JP6974402B2 - 改質ガスを消費するプラント及び原料ガスを改質する方法 - Google Patents

改質ガスを消費するプラント及び原料ガスを改質する方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6974402B2
JP6974402B2 JP2019157038A JP2019157038A JP6974402B2 JP 6974402 B2 JP6974402 B2 JP 6974402B2 JP 2019157038 A JP2019157038 A JP 2019157038A JP 2019157038 A JP2019157038 A JP 2019157038A JP 6974402 B2 JP6974402 B2 JP 6974402B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reforming
raw material
gas
material gas
steam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019157038A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2021031369A (ja
Inventor
光一朗 吉徳
幸男 田中
慶一 中川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2019157038A priority Critical patent/JP6974402B2/ja
Priority to CA3070166A priority patent/CA3070166A1/en
Priority to SG10202000819YA priority patent/SG10202000819YA/en
Priority to US16/782,322 priority patent/US20210060508A1/en
Publication of JP2021031369A publication Critical patent/JP2021031369A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6974402B2 publication Critical patent/JP6974402B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/008—Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/001—Controlling catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00389—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00389—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
    • B01J2208/00398—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements inside the reactor bed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00389—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
    • B01J2208/00415—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements electric resistance heaters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0238—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a carbon dioxide reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/061—Methanol production
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0833—Heating by indirect heat exchange with hot fluids, other than combustion gases, product gases or non-combustive exothermic reaction product gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/085—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by electric heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0866—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combination of different heating methods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

