JP2023180568A - Synthetic gas manufacturing system and synthetic gas manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、合成ガス製造システムおよび合成ガスの製造方法に関する。 The present invention relates to a synthesis gas production system and a synthesis gas production method.
現在、産業界では地球温暖化による気候変動への対策として、カーボンニュートラル(Carbon Neutral;CN)の実現に向け、二酸化炭素(CO2)排出量の削減についての研究開発が活発に行われている。 Currently, industry is actively conducting research and development on reducing carbon dioxide (CO 2 ) emissions in order to achieve carbon neutrality (CN) as a countermeasure to climate change caused by global warming. .
具体的なCO2排出量の削減方法としては、製鉄所や火力発電所等のCO2発生源を有する設備から排出される廃ガスからCO2を分離し、回収するプロセスや方法が既に検討されている。これまでに吸着方式、吸収方式、膜分離方式等、さまざまなCO2の分離、回収方法について研究開発が進められている。 As a specific method for reducing CO2 emissions, processes and methods for separating and recovering CO2 from waste gas emitted from equipment that generates CO2 , such as steel mills and thermal power plants, are already being considered. ing. Research and development has been progressing on various CO 2 separation and recovery methods, including adsorption methods, absorption methods, and membrane separation methods.
しかし、回収したCO2の利用に関しては、現状では、生産効率の下がった油田等において原油の回収率を上げるために油田にCO2を注入するEOR(Enhanced Oil Recovery:原油増進回収)や、農作物の増産のためにビニールハウスにCO2を供給する農法等、限られた用途しか利用方法がない。 However, with regard to the use of recovered CO2 , currently there is a method called EOR (Enhanced Oil Recovery), in which CO2 is injected into oil fields to increase the recovery rate of crude oil in oil fields where production efficiency has decreased, or for use in agricultural crops. There are only limited uses for this, such as farming methods that supply CO2 to greenhouses to increase production.
そのため、回収したCO2に水素(H2)を加えたり、電気エネルギーを利用したりすることにより、燃料や化成品原料のような有価物、例えばメタノール、メタン、合成ガス等を製造するCO2の利用技術についても、活発に研究開発が進められている。このとき、再生可能エネルギーを用いて製造された水素ガスを使用することにより、H2の製造に伴って発生するCO2の削減も図ることができる。 Therefore, by adding hydrogen (H 2 ) to the recovered CO 2 or using electrical energy, CO 2 can be used to produce valuables such as fuels and raw materials for chemical products, such as methanol, methane, and synthetic gas. Research and development is also actively underway regarding the utilization technology. At this time, by using hydrogen gas produced using renewable energy, it is also possible to reduce CO 2 generated along with the production of H 2 .
CO2とH2の混合ガスから合成ガスを製造する方法としては、以下に説明するように逆シフト反応で生成した一酸化炭素(CO)にH2を混合させる方法がある。 As a method for producing synthesis gas from a mixed gas of CO 2 and H 2 , there is a method of mixing H 2 with carbon monoxide (CO) produced by a reverse shift reaction, as described below.
逆シフト反応は下記式(1)で表される化学反応であり、逆シフト反応によりCO2とH2の混合ガスからCOを生成させることができる。
CO2+H2→CO+H2O …(1)
The reverse shift reaction is a chemical reaction represented by the following formula (1), and CO can be generated from a mixed gas of CO 2 and H 2 by the reverse shift reaction.
CO 2 + H 2 → CO + H 2 O…(1)
逆シフト反応は、圧力に影響を受けずに進行する吸熱反応である。逆シフト反応には、例えばAl2O3にMn-Pd合金を担持させたMn-Pd/Al2O3系の触媒を使用することができ、特許文献1では逆シフト反応に使用可能な触媒が提案されている。逆シフト反応で生成したCOにH2を混合することにより、COとH2を主成分とする混合ガスである合成ガスを製造することができる。 The reverse shift reaction is an endothermic reaction that proceeds without being affected by pressure. For the reverse shift reaction, for example, a Mn-Pd/Al 2 O 3 based catalyst in which an Mn-Pd alloy is supported on Al 2 O 3 can be used, and Patent Document 1 describes a catalyst that can be used for the reverse shift reaction. is proposed. By mixing H 2 with CO generated by the reverse shift reaction, synthesis gas, which is a mixed gas containing CO and H 2 as main components, can be produced.
合成ガスからは多種多様な化成品、例えばメタノール、ガソリン、軽油、ジメチルエーテル(DME)等を製造することが可能である。メタノールは下記式(2)の化学反応により合成ガスから製造することができる。
CO+2H2→CH3OH …(2)
A wide variety of chemical products such as methanol, gasoline, light oil, dimethyl ether (DME), etc. can be produced from synthesis gas. Methanol can be produced from synthesis gas by the chemical reaction of formula (2) below.
