction of the catalyst in the reactor can be further suppressed.

（３）上記形態のメタン製造装置において、前記流量制御部が、前記熱媒体の流量を現流量から前記第２流量へと増加させる場合の、前記熱媒体の流量の変更速さの絶対値を第１絶対値としたとき、前記流量制御部は、前記原料ガスの流量を現流量から第３流量へと減少させると共に、前記熱媒体の流量を現流量から前記第４流量へと減少させる場合に、前記熱媒体の流量の変更速さの絶対値である第２絶対値を、前記第１絶対値よりも大きくしてもよい。
反応器へと供給される原料ガスの流量が減少する場合には、触媒における触媒活性域が広い状態から狭くなる。そのため、反応器へと供給される熱媒の流量が瞬時に低下しても、触媒におけるメタネーション反応の反応率が低下しない。これにより、熱媒の流量減少時の変更速さの絶対値が、流量増加時の変更速さの絶対値よりも大きくなることにより、要求されるメタン生成量が減少する場合に、メタネーション反応を失活させずに、さらに追従性を向上させることができる。 (3) In the methane production apparatus of the above aspect, the absolute value of the rate of change of the flow rate of the heat medium when the flow control unit increases the flow rate of the heat medium from the current flow rate to the second flow rate is When the first absolute value is set, the flow rate control unit reduces the flow rate of the raw material gas from the current flow rate to the third flow rate, and reduces the flow rate of the heat medium from the current flow rate to the fourth flow rate. Further, a second absolute value, which is an absolute value of the change speed of the flow rate of the heat medium, may be larger than the first absolute value.
When the flow rate of the raw material gas supplied to the reactor decreases, the catalytic activity region of the catalyst narrows from a wide state. Therefore, even if the flow rate of the heat medium supplied to the reactor drops instantaneously, the reaction rate of the methanation reaction in the catalyst does not drop. As a result, the absolute value of the change speed when the flow rate of the heat medium decreases becomes larger than the absolute value of the change speed when the flow rate increases, so that when the required methane production amount decreases, the methanation reaction Followability can be further improved without deactivating .

（４）上記形態のメタン製造装置において、前記流量制御部は、前記第２絶対値を、前記第１絶対値の１０倍よりも大きくしてもよい。
この構成によれば、要求されるメタン生成量が減少する場合に、メタン生成量が増加する場合と比較して、速やかに熱媒体の流量の減少が完了する。そのため、本構成によれば、メタネーション反応の失活を抑制した上で追従性を向上させることができる。 (4) In the methane production apparatus of the above aspect, the flow control section may make the second absolute value larger than ten times the first absolute value.
According to this configuration, when the required methane production amount decreases, the reduction of the flow rate of the heat medium is completed more quickly than when the methane production amount increases. Therefore, according to this configuration, it is possible to improve the followability while suppressing deactivation of the methanation reaction.

（５）上記形態のメタン製造装置において、さらに、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出部を備え、前記流量制御部は、前記触媒温度検出部により検出された前記触媒の温度を用いて、前記原料ガスの流量を増加させる場合の前記熱媒体の流量の変更速さを決定してもよい。
この構成によれば、触媒温度検出部により検出された触媒の温度により、触媒中の触媒活性域の位置が特定される。特定された触媒活性域の位置に応じて、熱媒体の流量の変更速さが制御されることにより、触媒のメタネーション反応が失活することを抑制した上で、より速く熱媒体の流量増加を完了できる。 (5) The methane production apparatus of the above aspect further includes a catalyst temperature detection unit that detects the temperature of the catalyst, and the flow rate control unit uses the temperature of the catalyst detected by the catalyst temperature detection unit to A change speed of the flow rate of the heat medium may be determined when the flow rate of the source gas is increased.
According to this configuration, the position of the catalyst active region in the catalyst is specified by the temperature of the catalyst detected by the catalyst temperature detector. By controlling the change speed of the flow rate of the heat medium according to the position of the specified catalytic activity area, the deactivation of the methanation reaction of the catalyst is suppressed, and the flow rate of the heat medium is increased more quickly. can be completed.

（６）上記形態のメタン製造装置において、前記反応器は、一方の端面から前記原料ガスが供給されて、他方の端面からメタンを含むガスが排出される管状を有し、前記流量制御部は、前記触媒温度検出部により前記触媒の温度が検出される位置が、前記反応器内に収容された前記触媒のうちの前記一方の端面側である場合には、検出された前記触媒の温度が高いほど、前記熱媒体の流量を増加させる場合の流量の変更速さを増加させ、前記触媒温度検出部により前記触媒の温度が検出される位置が、前記反応器内に収容された前記触媒のうちの前記他方の端面側である場合には、検出された前記触媒の温度が高いほど、前記熱媒体の流量を増加させる場合の流量の変更速さを低下させてもよい。
この構成によれば、反応器内の触媒体のうち一方の端面側の温度が検出されている場合には、触媒活性域が触媒中の他方の端面側に後退するものの、メタネーション反応の失活は抑制できる。これにより、熱媒体の流量の増加完了までの時間を短くでき、要求されるメタンの生成量への追従性がさらに向上する。また、反応器内の触媒体のうち他方の端面側の温度が検出されている場合には、熱媒体の流量の変更速さが減少することにより、触媒活性域が触媒中の他方の端面側から一方の端面側へと回復して、メタネーション反応の失活が抑制される。 (6) In the methane production apparatus of the above aspect, the reactor has a tubular shape to which the raw material gas is supplied from one end face and the gas containing methane is discharged from the other end face, and the flow rate control section is , when the position where the temperature of the catalyst is detected by the catalyst temperature detection unit is the one end face side of the catalyst accommodated in the reactor, the detected temperature of the catalyst is The higher the temperature, the higher the flow rate change speed when the flow rate of the heat medium is increased. In the case of the other end face side, the higher the detected temperature of the catalyst, the lower the flow rate change speed when increasing the flow rate of the heat medium.
According to this configuration, when the temperature of one end face of the catalyst body in the reactor is detected, the catalytic activity region recedes toward the other end face of the catalyst, but the methanation reaction is lost. activity can be suppressed. As a result, the time required to complete the increase in the flow rate of the heat medium can be shortened, and the followability to the required production amount of methane is further improved. Further, when the temperature of the other end face side of the catalyst body in the reactor is detected, the rate of change in the flow rate of the heat medium is reduced, so that the catalytic active region of the other end face side of the catalyst to one end face side, and deactivation of the methanation reaction is suppressed.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、メタン製造装置、メタン製造システム、メタン製造方法、メタン製造装置の制御方法、これら装置や方法を実行するためのコンピュータプログラム、このコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、コンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。 It should be noted that the present invention can be implemented in various aspects, such as a methane production device, a methane production system, a methane production method, a control method for a methane production device, and a computer program for executing these devices and methods. , a server device for distributing the computer program, a non-temporary storage medium storing the computer program, or the like.

本発明の一実施形態としてのメタン製造装置の概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram of a methane production device as one embodiment of the present invention; FIG. メタンの生成流量と制御部による制御との関係についての説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the relationship between the flow rate of methane generation and control by a control unit; 原料ガスと熱媒とにおける流量の時間変化を示すグラフである。4 is a graph showing temporal changes in the flow rates of the raw material gas and the heat medium. 第１反応器内の触媒における各種寸法についての説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of various dimensions of the catalyst in the first reactor; 触媒がメタネーション反応を生じさせる触媒活性域についての説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a catalytic active region in which a catalyst causes a methanation reaction; メタン生成量の要求が変更されてからのメタン濃度の時間推移を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing temporal changes in methane concentration after a request for the amount of methane produced is changed; FIG. 熱媒の流量の増加完了までの時間と触媒の温度との関係についての説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the relationship between the time required to complete the increase in the flow rate of the heat medium and the temperature of the catalyst; 熱媒の流量の増加完了までの時間と触媒の温度との関係についての説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the relationship between the time required to complete the increase in the flow rate of the heat medium and the temperature of the catalyst; 熱媒の流量の増加完了までの時間と触媒の温度との関係についての説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the relationship between the time required to complete the increase in the flow rate of the heat medium and the temperature of the catalyst; メタン製造方法のフローチャートである。It is a flow chart of a methane production method. 温度センサが検出する触媒の位置についての説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the position of the catalyst detected by the temperature sensor;

＜実施形態＞
１．メタン製造装置の構成：
図１は、本発明の一実施形態としてのメタン製造装置１００の概略ブロック図である。メタン製造装置１００は、反応器１０，２０内で二酸化炭素（ＣＯ₂）と水素（Ｈ₂）とを含む原料ガスにメタネーション反応を生じさせることにより、生成ガスとしてのメタン（ＣＨ₄）を製造する。反応器１０，２０には、メタネーション反応を生じさせる触媒１１，２１との熱交換に用いられる熱媒体（以降、単に「熱媒」とも呼ぶ）が供給されている。本実施形態のメタン製造装置１００では、反応器１０，２０内に供給される原料ガスの流量変化に応じて熱媒の流量が制御されることにより、反応器１０，２０内で生成されるメタンの生成量を原料ガスの流量変化に合わせてより早く変化させる。 <Embodiment>
1. Configuration of methane production equipment:
FIG. 1 is a schematic block diagram of a methane production device 100 as one embodiment of the present invention. The methane production apparatus 100 produces methane (CH ₄ ) as a product gas by causing a methanation reaction in a raw material gas containing carbon dioxide (CO ₂ ) and hydrogen (H ₂ ) in reactors 10 and 20 . manufacture. The reactors 10 and 20 are supplied with a heat medium (hereinafter simply referred to as "heat medium") used for heat exchange with the catalysts 11 and 21 that cause the methanation reaction. In the methane production apparatus 100 of the present embodiment, the flow rate of the heat medium is controlled according to the change in the flow rate of the raw material gas supplied into the reactors 10 and 20, so that the methane produced in the reactors 10 and 20 is is quickly changed in accordance with the change in the flow rate of the raw material gas.

