JP6922526B2 - How to make methane - Google Patents

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Description

本発明はコークス炉ガス等、一酸化炭素、二酸化炭素及び水素を含有するガスを原料か
ら効率良くメタンを製造することのできるメタン製造装置に関する。
The present invention relates to a methane production apparatus capable of efficiently producing methane from a gas containing carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen, such as coke oven gas, from a raw material.

近年、発電所の多くは、内燃力発電の排熱で汽力発電を行う、いわゆるコンバインドサ
イクル発電を行っている。内燃機関としては主にガスタービンエンジンが使用され、その
燃料としては液化天然ガス(LNG)が使用されているが、LNGは通常−160℃以下
に冷却されて生産国からタンカーで輸送されるため、莫大な調達費用がかかっている。さ
らに、LNGを用いることに過度に依存することは、原料を安定に供給するうえで、今後
、困難な局面にさしあたることも考えられている。従って、LNGの代替天然ガス(SN
G)の新しい製造方法の開発が進められている。
In recent years, many power plants perform so-called combined cycle power generation, which uses the exhaust heat of internal-combustion power generation to generate steam power. Gas turbine engines are mainly used as internal combustion engines, and liquefied natural gas (LNG) is used as the fuel, but LNG is usually cooled to -160 ° C or lower and transported by tanker from the country of origin. , It costs a huge amount of procurement cost. Furthermore, excessive reliance on the use of LNG is considered to pose a difficult phase in the future in order to stably supply raw materials. Therefore, LNG alternative natural gas (SN)
Development of a new manufacturing method of G) is underway.

SNGはメタンを主成分として構成されるものであるが、二酸化炭素や一酸化炭素と水
素を原料としてメタンを合成する装置や製造方法等について種々の検討や改良がなされて
きた。例えば、特許文献1には、前処理を施したコークス炉ガスをCO変成し、次いで膜
分離を行って非透過側ガスを採取することにより、高価な炭素源を使用することなく、石
炭ガスのみを原料として高カロリーガス又はSNGを製造する装置が開示されている。ま
た、特許文献2には、コークス炉ガスを含有し、かつ二酸化炭素の割合が特定量であるガ
スを用いて、ガスタービン用燃料を製造する方法が開示されている。更に、特許文献3に
は、一酸化炭素及び/又は二酸化炭素を含有するガスを触媒と作用させてメタン化する工
程、及び水素を透過分離する水素分離工程を有するメタンと水素の併産方法が記載されて
いる。
Although SNG is composed mainly of methane, various studies and improvements have been made on an apparatus and a manufacturing method for synthesizing methane using carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen as raw materials. For example, in Patent Document 1, pretreated coke oven gas is CO-transformed, and then membrane separation is performed to collect non-permeated side gas, so that only coal gas is used without using an expensive carbon source. An apparatus for producing high-calorie gas or SNG using the above as a raw material is disclosed. Further, Patent Document 2 discloses a method for producing a fuel for a gas turbine using a gas containing coke oven gas and having a specific amount of carbon dioxide. Further, Patent Document 3 describes a method for co-producing methane and hydrogen, which comprises a step of reacting a gas containing carbon monoxide and / or carbon dioxide with a catalyst to methaneize, and a hydrogen separation step of permeating and separating hydrogen. Have been described.

特開2000−104080号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-104080 特開2015−117312号公報JP-A-2015-117312 特開2016−108256号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-108256

上述の通り、メタンを合成するための装置はいくつかの報告例はあるが、メタンを効率
よく製造するためには、未だ装置に改善の余地がある。特に、各種産業から生じる副生ガ
スや排出ガスをLNG代替としてコンバインドサイクル発電の燃料として用いることは、
コスト面や環境面で優位であり、このような観点での改良が望まれる。
As mentioned above, there are some reports of devices for synthesizing methane, but there is still room for improvement in the devices for efficient production of methane. In particular, using by-product gas and exhaust gas generated from various industries as a fuel for combined cycle power generation as an alternative to LNG is a good idea.
It is superior in terms of cost and environment, and improvement from this point of view is desired.