CO+ 2H2 → CH3OH ...(2)
DMEは、メタノールを経由する間接合成により製造することができ、また、直接法により合成ガスから直接製造することもできる。直接法では、下記式(3)または式(4)の化学反応によりDMEを製造することができる。合成ガスのH2/CO比が1の場合、式(3)の反応が進行し、CO2の発生を伴う。合成ガスのH2/CO比が2の場合、式(4)の反応が進行し、理論上CO2の発生が抑制される。実際のDMEの製造プロセスでは合成ガスのH2/CO比は2以上に調整される。
3CO+3H2→CH3OCH3+CO2 …(3)
2CO+4H2→CH3OCH3+H2O …(4)
DME can be produced by indirect synthesis via methanol, or directly from synthesis gas by direct methods. In the direct method, DME can be produced by the chemical reaction of formula (3) or formula (4) below. When the H 2 /CO ratio of the synthesis gas is 1, the reaction of formula (3) proceeds with the generation of CO 2 . When the H 2 /CO ratio of the synthesis gas is 2, the reaction of formula (4) proceeds, and the generation of CO 2 is theoretically suppressed. In the actual DME manufacturing process, the H 2 /CO ratio of the synthesis gas is adjusted to 2 or more.
3CO+ 3H2 → CH3OCH3 + CO2 ...(3)
2CO+4H 2 →CH 3 OCH 3 +H 2 O…(4)
また、下記式(5)のFT(Fischer-Tropsch:フィッシャー・トロプシュ)合成により、合成ガスから直鎖の炭化水素等のGTL(Gas to liquid)製品を製造することができる。一般にFT合成では、合成ガスのH2/CO比は2~3に調整される。FT合成では、副反応生成物としてオレフィン、アルコール類等が生成する。
nCO+(2n+1)H2→CnH2n+2+nH2O …(5)
Further, GTL (Gas to liquid) products such as linear hydrocarbons can be produced from synthesis gas by FT (Fischer-Tropsch) synthesis of the following formula (5). Generally, in FT synthesis, the H 2 /CO ratio of the synthesis gas is adjusted to 2-3. In FT synthesis, olefins, alcohols, etc. are produced as side reaction products.
nCO+(2n+1)H 2 →C n H 2n+2 +nH 2 O…(5)
以上の式(2)~(5)で表される化学反応は、いずれも分子数が減少する反応であり、平衡論として高圧力下において有利に進行する高圧プロセスである。そのため、合成ガスの加圧が必要となる。 The chemical reactions represented by the above formulas (2) to (5) are all reactions in which the number of molecules decreases, and are high-pressure processes that advantageously proceed under high pressure in terms of equilibrium theory. Therefore, it is necessary to pressurize the synthesis gas.
以上のように、CO2とH2の混合ガスから合成ガスを製造する技術が開発されている。合成ガスを製造するのに用いられる逆シフト反応では、CO2を完全に反応させることが反応の制約上困難であり、現時点ではCO2の反応率(転化率)は約50%である。そのため、合成ガスにも未反応のCO2が残存することとなる。 As described above, techniques for producing synthesis gas from a mixed gas of CO 2 and H 2 have been developed. In the reverse shift reaction used to produce synthesis gas, it is difficult to completely react CO 2 due to reaction constraints, and currently the reaction rate (conversion rate) of CO 2 is about 50%. Therefore, unreacted CO 2 will remain in the synthesis gas as well.
上述のように、合成ガスから化成品等を生成させる式(2)~(5)で表される化学反応は高圧プロセスであるため、合成ガスの加圧が必要である。このとき、合成ガスに未反応のCO2が残存していると、その分、加圧に要する動力が増加するため、エネルギー効率が低下するという問題があった。 As described above, the chemical reactions represented by formulas (2) to (5) for producing chemical products from synthesis gas are high-pressure processes, and therefore it is necessary to pressurize the synthesis gas. At this time, if unreacted CO 2 remains in the synthesis gas, the power required for pressurization increases accordingly, resulting in a problem that energy efficiency decreases.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、CO2の含有量の少ない合成ガスを効率よく製造することが可能な合成ガス製造システムを提供することを目的とする。また、このような合成ガスの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a synthesis gas production system that can efficiently produce synthesis gas with a low content of CO2 . Another object of the present invention is to provide a method for producing such synthesis gas.
本発明者らは、種々検討した結果、上記目的は、以下の発明により達成されることを見出した。 As a result of various studies, the present inventors have found that the above object can be achieved by the following invention.
本発明の一局面に係る合成ガス製造システムは、
COとH2とを含む合成ガスの製造システムであって、
CO2とH2とを含む原料ガスから逆シフト反応によってCOを含むガスを生成させる逆シフト反応装置と、
前記逆シフト反応装置で生成したガスを、圧力スイング吸着法(PSA法)によりCOとPSAオフガスとに分離する分離装置と、
前記分離装置で分離された前記PSAオフガスを、前記逆シフト反応装置に導入される前記原料ガスに合流させる合流流路と、
前記分離装置で分離された前記COに、H2を混合させる混合流路と、を備える。
A synthesis gas production system according to one aspect of the present invention includes:
A system for producing synthesis gas containing CO and H2 ,
A reverse shift reaction device that generates a gas containing CO by a reverse shift reaction from a raw material gas containing CO 2 and H 2 ;
a separation device that separates the gas generated in the reverse shift reaction device into CO and PSA off-gas by a pressure swing adsorption method (PSA method);
a merging flow path for merging the PSA off-gas separated by the separation device with the raw material gas introduced into the reverse shift reaction device;
A mixing flow path for mixing H 2 with the CO separated by the separation device.