本開示は、改質ガスを消費するプラント及び原料ガスを改質する方法に関する。
特許文献１には、天然ガス等の原料ガスを、水蒸気を用いたスチームリフォーミング及び二酸化炭素を用いたドライリフォーミングによって改質して、水素及び一酸化炭素を含む改質ガスを得るプラントが記載されている。
国際公開第２０１２／１４０９９４号
しかしながら、スチームリフォーミング及びドライリフォーミングには９００℃程度の非常に高い温度が必要とされ、このような高い温度に昇温するために使用する熱源は限定されたものになるか、あるいは別途製造又は調達する必要があるので、プラント全体のコストが上昇してしまうといった問題点があった。
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、改質ガスを消費するプラント及び原料ガスを改質する方法においてコストの上昇を抑えることを目的とする。
上記目的を達成するため、本開示に係るプラントは、少なくともメタン及び二酸化炭素を含む原料ガスを改質して得られた改質ガスを消費するプラントであって、前記原料ガスを改質するための改質触媒及び該改質触媒に電力を供給する電力供給部材を含み、前記改質触媒に電力を供給して前記原料ガスを改質する改質装置と、前記改質ガスを消費する改質ガス消費装置とを備え、前記改質ガス消費装置における前記改質ガスの消費による排熱を含む熱媒体で、前記改質装置における前記原料ガスの改質反応の反応温度を調整可能に構成され、前記改質ガス消費装置は、メタノールの合成の原料として前記改質ガスが消費されるメタノール合成装置であり、前記原料ガスの改質反応は、メタンと蒸気とが反応するスチームリフォーミングと、メタンと二酸化炭素とが反応するドライリフォーミングとの両方を含む。
また、本開示に係るプラントは、少なくともメタン及び二酸化炭素を含む原料ガスを改質して得られた改質ガスを消費するプラントであって、前記原料ガスを改質するための改質触媒及び該改質触媒に電力を供給する電力供給部材を含み、前記改質触媒に電力を供給して前記原料ガスを改質する改質装置と、前記改質ガスを消費する改質ガス消費装置とを備え、前記改質ガス消費装置における前記改質ガスの消費による排熱を含む熱媒体で、前記改質装置における前記原料ガスの改質反応の反応温度を調整可能に構成され、前記改質ガス消費装置は、前記改質ガスを消費して電力を生産する固体酸化物型燃料電池であり、前記熱媒体は、前記固体酸化物型燃料電池から排出された排ガスを含む。
また、本開示に係る方法は、少なくともメタン及び二酸化炭素を含む原料ガスを改質する方法であって、前記原料ガスを改質するための改質触媒に電力を供給して前記原料ガスを改質する改質ステップと、前記改質ステップにおいて前記原料ガスを改質して得られた改質ガスを消費する消費ステップと、前記改質ガスの消費による排熱を含む熱媒体で、前記改質ステップにおける前記原料ガスの改質反応の反応温度を調整する調整ステップとを含み、前記消費ステップでは、メタノール合成装置において前記改質ガスが消費されてメタノールが合成され、前記原料ガスの改質反応は、メタンと蒸気とが反応するスチームリフォーミングと、メタンと二酸化炭素とが反応するドライリフォーミングとの両方を含む。
また、本開示に係る方法は、少なくともメタン及び二酸化炭素を含む原料ガスを改質する方法であって、前記原料ガスを改質するための改質触媒に電力を供給して前記原料ガスを改質する改質ステップと、前記改質ステップにおいて前記原料ガスを改質して得られた改質ガスを消費する消費ステップと、前記改質ガスの消費による排熱を含む熱媒体で、前記改質ステップにおける前記原料ガスの改質反応の反応温度を調整する調整ステップとを含み、前記消費ステップでは、固体酸化物型燃料電池において前記改質ガスを消費して電力を生産し、前記熱媒体は、前記固体酸化物型燃料電池から排出された排ガスを含む。
本開示のプラントによれば、改質触媒は、改質触媒に電力を供給して原料ガスを改質する電場触媒であるので、電場触媒を使用しない場合に比べて原料ガスの改質反応の反応温度を低下することができる。その結果、改質ガス消費装置における改質ガスの消費による排熱を含む熱媒体で、改質装置における原料ガスの改質反応の反応温度を調整することが可能になるので、改質ガスを消費するプラントにおいてコストの上昇を抑えることができる。
本開示の実施形態１に係るプラントの構成図である。 本開示の実施形態１に係るプラントに設けられた改質装置の構成図である。 本開示の実施形態１に係るプラントに設けられたメタノール合成装置の構成図である。 本開示の実施形態１に係るプラントの変形例の一部の構成図である。 本開示の実施形態２に係るプラントの構成図である。 本開示の実施形態３に係るプラントの構成図である。
以下、本開示の実施の形態によるプラントについて、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
（実施形態１）
＜実施形態１に係るプラントの構成＞
本開示の実施形態１に係るプラントを、メタノールを製造するプラントを例にして説明する。図１に示されるように、この実施形態１に係るプラント１は、少なくともメタン及び二酸化炭素を含む原料ガスを改質する改質装置２と、改質装置２で得られた改質ガスを原料としてメタノールを合成するメタノール合成装置３とを備えている。ここで、メタノール合成装置３では、メタノールを合成するために改質ガスが消費されるので、メタノール合成装置３は改質ガス消費装置を構成する。
改質装置２とメタノール合成装置３とは配管４によって連通されており、配管４には、改質ガスを冷却するための熱交換器５と、改質ガスを圧縮してメタノール合成装置３に供給するための圧縮機６とが設けられている。メタノール合成装置３は配管７を介して、メタノール合成装置３から流出する流出流体を蒸留する蒸留装置８に連通している。配管７には、メタノール合成装置３から流出する流出流体を冷却するための熱交換器９と、熱交換器９で冷却された流出流体を気液分離する気液分離装置１０とが設けられている。気液分離装置１０には、分離されたガスをオフガスとして放出するためのオフガスライン１１が設けられている。分離されたガスをオフガスとして放出する前にその一部をメタノール合成装置３に供給するためのリサイクルライン１２も設けられている。リサイクルライン１２には圧縮機１３が設けられている。
改質装置２には、原料ガスの改質反応の温度を調整するための熱媒体が流通する熱媒体流通室１４が設けられている。メタノール合成装置３には、改質ガスを原料とするメタノールの合成反応で発生する熱を冷却するための冷却媒体が流通する冷却媒体流通室１５が設けられている。熱媒体流通室１４と冷却媒体流通室１５とは、熱媒体流通管１６及び冷却媒体流通管１７によって互いに連通している。尚、熱媒体流通室１４及び冷却媒体流通室１５の構成は特に限定しないが、それらの構成の例については後述する。
改質装置２２では、下記反応式（１）で記述されるようにメタンと水（蒸気）とが反応するスチームリフォーミングと、下記反応式（２）で記述されるようにメタンと二酸化炭素とが反応するドライリフォーミングとの両方によって原料ガスが改質され、すなわち消費され、少なくとも一酸化炭素及び水素を含む改質ガスが得られる。
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２・・・（１）
ＣＨ４＋ＣＯ２→２ＣＯ＋２Ｈ２・・・（２）
ただし、上記反応式（１）及び（２）はそれぞれ、正反応のみが生じるように記載されているが、実際には逆反応も生じ得る平衡反応である。
＜改質装置２の構成＞
改質装置２の構成は特に限定しないが、その構成の一例が図２に模式的に例示されている。図２に示される改質装置２は、いわゆるプレート型熱交換器と同じ構成を有している。改質装置２は、並列配置された複数（少なくとも３つ）のプレート２１を有している。複数のプレート２１が並列配置される方向に、隣り合うプレート２１，２１によって形成される空間が複数並列配置されている。これら複数の空間が並列配置される方向において１つおきに、原料ガスを改質するための改質触媒２２が空間に収容されている。
改質触媒２２が収容されている各空間は、原料ガスを供給するための原料ガス供給管２３が連通するように構成され、改質触媒２２が収容されていない各空間は、熱媒体を供給するための熱媒体供給管２４が連通するように構成されている。すなわち、改質装置２内には、改質触媒２２が収容されるとともに原料ガスが流通する原料ガス流通室２５と、熱媒体が流通する熱媒体流通室１４とが、複数のプレート２１が並列配置される方向において互い違いとなるように構成されている。この実施形態１では、スチームリフォーミング用の水蒸気が原料ガス供給管２３を介して各原料ガス流通室２５供給されるようにも構成されている。熱媒体供給管２４はそれぞれ、熱媒体流通管１６から分岐している。また、各原料ガス流通室２５には、各原料ガス流通室２５から改質ガスが流出する改質ガス流出管２６が連通し、各改質ガス流出管２６は配管４に接続されている。各熱媒体流通室１４には、後述する動作で熱媒体が冷却されることにより生成する冷却媒体が各熱媒体流通室１４から流出する冷却媒体流出管２７が連通し、各冷却媒体流出管２７は冷却媒体流通管１７に接続されている。