メタンを効率よく得る方法としては、原料ガス中の水素を一酸化炭素または二酸化炭素
と反応させ、未反応の水素を極力反応させメタンに変換することである。水素を大量に含
有するような原料はさほど多くはないが、コークスを製造する際に副生するガス、いわゆ
るコークス炉ガス(COG)は水素、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、窒素等を含有す
るため有望と考えられる。前記特許文献1〜3はいずれもコークス炉ガスを原料としてメ
タンが製造されているが、特許文献1に開示されている装置では、膜分離後の製品ガスの
水素の組成が高く、ガスタービンに直接ガスを導入することができないため、液化石油ガ
ス(LPG)を用いて発熱量を調整しなければならない。また、特許文献2、3に開示さ
れている方法では、メタン化反応後の窒素の組成が高くなるため、発熱量を調整する必要
がある。
An efficient method for obtaining methane is to react hydrogen in the raw material gas with carbon monoxide or carbon dioxide, and react unreacted hydrogen as much as possible to convert it into methane. There are not so many raw materials that contain a large amount of hydrogen, but the gas produced as a by-product in the production of coke, so-called coke oven gas (COG), contains hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, methane, nitrogen, etc. It is considered promising to do so. In all of Patent Documents 1 to 3, methane is produced from coke oven gas as a raw material, but in the apparatus disclosed in Patent Document 1, the hydrogen composition of the product gas after membrane separation is high, and the gas turbine can be used. Since gas cannot be introduced directly, liquefied petroleum gas (LPG) must be used to adjust the calorific value. Further, in the methods disclosed in Patent Documents 2 and 3, since the composition of nitrogen after the methanation reaction is high, it is necessary to adjust the calorific value.

本発明は、コークス炉ガス等、一酸化炭素、二酸化炭素及び水素を含有するガスを原料
とし、メタンを高濃度で効率良く製造すると共に、LNG等による発熱量の調整を必須と
せずにそのままガスタービン用燃料として使用することが可能なメタンを製造することが
可能なメタン製造装置を提供することを目的とする。
The present invention uses a gas containing carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen as a raw material, such as coke oven gas, to efficiently produce methane at a high concentration, and the gas as it is without requiring adjustment of calorific value by LNG or the like. An object of the present invention is to provide a methane production apparatus capable of producing methane that can be used as a fuel for a turbine.

本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意検討を行った結果、一酸化炭素、二酸化炭
素及び水素を少なくとも含む原料としてメタンを製造するための装置として、反応装置、
分離装置及び特定のリサイクルラインの構成を備えた装置とすることにより、上記課題を
解決し得ることを見出し、本発明を完成した。即ち、本発明の要旨は以下の通りである。
As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have developed a reactor as an apparatus for producing methane as a raw material containing at least carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen.
The present invention has been completed by finding that the above problems can be solved by using a separation device and a device having a specific recycling line configuration. That is, the gist of the present invention is as follows.

[1]一酸化炭素、二酸化炭素及び水素を少なくとも含む原料ガスを供給するための供給
口を有し、メタン化反応触媒が充填された反応装置、該反応装置において未反応分として
残存する二酸化炭素と、該反応装置において製造されたメタンとを少なくとも含む混合ガ
スからメタンと二酸化炭素とを分離するための分離装置、及び該分離装置により分離した
二酸化炭素を含むガスの少なくとも一部を反応装置に供給するリサイクルライン(1)を
有するメタン製造装置。
[2]前記分離装置の後段にガスタービンを備える、[1]に記載のメタン製造装置。
[3]前記ガスタービンから排出される排ガスを前記反応装置に供給するリサイクルライ
ン(2)を有する、[2]に記載のメタン製造装置。
[1] A reactor having a supply port for supplying a raw material gas containing at least carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen and filled with a methanation reaction catalyst, carbon dioxide remaining as an unreacted component in the reactor. And a separator for separating methane and carbon dioxide from the mixed gas containing at least methane produced in the reactor, and at least a part of the gas containing carbon dioxide separated by the separator into the reactor. A methane production apparatus having a supply recycling line (1).
[2] The methane production apparatus according to [1], wherein a gas turbine is provided after the separation apparatus.
[3] The methane production apparatus according to [2], which has a recycling line (2) for supplying the exhaust gas discharged from the gas turbine to the reaction apparatus.

本発明によれば、コークス炉ガス等、一酸化炭素、二酸化炭素及び水素を含有するガス
を原料とし、メタンを高濃度で効率良く製造すると共に、LNG等による発熱量の調整を
必須とせずにそのままガスタービン用燃料として使用することが可能なメタンを製造する
ことが可能なメタン製造装置を提供することができる。
According to the present invention, methane is efficiently produced at a high concentration by using a gas containing carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen such as coke oven gas as a raw material, and adjustment of calorific value by LNG or the like is not essential. It is possible to provide a methane production apparatus capable of producing methane that can be used as it is as a fuel for a gas turbine.