図１に示されるように、メタン製造装置１００は、原料ガスからメタンを生成する上流側の第１反応器（反応器）１０および下流側の第２反応器（反応器）２０と、第１反応器１０の入口（一方の端面）１０ｉに供給されるＨ₂の流量を調整するマスフローコントローラＭＦＣ１と、第１反応器１０の入口１０ｉに供給されるＣＯ₂の流量を調整するマスフローコントローラＭＦＣ２と、第１反応器１０へと熱媒を供給するポンプ（熱媒体供給部）１５と、第１反応器１０内を通って第２反応器２０へと供給される熱媒の流量を調整する絞り弁２５と、第１反応器１０の出口（他方の端面）１０ｏから排出されるメタンを含む混合ガスから水を除去する第１凝縮器１４と、第２反応器２０の出口２０ｏ側端面から排出されるメタンを含む混合ガスから水を除去する第２凝縮器２４と、メタン製造装置１００の各部を制御する制御部３０と、を備えている。 As shown in FIG. 1, a methane production apparatus 100 includes an upstream first reactor (reactor) 10 and a downstream second reactor (reactor) 20 that produce methane from a raw material gas; A mass flow controller MFC1 that adjusts the flow rate of H ₂ supplied to the inlet (one end face) 10i of the reactor 10, and a mass flow controller MFC2 that adjusts the flow rate of CO ₂ supplied to the inlet 10i of the first reactor 10. , a pump (heat medium supply unit) 15 that supplies the heat medium to the first reactor 10, and a throttle that adjusts the flow rate of the heat medium supplied to the second reactor 20 through the first reactor 10 A valve 25, a first condenser 14 for removing water from a mixed gas containing methane discharged from an outlet (the other end surface) 10o of the first reactor 10, and an end surface on the outlet 20o side of the second reactor 20. A second condenser 24 for removing water from the mixed gas containing methane and a control section 30 for controlling each section of the methane production apparatus 100 are provided.

第１反応器１０と、第２反応器２０とは、同じ形状を有するため、第１反応器１０について説明し、第２反応器２０の説明を省略する。第１反応器１０は、管状の形状を有する。図１に示されるように、第１反応器１０は、原料ガスからメタネーション反応を生じさせる触媒１１と、触媒１１の温度を検出する温度センサ（触媒温度検出部）１２と、触媒１１が収容されている内部と隔壁を介して外側に形成された熱媒流路１３と、を備えている。 Since the first reactor 10 and the second reactor 20 have the same shape, the first reactor 10 will be described and the description of the second reactor 20 will be omitted. The first reactor 10 has a tubular shape. As shown in FIG. 1, the first reactor 10 contains a catalyst 11 that causes a methanation reaction from a raw material gas, a temperature sensor (catalyst temperature detection unit) 12 that detects the temperature of the catalyst 11, and the catalyst 11. and a heat medium flow path 13 formed outside through a partition wall.

触媒１１としては、ルテニウムを含む複合体などが挙げられる。なお、他の実施形態では、ルテニウム以外の周知のメタン化触媒が用いられてもよい。温度センサ１２は、熱電対である。温度センサにより検出された触媒１１の温度は、後述する制御部３０が行う制御に用いられる。本実施形態の温度センサ１２は、図１に示されるように、反応器１０内における入口１０ｉから出口１０ｏまでの流れ方向に沿って、入口１０ｉ側の触媒１１の温度を検出している。 Examples of the catalyst 11 include a composite containing ruthenium. It should be noted that in other embodiments, well-known methanation catalysts other than ruthenium may be used. Temperature sensor 12 is a thermocouple. The temperature of the catalyst 11 detected by the temperature sensor is used for control performed by the controller 30, which will be described later. The temperature sensor 12 of this embodiment detects the temperature of the catalyst 11 on the inlet 10i side along the flow direction from the inlet 10i to the outlet 10o in the reactor 10, as shown in FIG.

熱媒流路１３には、ポンプ１５により供給される熱媒としてのオイルが通過する。熱媒流路１３に流入する熱媒は、第１反応器１０内の触媒１１と熱交換を行う。熱媒流路１３を通過した熱媒は、第２反応器２０内に形成された熱媒流路２３またはバイパス流路２６に流入する。熱媒流路２３とバイパス流路２６とを通過した熱媒は、合流して、反応器１０，２０内の触媒１１，２１との熱交換により得た熱を、図１に示されていない熱活用先へと供給される。なお、熱媒流路２３とバイパス流路２６とに流入する熱媒の流量は、絞り弁２５の開度により調整される。 Oil as a heat medium supplied by a pump 15 passes through the heat medium flow path 13 . The heat medium flowing into the heat medium flow path 13 exchanges heat with the catalyst 11 in the first reactor 10 . The heat medium that has passed through the heat medium flow path 13 flows into the heat medium flow path 23 or the bypass flow path 26 formed inside the second reactor 20 . The heat medium that has passed through the heat medium flow path 23 and the bypass flow path 26 merges and heat obtained by heat exchange with the catalysts 11 and 21 in the reactors 10 and 20 is not shown in FIG. It is supplied to the heat utilization destination. In addition, the flow rate of the heat medium flowing into the heat medium flow path 23 and the bypass flow path 26 is adjusted by the opening degree of the throttle valve 25 .

本実施形態では、マスフローコントローラＭＦＣ１が流量を調整するＨ₂は、図示されない水素タンク等から供給される。また、マスフローコントローラＭＦＣ２が流量を調整するＣＯ₂は、図示されていない工場等の排出ガスに含まれるガスや二酸化炭素タンク等から供給される。第１凝縮器１４により水が除去された混合ガスは、第２反応器２０の入口２０ｉへと流入する。第２凝縮器２４により水が除去された生成ガスとしてのメタンは、図示されない他の装置または貯蔵タンクへと供給される。 In this embodiment, H ₂ whose flow rate is adjusted by the mass flow controller MFC1 is supplied from a hydrogen tank or the like (not shown). Also, the CO ₂ whose flow rate is adjusted by the mass flow controller MFC2 is supplied from a gas contained in the exhaust gas of a factory or the like (not shown) or from a carbon dioxide tank or the like. The mixed gas from which water has been removed by the first condenser 14 flows into the inlet 20 i of the second reactor 20 . Methane as product gas from which water has been removed by the second condenser 24 is supplied to another device or storage tank (not shown).

制御部３０は、図１に示されていない有線により、マスフローコントローラＭＦＣ１，ＭＦＣ２と、ポンプ１５および絞り弁２５と、温度センサ１２，２２とに接続されている。本実施形態の制御部３０は、要求されるメタンの生成量に応じて、反応器１０，２０に供給する原料ガスの流量と熱媒の流量とのそれぞれを決定する。制御部３０は、マスフローコントローラＭＦＣ１，ＭＦＣ２を制御することにより、反応器１０，２０に供給される原料ガスの流量を制御する。また、制御部３０は、ポンプ１５の周波数と絞り弁２５の開度とを制御することにより、第１反応器１０と第２反応器２０とのそれぞれに供給される熱媒の流量を制御する。本実施形態では、第１反応器１０に流入する熱媒の流量は、絞り弁２５の開度の影響を受けずに、ポンプ１５の周波数により決定する。なお、制御部３０と、マスフローコントローラＭＦＣ１，ＭＦＣ２と、ポンプ１５と、絞り弁２５とは、流量制御部に相当する。 The control unit 30 is connected to the mass flow controllers MFC1 and MFC2, the pump 15 and throttle valve 25, and the temperature sensors 12 and 22 by wires not shown in FIG. The control unit 30 of the present embodiment determines the flow rate of the raw material gas and the flow rate of the heat medium to be supplied to the reactors 10 and 20 according to the required amount of methane to be produced. The control unit 30 controls the flow rates of the raw material gases supplied to the reactors 10 and 20 by controlling the mass flow controllers MFC1 and MFC2. Further, the control unit 30 controls the flow rate of the heat medium supplied to each of the first reactor 10 and the second reactor 20 by controlling the frequency of the pump 15 and the opening degree of the throttle valve 25. . In this embodiment, the flow rate of the heat medium flowing into the first reactor 10 is determined by the frequency of the pump 15 without being affected by the opening of the throttle valve 25 . Note that the control unit 30, the mass flow controllers MFC1 and MFC2, the pump 15, and the throttle valve 25 correspond to a flow control unit.

図２は、メタンの生成流量と制御部３０による制御との関係についての説明図である。図２には、要求されるメタンの生成流量に対応する、第１反応器１０へと供給されるＨ₂の流量Ｆ_H2およびＣＯ₂の流量Ｆ_CO2と、ポンプ１５の周波数ｆと、絞り弁２５の開度Ｎとの関係を示すルックアップテーブルが示されている。図２に示されるルックアップテーブルは、事前にメタン製造装置１００を稼働させることにより得られたテーブルである。 FIG. 2 is an explanatory diagram of the relationship between the amount of methane generated and the control by the control unit 30. As shown in FIG. FIG. ₂ shows the flow rate FH2 of _H2 and the flow rate _{FCO2 of CO2} _supplied to the first reactor 10, the frequency f of the pump 15, and the throttle valve A look-up table is shown showing the relationship with the opening degree N of 25. The lookup table shown in FIG. 2 is a table obtained by operating the methane production apparatus 100 in advance.

例えば、ある時点で要求されるメタンの生成流量が０．５（ｓｌｍ）の場合には、制御部３０は、図２に示されるように、この時点におけるＨ₂の流量Ｆ_H2を２（ｓｌｍ）に設定し、ＣＯ₂の流量Ｆ_CO2を０．５（ｓｌｍ）に設定する。また、制御部３０は、ポンプ１５の周波数ｆを５（Ｈｚ）に設定し、絞り弁２５の開度を５（％）に設定する。 For example, if the flow rate of methane generation required at a certain time point is 0.5 (slm), the controller 30 sets the flow rate F _H2 of H ₂ at this time point to 2 (slm), as shown in FIG. ) and the CO ₂ flow rate F _CO2 is set to 0.5 (slm). Further, the control unit 30 sets the frequency f of the pump 15 to 5 (Hz) and sets the opening degree of the throttle valve 25 to 5 (%).

