JP6194143B2 - Hydrogen and synthetic natural gas production apparatus and production method - Google Patents

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Description

本発明は、水素及び合成天然ガスの製造装置及び製造方法に関する。   The present invention relates to an apparatus and a method for producing hydrogen and synthetic natural gas.

近年、温暖化ガスである二酸化炭素の排出抑制に対する機運が高まり、水素エネルギーの利用が求められている。この水素の供給源として、有機ケミカルハイドライド法を利用した水素サプライチェーンが注目されている。有機ケミカルハイドライド法では、芳香族化合物の水素化反応(水添反応)によって、気体である水素を芳香族化合物に化学的に付加し、水素化芳香族化合物(有機ハイドライド)を生成する。水素化芳香族化合物は、常温常圧において液体であるため、水素の貯蔵及び輸送を容易かつ安全に行うことができる。この手法によれば、水素は、生産地において水素化芳香族化合物に転換され、水素化芳香族化合物の形態で輸送される。そして、水素化芳香族化合物は、都市等の水素使用地に隣接したプラントや水素ステーション等において、脱水素反応より水素と芳香族化合物とを生成する。脱水素反応によって生じた芳香族化合物は、再び水素生産地に輸送され、水添反応に利用される。   In recent years, the momentum for suppressing emission of carbon dioxide, which is a warming gas, has increased, and the use of hydrogen energy has been demanded. As a supply source of this hydrogen, a hydrogen supply chain using an organic chemical hydride method has attracted attention. In the organic chemical hydride method, hydrogen as a gas is chemically added to an aromatic compound by a hydrogenation reaction (hydrogenation reaction) of the aromatic compound to generate a hydrogenated aromatic compound (organic hydride). Since the hydrogenated aromatic compound is liquid at normal temperature and pressure, hydrogen can be stored and transported easily and safely. According to this approach, hydrogen is converted to hydrogenated aromatic compounds at the production site and transported in the form of hydrogenated aromatic compounds. And a hydrogenated aromatic compound produces | generates hydrogen and an aromatic compound by a dehydrogenation reaction in the plant, hydrogen station, etc. which are adjacent to hydrogen use places, such as a city. The aromatic compound produced by the dehydrogenation reaction is transported again to the hydrogen production site and used for the hydrogenation reaction.

しかしながら、上記のような水素エネルギーの効率的な輸送が可能になっても、水素は炭化水素系燃料と燃焼特性が異なるため、既存の燃焼機器を利用できない場合がある。そのため、水素エネルギーの普及に際しては、水素を利用可能な機器の導入が必要となる場合がある。しかし、水素は、回収した二酸化炭素と共にメタネーション反応によってメタンを主成分とする合成天然ガス(代替天然ガス)に変換することができる。このように水素を合成天然ガスに変換することによって、既存の化石燃料用の機器においても水素エネルギーを利用することが可能となる。   However, even when efficient transport of hydrogen energy as described above becomes possible, there are cases in which existing combustion equipment cannot be used because hydrogen has different combustion characteristics from hydrocarbon fuels. Therefore, when hydrogen energy becomes widespread, it may be necessary to introduce equipment that can use hydrogen. However, hydrogen can be converted into synthetic natural gas (substitute natural gas) mainly composed of methane by a methanation reaction with the recovered carbon dioxide. By converting hydrogen into synthetic natural gas in this way, hydrogen energy can be used even in existing equipment for fossil fuels.

ところで、水素化芳香族化合物の脱水素反応は、吸熱反応であるため、外部から熱量を加える必要がある。この熱量を供給する熱源として、脱水素反応を行う脱水素反応装置に発電設備やエンジンを併設し、発電設備等が排出する排出ガスと脱水素反応装置とを熱交換可能にしたものがある(例えば、特許文献1、2)。このように構成すると、発電設備等が発生する廃熱を有効利用することができ、水素供給設備及び発電設備等を含むシステム全体のエネルギー効率を向上させることができる。   By the way, since the dehydrogenation reaction of the hydrogenated aromatic compound is an endothermic reaction, it is necessary to add heat from the outside. As a heat source for supplying this amount of heat, there is a dehydrogenation reactor that performs a dehydrogenation reaction with a power generation facility and an engine so that the exhaust gas discharged from the power generation facility and the dehydrogenation reactor can exchange heat ( For example, Patent Documents 1 and 2). If comprised in this way, the waste heat which a power generation equipment etc. generate | occur | produce can be used effectively, and the energy efficiency of the whole system including a hydrogen supply equipment, a power generation equipment, etc. can be improved.

特開2013−49601号公報JP2013-49601A 特開2010−77817号公報JP 2010-77817 A

脱水素反応において利用可能な熱は、燃料を燃焼させた際の燃焼熱に限られない。例えば、逆シフト反応及びメタネーション反応によって水素及び二酸化炭素から合成天然ガスを生成する合成天然ガス生成装置では、メタネーション反応が発熱反応であるため、この熱を有効利用することが考えられる。   The heat that can be used in the dehydrogenation reaction is not limited to the heat of combustion when the fuel is burned. For example, in a synthetic natural gas generator that generates synthetic natural gas from hydrogen and carbon dioxide by reverse shift reaction and methanation reaction, the methanation reaction is an exothermic reaction.

本発明は、以上の背景を鑑み、逆シフト反応及びメタネーション反応によって水素及び二酸化炭素から合成天然ガスを生成する合成天然ガス生成装置と、脱水素反応によって水素化芳香族化合物から水素を生成する水素生成装置とを有する水素及び合成天然ガスの製造装置において、熱効率を向上させることを課題とする。   In view of the above background, the present invention generates a synthetic natural gas from hydrogen and carbon dioxide by reverse shift reaction and methanation reaction, and generates hydrogen from a hydrogenated aromatic compound by dehydrogenation reaction. An object of the present invention is to improve thermal efficiency in an apparatus for producing hydrogen and synthetic natural gas having a hydrogen generator.

上記課題を解決するために、本発明は、水素及び合成天然ガスの製造装置(1)であって、逆シフト反応及びメタネーション反応によって水素及び二酸化炭素から合成天然ガスを生成する合成天然ガス生成装置(2)と、脱水素反応によって水素化芳香族化合物から水素を生成する水素生成装置(3)とを有し、発熱反応であるメタネーション反応の反応熱を、吸熱反応である脱水素反応に利用するべく、前記合成天然ガス生成装置から前記水素生成装置に熱を供給することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a hydrogen and synthetic natural gas production apparatus (1) for producing synthetic natural gas from hydrogen and carbon dioxide by reverse shift reaction and methanation reaction. It has a device (2) and a hydrogen generator (3) that generates hydrogen from a hydrogenated aromatic compound by a dehydrogenation reaction, and the reaction heat of the methanation reaction, which is an exothermic reaction, is converted into a dehydrogenation reaction, which is an endothermic reaction. Heat is supplied from the synthetic natural gas generator to the hydrogen generator so as to be used for the above.