改質装置２には、改質触媒２２に電力を供給する電力供給部材３０が設けられている。電力供給部材３０は、直流電源３１と、一端が直流電源３１の正極に接続する配線３２と、一端が直流電源３１の負極に接続する配線３３とを備えている。この形態では、配線３２が熱媒体の入口側に接続されるとともに配線３３が原料ガスの入口側に接続されるが、この逆に、配線３２が原料ガスの入口側に接続されるとともに配線３３が熱媒体の入口側に接続されるように構成することもできる。配線３２の他端側は複数の分岐配線３２ａに分岐し、各分岐配線３２ａは、複数のプレート２１が並列配置される方向に１つおきにプレート２１に接続されている。配線３３の他端側は複数の分岐配線３３ａに分岐し、各分岐配線３３ａは、分岐配線３２ａが接続していないプレート２１に接続されている。すなわち、配線３２の分岐配線３２ａ及び配線３３の分岐配線３３ａは、複数のプレート２１が並列配置される方向において互い違いとなるようにプレート２１に接続されている。ただし、改質装置２の構成は、このようなプレート型熱交換器と同じ構成に限定するものではなく、特許第６３１２４９４号公報に開示される円筒形状構造等、任意の構成であってもよい。
電力供給部材３０から改質触媒２２に電力が供給されるためには、改質触媒２２として、少なくとも電流が流れる構成の触媒を使用する必要がある。スチームリフォーミング用の改質触媒２２としては例えば、ＣｅＯ２にＰｄが担持された触媒、ＣｅＯ２−ＺｒＯ２、ＣｅＯ２−ＡｌＯ２又はＣｅＯ２−ＳｉＯ２にＰｔが担持された触媒、セリア、ジルコニア、酸化ビスマスの少なくとも１つを含む材料からなる担体にＲｏ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｆｅの少なくとも１つが担持された触媒等を使用することができる。ドライリフォーミング用の改質触媒２２としては例えば、ＺｒＯ２にランタノイド系材料（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｙ）をドープした担体にＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１つが担持された触媒等を使用することができる。
上述した構成では、各原料ガス流通室２５に、スチームリフォーミング用の改質触媒２２とドライリフォーミング用の改質触媒２２とを混在させて、又は、原料ガスの流通方向に区分して収容することができる。これに対し、メタン及び二酸化炭素が供給される原料ガス流通室２５と、メタン及び水蒸気が供給される原料ガス流通室２５とが存在するように構成されている場合には、メタン及び水蒸気が供給される原料ガス流通室２５にスチームリフォーミング用の改質触媒２２を収容するとともにメタン及び二酸化炭素が供給される原料ガス流通室２５にドライリフォーミング用の改質触媒２２を収容することができる。
＜メタノール合成装置３の構成＞
メタノール合成装置３の構成も特に限定しないが、メタノール合成装置３にもメタノール合成用触媒が収容されるので、改質装置２と同様にプレート型熱交換器と同じ構成を有してもよい。この構成のメタノール合成装置３は、図３に示されるように、並列配置された複数（３つ以上）のプレート４１を有している。メタノール合成装置３内には、複数のプレート４１が並列配置される方向において互い違いとなるように、メタノール合成用触媒４２が収容されるとともに改質ガスが流通する改質ガス流通室４５と、冷却媒体が流通する冷却媒体流通室４４とが構成されている。各冷却媒体流通室４４には、冷却媒体流通管１７から分岐した各冷却媒体供給管４６と、後述する動作で冷却媒体が加熱されることにより生成する熱媒体が各冷却媒体流通室４４から流出する熱媒体流出管４７とが連通している。各熱媒体流出管４７は熱媒体流通管１６に接続されている。各改質ガス流通室４５には、配管４から分岐した各改質ガス供給管４３と、各改質ガス流通室４５からの流出流体が流出する流出流体流出管４８とが連通している。各流出流体流出管４８は配管７に接続されている。
ただし、メタノール合成装置３の構成も、このようなプレート型熱交換器と同じ構成に限定するものではなく、特許第６３１２４９４号公報に開示される円筒形状構造等、任意の構成であってもよい。また、メタノール合成用触媒４２についても特に限定されず、任意のメタノール合成用触媒を使用することができる。
＜改質装置２及びメタノール合成装置３以外の構成＞
プラント１に設けられるその他の装置、すなわち、熱交換器５及び９と、圧縮機６及び１３と、蒸留装置８と、気液分離装置１０とについてもそれらの構成は特に限定されず、任意の構成の各装置を使用することができる。
＜実施形態１に係るプラント１の動作＞
次に、本開示の実施形態１に係るプラントの動作について説明する。図１に示されるように、少なくとも二酸化炭素及びメタンを含む原料ガスと、スチームリフォーミング用の水蒸気とが改質装置２に供給される。上述したように、改質装置２では、反応式（１）で記述されるスチームリフォーミングと、反応式（２）で記述されるドライリフォーミングとによって原料ガスの改質が行われる。両反応はいずれも吸熱反応であるので、両反応を継続させるためには、改質装置２に熱を付与する必要がある。このため、熱媒体流通室１４に熱媒体が供給される。
図２に示されるように、原料ガスは、各原料ガス供給管２３を介して各原料ガス流通室２５に供給される。スチームリフォーミング用の水蒸気も各原料ガス供給管２３を介して各原料ガス流通室２５に供給される。熱媒体は、各熱媒体供給管２４を介して各熱媒体流通室１４に供給される。各原料ガス流通室２５を流通する原料ガスと各熱媒体流通室１４を流通する熱媒体とがプレート２１を介して熱交換することにより、各原料ガス流通室２５内の温度が、反応式（１）及び（２）で記述される反応に適した温度に調整される。
この際、電力供給部材３０を稼働させることにより、直流電源３１から、配線３２と、各分岐配線３２ａと、各分岐配線３２ａが接続されたプレート２１と、改質触媒２２と、配線３３の各分岐配線３３ａが接続されたプレート２１と、各分岐配線３３ａと、配線３３とを順次電流が流れる。これにより、改質触媒２２は、電流が流れた状態、すなわち電力が供給された状態で改質反応を触媒するので、改質触媒２２は電場触媒である。
改質反応の触媒として電場触媒を使用した場合、触媒表面で電気化学的に活性種が生成することにより、通常の熱触媒とは異なる遷移状態の中間体を経由して目的生成物が生成するので、通常の熱触媒を使用した場合よりも活性化エネルギーが低くなり、低温度で目的生成物を得ることが可能になる。本実施形態１の反応式（１）及び（２）で記述される反応に関して当てはめると、通常の熱触媒を使用した場合には、これらの反応が生じるためには約９００℃程度の温度が必要とされるが、このような電場触媒を使用することにより、９００℃よりも低い温度でこれらの反応を生じさせることができる。このため、通常の熱触媒を使用する場合に比べて、熱媒体流通室１４に供給される熱媒体の温度を低くすることができ、熱媒体の選択肢の幅が広がることとなる。
電場触媒を使用した場合のこれらの反応に適した温度範囲は、３７３〜７００［Ｋ］である。改質装置２内の圧力は通常は１気圧以上であるため、１気圧の状態で熱媒体として水蒸気を使用した場合に水蒸気が凝縮しない温度である３７３［Ｋ］が下限となる。ただし、改質装置２内の圧力、すなわち水蒸気の圧力が高くなるほど水の沸点が高くなるので、当該温度範囲の下限は、改質装置２内の圧力に応じた水の沸点と言うこともできる。一方、当該温度範囲の上限は、これらの反応の逆反応が生じ始める温度が約７００［Ｋ］であるので、この温度を上限とする。上述したように、反応式（１）及び（２）は、正反応及び逆反応が同時に生じる平衡反応であるが、電場触媒を使用してこれらの反応を生じさせる場合、温度が低い間、すなわち７００［Ｋ］以下の間は、逆反応が生じずに正反応のみが生じる。正反応のみが生じた状態であれば、高い転化率を得ることができる。このため、当該温度範囲の上限を７００［Ｋ］とする。
原料ガス及び水蒸気が各原料ガス流通室２５を流通する間、改質触媒２２によるスチームリフォーミング及びドライリフォーミングによって、原料ガスは、少なくとも一酸化炭素及び水素を含む改質ガスとなる。各原料ガス流通室２５から流出した改質ガスは、各改質ガス流出管２６を介して配管４に流入する。一方、各熱媒体流通室１４を流通する間に各原料ガス流通室２５内の原料ガス及び改質ガスと熱交換した熱媒体は、温度が低下して冷却媒体として、各冷却媒体流出管２７を介して各熱媒体流通室１４から流出し、冷却媒体流通管１７に流入する。