本発明の他の局面に係る合成ガスの製造方法は、
COとH2とを含む合成ガスの製造方法であって、
CO2とH2とを含む原料ガスから逆シフト反応によってCOを含むガスを生成させる逆シフト反応工程と、
前記逆シフト反応工程で生成したガスを、圧力スイング吸着法(PSA法)によりCOとPSAオフガスとに分離する分離工程と、
前記分離工程で分離された前記PSAオフガスを、前記逆シフト反応工程に供される前記原料ガスに合流させる合流工程と、
前記分離工程で分離された前記COに、H2を混合させる混合工程と、を備える。
A method for producing synthesis gas according to another aspect of the present invention includes:
A method for producing synthesis gas containing CO and H2 , the method comprising:
a reverse shift reaction step of generating a gas containing CO from a raw material gas containing CO 2 and H 2 by a reverse shift reaction;
a separation step of separating the gas generated in the reverse shift reaction step into CO and PSA off-gas by a pressure swing adsorption method (PSA method);
a merging step in which the PSA off-gas separated in the separation step is merged with the raw material gas to be subjected to the reverse shift reaction step;
and a mixing step of mixing H 2 with the CO separated in the separation step.
本発明によれば、CO2の含有量の少ない合成ガスを効率よく製造することが可能な合成ガス製造システムを提供することができる。また、このような合成ガスの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a synthesis gas production system that can efficiently produce synthesis gas with a low content of CO2 . Furthermore, a method for producing such synthesis gas can be provided.
[第1の実施形態]
以下、本発明の第1の実施形態に係る合成ガス製造システムおよび合成ガスの製造方法について図面に基づいて説明する。
[First embodiment]
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, a synthesis gas production system and a synthesis gas production method according to a first embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
本実施形態に係る合成ガス製造システムは、一酸化炭素(CO)と水素(H2)とを含む合成ガスの製造システムであって、二酸化炭素(CO2)とH2とを含む原料ガスから逆シフト反応によってCOを含むガスを生成させる逆シフト反応装置と、逆シフト反応装置で生成したガスを、圧力スイング吸着法(PSA法)によりCOとPSAオフガスとに分離する分離装置と、分離装置で分離されたPSAオフガスを、逆シフト反応装置に導入される原料ガスに合流させる合流流路と、分離装置で分離されたCOに、H2を混合させる混合流路と、を備える。 The synthesis gas production system according to the present embodiment is a production system for synthesis gas containing carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ), and is produced from a raw material gas containing carbon dioxide (CO 2 ) and H 2 . A reverse shift reaction device that generates a gas containing CO by a reverse shift reaction, a separation device that separates the gas generated by the reverse shift reaction device into CO and PSA off-gas by a pressure swing adsorption method (PSA method), and a separation device The PSA off-gas separated by the PSA off-gas is combined with the raw material gas introduced into the reverse shift reaction device, and the CO separated by the separation device is mixed with H2 .
本実施形態に係る合成ガス製造方法は、COとH2とを含む合成ガスの製造方法であって、CO2とH2とを含む原料ガスから逆シフト反応によってCOを含むガスを生成させる逆シフト反応工程と、前記逆シフト反応工程で生成したガスを、圧力スイング吸着法(PSA法)によりCOとPSAオフガスとに分離する分離工程と、前記分離工程で分離された前記PSAオフガスを、前記逆シフト反応工程に供される前記原料ガスに合流させる合流工程と、前記分離工程で分離された前記COに、H2を混合させる混合工程と、を備える。 The synthesis gas production method according to the present embodiment is a method for producing synthesis gas containing CO and H 2 , in which a gas containing CO is produced by a reverse shift reaction from a raw material gas containing CO 2 and H 2 . a shift reaction step; a separation step of separating the gas produced in the reverse shift reaction step into CO and PSA off-gas by a pressure swing adsorption method (PSA method); and a separation step of separating the PSA off-gas separated in the separation step into the The method includes a merging step of merging the raw material gas to be subjected to the reverse shift reaction step, and a mixing step of mixing H 2 with the CO separated in the separation step.