この構成によれば、水素生成装置は、合成天然ガス生成装置で発生する熱量を受け取り、この熱量を利用して脱水素反応を行うことができる。すなわち、水素生成装置での脱水素反応に必要な熱量の大部分を合成天然ガス生成装置で発生する熱量で賄うことができ、外部から供給する熱量を大幅に削減することができる。これにより、水素及び合成天然ガスの製造装置は、エネルギー使用量及び二酸化炭素排出量を低減することができる。また、水素及び合成天然ガスの製造装置は、製造した合成天然ガス又は水素を燃焼させて不足分の熱量を賄うことにより、二酸化炭素排出量を低減することができる。   According to this configuration, the hydrogen generator can receive the amount of heat generated in the synthetic natural gas generator, and can perform a dehydrogenation reaction using this amount of heat. That is, most of the amount of heat necessary for the dehydrogenation reaction in the hydrogen generator can be covered by the amount of heat generated in the synthetic natural gas generator, and the amount of heat supplied from the outside can be greatly reduced. Thereby, the manufacturing apparatus of hydrogen and synthetic natural gas can reduce energy consumption and carbon dioxide emission. In addition, the apparatus for producing hydrogen and synthetic natural gas can reduce the carbon dioxide emission by burning the produced synthetic natural gas or hydrogen to cover the shortage of heat.

上記の発明において、前記合成天然ガス生成装置は、高温下で逆シフト反応及びメタネーション反応を行う高温合成天然ガス生成装置(11)と、前記高温合成天然ガス生成装置よりも低温下で逆シフト反応及びメタネーション反応を行う低温合成天然ガス生成装置(12)とを有するとよい。   In the above invention, the synthetic natural gas generator includes a high-temperature synthetic natural gas generator (11) that performs a reverse shift reaction and a methanation reaction at a high temperature, and a reverse shift at a lower temperature than the high-temperature synthetic natural gas generator. It is good to have a low-temperature synthetic natural gas production | generation apparatus (12) which performs reaction and methanation reaction.

この構成によれば、熱回収効率を高めつつ、合成天然ガスの反応速度及び収率を高めることができる。メタネーション反応は、平衡反応であり、発熱反応であるため、反応条件を低温にした方がメタン(合成天然ガス)の収率が増加する。しかしながら、反応条件を低温にすると、反応速度が低下すると共に、脱水素反応で利用可能な高温で回収可能な熱量が低下する。水素生成装置は、操作温度が高温であるため、合成天然ガス生成装置の操作温度を低温とした場合には、合成天然ガス生成装置から供給される熱によって水素生成装置を操作温度まで効率良く温度上昇させることが困難になり、水素生成装置を改めて温度を上昇させる必要が生じる。そこで、高温SNG反応装置では、反応条件を高温にすることによって、反応速度を増加させると共に、合成天然ガス生成装置から水素生成装置への回収可能な熱量を増加させ、水素生成装置の温度上昇を促進する。一方、低温SNG反応装置では、反応条件を低温にすることによって、平衡を生成物側(メタンが生成させる側)にしてメタンの収率を増加させることができる。このように、逆シフト反応及びメタネーション反応を行う装置を、高温合成天然ガス生成装置と低温合成天然ガス生成装置との2段階にすることによって、水素生成装置への熱供給と、合成天然ガスの収率向上とを両立させることができる。   According to this configuration, the reaction rate and yield of the synthetic natural gas can be increased while increasing the heat recovery efficiency. Since the methanation reaction is an equilibrium reaction and an exothermic reaction, the yield of methane (synthetic natural gas) increases when the reaction conditions are lowered. However, when the reaction conditions are lowered, the reaction rate decreases and the amount of heat that can be recovered at a high temperature that can be used in the dehydrogenation reaction decreases. Since the operating temperature of the hydrogen generator is high, when the operating temperature of the synthetic natural gas generator is set to a low temperature, the hydrogen generator is efficiently heated to the operating temperature by the heat supplied from the synthetic natural gas generator. It becomes difficult to raise the temperature, and the temperature of the hydrogen generator needs to be raised again. Therefore, in the high-temperature SNG reactor, the reaction rate is increased by increasing the reaction conditions, and the amount of heat that can be recovered from the synthetic natural gas generator to the hydrogen generator is increased, thereby increasing the temperature of the hydrogen generator. Facilitate. On the other hand, in a low-temperature SNG reactor, by reducing the reaction conditions to a low temperature, it is possible to increase the yield of methane by setting the equilibrium to the product side (side where methane is generated). As described above, the apparatus for performing the reverse shift reaction and the methanation reaction is made into two stages of the high-temperature synthetic natural gas generator and the low-temperature synthetic natural gas generator, thereby providing heat supply to the hydrogen generator and synthetic natural gas. The yield can be improved at the same time.

上記の発明において、前記高温合成天然ガス生成装置では、350℃以上500℃以下の高温下で反応を行い、前記低温合成天然ガス生成装置では、250℃以上350℃未満の低温下で反応を行うとよい。   In the above invention, the high-temperature synthetic natural gas generator performs the reaction at a high temperature of 350 ° C. or higher and 500 ° C. or lower, and the low-temperature synthetic natural gas generator performs the reaction at a low temperature of 250 ° C. or higher and lower than 350 ° C. Good.

この構成によれば、合成天然ガス生成装置から水素生成装置への熱回収効率を高めつつ、合成天然ガスの反応速度及び収率も高めることができる。   According to this configuration, it is possible to increase the reaction rate and yield of the synthetic natural gas while increasing the heat recovery efficiency from the synthetic natural gas generator to the hydrogen generator.

本発明の他の側面は、水素及び合成天然ガスの製造方法であって、逆シフト反応及びメタネーション反応によって水素及び二酸化炭素から合成天然ガスを生成する合成天然ガス生成工程と、脱水素反応によって水素化芳香族化合物から水素を生成する水素生成工程と、合成天然ガス生成工程において、発熱反応であるメタネーション反応によって生じた反応熱を、前記水素生成工程に供給し、吸熱反応である脱水素反応に利用することを特徴とする。   Another aspect of the present invention is a method for producing hydrogen and synthetic natural gas, comprising a synthetic natural gas production step of producing synthetic natural gas from hydrogen and carbon dioxide by a reverse shift reaction and a methanation reaction, and a dehydrogenation reaction. In the hydrogen generation step for generating hydrogen from the hydrogenated aromatic compound and the synthetic natural gas generation step, the reaction heat generated by the methanation reaction, which is an exothermic reaction, is supplied to the hydrogen generation step, and the dehydrogenation is an endothermic reaction. It is used for reaction.

以上の構成によれば、脱水素反応への熱供給を、二酸化炭素発生量を抑制しながら行うことができる。   According to the above configuration, heat supply to the dehydrogenation reaction can be performed while suppressing the amount of carbon dioxide generated.

