JP7117867B2 - Methane removal system and methane removal method - Google Patents

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Description

本発明は、メタンを含む被処理ガス中のメタンを除去するメタン除去システム及びメタン除去方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a methane removal system and a methane removal method for removing methane in a gas to be treated containing methane.

炭化水素の酸化除去触媒として、白金、パラジウムなどの白金族金属を担持した触媒が
高い性能を示すことが知られている。しかしながら、このような触媒を用いても、メタン発酵ガスや天然ガスの燃焼排ガスのように、含まれる炭化水素の主成分がメタンである場合には、メタンが高い化学的安定性を有するために、十分なメタン除去が達成されないという問題がある。
As catalysts for removing hydrocarbons by oxidation, catalysts supporting platinum group metals such as platinum and palladium are known to exhibit high performance. However, even if such a catalyst is used, when the main component of the hydrocarbons contained is methane, such as in methane fermentation gas and combustion exhaust gas of natural gas, methane has high chemical stability. , the problem is that sufficient methane removal is not achieved.

近年では地球温暖化問題が強く認識されるようになり、炭鉱換気ガスのように、希薄(0.1から1%程度)なメタンを含有するガスが大量に放散されている点が問題視され、その経済的な処理も課題となっている。メタンを除去するにあたって、可能な限り低温で処理できる高活性なメタン処理システムが求められている。 In recent years, the problem of global warming has come to be strongly recognized, and the fact that a large amount of gas containing dilute methane (about 0.1 to 1%) such as coal mine ventilation gas is diffused is regarded as a problem. , and its economic treatment is also an issue. In removing methane, a highly active methane treatment system capable of treating at the lowest possible temperature is required.

このような問題を解消するものとして、特許文献1に記載された未燃焼メタンの処理方法が提案されている。この特許文献1記載の処理方法は、混合ガスに残留するメタンを処理する方法であり、プラズマ反応器内にメタンを含む混合ガスを導入し、プラズマ反応器内にプラズマ発生させる工程や、プラズマ反応器内に導入した混合ガスを触媒装置に導入する工程を行う。 A method for treating unburned methane described in Patent Document 1 has been proposed as a solution to such problems. The treatment method described in Patent Document 1 is a method for treating methane remaining in the mixed gas, and includes a step of introducing a mixed gas containing methane into a plasma reactor, generating plasma in the plasma reactor, and a plasma reaction. A step of introducing the mixed gas introduced into the vessel into the catalyst device is performed.

この特許文献1記載の処理方法によれば、プラズマと触媒酸化とを組み合わせていることで、浄化のために混合ガスを触媒の活性温度以上に加熱することなく、未燃焼のメタンを含んだ混合ガスを浄化することができる。 According to the treatment method described in Patent Document 1, by combining plasma and catalytic oxidation, the mixed gas containing unburned methane is not heated to the activation temperature of the catalyst or higher for purification. Gas can be purified.

特開2008-168284号公報JP 2008-168284 A

上述したように、特許文献1記載の未燃焼メタンの処理方法によれば、被処理ガスの温度が触媒の活性温度より低い場合であっても、プラズマと触媒酸化とを併用することによって未燃焼メタンの除去率を高くすることができる。 As described above, according to the method for treating unburned methane described in Patent Document 1, even when the temperature of the gas to be treated is lower than the activation temperature of the catalyst, the combined use of plasma and catalytic oxidation results in unburned methane. Methane removal rate can be increased.

しかしながら、未燃焼メタンの除去にプラズマを利用するものであるため、プラズマを生成するための多量の電力を投入しなければならず、電力消費を抑えることができないという問題があった。 However, since plasma is used to remove unburned methane, a large amount of power must be supplied to generate plasma, and there is a problem that power consumption cannot be suppressed.

そこで、本願発明者は、投入電力を抑えつつ、未燃焼メタンを効率よく除去する方法について鋭意研究を重ねた結果、電圧及び微弱電流をメタン除去用触媒に印加することによって、プラズマと触媒とを併用する場合と比較して、投入電力を抑えた上で、未燃焼メタンを効率よく除去できるという新たな知見を見出した。 Therefore, the inventors of the present application conducted intensive research on a method for efficiently removing unburned methane while suppressing the power input, and as a result, by applying a voltage and a weak current to the catalyst for removing methane, the plasma and the catalyst are separated. We have found new knowledge that unburned methane can be efficiently removed while reducing power input compared to the case of using both.