本発明のメタン製造装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the methane production apparatus of this invention.

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の説明に限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変形して実施することができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to the following description, and can be arbitrarily modified and carried out without departing from the gist of the present invention.

〔メタン製造装置〕
本発明のメタン製造装置は、一酸化炭素、二酸化炭素及び水素を少なくとも含む原料ガ
スを供給するための供給口を有し、メタン化反応触媒が充填された反応装置、該反応装置
において未反応分として残存する二酸化炭素と、該反応装置において製造されたメタンと
を少なくとも含む混合ガスからメタンと二酸化炭素とを分離するための分離装置、及び該
分離装置により分離した二酸化炭素を含むガスの少なくとも一部を反応装置に供給するリ
サイクルライン(1)を有する。
[Methane production equipment]
The methane production apparatus of the present invention has a supply port for supplying a raw material gas containing at least carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen, and is a reactor filled with a methaneation reaction catalyst, an unreacted component in the reactor. A separator for separating methane and carbon dioxide from a mixed gas containing at least methane produced in the reactor, and at least one of the gases containing carbon dioxide separated by the separator. It has a recycling line (1) that supplies parts to the reactor.

[反応装置]
本発明に用いる反応装置は、一酸化炭素、二酸化炭素及び水素を少なくとも含む原料ガ
スを供給するための供給口を有し、メタン化反応触媒が充填されたメタン化反応触媒が充
填されたものであり、これらの原料及び触媒を用いてメタンが製造される。
[Reactor]
The reactor used in the present invention has a supply port for supplying a raw material gas containing at least carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen, and is filled with a methanation reaction catalyst filled with a methanation reaction catalyst. Yes, methane is produced using these raw materials and catalysts.

(原料ガス)
本発明に用いる原料ガスは一酸化炭素、二酸化炭素及び水素を少なくとも含むガスであ
れば特に制限されないが、その代表的な例として、コークス炉ガスや熱分解炉ガスが挙げ
られる。この原料ガスは前記反応装置の供給口から供給され、メタン化反応に供される。
(Raw material gas)
The raw material gas used in the present invention is not particularly limited as long as it contains at least carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen, and typical examples thereof include coke oven gas and pyrolysis furnace gas. This raw material gas is supplied from the supply port of the reactor and is subjected to a methanation reaction.

<コークス炉ガス>
コークス炉ガスとは、石炭からコークスを製造する際にコークス炉内から発生するガス
を意味する。具体的には、コークス炉ガスは、石炭を600℃以上の温度で加熱乾留して
コークスを製造する際に発生するガスで、一般的な組成として、水素10〜70体積%、
メタン20〜70体積%、メタン以外の炭化水素(エチレン等のオレフィン類など)1〜
15体積%、一酸化炭素4〜9体積%、二酸化炭素1〜6体積%、窒素1〜13体積%、
酸素0〜0.5体積%、硫化水素等の硫黄化合物0.3〜1.5体積%、アンモニア等の
窒素化合物0.3〜1.8体積%、ベンゾール類0.1〜1.8体積%、およびその他の
石炭由来の微量成分を含んでいる。
<Coke furnace gas>
The coke oven gas means the gas generated from the inside of the coke oven when coke is produced from coal. Specifically, the coke oven gas is a gas generated when coal is heated and carbonized at a temperature of 600 ° C. or higher to produce coke, and has a general composition of 10 to 70% by volume of hydrogen.
Methane 20-70% by volume, hydrocarbons other than methane (olefins such as ethylene) 1-
15% by volume, carbon monoxide 4-9% by volume, carbon dioxide 1-6% by volume, nitrogen 1-13% by volume,
Oxygen 0-0.5% by volume, sulfur compound such as hydrogen sulfide 0.3-1.5% by volume, nitrogen compound such as ammonia 0.3-1.8% by volume, benzols 0.1-1.8% by volume %, And other trace components derived from coal.

本発明に用いることのできるコークス炉ガスは、コークス炉から排出された上記組成の
ガスをそのまま用いることもできるが、前処理したコークス炉ガスを用いることが好まし
い。具体的には、上記の成分のうち硫化水素等の硫黄化合物、アンモニア等の窒素化合物
、及びベンゾール類等を低減させるための精製処理を行ったコークス炉ガスを用いること
が好ましい。
As the coke oven gas that can be used in the present invention, the gas having the above composition discharged from the coke oven can be used as it is, but it is preferable to use the pretreated coke oven gas. Specifically, it is preferable to use a coke oven gas that has been refined to reduce sulfur compounds such as hydrogen sulfide, nitrogen compounds such as ammonia, and benzols among the above components.