実施形態に係る水素・合成天然ガス製造装置を示すブロック図The block diagram which shows the hydrogen and synthetic natural gas manufacturing apparatus which concerns on embodiment

以下、図面を参照して、本発明に係るエネルギー供給システムの実施形態について説明する。図1は、第1実施形態に係るエネルギー供給システムの構成を示すブロック図である。   Hereinafter, an embodiment of an energy supply system according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the energy supply system according to the first embodiment.

図1に示すように、水素・合成天然ガス製造装置1は、合成天然ガス生成装置2と、水素生成装置3と、合成天然ガス生成装置2と水素生成装置3との間で熱交換を行う第1熱交換手段4及び第2熱交換手段5と、第1熱交換手段に熱を供給する加熱装置6とを有している。水素・合成天然ガス製造装置1は、二酸化炭素、水素化芳香族化合物(有機ハイドライド)、及び水素の供給を受け、水素及び合成天然ガスを外部に供給する。なお、水素・合成天然ガス製造装置1は、外部から水素の供給を受けない場合は、水素生成装置3が生成した水素を原料として利用して合成天然ガスを生成する。   As shown in FIG. 1, the hydrogen / synthetic natural gas production apparatus 1 performs heat exchange between the synthetic natural gas generation apparatus 2, the hydrogen generation apparatus 3, and the synthetic natural gas generation apparatus 2 and the hydrogen generation apparatus 3. It has the 1st heat exchange means 4 and the 2nd heat exchange means 5, and the heating apparatus 6 which supplies heat to a 1st heat exchange means. The hydrogen / synthetic natural gas production apparatus 1 receives supply of carbon dioxide, a hydrogenated aromatic compound (organic hydride), and hydrogen, and supplies hydrogen and synthetic natural gas to the outside. Note that the hydrogen / synthetic natural gas production apparatus 1 generates synthetic natural gas by using the hydrogen generated by the hydrogen generation apparatus 3 as a raw material when hydrogen is not supplied from the outside.

水素化芳香族化合物は、芳香族化合物の水添反応(水素化反応)の生成物であり、それ自体が安定であると共に脱水素されて安定な芳香族化合物となるものであればよい。芳香族化合物は、特に限定されるものではないが、ベンゼン、トルエン、キシレン等の単環式芳香族化合物や、ナフタレン、テトラリン、メチルナフタレン等の2環式芳香族化合物や、アントラセン等の3環式芳香族化合物であり、これらを単独、或いは2種以上の混合物として用いることができる。水素化芳香族化合物は、上記の芳香族化合物を水素化したものであり、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、等の単環式水素化芳香族化合物や、テトラリン、デカリン、メチルデカリン等の2環式水素化芳香族化合物や、テトラデカヒドロアントラセン等の3環式水素化芳香族化合物等であり、これらを単独、或いは2種以上の混合物として用いることができる。水素化芳香族化合物は、常温、常圧で安定な液体である。上記の水素化芳香族化合物及び芳香族化合物のうち、水素化芳香族化合物にメチルシクロヘキサンを使用し、芳香族化合物にメチルシクロヘキサンを脱水素化したトルエンを使用することが好ましい。   The hydrogenated aromatic compound is a product of a hydrogenation reaction (hydrogenation reaction) of an aromatic compound, and may be any product as long as it is stable and dehydrogenated to become a stable aromatic compound. The aromatic compound is not particularly limited, but monocyclic aromatic compounds such as benzene, toluene and xylene, bicyclic aromatic compounds such as naphthalene, tetralin and methylnaphthalene, and tricyclic rings such as anthracene. These are aromatic compounds, and these can be used alone or as a mixture of two or more. The hydrogenated aromatic compound is obtained by hydrogenating the above aromatic compound, and a monocyclic hydrogenated aromatic compound such as cyclohexane, methylcyclohexane or dimethylcyclohexane, or a bicyclic ring such as tetralin, decalin or methyldecalin. Or a tricyclic hydrogenated aromatic compound such as tetradecahydroanthracene, which can be used alone or as a mixture of two or more. Hydrogenated aromatic compounds are liquids that are stable at room temperature and pressure. Of the above hydrogenated aromatic compounds and aromatic compounds, it is preferable to use methylcyclohexane as the hydrogenated aromatic compound and use toluene obtained by dehydrogenating methylcyclohexane as the aromatic compound.

合成天然ガス(SNG:Synthetic Natural gas、代替天然ガスともいう)は、天然ガスに代替するために合成されたガスであり、メタンを主成分とする。   Synthetic natural gas (also referred to as SNG: Synthetic Natural Gas) is a gas synthesized to replace natural gas, and is mainly composed of methane.

合成天然ガス生成装置2は、高温SNG反応装置11、低温SNG反応装置12、第1気液分離装置13、及びメタン分離装置14を有する。水素生成装置3は、蒸発器21、加熱器22、脱水素反応装置23、及び第2気液分離装置24を有している。水素・合成天然ガス製造装置1は、プラントとして構成される。   The synthetic natural gas generator 2 includes a high temperature SNG reactor 11, a low temperature SNG reactor 12, a first gas-liquid separator 13, and a methane separator 14. The hydrogen generator 3 includes an evaporator 21, a heater 22, a dehydrogenation reaction device 23, and a second gas / liquid separation device 24. The hydrogen / synthetic natural gas production apparatus 1 is configured as a plant.

最初に合成天然ガス生成装置2について説明する。合成天然ガス生成装置2では、上流側から高温SNG反応装置11、低温SNG反応装置12、第1気液分離装置13、及びメタン分離装置14が記載の順序で直接に接続されている。原料としての二酸化炭素及び水素は、互いに混合された後、高温SNG反応装置11に供給される。   First, the synthetic natural gas generator 2 will be described. In the synthetic natural gas generator 2, the high temperature SNG reactor 11, the low temperature SNG reactor 12, the first gas-liquid separator 13, and the methane separator 14 are directly connected from the upstream side in the order described. Carbon dioxide and hydrogen as raw materials are mixed with each other and then supplied to the high temperature SNG reactor 11.

