JP6956665B2 - Method of methaneization of carbon dioxide in combustion exhaust gas and methane production equipment - Google Patents

Method of methaneization of carbon dioxide in combustion exhaust gas and methane production equipment Download PDF

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本発明は、燃焼排ガス中に含まれる二酸化炭素を分離して水素と反応させることによりメタンを得るメタン化方法に関する。 The present invention relates to a methaneization method for obtaining methane by separating carbon dioxide contained in combustion exhaust gas and reacting it with hydrogen.

メタンは、例えば二酸化炭素を用いて次式により生成される。この反応自体は古くから知られている。
CO2+4H2aCH4+2H2O(g) ΔH=-165.0 kJ/mol
Methane is produced by the following equation using carbon dioxide, for example. This reaction itself has been known for a long time.
CO 2 + 4H 2 aCH 4 + 2H 2 O (g) ΔH = -165.0 kJ / mol

特許文献1には、COおよびHを含むガスをメタン化するメタン化反応器が開示されている。メタン化反応器では、上流側にCu−Zn系低温シフト触媒を配し、且つ下流側にメタン化触媒を配置している。このメタン化反応器内において、COおよびHを含むガスのメタン化が行われる。上流側の低温シフト反応器では次式のCOシフト反応が進行する。
CO+H2OaCO2+H2
Patent Document 1 discloses a methanation reactor that methanizes a gas containing CO and H 2. In the methanation reactor, a Cu—Zn-based low-temperature shift catalyst is arranged on the upstream side, and a methanation catalyst is arranged on the downstream side. In this methanation reactor, the gas containing CO and H 2 is methanized. In the low temperature shift reactor on the upstream side, the CO shift reaction of the following equation proceeds.
CO + H 2 OaCO 2 + H 2

そして、低温シフト触媒により一酸化炭素の大部分は水蒸気と反応して二酸化炭素に転換され、メタン化触媒上では二酸化炭素のメタン化反応が進行しているものと考えられる。メタン化触媒は、アンモニア合成用の水素から一酸化炭素および二酸化炭素を除去する目的で古くから使用されている。メタン化触媒としては、NiやRuを担持した触媒が高活性を示すことが知られている(非特許文献1、2)。 It is considered that most of the carbon monoxide is converted to carbon dioxide by reacting with water vapor by the low temperature shift catalyst, and the methaneization reaction of carbon dioxide is proceeding on the methanation catalyst. Methanation catalysts have long been used to remove carbon monoxide and carbon dioxide from hydrogen for ammonia synthesis. As the methanation catalyst, it is known that a catalyst supporting Ni or Ru exhibits high activity (Non-Patent Documents 1 and 2).

特許文献2には、二酸化炭素、一酸化炭素および二酸化炭素、またはこれらを主成分とする混合ガスを水素化してメタンを製造するためのメタン化反応用触媒が開示されている。メタン化反応用触媒は、元素状態の金属を基準とした総和を100%とするとき、Sm,Ce,LaおよびYから選んだ希土類元素Mの1種または2種以上が2.4〜18.75原子%、Zrが22.5〜69原子%を占める。ただし、Zr:M(原子比)=3〜11.5の割合である。さらに、触媒活性を担う鉄族元素であるNiが25〜70原子%を占める化学組成を有する。よって、メタン化反応用触媒は、希土類元素とともにNiの一部をも結晶構造に取り込んで安定化された正方晶系ジルコニア構造の酸化物に、金属状態のNiを担持させてなる。この触媒は、250℃またはそれ以下の低温でも高い活性を示し、バイオマスその他をガス化して得られる二酸化炭素、一酸化炭素および水素からなる混合ガスからメタンを製造する場合に好適であるとされる。 Patent Document 2 discloses a catalyst for a methaneization reaction for producing methane by hydrogenating carbon dioxide, carbon monoxide and carbon dioxide, or a mixed gas containing these as main components. When the total amount of the metallization reaction catalyst based on the metal in the elemental state is 100%, one or more rare earth elements M selected from Sm, Ce, La and Y are 2.4 to 18. 75 atomic%, Zr occupies 22.5-69 atomic%. However, the ratio of Zr: M (atomic ratio) = 3 to 11.5. Further, it has a chemical composition in which Ni, which is an iron group element responsible for catalytic activity, accounts for 25 to 70 atomic%. Therefore, the catalyst for the methanation reaction is formed by supporting Ni in a metallic state on an oxide having a tetragonal zirconia structure that is stabilized by incorporating a part of Ni into the crystal structure together with a rare earth element. This catalyst shows high activity even at a low temperature of 250 ° C. or lower, and is said to be suitable for producing methane from a mixed gas composed of carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen obtained by gasifying biomass or the like. ..

メタン化反応によるメタン製造を大規模で行う場合には、二酸化炭素の原料を何に求めるかが課題となる。大規模な二酸化炭素発生源としては、石炭やバイオマスを燃料とする火力発電所や鉄鋼、セメント製造などの工業プロセスが考えられる。石炭やバイオマスなど含炭素燃料の燃焼排ガスから二酸化炭素を分離する方法として、アミン等の溶剤を用いて化学的に二酸化炭素を吸収液に分離させ分離する化学吸収法、高圧下で二酸化炭素を物理吸収液に吸収させて分離する物理吸収法、アミン等を溶媒ではなく固体に担持して吸収剤として用いる固体吸収法、二酸化炭素を選択的に透過させる膜を用いる膜分離法などが知られている。 When methane production by a methanation reaction is carried out on a large scale, the issue is what to look for as a raw material for carbon dioxide. Large-scale carbon dioxide sources include thermal power plants that use coal or biomass as fuel, and industrial processes such as steel and cement manufacturing. As a method of separating carbon dioxide from the combustion exhaust gas of carbon-containing fuels such as coal and biomass, a chemical absorption method that chemically separates carbon dioxide into an absorption liquid using a solvent such as amine, and physically carbon dioxide under high pressure. Known methods include a physical absorption method in which an absorption solution absorbs and separates the substance, a solid absorption method in which an amine or the like is supported on a solid instead of a solvent and used as an absorbent, and a film separation method using a film that selectively permeates carbon dioxide. There is.

これらの中で既に技術的に確立され、実用されているのは化学吸収法である。化学吸収法では、アミンとして、モノエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ピペラジン、2−アミノ−2−メチルプロパノールなどが用いられ、これらを1または2種以上組み合わせて水溶液としたものが吸収液となる。化学吸収法による燃焼排ガスからの二酸化炭素の分離では、燃焼排ガスを吸収塔内で常温から60℃程度の温度で吸収液に接触させて、燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させる。次いで、吸収液を再生塔に導き100℃〜150℃程度に加熱して、二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を放出させる。二酸化炭素を放出した吸収液は、必要に応じて二酸化炭素を吸収した吸収液と熱交換し、さらに冷却したのち、再び吸収液として利用される。 Among these, the chemical absorption method has already been technically established and put into practical use. In the chemical absorption method, monoethanolamine, methyldiethanolamine, piperazine, 2-amino-2-methylpropanol and the like are used as amines, and one or two or more of these are combined to form an aqueous solution as an absorption solution. In the separation of carbon dioxide from the combustion exhaust gas by the chemical absorption method, the combustion exhaust gas is brought into contact with the absorption liquid at a temperature of about 60 ° C. from room temperature in the absorption tower, and the carbon dioxide in the combustion exhaust gas is absorbed by the absorption liquid. Next, the absorption liquid is guided to the regeneration tower and heated to about 100 ° C. to 150 ° C. to release carbon dioxide from the absorption liquid that has absorbed carbon dioxide. The absorption liquid that has released carbon dioxide exchanges heat with the absorption liquid that has absorbed carbon dioxide as needed, is further cooled, and then is used again as the absorption liquid.

化学吸収法および固体吸収法では、二酸化炭素を吸収した後の分離工程で比較的多量の熱を必要とする。化学吸収法では、二酸化炭素1mol当たり90〜150kJ(2〜3.5MJ/kg−CO)の熱を必要とする。もっともメタン化反応は、二酸化炭素1molあたり165kJの発熱を伴うため、メタン化反応の発熱で前記の必要熱を賄うことができる。 The chemical absorption method and the solid absorption method require a relatively large amount of heat in the separation step after absorbing carbon dioxide. The chemical absorption method requires heat of 90 to 150 kJ (2 to 3.5 MJ / kg-CO 2) per 1 mol of carbon dioxide. However, since the methanation reaction is accompanied by heat generation of 165 kJ per 1 mol of carbon dioxide, the heat generation of the methanation reaction can cover the above-mentioned required heat.

特許文献3には、付属の水/蒸気回路を有する、炭素燃料を燃焼させる電力ステーションの、より詳細には炭素ガスを燃焼させる電力ステーションの、電力ステーション煙道ガスから生じる、より詳細には流用されるまたは得られる二酸化炭素、より詳細には二酸化炭素ガスの、メタネーションプラントでのメタンへの変換を含むメタネーションプロセスが開示されている。 Pat. A metanation process is disclosed that involves the conversion of carbon dioxide produced or obtained, or more particularly carbon dioxide gas, to methane at a metanation plant.

前記メタネーションプラントでの二酸化炭素のメタンへの変換で廃熱として生じる熱エネルギーが少なくとも1つの材料流および/または熱エネルギー流の中に少なくとも部分的に取り出され、この少なくとも1つの材料流および/または熱エネルギー流が、バーナ側の前記電力ステーションの蒸気発生装置の燃焼チャンバに流れ込む少なくとも1つの媒体に、前記電力ステーションの前記水/蒸気回路に、プロセスエンジニアリングの観点で前記メタネーションプラントの上流に接続された二酸化炭素排ガス処理または二酸化炭素処理、より詳細には、電力ステーション煙道ガス処理プラントに、および/または付属の工業プラントの1つ以上の運転ステージに、少なくとも部分的に供給されることを特徴とするメタネーションプロセスが開示されている。 The thermal energy generated as waste heat from the conversion of carbon dioxide to methane in the metanation plant is at least partially extracted into at least one material stream and / or thermal energy stream, and this at least one material stream and / Alternatively, the thermal energy stream flows into at least one medium flowing into the combustion chamber of the steam generator of the power station on the burner side, into the water / steam circuit of the power station, upstream of the metanational plant from a process engineering point of view. Connected carbon dioxide exhaust gas treatment or carbon dioxide treatment, more specifically to the power station flue gas treatment plant and / or to one or more operating stages of ancillary industrial plants, at least partially. The metanational process characterized by the above is disclosed.