前処理は、例えば、硫化水素を処理する乾式脱硫反応器では脱硫触媒として主にFe
を用いて常温(20℃)付近において硫化水素を除去する。また、水添脱硫反応器で
は、硫化水素以外の硫黄化合物を硫化水素に変換するための触媒としてNi−Mo系、C
o−Mo系等を用いて行うことができる。これらの触媒を使用する場合、コークス炉ガス
中の水素による水素添加が行われる。前処理は常法に従って行なえばよく、例えば反応器
入口温度200〜350℃程度、反応器内圧力0.5〜5.0MPaG程度、反応器出口
温度100〜450℃程度の条件下に処理を行なえばよい。また、例えば、コークス炉ガ
スを吸着脱硫器に送り、ZnOによる吸着脱硫を行ってもよい。前処理を施されたコーク
ス炉ガスの各成分の濃度は、一般に、硫化水素等の硫黄化合物0.001〜0.2体積%
、アンモニア等の窒素化合物0.01〜0.2体積%、ベンゾール類0.02〜0.3体
積%に低減され、これら以外の成分の濃度は精製処理前後で実質的に変化しない。
The pretreatment is mainly Fe 2 as a desulfurization catalyst in a dry desulfurization reactor that treats hydrogen sulfide, for example.
Removing hydrogen sulfide at about room temperature (20 ° C.) using O 3. Further, in the hydrogenated desulfurization reactor, Ni-Mo-based, C as a catalyst for converting a sulfur compound other than hydrogen sulfide into hydrogen sulfide.
It can be performed using an o-Mo system or the like. When these catalysts are used, hydrogenation is carried out by hydrogen in the coke oven gas. The pretreatment may be carried out according to a conventional method. For example, the treatment may be carried out under the conditions of a reactor inlet temperature of about 200 to 350 ° C., a reactor internal pressure of about 0.5 to 5.0 MPaG, and a reactor outlet temperature of about 100 to 450 ° C. Just do it. Further, for example, the coke oven gas may be sent to an adsorption desulfurizer to perform adsorption desulfurization with ZnO. The concentration of each component of the pretreated coke oven gas is generally 0.001 to 0.2% by volume of a sulfur compound such as hydrogen sulfide.
, Nitrogen compounds such as ammonia are reduced to 0.01 to 0.2% by volume and benzols are reduced to 0.02 to 0.3% by volume, and the concentrations of components other than these are substantially unchanged before and after the purification treatment.

本発明に用いる原料ガスは、コークス炉ガス及び熱分解炉ガスの何れであってもよいが
、少なくともコークス炉ガスを含有していることが好ましい。原料ガス中におけるコーク
ス炉ガスの含有割合は限定されないが、通常1体積%以上、好ましくは10体積%以上、
より好ましくは50体積%以上、更に好ましくは70体積%以上、特に好ましくは85体
積%以上である。コークス炉ガスの含有割合の上限は限定されず、100体積%でもよい
The raw material gas used in the present invention may be either coke oven gas or pyrolysis furnace gas, but preferably contains at least coke oven gas. The content ratio of coke oven gas in the raw material gas is not limited, but is usually 1% by volume or more, preferably 10% by volume or more.
It is more preferably 50% by volume or more, further preferably 70% by volume or more, and particularly preferably 85% by volume or more. The upper limit of the content ratio of the coke oven gas is not limited, and may be 100% by volume.

<熱分解炉ガス>
熱分解炉ガスとは、石炭を熱分解炉で熱分解する際に発生するガスを意味する。本発明
に用いる熱分解炉ガスの組成は限定されないが、通常、水素、二酸化炭素、一酸化炭素、
メタン、窒素等を含有する。
<Pyrolysis furnace gas>
Pyrolysis furnace gas means gas generated when coal is pyrolyzed in a pyrolysis furnace. The composition of the pyrolysis furnace gas used in the present invention is not limited, but usually hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, etc.
Contains methane, nitrogen, etc.