原料としての二酸化炭素は、空気中の二酸化炭素や、発電機や内燃機関等において燃料の燃焼によって発生した排出ガス中の二酸化炭素であってよい。これらの空気中及び排出ガス中の二酸化炭素は、二酸化炭素回収装置によって、二酸化炭素のみが他の成分から分離されていることが好ましい。二酸化炭素分離装置は、化学吸収法、物理吸収法、膜分離法等の公知の二酸化炭素分離回収技術を利用した装置であってよい。化学吸収法を用いた二酸化炭素分離装置は、例えば二酸化炭素を選択的に溶解するアルカリ性溶液を吸収剤として使用する。二酸化炭素分離装置は、吸収部と再生部とを有している。吸収部と再生部とは、それぞれ容器によって構成され、配管を介して互いに循環可能に接続されている。吸収剤として使用されるアルカリ性溶液は、アルカノールアミンや炭酸カリ水溶液が使用される。   The carbon dioxide as the raw material may be carbon dioxide in the air or carbon dioxide in exhaust gas generated by combustion of fuel in a generator or an internal combustion engine. The carbon dioxide in these air and exhaust gas is preferably separated from other components only by the carbon dioxide recovery device. The carbon dioxide separation device may be a device using a known carbon dioxide separation and recovery technique such as a chemical absorption method, a physical absorption method, or a membrane separation method. A carbon dioxide separator using a chemical absorption method uses, for example, an alkaline solution that selectively dissolves carbon dioxide as an absorbent. The carbon dioxide separator has an absorption part and a regeneration part. The absorption part and the regeneration part are each constituted by a container and are connected to each other through a pipe so as to be circulated. As the alkaline solution used as the absorbent, an alkanolamine or an aqueous potassium carbonate solution is used.

吸収部では、二酸化炭素を含むガスと吸収剤とが交流接触することによって、ガスから二酸化炭素が吸収剤に溶解し、ガスから二酸化炭素が分離される。二酸化炭素が分離されたガスは、吸収部から大気中に放出される。二酸化炭素を吸収した吸収剤は再生部に送られ、再生処理を受ける。再生処理では、二酸化炭素を吸収した吸収剤が加熱され、二酸化炭素が吸収剤から分離される。このようにして、他のガスから分離された二酸化炭素を原料として使用するとよい。   In the absorption part, when the gas containing carbon dioxide and the absorbent are in alternating current contact, the carbon dioxide is dissolved in the absorbent from the gas, and the carbon dioxide is separated from the gas. The gas from which carbon dioxide has been separated is released from the absorber into the atmosphere. The absorbent that has absorbed the carbon dioxide is sent to the regeneration unit and undergoes a regeneration process. In the regeneration treatment, the absorbent that has absorbed carbon dioxide is heated, and the carbon dioxide is separated from the absorbent. In this way, carbon dioxide separated from other gases may be used as a raw material.

原料としての水素は、外部から供給される水素や、水素生成装置から供給される水素であってよい。   Hydrogen as a raw material may be hydrogen supplied from the outside or hydrogen supplied from a hydrogen generator.

高温SNG反応装置11及び低温SNG反応装置12は、二酸化炭素と水素とを原料として、触媒の存在下で、次の式(1)で表される逆シフト反応を行い、一酸化炭素と水とを生成する。この式(1)で表される反応は、ΔH298=40.1kJ/molの吸熱反応であり、高温であるほど一酸化炭素が生成する側(右側)に平衡が偏るため、高温下で反応を行うと有利である。触媒としては、通常ニッケル系の触媒が用いられる。

Figure 0006194143
The high temperature SNG reactor 11 and the low temperature SNG reactor 12 perform a reverse shift reaction represented by the following formula (1) in the presence of a catalyst using carbon dioxide and hydrogen as raw materials, and carbon monoxide and water Is generated. The reaction represented by the formula (1) is an endothermic reaction of ΔH 298 = 40.1 kJ / mol, and since the equilibrium is biased toward the side (right side) where carbon monoxide is generated as the temperature is higher, the reaction is performed at a higher temperature. Is advantageous. As the catalyst, a nickel-based catalyst is usually used.
Figure 0006194143

また、高温SNG反応装置11及び低温SNG反応装置12は、水素と、逆シフト反応によって生成された一酸化炭素とを原料とし、触媒の存在下で、次の式(2)で表されるメタネーション反応によってメタンを生成する。触媒としては、同様にニッケル系の触媒が用いられる。

Figure 0006194143
The high-temperature SNG reactor 11 and the low-temperature SNG reactor 12 use hydrogen and carbon monoxide generated by the reverse shift reaction as raw materials, and are represented by the following formula (2) in the presence of a catalyst. Methane is produced by the Nation reaction. Similarly, a nickel-based catalyst is used as the catalyst.
Figure 0006194143

この式(2)で表される反応は、ΔH298=−205.6kJ/molの発熱反応である。また、メタネーション反応は、右側に進む方向が、モル数が減少するため、化学平衡の観点からは低温、高圧であるほど右側に進み易くなる。この反応は、平衡反応であるため、生成物にはメタン、水素及び二酸化炭素が含まれる。 The reaction represented by the formula (2) is an exothermic reaction with ΔH 298 = −205.6 kJ / mol. In the methanation reaction, the number of moles decreases in the direction toward the right side. Therefore, from the viewpoint of chemical equilibrium, the lower the temperature and the higher the pressure, the easier the right direction. Since this reaction is an equilibrium reaction, the products include methane, hydrogen and carbon dioxide.

以上のように、高温SNG反応装置11及び低温SNG反応装置12では、逆シフト反応によって二酸化炭素と水素とから一酸化炭素を生成する逆シフト工程と、メタネーション反応によって二酸化炭素及び一酸化炭素の少なくとも一方と水素とからメタンを生成するメタネーション工程とが行われる。すなわち、上記の式(1)及び式(2)を足し合わせ、一酸化炭素を相殺した、次の式(3)の反応が行われる。この反応は、ΔH298=−164.5kJ/mol(=40.1+(−205.6))の発熱反応である。そのため、高温SNG反応装置11及び低温SNG反応装置12では、反応によって熱が発生する。式(3)より、全ての二酸化炭素をメタンに変換するためには、二酸化炭素に対する水素のモル比は、4であることが好ましく、4以上であってもよい。

Figure 0006194143
As described above, in the high-temperature SNG reactor 11 and the low-temperature SNG reactor 12, the reverse shift process for generating carbon monoxide from carbon dioxide and hydrogen by the reverse shift reaction, and the carbon dioxide and carbon monoxide by the methanation reaction. A methanation step of generating methane from at least one and hydrogen is performed. That is, the reaction of the following formula (3) is performed by adding the above formulas (1) and (2) and offsetting carbon monoxide. This reaction is an exothermic reaction of ΔH 298 = −164.5 kJ / mol (= 40.1 + (− 205.6)). Therefore, in the high temperature SNG reactor 11 and the low temperature SNG reactor 12, heat is generated by the reaction. From the formula (3), in order to convert all the carbon dioxide into methane, the molar ratio of hydrogen to carbon dioxide is preferably 4, and may be 4 or more.
Figure 0006194143

高温SNG反応装置11では、反応装置内の温度が350℃以上500℃以下の高温に維持されている。上述したように、高温であるほど、式(1)は反応が右に進み易く、式(2)は反応が左に進み易い。また、高温であるほど、各式(1)〜(2)の反応速度は大きくなる。高温SNG反応装置11では、逆シフト反応によって、大部分の二酸化炭素が一酸化炭素に変換される一方、生成された一酸化炭素はメタネーション反応によって完全にメタンには変換されず、一酸化炭素の一部がそのまま残る。そのため、高温SNG反応装置11から低温SNG反応装置12に送られる生成物には、二酸化炭素、水素、一酸化炭素、メタンが含まれる。   In the high temperature SNG reaction apparatus 11, the temperature in the reaction apparatus is maintained at a high temperature of 350 ° C. or more and 500 ° C. or less. As described above, the higher the temperature, the easier the reaction in Formula (1) proceeds to the right, and the easier the reaction proceeds in Formula (2) to the left. Moreover, reaction temperature of each formula (1)-(2) becomes large, so that it is high temperature. In the high temperature SNG reactor 11, most of carbon dioxide is converted to carbon monoxide by reverse shift reaction, whereas the produced carbon monoxide is not completely converted to methane by methanation reaction, and carbon monoxide. A part of remains. Therefore, the products sent from the high temperature SNG reactor 11 to the low temperature SNG reactor 12 include carbon dioxide, hydrogen, carbon monoxide, and methane.