特許文献4には、化石燃料を燃焼させたエネルギーを電力に変換する発電機と、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脱水素反応装置と、メタネーション反応によって、前記発電機における燃焼によって生じる排出ガス中の二酸化炭素と、前記脱水素反応装置から生じる水素とからメタンを生成するメタネーション反応装置とを有するエネルギー供給システムが開示されている。前記発電機は、前記メタネーション反応装置から生じるメタンを前記化石燃料と共に燃焼することを特徴とする。また、特許文献4には、メタネーション反応装置におけるメタネーション反応によって生じた熱量が、CO分離装置の再生部に供給され、モノエタノールアミンの再生に使用されてもよいと記載されている。 Patent Document 4 describes a generator that converts the energy obtained by burning fossil fuel into electric power, a dehydrogenation reactor that generates hydrogen from a hydrogenated aromatic compound by a dehydrogenation reaction, and the generator by a methaneation reaction. An energy supply system including a metanation reaction device that produces methane from carbon dioxide in the exhaust gas generated by combustion in the above and hydrogen generated from the dehydrogenation reaction device is disclosed. The generator is characterized by burning methane produced by the metanation reactor together with the fossil fuel. Further, Patent Document 4 describes that the amount of heat generated by the metanation reaction in the metanation reactor may be supplied to the regeneration unit of the CO 2 separation apparatus and used for regeneration of monoethanolamine.

メタン化反応は一般的に250℃〜700℃程度の温度域で行われるのに対して、化学吸収法におけるアミン吸収液の再生は150℃程度までで行われる。 The methanation reaction is generally carried out in a temperature range of about 250 ° C. to 700 ° C., whereas the amine absorption liquid in the chemical absorption method is regenerated up to about 150 ° C.

石炭やバイオマスなど含炭素燃料は通常硫黄分を含んでいる。この硫黄分は燃焼に伴い硫黄酸化物(二酸化硫黄および三酸化硫黄)に変化する。化学吸収法および固体吸収法では、硫黄酸化物も吸収液ないし吸収剤に吸収されるが、二酸化炭素を吸収液ないし吸収剤から放出させる際にその一部が放出される。従って、分離された二酸化炭素には微量の硫黄酸化物が含まれることになる。 Carbon-containing fuels such as coal and biomass usually contain sulfur. This sulfur content changes to sulfur oxides (sulfur dioxide and sulfur trioxide) with combustion. In the chemical absorption method and the solid absorption method, sulfur oxides are also absorbed by the absorbent or the absorbent, but a part of them is released when carbon dioxide is released from the absorbent or the absorbent. Therefore, the separated carbon dioxide contains a trace amount of sulfur oxides.

非特許文献3には、石炭火力発電所排ガスからの二酸化炭素の分離において、排ガス脱硫を行って二酸化硫黄濃度を10ppmまで低減したあとの排ガスからアミンを用いた化学吸収法により二酸化炭素を分離した場合、分離された二酸化炭素に含まれる二酸化硫黄濃度は34〜135ppmになると見積もっている。 In Non-Patent Document 3, in the separation of carbon dioxide from the exhaust gas of a coal-fired power plant, carbon dioxide was separated from the exhaust gas after desulfurization of the exhaust gas to reduce the sulfur dioxide concentration to 10 ppm by a chemical absorption method using amine. In this case, the concentration of sulfur dioxide contained in the separated carbon dioxide is estimated to be 34 to 135 ppm.

前述のようにメタン化触媒にはNiやRuを活性成分とする触媒が用いられるが、これらは非常に硫黄による被毒を受けやすいという問題がある。NiやRuを活性成分とする触媒は、メタン化だけでなく、メタン化の逆反応である水蒸気改質反応にも広く用いられている。水蒸気改質反応でも硫黄被毒は深刻な問題であり、そのため種々の炭化水素の脱硫方法が検討されている。 As described above, a catalyst containing Ni or Ru as an active component is used as the methanation catalyst, but these have a problem that they are very susceptible to poisoning by sulfur. Catalysts containing Ni or Ru as active ingredients are widely used not only for methanation but also for steam reforming, which is the reverse reaction of methanation. Sulfur poisoning is also a serious problem in the steam reforming reaction, and therefore various hydrocarbon desulfurization methods are being studied.

例えば、特許文献5には、銅化合物、亜鉛化合物およびアルミニウム化合物を原料として共沈法により調製した酸化銅−酸化亜鉛−酸化アルミニウム混合物を水素還元して得た高次脱硫剤を使用することにより、炭化水素中の硫黄含有量を5ppb以下とすることができると示されている。 For example, Patent Document 5 uses a higher-order desulfurization agent obtained by hydrogen-reducing a copper oxide-zinc oxide-aluminum oxide mixture prepared by a co-precipitation method using a copper compound, a zinc compound and an aluminum compound as raw materials. , It has been shown that the sulfur content in the hydrocarbon can be 5 ppb or less.

特許文献6には、銅化合物および亜鉛化合物を含む混合物とアルカリ物質の水溶液とを混合して沈澱を生じさせ、得られた沈澱を焼成し、酸化銅−酸化亜鉛混合物成形体を得た後、この成形物に鉄および/またはニッケルを含浸させ、さらに焼成し、得られた酸化物焼成体を水素還元することを特徴とする脱硫剤が開示されている。 In Patent Document 6, a mixture containing a copper compound and a zinc compound and an aqueous solution of an alkaline substance are mixed to generate a precipitate, and the obtained precipitate is calcined to obtain a copper oxide-zinc oxide mixture molded product. A desulfurizing agent is disclosed, which comprises impregnating this molded product with iron and / or nickel, further calcining it, and hydrogen-reducing the obtained oxide calcined product.

これらの脱硫剤を用いると、水蒸気改質原料となる炭化水素が高度に脱硫されるため、NiやRuを活性成分とする水蒸気改質触媒の劣化が抑制できるとされる。 It is said that when these desulfurizing agents are used, hydrocarbons, which are raw materials for steam reforming, are highly desulfurized, so that deterioration of the steam reforming catalyst containing Ni or Ru as an active ingredient can be suppressed.

炭化水素に含まれる硫黄成分は、硫化水素およびチオール、サルファイドなどの有機硫黄化合物であって、二酸化硫黄は通常含まれない。メタン発酵ガスや石炭やバイオマスのガス化ガスから二酸化炭素を分離する場合もあるが、このようなガスに含まれる硫黄化合物は、やはり硫化水素、COSおよび有機硫黄化合物であって、二酸化硫黄は通常含まれない。 The sulfur component contained in the hydrocarbon is hydrogen sulfide and an organic sulfur compound such as thiol and sulfide, and sulfur dioxide is not usually contained. Carbon dioxide may be separated from methane fermentation gas or gasification gas of coal or biomass, but the sulfur compounds contained in such gas are also hydrogen sulfide, COS and organic sulfur compounds, and sulfur dioxide is usually Not included.

被処理ガスからの二酸化硫黄の除去方法としては、石炭火力発電所などで利用されている石灰石膏法による湿式脱硫方法があるが、一般的に二酸化硫黄の除去率が95%程度にとどまる(非特許文献3)ので、メタン化触媒を保護するには十分ではない。 As a method for removing sulfur dioxide from the gas to be treated, there is a wet desulfurization method by the lime gypsum method used in coal-fired power plants, etc., but the removal rate of sulfur dioxide is generally limited to about 95% (non-). Since Patent Document 3), it is not sufficient to protect the methanation catalyst.

二酸化炭素の精製方法も知られている。特許文献7には、二酸化炭素ガス流を精製するための方法であって、処理すべき二酸化炭素ガス流を、乾燥剤、ゼオライトまたはイオン交換形であるゼオライト、および活性炭からなる群より選択される少なくとも2つの吸着剤層が入っている少なくとも1つの吸着剤床に通すことを含む方法が開示されている。この方法によれば、水分、硫黄種および他の不純物が二酸化炭素から除去されるとされる。 A method for purifying carbon dioxide is also known. Patent Document 7 is a method for purifying a carbon dioxide gas stream, in which the carbon dioxide gas stream to be treated is selected from the group consisting of a desiccant, a zeolite or an ion-exchanged zeolite, and activated carbon. Disclosed are methods that include passing through at least one adsorbent bed containing at least two adsorbent layers. According to this method, water, sulfur species and other impurities are said to be removed from carbon dioxide.

特許文献8には、燃焼排ガスなどの二酸化炭素含有供給流れが処理され、SOxとNOxを活性炭で除去するステップ、大気温度以下での処理を行って生成物流れ及び排気流れを製造するステップ、圧力スイング吸着又は物理的若しくは化学的吸収により排気流れを処理し供給流れに再循環される生成物流れを製造するステップを含む一連のステップによって、高純度二酸化炭素流れを製造する方法が開示されている。 Patent Document 8 describes a step of treating a carbon dioxide-containing supply flow such as combustion exhaust gas to remove SOx and NOx with activated carbon, a step of treating at an atmospheric temperature or lower to produce a product flow and an exhaust flow, and a pressure. A method of producing a high-purity carbon dioxide stream is disclosed by a series of steps including a step of treating the exhaust stream by swing adsorption or physical or chemical absorption to produce a product stream that is recirculated to the supply stream. ..

これらの方法では、高純度な二酸化炭素が得られるものの、精製コストが非常に高くなるという問題がある。アミン吸収剤から放出された二酸化炭素を主成分とするガスには、水蒸気が含まれるが、水蒸気はメタン化反応を強く阻害することはなく、むしろ炭素析出を抑制する効果もあるので、大きなコストをかけて除去する必要もない。 Although these methods can obtain high-purity carbon dioxide, there is a problem that the purification cost is very high. The carbon dioxide-based gas released from the amine absorber contains water vapor, but the water vapor does not strongly inhibit the methanation reaction, but rather has the effect of suppressing carbon precipitation, so it is a large cost. There is no need to remove it with water vapor.