本発明は、上記知見に基づきなされたものであり、投入電力を抑えつつ、メタンを含む被処理ガス中のメタンを効率よく除去することができるメタン除去システム及びメタン除去方法の提供を、その目的とする。 The present invention has been made based on the above findings, and it is an object of the present invention to provide a methane removal system and a methane removal method capable of efficiently removing methane from a gas to be treated containing methane while suppressing power input. and

上記目的を達成するための本発明に係るメタン除去システムの特徴構成は、メタンを含む被処理ガス中の前記メタンを除去するメタン除去システムであって、
半導体領域の電気伝導性を有し、前記被処理ガス中の前記メタンを除去するメタン除去用触媒と、
前記メタン除去用触媒に、投入電力が0.1~10Wとなるように0.1~2kVの電圧及び1~15mAの電流を印加する電場印加手段と、
前記電場印加手段の動作を制御する制御手段とを備え、
前記メタン除去用触媒は、担体としての酸化セリウムにPt、Pd、Rhの少なくともいずれか一種を担持させたものである点にある。
A characteristic configuration of a methane removal system according to the present invention for achieving the above object is a methane removal system for removing methane in a gas to be treated containing methane,
a methane removal catalyst that has the electrical conductivity of a semiconductor region and removes the methane in the gas to be treated;
electric field applying means for applying a voltage of 0.1 to 2 kV and a current of 1 to 15 mA to the methane removal catalyst so that the input power is 0.1 to 10 W ;
and a control means for controlling the operation of the electric field applying means,
The methane removal catalyst is characterized in that at least one of Pt, Pd and Rh is supported on cerium oxide as a carrier .

また、上記目的を達成するための本発明に係るメタン除去方法の特徴構成は、メタンを含む被処理ガス中の前記メタンを除去するメタン除去方法であって、
半導体領域の電気伝導性を有するメタン除去用触媒に電場印加手段によって、投入電力が0.1~10Wとなるように0.1~2kVの電圧及び1~15mAの電流を印加して、前記被処理ガス中の前記メタンを除去する処理を行い、
前記メタン除去用触媒は、担体としての酸化セリウムにPt、Pd、Rhの少なくともいずれか一種を担持させたものである点にある。
Further, a methane removal method according to the present invention for achieving the above object is characterized in that the methane removal method removes methane from a gas to be treated containing methane,
An electric field applying means applies a voltage of 0.1 to 2 kV and a current of 1 to 15 mA so that the input power is 0.1 to 10 W to the methane removal catalyst having electrical conductivity in the semiconductor region. Performing a process to remove the methane in the process gas,
The methane removal catalyst is characterized in that at least one of Pt, Pd and Rh is supported on cerium oxide as a carrier .

上記両特徴構成によれば、半導体領域の電気伝導性を有する触媒をメタン除去用触媒として用いており、このメタン除去用触媒に投入電力が0.1~10Wとなるように0.1~2kVの電圧及び1~15mAの電流を印加することで、メタン除去用触媒やこれに接触した被処理ガス中の分子が活性化し、メタン除去用触媒によって被処理ガスに含まれるメタンが効率よく除去される。また、投入電力が0.1~10Wとなるように0.1~2kVの電圧及び1~15mAの電流を印加するようにしているため、プラズマを利用する場合と比較して投入電力を抑えることができる。
また、メタン除去用触媒が、担体としての酸化セリウムにPt、Pd、Rhの少なくともいずれか一種を担持させたものであるため、当該メタン除去用触媒がメタン除去能力を十分に発揮するものとなっている。
According to the above two characteristic configurations, the catalyst having electrical conductivity in the semiconductor region is used as the methane removal catalyst, and the power applied to the methane removal catalyst is 0.1 to 2 kV so that the power is 0.1 to 10 W. and a current of 1 to 15 mA activates the methane removal catalyst and the molecules in the gas to be treated that are in contact with it, and the methane contained in the gas to be treated is efficiently removed by the methane removal catalyst. be. In addition, since a voltage of 0.1 to 2 kV and a current of 1 to 15 mA are applied so that the input power is 0.1 to 10 W, the input power can be suppressed compared to the case of using plasma. can be done.
In addition, since the methane removal catalyst is obtained by supporting at least one of Pt, Pd, and Rh on cerium oxide as a carrier, the methane removal catalyst sufficiently exhibits the methane removal ability. ing.

プラズマを利用する場合と比較して投入電力を抑えることができる場合とは、具体的に、プラズマの生成に必要な放電が形成しない電圧を印加する場合である。 The case where the input power can be suppressed as compared with the case of using plasma is, specifically, the case of applying a voltage that does not generate the discharge necessary for plasma generation.

即ち、本発明に係るメタン除去システムの更なる特徴構成は、前記電場印加手段は、放電形成最低電圧未満の電圧を印加する点にある。 That is, a further characteristic configuration of the methane removal system according to the present invention is that the electric field applying means applies a voltage lower than the minimum discharge forming voltage.