本発明では、原料ガスとしてコークス炉ガス及び熱分解炉ガスを併用してもよい。コー
クス炉ガス及び熱分解炉ガスを併用する場合においても、両者を混合した原料ガス中には
水素や二酸化炭素および一酸化炭素を含むガスであることが好ましい。なお、本発明にお
けるコークス炉ガス及び熱分解炉ガスは、必ずしも完全なガス状態で形成されている必要
は無く、粉塵、ヒューム、煙、ミスト等のエアロゾルであってもよく、ガス中にこれらの
状態のものを含有していてもよい。更には、ガスが凝集又は凝固することによって形成さ
れた液状又は固体状のものも包含する。
In the present invention, coke oven gas and pyrolysis furnace gas may be used in combination as the raw material gas. Even when the coke oven gas and the pyrolysis furnace gas are used in combination, it is preferable that the raw material gas in which both are mixed contains hydrogen, carbon dioxide, and carbon monoxide. The coke oven gas and the pyrolysis oven gas in the present invention do not necessarily have to be formed in a perfect gas state, and may be aerosols such as dust, fume, smoke, and mist, and these may be contained in the gas. It may contain the one in the state. Furthermore, it also includes liquid or solid substances formed by agglomeration or coagulation of gas.

<その他の原料>
本発明のコークス炉ガス及び/又は熱分解炉ガスとともに任意の原料を併用することが
できる(以下、コークス炉ガス、熱分解炉ガス以外の原料を「その他の原料」という場合
がある)。その他の原料は、気体であっても固体又は液体であってもよいが、コークス炉
ガス及び/又は熱分解炉ガスと混合した状態で気体であることが好ましい(前述で示した
状態を含む)。
<Other raw materials>
Any raw material can be used in combination with the coke oven gas and / or the pyrolysis furnace gas of the present invention (hereinafter, the raw materials other than the coke oven gas and the pyrolysis furnace gas may be referred to as "other raw materials"). The other raw material may be a gas, a solid or a liquid, but is preferably a gas in a state of being mixed with the coke oven gas and / or the pyrolysis furnace gas (including the state shown above). ..

(メタン化反応触媒)
反応装置に充填されるメタン化反応触媒は一酸化炭素及び/又は二酸化炭素と水素とを
反応させ、メタンを生成することが可能な触媒であれば限定されないが、一般にメタネー
ション反応触媒として知られている公知の触媒を制限なく使用することができる。具体的
には、ニッケル系触媒、白金族金属系触媒、その他の貴金属系触媒等が用いられ、特にニ
ッケル触媒の反応効率が良好であり安価である観点から好ましい。
(Methaneation reaction catalyst)
The methanation reaction catalyst charged in the reaction apparatus is not limited as long as it is a catalyst capable of reacting carbon monoxide and / or carbon dioxide with hydrogen to produce methane, but is generally known as a metanation reaction catalyst. Known catalysts can be used without limitation. Specifically, a nickel-based catalyst, a platinum group metal-based catalyst, another noble metal-based catalyst, or the like is used, and is particularly preferable from the viewpoint of good reaction efficiency and low cost of the nickel catalyst.

本発明におけるメタン化反応は、前記の原料ガスを用い、メタン化反応触媒の存在下、
実質的に以下の反応を主反応として行われる。
CO + 3H → CH + H
CO+ 4H → CH + 2H
The methanation reaction in the present invention uses the above-mentioned raw material gas in the presence of a methanation reaction catalyst.
Substantially the following reactions are performed as the main reaction.
CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O
CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O

[分離装置]
本発明に用いる分離装置は、前記反応装置において未反応分として残存する二酸化炭素
と、この反応装置において製造されたメタンを少なくとも含む混合ガスからメタンを分離
するための装置である。また、本発明のメタン製造装置は、分離装置により分離された二
酸化炭素を含むガスの少なくとも一部を前述の反応装置に供給するラインを有することが
好ましい。分離装置としては、分離材を用いた装置、化学吸収液を用いた装置、物理吸着
剤を用いた装置等が挙げられるが、好ましくは分離材を用いた装置又は化学吸収液を用い
た装置である。なお、これらの装置は適宜組み合わせて用いてもよい。
[Separator]
The separation device used in the present invention is a device for separating methane from a mixed gas containing at least carbon dioxide remaining as an unreacted component in the reaction device and methane produced in this reaction device. Further, the methane production apparatus of the present invention preferably has a line for supplying at least a part of the carbon dioxide-containing gas separated by the separation apparatus to the above-mentioned reaction apparatus. Examples of the separating device include a device using a separating material, a device using a chemical absorbent, a device using a physical adsorbent, and the like, but a device using a separating material or a device using a chemical absorbent is preferable. be. In addition, these devices may be used in combination as appropriate.