図１に示されるように、改質装置２から流出して配管４を流通する改質ガスは、熱交換器５で冷却された後に圧縮機６で圧縮されて、メタノール合成装置３に流入する。一方、各熱媒体流通室１４から流出して冷却媒体流通管１７を流通する冷却媒体は、メタノール合成装置３の冷却媒体流通室１５に供給される。
図３に示されるように、配管４を流通する改質ガスは、各改質ガス供給管４３を介して各改質ガス流通室４５に供給される。冷却媒体流通管１７を流通する冷却媒体は、各冷却媒体供給管４６を介して各冷却媒体流通室４４に供給される。各改質ガス供給管４３を改質ガスが流通する間、メタノール合成用触媒４２によってメタノール合成反応が生じて、改質ガスからメタノールが合成される。メタノール合成反応は発熱反応であるため、各冷却媒体流通室４４を流通する冷却媒体とプレート４１を介して熱交換することにより、各改質ガス流通室４５内の温度がメタノール合成反応に適した温度に調整される。
各改質ガス流通室４５から、メタノールを含む流出流体が各流出流体流出管４８を介して流出して、流出流体は配管７に流入する。一方、各冷却媒体流通室４４を流通する間に各改質ガス流通室４５内の改質ガス及びメタノールと熱交換した冷却媒体は、温度が上昇して熱媒体として、各熱媒体流出管４７を介して各冷却媒体流通室４４から流出し、熱媒体流通管１６に流入する。
図１に示されるように、メタノール合成装置３から流出して配管７を流通する流出流体は、熱交換器９で冷却された後に気液分離装置１０に流入する。気液分離装置１０において流出流体は気体成分と液体成分とに分離され、液体成分は蒸留装置８に供給され、蒸留によってメタノール濃度が高められる。一方、気体成分は、一部がリサイクルライン１２に流入し、圧縮機１３によって圧縮された後に、原料としてメタノール合成装置３に供給される。この気体成分には、メタノール合成装置３においてメタノールの合成に使用されなかった改質ガス中の成分の一部が含まれている可能性があるため、原料として再利用可能である。残りの気体成分は、オフガスライン１１を介してオフガスとして処理される。
上記説明では、熱媒体及び冷却媒体の具体的な種類については特定しなかったが、例えば熱媒体としては水蒸気を使用することができる。この場合、冷却媒体は加圧水である。上述したように、改質装置２において電場触媒を使用すると、スチームリフォーミング及びドライリフォーミングの反応温度を低下することができるので、熱媒体の選択肢が広がる。一般に工場では、温度が低い水蒸気ほど豊富に存在するので、工場における水蒸気の利用バランスを向上することができる。
また、改質触媒２２として通常の熱触媒を使用する場合に比べてスチームリフォーミング及びドライリフォーミングの反応温度が低下することにより、メタノール合成装置３における改質ガスの消費による排熱、すなわちメタノール合成反応の反応熱を含む水蒸気で、改質装置２における原料ガスの改質反応の反応温度を調整することができる。具体的には、改質装置２の熱媒体流通室１４に水蒸気を供給すると、水蒸気は、改質装置２において原料ガスと熱交換することにより冷却されて加圧水となる。この加圧水は冷却媒体として、熱媒体流通室１４から流出した後に冷却媒体流通管１７を流通して、メタノール合成装置３の冷却媒体流通室１５に流入する。メタノール合成装置３では、加圧水は、改質ガスと熱交換することにより、すなわちメタノール合成反応の反応熱により加熱されて水蒸気となる。この水蒸気は熱媒体として、冷却媒体流通室１５から流出した後に熱媒体流通管１６を流通して、再び熱媒体流通室１４に供給される。
このように、改質触媒２２は、改質触媒２２に電力を供給して原料ガスを改質する電場触媒であるので、電場触媒を使用しない場合に比べて原料ガスの改質反応の反応温度を低下することができる。その結果、メタノール合成装置３における改質ガスの消費による排熱、すなわちメタノール合成反応の反応熱を含む水蒸気で、改質装置２における原料ガスの改質反応の反応温度を調整することが可能になるので、改質ガスを消費するプラント１においてコストの上昇を抑えることができる。
実施形態１では、改質装置２における原料の改質は、ドライリフォーミングとスチームリフォーミングとを併発することにより行っている。これにより、Ｍ値（＝［Ｈ２］／（２［ＣＯ］＋３［ＣＯ２］））がおよそ１となる改質ガスが得られるようになる。Ｍ値が１の改質ガスはメタノール合成に適しているので、メタノール合成の効率を上昇することができる。
上述したように、実施形態１では、改質触媒２２として電場触媒を使用することにより、通常の熱触媒を使用した場合に比べて高い転化率を得ることができるため、改質装置２における原料中の二酸化炭素の消費量も増加する。このため、二酸化炭素の一部をプラント１の外部から受け入れられるように構成することもできるようになる。このような構成にすれば、二酸化炭素の受け入れによる利益を得ることが可能になる。
＜実施形態１の変形例＞
実施形態１では、熱媒体として、メタノール合成装置３におけるメタノール合成反応の反応熱により加熱されて生成した水蒸気（第１蒸気）のみを使用していたが、この形態では、メタノールの合成反応の進行状況に応じて第１蒸気の温度が変動して、第１蒸気のみでは改質反応に必要な熱量に足りなくなると、その熱量の不足分を補うように改質反応の温度を適切に調節することができなくなるおそれがある。
図４に示されるように、本開示の実施形態１の変形例に係るプラント１において、改質装置２の熱媒体流通室１４には、熱媒体流通管１６の他に、ボイラ５０において空気とオフガスライン１１を流通したオフガスとを燃焼させて生成した水蒸気（第２蒸気）を供給するための第２蒸気供給管５２と、気化器５１においてプラント１の外部で発生した排熱で生成した水蒸気（第３蒸気）を供給するための第３蒸気供給管５３とが接続されている。この場合、熱媒体は、熱媒体流通管１６を流通した第１蒸気と、第１蒸気とは異なる付加蒸気、すなわち、第２蒸気供給管５２を流通した第２蒸気及び第３蒸気供給管５３を流通した第３蒸気とを含んでいる。
このような構成によれば、熱媒体流通管１６を流通した第１蒸気の温度が変動した場合でも、付加蒸気、すなわち、第２蒸気及び第３蒸気の供給量を調整することにより、改質反応の反応温度を適切に調整することができる。尚、第１蒸気と第２蒸気と第３蒸気とによって改質反応の反応温度を調整することに限定するものではなく、第１蒸気と第２蒸気とによって、又は第１蒸気と第３蒸気とによって改質反応の反応温度を調整してもよい。また、付加蒸気の供給元は、ボイラ５０及び気化器５１に限定するものではなく、これらはあくまでも例示に過ぎない。また、付加蒸気の供給元の数も上記の例のように２箇所に限定するものではなく、１箇所から付加蒸気を供給してもよいし、３箇所以上から付加蒸気を供給してもよい。
（実施形態２）
次に、実施形態２に係るプラントについて説明する。実施形態２に係るプラントは、実施形態１に対して、改質ガス消費装置を、燃料を消費して電力を生産するデバイスに変更したものである。尚、実施形態２において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
＜実施形態２に係るプラント１の構成＞
図５に示されるように、本開示の実施形態２に係るプラント１は、少なくともメタン及び二酸化炭素を含む原料ガスを改質する改質装置２と、改質装置２で得られた改質ガスを燃料として消費する改質ガス消費装置であるガスエンジン６０とを備えている。すなわち、ガスエンジン６０が、燃料を消費して電力を生産するデバイスに相当する。改質装置２の構成は、実施形態１のプラント１に設けられた改質装置２の構成と基本的に同じであるが、実施形態２では改質装置２においてドライリフォーミングのみで原料ガスを改質するので、改質装置２へ水蒸気が供給されるようにはなっていない点と、改質触媒２２（図２参照）がドライリフォーミング用の触媒のみからなる点とが実施形態１と異なっている。
改質装置２とガスエンジン６０とは、改質装置２で得られた改質ガスを燃料としてガスエンジン６０に供給するための配管４によって接続されている。また、改質ガスを消費することにより生じるガスエンジン６０の排ガスを熱媒体として改質装置２の熱媒体流通室１４に供給可能なように、ガスエンジン６０と熱媒体流通室１４とが熱媒体流通管１６によって接続されている。
実施形態２において特に限定するわけではないが、プラント１は、原料ガスの供給源として、メタン発酵槽６１を有してもよい。メタン発酵槽６１と改質装置２とは配管６２によって接続されている。プラント１が原料ガスの供給源としてメタン発酵槽６１を有する場合、改質装置２に供給される原料ガスは、メタン及び二酸化炭素を含む消化ガスである。
また、実施形態２において必須の構成ではないが、ガスエンジン６０から排出される排ガスの一部を原料ガスの改質反応の原料として改質装置２に供給可能なように、一端が熱媒体流通管１６から分岐するとともに他端が配管６２に接続する分岐配管６３を設けてもよい。分岐配管６３には、改質装置２に供給する排ガスの流量を調整するための排ガス流量調整弁６４を設けてもよい。