また、本発明に係るメタン除去システムの更なる特徴構成は、前記電場印加手段が前記メタン除去用触媒に直接接触した状態で前記電圧及び電流を印加する点にある。 A further characteristic configuration of the methane removal system according to the present invention is that the voltage and current are applied while the electric field applying means is in direct contact with the methane removal catalyst.

電場印加手段とメタン除去用触媒とが接触していない、即ち、両者の間に隙間が形成されている場合には、その隙間の空間抵抗により、電場印加手段によって電圧及び電流を印加した際の抵抗が大きくなるため、必要以上に大きな電力を投入しなければならなくなる。 When the electric field applying means and the methane removal catalyst are not in contact with each other, that is, when a gap is formed between them, the voltage and current are applied by the electric field applying means due to the spatial resistance of the gap. Since the resistance at the time increases, it becomes necessary to supply more power than necessary.

しかしながら、本特徴構成によれば、電場印加手段がメタン除去用触媒に直接接触し、両者の間に隙間が形成されていない状態であるため、隙間が形成されている場合と比較して、投入電力を抑えることができる。 However, according to this characteristic configuration, the electric field applying means is in direct contact with the methane removal catalyst, and no gap is formed between the two. Electricity can be saved.

また、本発明に係るメタン除去システムの更なる特徴構成は、前記被処理ガスに酸素が含まれ、前記被処理ガス中の前記メタンを酸化雰囲気下で除去する点にある。 A further characteristic configuration of the methane removal system according to the present invention is that the gas to be treated contains oxygen, and the methane in the gas to be treated is removed in an oxidizing atmosphere.

例えば、燃料として天然ガスを使用するHCCIエンジンやガスエンジンから排出されるガスには、未燃焼のメタンに加え酸素も含まれているが、本特徴構成によれば、被処理ガスに酸素が含まれる酸化雰囲気下においてメタンが除去される。 For example, the gas discharged from HCCI engines and gas engines that use natural gas as fuel contains oxygen in addition to unburned methane. Methane is removed under an oxidizing atmosphere.

ところで、一般的なメタン除去用触媒は、活性温度が400℃以上であるため、被処理ガス中のメタンを除去するためには、メタン除去用触媒が400℃以上の被処理ガスに曝されて、活性温度と同等かそれ以上の温度に昇温する必要がある。 By the way, since a general methane removal catalyst has an activation temperature of 400° C. or higher, in order to remove methane in the gas to be treated, the methane removal catalyst must be exposed to the gas to be treated of 400° C. or higher. , it is necessary to raise the temperature to a temperature equal to or higher than the activation temperature.

しかしながら、本願発明者が研究によって得た知見によれば、メタン除去用触媒に電圧及び微弱電流を印加した場合、メタン除去用触媒の温度が活性温度以下であってもメタンが効率よく除去される。 However, according to the knowledge obtained by the inventors of the present application through research, when a voltage and a weak current are applied to the methane removal catalyst, methane is efficiently removed even if the temperature of the methane removal catalyst is below the activation temperature. .

よって、本発明に係るメタン除去システムの更なる特徴構成は、前記被処理ガスの温度が、室温以上である点にある。 Therefore, a further characteristic configuration of the methane removal system according to the present invention is that the temperature of the gas to be treated is room temperature or higher.

また、本発明に係るメタン除去システムの更なる特徴構成は、前記被処理ガスの温度が、室温から300℃の範囲である点にある。 A further characteristic configuration of the methane removal system according to the present invention is that the temperature of the gas to be treated is in the range of room temperature to 300°C.

第1実施形態に係るメタン除去システムの構成例を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the structural example of the methane removal system which concerns on 1st Embodiment. 触媒層の温度とメタンの転化率との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the temperature of the catalyst layer and the conversion rate of methane.

以下、図面を参照して、一実施形態に係るメタン除去システムを、メタン発酵ガスや天然ガス系都市ガスなどの燃焼排ガスや、炭鉱換気ガス、各種プロセスガスなどのメタンを含有するガス(被処理ガスの一例)中のメタン除去に用いた態様を例に説明する。 Hereinafter, with reference to the drawings, the methane removal system according to one embodiment is applied to combustion exhaust gas such as methane fermentation gas and natural gas city gas, gas containing methane such as coal mine ventilation gas and various process gases (to be treated). An example of a gas) will be described using an embodiment used for removing methane in the gas.