低温SNG反応装置12では、反応装置内の温度が250℃以上350℃未満の低温に維持されている。上述したように、低温であるほど、反応速度は遅くなるが、式(1)は反応が左に進み易く、式(2)は反応が右に進み易くなる。これにより、低温SNG反応装置12から第1気液分離装置13に送られる生成物の成分は、主にメタンと、水と、原料として過剰に加えた水素とになる。   In the low temperature SNG reactor 12, the temperature in the reactor is maintained at a low temperature of 250 ° C or higher and lower than 350 ° C. As described above, the lower the temperature, the slower the reaction rate. However, in Formula (1), the reaction easily proceeds to the left, and in Formula (2), the reaction easily proceeds to the right. Thereby, the components of the product sent from the low-temperature SNG reactor 12 to the first gas-liquid separator 13 are mainly methane, water, and hydrogen added excessively as a raw material.

高温SNG反応装置11での反応によって発生した反応熱は、第1熱交換手段4を介して加熱器22及び脱水素反応装置23に供給される。すなわち、第1熱交換手段4は、高温SNG反応装置11の反応熱を吸収し、高温SNG反応装置11の反応容器の温度は所定の範囲内に維持される。   The reaction heat generated by the reaction in the high-temperature SNG reactor 11 is supplied to the heater 22 and the dehydrogenation reactor 23 via the first heat exchange means 4. That is, the 1st heat exchange means 4 absorbs the reaction heat of the high temperature SNG reaction apparatus 11, and the temperature of the reaction container of the high temperature SNG reaction apparatus 11 is maintained within a predetermined range.

低温SNG反応装置12での反応によって発生した反応熱は、第2熱交換手段5を介して、高温SNG反応装置11や水素生成装置3の蒸発器21に供給され、予熱や蒸発熱として利用される。すなわち、第2熱交換手段5は、低温SNG反応装置12の反応熱を吸収し、低温SNG反応装置12の反応容器の温度は所定の範囲内に維持される。   The reaction heat generated by the reaction in the low temperature SNG reactor 12 is supplied to the high temperature SNG reactor 11 and the evaporator 21 of the hydrogen generator 3 via the second heat exchange means 5 and used as preheating or evaporation heat. The That is, the 2nd heat exchange means 5 absorbs the reaction heat of the low temperature SNG reactor 12, and the temperature of the reaction container of the low temperature SNG reactor 12 is maintained within a predetermined range.

第1気液分離装置13は、公知のノックアウトドラムであってよい。低温SNG反応装置12から第1気液分離装置13に送られる生成物は、図示しない冷却装置によって100℃以下に冷却され、水蒸気が液体の水に凝集する。第1気液分離装置13では、気体であるメタン及び水素を含む生成ガスと、液体である水とが互いに分離され、生成ガスがメタン分離装置14に送られる。   The first gas-liquid separator 13 may be a known knockout drum. The product sent from the low-temperature SNG reactor 12 to the first gas-liquid separator 13 is cooled to 100 ° C. or lower by a cooling device (not shown), and water vapor is condensed into liquid water. In the first gas-liquid separator 13, the product gas containing methane and hydrogen as gases and the water as liquid are separated from each other, and the product gas is sent to the methane separator 14.

メタン分離装置14は、生成ガスからメタンを分離する。メタン分離装置14は、圧力スイング吸着(PSA)や水素分離膜を使用した公知の装置であってよく、メタン及び水素を含む生成ガスから水素とメタンとを分離する。本実施形態では、メタン分離装置14は、圧力スイング吸着装置である。メタン分離装置14で水素を分離したメタンは、合成天然ガスとして水素・合成天然ガス製造装置1の外部に供給される。メタン分離装置14で分離された水素は、合成天然ガス生成装置2の原料の水素として使用するために、高温SNG反応装置11内に供給される前の二酸化炭素に混合される。   The methane separator 14 separates methane from the product gas. The methane separation device 14 may be a known device using pressure swing adsorption (PSA) or a hydrogen separation membrane, and separates hydrogen and methane from the product gas containing methane and hydrogen. In the present embodiment, the methane separation device 14 is a pressure swing adsorption device. Methane from which hydrogen has been separated by the methane separation device 14 is supplied to the outside of the hydrogen / synthetic natural gas production device 1 as synthetic natural gas. The hydrogen separated by the methane separator 14 is mixed with carbon dioxide before being supplied into the high-temperature SNG reactor 11 in order to use it as the raw material hydrogen of the synthetic natural gas generator 2.

次に、水素生成装置3について説明する。水素生成装置3では、蒸発器21、加熱器22、脱水素反応装置23、及び第2気液分離装置24が記載の順序で直接に接続されている。原料としての水素化芳香族化合物は、液体として蒸発器21に供給され、気化される。蒸発器21は、第2熱交換手段5を介して低温SNG反応装置12から供給される熱を利用して水素化芳香族化合物を気化する。気化された水素化芳香族化合物は、蒸発器21から加熱器22に送られ加熱される。加熱器22は、第1熱交換手段4を介して高温SNG反応装置11と熱交換可能に配置され、気化された水素化芳香族化合物を加熱し、昇温する。第1熱交換手段4は、例えば、高温SNG反応装置11から供給された熱を利用して高温の水蒸気を発生し、その水蒸気を加熱器22に供給してもよい。   Next, the hydrogen generator 3 will be described. In the hydrogen generator 3, the evaporator 21, the heater 22, the dehydrogenation reactor 23, and the second gas-liquid separator 24 are directly connected in the order described. The hydrogenated aromatic compound as a raw material is supplied as a liquid to the evaporator 21 and vaporized. The evaporator 21 vaporizes the hydrogenated aromatic compound using the heat supplied from the low-temperature SNG reactor 12 via the second heat exchange means 5. The vaporized hydrogenated aromatic compound is sent from the evaporator 21 to the heater 22 and heated. The heater 22 is disposed so as to be able to exchange heat with the high-temperature SNG reactor 11 via the first heat exchange means 4, and heats the vaporized hydrogenated aromatic compound to raise the temperature. For example, the first heat exchange unit 4 may generate high-temperature steam by using heat supplied from the high-temperature SNG reactor 11 and supply the steam to the heater 22.