特開昭60−235893号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-235893 特開2009−34650号公報JP-A-2009-34650 特表2016−531973号公報Special Table 2016-531973 特開2015−51901号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-51901 特開平1−259088号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-259088 特開平11−61154号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-61154 特表2009−504383号公報Special Table 2009-504383 Gazette 特表2012−503543号公報Special Table 2012-503543

社団法人化学工学協会編、化学プロセス集成、1970年、p.153.Edited by Chemical Engineering Association, Chemical Process Collection, 1970, p.153. 触媒学会編、触媒便覧、2008年、p.535.Catalysis Society, Catalysis Handbook, 2008, p.535. Lee、KeenerおよびYang、Journal of Air & Waste Management Association, 59巻、2009年、p.725-732.Lee, Keener and Yang, Journal of Air & Waste Management Association, Vol. 59, 2009, p.725-732.

本発明が解決しようとする課題は、以上の問題に鑑み、燃焼排ガス中に含まれる二酸化炭素を分離して水素と反応させることによりメタンを得るメタン化に際し、燃焼排ガス中に含まれ、メタン化触媒の触媒毒となる硫黄化合物の濃度を抑制できる技術を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the problem to be solved by the present invention is that carbon dioxide contained in the combustion exhaust gas is contained in the combustion exhaust gas and methaneized when methane is obtained by separating carbon dioxide and reacting with hydrogen. It is an object of the present invention to provide a technique capable of suppressing the concentration of a sulfur compound which is a catalyst poison of a catalyst.

本発明に係るメタン化方法の特徴構成は、
水素と含炭素燃料の燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素とを原料とし、触媒を用いたメタン化反応によりメタンを得るメタン化方法であって、
a)前記燃焼排ガスを二酸化炭素吸収材に接触させて燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収させる工程と、
b)二酸化炭素を吸収した前記二酸化炭素吸収材を加熱して二酸化炭素を主成分とする第1ガスを取り出す工程と、
c)前記第1ガスに第一の量の水素である第1水素を添加して第2ガスとし、前記第2ガスを脱硫剤を充填した脱硫器に通じて、前記第2ガス中の硫黄化合物を除去する工程と、
d)前記硫黄化合物を除去する工程を経た第3ガスに第二の量の水素である第2水素を添加し、メタン化触媒に通じたメタン化反応によりメタンに変換する工程と、を含む点にある。
The characteristic composition of the methanation method according to the present invention is
It is a methanation method that obtains methane by a methanation reaction using a catalyst using hydrogen and carbon dioxide contained in the combustion exhaust gas of carbon-containing fuel as raw materials.
a) A step of bringing the combustion exhaust gas into contact with a carbon dioxide absorbent to absorb carbon dioxide in the combustion exhaust gas.
b) A step of heating the carbon dioxide absorbing material that has absorbed carbon dioxide to extract a first gas containing carbon dioxide as a main component, and
c) The first hydrogen, which is a first amount of hydrogen, is added to the first gas to obtain a second gas, and the second gas is passed through a desulfurizer filled with a desulfurizing agent to allow sulfur in the second gas. The process of removing the compound and
d) A point including a step of adding a second amount of hydrogen, the second hydrogen, to the third gas that has undergone the step of removing the sulfur compound, and converting it into methane by a methanation reaction through a methanation catalyst. It is in.

本特徴構成によれば、燃焼排ガスから分離された二酸化炭素を主成分とするガス(第1ガス)中に硫黄化合物が含まれていても、脱硫剤によって硫黄化合物が除去されるように処理される。よって、上記構成によれば、硫黄化合物が低減された二酸化炭素、又は硫黄化合物を実質的に含まない二酸化炭素が得られる。そのため、二酸化炭素と水素とを反応させてメタン化反応を行わせる場合に、メタン化触媒の硫黄被毒が抑制される。 According to this characteristic configuration, even if the sulfur compound is contained in the carbon dioxide-based gas (first gas) separated from the combustion exhaust gas, the sulfur compound is treated so as to be removed by the desulfurizing agent. NS. Therefore, according to the above configuration, carbon dioxide having a reduced sulfur compound or carbon dioxide containing substantially no sulfur compound can be obtained. Therefore, when carbon dioxide and hydrogen are reacted to carry out a methanation reaction, sulfur poisoning of the methanation catalyst is suppressed.

また、脱硫の際には、二酸化炭素を主成分とするガス(第1ガス)に第一の量の第1水素が添加される。そして、その後、第1ガス及び第1水素からなる第2ガスが脱硫された第3ガスに、追加的に第二の量の水素が添加され、メタン化反応が行われる。よって、脱硫の際に添加する第1水素の量を第一の量に制限することで、脱硫の際に脱硫剤に供給される第2ガス(第1ガス及び第1水素を含むガス)の量を抑制でき、二酸化炭素、二酸化硫黄等を含む硫黄化合物、及び水素等の第2ガスと、脱硫剤との接触時間を確保でき、脱硫性能の低下を抑制できる。 Further, at the time of desulfurization, a first amount of first hydrogen is added to a gas containing carbon dioxide as a main component (first gas). Then, after that, a second amount of hydrogen is additionally added to the third gas in which the second gas composed of the first gas and the first hydrogen is desulfurized, and the methanation reaction is carried out. Therefore, by limiting the amount of the first hydrogen added at the time of desulfurization to the first amount, the second gas (gas containing the first gas and the first hydrogen) supplied to the desulfurization agent at the time of desulfurization The amount can be suppressed, the contact time between the sulfur compound containing carbon dioxide, sulfur dioxide and the like, and the second gas such as hydrogen and the desulfurizing agent can be secured, and the deterioration of the desulfurization performance can be suppressed.

また、大量の水素を二酸化炭素に一度に加える場合に比べて、二酸化炭素を主成分とするガス(第1〜第3ガス)に段階的に水素を加えることで、二酸化炭素と水素との反応による反応熱による温度の過度な上昇を抑えることができる。これにより、脱硫反応を安全に行うことができる。 In addition, compared to the case where a large amount of hydrogen is added to carbon dioxide at once, the reaction between carbon dioxide and hydrogen is achieved by adding hydrogen stepwise to the gas containing carbon dioxide as the main component (first to third gases). It is possible to suppress an excessive rise in temperature due to the heat of reaction caused by carbon dioxide. Thereby, the desulfurization reaction can be safely carried out.

本発明に係るメタン化方法の更なる特徴構成は、
前記第一の量は、前記第1ガスと水素とを反応させてメタンを生成するメタン化反応を完結させるのに必要な全水素量よりも少ない点にある。
Further characteristic configurations of the methanation method according to the present invention are:
The first amount is less than the total amount of hydrogen required to complete the methanation reaction that produces methane by reacting the first gas with hydrogen.

本特徴構成によれば、第1水素の第一の量は、第1ガスと水素とを反応させてメタン化反応を完結させるのに必要な全水素量よりも少ない。よって、大量の水素を二酸化炭素に一度に加える場合に比べて、二酸化炭素、二酸化硫黄等を含む硫黄化合物、及び水素等の第2ガスと、脱硫剤との接触時間を確保して脱硫性能の低下を抑制できるとともに、脱硫反応を安全に行うことができる。 According to this characteristic configuration, the first amount of the first hydrogen is less than the total amount of hydrogen required to react the first gas with hydrogen to complete the methanation reaction. Therefore, compared to the case where a large amount of hydrogen is added to carbon dioxide at one time, the contact time between the sulfur compound containing carbon dioxide, sulfur dioxide, etc., and the second gas such as hydrogen, and the desulfurizing agent is secured, and the desulfurization performance is improved. The decrease can be suppressed and the desulfurization reaction can be safely carried out.

本発明に係るメタン化方法の更なる特徴構成は、
前記第二の量は、前記全水素量から前記第一の量を差し引いた量以上である点にある。
Further characteristic configurations of the methanation method according to the present invention are:
The second amount is at least the amount obtained by subtracting the first amount from the total hydrogen amount.

本特徴構成によれば、第2水素の第二の量は、メタン化反応を完結させるのに必要な全水素量から第一の量を差し引いた量以上である。このような第二の量の第2水素を、脱硫の工程を経た二酸化炭素に添加することで、二酸化炭素と水素とによりメタンを効率よく生成できる。 According to this characteristic configuration, the second amount of dihydrogen is greater than or equal to the total amount of hydrogen required to complete the methanation reaction minus the first amount. By adding such a second amount of secondary hydrogen to carbon dioxide that has undergone the desulfurization step, methane can be efficiently produced by carbon dioxide and hydrogen.

本発明に係るメタン化方法の更なる特徴構成は、
前記第2ガスに対する前記第1水素の体積%が、0.1体積%以上5体積%以下である点にある。
Further characteristic configurations of the methanation method according to the present invention are:
The point is that the volume% of the first hydrogen with respect to the second gas is 0.1% by volume or more and 5% by volume or less.

本特徴構成によれば、第1水素の第一の量を上記の範囲とすることで、脱硫を効率よく行いつつ、二酸化炭素と水素との反応による反応熱による温度の過度な上昇を抑えることができる。
第2ガス中の第1水素の体積%が0.1体積%以上である場合には、脱硫反応の反応速度を早くすることができるとともに、脱硫反応の完了を概ね達成できる。逆に、第2ガス中の第1水素の体積%が0.1体積%未満である場合には、脱硫反応の反応速度が遅く脱硫反応の完了を達成できない可能性がある。
また、第2ガス中の第1水素の体積%が5体積%以下である場合には、メタン化反応の進行による反応熱による温度の過度な上昇を抑制できる。逆に、第2ガス中の第1水素の体積%が5体積%を超える場合は、メタン化反応の進行による反応熱により温度が過度に上昇する可能性がある。
According to this characteristic configuration, by setting the first amount of the first hydrogen in the above range, it is possible to efficiently perform desulfurization and suppress an excessive rise in temperature due to the heat of reaction due to the reaction between carbon dioxide and hydrogen. Can be done.
When the volume% of the first hydrogen in the second gas is 0.1% by volume or more, the reaction rate of the desulfurization reaction can be increased, and the completion of the desulfurization reaction can be almost achieved. On the contrary, when the volume% of the first hydrogen in the second gas is less than 0.1% by volume, the reaction rate of the desulfurization reaction may be slow and the completion of the desulfurization reaction may not be achieved.
Further, when the volume% of the first hydrogen in the second gas is 5% by volume or less, it is possible to suppress an excessive rise in temperature due to the heat of reaction due to the progress of the methanation reaction. On the contrary, when the volume% of the first hydrogen in the second gas exceeds 5% by volume, the temperature may rise excessively due to the heat of reaction due to the progress of the methanation reaction.