〔メタン除去システム〕
図1は、一実施形態に係るメタン除去システムの概略的な構成図である。同図に示すように、メタン除去システム1は、被処理ガス排出源10からの被処理ガスEgを排出するための被処理ガス路7内に層状に収容され、当該被処理ガス路7に流通する被処理ガスEg中のメタンを除去するメタン除去用触媒2と、このメタン除去用触媒2に電圧及び微弱電流を印加する電場印加手段3と、動作を制御する制御手段6とを備えている。
[Methane removal system]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a methane removal system according to one embodiment. As shown in the figure, the methane removal system 1 is housed in layers in a gas channel 7 for discharging gas Eg from a gas source 10, and flows through the gas channel 7. A methane removal catalyst 2 for removing methane in the gas Eg to be treated, an electric field application means 3 for applying a voltage and a weak current to the methane removal catalyst 2, and a control means 6 for controlling the operation. .

〔メタン除去用触媒〕
メタン除去用触媒2は、好適には、酸化物触媒を用い、より好適には、セリウム酸化物、ジルコニア酸化物、セリウムジルコニウム固溶体酸化物からなる群から選択される少なくとも1種からなる担体にPt、Pd、Rhなどの活性金属を担持させたものを用いる。尚、担体及び活性金属は、上記に限られるものではないが、担体として絶縁体材料を用いた場合、電圧及び微弱電流を印加した際に絶縁破壊が起こり火花放電が発生して、被処理ガスEg中のメタンの除去を適切に行うことができないため、担体には、半導体領域の電気伝導性を有する材料を用いる必要がある。また、メタン除去用触媒2は、付加的に添加される添加成分を含んでも良い。
[Catalyst for removing methane]
The methane removal catalyst 2 preferably uses an oxide catalyst, more preferably Pt on a carrier made of at least one selected from the group consisting of cerium oxide, zirconia oxide, and cerium-zirconium solid solution oxide. , Pd, and Rh are used. In addition, the carrier and the active metal are not limited to the above, but when an insulating material is used as the carrier, dielectric breakdown occurs when a voltage and a weak current are applied, spark discharge occurs, and the gas to be treated Since the removal of methane in Eg cannot be adequately performed, it is necessary to use a material with electrical conductivity in the semiconducting region as the carrier. In addition, the methane removal catalyst 2 may contain additive components that are additionally added.

〔電場印加手段〕
電場印加手段3は、メタン除去用触媒2の層(以下、「触媒層2a」ともいう)を挟んで対向する位置に、それぞれ触媒層2aの表面に直接接触した状態で配設される一対の電極4a,4bと、電気配線により電極4a,4bに接続した電源5とを備えている。即ち、この電場印加手段3は、触媒層2aに所定の電流を流す、且つ、触媒層2aに所定の電圧を印加して、メタン除去用触媒2に電場を印加する手段である。
[Electric field applying means]
The electric field applying means 3 is a pair of electric field applying means 3 which are arranged in direct contact with the surface of the catalyst layer 2a at positions opposed to each other with the layer of the catalyst 2 for removing methane (hereinafter also referred to as "catalyst layer 2a") interposed therebetween. It comprises electrodes 4a, 4b and a power source 5 connected to the electrodes 4a, 4b by electrical wiring. That is, the electric field applying means 3 is a means for applying an electric field to the methane removal catalyst 2 by applying a predetermined current to the catalyst layer 2a and applying a predetermined voltage to the catalyst layer 2a.

〔制御手段〕
制御手段6は、投入する電力(投入電力)が所定の電力となるように電場印加手段3によって印加する電流の強さや電圧の大きさを制御する。尚、本実施形態のメタン除去システム1においては、放電形成最低電圧未満の電圧を印加するように、電場印加手段3の作動を制御手段6が制御するが、具体的には、電流を1~15mA又は電圧を0.1~2kVとし、投入電力が0.1~10Wとなるように、制御手段6によって電場印加手段3の動作を制御することが好ましい。投入電力が上記範囲内であれば、プラズマを発生させる場合と比較して、投入電力が大幅に少なくなる。
[Control means]
The control means 6 controls the strength of the current and the magnitude of the voltage applied by the electric field applying means 3 so that the power to be applied (input power) becomes a predetermined power. In the methane removal system 1 of the present embodiment, the control means 6 controls the operation of the electric field application means 3 so as to apply a voltage lower than the discharge formation minimum voltage. It is preferable to control the operation of the electric field applying means 3 by the control means 6 so that the voltage is 15 mA or 0.1 to 2 kV and the input power is 0.1 to 10 W. If the input power is within the above range, the input power is greatly reduced compared to the case of plasma generation.

以上の構成を備えたメタン除去システム1によるメタンを含む被処理ガスEg中のメタンの除去処理は以下のようにして行われる。 The removal of methane in the methane-containing gas to be treated Eg by the methane removal system 1 having the above configuration is performed as follows.