分離材を用いた分離装置の場合、この分離材としては二酸化炭素とメタンを分離するこ
とができるものであれば限定されないが、分離膜を用いることが好ましい。一般に、ガス
の分離・精製法としては、膜分離法、吸着分離法、吸収分離法、蒸留分離法、深冷分離法
等が挙げられるが、分離膜を用いた膜分離法は、分離選択性及び分離速度が高く、分離中
での相変化を殆ど伴わず、設備も安価でコンパクトなため好適である。
In the case of a separation device using a separation material, the separation material is not limited as long as it can separate carbon dioxide and methane, but it is preferable to use a separation membrane. Generally, examples of the gas separation / purification method include a membrane separation method, an adsorption separation method, an absorption separation method, a distillation separation method, a deep cold separation method, and the like, but the membrane separation method using a separation membrane has separation selectivity. It is suitable because the separation rate is high, there is almost no phase change during separation, and the equipment is inexpensive and compact.

分離材の材質は限定されないが、種類としては、ポリイミド、ポリアラミド、ポリアミ
ド、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリプロピレン、ポリエチレン等の有機
高分子材料や、ゼオライト、シリコン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、パラジウム系、シリカ
・アルミナ・チタニア・ジルコニア等の酸化物及びそれらの複合酸化物等の無機材料等が
挙げられる。ここでポリアラミドとは、芳香族ジカルボン酸と芳香族ジアミンとを主原料
として得られる全芳香族系ポリアミドを言う。これらの中でも、分離膜の材質としてはポ
リイミド、ポリアラミド、ポリアミド又はゼオライトが好ましい。
The material of the separating material is not limited, but the types include organic polymer materials such as polyimide, polyaramid, polyamide, polycarbonate, polyether sulfone, polypropylene, and polyethylene, and zeolite, silicon, silicon carbide, silicon nitride, palladium, and silica. -Examples include oxides such as alumina, polyimide and zirconia, and inorganic materials such as composite oxides thereof. Here, the polyaramid refers to a total aromatic polyamide obtained by using an aromatic dicarboxylic acid and an aromatic diamine as main raw materials. Among these, polyimide, polyaramid, polyamide or zeolite is preferable as the material of the separation membrane.

また、分離材の形状は限定されないが、具体的には平膜状や中空糸状、スパイラル状、
チューブラー状等が挙げられる。これらのうち、分離材として有機高分子材料を用いる場
合には、透過面積を上げることが可能であるため中空糸状であることが好ましい。
In addition, the shape of the separating material is not limited, but specifically, a flat film shape, a hollow thread shape, a spiral shape, etc.
Tubular shape and the like can be mentioned. Of these, when an organic polymer material is used as the separating material, it is preferably in the form of a hollow thread because the permeation area can be increased.

化学吸収液を用いた分離装置の場合、化学吸収液としては、アンモニア水、アルカノー
ルアミン溶液、モノエタノールアミン等が挙げられる。これらは適宜組み合わせて用いて
もよい。
In the case of a separation device using a chemical absorption liquid, examples of the chemical absorption liquid include aqueous ammonia, an alkanolamine solution, and monoethanolamine. These may be used in combination as appropriate.

物理吸着剤を用いた分離装置の場合、物理吸着剤としては、活性炭、ゼオライト等が挙
げられる。これらは適宜組み合わせて用いてもよい。
In the case of a separation device using a physical adsorbent, examples of the physical adsorbent include activated carbon and zeolite. These may be used in combination as appropriate.

分離装置は透過速度の観点から温度を制御する機構を備えていることが好ましい。装置
内は通常、0〜100℃、好ましくは30〜70℃である。
It is preferable that the separating device is provided with a mechanism for controlling the temperature from the viewpoint of the permeation rate. The temperature inside the device is usually 0 to 100 ° C, preferably 30 to 70 ° C.