＜実施形態２に係るプラント１の動作＞
次に、本開示の実施形態２に係るプラントの動作について説明する。図５に示されるように、メタン発酵槽６１で生成された消化ガスが原料ガスとして、配管６２を介して改質装置２に供給される。改質装置２ではドライリフォーミングのみによって原料ガスが改質されて改質ガスが生成する点で、実施形態１の改質装置２における動作とは異なる。
改質装置２で生成した改質ガスは、配管４を介してガスエンジン６０に供給される。ガスエンジン６０は改質ガスを燃料として駆動する。ガスエンジン６０において、改質ガスが燃料として消費されることで排ガスが発生し、排ガスは、ガスエンジン６０から流出した後、熱媒体流通管１６を流通する。この排ガスは、ガスエンジン６０における改質ガスの燃料としての消費で発生した排熱を含んでいる。
図２に示されるように、原料ガスが各原料ガス流通室２５を流通する間に、電場触媒である改質触媒２２によるドライリフォーミングによって、原料ガスは、少なくとも一酸化炭素及び水素を含む改質ガスを含む改質ガスとなる点と、熱媒体である排ガスが各熱媒体流通室１４に供給され、各原料ガス流通室２５を流通する原料ガスと各熱媒体流通室１４を流通する排ガスとがプレート２１を介して熱交換することにより、各原料ガス流通室２５内の温度が、ドライリフォーミングに適した温度に調整される点で、実施形態１の改質装置２における動作と同じである。ただし、図５に示されるように、各熱媒体流通室１４から流出した排ガスは、ガスエンジン６０に戻されない点で、実施形態１の動作とは異なる。
実施形態２でも実施形態１と同様に、改質触媒２２は電場触媒であるので、電場触媒を使用しない場合に比べて原料ガスの改質反応の反応温度を低下することができる。その結果、ガスエンジン６０における改質ガスの消費による排熱を含む排ガスで、改質装置２における原料ガスの改質反応の反応温度を調整することが可能になるので、改質ガスを消費するプラント１においてコストの上昇を抑えることができる。
実施形態２において分岐配管６３及び排ガス流量調整弁６４が設けられている場合、ガスエンジン６０から排出される排ガスの一部を原料ガスの改質反応の原料として改質装置２に供給することができる。ガスエンジン６０の排ガスには、水分、二酸化炭素及び酸素が含まれている。このため、ガスエンジン６０の排ガスを改質装置２に供給することにより、水分、二酸化炭素及び酸素が改質装置２に供給されるので、改質率を上昇させることができる。また、顕熱としての昇温や酸素による部分酸化反応の発熱によって二酸化炭素の改質への熱供給が可能となる。
実施形態２では、改質装置２においてドライリフォーミングのみで原料ガスを改質していたが、実施形態１と同様に、ドライリフォーミングとスチームリフォーミングとを併発するように構成してもよい。メタン発酵槽６１で生成された消化ガスを原料ガスとして使用する場合、消化ガスは生物由来のため、メタン及び二酸化炭素の比率がそれぞれ６０％及び４０％となり、二酸化炭素を全部利用してもメタンを全て改質することはできない。消化ガス中には、メタン発酵槽６１の出口における温度（約５０℃前後）の飽和蒸気圧の水分（常圧において１０〜１５％）が含まれており、凝縮水を分離せずにスチームリフォーミングを併発することにより、メタンの改質をより進行させる（メタンの転化率を上げる）ことができる。その結果、原料ガスの発熱量をより増加させることができる。
（実施形態３）
次に、実施形態３に係るプラントについて説明する。実施形態３に係るプラントは、実施形態１に対して、改質ガス消費装置を、燃料を消費して電力を生産するデバイスに変更したものである。尚、実施形態３において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
＜実施形態３に係るプラント１の構成＞
図６に示されるように、本開示の実施形態３に係るプラント１は、少なくともメタン及び二酸化炭素を含む原料ガスを改質する改質装置２と、改質装置２で得られた改質ガスを燃料として消費する改質ガス消費装置である固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）７０とを備えている。すなわち、ＳＯＦＣ７０が、燃料を消費して電力を生産するデバイスに相当する。改質装置２の構成は、実施形態１のプラント１に設けられた改質装置２の構成と同じである。
ＳＯＦＣ７０は、空気極７０ａと、燃料極７０ｂと、空気極７０ａ及び燃料極７０ｂ間に設けられた固体電解質７０ｃとを有している。空気極７０ａに加圧空気を供給するための加圧空気供給装置７１が設けられ、空気極７０ａと加圧空気供給装置７１とは、加圧空気供給装置７１から流出した加圧空気が流通する加圧空気供給管７２と、空気極７０ａから流出した排空気が流通する排空気流通管７３とによって連通されている。燃料極７０ｂは、配管４を介して改質装置２と連通している。燃料極７０ｂから流出した排ガスすなわち排燃料が改質装置２の熱媒体流通室１４に供給可能となるように、燃料極７０ｂと熱媒体流通室１４とが熱媒体流通管１６によって接続されている。熱媒体流通室１４から流出した排燃料が加圧空気供給装置７１に供給可能となるように、熱媒体流通室１４と加圧空気供給装置７１とが配管７４によって接続されている。その他の構成は実施形態１と同じである。
＜実施形態３に係るプラント１の動作＞
次に、本開示の実施形態３に係るプラントの動作について説明する。図６に示されるように、メタン発酵槽６１で生成された消化ガスが原料ガスとして、配管６２を介して改質装置２に供給されて改質ガスが生成する動作は、実施形態１と同じである。ただし、改質装置２の熱媒体流通室１４に供給される熱媒体が、後述する動作でＳＯＦＣ７０の燃料極７０ｂから流出した排燃料である点で、実施形態１と異なる。
改質装置２で生成した改質ガスは、配管４を介してＳＯＦＣ７０の燃料極７０ｂに供給される。ＳＯＦＣ７０の空気極７０ａには、加圧空気供給管７２を介して加圧空気供給装置７１から加圧空気が供給される。ＳＯＦＣ７０では、空気極７０ａを流通する加圧空気中の酸素と、燃料極７０ｂを流通する改質ガス中の水素と一酸化炭素とが固体電解質７０ｃを介して反応して発電が行われる。この反応の反応熱は、燃料極７０ｂから流出する排燃料に含まれている。このため、排燃料は、燃料極７０ｂから流出した後、熱媒体として熱媒体流通管１６を介して改質装置２の熱媒体流通室１４に供給される。改質装置２における排燃料の熱媒体としての動作は、実施形態２と同じである。熱媒体流通室１４から流出した排燃料は、配管７４を介して加圧空気供給装置７１に供給され、加圧空気を製造するための燃料として使用することができる。一方、空気極７０ａから流出した排空気は、排空気流通管７３を介して加圧空気供給装置７１に戻る。
実施形態３でも実施形態１及び２と同様に、改質触媒２２（図２参照）は電場触媒であるので、電場触媒を使用しない場合に比べて原料ガスの改質反応の反応温度を低下することができる。その結果、ＳＯＦＣ７０における改質ガスの消費による排熱を含む排燃料で、改質装置２における原料ガスの改質反応の反応温度を調整することが可能になるので、改質ガスを消費するプラント１においてコストの上昇を抑えることができる。
実施形態３では、熱媒体が、ＳＯＦＣ７０の燃料極７０ｂから流出した排燃料であったが、空気極７０ａから流出した排空気を熱媒体とすることもできる。すなわち、ＳＯＦＣ７０から流出する排ガスである排燃料及び排空気のどちらも熱媒体とすることができる。排燃料のガス量よりも排空気のガス量の方が多いため、熱媒体として排空気を有効に利用することができる。一方で、排燃料中には未利用燃料が残っているため、排燃料を排空気と混合させて、ＳＯＦＣ７０での燃焼に使用させることも行われており、この場合には、排空気を熱媒体として使用できないので、排燃料を熱媒体として使用することになる。
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）一の態様に係るプラントは、
少なくともメタン及び二酸化炭素を含む原料ガスを改質して得られた改質ガスを消費するプラント（１）であって、
前記原料ガスを改質するための改質触媒（２２）及び改質触媒（２２）に電力を供給する電力供給部材（３０）を含み、改質触媒（２２）に電力を供給して前記原料ガスを改質する改質装置（２）と、
前記改質ガスを消費する改質ガス消費装置（メタノール合成装置３／ガスエンジン６０／固体酸化物型燃料電池７０）と
を備え、
前記改質ガス消費装置における前記改質ガスの消費による排熱を含む熱媒体で、前記改質装置（２）における前記原料ガスの改質反応の反応温度を調整可能に構成されている。