電場印加手段3によって、メタン除去用触媒2の層に所定の強さの電流を流す、且つ、所定の大きさの電圧を印加する。これにより、電気的作用によりメタン除去用触媒2が活性化する。尚、上述したように、本実施形態のメタン除去システム1においては、メタン除去用触媒2の担体が半導体領域の電気伝導性を有する材料であるため、前述の火花放電等の発生もなく、メタン除去用触媒2への電圧及び微弱電流の印加が適切に行われる。 The electric field applying means 3 applies a current of a predetermined strength to the layer of the methane removal catalyst 2 and a voltage of a predetermined magnitude. As a result, the methane removal catalyst 2 is activated by electrical action. As described above, in the methane removal system 1 of the present embodiment, the carrier of the methane removal catalyst 2 is made of a material having electrical conductivity in the semiconductor region. Application of voltage and weak current to the removal catalyst 2 is performed appropriately.

そして、被処理ガス排出源10から被処理ガス路7内に導入された被処理ガスEgがメタン除去用触媒2に接触することで、これに含まれる未燃焼のメタンがメタン除去用触媒2によって接触酸化され、二酸化炭素に変換される。尚、被処理ガス排出源10からの被処理ガスEgには未燃焼メタンのほか、酸素も含まれるため、メタン除去用触媒2による未燃焼メタンの接触酸化は、酸化雰囲気下において行われる。 When the gas to be treated Eg introduced from the gas to be treated discharge source 10 into the gas path 7 to be treated contacts the methane removal catalyst 2, unburned methane contained therein is removed by the methane removal catalyst 2. It is catalytically oxidized and converted to carbon dioxide. Since the gas to be treated Eg from the gas to be treated emission source 10 contains not only unburned methane but also oxygen, the catalytic oxidation of unburned methane by the methane removal catalyst 2 is performed in an oxidizing atmosphere.

ここで、本実施形態のメタン除去システム1では、上述したように、メタン除去用触媒2に電圧及び微弱電流を印加することで、メタン除去用触媒2を活性化している。一般的に、メタン除去用触媒2の活性温度は400℃以上であるが、メタン除去用触媒2が活性化していることにより、触媒層2aが活性温度よりも低い温度(室温から300℃程度の範囲)であっても、メタン除去用触媒2によって未燃焼メタンを効率よく二酸化炭素に変換することができる。 Here, in the methane removal system 1 of this embodiment, as described above, the methane removal catalyst 2 is activated by applying a voltage and a weak current to the methane removal catalyst 2 . Generally, the activation temperature of the methane removal catalyst 2 is 400° C. or higher, but since the methane removal catalyst 2 is activated, the temperature of the catalyst layer 2a is lower than the activation temperature (from room temperature to about 300° C.). range), the unburned methane can be efficiently converted into carbon dioxide by the methane removal catalyst 2 .

更に、被処理ガスEgの温度が低い場合、被処理ガスEgとの接触だけでは触媒層2aの温度を十分に上昇させることができず、未燃焼メタンの除去率が極端に低下する場合がある。しかしながら、本実施形態のメタン除去システム1においては、メタン除去用触媒2に電場を印加することによって、被処理ガスEgの温度が低い場合であってもメタン除去用触媒2のメタン除去能力を向上させることができ、未燃焼メタンの除去率を維持することができる。また、電気ヒータ等を用いて触媒層2aを補助的に加熱するような場合であっても、電圧及び微弱電流の印加によりメタン除去能力を向上させることができるため、電気ヒータ等に投入する電力を抑えることも可能である。 Furthermore, when the temperature of the gas to be treated Eg is low, the temperature of the catalyst layer 2a cannot be sufficiently raised only by contact with the gas to be treated Eg, and the removal rate of unburned methane may be extremely lowered. . However, in the methane removal system 1 of the present embodiment, by applying an electric field to the methane removal catalyst 2, the methane removal ability of the methane removal catalyst 2 is improved even when the temperature of the gas to be treated Eg is low. can be reduced and the unburned methane removal rate can be maintained. Further, even in the case of auxiliary heating of the catalyst layer 2a using an electric heater or the like, the methane removal ability can be improved by applying a voltage and a weak current. can also be suppressed.

以上のように、本実施形態に係るメタン除去システム1によれば、メタン除去用触媒2に電圧及び微弱電流を印加することによって、当該メタン除去用触媒2が活性化される。したがって、触媒層2aの温度がメタン除去用触媒2の活性温度よりも低い状態で、メタン除去用触媒2によって未燃焼メタンを効率よく二酸化炭素に変換して、被処理ガスEg中のメタンを除去することができる。 As described above, according to the methane removal system 1 according to the present embodiment, the methane removal catalyst 2 is activated by applying a voltage and a weak current to the methane removal catalyst 2 . Therefore, in a state in which the temperature of the catalyst layer 2a is lower than the activation temperature of the methane removal catalyst 2, the methane removal catalyst 2 efficiently converts unburned methane into carbon dioxide, thereby removing methane in the gas to be treated Eg. can do.