〈合成ガス製造システムの構成〉
図1は、第1の実施形態に係る合成ガス製造システムの一例を示すブロック図である。図1に示す合成ガス製造システム1は、COとH2とを含む合成ガスの製造システムであって、逆シフト反応装置14と、分離装置20と、合流流路22と、混合流路24と、を備える。
<Synthesis gas production system configuration>
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a synthesis gas production system according to the first embodiment. A synthesis gas production system 1 shown in FIG. 1 is a production system for synthesis gas containing CO and H2 , and includes a reverse
逆シフト反応装置14は、CO2およびH2を含む原料ガスに対して下記式(1)で表される逆シフト反応を生じさせ、COを含むガス(CO含有ガス)を生成させる装置である。本実施形態の逆シフト反応装置14では、原料ガスが連続的に導入され、生成したCO含有ガスは連続的に排出される。なお、フロー式の逆シフト反応装置に代えて、バッチ式の逆シフト反応装置を使用してもよい。
CO2+H2→CO+H2O …(1)
The reverse
CO 2 + H 2 → CO + H 2 O…(1)
逆シフト反応は触媒によって進行が促進される反応(触媒反応)であり、逆シフト反応装置14には、原料ガスの流路に逆シフト反応に適した触媒が設けられている。本実施形態では、逆シフト反応装置14に設ける触媒として、Rh、Ba、K、Pt、Ag、Pd等をアルミナ(Al2O3)に担持させたものや、Li、RhをNaY型ゼオライトに担持させたもの、Ptをチタニア(TiO2)に担持させたもの等を使用することができる。逆シフト反応装置14に設けられる触媒は、副生成物としてメタンの生成が抑制されるものが好ましい。本実施形態では、逆シフト反応装置14におけるメタンの生成は考慮しない。
The reverse shift reaction is a reaction (catalytic reaction) whose progress is promoted by a catalyst, and the reverse
また、逆シフト反応は吸熱反応であり、温度が高いほど進行しやすいため、逆シフト反応装置14には、原料ガスを加熱する加熱装置(不図示)が設けられている。逆シフト反応装置14では、加熱装置によって原料ガスを400~800℃に加熱することが好ましい。
Further, the reverse shift reaction is an endothermic reaction, and the higher the temperature, the easier it is to proceed. Therefore, the reverse
原料ガスの全量について逆シフト反応が進行する場合、式(1)に基づく化学量論では原料ガスのH2/CO2比は1となる。しかし、逆シフト反応装置14において、原料ガスの全量について逆シフト反応を進行させることは困難であり、逆シフト反応装置14で生成したCO含有ガスには、逆シフト反応で生成するCOおよびH2O以外に未反応の原料ガスが含まれる。そのため、原料ガスのH2/CO2比を、逆シフト反応装置14の特性、または使用する触媒の特性に応じて調整し、1よりも大きい値としても、1よりも小さい値としてもよい。逆シフト反応装置14で生成したCO含有ガスに含まれる未反応の原料ガスの組成および量は、使用する逆シフト反応装置14、触媒または原料ガスのH2/CO2比によって異なる。
When the reverse shift reaction proceeds for the entire amount of source gas, the H 2 /CO 2 ratio of the source gas is 1 in the stoichiometry based on equation (1). However, in the reverse
逆シフト反応装置14から排出されるCO含有ガスは、400~800℃と高温であり、CO含有ガスに含まれるH2Oは、水蒸気すなわち気体の状態でCO含有ガスに含まれる。
The CO-containing gas discharged from the
逆シフト反応装置14への原料ガスの導入方法は特に限定されないが、例えば、図1に示すように、CO2貯蔵部11から排出されるCO2およびH2貯蔵部12から排出されるH2を混合した原料ガスを、原料ガス流路13を通じて逆シフト反応装置14に供給することができる。
Although the method of introducing the raw material gas into the reverse shift reaction device 14 is not particularly limited, for example, as shown in FIG. The mixed raw material gas can be supplied to the reverse
CO2貯蔵部11は、CO2を貯蔵可能な容器とCO2の排出流量を調整可能な流量調整部とを有し、貯蔵したCO2ガスを任意の流量で排出することが可能である。CO2貯蔵部11に貯蔵されるCO2の生成方法は問わないが、本実施形態では、CO2排出量の削減のため、例えば製鉄所や火力発電所のようにCO2発生源を有する設備において回収されたCO2を使用することが好ましい。CO2の回収は、例えば吸着方式、吸収方式、膜分離方式等の回収方法によって行うことができる。 The CO 2 storage unit 11 includes a container that can store CO 2 and a flow rate adjustment unit that can adjust the discharge flow rate of CO 2 , and can discharge the stored CO 2 gas at an arbitrary flow rate. Although the CO 2 stored in the CO 2 storage unit 11 may be generated by any method, in this embodiment, in order to reduce CO 2 emissions, a facility having a CO 2 generation source, such as a steel mill or a thermal power plant, is used. Preference is given to using CO 2 recovered at . CO 2 can be recovered by a recovery method such as an adsorption method, an absorption method, or a membrane separation method.
H2貯蔵部12は、H2を貯蔵可能な容器とH2の排出流量を調整可能な流量調整部とを有し、貯蔵したH2ガスを任意の流量で排出することが可能である。また、貯蔵されるH2の生成方法は問わず、例えば水電解式水素発生装置によって製造されたH2を使用することができる。本実施形態では、CO2排出量の削減のため、水電解式水素発生装置において、太陽光、風力等の再生可能エネルギー由来の電力を利用することが好ましい。 The H 2 storage unit 12 includes a container that can store H 2 and a flow rate adjustment unit that can adjust the discharge flow rate of H 2 , and can discharge the stored H 2 gas at an arbitrary flow rate. Further, the method for producing the stored H 2 is not limited; for example, H 2 produced by a water electrolysis type hydrogen generator can be used. In this embodiment, in order to reduce CO2 emissions, it is preferable to use electric power derived from renewable energy such as sunlight and wind power in the water electrolysis type hydrogen generator.