本開示のプラントによれば、改質触媒は、改質触媒に電力を供給して原料ガスを改質する電場触媒であるので、電場触媒を使用しない場合に比べて原料ガスの改質反応の反応温度を低下することができる。その結果、改質ガス消費装置における改質ガスの消費による排熱を含む熱媒体で、改質装置における原料ガスの改質反応の反応温度を調整することが可能になるので、改質ガスを消費するプラントにおいてコストの上昇を抑えることができる。
（２）別の態様に係るプラントは、（１）に記載のプラントであって、
前記改質ガス消費装置は、メタノールの合成の原料として前記改質ガスが消費されるメタノール合成装置（３）であり、
前記原料ガスの改質反応は、
メタンと蒸気とが反応するスチームリフォーミングと、
メタンと二酸化炭素とが反応するドライリフォーミングと
の両方を含む。
このような構成によれば、スチームリフォーミングとドライリフォーミングとの併発により、Ｍ値（＝［Ｈ２］／（２［ＣＯ］＋３［ＣＯ２］））がおよそ１となる改質ガスが得られるようになる。Ｍ値が１の改質ガスはメタノール合成に適しているので、メタノール合成の効率を上昇することができる。
（３）さらに別の態様に係るプラントは、（２）に記載のプラントであって、
前記熱媒体は、
前記メタノールの合成反応の反応熱によって生じた第１蒸気と、
前記第１蒸気とは異なる付加蒸気と
を含む。
メタノール合成反応の反応熱によって生じた第１蒸気の温度は、メタノール合成反応の進行状況に応じて変動して、改質反応の温度を適切に調節できなくなるおそれがある。しかし、このような構成によれば、第１蒸気の温度が変動した場合でも、付加蒸気の供給量を調整することにより、改質反応の反応温度を調整することができる。
（４）さらに別の態様に係るプラントは、（３）に記載のプラントであって、
ボイラ（５０）をさらに備え、
前記付加蒸気は前記ボイラ（５０）によって生成される第２蒸気を含む。
このような構成によれば、第１蒸気の温度が変動した場合でも、第２蒸気の供給量を調整することにより、改質反応の反応温度を調整することができる。
（５）さらに別の態様に係るプラントは、（３）または（４）に記載のプラントであって、
気化器（５１）をさらに備え、
前記付加蒸気は前記気化器（５１）によって生成される第３蒸気を含む。
このような構成によれば、第１蒸気の温度が変動した場合でも、第３蒸気の供給量を調整することにより、改質反応の反応温度を調整することができる。
（６）さらに別の態様に係るプラントは、（１）に記載のプラントであって、
前記改質ガス消費装置は、燃料を消費して電力を生産するデバイス（ガスエンジン６０／固体酸化物型燃料電池７０）であり、
前記熱媒体は、前記デバイス（６０／７０）から排出された排ガスを含む。
このような構成によれば、改質触媒は電場触媒であるので、電場触媒を使用しない場合に比べて原料ガスの改質反応の反応温度を低下することができる。その結果、燃料を消費して電力を生産するデバイスにおける改質ガスの消費によって生じた排ガスで、改質装置における原料ガスの改質反応の反応温度を調整することが可能になるので、燃料を消費して電力を生産するデバイスで改質ガスを消費するプラントにおいてコストの上昇を抑えることができる。
（７）さらに別の態様に係るプラントは、（６）に記載のプラントであって、
前記デバイスはガスエンジン（６０）である。
このような構成によれば、改質触媒は電場触媒であるので、電場触媒を使用しない場合に比べて原料ガスの改質反応の反応温度を低下することができる。その結果、ガスエンジンにおける改質ガスの消費によって生じた排ガスで、改質装置における原料ガスの改質反応の反応温度を調整することが可能になるので、ガスエンジンで改質ガスを消費するプラントにおいてコストの上昇を抑えることができる。
（８）さらに別の態様に係るプラントは、（７）に記載のプラントであって、
前記ガスエンジン（６０）の排ガスの一部が、前記原料ガスの改質反応の原料として前記改質装置（２）に供給されるように構成されている。
ガスエンジンの排ガスには、水分、二酸化炭素及び酸素が含まれている。このため、このような構成によれば、ガスエンジンの排ガスを原料ガスの改質反応の原料として改質装置に供給することにより、水分、二酸化炭素及び酸素が改質装置に供給されるので、改質率を上昇させることができる。また、顕熱としての昇温や酸素による部分酸化反応の発熱によって二酸化炭素の改質への熱供給が可能となる。
（９）さらに別の態様に係るプラントは、（７）または（８）に記載のプラントであって、
前記原料ガスの改質反応は、
メタンと蒸気とが反応するスチームリフォーミングと、
メタンと二酸化炭素とが反応するドライリフォーミングと
の両方を含む。
メタン発酵槽で生成された消化ガスを原料ガスとして使用する場合、消化ガスは生物由来のため、メタン及び二酸化炭素の比率がそれぞれ６０％及び４０％となり、二酸化炭素を全部利用してもメタンを全て改質することはできない。これに対し、（９）の構成によれば、消化ガス中には、メタン発酵槽の出口における温度（約５０℃前後）の飽和蒸気圧の水分（常圧において１０〜１５％）が含まれており、凝縮水を分離せずにスチームリフォーミングを併発することにより、メタンの改質をより進行させる（メタンの転化率を上げる）ことができる。その結果、原料ガスの発熱量をより増加させることができる。
（１０）さらに別の態様に係るプラントは、（６）に記載のプラントであって、
前記デバイスは固体酸化物型燃料電池である。
このような構成によれば、改質触媒は電場触媒であるので、電場触媒を使用しない場合に比べて原料ガスの改質反応の反応温度を低下することができる。その結果、固体酸化物型燃料電池における改質ガスの消費によって生じた排ガスで、改質装置における原料ガスの改質反応の反応温度を調整することが可能になるので、固体酸化物型燃料電池で改質ガスを消費するプラントにおいてコストの上昇を抑えることができる。
（１１）さらに別の態様に係るプラントは、（１）〜（１０）のいずれかに記載のプラントであって、
前記二酸化炭素の一部は前記プラント（１）の外部から受け入れられるように構成されている。
改質触媒として電場触媒を使用することにより、通常の熱触媒を使用した場合に比べて高い転化率を得ることができるため、改質装置における原料中の二酸化炭素の消費量も増加する。このため、二酸化炭素の一部をプラントの外部から受け入れられるように構成することができるようになり、二酸化炭素の受け入れによる利益を得ることが可能になる。
（１２）さらに別の態様に係るプラントは、（１）〜（１１）のいずれかに記載のプラントであって、
前記原料ガスの改質反応の反応温度は３７３Ｋ〜７００Ｋの範囲である。
改質装置内の圧力が１気圧であれば、３７３Ｋ以上の温度とすることで、改質装置に供給された蒸気は液化しないので、ドライリフォーミング反応を継続することができる。また、電場触媒を使用した場合、７００Ｋ以下の温度では、スチームリフォーミング及びドライリフォーミングのそれぞれの反応の逆反応が生じないので、電場触媒を使用しない場合に比べて低い温度で高い転化率を得ることができる。
（１３）さらに別の態様に係るプラントは、（１）〜（１２）のいずれかに記載のプラントであって、
前記改質装置（２）は、並列配置された少なくとも３つのプレート（２１）を有し、
前記プレート（２１）が並列配置される方向において互い違いとなるように、前記原料ガスが流通する原料ガス流通室（２５）と、前記熱媒体が流通する熱媒体流通室（１４）とが、隣り合うプレート（２１，２１）間に形成され、
前記原料ガス流通室（２５）内には前記改質触媒（２２）が収容され、
前記電力供給部材（３０）は各プレート（２１）に電力を供給するように構成されている。
このような構成によれば、改質装置において電場触媒を使用して原料ガスを改質することができる。
（１４）一の態様に係る方法は、
少なくともメタン及び二酸化炭素を含む原料ガスを改質する方法であって、
前記原料ガスを改質するための改質触媒に電力を供給して前記原料ガスを改質する改質ステップと、
前記改質ガスを消費する消費ステップと、
前記改質ガスの消費による排熱を含む熱媒体で、前記改質ステップにおける前記原料ガスの改質反応の反応温度を調整する調整ステップと
を含む原料ガスを改質する。
このような方法によれば、改質触媒は、改質触媒に電力を供給して原料ガスを改質する電場触媒であるので、電場触媒を使用しない場合に比べて原料ガスの改質反応の反応温度を低下することができる。その結果、消費ステップにおける改質ガスの消費による排熱を含む熱媒体で、改質ステップにおける原料ガスの改質反応の反応温度を調整することが可能になるので、原料ガスを改質する方法においてコストの上昇を抑えることができる。
１ プラント
２ 改質装置
３ メタノール合成装置（改質ガス消費装置）
１４ 熱媒体流通室
２１ プレート
２２ 改質触媒
２５ 原料ガス流通室
３０ 電力供給部材
５０ ボイラ
５１ 気化器
６０ ガスエンジン（改質ガス消費装置）
７０ 固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）（改質ガス消費装置）