分離装置に導入される混合ガスの圧力を制御する機構を備えていること好ましく、また
、分離装置により分離された二酸化炭素の圧力を制御する機構を備えていることが好まし
い。分離装置に導入される混合ガスの圧力はゲージ圧で通常、0〜5MPaGであり、ま
た、分離された二酸化炭素の圧力はゲージ圧で通常、0〜10MPaGである。
It is preferable to have a mechanism for controlling the pressure of the mixed gas introduced into the separation device, and it is preferable to have a mechanism for controlling the pressure of carbon dioxide separated by the separation device. The pressure of the mixed gas introduced into the separation device is usually 0 to 5 MPaG in gauge pressure, and the pressure of the separated carbon dioxide is usually 0 to 10 MPaG in gauge pressure.

(混合ガス)
本発明に用いる分離装置でメタンを分離する際に前記反応装置において未反応分として
残存する二酸化炭素と、この反応装置において製造されたメタンを少なくとも含む混合ガ
スが使用される。
(Mixed gas)
When methane is separated by the separation device used in the present invention, a mixed gas containing at least carbon dioxide remaining as an unreacted component in the reaction device and methane produced in this reaction device is used.

上記の通り、分離装置には、二酸化炭素とメタンを少なくとも含む混合ガスが導入され
るが、これらの[二酸化炭素の体積]:[メタンの体積]で、好ましくは80:20〜1
:99であり、より好ましくは70:30〜5:95である。混合ガスにおいて、これら
の体積比が上記範囲であると、メタンの製造効率の観点で好ましい。
As described above, a mixed gas containing at least carbon dioxide and methane is introduced into the separator, and these [volume of carbon dioxide]: [volume of methane] are preferably 80:20 to 1.
: 99, more preferably 70:30 to 5:95. In the mixed gas, it is preferable that these volume ratios are in the above range from the viewpoint of methane production efficiency.

また、混合ガスには二酸化炭素及びメタン以外のその他のガスが含まれていてもよい。
その他のガスとしては、一酸化炭素、窒素、酸素、硫黄化合物、ナフタレン、ベンゼン、
トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素化合物等が挙げられる。これらは通常、コークス
炉ガス等に由来して混合ガスに含まれる。一方で、分離装置において、後述するような分
離材を用いる場合には、分離材の劣化を防ぐ観点から、混合ガス中のその他のガスの割合
は少ない方が好ましい。このため、その他のガスは混合ガス全体に対し、通常、20体積
%以下であり、好ましくは10体積%以下であり、より好ましくは5体積%以下であり、
更に好ましくは1体積%以下である。このため、本発明のメタン製造装置では、分離装置
に混合ガスを導入する前に予め、その他のガスを除去する機構を備えていることが好まし
い。
Further, the mixed gas may contain other gases other than carbon dioxide and methane.
Other gases include carbon monoxide, nitrogen, oxygen, sulfur compounds, naphthalene, benzene,
Examples thereof include aromatic hydrocarbon compounds such as toluene and xylene. These are usually derived from coke oven gas and the like and are included in the mixed gas. On the other hand, when a separating material as described later is used in the separating device, it is preferable that the ratio of other gases in the mixed gas is small from the viewpoint of preventing deterioration of the separating material. Therefore, the other gas is usually 20% by volume or less, preferably 10% by volume or less, and more preferably 5% by volume or less with respect to the total mixed gas.
More preferably, it is 1% by volume or less. Therefore, it is preferable that the methane production apparatus of the present invention is provided with a mechanism for removing other gases in advance before introducing the mixed gas into the separation apparatus.

[リサイクルライン(1)]
本発明のメタン製造装置は、前記分離装置において二酸化炭素を含むガスの少なくとも
一部を前記反応装置に供給するリサイクルライン(1)を有する。このように、分離装置
により分離された二酸化炭素を含むガスをリサイクルすることにより、メタン化反応の原
料として化学量論的に効率の良い二酸化炭素が原料として供給され、メタン化反応そのも
のの反応効率が向上するだけではなく、得られるメタンの純度も向上する。その結果、得
られるメタンと他のガスを混合することを必須とせずにLNG代替として利用可能なガス
タービン用燃料にそのまま使用することができる。
[Recycling line (1)]
The methane production apparatus of the present invention has a recycling line (1) for supplying at least a part of carbon dioxide-containing gas to the reaction apparatus in the separation apparatus. By recycling the gas containing carbon dioxide separated by the separation device in this way, carbon dioxide that is stoichiometrically efficient as a raw material for the methanation reaction is supplied as a raw material, and the reaction efficiency of the methanation reaction itself. Not only does it improve the purity of the resulting methane. As a result, it can be used as it is as a fuel for a gas turbine that can be used as an alternative to LNG without requiring mixing of the obtained methane with another gas.