気化され、加熱された水素化芳香族化合物は、加熱器22から脱水素反応装置23に送られる。脱水素反応装置23は、触媒存在下における脱水素反応によって水素化芳香族化合物から水素と芳香族化合物とを生成する。本実施形態では、脱水素反応装置23は、脱水素反応によって水素化芳香族化合物から水素と芳香族化合物とを生成する脱水素工程を行う。本実施形態では、水素化芳香族化合物がメチルシクロヘキサンである場合について説明する。メチルシクロヘキサンの脱水素反応は、次の式(4)で表され、水素とトルエンが生成される。この式(4)で表される反応は、ΔH298=205.0kJ/molの吸熱反応である。他の水素化芳香族化合物の脱水素反応も同様に吸熱反応である。

Figure 0006194143
The vaporized and heated hydrogenated aromatic compound is sent from the heater 22 to the dehydrogenation reactor 23. The dehydrogenation reactor 23 generates hydrogen and an aromatic compound from the hydrogenated aromatic compound by a dehydrogenation reaction in the presence of a catalyst. In the present embodiment, the dehydrogenation reactor 23 performs a dehydrogenation step of generating hydrogen and an aromatic compound from a hydrogenated aromatic compound by a dehydrogenation reaction. In this embodiment, a case where the hydrogenated aromatic compound is methylcyclohexane will be described. The dehydrogenation reaction of methylcyclohexane is represented by the following formula (4), and hydrogen and toluene are generated. The reaction represented by the formula (4) is an endothermic reaction of ΔH 298 = 205.0 kJ / mol. The dehydrogenation reaction of other hydrogenated aromatic compounds is also an endothermic reaction.
Figure 0006194143

脱水素反応装置23は第1熱交換手段4を介して高温SNG反応装置11及び加熱装置6と熱交換可能に配置され、高温SNG反応装置11及び加熱装置6から供給される熱によって加熱される。加熱装置6は、本実施形態では第1熱交換手段4を介して脱水素反応装置23に熱を供給するが、他の実施形態では、第1熱交換手段4を介さずに脱水素反応装置23に直接に熱を供給してもよい。加熱装置6は、合成天然ガス生成装置2から生成される合成天然ガスや水素生成装置3から生成される水素を燃焼することによって燃焼熱を得てもよいし、或いは外部から供給される燃料を燃焼することによって燃焼熱を得てもよい。脱水素反応装置23の構成は、限定されるものではないが、シェルアンドチューブ型の反応装置を適用することができる。脱水素反応装置23は、筒状のシェルと、シェル内を延在する複数のチューブとを有する。各チューブの内部空間は、シェルの内部空間に対して隔離されている。各チューブの内側には、脱水素反応を促進する脱水素触媒が充填されている。脱水素触媒は、例えば、多孔性γ−アルミナ担体に、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム及びルテニウムから選ばれた少なくとも1つの触媒金属を担持させたものであってよい。特に、表面積が150m/g以上、細孔容積0.40cm/g以上、平均細孔径90〜300Å、及び全細孔容積に対して平均細孔径±30Åの細孔が占める割合が50%以上である多孔性γ―アルミナ担体に、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム及びルテニウムから選ばれた少なくとも1種の触媒金属を担持させた触媒が望ましい。 The dehydrogenation reactor 23 is arranged so as to be able to exchange heat with the high-temperature SNG reactor 11 and the heating device 6 via the first heat exchange means 4 and is heated by the heat supplied from the high-temperature SNG reactor 11 and the heating device 6. . In the present embodiment, the heating device 6 supplies heat to the dehydrogenation reaction device 23 via the first heat exchange means 4, but in other embodiments, the dehydrogenation reaction device does not pass through the first heat exchange means 4. You may supply heat directly to 23. The heating device 6 may obtain combustion heat by burning the synthetic natural gas produced from the synthetic natural gas production device 2 or the hydrogen produced from the hydrogen production device 3, or fuel supplied from the outside. Combustion heat may be obtained by combustion. Although the structure of the dehydrogenation reaction apparatus 23 is not limited, A shell and tube type reaction apparatus can be applied. The dehydrogenation reactor 23 has a cylindrical shell and a plurality of tubes extending in the shell. The internal space of each tube is isolated from the internal space of the shell. Each tube is filled with a dehydrogenation catalyst that promotes the dehydrogenation reaction. The dehydrogenation catalyst may be, for example, a porous γ-alumina support on which at least one catalyst metal selected from platinum, palladium, rhodium, iridium, and ruthenium is supported. In particular, the surface area is 150 m 2 / g or more, the pore volume is 0.40 cm 3 / g or more, the average pore diameter is 90 to 300 mm, and the proportion of pores with an average pore diameter of ± 30 mm relative to the total pore volume is 50%. A catalyst in which at least one catalyst metal selected from platinum, palladium, rhodium, iridium and ruthenium is supported on the porous γ-alumina support described above is desirable.

脱水素反応装置23の各チューブには液体である水素化芳香族化合物が供給され、触媒に接触しながら流れる。シェルには、第1熱交換手段4から高温流体が供給され、チューブとの間で熱交換が行われ、触媒及び水素化芳香族化合物が加熱される。第1熱交換手段4から供給される高温流体は、例えば水蒸気である。水素化芳香族化合物は、第1熱交換手段4から熱量を受け取り、触媒の存在下で、水素と芳香族化合物(水素化芳香族化合物がメチルシクロヘキサンの場合にはトルエン)とを生成する。   Each tube of the dehydrogenation reactor 23 is supplied with a liquid hydrogenated aromatic compound and flows while contacting the catalyst. A high temperature fluid is supplied to the shell from the first heat exchanging means 4, heat exchange is performed with the tube, and the catalyst and the hydrogenated aromatic compound are heated. The high temperature fluid supplied from the first heat exchange means 4 is, for example, water vapor. The hydrogenated aromatic compound receives the amount of heat from the first heat exchange means 4 and generates hydrogen and an aromatic compound (toluene when the hydrogenated aromatic compound is methylcyclohexane) in the presence of the catalyst.