Claims (10)

  1. 少なくともメタン及び二酸化炭素を含む原料ガスを改質して得られた改質ガスを消費するプラントであって、
    前記原料ガスを改質するための改質触媒及び該改質触媒に電力を供給する電力供給部材を含み、前記改質触媒に電力を供給して前記原料ガスを改質する改質装置と、
    前記改質ガスを消費する改質ガス消費装置と
    を備え、
    前記改質ガス消費装置における前記改質ガスの消費による排熱を含む熱媒体で、前記改質装置における前記原料ガスの改質反応の反応温度を調整可能に構成され、
    前記改質ガス消費装置は、メタノールの合成の原料として前記改質ガスが消費されるメタノール合成装置であり、
    前記原料ガスの改質反応は、
    メタンと蒸気とが反応するスチームリフォーミングと、
    メタンと二酸化炭素とが反応するドライリフォーミングと
    の両方を含むプラント。
  2. 前記熱媒体は、
    前記メタノールの合成反応の反応熱によって生じた第１蒸気と、
    前記第１蒸気とは異なる付加蒸気と
    を含む、請求項１に記載のプラント。
  3. ボイラをさらに備え、
    前記付加蒸気は前記ボイラによって生成される第２蒸気を含む、請求項２に記載のプラント。
  4. 気化器をさらに備え、
    前記付加蒸気は前記気化器によって生成される第３蒸気を含む、請求項２または３に記載のプラント。
  5. 少なくともメタン及び二酸化炭素を含む原料ガスを改質して得られた改質ガスを消費するプラントであって、
    前記原料ガスを改質するための改質触媒及び該改質触媒に電力を供給する電力供給部材を含み、前記改質触媒に電力を供給して前記原料ガスを改質する改質装置と、
    前記改質ガスを消費する改質ガス消費装置と
    を備え、
    前記改質ガス消費装置における前記改質ガスの消費による排熱を含む熱媒体で、前記改質装置における前記原料ガスの改質反応の反応温度を調整可能に構成され、
    前記改質ガス消費装置は、前記改質ガスを消費して電力を生産する固体酸化物型燃料電池であり、
    前記熱媒体は、前記固体酸化物型燃料電池から排出された排ガスを含むプラント。
  6. 前記二酸化炭素の一部は前記プラントの外部から受け入れられるように構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラント。
  7. 前記原料ガスの改質反応の反応温度は３７３Ｋ〜７００Ｋの範囲である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラント。
  8. 前記改質装置は、並列配置された少なくとも３つのプレートを有し、
    前記プレートが並列配置される方向において互い違いとなるように、前記原料ガスが流通する原料ガス流通室と、前記熱媒体が流通する熱媒体流通室とが、隣り合うプレート間に形成され、
    前記原料ガス流通室内には前記改質触媒が収容され、
    前記電力供給部材は各プレートに電力を供給するように構成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラント。
  9. 少なくともメタン及び二酸化炭素を含む原料ガスを改質する方法であって、
    前記原料ガスを改質するための改質触媒に電力を供給して前記原料ガスを改質する改質ステップと、
    前記改質ステップにおいて前記原料ガスを改質して得られた改質ガスを消費する消費ステップと、
    前記改質ガスの消費による排熱を含む熱媒体で、前記改質ステップにおける前記原料ガスの改質反応の反応温度を調整する調整ステップと
    を含み、
    前記消費ステップでは、メタノール合成装置において前記改質ガスが消費されてメタノールが合成され、
    前記原料ガスの改質反応は、
    メタンと蒸気とが反応するスチームリフォーミングと、
    メタンと二酸化炭素とが反応するドライリフォーミングと
    の両方を含む、原料ガスを改質する方法。
  10. 少なくともメタン及び二酸化炭素を含む原料ガスを改質する方法であって、
    前記原料ガスを改質するための改質触媒に電力を供給して前記原料ガスを改質する改質ステップと、
    前記改質ステップにおいて前記原料ガスを改質して得られた改質ガスを消費する消費ステップと、
    前記改質ガスの消費による排熱を含む熱媒体で、前記改質ステップにおける前記原料ガスの改質反応の反応温度を調整する調整ステップと
    を含み、
    前記消費ステップでは、固体酸化物型燃料電池において前記改質ガスを消費して電力を生産し、
    前記熱媒体は、前記固体酸化物型燃料電池から排出された排ガスを含む、原料ガスを改質する方法。
JP2019157038A 2019-08-29 2019-08-29 改質ガスを消費するプラント及び原料ガスを改質する方法 Active JP6974402B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019157038A JP6974402B2 (ja) 2019-08-29 2019-08-29 改質ガスを消費するプラント及び原料ガスを改質する方法
CA3070166A CA3070166A1 (en) 2019-08-29 2020-01-29 Reformed gas consuming plant and source gas reforming method
SG10202000819YA SG10202000819YA (en) 2019-08-29 2020-01-29 Reformed gas consuming plant and source gas reforming method
US16/782,322 US20210060508A1 (en) 2019-08-29 2020-02-05 Reformed gas consuming plant and source gas reforming method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019157038A JP6974402B2 (ja) 2019-08-29 2019-08-29 改質ガスを消費するプラント及び原料ガスを改質する方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021031369A JP2021031369A (ja) 2021-03-01
JP6974402B2 true JP6974402B2 (ja) 2021-12-01