原料ガス流路13では、CO2貯蔵部11から排出されるCO2およびH2貯蔵部12から排出されるH2が混合され、CO2およびH2を含む原料ガスが流通する。原料ガスの流量および原料ガスのCO2およびH2の含有量の調整は、CO2貯蔵部11から排出されるCO2の流量およびH2貯蔵部12から排出されるH2の流量を調整することにより行うことができる。
In the raw material
逆シフト反応装置14から排出されるCO含有ガスは、常温~80℃に冷却されてから分離装置20に導入される。これは、分離装置20の特性上、分離装置20に導入されるCO含有ガスは常温~80℃としなければならないためである。CO含有ガスを冷却することにより、CO含有ガスに含まれる水蒸気の大部分は、凝縮して水となってCO含有ガスから分離される。そのため、冷却されたCO含有ガスには、逆シフト反応により得られたCOと、未反応の原料ガスとが含まれる。
The CO-containing gas discharged from the
逆シフト反応装置14から排出されるCO含有ガスは、配管内で自然冷却してもよいが、図1に示すように冷却装置16で冷却することが好ましい。冷却装置16は、例えばシェルアンドチューブ型やプレート積層型の冷却装置を使用することができる。冷却方式は、空冷式、水冷式のいずれの方式も用いることができるが、効率の観点からは水冷式が望ましい。
Although the CO-containing gas discharged from the
分離装置20は、冷却されたCO含有ガスをPSA法によりCOとPSAオフガスとに分離するCO-PSA装置20aと、CO-PSA装置20aによってCO含有ガスから分離されたPSAオフガスを収容するPSAオフガスホルダー20bと、CO-PSA装置20aによってCO含有ガスから分離されたCOを混合流路24に誘導するCO誘導路20cと、を有する。分離装置20によって、逆シフト反応装置14で生成したCOを含むガスを、CO2の含有量の少ない高純度のCOとPSAオフガスとに分離することができる。
The
本実施形態に係る分離装置20では、COの回収率は例えば約80%である。これは、CO含有ガスに含まれるCOの一部がCO吸着物質に吸着されないためである。COの回収率は、CO-PSA装置20aに設けられた吸着剤によって異なる。COの回収率とは、CO-PSA装置20aに導入されたCO含有ガスに含まれるCO量(COin[mol/h]または[Nm3/h])に対する、CO-PSA装置20aからCO誘導路20cに排出されたCO量(COout[mol/h]または[Nm3/h])の割合(COout/COin)である。CO誘導路20cに排出されなかったCOの残部はPSAオフガスに含まれる。
In the
CO-PSA装置20aは、冷却装置16に対して並列に複数設けられており、本実施形態では4個のCO-PSA装置20aが設けられている。CO-PSA装置20aは、逆シフト反応装置14で逆シフト反応を開始した後、CO含有ガスが冷却装置16から排出され始めてから動作を開始する。
A plurality of
CO-PSA装置20aは、CO吸着物質を含む吸着剤を備えている。CO吸着物質とは、COを選択的に吸着する物質であり、COの圧力が高いほど、COの吸着量が増加する。H2およびCO2は、CO吸着物質には吸着されない。本実施形態では、CO吸着物質として、例えば1価の銅(Cu)をアルミナ(Al2O3)または高分子多孔質材に担持させたもの等を使用することができる。
The
CO-PSA装置20aを用いたPSA法について説明する。冷却装置16で冷却されたCO含有ガスは、大気圧よりも加圧された状態でCO-PSA装置20aに導入される。このときのCO-PSA装置20aに導入されるCO含有ガスの圧力は吸着剤およびCO含有ガスの組成に応じて定めることができ、0.2~1.0MPaが好ましい。
A PSA method using the
CO-PSA装置20aに導入されたCO含有ガスに含まれるCOの約80%はCO吸着物質に吸着される。CO含有ガスに含まれるCO以外のガスおよびCO吸着物質に吸着されなかったCOは、PSAオフガスとしてCO-PSA装置20aから排出され、PSAオフガスホルダー20bに貯留される。加圧されたCO含有ガスが導入されている間、CO誘導路20cは閉じられており、CO誘導路20cにはPSAオフガスは侵入しない。加圧されたCO含有ガスの導入時間はCO-PSA装置20aの容量、使用される吸着剤の種類および量等に応じて定めることができる。
Approximately 80% of the CO contained in the CO-containing gas introduced into the
CO吸着物質にCOが十分に吸着されると、CO-PSA装置20aへのCO含有ガスの導入を停止し、CO-PSA装置20aに設けられた真空ポンプによってCO-PSA装置20a内部の圧力を降下させ、CO吸着物質からCOを脱着させる。これにより、CO2の含有量の少ない高純度のCOを得ることができる。脱着したCOは、例えばCOの含有量が99体積%以上である。脱着した高純度のCOは、CO誘導路20cに排出される。CO-PSA装置20a内部の圧力を降下させている間、PSAオフガスホルダー20bは閉じられており、脱着したCOはPSAオフガスホルダー20bには流入しない。CO-PSA装置20a内部の圧力を降下させる時間は、CO-PSA装置20aの容量、使用される吸着剤の種類および量等に応じて定めることができる。
When CO is sufficiently adsorbed by the CO-adsorbing material, the introduction of CO-containing gas to the
このように、PSA法によれば冷却されたCO含有ガスをPSAオフガスと高純度のCOとに分離することができる。また、これらの操作を複数のCO-PSA装置20aを連携して実施し、常時少なくとも1つのCO-PSA装置20aにCO含有ガスを導入している状態とすることにより、分離装置20によって連続的にCO含有ガスをPSAオフガスと高純度のCOとに分離することができる。
Thus, according to the PSA method, cooled CO-containing gas can be separated into PSA off-gas and high-purity CO. Furthermore, by performing these operations in conjunction with a plurality of
PSAオフガスホルダー20bに貯留されたPSAオフガスは、合流流路22を通じて原料ガス流路13に導入され、原料ガスとともに逆シフト反応装置14に導入される。PSAオフガスには分離装置20によって高純度のCOに分離されなかったCOも含まれるため、合流流路22により、PSAオフガスに含まれるCOをシステム外に排出することなく再度分離装置20に供することができる。そのため、合成ガスを効率よく製造することができる。
The PSA offgas stored in the
合流流路22は、分離装置20のPSAオフガスホルダー20bと、原料ガス流路13とを接続するように設けられている配管である。合流流路22には、PSAオフガスの流量を調整するためのバルブ22a(流量調整装置)が設けられている。バルブ22aによって、原料ガスの組成および流量、PSAオフガスの組成、逆シフト反応装置14の処理能力等に応じて原料ガス流路13に導入されるPSAオフガスの流量を調整することができる。これにより、逆シフト反応装置14において逆シフト反応を効率よく進行させることができる。また、PSAオフガスの組成および流量に応じて、CO2貯蔵部11から排出されるCO2の流量およびH2貯蔵部12から排出されるH2の流量を調整してもよい。
The