要求されるメタンの生成流量が０．５（ｓｌｍ）の状態から８．０（ｓｌｍ））へと増加した場合に、図２に示されるように、制御部３０は、Ｈ₂の流量Ｆ_H2を２（ｓｌｍ）から３２（ｓｌｍ）に増加させ、ＣＯ₂の流量Ｆ_CO2を０．５（ｓｌｍ）から８．０（ｓｌｍ）に増加させる。さらに、制御部３０は、ポンプ１５の周波数ｆを５（Ｈｚ）から２８（Ｈｚ）に増加させ、絞り弁２５の開度を５（％）から９５（％）に増加させる。ポンプ１５の周波数ｆが増加すると、第１反応器１０に供給される熱媒の流量が増加する。また、絞り弁２５の開度Ｎが増大すると、第２反応器２０に供給される熱媒の流量が増加する。 When the required methane production flow rate increases from 0.5 (slm) to 8.0 ( _slm ), as shown in _FIG . is increased from 2 (slm) to 32 (slm), and the _CO2 flow rate F _CO2 is increased from 0.5 (slm) to 8.0 (slm). Furthermore, the control unit 30 increases the frequency f of the pump 15 from 5 (Hz) to 28 (Hz) and increases the opening of the throttle valve 25 from 5 (%) to 95 (%). As the frequency f of the pump 15 increases, the flow rate of the heat medium supplied to the first reactor 10 increases. Further, when the opening degree N of the throttle valve 25 increases, the flow rate of the heat medium supplied to the second reactor 20 increases.

本実施形態の制御部３０は、反応器１０，２０へと供給する原料ガスと熱媒との流量を増加させる場合に、熱媒の流量が現流量から目標となる流量まで変化（増加）している間に、原料ガスを現流量から目標となる流量までの増加を完了させる。換言すると、制御部３０は、下記式（１）に示されるように、原料ガスの流量が目標となる流量までの増加を完了させるまでの時間Ｔ_gasを、熱媒の流量が目標となる流量までの増加を完了させるまでの時間Ｔ_{heat_up}よりも小さくする。具体的には、制御部３０は、ポンプ１５の周波数ｆを２８（Ｈｚ）に増加させ、かつ、絞り弁２５の開度を９５（％）に増加させるまでに、Ｈ₂の流量Ｆ_H2を３２（ｓｌｍ）に増加させ、ＣＯ₂の流量Ｆ_CO2を８．０（ｓｌｍ）に増加させる。なお、流量増加時の原料ガスの目標となる流量は第１流量に相当する。流量増加時のポンプ１５と絞り弁２５との制御により供給される熱媒の流量は、第２流量に相当する。 The control unit 30 of the present embodiment changes (increases) the flow rate of the heat medium from the current flow rate to the target flow rate when increasing the flow rates of the raw material gas and the heat medium supplied to the reactors 10 and 20. During this time, the source gas is allowed to complete the increase from the current flow rate to the target flow rate. In other words, as shown in the following formula (1), the control unit 30 sets the time T _gas until the flow rate of the source gas reaches the target flow rate, and sets the flow rate of the heat medium to the target flow rate. The time required to complete the increase to heat_up is set to be shorter than T _{heat_up} . Specifically, the control unit 30 increases the frequency f of the pump 15 to 28 (Hz) and increases the opening degree of the throttle valve 25 to 95 (%) until the flow rate F _H2 of H ₂ is increased to 32 (slm) and the _CO2 flow rate _FCO2 is increased to 8.0 (slm). Note that the target flow rate of the raw material gas when the flow rate is increased corresponds to the first flow rate. The flow rate of the heat medium supplied by controlling the pump 15 and throttle valve 25 when the flow rate increases corresponds to the second flow rate.

さらに、本実施形態の制御部３０は、この場合に、熱媒の流量増加が完了するまでの時間Ｔ_{heat_up}を、下記式（２）に示されるように、原料ガスの流量増加が完了するまでの時間Ｔ_gasの１０倍よりも大きくする。 Furthermore, in this case, the control unit 30 of the present embodiment sets the time T _{heat_up} until the flow rate increase of the heat medium is completed, as shown in the following equation (2), to is greater than 10 times _Tgas .

また、要求されるメタンの生成流量が８．０（ｓｌｍ）の状態から０．５（ｓｌｍ））へと減少する場合には、図２に示されるように、制御部３０は、Ｈ₂の流量Ｆ_H2を３２（ｓｌｍ）から２（ｓｌｍ）に減少させ、ＣＯ₂の流量Ｆ_CO2を８．０（ｓｌｍ）から０．５（ｓｌｍ）に減少させる。さらに、制御部３０は、ポンプ１５の周波数ｆを２８（Ｈｚ）から５（Ｈｚ）に減少させ、絞り弁２５の開度を９５（％）から５（％）に減少させる。ポンプ１５の周波数ｆが減少すると、第１反応器１０に供給される熱媒の流量が減少する。また、絞り弁２５の開度Ｎが低下すると、第２反応器２０に供給される熱媒の流量が減少する。 Further, when the required methane generation flow rate decreases from the state of 8.0 (slm) to 0.5 (slm), as shown in _FIG . The flow rate F _H2 is reduced from 32 (slm) to 2 (slm), and the CO ₂ flow rate F _CO2 is reduced from 8.0 (slm) to 0.5 (slm). Furthermore, the control unit 30 reduces the frequency f of the pump 15 from 28 (Hz) to 5 (Hz), and reduces the opening degree of the throttle valve 25 from 95 (%) to 5 (%). When the frequency f of the pump 15 decreases, the flow rate of the heat medium supplied to the first reactor 10 decreases. Further, when the opening degree N of the throttle valve 25 decreases, the flow rate of the heat medium supplied to the second reactor 20 decreases.

図３は、原料ガスと熱媒とにおける流量の時間変化を示すグラフである。本実施形態の制御部３０は、反応器１０，２０へと供給する原料ガスと熱媒との流量を減少させる場合における熱媒の流量を、下記式（３）に示されるように設定する。具体的には、制御部３０は、熱媒を目標となる流量まで減少させる際の流量の変更速さＵ_{heat_down}の絶対値を、変更速さＵ_{heat_up}（図３）の絶対値よりも大きくする。変更速さＵ_{heat_up}は、上述した反応器１０，２０へと供給する原料ガスと熱媒との流量を増加させる場合における熱媒の流量を目標となる流量まで増加させる際の変更速さである。なお、流量減少時の原料ガスの目標となる流量は第３流量に相当する。流量増加時のポンプ１５と絞り弁２５との制御により供給される熱媒の流量は、第４流量に相当する。熱媒の流量減少時の変更速さＵ_{heat_down}の絶対値は第２絶対値に相当する。熱媒の流量増加時の変更速さＵ_{heat_up}の絶対値は第１絶対値に相当する。 FIG. 3 is a graph showing temporal changes in the flow rates of the raw material gas and the heat medium. The control unit 30 of the present embodiment sets the flow rate of the heat medium when the flow rates of the raw material gas and the heat medium supplied to the reactors 10 and 20 are decreased, as shown in the following formula (3). Specifically, the control unit 30 makes the absolute value of the flow rate change speed U _{heat_down} when the heat medium is reduced to the target flow rate larger than the absolute value of the change speed U _{heat_up} ( FIG. 3 ). . The change speed U _{heat_up} is the change speed when increasing the flow rate of the heat medium to the target flow rate when increasing the flow rate of the raw material gas and the heat medium supplied to the reactors 10 and 20 described above. . The target flow rate of the raw material gas when the flow rate is decreased corresponds to the third flow rate. The flow rate of the heat medium supplied by controlling the pump 15 and throttle valve 25 when the flow rate increases corresponds to the fourth flow rate. The absolute value of the change speed U _{heat_down} when the flow rate of the heat medium decreases corresponds to the second absolute value. The absolute value of the change speed U _{heat_up} when the flow rate of the heat medium increases corresponds to the first absolute value.

さらに、本実施形態の制御部３０は、熱媒の流量減少時の変更速さＵ_{heat_down}の絶対値を、下記式（４）に示されるように、熱媒の流量増加時の変更速さＵ_{heat_up}の絶対値の１０倍よりも大きくする。 Further, the control unit 30 of the present embodiment sets the absolute value of the change speed U _{heat_down} when the flow rate of the heat medium decreases to the change speed U Make it larger than 10 times the absolute value of _{heat_up} .

また、本実施形態の制御部３０は、温度センサ１２，２２により検出された触媒１１，２１の温度を用いて、原料ガスの流量を増加させる場合の熱媒の流量の変更速さＵ_{heat_up}を決定する。具体的には、制御部３０は、図１に示されるように、温度センサ１２，２２により触媒１１，２１の温度が検出される位置が入口１０ｉ，２０ｉ側である場合には、検出された触媒の温度が高いほど、熱媒の流量増加時の流量の変更速さＵ_{heat_up}を増加させる。一方で、温度センサ１２，２２により触媒１１，２１の温度が検出される位置が出口１０ｏ，２０ｏ側である場合には、検出された触媒の温度が高いほど、熱媒の流量増加時の流量の変更速さＵ_{heat_up}を低下させる。 Further, the control unit 30 of the present embodiment uses the temperatures of the catalysts 11 and 21 detected by the temperature sensors 12 and 22 to set the change speed U _{heat_up} of the flow rate of the heat medium when the flow rate of the raw material gas is increased. decide. Specifically, as shown in FIG. 1, the control unit 30 detects the temperatures of the catalysts 11 and 21 by the temperature sensors 12 and 22 when the temperatures of the catalysts 11 and 21 are detected on the side of the inlets 10i and 20i. As the temperature of the catalyst increases, the flow rate change speed U _{heat_up} when the flow rate of the heat medium increases is increased. On the other hand, when the temperatures of the catalysts 11 and 21 are detected by the temperature sensors 12 and 22 on the side of the outlets 10o and 20o, the higher the detected temperature of the catalyst, the higher the flow rate of the heat medium when the flow rate increases. change rate U _{heat_up} .

２．原料ガスおよび熱媒における流量増減と触媒の反応との関係：
要求されるメタンの生成量の増加に応じて、原料ガスと熱媒との流量を瞬時に増加させてしまうと、原料ガスからメタンへの反応率が顕著に低下して、メタネーション反応が失活する場合がある。 2. Relationship between flow rate increase/decrease in raw material gas and heat medium and reaction of catalyst:
If the flow rates of the raw material gas and the heat medium are increased instantaneously in response to the required increase in the amount of methane produced, the reaction rate from the raw material gas to methane will decrease significantly, and the methanation reaction will be lost. may come to life.