第2気液分離装置24は、公知のノックアウトドラムであってよい。脱水素反応装置23から第2気液分離装置24に送られる生成物は、図示しない冷却装置によって冷却され、芳香族化合物が液体に凝集する。芳香族化合物がトルエンの場合には、芳香族化合物はトルエン沸点である111℃以下に冷却される。第2気液分離装置24では、気体である水素と、液体である芳香族化合物とが互いに分離される。水素は、一部が合成天然ガス生成装置2の原料として使用されるために、高温SNG反応装置11内に供給される前の二酸化炭素に混合される。水素の残りは、水素・合成天然ガス製造装置1の外部に供給される。   The second gas-liquid separator 24 may be a known knockout drum. The product sent from the dehydrogenation reaction device 23 to the second gas-liquid separation device 24 is cooled by a cooling device (not shown), and the aromatic compound aggregates into a liquid. When the aromatic compound is toluene, the aromatic compound is cooled to 111 ° C. or lower, which is the boiling point of toluene. In the second gas-liquid separator 24, hydrogen as a gas and an aromatic compound as a liquid are separated from each other. Hydrogen is mixed with carbon dioxide before being supplied into the high-temperature SNG reactor 11, because part of it is used as a raw material for the synthetic natural gas generator 2. The remaining hydrogen is supplied to the outside of the hydrogen / synthetic natural gas production apparatus 1.

第2気液分離装置24によって分離された芳香族化合物は、船舶やパイプライン等によって芳香族化合物の水素化設備に輸送され、そこで芳香族化合物の水素化が行われ、再び水素化芳香族化合物になる。生成された水素化芳香族化合物は、船舶やパイプライン等によって再び輸送され、水素・合成天然ガス製造装置1の水素生成装置3に供給される。このように、芳香族化合物及び水素化芳香族化合物は循環輸送されることによって、水素が輸送に適した水素化芳香族化合物として輸送される水素サプライチェーンが構築される。   The aromatic compound separated by the second gas-liquid separator 24 is transported to the aromatic compound hydrogenation facility by a ship, a pipeline, or the like, where the aromatic compound is hydrogenated, and again the hydrogenated aromatic compound. become. The generated hydrogenated aromatic compound is transported again by a ship, a pipeline, or the like, and supplied to the hydrogen generator 3 of the hydrogen / synthetic natural gas production apparatus 1. In this way, a hydrogen supply chain in which hydrogen is transported as a hydrogenated aromatic compound suitable for transport is constructed by circulating and transporting the aromatic compound and the hydrogenated aromatic compound.

以上のように構成した水素・合成天然ガス製造装置1では、水素を外部に供給するための水素生成装置3と、合成天然ガスを外部に供給するための合成天然ガス生成装置2とを有する。すなわち、水素・合成天然ガス製造装置1は、水素と合成天然ガスとを外部に供給することができる。そして、水素生成装置3は、第1熱交換手段4及び第2熱交換手段5を介して合成天然ガス生成装置2で発生する熱量を受け取り、この熱量を利用して脱水素反応を行う。そのため、水素生成装置3での脱水素反応に必要な熱量の大部分を合成天然ガス生成装置2から生じる熱量で賄うことができ、外部から供給すべき熱量を大幅に削減することができる。これにより、水素・合成天然ガス製造装置1のエネルギー使用量及び二酸化炭素排出量を低減することができる。   The hydrogen / synthetic natural gas production apparatus 1 configured as described above includes a hydrogen generation apparatus 3 for supplying hydrogen to the outside and a synthetic natural gas generation apparatus 2 for supplying synthetic natural gas to the outside. That is, the hydrogen / synthetic natural gas production apparatus 1 can supply hydrogen and synthetic natural gas to the outside. The hydrogen generator 3 receives the amount of heat generated in the synthetic natural gas generator 2 via the first heat exchange means 4 and the second heat exchange means 5, and performs a dehydrogenation reaction using this amount of heat. Therefore, most of the amount of heat necessary for the dehydrogenation reaction in the hydrogen generator 3 can be covered by the amount of heat generated from the synthetic natural gas generator 2, and the amount of heat to be supplied from the outside can be greatly reduced. Thereby, the energy usage amount and carbon dioxide emission amount of the hydrogen / synthetic natural gas production apparatus 1 can be reduced.

特に、合成天然ガス生成装置2は、二酸化炭素を原料として合成天然ガスを生成する装置であるため、大気中の二酸化炭素量を削減することができる。そのため、本実施形態に係る水素・合成天然ガス製造装置1は、クリーンなエネルギーである水素を供給することができると共に、その製造工程において生じる二酸化炭素量を低減することができ、大気中或いは他の装置から排出される二酸化炭素を合成天然ガスに変換して削減することができる。   In particular, since the synthetic natural gas generation device 2 is a device that generates synthetic natural gas using carbon dioxide as a raw material, the amount of carbon dioxide in the atmosphere can be reduced. Therefore, the hydrogen / synthetic natural gas production apparatus 1 according to the present embodiment can supply hydrogen, which is clean energy, and can reduce the amount of carbon dioxide generated in the production process. It is possible to reduce the carbon dioxide emitted from the apparatus by converting it into synthetic natural gas.

本実施形態では、合成天然ガス生成装置2において、SNG反応装置を高温SNG反応装置11と低温SNG反応装置12との2つに分割したため、脱水素反応に適した温度の熱を回収することができ、且つ合成天然ガスの反応速度及び収率を高めることができる。上記の式(2)で表されるメタネーション反応は、平衡反応であり、発熱反応であるため、反応条件を低温にした方がメタン(合成天然ガス)の収率が増加する。しかしながら、反応条件を低温にすると、反応速度が低下すると共に、第1熱交換手段4を介して加熱器22及び脱水素反応装置23に供給可能な熱量が低下する。特に、脱水素反応装置23は、操作温度が高温であるため、高温SNG反応装置11及び低温SNG反応装置12の操作温度を低温とした場合には、脱水素反応装置23を操作温度まで効率良く温度上昇させることが困難になり、脱水素反応装置23を改めて温度を上昇させる必要が生じる。そこで、高温SNG反応装置11では、反応条件を高温にすることによって、反応速度を増加させると共に第1熱交換手段4で回収可能な熱量を増加させる一方、低温SNG反応装置12では、反応条件を低温にすることによって、平衡を生成物側(メタンが生成させる側)にしてメタンの収率を増加させることができる。すなわち、合成天然ガス生成装置2での合成天然ガスの収率の増加と、脱水素反応装置23への熱供給の高効率化とを両立させることができる。   In this embodiment, since the SNG reactor is divided into the high-temperature SNG reactor 11 and the low-temperature SNG reactor 12 in the synthetic natural gas generator 2, heat at a temperature suitable for the dehydrogenation reaction can be recovered. And the reaction rate and yield of synthetic natural gas can be increased. Since the methanation reaction represented by the above formula (2) is an equilibrium reaction and is an exothermic reaction, the yield of methane (synthetic natural gas) increases when the reaction conditions are lowered. However, when the reaction conditions are lowered, the reaction rate decreases and the amount of heat that can be supplied to the heater 22 and the dehydrogenation reaction device 23 via the first heat exchange means 4 decreases. In particular, since the dehydrogenation reactor 23 has a high operating temperature, when the operating temperatures of the high temperature SNG reactor 11 and the low temperature SNG reactor 12 are low, the dehydrogenation reactor 23 is efficiently brought to the operating temperature. It becomes difficult to raise the temperature, and the dehydrogenation reactor 23 needs to be raised again. Therefore, the high temperature SNG reactor 11 increases the reaction rate and the amount of heat that can be recovered by the first heat exchange means 4 by increasing the reaction conditions, while the low temperature SNG reactor 12 changes the reaction conditions. By lowering the temperature, the equilibrium can be made on the product side (the side on which methane is generated), and the yield of methane can be increased. That is, it is possible to achieve both an increase in the yield of synthetic natural gas in the synthetic natural gas generator 2 and an increase in the efficiency of heat supply to the dehydrogenation reactor 23.