Family

ID=74675316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019157038A Active JP6974402B2 (ja) 2019-08-29 2019-08-29 改質ガスを消費するプラント及び原料ガスを改質する方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20210060508A1 (ja)
JP (1) JP6974402B2 (ja)
CA (1) CA3070166A1 (ja)
SG (1) SG10202000819YA (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023124239A (ja) * 2022-02-25 2023-09-06 三菱重工業株式会社 プラント
WO2023182506A1 (ja) * 2022-03-25 2023-09-28 三菱瓦斯化学株式会社 メタノール製造方法及びメタノール製造装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06227801A (ja) * 1993-02-02 1994-08-16 Aqueous Res:Kk 燃料改質器および燃料改質方法
JP2003002607A (ja) * 2001-06-14 2003-01-08 Nissan Motor Co Ltd 燃料改質システム
JP4013704B2 (ja) * 2002-08-30 2007-11-28 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気リフォーマシステム
JP2013130179A (ja) * 2011-12-22 2013-07-04 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の制御装置
JP2019206453A (ja) * 2018-05-29 2019-12-05 Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 製鉄所副生ガスの改質装置及び改質方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20210060508A1 (en) 2021-03-04
SG10202000819YA (en) 2021-03-30
JP2021031369A (ja) 2021-03-01
CA3070166A1 (en) 2021-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7201979B2 (en) SORFC system and method with an exothermic net electrolysis reaction
AU760235B2 (en) Solid oxide fuel cell which operates with an excess of fuel
JP6615220B2 (ja) 炭酸塩化学種の閉ループ循環による発電のためのｓｏｆｃ系システム
AU2008338511B2 (en) Fuel cell-based process for generating electrical power
AU2008338503B2 (en) System and process for generating electrical power
JPH09129255A (ja) 間接燃焼ガスタービンおよび２重化された燃料電池の複合サイクルの電力発生システム
AU2008338499A1 (en) Fuel cell-based process for generating electrical power
JP6974402B2 (ja) 改質ガスを消費するプラント及び原料ガスを改質する方法
CN101432919B (zh) 固体氧化物型燃料电池系统及其运行方法
US20130130134A1 (en) Solid oxide fuel cell steam reforming power system
US20090155640A1 (en) System and process for generating electrical power
JP2001080904A (ja) 燃料改質器
US20090155638A1 (en) System and process for generating electrical power
JP3789706B2 (ja) Ｃｏ変成ユニットおよび固体高分子型燃料電池発電システム
JP2003288936A (ja) 燃料電池発電装置とその運転方法
JPH11135140A (ja) アノード排ガスをリサイクルする複合発電設備
WO2004086585A2 (en) Sorfc system and method with an exothermic net electrolysis reaction
US20230335766A1 (en) Combined fuel cell and digestion system and method of operating thereof
JP2002241108A (ja) 燃料改質装置および燃料電池発電装置
JP2006156015A (ja) 燃料電池システムおよび燃料ガス供給方法
JP2003288933A (ja) 燃料電池発電装置
KR20070040249A (ko) 냉각 장치를 갖는 연료 전지 시스템
CN115650169A (zh) 燃料电池用集成式制氢装置
KR20080027684A (ko) 연료전지 시스템의 개질기용 냉각장치
RO128289A2 (ro) Procesor de hidrogen pentru alimentarea pilelor de combustibil

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200410

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210413

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210604

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210921

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211006

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211019

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211104

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6974402

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150