図４は、第１反応器１０内の触媒１１における各種寸法についての説明図である。図４に示されるように、触媒１１は、第１反応器１０の流れ方向に沿って、全長Ｌ_catの長さを有している。触媒１１の入口１０ｉ側の端面からＺ_M（＜Ｌ_cat／２）離れた位置の温度が温度センサ１２により検出される。 FIG. 4 is an explanatory diagram of various dimensions of the catalyst 11 in the first reactor 10. As shown in FIG. As shown in FIG. 4, the catalyst 11 has a length of total length L _cat along the flow direction of the first reactor 10 . A temperature sensor 12 detects the temperature at a position Z _M (<L _cat /2) away from the end face of the catalyst 11 on the inlet 10i side.

図５は、触媒１１，２１がメタネーション反応を生じさせる触媒活性域についての説明図である。図５には、第１反応器１０に供給される原料ガスの流量が異なる場合に、触媒１１の位置に応じて変化する触媒温度が示されている。図５には、原料ガスの流量が２６（ｓｌｍ）の定常状態のときの温度曲線Ｃ１（実線）と、原料ガスの流量が４３（ｓｌｍ））の定常状態のときの温度曲線Ｃ２（破線）とが示されている。図５では、触媒１１のうち、活性温度以上の位置の触媒が触媒活性域として表されている。温度曲線Ｃ１に対応する触媒活性域が実線の矢印により表され、温度曲線Ｃ２に対応する触媒活性域が破線の矢印により表されている。図５に示されるように、原料ガスの流量が多い温度曲線Ｃ２は、触媒１１で温度曲線Ｃ１よりも多くのメタンを生成するため、流れ方向に沿って出口１０ｏ側に温度のピークがあり、より長い触媒活性域を有している。 FIG. 5 is an explanatory diagram of a catalytic active region where the catalysts 11 and 21 cause a methanation reaction. FIG. 5 shows the catalyst temperature that changes according to the position of the catalyst 11 when the flow rate of the raw material gas supplied to the first reactor 10 is different. FIG. 5 shows a temperature curve C1 (solid line) when the source gas flow rate is 26 (slm) in a steady state, and a temperature curve C2 (dashed line) when the source gas flow rate is in a steady state of 43 (slm). is shown. In FIG. 5, the catalyst at a position above the activation temperature of the catalyst 11 is represented as a catalyst active region. A catalytically active region corresponding to the temperature curve C1 is indicated by a solid arrow, and a catalytically active region corresponding to the temperature curve C2 is indicated by a broken arrow. As shown in FIG. 5, the temperature curve C2 in which the flow rate of the raw material gas is high produces more methane than the temperature curve C1 in the catalyst 11, so there is a temperature peak on the outlet 10o side along the flow direction, It has a longer catalytically active area.

ここで、第１反応器１０へと供給される原料ガスの流量が２６（ｓｌｍ）から４３（ｓｌｍ）へと瞬時に増加しても、原料ガスの流量増加に合わせてメタネーション反応が瞬時には増加しないため、触媒１１における触媒活性域は、瞬時には増加しない。そのため、原料ガスの流量が瞬時に増加してしまうと、温度曲線Ｃ１に対応する狭い触媒活性領域で増加した原料ガスが処理されることになる。この場合に、増加した原料ガスの流量が多い場合には、触媒活性域で十分な反応が行われずに反応率が低下し、ひいては反応が失活するおそれもある。一方で、第１反応器１０へと供給される原料ガスの流量が４３（ｓｌｍ）から２６（ｓｌｍ）へと減少する場合には、触媒１１における触媒活性域が狭くなる。そのため、瞬時に原料ガスの流量が低下しても、メタネーション反応の反応率が低下しない。これを受けて、本実施形態の制御部３０は、原料ガスの流量減少時には、触媒１１の温度が急激に下がることがないため、上記式（３），（４）に示されるように、原料ガスの流量上昇時と比較して、熱媒の流量減少時の変更速さＵ_{heat_down}の絶対値を大きくしている。 Here, even if the flow rate of the raw material gas supplied to the first reactor 10 instantaneously increases from 26 (slm) to 43 (slm), the methanation reaction occurs instantaneously in accordance with the increase in the flow rate of the raw material gas. does not increase, the catalytic activity area of the catalyst 11 does not increase instantaneously. Therefore, if the flow rate of the raw material gas increases instantaneously, the increased raw material gas will be processed in a narrow catalytic activity region corresponding to the temperature curve C1. In this case, if the increased flow rate of the raw material gas is large, there is a possibility that sufficient reaction will not occur in the catalytically active region and the reaction rate will decrease, and the reaction will eventually be deactivated. On the other hand, when the flow rate of the raw material gas supplied to the first reactor 10 decreases from 43 (slm) to 26 (slm), the catalytic activity region of the catalyst 11 narrows. Therefore, even if the flow rate of the raw material gas is instantaneously lowered, the reaction rate of the methanation reaction is not lowered. In response to this, the control unit 30 of the present embodiment prevents the temperature of the catalyst 11 from abruptly decreasing when the flow rate of the raw material gas is reduced. The absolute value of the change speed U _{heat_down} is increased when the flow rate of the heat medium is decreased compared to when the flow rate of the gas is increased.

制御部３０は、第１反応器１０へと供給される原料ガスの流量が２６（ｓｌｍ）から４３（ｓｌｍ）へと増加させる場合には、メタネーション反応を失活させないために緩やかに流量を増加させる必要がある。ここで、原料ガスの流量の変更速さＬＣＳ（Load Change Speed）を１７（ｓｃｃｍ／ｓ）に設定し、熱媒の流量の増加完了を原料ガスの流量の増加完了と同時に設定した場合に、触媒１１の反応が失活せずに原料ガスの流量増加が完了した。しかしながら、原料ガスおよび熱媒の流量増加の完了までに１７（ｍｉｎ）を要し、メタンの生成量の増加要求に対しての追従性が悪い。なお、原料ガスの流量増加と、熱媒の流量増加との完了を同時に設定し、原料ガスの変更速さＬＣＳを１７（ｓｃｃｍ／ｓ）よりも大きくすると、メタネーション反応が失活した。 When the flow rate of the raw material gas supplied to the first reactor 10 is increased from 26 (slm) to 43 (slm), the control unit 30 gently increases the flow rate so as not to deactivate the methanation reaction. need to increase. Here, when the change speed LCS (Load Change Speed) of the flow rate of the source gas is set to 17 (sccm/s) and the completion of the increase in the flow rate of the heat medium is set at the same time as the completion of the increase in the flow rate of the source gas, The flow rate increase of the raw material gas was completed without deactivating the reaction of the catalyst 11 . However, it takes 17 (min) to complete the flow rate increase of the raw material gas and the heat medium, and the followability to the request for increasing the amount of methane produced is poor. The methanation reaction was deactivated when the completion of the flow rate increase of the raw material gas and the completion of the flow rate increase of the heat medium were set at the same time, and the change speed LCS of the raw material gas was made larger than 17 (sccm/s).

そこで、原料ガスの流量の増加開始と熱媒の流量の増加開始とを同時にした上で、原料ガスの流量の増加完了と、熱媒の流量の増加完了とを別々に設定して評価した。評価結果では、原料ガスの流量の増加完了までの時間Ｔ_gasが１０（ｓ）であり、熱媒の流量の増加完了までの時間Ｔ_{heat_up}が１８０（ｓ）である場合に、触媒１１が失活せずに原料ガスと熱媒との流量増加が完了した。このことから、原料ガスの流量増加が、熱媒の流量増加の時間Ｔ_{heat_up}よりも短時間に完了したことにより、メタネーション反応の反応熱量が急激に増加してメタネーション反応の失活が抑制された。すなわち、上記式（１），（２）に示されるように、制御部３０は、熱媒の流量の増加完了までの時間Ｔ_{heat_up}を、原料ガスの流量の増加完了までの時間Ｔ_gasよりも小さくすることにより、メタンの生成量の増加要求への追従性を大幅に向上させることができる。 Therefore, the start of increasing the flow rate of the raw material gas and the start of increasing the flow rate of the heat medium were set at the same time, and the completion of increasing the flow rate of the raw material gas and the completion of increasing the flow rate of the heat medium were separately set and evaluated. In the evaluation results, the catalyst 11 was lost when the time T _gas until the flow rate of the source gas was increased was 10 (s) and the time T _{heat_up} until the flow rate of the heat medium was increased was 180 (s). The flow rate increase of the raw material gas and the heat transfer medium was completed without being activated. From this, the increase in the flow rate of the raw material gas was completed in a shorter time than the time T _{heat_up} for the increase in the flow rate of the heat medium, so that the reaction heat amount of the methanation reaction increased rapidly and the deactivation of the methanation reaction was suppressed. was done. That is, as shown in the above formulas (1) and (2), the control unit 30 sets the time T _{heat_up} until the completion of the increase in the flow rate of the heat medium to be higher than the time T _gas until the completion of the increase in the flow rate of the raw material gas. By making it smaller, it is possible to greatly improve the followability to the demand for increasing the amount of methane produced.

図６は、メタン生成量の要求が変更されてからのメタン濃度の時間推移を示すグラフである。図６には、上記のように、原料ガスの流量の増加完了までの時間Ｔ_gasが１０（ｓ）であり、熱媒の流量の増加完了までの時間Ｔ_{heat_up}が１８０（ｓ）である場合のメタン濃度の時間推移が示されている。図６に示されるように、第１反応器１０へと供給される原料ガスの流量は、短時間で２６（ｓｌｍ）から４３（ｓｌｍ）へと増加したものの、第１反応器１０から排出される混合ガス中のメタン濃度は、９０％（都市ガスの基準）の濃度よりも高い。原料ガスの流量が増加する前の濃度と、増加後の最もメタン濃度が低い濃度との差は、２．５％程度であり、この程度の濃度差であれば第１反応器１０もしくは第２反応器２０の下流側に配置される貯蔵タンク等で十分に平滑化される。すなわち、本実施形態の流量の増加完了までの時間の制御により、生成されるメタンの濃度に問題はない。 FIG. 6 is a graph showing the temporal transition of the methane concentration after the request for the methane production amount is changed. In FIG. 6, as described above, the time T _gas until the flow rate of the source gas is increased is 10 (s), and the time T _{heat_up} until the flow rate of the heat medium is increased is 180 (s). The time course of the methane concentration is shown. As shown in FIG. 6, the flow rate of the raw material gas supplied to the first reactor 10 increased from 26 (slm) to 43 (slm) in a short time, but the flow rate of the raw material gas discharged from the first reactor 10 The methane concentration in the mixed gas is higher than the concentration of 90% (city gas standard). The difference between the concentration before the increase in the flow rate of the raw material gas and the concentration with the lowest methane concentration after the increase is about 2.5%. It is sufficiently smoothed in a storage tank or the like arranged downstream of the reactor 20 . That is, there is no problem with the concentration of methane produced by controlling the time until the increase of the flow rate is completed in this embodiment.