本発明に係るメタン化方法の更なる特徴構成は、
前記第2ガスに対する前記第1水素の体積%は、前記第2ガスに対する前記硫黄化合物の体積%の10倍以上である点にある。
Further characteristic configurations of the methanation method according to the present invention are:
The volume% of the first hydrogen with respect to the second gas is 10 times or more the volume% of the sulfur compound with respect to the second gas.

本特徴構成によれば、第2ガスに対する第1水素の体積を、第2ガスに対する硫黄化合物の体積の10倍以上とする。これにより、脱硫反応の反応速度を早くすることができるとともに、脱硫反応の完了を概ね達成できる。 According to this characteristic configuration, the volume of the first hydrogen with respect to the second gas is 10 times or more the volume of the sulfur compound with respect to the second gas. As a result, the reaction rate of the desulfurization reaction can be increased, and the completion of the desulfurization reaction can be almost achieved.

本発明に係るメタン化方法の更なる特徴構成は、
前記b)の工程では、前記d)の工程におけるメタン化反応による反応熱を利用して、前記二酸化炭素吸収材を加熱して前記第1ガスを取り出す点にある。
Further characteristic configurations of the methanation method according to the present invention are:
In the step b), the reaction heat from the methanation reaction in the step d) is used to heat the carbon dioxide absorbent to take out the first gas.

本特徴構成によれば、二酸化炭素の分離に必要なエネルギーは、メタン化反応の反応熱で賄うことが可能である。よって、脱硫反応にもエネルギーの投入が実質的に不要であるため、本発明のメタン化方法によれば、効率的なメタン化及び経済的に優れたメタン化が可能となる。 According to this characteristic configuration, the energy required for the separation of carbon dioxide can be covered by the heat of reaction of the methanation reaction. Therefore, since energy input is substantially unnecessary for the desulfurization reaction, efficient methanation and economically excellent methanation are possible according to the methanation method of the present invention.

本発明に係るメタン化方法の更なる特徴構成は、
前記二酸化炭素吸収材がアミン化合物の水溶液である点にある。
Further characteristic configurations of the methanation method according to the present invention are:
The point is that the carbon dioxide absorbent is an aqueous solution of an amine compound.

本特徴構成によれば、アミン化合物を用いて、燃焼排ガスからの二酸化炭素の分離を安価に行うことができ、経済的に優れたメタン化が可能である。なお、アミン化合物溶液を用いた化学吸収法による燃焼排ガスからの二酸化炭素の分離では、分離された二酸化炭素に微量の硫黄化合物が含まれる可能性がある。しかし、上記特徴構成によれば、二酸化炭素中に含まれる硫黄化合物を、第一の量の第1水素を添加しつつ脱硫剤で脱硫するため、安価なアミン化合物を用いて、安価に二酸化炭素を分離しつつ、脱硫も達成できる。 According to this characteristic configuration, carbon dioxide can be separated from combustion exhaust gas at low cost by using an amine compound, and economically excellent methanation is possible. In the separation of carbon dioxide from the combustion exhaust gas by the chemical absorption method using an amine compound solution, the separated carbon dioxide may contain a trace amount of sulfur compound. However, according to the above-mentioned characteristic composition, since the sulfur compound contained in carbon dioxide is desulfurized with a desulfurizing agent while adding a first amount of primary hydrogen, carbon dioxide can be inexpensively used by using an inexpensive amine compound. Desulfurization can also be achieved while separating.

本発明に係るメタン化方法の更なる特徴構成は、
前記脱硫剤が、鉄、ニッケル、コバルトおよび銅からなる少なくとも1種の成分の金属ないし酸化物と酸化亜鉛とを含む点である。
Further characteristic configurations of the methanation method according to the present invention are:
The point is that the desulfurizing agent contains at least one component metal or oxide composed of iron, nickel, cobalt and copper and zinc oxide.

本特徴構成の脱硫剤は、安価で硫黄吸着量の大きい脱硫剤である。よって、脱硫剤の交換費用を抑制することができ、経済的にも優れた方法でメタン化を実施することが可能となる。 The desulfurizing agent having this characteristic structure is an inexpensive desulfurizing agent having a large amount of sulfur adsorbed. Therefore, the replacement cost of the desulfurizing agent can be suppressed, and methanation can be carried out by an economically excellent method.

本発明に係るメタン化方法の更なる特徴構成は、
前記第1水素及び前記第2水素は、発電設備からの余剰電力を用いて水を電気分解して得られる点にある。
Further characteristic configurations of the methanation method according to the present invention are:
The first hydrogen and the second hydrogen are obtained by electrolyzing water using surplus electric power from a power generation facility.

本特徴構成によれば、発電装置からの余剰電力を水素に変換し、この水素と燃焼排ガスから分離された二酸化炭素を用いてメタン化するため、既存の都市ガスパイプラインにメタンを注入して利用できる。よって、ガスの貯蔵設備を新たに設ける必要がない。また、余剰電力から水素への変換以外に、水素から電力への変換の過程を経る必要が無いため、変換効率の低下による利用できる電力量の低下を抑制できる。 According to this feature configuration, surplus electricity from the power generator is converted to hydrogen, and this hydrogen and carbon dioxide separated from the combustion exhaust gas are used for methane conversion, so methane is injected into the existing city gas pipeline and used. can. Therefore, it is not necessary to newly install a gas storage facility. Further, since it is not necessary to go through the process of conversion from hydrogen to electric power other than the conversion from surplus electric power to hydrogen, it is possible to suppress the decrease in the amount of available electric power due to the decrease in conversion efficiency.

本発明に係るメタン製造設備の特徴構成は、
水素と含炭素燃料の燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素とを原料とし、触媒を用いたメタン化反応によりメタンを得るメタン製造設備であって、
前記燃焼排ガスを二酸化炭素吸収材に接触させて燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収させる吸収塔と、
前記吸収塔において二酸化炭素を吸収した前記二酸化炭素吸収材を加熱して二酸化炭素を主成分とする第1ガスを取り出す再生塔と、
前記再生塔からの前記第1ガスと、第一の量の水素である第1水素とを含む第2ガスを、脱硫剤で処理して前記第2ガス中の硫黄化合物を除去する脱硫器と、
前記脱硫器を経た第3ガスに第二の量の水素である第2水素を添加し、メタン化触媒に通じたメタン化反応によりメタンに変換するメタン化反応器と、を備える点にある。
The characteristic configuration of the methane production facility according to the present invention is
A methane production facility that uses hydrogen and carbon dioxide contained in the combustion exhaust gas of carbon-containing fuel as raw materials to obtain methane through a methaneization reaction using a catalyst.
An absorption tower that brings the combustion exhaust gas into contact with the carbon dioxide absorber to absorb the carbon dioxide in the combustion exhaust gas.
A regeneration tower that heats the carbon dioxide absorbent material that has absorbed carbon dioxide in the absorption tower to take out a first gas containing carbon dioxide as a main component, and a regeneration tower.
A desulfurizer that removes sulfur compounds in the second gas by treating the second gas containing the first gas from the regeneration tower and the first hydrogen, which is the first amount of hydrogen, with a desulfurizing agent. ,
It is provided with a methanation reactor in which a second amount of hydrogen, second hydrogen, is added to the third gas that has passed through the desulfurization device and converted into methane by a methanation reaction that has passed through a methanation catalyst.

本特徴構成によれば、燃焼排ガスから分離された二酸化炭素を主成分とするガス(第1ガス)中に硫黄化合物が含まれていても、脱硫剤によって硫黄化合物が除去されるように処理される。よって、上記構成によれば、硫黄化合物が低減された二酸化炭素、又は硫黄化合物を実質的に含まない二酸化炭素が得られる。そのため、二酸化炭素と水素とを反応させてメタン化反応を行わせる場合に、メタン化触媒の硫黄被毒が抑制される。 According to this characteristic configuration, even if the sulfur compound is contained in the carbon dioxide-based gas (first gas) separated from the combustion exhaust gas, the sulfur compound is treated so as to be removed by the desulfurizing agent. NS. Therefore, according to the above configuration, carbon dioxide having a reduced sulfur compound or carbon dioxide containing substantially no sulfur compound can be obtained. Therefore, when carbon dioxide and hydrogen are reacted to carry out a methanation reaction, sulfur poisoning of the methanation catalyst is suppressed.

また、脱硫の際には、二酸化炭素を主成分とするガス(第1ガス)に第一の量の第1水素が添加される。そして、その後、第1ガス及び第1水素からなる第2ガスが脱硫された第3ガスに、追加的に第二の量の水素が添加され、メタン化反応が行われる。よって、脱硫の際に添加する第1水素の量を第一の量に制限することで、脱硫の際に脱硫剤に供給される第2ガス(第1ガス及び第1水素を含むガス)の量を抑制でき、二酸化炭素、二酸化硫黄等を含む硫黄化合物、及び水素等の第2ガスと、脱硫剤との接触時間を確保でき、脱硫性能の低下を抑制できる。 Further, at the time of desulfurization, a first amount of first hydrogen is added to a gas containing carbon dioxide as a main component (first gas). Then, after that, a second amount of hydrogen is additionally added to the third gas in which the second gas composed of the first gas and the first hydrogen is desulfurized, and the methanation reaction is carried out. Therefore, by limiting the amount of the first hydrogen added at the time of desulfurization to the first amount, the second gas (gas containing the first gas and the first hydrogen) supplied to the desulfurization agent at the time of desulfurization The amount can be suppressed, the contact time between the sulfur compound containing carbon dioxide, sulfur dioxide and the like, and the second gas such as hydrogen and the desulfurizing agent can be secured, and the deterioration of the desulfurization performance can be suppressed.

また、大量の水素を二酸化炭素に一度に加える場合に比べて、二酸化炭素を主成分とするガス(第1〜第3ガス)に段階的に水素を加えることで、二酸化炭素と水素との反応による反応熱による温度の過度な上昇を抑えることができる。これにより、脱硫反応を安全に行うことができる。 In addition, compared to the case where a large amount of hydrogen is added to carbon dioxide at once, the reaction between carbon dioxide and hydrogen is achieved by adding hydrogen stepwise to the gas containing carbon dioxide as the main component (first to third gases). It is possible to suppress an excessive rise in temperature due to the heat of reaction caused by carbon dioxide. Thereby, the desulfurization reaction can be safely carried out.