[ガスタービン]
本発明のメタン製造装置において、前述の分離装置の後段にガスタービンを備えている
ことが好ましい。ここで、ガスタービンとしてはメタンを燃焼して水蒸気を発生させるこ
とによりタービンを回転させ、発電する機構を有するものであれば特に制限されない。ガ
スタービンを備えることで、メタン製造装置で得られたメタンを燃料として電力を発生さ
せることができる。
[gas turbine]
In the methane production apparatus of the present invention, it is preferable that a gas turbine is provided after the above-mentioned separation apparatus. Here, the gas turbine is not particularly limited as long as it has a mechanism for rotating the turbine by burning methane to generate steam to generate electricity. By providing a gas turbine, electric power can be generated by using methane obtained by a methane production apparatus as fuel.

[リサイクルライン(2)]
本発明のメタン製造装置は、前述のガスタービンから排出される排ガスを前述の反応装
置に供給するリサイクルライン(2)を有することが好ましい。リサイクルライン(2)
を備えることで、原料ガス中の水素を消費することが可能となり、メタンの製造効率を向
上させる利点がある。なお、本発明のメタン製造装置がリサイクルライン(1)とリサイ
クルライン(2)との両方を有する場合、これらのラインはそれぞれが独立したラインと
して前記反応装置に接続されていてもよいし、これらが合流して反応装置に接続されてい
てもよい。
[Recycling line (2)]
The methane production apparatus of the present invention preferably has a recycling line (2) for supplying the exhaust gas discharged from the above-mentioned gas turbine to the above-mentioned reaction apparatus. Recycling line (2)
By providing the above, hydrogen in the raw material gas can be consumed, which has an advantage of improving the production efficiency of methane. When the methane production apparatus of the present invention has both a recycling line (1) and a recycling line (2), these lines may be connected to the reaction apparatus as independent lines, or these lines may be connected to the reaction apparatus. May merge and be connected to the reactor.

ここで、ガスタービンから排出される排ガスは、通常、二酸化炭素を含むものである。
また、その他に排ガスに含まれ得るガス成分としては、例えば、二酸化炭素、一酸化炭素
等が挙げられる。排ガスに含まれるガス成分は1種のみであってもよいが、上記の通り、
通常は2種以上のガス成分の混合物である。排ガス中は更に二酸化炭素のみを回収して前
記反応装置に移送してリサイクルすることが好ましい。
Here, the exhaust gas emitted from the gas turbine usually contains carbon dioxide.
Other gas components that can be contained in the exhaust gas include carbon dioxide, carbon monoxide, and the like. The exhaust gas may contain only one type of gas component, but as described above,
It is usually a mixture of two or more gas components. It is preferable to further recover only carbon dioxide in the exhaust gas, transfer it to the reactor, and recycle it.

Claims (3)

メタン化反応触媒が充填された反応装置と、該反応装置において製造されたメタンと二酸化炭素とを分離するための分離装置とを組み合わせた、原料ガスからのメタンの製造方法であって、A method for producing methane from a raw material gas, which is a combination of a reactor filled with a methanation reaction catalyst and a separator for separating methane and carbon dioxide produced in the reactor.
該原料ガスがコークス炉ガスを含み、The raw material gas contains coke oven gas and
該原料ガスを該反応装置に供給し、該反応装置において製造されたメタンを少なくとも含む混合ガスを該分離装置に供給し、該分離装置により分離した二酸化炭素を含むガスの少なくとも一部をリサイクルライン(1)を通して該反応装置に供給する、メタンの製造方法。The raw material gas is supplied to the reactor, the mixed gas containing at least methane produced in the reactor is supplied to the separator, and at least a part of the gas containing carbon dioxide separated by the separator is recycled. A method for producing methane, which is supplied to the reactor through (1).
前記原料ガスの二酸化炭素濃度が6体積%以下である、請求項1に記載のメタンの製造方法。The method for producing methane according to claim 1, wherein the carbon dioxide concentration of the raw material gas is 6% by volume or less. 前記分離装置により分離したメタンをガスタービンに供給し、該ガスタービンから排出される排ガスを、リサイクルライン(2)を通して前記反応装置に供給する、請求項1又は2に記載のメタンの製造方法。The method for producing methane according to claim 1 or 2, wherein the methane separated by the separation device is supplied to the gas turbine, and the exhaust gas discharged from the gas turbine is supplied to the reaction device through the recycling line (2).
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