また、マスフローコントローラＭＦＣ１，ＭＦＣ２は、長時間にわたり過渡的に流量を制御する場合には、過渡的な動作の保証がされていないことが多い。そのため、下記反応式（５）に示されるメタネーション反応の化学量論比が４から外れ、生成されるメタンの品質が悪化するおそれがある。しかしながら、本実施形態では、原料ガスの流量が増加する際に、マスフローコントローラＭＦＣ１，ＭＦＣ２の過渡動作期間が非常に短いため、生成されるメタンの品質悪化を抑制できる。 Moreover, when the mass flow controllers MFC1 and MFC2 control the flow rate transiently over a long period of time, transient operation is often not guaranteed. Therefore, the stoichiometric ratio of the methanation reaction shown in the following reaction formula (5) deviates from 4, and the quality of the produced methane may deteriorate. However, in this embodiment, when the flow rate of the raw material gas increases, the transient operation period of the mass flow controllers MFC1 and MFC2 is very short, so deterioration of the quality of the generated methane can be suppressed.

図７から図９までの各図は、熱媒の流量の増加完了までの時間と触媒１１の温度との関係についての説明図である。図７から図９までの各図には、熱媒の流量増加を完了させるまでの時間を変化させた場合において、触媒１１の流れ方向における位置Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３の温度Ｔ_Z1，Ｔ_Z2，Ｔ_Z3の時間推移が示されている。図７から図９までの各図では、図４に示される第１反応器１０において、全長Ｌ_catを７８０（ｍｍ）とした場合に、触媒１１の入口１０ｉ側の端面からの距離がＺ１＝３８０（ｍｍ），Ｚ２＝５１０（ｍｍ），Ｚ３＝７７０（ｍｍ）の場合の温度Ｔ_Z1，Ｔ_Z2，Ｔ_Z3の時間推移が示されている。図７から図９までの各図には、熱媒の流量増加を完了させるまでの時間Ｔ_{heat_up}が４２０（ｓ），１８０（ｓ），および４２（ｓ）の各温度Ｔ_Z1～Ｔ_Z3の時間推移が示されている。 7 to 9 are explanatory diagrams of the relationship between the time required to complete the increase in the flow rate of the heat medium and the temperature of the catalyst 11. FIG. 7 to 9 show temperatures T _Z1 , T _Z2 , T Z1 , T Z2 , and T Z1 at positions Z1, Z2, and Z3 in the flow direction of the catalyst 11 when the time required to complete the flow rate increase of the heat medium is changed. The time course of T _Z3 is shown. 7 to 9, in the first reactor 10 shown in FIG. 4, when the total length L _cat is 780 (mm), the distance from the end face of the catalyst 11 on the inlet 10i side is Z1= 380 (mm), Z2 = 510 (mm), Z3 = 770 (mm), the time transition of the temperatures T _Z1 , T _Z2 and T _Z3 are shown. 7 to 9 show temperatures T _Z1 to T _Z3 with time T _{heat_up} of 420 (s), 180 (s), and 42 (s) until the heat medium flow rate increase is completed. A time course is shown.

図５に示されるように、第１反応器１０に供給される原料ガスの流量が増加すると、触媒活性域が出口１０ｏ側（下流側）に後退する。図７から図９までの各図では、触媒１１のうち、温度が６００℃前後の部分が触媒活性域に相当する。すなわち、図７に示される時間Ｔ_{heat_up}が４２０（ｓ）の場合には、触媒活性域は、流量増加の開始時（ｔ＝０）から、温度Ｔ_Z2が上昇している位置Ｚ２に後退する。２分程度経過すると、位置Ｚ１における温度Ｔ_Z1が上昇し始めることから、触媒活性域が位置Ｚ２から位置Ｚ１へと入口１０ｉ側に回復し始める。なお、図７に示される状態では、位置Ｚ３において触媒１１によるメタネーション反応は生じていない。 As shown in FIG. 5, when the flow rate of the raw material gas supplied to the first reactor 10 increases, the catalytically active region recedes toward the outlet 10o (downstream side). 7 to 9, the portion of the catalyst 11 where the temperature is around 600° C. corresponds to the catalytic active region. That is, when the time T _{heat_up} shown in FIG. 7 is 420 (s), the catalyst activation region retreats from the start of the flow rate increase (t=0) to the position Z2 where the temperature T _Z2 is rising. . After about two minutes have passed, the temperature T _Z1 at the position Z1 begins to rise, so the catalyst activation region begins to recover from the position Z2 to the position Z1 toward the inlet 10i. In the state shown in FIG. 7, the methanation reaction by the catalyst 11 does not occur at the position Z3.

図８に示される時間Ｔ_{heat_up}が１８０（ｓ）の場合には、触媒活性域は、図７に示される状態と同じように、流量増加の開始時（ｔ＝０）から、温度Ｔ_Z2が上昇している位置Ｚ２に後退する。図８に示される状態では、図７に示される状態よりも原料ガスの流量の変更速さＬＣＳが大きいため、位置Ｚ１における温度Ｔ_Z1は、１２分程度経過してから上昇し始める。すなわち、図８に示される状態では、図７に示される状態よりも、触媒活性域が位置Ｚ２から位置Ｚ１へと入口１０ｉ側に回復し始める時間が遅くなっている。なお、図８に示される状態では、９分程度経過してから、位置Ｚ３における少しの触媒によるメタネーション反応が生じている。 When the time T _{heat_up} shown in FIG. 8 is 180 (s), the catalyst activation region, like the state shown in FIG _. Retreat to raised position Z2. In the state shown in FIG. 8, the rate of change LCS of the raw material gas flow rate is higher than in the state shown in FIG. 7, so the temperature T _Z1 at the position Z1 starts to rise after about 12 minutes. That is, in the state shown in FIG. 8, the time at which the catalytically active region starts to recover from the position Z2 to the position Z1 toward the inlet 10i is later than in the state shown in FIG. In the state shown in FIG. 8, the methanation reaction with a small amount of catalyst occurs at the position Z3 after about 9 minutes have passed.

図９に示される時間Ｔ_{heat_up}が４２（ｓ）の場合には、触媒活性域は、図７，８に示される状態と同じように、流量増加の開始時（ｔ＝０）から、温度Ｔ_Z2が上昇している位置Ｚ２に後退する。６分程度経過すると、触媒活性域は、位置Ｚ２から、温度Ｔ_Z3が上昇し始める位置Ｚ３に後退し始める。その後、流量増加時から１６分程度が経過すると、位置Ｚ３における触媒が失活する。また、位置Ｚ１の触媒は、触媒活性域に回復することなく、温度Ｔ_Z1は、下がり続ける。すなわち、図９に示される状態では、図８に示される状態よりも原料ガスの流量の変更速さＬＣＳが大きいため、触媒１１が供給された原料ガスに対してメタネーション反応を生じさせずに失活している。 When the time T _{heat_up} shown in FIG. 9 is 42 (s), the catalyst activation region changes from the start of the flow rate increase (t=0) to the temperature T Retreat to position Z2 where _Z2 is raised. After about 6 minutes, the catalytically active region begins to retreat from position Z2 to position Z3 where temperature T _Z3 begins to rise. After about 16 minutes have passed since the flow rate increased, the catalyst at position Z3 is deactivated. Further, the catalyst at the position Z1 does not recover to the catalyst activation region, and the temperature T _Z1 continues to drop. That is, in the state shown in FIG. 9, the change speed LCS of the source gas flow rate is higher than in the state shown in FIG. is inactive.

以上のことから、原料ガスの流量の変更速さＬＣＳ以外の要素として、触媒１１中の流れ方向の位置の温度が、触媒１１の失活に影響する。すなわち、触媒活性域が触媒１１の上流側に位置している場合には、制御部３０は、熱媒の流量増加時の流量の変更速度Ｕ_{heat_up}を増加させて、触媒１１と熱媒との熱交換を行っても触媒１１が失活しない。一方で、触媒活性域が触媒１１の下流側に位置している場合には、制御部３０は、熱媒の流量増加時の流量の変更速度Ｕ_{heat_up}を減少させることにより、触媒活性域を触媒１１の上流側へと回復させることにより、触媒１１の失活を抑制できる。そのため、温度センサ１２，２２により検出された温度により、熱媒の流量増加時の流量の変更速度Ｕ_{heat_up}の制御は、失活を抑制するために有効である。 From the above, the temperature at the position in the catalyst 11 in the flow direction affects the deactivation of the catalyst 11 as a factor other than the change speed LCS of the flow rate of the raw material gas. That is, when the catalyst activation region is located upstream of the catalyst 11, the control unit 30 increases the rate of change U _{heat_up} of the flow rate when the flow rate of the heat medium increases, thereby The catalyst 11 is not deactivated even when heat exchange is performed. On the other hand, when the catalyst activation region is positioned downstream of the catalyst 11, the control unit 30 reduces the flow rate change rate U _{heat_up} when the flow rate of the heat medium increases, thereby moving the catalyst activation region to the catalytic activation region. By recovering to the upstream side of 11, deactivation of the catalyst 11 can be suppressed. Therefore, control of the rate of change U _{heat_up} of the flow rate of the heat medium when the flow rate of the heat medium increases is effective for suppressing the deactivation based on the temperatures detected by the temperature sensors 12 and 22 .