本発明に係るメタン製造設備の更なる特徴構成は、
前記第1水素及び前記第2水素は、発電設備からの余剰電力を用いて水を電気分解して得られる点にある。
Further characteristic configurations of the methane production facility according to the present invention are:
The first hydrogen and the second hydrogen are obtained by electrolyzing water using surplus electric power from a power generation facility.

本特徴構成によれば、発電装置からの余剰電力を水素に変換し、この水素と燃焼排ガスから分離された二酸化炭素を用いてメタン化するため、既存の都市ガスパイプラインにメタンを注入して利用できる。よって、ガスの貯蔵設備を新たに設ける必要がない。また、余剰電力から水素への変換以外に、水素から電力への変換の過程を経る必要が無いため、変換効率の低下による利用できる電力量の低下を抑制できる。 According to this feature configuration, surplus electricity from the power generator is converted to hydrogen, and this hydrogen and carbon dioxide separated from the combustion exhaust gas are used for methane conversion, so methane is injected into the existing city gas pipeline and used. can. Therefore, it is not necessary to newly install a gas storage facility. Further, since it is not necessary to go through the process of conversion from hydrogen to electric power other than the conversion from surplus electric power to hydrogen, it is possible to suppress the decrease in the amount of available electric power due to the decrease in conversion efficiency.

本発明のメタン製造設備でのメタン生成フローを示す一例である。This is an example showing the methane production flow in the methane production facility of the present invention.

〔実施形態〕
以下、図面を参照して、本発明にかかるメタン製造設備での二酸化炭素のメタン化方法の実施形態について説明する。
[Embodiment]
Hereinafter, embodiments of a method for methaneizing carbon dioxide in the methane production facility according to the present invention will be described with reference to the drawings.

なお、以下の実施形態では、燃焼排ガスから分離された二酸化炭素を主成分とするガス中の二酸化硫黄を除去してメタンを製造するメタン化方法を説明している。しかし、燃焼排ガスから分離された二酸化炭素を主成分とするガス中に含まれる硫黄成分は、二酸化硫黄に限定されず、例えば三酸化硫黄等も挙げられる。よって、以下の実施形態に係るメタン化方法は、燃焼排ガスから分離された二酸化炭素を主成分とするガスが、二酸化硫黄及び三酸化硫黄等の硫黄化合物を含む場合にも適用可能である。 In the following embodiment, a methaneization method for producing methane by removing sulfur dioxide in a gas containing carbon dioxide as a main component separated from combustion exhaust gas is described. However, the sulfur component contained in the gas containing carbon dioxide as a main component separated from the combustion exhaust gas is not limited to sulfur dioxide, and examples thereof include sulfur trioxide. Therefore, the methanation method according to the following embodiment can be applied even when the gas containing carbon dioxide as a main component separated from the combustion exhaust gas contains sulfur compounds such as sulfur dioxide and sulfur trioxide.

図1に示すように、メタン製造設備100は、含炭素燃料の燃焼排ガス101から二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離設備1と、メタン化原料である二酸化炭素の前処理設備2と、水素と二酸化炭素の混合ガスからメタンを得るメタン化設備3とを備えている。 As shown in FIG. 1, the methane production facility 100 includes a carbon dioxide separation facility 1 that separates carbon dioxide from the combustion exhaust gas 101 of a carbon-containing fuel, a carbon dioxide pretreatment facility 2 that is a raw material for methaneization, and hydrogen and dioxide. It is equipped with a methane conversion facility 3 that obtains methane from a mixed gas of carbon.

二酸化炭素分離設備1は、含炭素燃料の燃焼排ガス101を処理して、二酸化炭素を除去した燃焼排ガス102と、二酸化炭素を主成分とするガス201(第1ガス)とを得る。
含炭素燃料の燃焼排ガス101としては、石炭、石油コークス、重油などの化石燃料の燃焼排ガスであってもよく、バイオマス、より具体的には廃木材、おが屑などの林業系の廃棄物や稲わらのような農業廃棄物の燃焼排ガスであってもよい。これらは一般に100ppm〜1%程度の硫黄分を含む。
The carbon dioxide separation facility 1 treats the combustion exhaust gas 101 of the carbon-containing fuel to obtain the combustion exhaust gas 102 from which carbon dioxide has been removed and the gas 201 (first gas) containing carbon dioxide as a main component.
The combustion exhaust gas 101 of the carbon-containing fuel may be the combustion exhaust gas of fossil fuels such as coal, petroleum coke, and heavy oil, and may be biomass, more specifically, forestry waste such as waste wood and waste, and rice straw. It may be the combustion exhaust gas of agricultural waste such as. These generally contain about 100 ppm to 1% sulfur.

石炭や石油コークスなどは燃料中に多量の硫黄分を含むため、その燃焼排ガスは高濃度の硫黄酸化物(二酸化硫黄および三酸化硫黄等の硫黄化合物)を通常含み、これが二酸化炭素分離設備1の性能を短時間で低下させることがある。このような燃焼排ガスの場合には、石灰石膏法など公知の脱硫プロセスによって燃焼排ガス中の硫黄酸化物濃度を好ましくは100ppm以下、より好ましくは10ppm以下(体積基準)に低減しておくことが望ましい。 Since coal, petroleum coke, etc. contain a large amount of sulfur in the fuel, their combustion exhaust gas usually contains high-concentration sulfur oxides (sulfur compounds such as sulfur dioxide and sulfur trioxide), which is the carbon dioxide separation facility 1. Performance may deteriorate in a short time. In the case of such combustion exhaust gas, it is desirable to reduce the sulfur oxide concentration in the combustion exhaust gas to preferably 100 ppm or less, more preferably 10 ppm or less (volume basis) by a known desulfurization process such as the lime gypsum method. ..

二酸化炭素分離設備1に入った、含炭素燃料の燃焼排ガス101は吸収塔11内で、アミン溶液(二酸化炭素吸収材)と接触し、燃焼排ガス中の二酸化炭素はアミン溶液に吸収される。二酸化炭素が除去された燃焼排ガス102は吸収塔11の上部から抜き出される。二酸化炭素を吸収したアミン溶液はポンプ12により、再生塔14に送られる。このとき、二酸化炭素を吸収したアミン溶液は、再生塔14から戻されてきた高温のアミン溶液と熱交換器13で熱交換され、温度が高められたのち、再生塔14に送られる。 The combustion exhaust gas 101 of the carbon-containing fuel that has entered the carbon dioxide separation facility 1 comes into contact with the amine solution (carbon dioxide absorber) in the absorption tower 11, and the carbon dioxide in the combustion exhaust gas is absorbed by the amine solution. The combustion exhaust gas 102 from which carbon dioxide has been removed is extracted from the upper part of the absorption tower 11. The amine solution that has absorbed carbon dioxide is sent to the regeneration tower 14 by the pump 12. At this time, the amine solution that has absorbed carbon dioxide is heat-exchanged with the high-temperature amine solution returned from the regeneration tower 14 by the heat exchanger 13, and after the temperature is raised, it is sent to the regeneration tower 14.

再生塔14の下部にはリボイラー15が備えられており、アミン溶液は加熱されて二酸化炭素を放出する。リボイラー15の熱源には後述するメタン化設備3で得られたスチーム(図1中のG)が用いられ、スチーム凝縮水が回収される。これは適宜精製してメタン化設備3でスチームの原料となる。 A reboiler 15 is provided in the lower part of the regeneration tower 14, and the amine solution is heated to release carbon dioxide. Steam (G in FIG. 1) obtained in the methanation facility 3 described later is used as the heat source of the reboiler 15, and the steam condensed water is recovered. This is appropriately refined and used as a raw material for steam in the methanation facility 3.

再生塔14の下部から取り出された二酸化炭素を放出したアミン溶液は、ポンプ16(再生塔14内圧力を吸収塔11内圧力よりも十分高く保つ場合には流量調節弁で代えることもできる)により、熱交換器13、クーラー17を経由して、吸収塔11の上部に送られる。 The carbon dioxide-releasing amine solution extracted from the lower part of the regeneration tower 14 is replaced by a flow control valve if the pressure inside the regeneration tower 14 is kept sufficiently higher than the pressure inside the absorption tower 11. , It is sent to the upper part of the absorption tower 11 via the heat exchanger 13 and the cooler 17.

放出された二酸化炭素はクーラー18で冷却され、同伴される水分の一部が凝縮されてドラム19で分離された後、燃焼排ガスから分離された二酸化炭素を主成分とするガス201(第1ガス)となる。このガス201には、含炭素燃料の燃焼排ガス101に含まれていた二酸化硫黄の一部が含まれる。その濃度は、含炭素燃料の燃焼排ガス101中の二酸化硫黄濃度によるが、通常0.1ppm〜100ppm程度である。 The released carbon dioxide is cooled by the cooler 18, a part of the accompanying water is condensed and separated by the drum 19, and then the carbon dioxide-based gas 201 (first gas) separated from the combustion exhaust gas is used as the main component. ). The gas 201 contains a part of sulfur dioxide contained in the combustion exhaust gas 101 of the carbon-containing fuel. The concentration depends on the sulfur dioxide concentration in the combustion exhaust gas 101 of the carbon-containing fuel, but is usually about 0.1 ppm to 100 ppm.

アミン溶液として、溶液の単位量あたりの二酸化炭素吸収量が大きく、かつ二酸化炭素を脱離する際の所要熱量ができるだけ低い溶液を用いると、二酸化炭素の分離に必要なエネルギーが小さく、結果的にメタン化の効率も高くなる。再生温度が200℃以下、より好ましくは150℃以下であって、二酸化炭素1kgあたりの再生熱量が3.5MJ以下のアミン溶液であれば、後述するメタン化反応の発熱量で再生熱量のすべてをまかなうことができて好適である。このような溶液として例えばモノエタノールアミンの水溶液を用いることができる。 If a solution that absorbs a large amount of carbon dioxide per unit amount of the solution and requires as little heat as possible to desorb carbon dioxide is used as the amine solution, the energy required for separating carbon dioxide is small, resulting in a small amount of energy. The efficiency of methanation also increases. If the regeneration temperature is 200 ° C. or lower, more preferably 150 ° C. or lower, and the amount of heat of regeneration per 1 kg of carbon dioxide is 3.5 MJ or less, the calorific value of the methanation reaction, which will be described later, is used to determine the total amount of heat of regeneration. It is suitable because it can be covered. As such a solution, for example, an aqueous solution of monoethanolamine can be used.