一方、CO誘導路20cに排出された高純度のCOは、混合流路24においてH2貯蔵部12から供給されるH2と混合される。これにより、本実施形態に係る合成ガス製造システムによれば、CO2の含有量の少ない合成ガスを製造することができる。
On the other hand, the high-purity CO discharged into the
混合流路24は、分離装置20のCO誘導路20cと、H2貯蔵部12から排出されたH2を流通させる配管12aとを接続する配管である。H2貯蔵部12から混合流路24に供給されるH2の流量を、混合流路24に供給されるCOの流量に応じて調整することにより、用途に応じた任意の組成(H2/CO比)の合成ガスを得ることができる。得られた合成ガスは、用途に応じた後段のプロセスに送出される。混合流路24に供給されるH2は、H2貯蔵部12以外のH2源から供給してもよい。
The mixing
〈合成ガスの製造方法〉
本実施形態に係る合成ガス製造方法は、COとH2とを含む合成ガスの製造方法であって、CO2とH2とを含む原料ガスから逆シフト反応によってCOを含むガスを生成させる逆シフト反応工程と、前記逆シフト反応工程で生成したガスを、圧力スイング吸着法(PSA法)によりCOとPSAオフガスとに分離する分離工程と、前記分離工程で分離された前記PSAオフガスを、前記逆シフト反応工程に供される前記原料ガスに合流させる合流工程と、前記分離工程で分離された前記COに、H2を混合させる混合工程と、を備える。
<Synthesis gas production method>
The synthesis gas production method according to the present embodiment is a method for producing synthesis gas containing CO and H 2 , in which a gas containing CO is produced by a reverse shift reaction from a raw material gas containing CO 2 and H 2 . a shift reaction step; a separation step of separating the gas produced in the reverse shift reaction step into CO and PSA off-gas by a pressure swing adsorption method (PSA method); and a separation step of separating the PSA off-gas separated in the separation step into the The method includes a merging step of merging the raw material gas to be subjected to the reverse shift reaction step, and a mixing step of mixing H 2 with the CO separated in the separation step.
本実施形態に係る合成ガス製造方法は、COとH2とを含む合成ガスの製造方法であり、例えば、図1に示す合成ガス製造システム10により、実施することができる。
The synthesis gas production method according to the present embodiment is a synthesis gas production method containing CO and H2 , and can be implemented, for example, by a synthesis
本実施形態に係る合成ガス製造方法は、逆シフト反応工程と、分離工程と、合流工程と、混合工程と、を備える。 The synthesis gas production method according to the present embodiment includes a reverse shift reaction step, a separation step, a merging step, and a mixing step.
逆シフト反応工程は、CO2とH2とを含む原料ガスから逆シフト反応によってCOを含むガスを生成させる工程であり、図1に示す合成ガス製造システムでは、逆シフト反応装置14で行われる。
The reverse shift reaction process is a process in which a gas containing CO is generated from a raw material gas containing CO 2 and H 2 by a reverse shift reaction, and is performed in the reverse
分離工程は、逆シフト反応工程で生成したガスを、PSA法によりCOとPSAオフガスとに分離する工程であり、図1に示す合成ガス製造システムでは、分離装置20で行われる。
The separation step is a step of separating the gas generated in the reverse shift reaction step into CO and PSA off-gas by the PSA method, and is performed in the
合流工程は、分離工程で分離されたPSAオフガスを、逆シフト反応工程に供される原料ガスに合流させる工程であり、図1に示す合成ガス製造システムでは、原料ガス流路13を流通する原料ガスに合流流路22からPSAオフガスを合流させることにより行われる。
The merging process is a process in which the PSA off-gas separated in the separation process is merged with the raw material gas to be subjected to the reverse shift reaction process. In the synthesis gas production system shown in FIG. This is performed by merging the PSA off-gas from the merging
混合工程は、分離工程で分離されたCOに、H2を混合させる工程であり、図1に示す合成ガス製造システムでは、分離装置20でCO含有ガスから分離され、CO誘導路20cに排出されたCOを、混合流路24においてH2貯蔵部12から供給されるH2と混合することにより行われる。
The mixing step is a step in which H 2 is mixed with CO separated in the separation step, and in the synthesis gas production system shown in FIG. This is done by mixing the collected CO with H 2 supplied from the H 2 storage 12 in the mixing
[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図2は、第2の実施形態に係る合成ガス製造システムの一例を示すブロック図である。本実施形態に係る合成ガス製造システム30は、分離装置20で分離されたPSAオフガスの一部を合成ガス製造システム30外に排出するための排出流路31を有すること以外は、第1の実施形態に係る合成ガス製造システムと同様の構成であり、同じ符号を付し、説明を省略する。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a synthesis gas production system according to the second embodiment. The synthesis gas production system 30 according to the present embodiment is the same as the first embodiment except that it includes a