３．メタン製造フロー：
図１０は、メタン製造方法のフローチャートである。図１０に示されるメタン製造フローでは、制御部３０が、要求されるメタンの生成量に応じて、原料ガスと熱媒との流量を制御する。本実施形態では、制御部３０は、原料ガスの流量を増加させる際の流量の変更速さＵ_gasの絶対値と、原料ガスの流量を減少させる際の流量の変更速さの絶対値とが同じになるように設定する。また、制御部３０は、熱媒の流量を増加させる際の流量の変更速さＵ_{heat_up}を、原料ガスの流量を増加させる際の変更速さＵ_gasに対して下記式（６）を満たすように設定する。制御部３０は、熱媒の流量が減少する際の流量の変更速さＵ_{heat_down}を、原料ガスの流量の変更速さＵ_gasと同じに設定する。 3. Methane production flow:
FIG. 10 is a flow chart of the methane production method. In the methane production flow shown in FIG. 10, the controller 30 controls the flow rates of the raw material gas and the heat medium according to the required amount of methane to be produced. In the present embodiment, the control unit 30 controls the absolute value of the flow rate change speed U _gas when increasing the flow rate of the source gas and the absolute value of the flow rate change speed when decreasing the flow rate of the source gas. set to be the same. Further, the control unit 30 sets the flow rate change speed U _{heat_up} when increasing the flow rate of the heat medium to satisfy the following formula (6) with respect to the change speed U _gas when increasing the flow rate of the raw material gas. set to The control unit 30 sets the flow rate change speed U _{heat_down} when the flow rate of the heat medium decreases to be the same as the flow rate change speed U _gas of the source gas.

図１０に示されるメタン製造フローでは、制御部３０は、初めに、メタンを生成するための初期値を設定する（ステップＳ１）。制御部３０は、原料ガスを増減させる際の流量の変更速さＵ_gasと、熱媒の流量の変更速さＵ_{heat_up}，Ｕ_{heat_down}と、初期値としてのメタンの生成流量Ｆ_CH4と、メタン製造装置１００の制御周期Δｔとを設定する。 In the methane production flow shown in FIG. 10, the controller 30 first sets initial values for producing methane (step S1). The control unit 30 controls the flow rate change rate U _gas when increasing or decreasing the raw material gas, the heat medium flow rate change rates U _{heat_up} and U _{heat_down} , the methane generation flow rate F _CH4 as an initial value, and the methane production rate. A control period Δt of the device 100 is set.

制御部３０は、設定された初期値を用いてメタンの生成を開始する（ステップＳ２）。制御部３０は、メタンの生成流量Ｆ_CH4の要求変更を受け付ける（ステップＳ３）。制御部３０は、メタンの生成流量Ｆ_CH4の要求変更を受け付けていない場合には（ステップＳ３：ＮＯ）、制御周期Δｔが経過する毎に要求変更の受付を確認する。 The control unit 30 starts generating methane using the set initial value (step S2). The control unit 30 accepts a request change for the methane production flow rate F _CH4 (step S3). If the control unit 30 has not received a request change for the methane production flow rate F _CH4 (step S3: NO), the control unit 30 confirms the reception of the request change each time the control period Δt elapses.

制御部３０は、メタンの生成流量Ｆ_CH4の要求変更を受け付けた場合には（ステップＳ３：ＹＥＳ）、図２に示されるルックアップテーブルを用いて、原料ガスとしてのＨ₂の流量Ｆ_H2およびＣＯ₂の流量Ｆ_CO2と、熱媒の流量Ｆ_heatを変更するためのポンプ１５の周波数ｆおよび絞り弁２５の開度Ｎと、を決定する（ステップＳ４）。制御部３０は、決定した原料ガスの流量Ｆ_H2，Ｆ_CO2と、ポンプ１５の周波数ｆおよび絞り弁２５の開度Ｎとを設定して、原料ガスと熱媒との流量増加または流量減少を開始する（ステップＳ５）。 When the control unit 30 receives a change request for the methane production flow rate F _CH4 ₍ step _S3 : YES), the control unit 30 uses the lookup table shown in FIG. The flow rate F _CO2 of CO ₂ and the frequency f of the pump 15 and the opening degree N of the throttle valve 25 for changing the flow rate F _heat of the heat medium are determined (step S4). The control unit 30 sets the determined flow rates F _H2 and F _CO2 of the raw material gas, the frequency f of the pump 15, and the opening degree N of the throttle valve 25 to increase or decrease the flow rates of the raw material gas and the heat medium. start (step S5).

制御部３０は、メタンの生成流量Ｆ_CH4が要求された流量に到達したか否かを判定する（ステップＳ６）。制御部３０は、当該到達の判定を、増減させた原料ガスの流量Ｆ_H2，Ｆ_CO2が目標となる流量に到達したか否かで判定する。制御部３０は、原料ガスの流量Ｆ_H2，Ｆ_CO2が目標となる流量まで到達していないと判定した場合には（ステップＳ６：ＮＯ）、引き続き原料ガスと熱媒との流量制御を続ける。 The controller 30 determines whether or not the methane production flow rate F _CH4 has reached the requested flow rate (step S6). The control unit 30 determines whether or not the flow rates F _H2 and F _CO2 of the raw material gases, which have been increased or decreased, have reached the target flow rates. If the control unit 30 determines that the flow rates F _H2 and F _CO2 of the raw material gases have not reached the target flow rates (step S6: NO), it continues to control the flow rates of the raw material gases and the heat medium.

制御部３０は、原料ガスの流量Ｆ_H2，Ｆ_CO2が目標となる流量まで到達したと判定した場合には（ステップＳ６：ＹＥＳ）、原料ガスの流量Ｆ_H2，Ｆ_CO2の増減変化を停止させて、一定流量に変更した原料ガスを反応器１０，２０へと供給する（ステップＳ７）。制御部３０は、熱媒の流量Ｆ_heatが目標となる流量に到達したか否かを判定する（ステップＳ８）。制御部３０は、熱媒の流量Ｆ_heatが目標となる流量に到達していないと判定した場合には（ステップＳ８：ＮＯ）、引き続き熱媒との流量Ｆ_heatの制御を続ける。 When the control unit 30 determines that the flow rates F _H2 and F _CO2 of the raw material gases have reached the target flow rates (step S6: YES), the control unit 30 stops increasing and decreasing the flow rates F _H2 and F _CO2 of the raw material gases. Then, the raw material gas whose flow rate is changed to a constant flow rate is supplied to the reactors 10 and 20 (step S7). The control unit 30 determines whether or not the flow rate F _heat of the heat medium has reached the target flow rate (step S8). If the controller 30 determines that the flow rate F _heat of the heat medium has not reached the target flow rate (step S8: NO), it continues to control the flow rate F _heat of the heat medium.

制御部３０は、熱媒の流量Ｆ_heatが目標となる流量まで到達したと判定した場合には（ステップＳ８：ＹＥＳ）、熱媒の流量Ｆ_heatの増減変化を停止させて、一定流量に変更した熱媒を反応器１０，２０へと供給する（ステップＳ９）。制御部３０は、外部からの操作等を受け付けることにより、メタン製造装置１００を用いたメタンの生成を終了するか否かを判定する（ステップＳ１０）。制御部３０は、メタン生成を終了しないと判定した場合には（ステップＳ１０：ＮＯ）、ステップＳ３以降の処理を繰り返す。メタン生成を終了すると判定された場合には（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、メタン製造フローが終了する。 When the control unit 30 determines that the flow rate F _heat of the heat medium has reached the target flow rate (step S8: YES), the control unit 30 stops increasing or decreasing the flow rate F _heat of the heat medium and changes the flow rate to a constant flow rate. The heated medium is supplied to the reactors 10 and 20 (step S9). The control unit 30 determines whether or not to end the production of methane using the methane production device 100 by receiving an operation or the like from the outside (step S10). If the control unit 30 determines not to end the methane production (step S10: NO), it repeats the processes after step S3. If it is determined to end the methane production (step S10: YES), the methane production flow ends.

以上説明したように、本実施形態のメタン製造装置１００では、制御部３０は、反応器１０，２０へと供給する原料ガスと熱媒との流量を増加させる場合に、熱媒の流量Ｆ_heatが現流量から目標となる流量まで増加している間に、原料ガスの流量Ｆ_H2，Ｆ_CO2を現流量から目標となる流量までの増加を完了させる。そのため、本実施形態のメタン製造装置１００では、反応器１０，２０内の触媒１１，２１のメタネーション反応が失活することを抑制した上で、反応器１０，２０での生成が要求されるメタンの生成量により速く変化させる。これにより、本実施形態のメタン製造装置１００によれば、要求されるメタンの生成量への追従性を向上させることができる。また、本実施形態に依れば、生成されるメタン濃度の水準を一定以上に維持できる。 As described above, in the methane production apparatus 100 of the present embodiment, the control unit 30 controls the flow rate of the heat medium F _heat is increasing from the current flow rate to the target flow rate, the flow rates F _H2 and F _CO2 of the source gases are increased from the current flow rate to the target flow rate. Therefore, in the methane production apparatus 100 of the present embodiment, the deactivation of the methanation reaction of the catalysts 11 and 21 in the reactors 10 and 20 is suppressed, and the production in the reactors 10 and 20 is required. It changes faster depending on the amount of methane produced. As a result, according to the methane production apparatus 100 of the present embodiment, it is possible to improve followability to the required production amount of methane. Moreover, according to this embodiment, the level of the concentration of generated methane can be maintained above a certain level.

また、本実施形態の制御部３０は、反応器１０，２０へと供給する原料ガスと熱媒との流量を増加させる場合に、熱媒の流量増加が完了するまでの時間Ｔ_{heat_up}を、原料ガスの流量増加が完了するまでの時間Ｔ_gasの１０倍よりも大きくする。これにより、本実施形態のメタン製造装置１００では、反応器１０，２０内の触媒１１，１２の温度が充分に上昇してから熱媒の流量の増加が完了するため、反応器１０，２０内の触媒１１，２１のメタネーション反応が失活をより抑制できる。 Further, when increasing the flow rates of the raw material gas and the heat medium supplied to the reactors 10 and 20, the control unit 30 of the present embodiment sets the time T _{heat_up} until the flow rate increase of the heat medium is completed. The time until the gas flow rate increase is completed is set to be greater than 10 times _Tgas . As a result, in the methane production apparatus 100 of the present embodiment, the temperature of the catalysts 11 and 12 in the reactors 10 and 20 is sufficiently increased before the increase in the flow rate of the heat medium is completed. The deactivation of the methanation reaction of the catalysts 11 and 21 can be further suppressed.