更に、メタン除去システム1によれば、電圧及び微弱電流を印加することによって、メタン除去用触媒2のメタン除去能力を向上させることができ、未燃焼メタンの除去率を維持することができる。また、電気ヒータ等を用いて触媒層2aを補助的に加熱するような場合であっても、電気ヒータ等に投入する電力を抑えることが可能となる。 Furthermore, according to the methane removal system 1, by applying voltage and weak current, the methane removal ability of the methane removal catalyst 2 can be improved, and the removal rate of unburned methane can be maintained. Further, even when the catalyst layer 2a is supplementarily heated by using an electric heater or the like, it is possible to reduce the electric power supplied to the electric heater or the like.

以下に具体的な実験例により本発明の効果を示す。 The effects of the present invention will be shown below with specific experimental examples.

メタン除去用触媒として、酸化セリウム(CeO)からなる担体に、質量パーセントが1質量%となるように活性金属としてのプラチナ(Pt)を担持させたものを使用し、このメタン除去用触媒を層高が4mmとなるように流路内に200mg充填して、窒素を主成分とし、メタン濃度が3000ppm、酸素濃度が8%の疑似的な被処理ガスを流量が100mL/min、SVが約50000h-1となるように流路内に導入し、メタンの転化率を算出した。 As the methane removal catalyst, a carrier made of cerium oxide (CeO 2 ) on which platinum (Pt) as an active metal is supported so that the weight percentage is 1% by weight is used, and this methane removal catalyst is used. 200 mg is filled in the flow channel so that the layer height is 4 mm, and nitrogen is the main component, the methane concentration is 3000 ppm, and the oxygen concentration is 8%. It was introduced into the channel so as to be 50,000 h −1 and the methane conversion rate was calculated.

また、実施例では、触媒層の表面に電極を接触させ、投入電力4W(電流が5mA、電圧が0.8kV)の電場を形成した。尚、実施例1では、電気ヒータを使用せずに電場を形成し、実施例2では、電気ヒータにより触媒層の温度を100℃に定常化させた状態で電場を形成し、実施例3では、電気ヒータにより触媒層の温度を200℃に定常化させた状態で電場を形成した。一方、比較例では、触媒層に電場を印加することなく、温度がおよそ300℃(比較例1),330℃(比較例2),350℃(比較例3),380℃(比較例4),400℃(比較例5)で定常化するように電気ヒータを用いて触媒層を加熱した。 In the examples, an electrode was brought into contact with the surface of the catalyst layer to form an electric field with an input power of 4 W (current: 5 mA, voltage: 0.8 kV). In Example 1, an electric field was formed without using an electric heater, in Example 2, an electric field was formed in a state where the temperature of the catalyst layer was stabilized at 100 ° C. by an electric heater, and in Example 3, An electric field was formed while the temperature of the catalyst layer was stabilized at 200° C. by an electric heater. On the other hand, in the comparative examples, the temperature was about 300° C. (Comparative Example 1), 330° C. (Comparative Example 2), 350° C. (Comparative Example 3), and 380° C. (Comparative Example 4) without applying an electric field to the catalyst layer. , 400° C. (Comparative Example 5).

実験結果は以下の表1に示す。尚、表1における「メタン転化率」は、メタンの入排出量をベースに算出した値である。また、図2は、触媒層の温度と、メタンの入排出量をベースに算出したメタン転化率との関係を表したグラフである。

Figure 0007117867000001
Experimental results are shown in Table 1 below. The "methane conversion rate" in Table 1 is a value calculated based on the amount of methane input and discharged. Moreover, FIG. 2 is a graph showing the relationship between the temperature of the catalyst layer and the methane conversion rate calculated based on the amount of input and output of methane.
Figure 0007117867000001

表1及び図2に示すように、比較例1-5では、触媒層の温度がそれぞれ311℃,333℃,352℃,381℃,405℃であり、メタン転化率が7.8%,12.5%,17.9%,30.6%,40.4%であった。これらの結果から、メタン除去用触媒に電場を印加しない場合には、触媒層の温度がメタン除去用触媒の活性温度(約400℃)よりも低いとメタン除去用触媒によるメタンの接触酸化が十分に起こらず、メタンの転化率を40%以上にするためには、触媒層の温度を400℃以上に上げなければならないことが分かる。 As shown in Table 1 and FIG. 2, in Comparative Examples 1-5, the temperatures of the catalyst layers were 311° C., 333° C., 352° C., 381° C. and 405° C., respectively, and the methane conversion rates were 7.8% and 12° C. .5%, 17.9%, 30.6% and 40.4%. From these results, when no electric field is applied to the methane removal catalyst, catalytic oxidation of methane by the methane removal catalyst is sufficient when the temperature of the catalyst layer is lower than the activation temperature (about 400°C) of the methane removal catalyst. It can be seen that the temperature of the catalyst layer must be raised to 400° C. or higher in order to prevent the occurrence of methane inversion and increase the methane conversion rate to 40% or higher.