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。第1熱交換手段4及び第2熱交換手段5の形態は、各種の形態を適用することができる。例えば、第1熱交換手段4は、高温SNG反応装置11や加熱器22、脱水素反応装置23の一部として組み込まれていてもよい。例えば、高温SNG反応装置11の反応物及び生成物が通過するチューブが、脱水素反応装置23のシェル内や加熱器22内を通過するように設けた場合には、チューブが第1熱交換手段4になる。また、高温SNG反応装置11と脱水素反応装置23とを1つの結合された装置として構成し、高温SNG反応装置11と脱水素反応装置23とを区画する構造体を第1熱交換手段4としてもよい。   Although the description of the specific embodiment is finished as described above, the present invention is not limited to the above embodiment and can be widely modified. Various forms can be applied to the first heat exchange means 4 and the second heat exchange means 5. For example, the first heat exchange means 4 may be incorporated as a part of the high temperature SNG reactor 11, the heater 22, or the dehydrogenation reactor 23. For example, when the tube through which the reactants and products of the high-temperature SNG reactor 11 pass is provided so as to pass through the shell of the dehydrogenation reactor 23 and the heater 22, the tube is the first heat exchange means. 4 Further, the high-temperature SNG reaction apparatus 11 and the dehydrogenation reaction apparatus 23 are configured as one combined apparatus, and a structure that partitions the high-temperature SNG reaction apparatus 11 and the dehydrogenation reaction apparatus 23 is used as the first heat exchange means 4. Also good.

1…水素・合成天然ガス製造装置、2…合成天然ガス生成装置、3…水素生成装置、4…第1熱交換手段、5…第2熱交換手段、6…加熱装置、11…高温SNG反応装置(高温合成天然ガス生成装置)、12…低温SNG反応装置(低温合成天然ガス生成装置)、13…第1気液分離装置、14…メタン分離装置、21…蒸発器、22…加熱器、23…脱水素反応装置、24…第2気液分離装置、   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hydrogen and synthetic natural gas manufacturing apparatus, 2 ... Synthetic natural gas production | generation apparatus, 3 ... Hydrogen production apparatus, 4 ... 1st heat exchange means, 5 ... 2nd heat exchange means, 6 ... Heating apparatus, 11 ... High temperature SNG reaction Apparatus (high temperature synthesis natural gas production apparatus), 12 ... low temperature SNG reaction apparatus (low temperature synthesis natural gas production apparatus), 13 ... first gas-liquid separation apparatus, 14 ... methane separation apparatus, 21 ... evaporator, 22 ... heater, 23 ... Dehydrogenation reactor, 24 ... Second gas-liquid separator,

Claims (4)

水素及び合成天然ガスの製造装置であって、
高温下で逆シフト反応及びメタネーション反応を行う高温合成天然ガス生成装置と、
前記高温合成天然ガス生成装置の下流側に接続され、前記高温合成天然ガス生成装置よりも低温下で逆シフト反応及びメタネーション反応を行う低温合成天然ガス生成装置と、
前記低温合成天然ガス生成装置から供給される熱を利用して水素化芳香族化合物を気化する蒸発器と、
前記蒸発器の下流側に接続されると共に、前記高温合成天然ガス生成装置から供給される熱によって加熱され、脱水素反応によって前記蒸発器において気化された水素化芳香族化合物から水素を生成する脱水素反応装置と、
前記蒸発器と前記脱水素反応装置との間に、前記高温合成天然ガス生成装置と熱交換可能に配置され、前記蒸発器において気化された水素化芳香族化合物を加熱する加熱器とを有することを特徴とする水素及び合成天然ガスの製造装置。
An apparatus for producing hydrogen and synthetic natural gas,
A high-temperature synthetic natural gas generator that performs reverse shift reaction and methanation reaction at high temperature;
A low-temperature synthetic natural gas generator connected to a downstream side of the high-temperature synthetic natural gas generator, and performing a reverse shift reaction and a methanation reaction at a lower temperature than the high-temperature synthetic natural gas generator;
An evaporator that vaporizes the hydrogenated aromatic compound using heat supplied from the low-temperature synthetic natural gas generator;
The dehydration is connected to the downstream side of the evaporator and heated by the heat supplied from the high-temperature synthesis natural gas generator and generates hydrogen from the hydrogenated aromatic compound vaporized in the evaporator by a dehydrogenation reaction. An elementary reactor ,
Between the evaporator and the dehydrogenation reaction apparatus, a heater that is disposed so as to be capable of exchanging heat with the high-temperature synthetic natural gas generation apparatus and that heats the hydrogenated aromatic compound vaporized in the evaporator. An apparatus for producing hydrogen and synthetic natural gas.
前記高温合成天然ガス生成装置での反応によって発生した反応熱を前記脱水素反応装置及び前記加熱器に供給する第1熱交換手段と、
前記低温合成天然ガス生成装置での反応によって発生した反応熱を前記蒸発器に供給する第2熱交換手段とを更に有することを特徴とする請求項1に記載の水素及び合成天然ガスの製造装置。
First heat exchange means for supplying reaction heat generated by the reaction in the high-temperature synthetic natural gas generator to the dehydrogenation reactor and the heater;
The apparatus for producing hydrogen and synthetic natural gas according to claim 1 , further comprising second heat exchange means for supplying reaction heat generated by the reaction in the low-temperature synthetic natural gas generating apparatus to the evaporator. .
前記第1熱交換手段に熱を供給する加熱装置を更に有することを特徴とする請求項2に記載の水素及び合成天然ガスの製造装置。 The apparatus for producing hydrogen and synthetic natural gas according to claim 2 , further comprising a heating device for supplying heat to the first heat exchange means. 前記高温合成天然ガス生成装置では、350℃以上500℃以下の高温下で反応を行い、
前記低温合成天然ガス生成装置では、250℃以上350℃未満の低温下で反応を行うことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つの項に記載の水素及び合成天然ガスの製造装置。
In the high-temperature synthetic natural gas generator, the reaction is performed at a high temperature of 350 ° C. or higher and 500 ° C. or lower,
The production of hydrogen and synthetic natural gas according to any one of claims 1 to 3 , wherein the low-temperature synthetic natural gas generator performs the reaction at a low temperature of 250 ° C or higher and lower than 350 ° C. apparatus.
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