また、本実施形態の制御部３０は、反応器１０，２０へと供給する原料ガスと熱媒との流量を減少させる場合における熱媒の流量Ｆ_heatの変更速さＵ_{heat_down}の絶対値を、上記式（３）に示されるように、熱媒の流量増加時の変更速さＵ_{heat_up}の絶対値よりも大きくする。反応器１０，２０へと供給される原料ガスの流量Ｆ_H2，Ｆ_CO2が減少する場合には、図５に示されるように、触媒１１における触媒活性域が広い状態から狭くなる。そのため、反応器１０，２０へと供給される熱媒の流量Ｆ_heatが瞬時に低下しても、触媒１１，２１におけるメタネーション反応の反応率が低下しない。これにより、熱媒の流量減少時の変更速さＵ_{heat_down}の絶対値が、流量増加時の変更速さＵ_{heat_up}の絶対値よりも大きくなることにより、要求されるメタン生成量が減少する場合に、メタネーション反応を失活させずに、さらに追従性を向上させることができる。 In addition, the control unit 30 of the present embodiment determines the absolute value of the rate of change U _{heat_down} of the flow rate F _heat of the heat medium when the flow rates of the raw material gas and the heat medium supplied to the reactors 10 and 20 are reduced. As shown in the above formula (3), it is made larger than the absolute value of the change speed U _{heat_up} when the flow rate of the heat medium increases. When the flow rates F _H2 and F _CO2 of the raw material gases supplied to the reactors 10 and 20 decrease, the catalytic activity region of the catalyst 11 narrows from a wide state, as shown in FIG. Therefore, even if the flow rate F _heat of the heat medium supplied to the reactors 10 and 20 drops instantaneously, the reaction rate of the methanation reaction in the catalysts 11 and 21 does not drop. As a result, the absolute value of the change speed U _{heat_down} when the flow rate of the heat medium decreases becomes larger than the absolute value of the change speed U _{heat_up} when the flow rate increases, so that when the required amount of methane production decreases , the followability can be further improved without deactivating the methanation reaction.

また、本実施形態の制御部３０は、熱媒の流量減少時の変更速さＵ_{heat_down}の絶対値を、上記式（４）に示されるように、熱媒の流量増加時の変更速さＵ_{heat_up}の絶対値の１０倍よりも大きくする。これにより、本実施形態のメタン製造装置１００では、要求されるメタン生成量が減少する場合に、メタネーション反応の失活を抑制した上で追従性を向上させることができる。 Further, the control unit 30 of the present embodiment sets the absolute value of the change speed U _{heat_down} when the flow rate of the heat medium decreases to the change speed U Make it larger than 10 times the absolute value of _{heat_up} . As a result, in the methane production apparatus 100 of the present embodiment, when the required amount of methane production decreases, it is possible to suppress deactivation of the methanation reaction and improve followability.

＜上記実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 <Modification of above embodiment>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various aspects without departing from the scope of the invention. For example, the following modifications are possible.

［変形例１］
上記実施形態のメタン製造装置１００は、本発明の一実施形態としての一例であり、メタン製造装置１００が備える構成および実行する制御等については、種々変形可能である。メタン製造装置１００は、触媒を収容する少なくとも１つの反応器と、反応器に供給する原料ガスと熱媒との流量を制御する流量制御部とを備えていればよい。上記実施形態のメタン製造装置１００は、２つの反応器１０，２０を備えていたが、１つの反応器のみを備えてもよいし、３つ以上の反応器を備えていてもよい。制御部３０は、メタン製造装置１００が複数の反応器を備えている場合に、複数の反応器のうちの少なくとも１つに対して、要求されるメタンの生成量に応じた原料ガスと熱媒との流量制御を行っていてもよい。 [Modification 1]
The methane production apparatus 100 of the above-described embodiment is an example as one embodiment of the present invention, and various modifications can be made to the configuration of the methane production apparatus 100, the control to be executed, and the like. The methane production apparatus 100 may include at least one reactor containing a catalyst, and a flow control section for controlling the flow rates of the raw material gas and heat medium supplied to the reactor. Although the methane production apparatus 100 of the above embodiment has two reactors 10 and 20, it may have only one reactor or three or more reactors. When the methane production apparatus 100 includes a plurality of reactors, the control unit 30 controls at least one of the plurality of reactors to supply a source gas and a heat medium according to the required production amount of methane. and flow rate control may be performed.

メタン製造装置１００は、温度センサ１２，２２と、絞り弁２５と、凝縮器１４，２４との少なくとも１つを備えていなくてもよい。反応器１０に供給される原料ガスの流量Ｆ_H2，Ｆ_CO2を制御する装置として、マスフローコントローラＭＦＣ１，ＭＦＣ２の代わりの周知の装置が採用されてもよい。また、第１反応器１０に供給される熱媒の流量Ｆ_heatを制御する装置として、ポンプ１５以外の周知の装置が採用されてもよい。制御部３０は、１つの制御部であったが、複数の制御部に分割されて、各種機能が分割されていてもよいし、複数の制御部のそれぞれが異なる各構成を制御してもよい。 Methane production apparatus 100 may not include at least one of temperature sensors 12 and 22 , throttle valve 25 , and condensers 14 and 24 . As a device for controlling the flow rates F _H2 and F _CO2 of the raw material gases supplied to the reactor 10, well-known devices may be employed instead of the mass flow controllers MFC1 and MFC2. As a device for controlling the flow rate F _heat of the heat medium supplied to the first reactor 10, a well-known device other than the pump 15 may be employed. Although the control unit 30 is one control unit, it may be divided into a plurality of control units to divide various functions, or each of the plurality of control units may control different configurations. .

［変形例２］
上記実施形態では、原料ガスの流量Ｆ_H2，Ｆ_CO2が目標となる流量までの増加を完了させるまでの時間Ｔ_gasと、熱媒の流量Ｆ_heatが目標となる流量までの増加を完了させるまでの時間Ｔ_{heat_up}とが、上記式（１），（２）を満たしていたが、上記式（２）を満たしていなくてもよい。例えば、熱媒の流量Ｆ_heatの増加完了までの時間Ｔ_{heat_up}は、原料ガスの流量Ｆ_H2，Ｆ_CO2の増加完了までの時間Ｔ_gasの５倍であってもよい。 [Modification 2]
In the above-described embodiment, the time T gas until the flow rates F _H2 and F _CO2 of the raw material gases complete the increase to the target flow rate, and the time T _gas until the flow rate F _heat of the heat medium completes the increase to the target flow rate. Although the time T _{heat_up} satisfies the above formulas (1) and (2), it does not have to satisfy the above formula (2). For example, the time T _{heat_up} until the increase of the flow rate F _heat of the heat medium is completed may be five times the time T _gas until the increase of the flow rates F _H2 and F _CO2 of the source gas is completed.

上記実施形態では、図２および図３を用いてメタンの生成流量Ｆ_CH4が０．５（ｓｌｍ）から８．０（ｓｌｍ）に増加する場合と、８．０（ｓｌｍ）から０．５（ｓｌｍ）に同流量が減少する場合とにおける熱媒の流量Ｆ_heatの変更速さＵ_{heat_up}，Ｕ_{heat_down}について説明したが、メタンの生成流量Ｆ_CH4の増減量については変形可能である。例えば、生成流量Ｆ_CH4が増加する場合の流量と、減少する場合の流量とが異なっている場合の熱媒の流量Ｆ_heatの変更速さＵ_{heat_up}，Ｕ_{heat_down}が、上記式（３），（４）を満たしていてもよい。また、熱媒の流量Ｆ_heatの変更速さＵ_{heat_up}，Ｕ_{heat_down}は、上記式（３），（４）を満たしていることが好ましく、必ずしも満たしていなくてもよい。熱媒の流量Ｆ_heatの変更速さＵ_{heat_up}，Ｕ_{heat_down}は、図１０のメタン製造フローの初期値の設定とは異なり、例えば、メタンの生成流量Ｆ_CH4の増減量応じて、異なる数値が設定されていてもよい。 In the above-described embodiment, using FIGS. 2 and 3, the case where the methane production flow rate F _CH4 increases from 0.5 (slm) to 8.0 (slm) and the case where slm), the change speeds U _{heat_up} and U _{heat_down} of the heat medium flow rate F _heat when the same flow rate decreases, but the increase/decrease amount of the methane production flow rate F _CH4 can be modified. For example, the rate of change U _{heat_up} and U _{heat_down} of the flow rate F _heat of the heat medium when the flow rate when the generated flow rate F _CH4 increases and the flow rate when it decreases are different from the above equations (3), ( 4) may be satisfied. Moreover, the change speeds U _{heat_up} and U _{heat_down} of the flow rate F _heat of the heat medium preferably satisfy the above formulas (3) and (4), but they do not necessarily have to satisfy them. The change speeds U _{heat_up} and U _{heat_down} of the flow rate F _heat of the heat medium are different from the setting of the initial value of the _methane production flow in FIG. may have been

［変形例３］
上記実施形態の反応器１０，２０では、図１に示されるように、温度センサ１２，２２が、触媒１１，２１のうちの上流側の温度を検出したが、検出する位置については変形可能である。温度センサ１２，２２は、触媒１１，１２の下流側の温度を検出してもよい。また、例えば、第１反応器１０が備える３つの温度センサが、触媒１１の流れ方向に沿って上流側と、真ん中と、下流側とのそれぞれの温度を検出してもよい。 [Modification 3]
In the reactors 10 and 20 of the above embodiment, the temperature sensors 12 and 22 detect the temperature on the upstream side of the catalysts 11 and 21 as shown in FIG. be. Temperature sensors 12 and 22 may detect temperatures downstream of catalysts 11 and 12 . Further, for example, three temperature sensors provided in the first reactor 10 may detect the temperatures of the upstream side, the middle side, and the downstream side along the flow direction of the catalyst 11 .