これに対して、実施例1-3は、触媒層の温度にかかわらず、いずれもメタンの転化率が40%を超えている。上述したように、電場を印加しない場合には、メタン転化率を40%以上とするために触媒層を400℃以上に加熱する必要があるのに対し、電場を印加した場合には、触媒層の温度が239℃である実施例1であっても、メタン転化率が48.6を示しており、電場を印加することによって、低い温度でも高い活性を示すことが分かる。また、比較例2では、触媒層の温度が352℃でメタン転化率17.9%であるのに対し、触媒層の温度がこれと同等の363℃である実施例3では、メタンの転化率が77.5%という極めて高い値を示しており、このことから、電場を印加することによって、触媒層の温度が同程度であってもより高いメタン転化率を示すことが分かる。 In contrast, in Examples 1-3, the methane conversion rate exceeded 40% regardless of the temperature of the catalyst layer. As described above, when no electric field is applied, the catalyst layer needs to be heated to 400° C. or higher in order to achieve a methane conversion rate of 40% or higher, whereas when an electric field is applied, the catalyst layer Even in Example 1 in which the temperature is 239° C., the methane conversion rate is 48.6, and it can be seen that high activity is exhibited even at a low temperature by applying an electric field. In Comparative Example 2, the temperature of the catalyst layer was 352° C. and the methane conversion rate was 17.9%. shows an extremely high value of 77.5%, which indicates that the application of an electric field results in a higher methane conversion rate even at the same temperature of the catalyst layer.

また、メタンの入排出量をベースに算出したメタン転化率と二酸化炭素の排出量をベースに算出したメタン転化率とが同程度であることが確認でき、このことから、メタン除去用触媒によって接触酸化されたメタンの大部分が二酸化炭素に変換されていることも分かった。 In addition, it was confirmed that the methane conversion rate calculated based on the amount of methane input and emitted was approximately the same as the methane conversion rate calculated based on the amount of carbon dioxide emitted. It was also found that most of the oxidized methane was converted to carbon dioxide.

〔別実施形態〕
〔1〕
上記実施形態では、メタン除去システム1の構成について具体例を挙げて説明したが、その構成は適宜変更可能である。例えば、触媒層2aの表面に電極4a,4bを直接接触させるようにしているが、これに限られるものではない。例えば、触媒層2aの表面と電極4a,4bとの間に隙間があっても良いが、この場合、当該隙間の空間抵抗によって、メタン除去用触媒2に電圧及び微弱電流を印加するのに必要な電力が増加することになるため、投入電力を極力抑えるという観点からすれば、触媒層2aの表面に電極4a,4bを接触させることが好ましい。
[Another embodiment]
[1]
In the above embodiment, the configuration of the methane removal system 1 has been described with a specific example, but the configuration can be changed as appropriate. For example, the electrodes 4a and 4b are brought into direct contact with the surface of the catalyst layer 2a, but the present invention is not limited to this. For example, there may be a gap between the surface of the catalyst layer 2a and the electrodes 4a and 4b. From the viewpoint of minimizing the input power, it is preferable to bring the electrodes 4a and 4b into contact with the surface of the catalyst layer 2a.

〔2〕
上記実施形態では、メタン及び酸素が含まれる被処理ガスEg中のメタンを除去する態様を示したが、これに限られるものではなく、メタンの他に水や二酸化炭素、窒素酸化物などが混合した被処理ガス中のメタンを除去することも可能である。
[2]
In the above embodiment, the methane is removed from the gas to be treated Eg containing methane and oxygen. However, the present invention is not limited to this. It is also possible to remove methane in the gas to be treated.

〔3〕
上記実施形態では、被処理ガスの温度が低いことで触媒層2aが活性温度よりも低い温度(室温から300℃程度の範囲)にしかならない場合に、未燃焼メタンを二酸化炭素に変換する態様を示したが、本発明のメタン除去システムによれば、被処理ガスの温度が高く、触媒層2aが活性温度と同等又はそれ以上の温度に昇温する場合、即ち、被処理ガスの温度が活性温度以上の場合であれば、当然、未燃焼メタンを二酸化炭素に変換することができる。
[3]
In the above embodiment, when the temperature of the gas to be treated is low and the temperature of the catalyst layer 2a is only lower than the activation temperature (in the range of room temperature to about 300° C.), unburned methane is converted to carbon dioxide. However, according to the methane removal system of the present invention, when the temperature of the gas to be treated is high and the temperature of the catalyst layer 2a rises to a temperature equal to or higher than the activation temperature, that is, the temperature of the gas to be treated is activated. Above temperature, of course, unburned methane can be converted to carbon dioxide.

