JP7270865B1 - メタン生成システム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施の形態1におけるメタン生成システムを示す模式図である。
図1に示すように、メタン生成システム1は、メタン生成部2と、改質器3と、燃料電池4と、回収装置5と、循環経路6と、返送経路7と、を備える。メタン生成システムは、「燃料電池システム」ともいう。
供給経路110は、図示しない供給源から供給された水(水蒸気)を電解装置120に導く。供給経路110には、水を気化させる蒸発器(水蒸気生成部)が設けられていてもよい。
2H2O→2H2+O2 ・・・(I)
CO2+4H2→CH4+2H2O ・・・(II)
燃料ガスは、排出経路60を通して改質器3に導かれる。改質器3に導かれる燃料ガスに含まれる水は、水蒸気であることが望ましい。
CH4+H2O→CO+3H2 ・・・(III)
改質ガスは、一酸化炭素変成器および一酸化炭素除去器によって一酸化炭素の濃度が低くなるため、水素(H2)を主成分とするガスとなる。
生成物ガスの一部は、図示しない排出経路から排出される。
回収装置5には、例えば、吸着分離、膜分離、冷却分離、遠心分離、重力分離、気液分離などの分離手法が採用される。回収装置5には、これらの分離手法のうち1つを採用してもよいし、2以上を組み合わせてもよい。
冷却分離を用いた回収装置5は、例えば、冷却により特定の成分を液化させて他の成分(気体)から分離する。具体的には、例えば、水を含む成分を液化させ、二酸化炭素を含む気体と分離することができる。
導出路61は、燃料電池4と回収装置5とを接続する。導出路61は、燃料電池4から、生成物ガスの一部を返送流体F1として取り出す。導出路61は、返送流体F1を回収装置5に導く。
メタン生成システム1は、返送流体F3を改質器3に導く返送経路7を備えるため、燃料電池4で発生した熱を改質器3で利用することができる。よって、エネルギー効率を高めることができる。
次に、実施の形態2に係るメタン生成システムについて説明する。本実施の形態に係るメタン生成システムは、実施の形態1と共通の構成を有するため、主に、実施の形態1と異なる点を説明する。実施の形態1と同じ構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
図2に示すように、メタン生成システム201は、メタン生成部2に代えてメタン生成部202を備える。メタン生成システム201は、循環経路6に代えて循環経路206を備える。メタン生成システム201は、これらの点で、実施の形態1のメタン生成システム1(図1参照)と異なる。
供給経路10は、図示しない供給源から供給された水(水蒸気)を共電解装置20に導く。供給経路10には、水を気化させる蒸発器(水蒸気生成部)が設けられていてもよい。供給経路10は、水だけを供給してもよいが、水と二酸化炭素の両方を供給してもよい。
固体酸化物形電解セルに供給される二酸化炭素と水との比率は、目的とする混合ガスの成分(一酸化炭素、水素)の比率に応じて定めることができる。
CO2+H2O→CO+H2+O2 ・・・(IV)
共電解装置20の入口は、供給経路10および返送路262が接続された箇所である。共電解装置20の出口は、混合ガスが導出される箇所である。
CO+3H2→CH4+H2O ・・・(V)
メタン反応器30は、混合ガスからメタノールを生成させ、メタノールからメタンを生成させてもよい。
燃料ガスは、排出経路60を通して改質器3に導かれる。
メタン反応器30の入口は、共電解装置20から混合ガスが導入される箇所である。メタン反応器30の出口は、排出経路60が接続された箇所である。
メタン生成システム201は、回収ガスF2をメタン生成部2に導く循環経路6を備えるため、燃料電池4で発生した熱を共電解装置20で利用することができる。よって、エネルギー効率を高めることができる。
次に、実施の形態3に係るメタン生成システムについて説明する。実施の形態2と同じ構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
図3に示すように、メタン生成システム301は、補助供給経路302を備える。補助供給経路302は、図示しない供給源から供給された補助ガスF4を回収装置5に供給する。補助ガスF4は、二酸化炭素を含む。補助ガスF4は、例えば、空気である。補助ガスF4は、二酸化炭素の濃度が空気の二酸化炭素濃度に比べて高いガスであってもよい。
次に、実施の形態4に係るメタン生成システムについて説明する。実施の形態2と同じ構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
図4に示すように、メタン生成システム401は、補助供給経路402と、補助回収装置403と、補助濃縮器404と、濃縮器405と、を備える。
補助供給経路402は、図示しない供給源から供給された補助ガスF4を導く。補助供給経路402は、循環経路206(返送路262)に接続されている。補助ガスF4は、二酸化炭素を含む。補助ガスF4は、空気であってもよいし、二酸化炭素の濃度が空気の二酸化炭素濃度に比べて高いガスであってもよい。