図１１は、温度センサが検出する触媒の位置についての説明図である。図１１には、第１反応器１０内で生成されるメタンの生成流量Ｆ_CH4が異なる２つの場合において、触媒１１の流れ方向に沿った位置に応じて変化する触媒の温度が示されている。図１１に示される温度曲線Ｃ３（破線）では、温度曲線Ｃ４（実線）よりも触媒活性域が上流側に存在している。図１１に示されるように、要求されるメタンの生成流量Ｆ_CH4が変化した場合に、現行の触媒活性域の状態に応じて、熱媒の流量Ｆ_heatが制御されることが好ましい。 FIG. 11 is an explanatory diagram of the position of the catalyst detected by the temperature sensor. FIG. 11 shows the temperature of the catalyst 11 that changes according to the position along the flow direction of the catalyst 11 in two cases where the flow rate F _CH4 of methane produced in the first reactor 10 is different. . In the temperature curve C3 (broken line) shown in FIG. 11, the catalyst activation region exists upstream of the temperature curve C4 (solid line). As shown in FIG. 11, when the required methane production flow rate F _CH4 changes, the heat transfer medium flow rate F _heat is preferably controlled in accordance with the current state of the catalyst activation region.

制御部３０は、温度センサの検出位置Ｚ_Mが触媒１１の上流側に位置する場合に、温度センサにより検出された触媒の温度Ｔ_Mを用いて、熱媒の流量増加時の流量Ｆ_heatの変更速さＵ_{heat_up}を、下記式（７）に従って変更する。一方で、制御部３０は、温度センサの検出位置Ｚ_Mが触媒１１の下流側に位置する場合に、温度センサにより検出された触媒の温度Ｔ_Mを用いて、熱媒の流量増加時の流量Ｆ_heatの変更速さＵ_{heat_up}を、下記式（８）に従って変更する。なお、下記式（７），（８）におけるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、検出位置Ｚ_Mや触媒の種類などに応じて設定される任意の０よりも大きい定数である。 When the detection position Z _M of the temperature sensor is located upstream of the catalyst 11, the control unit 30 uses the temperature T _M of the catalyst detected by the temperature sensor to determine the flow rate F _heat when the flow rate of the heat medium increases. Change speed U _{heat_up} is changed according to the following formula (7). On the other hand, when the detection position Z _M of the temperature sensor is positioned downstream of the catalyst 11, the control unit 30 uses the temperature T _M of the catalyst detected by the temperature sensor to determine the flow rate of the heat medium when the flow rate increases. The F _heat change speed U _{heat_up} is changed according to the following equation (8). Note that A, B, C, and D in the following equations (7) and (8) are arbitrary constants greater than 0 that are set according to the detection position _ZM , the type of catalyst, and the like.

温度センサの検出位置Ｚ_Mが上流側である場合に、制御部３０は、上記式（７）に示されるように、温度センサにより検出される触媒の温度が高いほど、熱媒の流量増加時の流量Ｆ_heatの変更速さＵ_{heat_up}を大きくする。これにより、触媒活性域が触媒１１中の下流側に後退するものの、メタネーション反応の失活を抑制した上で、熱媒の流量Ｆ_heatの増加完了までの時間を短くできる。この結果、要求されるメタンの生成量への追従性がさらに向上する。 When the detection position Z _M of the temperature sensor is on the upstream side, the control unit 30 adjusts the temperature of the catalyst detected by the temperature sensor to increase the flow rate of the heat medium, as shown in the above equation (7). increase the change rate U _{heat_up} of the flow rate F _heat of . As a result, although the catalytically active region retreats to the downstream side in the catalyst 11, the deactivation of the methanation reaction is suppressed, and the time until the increase of the flow rate F _heat of the heat medium is completed can be shortened. As a result, the ability to follow the required amount of methane produced is further improved.

温度センサの検出位置Ｚ_Mが下流側である場合に、制御部３０は、上記式（８）に示されるように、温度センサにより検出される触媒の温度が高いほど、熱媒の流量増加時の流量Ｆ_heatの変更速さＵ_{heat_up}を小さくする。これにより、触媒活性域が触媒１１中の下流側から上流側へと回復して、メタネーション反応の失活が抑制される。なお、上記式（７），（８）は、流量Ｆ_heatの変更速さＵ_{heat_up}を算出するための一例であり、異なる方法により、流量Ｆ_heatの変更速さＵ_{heat_up}および変更速さＵ_{heat_down}が決定されてもよい。 When the detection position Z _M of the temperature sensor is on the downstream side, the control unit 30, as shown in the above formula (8), increases the temperature of the catalyst detected by the temperature sensor, the more the flow rate of the heat medium increases. The change rate U _{heat_up} of the flow rate F _heat of is decreased. As a result, the catalytic activity region recovers from the downstream side to the upstream side in the catalyst 11, and deactivation of the methanation reaction is suppressed. The above equations (7) and (8) are examples for _calculating the change speed U _{heat_up} _of the flow rate F _heat _. may be determined.

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。 The present aspect has been described above based on the embodiments and modifications, but the above-described embodiments are intended to facilitate understanding of the present aspect, and do not limit the present aspect. This aspect may be modified and modified without departing from the spirit and scope of the claims, and this aspect includes equivalents thereof. Also, if the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.

１０…第１反応器
１０ｉ…第１反応器の入口
１０ｏ…第１反応器の出口
１１…触媒
１２，２２…温度センサ（触媒温度検出部）
１３…熱媒流路
１４…第１凝縮器
１５…ポンプ（熱媒体供給部、流量制御部）
２０…第２反応器
２０ｉ…第２反応器の入口
２０ｏ…第２反応器の出口
２３…熱媒流路
２４…第２凝縮器
２５…絞り弁（流量制御部）
２６…バイパス流路
３０…制御部（流量制御部）
１００…メタン製造装置
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４…温度曲線
Ｆ_CH4…メタンの生成流量
Ｆ_CO2…ＣＯ₂の流量
Ｆ_H2…Ｈ₂の流量
Ｆ_heat…熱媒の流量
Ｌ_cat…触媒の全長
ＭＦＣ１，ＭＦＣ２…マスフローコントローラ（流量制御部）
Ｎ…絞り弁の開度
Ｔ_M，Ｔ_Z1，Ｔ_Z2，Ｔ_Z3…触媒の温度
Ｔ_gas…原料ガスの流量の増加完了までの時間
Ｔ_heat…熱媒の流量の増加完了までの時間
Ｕ_{heat_up}…熱媒増加時の流量の変更速度
Ｕ_{heat_down}…熱媒減少時の流量の変更速度
Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３…触媒の位置
Ｚ_M…温度の検出位置
ｆ…周波数
Δｔ…制御周期 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... 1st reactor 10i... Inlet of 1st reactor 10o... Outlet of 1st reactor 11... Catalyst 12, 22... Temperature sensor (catalyst temperature detection part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13... Heat-medium flow path 14... 1st condenser 15... Pump (heat-medium supply part, flow control part)
20... Second reactor 20i... Inlet of second reactor 20o... Outlet of second reactor 23... Heat medium flow path 24... Second condenser 25... Throttle valve (flow controller)
26... Bypass flow path 30... Control section (flow rate control section)
100... Methane production equipment C1, C2, C3, C4... Temperature curve F _CH4 ... Flow rate of methane production F _CO2 ... Flow rate of _CO2 F _H2 ... Flow rate of H2 F _heat ... Flow rate of heat medium L _cat ... Total length of catalyst _MFC1 , MFC2 ... mass flow controller (flow control unit)
N... Opening degree of throttle valve T _M , T _Z1 , T _Z2 , T _Z3 ... Temperature of catalyst T _gas ... Time until completion of increase in raw material gas flow rate T _heat ... Time until completion of increase in flow rate of heat medium U _{heat_up} ... Change speed of flow rate when heating medium increases U _{heat_down} ... Change speed of flow rate when heating medium decreases Z1, Z2, Z3 ... Position of catalyst Z _M ... Detection position of temperature f ... Frequency Δt ... Control cycle

Claims

A methane production device,
a reactor containing a catalyst for producing methane from carbon dioxide and hydrogen as source gases;
a heat medium supply unit connected to the reactor and supplying a heat medium used for heat exchange with the catalyst to the reactor;
a flow control unit for controlling the flow rate of the raw material gas and the flow rate of the heat medium supplied to the reactor;
with
When the flow rate of the raw material gas is increased from the current flow rate to the first flow rate and the flow rate of the heat medium is increased from the current flow rate to the second flow rate, the flow rate control unit increases the flow rate of the heat medium to the current flow rate. The methane production apparatus, wherein the increase of the raw material gas is completed while the flow rate is changed from the second flow rate.

The methane production apparatus according to claim 1,
The methane production apparatus, wherein the flow rate control unit sets the time required for completing the increase in the flow rate of the heat medium to be longer than ten times the time required for completing the increase in the flow rate of the raw material gas.

The methane production apparatus according to claim 1 or claim 2,
When the absolute value of the change speed of the flow rate of the heat medium when the flow rate control unit increases the flow rate of the heat medium from the current flow rate to the second flow rate is defined as a first absolute value,
When the flow rate of the raw material gas is decreased from the current flow rate to the third flow rate and the flow rate of the heat medium is decreased from the current flow rate to the fourth flow rate, the flow rate control unit reduces the flow rate of the heat medium. A methane production apparatus, wherein a second absolute value, which is the absolute value of the change speed, is made larger than the first absolute value.

The methane production apparatus according to claim 3,
The methane production apparatus, wherein the flow control unit makes the second absolute value larger than ten times the first absolute value.

The methane production apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
A catalyst temperature detection unit that detects the temperature of the catalyst,
The methane production apparatus, wherein the flow rate control unit uses the temperature of the catalyst detected by the catalyst temperature detection unit to determine a change speed of the flow rate of the heat medium when increasing the flow rate of the source gas.

The methane production apparatus according to claim 5,
The reactor has a tubular shape to which the raw material gas is supplied from one end face and a gas containing methane is discharged from the other end face,
The flow control unit is
When the position where the temperature of the catalyst is detected by the catalyst temperature detection unit is the one end face side of the catalyst accommodated in the reactor, the detected temperature of the catalyst is high. The more the flow rate of the heat medium is increased, the faster the flow rate is increased,
When the position where the temperature of the catalyst is detected by the catalyst temperature detection unit is the other end face side of the catalyst accommodated in the reactor, the detected temperature of the catalyst is high. The methane production apparatus, wherein the rate of change in the flow rate when increasing the flow rate of the heat medium is reduced as much as possible.