メタン化原料の前処理設備2は、燃焼排ガスから分離された二酸化炭素を主成分とするガス201にバルブ21を通じて第一の量の水素203(第1水素)を添加し、第一の量の水素203が添加された二酸化炭素を主成分とするガス205(第2ガス)にした後、ガス205を脱硫器23で処理する。脱硫器23は、前記燃焼排ガス101から分離された二酸化炭素を主成分とするガス201中に含まれる二酸化硫黄を除去する。脱硫器23には、酸化亜鉛と、金属または酸化物の状態にあるFe,Co,Ni,Cuからなる脱硫剤が充填されており、次の反応により、二酸化硫黄を脱硫剤上に固定する。
SO2+3H2→H2S+2H2O
H2S+ZnO→ZnS+H2O
The pretreatment facility 2 for the methanation raw material adds a first amount of hydrogen 203 (first hydrogen) to the carbon dioxide-based gas 201 separated from the combustion exhaust gas through a valve 21 to obtain the first amount of hydrogen 203 (first hydrogen). After making the gas 205 (second gas) containing carbon dioxide as a main component to which hydrogen 203 is added, the gas 205 is treated by the desulfurizer 23. The desulfurizer 23 removes sulfur dioxide contained in the carbon dioxide-based gas 201 separated from the combustion exhaust gas 101. The desulfurizer 23 is filled with zinc oxide and a desulfurizing agent composed of Fe, Co, Ni, and Cu in the state of metal or oxide, and sulfur dioxide is fixed on the desulfurizing agent by the following reaction.
SO 2 + 3H 2 → H 2 S + 2H 2 O
H 2 S + Zn O → Zn S + H 2 O

脱硫器23からは、脱硫処理された二酸化炭素を主成分とするガス206(第3ガス)が生成される。このガス206には、第二の量の水素204(第2水素)が添加される。第一の量の水素203及び第二の量の水素204の全水素量は、燃焼排ガスから分離された二酸化炭素を主成分とするガス201のメタン化反応を概ね完結させるのに必要な全水素量であるのが好ましい。あるいは、第一の量の水素203及び第二の量の水素204の全水素量は、メタン化反応を概ね完結させるのに必要な全水素量以上であってもよい。 From the desulfurizer 23, a gas 206 (third gas) containing desulfurized carbon dioxide as a main component is generated. A second amount of hydrogen 204 (second hydrogen) is added to the gas 206. The total hydrogen content of the first amount of hydrogen 203 and the second amount of hydrogen 204 is the total hydrogen required to almost complete the methanation reaction of the carbon dioxide-based gas 201 separated from the combustion exhaust gas. The amount is preferable. Alternatively, the total hydrogen content of the first amount of hydrogen 203 and the second amount of hydrogen 204 may be greater than or equal to the total hydrogen content required to substantially complete the methanation reaction.

上述の通り、燃焼排ガスから分離された二酸化炭素を主成分とするガス201には、二酸化硫黄が含まれている。通常、二酸化硫黄含有ガスの脱硫には石灰石膏法が使われる。石灰石膏法は、酸化雰囲気で行われ、水素は添加されない。しかし、本実施形態では、上述の通り、燃焼排ガスから分離された二酸化炭素を主成分とするガス201に、第一の量の水素203を添加することに新たに着目し、脱硫器23において二酸化硫黄を硫化水素に還元してZnOと反応させ、ZnSとして固定する。 As described above, the carbon dioxide-based gas 201 separated from the combustion exhaust gas contains sulfur dioxide. Usually, the lime gypsum method is used for desulfurization of sulfur dioxide-containing gas. The lime gypsum method is carried out in an oxidizing atmosphere and no hydrogen is added. However, in the present embodiment, as described above, attention is newly paid to the addition of the first amount of hydrogen 203 to the gas 201 containing carbon dioxide as the main component separated from the combustion exhaust gas, and the sulfur dioxide in the desulfurizer 23 is used. Sulfur is reduced to hydrogen sulfide and reacted with ZnO to fix it as ZnS.

脱硫反応はあまりに低い温度では十分に進行しないため、脱硫器23に入る前のガス205を予熱して脱硫剤に接触させる際の温度が150〜350℃程度となるようにするのが好ましい。 Since the desulfurization reaction does not proceed sufficiently at a temperature that is too low, it is preferable that the temperature at which the gas 205 before entering the desulfurization apparatus 23 is preheated and brought into contact with the desulfurization agent is about 150 to 350 ° C.

第一の量の水素203が添加された二酸化炭素を主成分とするガス205における水素濃度は、少なすぎると脱硫反応を完結させることができない上に、反応速度も遅くなって十分な脱硫性能を得ることができない。従って、ガス205中の水素濃度は、二酸化硫黄濃度の10倍以上であり、十分な脱硫反応速度を得るという観点からは、0.1体積%以上とするのがよい。なお、ガス205には、二酸化炭素、二酸化硫黄、及び添加された第一の量の水素等が含まれる。そして、ここでは、水素濃度は、ガス205の体積に対する水素の体積である。同様に、二酸化硫黄の濃度は、ガス205の体積に対する二酸化硫黄の体積である。 If the hydrogen concentration in the carbon dioxide-based gas 205 to which the first amount of hydrogen 203 is added is too small, the desulfurization reaction cannot be completed and the reaction rate becomes slow to provide sufficient desulfurization performance. I can't get it. Therefore, the hydrogen concentration in the gas 205 is 10 times or more the sulfur dioxide concentration, and is preferably 0.1% by volume or more from the viewpoint of obtaining a sufficient desulfurization reaction rate. The gas 205 contains carbon dioxide, sulfur dioxide, a first amount of hydrogen added, and the like. And here, the hydrogen concentration is the volume of hydrogen with respect to the volume of the gas 205. Similarly, the sulfur dioxide concentration is the volume of sulfur dioxide relative to the volume of gas 205.

一方で、ガス205中の水素濃度が、高すぎるとメタン化反応が進行しやすくなる。水素濃度が5体積%以下であると、仮にメタン化が進行し、すべての水素がメタン化反応に消費されたとしても温度上昇幅は50℃程度にとどまることから、脱硫反応は安全に行うことができる。また、水素を脱硫反応に必要な以上に多量に加えられた場合には、ガス205の体積が増えて脱硫剤との接触時間が減少することにより、脱硫性能が低下する懸念もある。よって、ガス205の体積が増えすぎないように、添加する水素濃度は5体積%以下であるのが好ましい。 On the other hand, if the hydrogen concentration in the gas 205 is too high, the methanation reaction tends to proceed. If the hydrogen concentration is 5% by volume or less, methanation will proceed, and even if all the hydrogen is consumed in the methanation reaction, the temperature rise will be only about 50 ° C. Therefore, the desulfurization reaction should be carried out safely. Can be done. Further, when hydrogen is added in a larger amount than necessary for the desulfurization reaction, the volume of the gas 205 increases and the contact time with the desulfurization agent decreases, so that there is a concern that the desulfurization performance may deteriorate. Therefore, the hydrogen concentration to be added is preferably 5% by volume or less so that the volume of the gas 205 does not increase too much.

上述の通りガス205中の水素濃度を制限しておくことで、結果として、メタン化の反応速度を低下させ、仮にメタン化が進行した場合でも水素が無くなった時点でメタン化の反応が終了する。これにより、メタン化が過剰に進行することによる反応熱による温度の増加等による脱硫剤及び設備の損傷等を抑制できる。 By limiting the hydrogen concentration in the gas 205 as described above, as a result, the reaction rate of methanation is reduced, and even if methanation progresses, the methanation reaction ends when hydrogen is exhausted. .. As a result, damage to the desulfurizing agent and equipment due to an increase in temperature due to the heat of reaction due to excessive progress of methanation can be suppressed.

例えば、ガス201中の二酸化硫黄濃度が10ppm(残部が二酸化炭素)である場合には、二酸化炭素に対する体積比で2体積%の水素203をバルブ21を通じて添加し、1.96体積%の水素、9.8ppmの二酸化硫黄と二酸化炭素(残部)とからなるガス205として、これを脱硫器23で処理する。その後、二酸化炭素に対する体積比で398%の水素204をバルブ22を通じて添加して、前処理されたメタン化原料207とする。ここでは、二酸化炭素と水素のモル比を1:4としたが、製品中に残存する水素あるいは二酸化炭素の体積濃度に制約がある場合は、例えば水素の割合をわずかに高めて残存する二酸化炭素の体積濃度を減らすことも、水素の体積割合をわずかに低くして残存する水素の体積濃度を減らすことも可能である。二酸化炭素と水素のモル比は通常1:3.9〜4.1程度である。 For example, when the sulfur dioxide concentration in the gas 201 is 10 ppm (the balance is carbon dioxide), 2% by volume of hydrogen 203 is added through the valve 21 in terms of the volume ratio to carbon dioxide, and 1.96% by volume of hydrogen is added. As a gas 205 composed of 9.8 ppm sulfur dioxide and carbon dioxide (remaining), this is treated by the desulfurizer 23. Then, hydrogen 204 having a volume ratio of 398% with respect to carbon dioxide is added through the valve 22 to obtain a pretreated methanation raw material 207. Here, the molar ratio of carbon dioxide to hydrogen was set to 1: 4, but if there is a restriction on the volume concentration of hydrogen or carbon dioxide remaining in the product, for example, the ratio of hydrogen is slightly increased and the residual carbon dioxide remains. It is possible to reduce the volume concentration of hydrogen, or to reduce the volume concentration of residual hydrogen by slightly lowering the volume ratio of hydrogen. The molar ratio of carbon dioxide to hydrogen is usually about 1: 3.9 to 4.1.

なお、ここで原料として用いる水素202は、実質的に硫黄化合物(二酸化硫黄、硫化水素など)を含まないものである必要がある。水の電気分解により得られる水素は通常この条件を満たしているが、その他の方法で得られる水素については予め脱硫処理が必要となる場合がある。 The hydrogen 202 used as a raw material here needs to be substantially free of sulfur compounds (sulfur dioxide, hydrogen sulfide, etc.). Hydrogen obtained by electrolysis of water usually satisfies this condition, but hydrogen obtained by other methods may require desulfurization treatment in advance.