尚、上記実施形態(別実施形態を含む、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。 It should be noted that the configurations disclosed in the above embodiments (including other embodiments, the same shall apply hereinafter) can be applied in combination with configurations disclosed in other embodiments as long as there is no contradiction. The embodiments disclosed in this specification are exemplifications, and the embodiments of the present invention are not limited thereto, and can be modified as appropriate without departing from the object of the present invention.

本発明は、投入電力を抑えつつ、メタンを含む被処理ガス中のメタンを効率よく除去することができるメタン除去システム及びメタン除去方法に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a methane removal system and a methane removal method capable of efficiently removing methane from a gas to be treated containing methane while suppressing input power.

1 メタン除去システム
2 メタン除去用触媒
3 電場印加手段
4a,4b 電極
5 電源
6 制御手段
7 被処理ガス路
10 被処理ガス排出源
Eg 被処理ガス
Reference Signs List 1 methane removal system 2 methane removal catalyst 3 electric field applying means 4a, 4b electrode 5 power supply 6 control means 7 gas passage 10 gas discharge source Eg gas to be treated

Claims (7)

メタンを含む被処理ガス中の前記メタンを除去するメタン除去システムであって、
半導体領域の電気伝導性を有し、前記被処理ガス中の前記メタンを除去するメタン除去用触媒と、
前記メタン除去用触媒に、投入電力が0.1~10Wとなるように0.1~2kVの電圧及び1~15mAの電流を印加する電場印加手段と、
前記電場印加手段の動作を制御する制御手段とを備え、
前記メタン除去用触媒は、担体としての酸化セリウムにPt、Pd、Rhの少なくともいずれか一種を担持させたものであるメタン除去システム。
A methane removal system for removing methane in a gas to be treated containing methane,
a methane removal catalyst that has the electrical conductivity of a semiconductor region and removes the methane in the gas to be treated;
electric field applying means for applying a voltage of 0.1 to 2 kV and a current of 1 to 15 mA to the methane removal catalyst so that the input power is 0.1 to 10 W ;
and a control means for controlling the operation of the electric field applying means,
The methane removal system, wherein the methane removal catalyst comprises at least one of Pt, Pd, and Rh supported on cerium oxide as a carrier .
前記電場印加手段は、放電形成最低電圧未満の電圧を印加する請求項1に記載のメタン除去システム。 2. The methane removal system according to claim 1, wherein said electric field applying means applies a voltage less than a minimum discharge forming voltage. 前記電場印加手段は、前記メタン除去用触媒に直接接触した状態で前記電圧及び電流を印加する請求項1又は2に記載のメタン除去システム。 3. The methane removal system according to claim 1, wherein said electric field applying means applies said voltage and current while being in direct contact with said methane removal catalyst. 前記被処理ガスに酸素が含まれ、前記被処理ガス中の前記メタンを酸化雰囲気下で除去する請求項1~3の何れか一項に記載のメタン除去システム。 The methane removal system according to any one of claims 1 to 3, wherein the gas to be treated contains oxygen, and the methane in the gas to be treated is removed under an oxidizing atmosphere. 前記被処理ガスの温度は、室温以上である請求項1~の何れか一項に記載のメタン除去システム。 The methane removal system according to any one of claims 1 to 4 , wherein the temperature of the gas to be treated is room temperature or higher. 前記被処理ガスの温度は、室温から300℃の範囲である請求項1~の何れか一項に記載のメタン除去システム。 The methane removal system according to any one of claims 1 to 4 , wherein the temperature of the gas to be treated ranges from room temperature to 300°C. メタンを含む被処理ガス中の前記メタンを除去するメタン除去方法であって、
半導体領域の電気伝導性を有するメタン除去用触媒に電場印加手段によって、投入電力が0.1~10Wとなるように0.1~2kVの電圧及び1~15mAの電流を印加して、前記被処理ガス中の前記メタンを除去する処理を行い、
前記メタン除去用触媒は、担体としての酸化セリウムにPt、Pd、Rhの少なくともいずれか一種を担持させたものであるメタン除去方法。
A methane removal method for removing methane in a gas to be treated containing methane,
An electric field applying means applies a voltage of 0.1 to 2 kV and a current of 1 to 15 mA so that the input power is 0.1 to 10 W to the methane removal catalyst having electrical conductivity in the semiconductor region. Performing a process to remove the methane in the process gas,
The method for removing methane, wherein the catalyst for removing methane comprises at least one of Pt, Pd and Rh supported on cerium oxide as a carrier .
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