次に、実施の形態5に係るメタン生成システムについて説明する。実施の形態2と同じ構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
図5に示すように、メタン生成システム501は、補助供給経路502と、補助回収装置503と、補助濃縮器504と、第2回収装置505と、濃縮器506と、を備える。
補助回収装置503は、補助供給経路502に設けられる。補助回収装置503は、補助ガスF4から、二酸化炭素濃度が高い補助回収ガスF5を分離し、回収する。
補助濃縮器504は、補助供給経路502に設けられる。補助濃縮器504は、補助回収ガスF5の二酸化炭素濃度を高めることができる。二酸化炭素濃度が高められた補助回収ガスF5は、補助供給経路502を通してメタン生成部202に導かれる。
濃縮器506は、循環経路206(返送路262)に設けられる。濃縮器506では、回収ガスF6の二酸化炭素濃度をさらに高めることができる。二酸化炭素濃度が高められた回収ガスF6は、循環経路206(返送路262)を通してメタン生成部202に導かれる。
次に、実施の形態6に係るメタン生成システムについて説明する。実施の形態2と同じ構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
図6は、実施の形態6に係るメタン生成システムの模式図である。
図6に示すように、メタン生成システム601は、補助供給経路302を備える(図3参照)。補助供給経路302は、補助ガスF4を回収装置5に供給する。
次に、実施の形態7に係るメタン生成システムについて説明する。実施の形態2と同じ構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
図7は、実施の形態7に係るメタン生成システムの模式図である。
図7に示すように、メタン生成システム701は、回収装置5に代えて回収装置705を備える点で、実施の形態2のメタン生成システム201(図2参照)と異なる。回収装置705は、空気調和機702に設けられている。
例えば、回収装置、補助回収装置、濃縮器および補助濃縮器数の数は、それぞれ1でもよいし、複数(2以上の任意の数)でもよい。
この手法によれば、酸素含有ガスにおける酸素以外の成分(窒素等)の濃度を低くすることができる。そのため、燃料電池4からの生成物ガスの二酸化炭素濃度を高めることができる。よって、回収装置5で得られる回収ガスF2の二酸化炭素濃度を高めることができる。
Claims (12)
- 水を電気分解して水素を得る電解装置、および、前記水素を用いたメタン化反応によってメタンを含む燃料ガスを得るメタン反応器、を有するメタン生成部と、
前記燃料ガスを改質して改質ガスを得る改質器と、
前記改質ガスと酸素含有ガスとから生成物ガスを得る反応により発電を行う燃料電池と、
前記生成物ガスの一部である返送流体から、二酸化炭素を含む回収ガスを分離する回収装置と、
前記回収ガスを前記メタン生成部に導く循環経路と、を備える、
メタン生成システム。 - 前記電解装置は、前記水と二酸化炭素から電気分解によって前記水素と一酸化炭素を得る共電解装置である、
請求項1に記載のメタン生成システム。 - 前記生成物ガスの一部を前記改質器に導く返送経路をさらに備える、
請求項1に記載のメタン生成システム。 - 二酸化炭素を含む補助ガスを前記回収装置に供給する補助供給経路をさらに備える、
請求項1に記載のメタン生成システム。 - 前記循環経路に、前記循環経路を流れるガスに含まれる二酸化炭素の濃度を高める濃縮器が設けられている、
請求項1に記載のメタン生成システム。 - 二酸化炭素を含む補助ガスを前記循環経路に供給する補助供給経路と、
前記補助ガスに含まれる二酸化炭素の濃度を高める補助濃縮器と、をさらに備える、
請求項1に記載のメタン生成システム。 - 二酸化炭素を含む補助ガスを前記メタン生成部に供給する補助供給経路と、
前記補助ガスに含まれる二酸化炭素の濃度を高める補助濃縮器と、をさらに備える、
請求項5に記載のメタン生成システム。 - 前記補助供給経路は、前記補助ガスとして屋内の空気を供給する、
請求項4に記載のメタン生成システム。 - 前記回収装置は、空気調和機の熱交換器による温度調整を利用して前記回収ガスを得る、
請求項1に記載のメタン生成システム。 - 前記回収装置は、空気調和機の送風機による送風を利用して前記回収ガスを得る、
請求項1に記載のメタン生成システム。 - 前記回収装置は、空気調和機の熱交換器および前記燃料電池を利用した温度調整によって前記回収ガスを得る、
請求項1に記載のメタン生成システム。 - 前記酸素含有ガスは、前記電解装置において前記水の電気分解で得られた酸素を含む、
請求項1に記載のメタン生成システム。
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