排出流路31は、PSAオフガスホルダー20bからPSAオフガスを原料ガス流路13に導入するための合流流路22から分岐して設けられている。排出流路31には、開閉可能なバルブ31aが設けられている。
The
逆シフト反応装置14では、使用する触媒によっては逆シフト反応の副生成物としてメタン(CH4)が生成する可能性がある。第1の実施形態では、逆シフト反応装置14でのCH4の生成を考慮しなかったが、第2の実施形態では、逆シフト反応装置14でのCH4の生成を考慮する。
In the reverse
逆シフト反応装置14でCH4が生成する場合、PSAオフガスにCH4が含まれる。CH4が含まれるPSAオフガスを原料ガスとともに逆シフト反応装置14に導入し続けると、PSAオフガスのCH4含有量が次第に増加する。CH4は逆シフト反応に寄与しない不純物であるため、逆シフト反応を効率よく進行させ、この反応における目的成分であるCOを効率的に得るにはPSAオフガスのCH4含有量はできるだけ少ないことが好ましい。
When CH 4 is generated in the
本実施形態では、PSAオフガスを排出流路31から合成ガス製造システム30外に排出することにより、PSAオフガスのCH4含有量が過剰に多くなることを抑制することができる。PSAオフガスの排出は、合成ガス製造システム30を所定時間操業した場合、合成ガス製造システム30で所定量の合成ガスを製造した場合、PSAオフガスホルダー20bに導入されるPSAオフガスまたはPSAオフガスホルダー20bから排出されるPSAオフガスのCH4含有量が所定値以上になった場合等、逆シフト反応装置14のCO製造効率に悪影響を及ぼすと想定される所定の条件を満たした場合に行うことができる。また、所定の条件を満たしていない場合でも、任意のタイミングでPSAオフガスの排出を行ってもよい。PSAオフガスのCH4含有量は、例えばPSAオフガスの流路に設けられたセンサにより測定することができる。
In this embodiment, by discharging the PSA off-gas to the outside of the synthesis gas production system 30 from the
排出流路31から排出されるPSAオフガスは、H2とCH4を含み、熱量を有するため、そのまま燃料として利用してもよい。また、排出流路31から排出されるPSAオフガスは、CO2を含むため、CO2貯蔵部11に貯蔵されるCO2を回収するための回収装置(CO2回収装置)に導入して、CO2と熱量を有するH2およびCH4とに分離してもよい。CO2回収装置で回収されたCO2はCO2貯蔵部11に貯蔵して原料ガスとして使用することができ、また、分離されたH2およびCH4は燃料として利用することができる。
Since the PSA off-gas discharged from the
[変形例]
なお、上記第1の実施形態および第2の実施形態では、分離装置20にCO-PSA装置20aで分離されたPSAオフガスを貯留するPSAオフガスホルダー20bを設け、合流流路22にバルブ22aを設けたが、PSAオフガスホルダー20bおよびバルブ22aの両方または一方は設けなくてもよい。ただし、PSAオフガスの逆シフト反応装置14への供給量の調整を容易とするため、PSAオフガスホルダー20bおよびバルブ22aを設けることが好ましい。
[Modified example]
Note that in the first embodiment and the second embodiment described above, the
[開示した技術のまとめ]
本明細書は、上述したように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下にまとめる。
[Summary of disclosed technologies]
This specification discloses various techniques as described above, and the main techniques are summarized below.
上述したように、本発明の一局面に係る合成ガス製造システムは、COとH2とを含む合成ガスの製造システムであって、CO2とH2とを含む原料ガスから逆シフト反応によってCOを含むガスを生成させる逆シフト反応装置と、前記逆シフト反応装置で生成したガスを、圧力スイング吸着法(PSA法)によりCOとPSAオフガスとに分離する分離装置と、前記分離装置で分離された前記PSAオフガスを、前記逆シフト反応装置に導入される前記原料ガスに合流させる合流流路と、前記分離装置で分離された前記COに、H2を混合させる混合流路と、を備える。 As described above, the synthesis gas production system according to one aspect of the present invention is a synthesis gas production system containing CO and H 2 , in which CO 2 is produced from a raw material gas containing CO 2 and H 2 by a reverse shift reaction. a reverse shift reaction device that generates a gas containing CO; a separation device that separates the gas generated in the reverse shift reaction device into CO and PSA off-gas by a pressure swing adsorption method (PSA method); The present invention includes a merging flow path that causes the PSA off-gas to be combined with the raw material gas introduced into the reverse shift reaction device, and a mixing flow path that mixes H 2 with the CO separated by the separation device.
この構成によれば、CO2の含有量の少ない合成ガスを効率よく製造することができる。 According to this configuration, synthesis gas with a low content of CO 2 can be efficiently produced.
上記構成の合成ガス製造システムでは、前記合流流路が、前記原料ガスに合流させる前記PSAオフガスの流量を調整するための流量調整装置を有してもよい。 In the synthesis gas production system configured as described above, the merging channel may include a flow rate adjustment device for adjusting the flow rate of the PSA off-gas to be merged with the raw material gas.