メタン化設備3では、メタン化反応により水素と二酸化炭素の混合ガスからメタンを得る。メタン化反応は大きな発熱を伴うことから、反応器を複数用い、反応器の間で熱交換器を用いて除熱する。特に発熱量の大きい1段目の反応器には反応後ガスの一部をリサイクルすることで希釈して、温度上昇を抑える。 In the methanation facility 3, methane is obtained from a mixed gas of hydrogen and carbon dioxide by a methanation reaction. Since the methanation reaction is accompanied by a large amount of heat, heat is removed by using a plurality of reactors and using a heat exchanger between the reactors. In particular, the first-stage reactor, which has a large calorific value, is diluted by recycling a part of the gas after the reaction to suppress the temperature rise.

図1には、反応器を3段(メタン化反応器31,33,35)とし、1段目の出口ガスの一部をリサイクルポンプ37によって1段目のメタン化反応器31の入口に戻す場合を示している。また、各反応器31,33,35の出口には熱交換器32,34,36が設けられている。熱交換器32,34,36の低温側には水が供給され、スチーム(図1中のG)が取り出される。取り出したスチームは二酸化炭素分離設備1の再生熱源として用いる。熱交換器32,34,36の高温側には反応器31,33,35を出た高温の反応ガスが供給され、冷却された反応ガスが取り出される。 In FIG. 1, the reactors are set to three stages (methaneization reactors 31, 33, 35), and a part of the outlet gas of the first stage is returned to the inlet of the first stage methanation reactor 31 by the recycling pump 37. Shows the case. Further, heat exchangers 32, 34, 36 are provided at the outlets of the reactors 31, 33, 35. Water is supplied to the low temperature side of the heat exchangers 32, 34, and 36, and steam (G in FIG. 1) is taken out. The removed steam is used as a regenerative heat source for the carbon dioxide separation facility 1. The high-temperature reaction gas from the reactors 31, 33, 35 is supplied to the high-temperature side of the heat exchangers 32, 34, 36, and the cooled reaction gas is taken out.

メタン化反応器31,33,35には、メタン化に活性を示す触媒(メタン化触媒)が充填される。具体的には、Ni、Ru、Rhから選ばれる少なくとも1種の金属をアルミナなどの耐熱性無機酸化物担体に担持した触媒が好適に用いられる。これらの触媒は250℃〜300℃程度で十分なメタン化活性を示すので、原料ガスは250℃〜300℃で各反応器に供給されるようにする。各段のメタン化反応器31,33,35の入口温度の調整は、熱交換器32,34,36の低温側に供給する水の量を調整するか、熱交換器32,34,36の高温側にバイパスを設けてその流量を調整することによって行う。 The methanation reactors 31, 33, and 35 are filled with a catalyst (methaneation catalyst) that is active in methanation. Specifically, a catalyst in which at least one metal selected from Ni, Ru, and Rh is supported on a heat-resistant inorganic oxide carrier such as alumina is preferably used. Since these catalysts exhibit sufficient methanation activity at about 250 ° C. to 300 ° C., the raw material gas should be supplied to each reactor at 250 ° C. to 300 ° C. The inlet temperature of the methanation reactors 31, 33, 35 of each stage is adjusted by adjusting the amount of water supplied to the low temperature side of the heat exchangers 32, 34, 36, or by adjusting the heat exchangers 32, 34, 36. This is done by providing a bypass on the high temperature side and adjusting the flow rate.

図1のメタン化設備3では、断熱型のメタン化反応器31,33,35と熱交換器32,34,36を多段に組み合わせた構成としたが、反応器内部に熱交換機能を組み込んだ熱交換型反応器を用いてもよく、必要に応じて、断熱型のメタン化反応器および反応器と独立した熱交換器並びに熱交換型反応器を組み合わせてメタン化設備を構成してもよい。 In the methanization facility 3 of FIG. 1, the adiabatic methanization reactors 31, 33, 35 and the heat exchangers 32, 34, 36 are combined in multiple stages, but the heat exchange function is incorporated inside the reactor. A heat exchange type reactor may be used, and if necessary, an adiabatic type methanation reactor and a reactor and an independent heat exchanger and a heat exchange type reactor may be combined to form a methanization facility. ..

以上の構成によれば、エネルギー効率が高く、かつメタン化触媒の寿命を長く保つことができることから、経済性にも優れた方法で、含炭素燃料の燃焼排ガスと水素を原料としてメタンが製造できる。 According to the above configuration, since energy efficiency is high and the life of the methaneization catalyst can be maintained for a long time, methane can be produced from the combustion exhaust gas of carbon-containing fuel and hydrogen as raw materials by an economical method. ..

より具体的には、燃焼排ガスから分離された二酸化炭素を主成分とするガス(第1ガス)中に二酸化硫黄等の硫黄化合物が含まれていても、脱硫剤によって硫黄化合物が除去されるように処理される。よって、上記構成によれば、硫黄化合物が低減された二酸化炭素、又は硫黄化合物を実質的に含まない二酸化炭素が得られる。そのため、二酸化炭素と水素とを反応させてメタン化反応を行わせる場合に、メタン化触媒の硫黄被毒が抑制される。 More specifically, even if a sulfur compound such as sulfur dioxide is contained in the carbon dioxide-based gas (first gas) separated from the combustion exhaust gas, the sulfur compound is removed by the desulfurizing agent. Will be processed. Therefore, according to the above configuration, carbon dioxide having a reduced sulfur compound or carbon dioxide containing substantially no sulfur compound can be obtained. Therefore, when carbon dioxide and hydrogen are reacted to carry out a methanation reaction, sulfur poisoning of the methanation catalyst is suppressed.

また、脱硫の際には、二酸化炭素を主成分とするガス(第1ガス)に第一の量の第1水素が添加される。そして、その後、第1ガス及び第1水素からなる第2ガスが脱硫された第3ガスに、追加的に第二の量の水素が添加され、メタン化反応が行われる。よって、脱硫の際に添加する第1水素の量を第一の量に制限することで、脱硫の際に脱硫剤に供給される第2ガス(第1ガス及び第1水素を含むガス)の量を抑制でき、二酸化炭素、二酸化硫黄等を含む硫黄化合物、及び水素等の第2ガスと、脱硫剤との接触時間を確保でき、脱硫性能の低下を抑制できる。 Further, at the time of desulfurization, a first amount of first hydrogen is added to a gas containing carbon dioxide as a main component (first gas). Then, after that, a second amount of hydrogen is additionally added to the third gas in which the second gas composed of the first gas and the first hydrogen is desulfurized, and the methanation reaction is carried out. Therefore, by limiting the amount of the first hydrogen added at the time of desulfurization to the first amount, the second gas (gas containing the first gas and the first hydrogen) supplied to the desulfurization agent at the time of desulfurization The amount can be suppressed, the contact time between the sulfur compound containing carbon dioxide, sulfur dioxide and the like, and the second gas such as hydrogen and the desulfurizing agent can be secured, and the deterioration of the desulfurization performance can be suppressed.

また、大量の水素を二酸化炭素に一度に加える場合に比べて、二酸化炭素を主成分とするガス(第1〜第3ガス)に段階的に水素を加えることで、二酸化炭素と水素との反応による反応熱による温度の過度な上昇を抑えることができる。これにより、脱硫反応を安全に行うことができる。 In addition, compared to the case where a large amount of hydrogen is added to carbon dioxide at once, the reaction between carbon dioxide and hydrogen is achieved by adding hydrogen stepwise to the gas containing carbon dioxide as the main component (first to third gases). It is possible to suppress an excessive rise in temperature due to the heat of reaction caused by carbon dioxide. Thereby, the desulfurization reaction can be safely carried out.

〔他の実施形態〕
なお、上述の実施形態(他の実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
[Other Embodiments]
The configurations disclosed in the above-described embodiment (including other embodiments, the same shall apply hereinafter) can be applied in combination with the configurations disclosed in the other embodiments as long as there is no contradiction. Moreover, the embodiment disclosed in the present specification is an example, and the embodiment of the present invention is not limited to this, and can be appropriately modified without departing from the object of the present invention.

(1)上記実施形態では、水素の原料については何ら限定が無い。上記実施形態で用いる水素の原料として、太陽光発電、風力発電、各家庭に配置されている燃料電池システム等の各種発電システムの余剰電力を用いることができる。この場合、余剰電力を用いて水を電気分解して水素を得ることができる。 (1) In the above embodiment, there is no limitation on the raw material of hydrogen. As a raw material for hydrogen used in the above embodiment, surplus electricity of various power generation systems such as solar power generation, wind power generation, and fuel cell systems installed in each household can be used. In this case, hydrogen can be obtained by electrolyzing water using surplus electric power.

近年、地球温暖化対策の観点から太陽光発電や風力発電のような再生可能エネルギーの普及が進んでいる。これらの再生可能エネルギーは発電時に化石燃料を使用しないので、地球温暖化の防止に貢献するものといえる。一方で、太陽光発電や風力発電は、その発電量が天候に左右されることから、大規模に導入が進んだ場合に、大量の余剰電力が発生することが懸念されている。 In recent years, renewable energies such as solar power generation and wind power generation have become widespread from the viewpoint of global warming countermeasures. Since these renewable energies do not use fossil fuels during power generation, they can be said to contribute to the prevention of global warming. On the other hand, since the amount of power generated by solar power generation and wind power generation depends on the weather, there is a concern that a large amount of surplus power will be generated when the introduction proceeds on a large scale.

余剰電力対策として、蓄電池や揚水発電の利用が想定されているが、いずれもコストなどで課題があり、また電力需要の日内変動や週内変動程度の時間軸での需給安定化には有効だが、それよりも長期の時間軸での余剰電力対策としてはかなり高コストとなる問題がある。 The use of storage batteries and pumped storage power generation is envisioned as a measure against surplus electricity, but both have problems such as cost, and are effective in stabilizing supply and demand on a time axis such as diurnal fluctuations and weekly fluctuations in electricity demand. However, there is a problem that the cost is considerably high as a measure against surplus power on a longer time axis.

このような余剰電力を用いて水を電気分解して水素を得て、この水素を用い、二酸化炭素の脱硫及び二酸化炭素のメタンへの変換を行うことで、既存の都市ガスパイプラインにメタンを注入して利用できる。よって、ガスの貯蔵設備を新たに設ける必要がない。例えば、原料から水素を生成した場合、現在のところ水素を輸送する大規模な輸送インフラがないため、その場でタンクなどにためておく必要がある。しかし、前述の通り、水素をメタンの変換に用いることで、水素の貯蔵設備を新たに設ける必要がない。 Using such surplus electricity, water is electrolyzed to obtain hydrogen, and this hydrogen is used to desulfurize carbon dioxide and convert carbon dioxide to methane, thereby injecting methane into the existing city gas pipeline. Can be used. Therefore, it is not necessary to newly install a gas storage facility. For example, when hydrogen is generated from raw materials, it is necessary to store it in a tank on the spot because there is currently no large-scale transportation infrastructure for transporting hydrogen. However, as described above, by using hydrogen for the conversion of methane, it is not necessary to newly install a hydrogen storage facility.

さらに、余剰電力を水素に変換し、必要な際に燃料電池や内燃機関を用いた発電設備により、さらに水素から電力に再変換することが考えられる。ただし、発電の際のエネルギーロスが比較的大きいという問題がある。つまり、余剰電力からの水素への変換過程、さらに水素から電力への再変換過程等において、変換効率が高く維持できないことから、元の電力の一部しか電力として再利用できない。しかし、余剰電力を用いて水素を生成し、生成した水素を用いてメタンへの変換を行うことで、従来の天然ガス系都市ガス用の燃焼機器で生成したメタンをそのまま利用できる。そのため、輸送インフラや利用機器での追加的なコストがほとんどなく、幅広い利用が可能となる大きな利点がある。 Further, it is conceivable to convert the surplus electric power into hydrogen, and when necessary, reconvert the hydrogen into electric power by a power generation facility using a fuel cell or an internal combustion engine. However, there is a problem that the energy loss during power generation is relatively large. That is, since the conversion efficiency cannot be maintained high in the process of converting surplus electric power to hydrogen, the process of reconverting hydrogen to electric power, and the like, only a part of the original electric power can be reused as electric power. However, by generating hydrogen using surplus electricity and converting it to methane using the generated hydrogen, the methane produced by the conventional combustion equipment for natural gas-based city gas can be used as it is. Therefore, there is almost no additional cost in the transportation infrastructure and the equipment used, and there is a great advantage that it can be widely used.

(2)上記実施形態では、複数段のメタン化反応器31,33,35を用いている。しかし、メタン化反応器の数はこれに限定されず、1個であってもよいし、2個であってもよいし、4個以上であってもよい。 (2) In the above embodiment, a plurality of stages of methanation reactors 31, 33, 35 are used. However, the number of methanation reactors is not limited to this, and may be one, two, or four or more.

(3)上記実施形態では、燃焼排ガスから分離された二酸化炭素を主成分とするガスが、二酸化硫黄及び三酸化硫黄等の硫黄化合物を含む場合に、二酸化炭素から硫黄化合物を除去してメタン化するメタン化方法を説明した。しかし、上記メタン化方法は、硫化水素等への適用も排除するものではない。 (3) In the above embodiment, when the gas containing carbon dioxide as a main component separated from the combustion exhaust gas contains sulfur compounds such as sulfur dioxide and sulfur trioxide, the sulfur compounds are removed from the carbon dioxide and methaneized. The method of methanation was explained. However, the above methanation method does not exclude the application to hydrogen sulfide and the like.

1 :二酸化炭素分離設備
2 :前処理設備
3 :メタン化設備
11 :吸収塔
14 :再生塔
23 :脱硫器
31、33、35 :メタン化反応器
32、34、36 :熱交換器
100 :メタン製造設備
101 :燃焼排ガス
102 :燃焼排ガス
201 :ガス
202 :水素
205 :ガス
207 :メタン化原料
1: Carbon dioxide separation equipment 2: Pretreatment equipment 3: Methaneization equipment 11: Absorption tower 14: Regeneration tower 23: Desulfurizers 31, 33, 35: Methanization reactors 32, 34, 36: Heat exchanger 100: Methane Manufacturing equipment 101: Combustion exhaust gas 102: Combustion exhaust gas 201: Gas 202: Hydrogen 205: Gas 207: Methaneization raw material

Claims (11)

水素と含炭素燃料の燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素とを原料とし、触媒を用いたメタン化反応によりメタンを得るメタン化方法であって、
a)前記燃焼排ガスを二酸化炭素吸収材に接触させて燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収させる工程と、
b)二酸化炭素を吸収した前記二酸化炭素吸収材を加熱して二酸化炭素を主成分とする第1ガスを取り出す工程と、
c)前記第1ガスに第一の量の水素である第1水素を添加して第2ガスとし、前記第2ガスを脱硫剤を充填した脱硫器に通じて、前記第2ガス中の硫黄化合物を除去する工程と、
d)前記硫黄化合物を除去する工程を経た第3ガスに第二の量の水素である第2水素を添加し、メタン化触媒に通じたメタン化反応によりメタンに変換する工程と、を含むメタン化方法。
It is a methanation method that obtains methane by a methanation reaction using a catalyst using hydrogen and carbon dioxide contained in the combustion exhaust gas of carbon-containing fuel as raw materials.
a) A step of bringing the combustion exhaust gas into contact with a carbon dioxide absorbent to absorb carbon dioxide in the combustion exhaust gas.
b) A step of heating the carbon dioxide absorbing material that has absorbed carbon dioxide to extract a first gas containing carbon dioxide as a main component, and
c) The first hydrogen, which is a first amount of hydrogen, is added to the first gas to obtain a second gas, and the second gas is passed through a desulfurizer filled with a desulfurizing agent to allow sulfur in the second gas. The process of removing the compound and
d) Methane including a step of adding a second amount of hydrogen, the second hydrogen, to the third gas that has undergone the step of removing the sulfur compound, and converting the second hydrogen into methane by a methanation reaction through a methanation catalyst. Method of conversion.
前記第一の量は、前記第1ガスと水素とを反応させてメタンを生成するメタン化反応を完結させるのに必要な全水素量よりも少ない、請求項1に記載のメタン化方法。 The methaneization method according to claim 1, wherein the first amount is less than the total amount of hydrogen required to complete the methanation reaction for producing methane by reacting the first gas with hydrogen. 前記第二の量は、前記全水素量から前記第一の量を差し引いた量以上である、請求項2に記載のメタン化方法。 The methanation method according to claim 2, wherein the second amount is equal to or more than an amount obtained by subtracting the first amount from the total hydrogen amount. 前記第2ガスに対する前記第1水素の体積%が、0.1体積%以上5体積%以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のメタン化方法。 The methanation method according to any one of claims 1 to 3, wherein the volume% of the first hydrogen with respect to the second gas is 0.1% by volume or more and 5% by volume or less. 前記第2ガスに対する前記第1水素の体積%は、前記第2ガスに対する前記硫黄化合物の体積%の10倍以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のメタン化方法。 The methanation method according to any one of claims 1 to 4, wherein the volume% of the first hydrogen with respect to the second gas is 10 times or more the volume% of the sulfur compound with respect to the second gas. 前記b)の工程では、前記d)の工程におけるメタン化反応による反応熱を利用して、前記二酸化炭素吸収材を加熱して前記第1ガスを取り出す、請求項1〜5のいずれか1項に記載のメタン化方法。 The first gas is taken out by heating the carbon dioxide absorbent by utilizing the heat of reaction from the methanation reaction in the step d) in the step b). The methanation method described in. 前記二酸化炭素吸収材がアミン化合物の水溶液である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のメタン化方法。 The methanation method according to any one of claims 1 to 6, wherein the carbon dioxide absorbent is an aqueous solution of an amine compound. 前記脱硫剤が、鉄、ニッケル、コバルトおよび銅からなる少なくとも1種の成分の金属ないし酸化物と酸化亜鉛とを含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載のメタン化方法。 The methanation method according to any one of claims 1 to 7, wherein the desulfurizing agent contains at least one component metal or oxide composed of iron, nickel, cobalt and copper and zinc oxide. 前記第1水素及び前記第2水素は、発電設備からの余剰電力を用いて水を電気分解して得られる、請求項1〜8のいずれか1項に記載のメタン化方法。 The methanation method according to any one of claims 1 to 8, wherein the first hydrogen and the second hydrogen are obtained by electrolyzing water using surplus electric power from a power generation facility. 水素と含炭素燃料の燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素とを原料とし、触媒を用いたメタン化反応によりメタンを得るメタン製造設備であって、
前記燃焼排ガスを二酸化炭素吸収材に接触させて燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収させる吸収塔と、
前記吸収塔において二酸化炭素を吸収した前記二酸化炭素吸収材を加熱して二酸化炭素を主成分とする第1ガスを取り出す再生塔と、
前記再生塔からの前記第1ガスと、第一の量の水素である第1水素とを含む第2ガスを、脱硫剤で処理して前記第2ガス中の硫黄化合物を除去する脱硫器と、
前記脱硫器を経た第3ガスに第二の量の水素である第2水素を添加し、メタン化触媒に通じたメタン化反応によりメタンに変換するメタン化反応器と、を備えるメタン製造設備。
A methane production facility that uses hydrogen and carbon dioxide contained in the combustion exhaust gas of carbon-containing fuel as raw materials to obtain methane through a methaneization reaction using a catalyst.
An absorption tower that brings the combustion exhaust gas into contact with the carbon dioxide absorber to absorb the carbon dioxide in the combustion exhaust gas.
A regeneration tower that heats the carbon dioxide absorbent material that has absorbed carbon dioxide in the absorption tower to take out a first gas containing carbon dioxide as a main component, and a regeneration tower.
A desulfurizer that removes sulfur compounds in the second gas by treating the second gas containing the first gas from the regeneration tower and the first hydrogen, which is the first amount of hydrogen, with a desulfurizing agent. ,
A methane production facility including a methanation reactor in which a second amount of hydrogen, second hydrogen, is added to the third gas that has passed through the desulfurizer and converted into methane by a methanation reaction that has passed through a methanation catalyst.
前記第1水素及び前記第2水素は、発電設備からの余剰電力を用いて水を電気分解して得られる、請求項10に記載のメタン製造設備。
The methane production facility according to claim 10, wherein the first hydrogen and the second hydrogen are obtained by electrolyzing water using surplus electric power from a power generation facility.
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