この構成によれば、原料ガスに合流させるPSAオフガスの流量を調整することができ、逆シフト反応装置において逆シフト反応を効率よく進行させることができる。そのため、より効率よくCO2の含有量の少ない合成ガスを製造することができる。 According to this configuration, it is possible to adjust the flow rate of the PSA off-gas to be combined with the raw material gas, and it is possible to efficiently advance the reverse shift reaction in the reverse shift reaction device. Therefore, synthesis gas with low CO 2 content can be produced more efficiently.
上記構成の合成ガス製造システムは、前記分離装置で分離された前記PSAオフガスの一部を、前記合成ガス製造システム外に排出するための排出流路を有してもよい。 The syngas production system configured as described above may have an exhaust flow path for discharging a part of the PSA off-gas separated by the separation device to the outside of the syngas production system.
この構成によれば、逆シフト反応装置において逆シフト反応の副生成物としてCH4が生成する場合に、排出流路を通じてPSAオフガスを合成ガス製造システム外に適宜排出することができるため、PSAオフガスに含まれるCH4の含有量が過剰に多くなることを抑制することができる。これにより、逆シフト反応装置において逆シフト反応を効率よく進行させることができ、より効率よくCO2の含有量の少ない合成ガスを製造することができる。 According to this configuration, when CH 4 is generated as a byproduct of the reverse shift reaction in the reverse shift reaction device, the PSA off gas can be appropriately discharged to the outside of the synthesis gas production system through the discharge flow path. It is possible to suppress an excessive increase in the content of CH 4 contained in the . Thereby, the reverse shift reaction can proceed efficiently in the reverse shift reaction device, and synthesis gas with a low CO 2 content can be produced more efficiently.
また、上述したように本発明の他の局面に係る合成ガスの製造方法は、OとH2とを含む合成ガスの製造方法であって、CO2とH2とを含む原料ガスから逆シフト反応によってCOを含むガスを生成させる逆シフト反応工程と、前記逆シフト反応工程で生成したガスを、圧力スイング吸着法(PSA法)によりCOとPSAオフガスとに分離する分離工程と、前記分離工程で分離された前記PSAオフガスを、前記逆シフト反応工程に供される前記原料ガスに合流させる合流工程と、前記分離工程で分離された前記COに、H2を混合させる混合工程と、を備える。 Further, as described above, the method for producing synthesis gas according to another aspect of the present invention is a method for producing synthesis gas containing O and H 2 , wherein reverse shift from the raw material gas containing CO 2 and H 2 is performed. a reverse shift reaction step in which a gas containing CO is produced by reaction; a separation step in which the gas produced in the reverse shift reaction step is separated into CO and PSA off-gas by a pressure swing adsorption method (PSA method); and the separation step. a merging step in which the PSA off-gas separated in the step is combined with the raw material gas to be subjected to the reverse shift reaction step, and a mixing step in which H 2 is mixed into the CO separated in the separation step. .
この構成によれば、CO2の含有量の少ない合成ガスを効率よく製造することができる。 According to this configuration, synthesis gas with a low content of CO 2 can be efficiently produced.
10、30 合成ガス製造システム
14 逆シフト反応装置
20 分離装置
22 合流流路
22a バルブ(流量調整装置)
24 混合流路
31 排出流路
10, 30 Synthesis
24
Claims (4)
CO2とH2とを含む原料ガスから逆シフト反応によってCOを含むガスを生成させる逆シフト反応装置と、
前記逆シフト反応装置で生成したガスを、圧力スイング吸着法(PSA法)によりCOとPSAオフガスとに分離する分離装置と、
前記分離装置で分離された前記PSAオフガスを、前記逆シフト反応装置に導入される前記原料ガスに合流させる合流流路と、
前記分離装置で分離された前記COに、H2を混合させる混合流路と、を備える、合成ガス製造システム。 A system for producing synthesis gas containing CO and H2 ,
A reverse shift reaction device that generates a gas containing CO by a reverse shift reaction from a raw material gas containing CO 2 and H 2 ;
a separation device that separates the gas generated in the reverse shift reaction device into CO and PSA off-gas by a pressure swing adsorption method (PSA method);
a merging flow path for merging the PSA off-gas separated by the separation device with the raw material gas introduced into the reverse shift reaction device;
A synthesis gas production system comprising: a mixing flow path for mixing H 2 with the CO separated by the separation device.
CO2とH2とを含む原料ガスから逆シフト反応によってCOを含むガスを生成させる逆シフト反応工程と、
前記逆シフト反応工程で生成したガスを、圧力スイング吸着法(PSA法)によりCOとPSAオフガスとに分離する分離工程と、
前記分離工程で分離された前記PSAオフガスを、前記逆シフト反応工程に供される前記原料ガスに合流させる合流工程と、
前記分離工程で分離された前記COに、H2を混合させる混合工程と、を備える、合成ガス製造方法。 A method for producing synthesis gas containing CO and H2 , the method comprising:
a reverse shift reaction step of generating a gas containing CO from a raw material gas containing CO 2 and H 2 by a reverse shift reaction;
a separation step of separating the gas generated in the reverse shift reaction step into CO and PSA off-gas by a pressure swing adsorption method (PSA method);
a merging step in which the PSA off-gas separated in the separation step is merged with the raw material gas to be subjected to the reverse shift reaction step;
A method for producing synthesis gas, comprising: a mixing step of mixing H 2 with the CO separated in the separation step.
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