JP7270865B1 - メタン生成システム - Google Patents

メタン生成システム Download PDF

Info

Publication number
JP7270865B1
JP7270865B1 JP2023506168A JP2023506168A JP7270865B1 JP 7270865 B1 JP7270865 B1 JP 7270865B1 JP 2023506168 A JP2023506168 A JP 2023506168A JP 2023506168 A JP2023506168 A JP 2023506168A JP 7270865 B1 JP7270865 B1 JP 7270865B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
carbon dioxide
auxiliary
methane
methanation
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
JP2023506168A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2023233493A1 (ja
Inventor
洋次 尾中
誠 谷島
俊雄 篠木
誠 川本
誠治 中島
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 Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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 Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2023067794A priority Critical patent/JP2023177251A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7270865B1 publication Critical patent/JP7270865B1/ja
Publication of JPWO2023233493A1 publication Critical patent/JPWO2023233493A1/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/02—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon
    • C07C1/12—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon from carbon dioxide with hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C9/00—Aliphatic saturated hydrocarbons
    • C07C9/02—Aliphatic saturated hydrocarbons with one to four carbon atoms
    • C07C9/04—Methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C25B1/042—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water by electrolysis of steam
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

本開示に係るメタン生成システムは、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。

Description

本開示は、メタン生成システムに関する。
特許文献１は、二酸化炭素と水を用いてメタンを製造する装置を開示する。この装置は、水と二酸化炭素とを還元して、水素と一酸化炭素とを含む合成ガスを得る。この装置は、合成ガスからメタンを生成させる。
特開２０２２－２２９７８号公報
前記技術では、メタンの生成効率が低くなる可能性があった。
本開示は、上記の事情に鑑みて、メタンの生成効率を高めることができるメタン生成システムを提供することを目的とする。
本開示に係るメタン生成システムの一つの態様は、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。
本開示によれば、メタンの生成効率を高めることができるメタン生成システムを提供できる。
実施の形態１に係るメタン生成システムの模式図である。 実施の形態２に係るメタン生成システムの模式図である。 実施の形態３に係るメタン生成システムの模式図である。 実施の形態４に係るメタン生成システムの一部の模式図である。 実施の形態５に係るメタン生成システムの一部の模式図である。 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。 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。
以下、図面を参照しながら、本開示の実施の形態について説明する。なお、本開示の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
実施の形態１．
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。
メタン生成部２は、供給経路１１０と、電解装置１２０と、メタン反応器１３０と、を備える。
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。
電解装置１２０は、水（Ｈ２Ｏ）を電気分解し、水素（Ｈ２）および酸素（Ｏ２）を含む混合ガスを得る。電気分解は、例えば、以下に示す式（Ｉ）に従って進行する。
２Ｈ２Ｏ→２Ｈ２＋Ｏ２ ・・・（Ｉ）
電解装置１２０では、例えば、再生可能エネルギー（例えば、太陽光発電、風力発電等）を用いて生成された電力を用いて電気分解を行うことができる。再生可能エネルギーを用いて得られたメタンは、燃焼利用しても追加的な二酸化炭素の発生がないことから、地球温暖化に影響しないカーボンニュートラル燃料と考えることができる。
メタン反応器１３０は、循環経路６から供給された二酸化炭素（ＣＯ２）と、電解装置１２０からの水素（Ｈ２）とから、メタン化反応によって、メタン（ＣＨ４）および水（Ｈ２Ｏ）を含む燃料ガスを得る。メタン化反応は、例えば、以下に示す式（ＩＩ）に従って進行する。
ＣＯ２＋４Ｈ２→ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ ・・・（ＩＩ）
メタン反応器１３０は、混合ガスが接触するメタン化触媒を備えることが好ましい。メタン化触媒としては、Ｎｉ触媒、Ｒｕ触媒などが挙げられる。メタン化触媒は、メタン化反応を促進する。
メタン反応器１３０で得られる燃料ガスは、メタンおよび水だけでなく、未反応の二酸化炭素、水素（Ｈ２）などを含む。
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。
改質器３は、燃料ガスに含まれるメタンおよび水（水蒸気）から、改質反応によって、一酸化炭素（ＣＯ）および水素（Ｈ２）を含む改質ガスを得る。改質反応は、例えば、以下に示す式（ＩＩＩ）に従って進行する。
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２ ・・・（ＩＩＩ）
改質器３は、燃料ガスが接触する改質触媒を備えることが好ましい。改質触媒としては、Ｎｉ触媒、Ｒｕ触媒などが挙げられる。改質触媒は、改質反応を促進する。
改質器３は、一酸化炭素変成器および一酸化炭素除去器を備えることが望ましい。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、一酸化炭素の濃度を低くすることができる。一酸化炭素変成器は、Ｃｕ触媒、Ｆｅ触媒などの一酸化炭素変成触媒を備える。一酸化炭素変成器において、一酸化炭素の一部は二酸化炭素となる。一酸化炭素除去器は、一酸化炭素をメタン化するメタン化触媒を備える。メタン化触媒としては、Ｒｕ触媒などが挙げられる。一酸化炭素除去器において、一酸化炭素の一部はメタンとなる。
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。
酸素含有ガス（酸化剤含有ガス）は、供給経路８から供給され、改質器３を経由して燃料電池４に導かれる。酸素含有ガスは、酸化剤として酸素（Ｏ２）を含む。酸素含有ガスは、例えば、空気である。
改質ガスは、燃料電池４のアノードに供給される。酸素含有ガスは、燃料電池４のカソードに供給される。燃料電池４では、水素（Ｈ２）を含む改質ガスと、酸素含有ガスとの反応により発電がおこなわれる。この反応は、発熱反応である。燃料電池４では、改質ガスと酸素含有ガスとの反応により、水（水蒸気）を含む生成物ガスを得る。生成物ガスは、水（水蒸気）だけでなく、未反応の水素（Ｈ２）および二酸化炭素を含む。
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は、生成物ガスの一部である返送流体Ｆ１から、二酸化炭素を含む回収ガスＦ２を分離し、回収する。
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。
吸着分離を用いた回収装置５は、例えば、特定の成分を吸着剤、吸着液などに吸着させて分離する。吸着剤としては、シリカゲル、ゼオライト、活性炭などが挙げられる。具体的には、二酸化炭素を含む成分を吸着剤に吸着させることによって、この成分を、他の成分と分離することができる。吸着剤は、粒状、粉状などであってよい。粒状は、例えば、ビーズ状（球形）、ペレット状（円柱形）などである。粉状の吸着剤を用いる場合、吸着剤は基材の表面に担持させてもよい。基材は、例えば、ハニカム形状であってもよい。
吸着分離を用いた回収装置５は、吸着剤から二酸化炭素を分離する機能を有する。回収装置５は、例えば、加熱装置を備える。加熱装置は、吸着剤を加熱することによって吸着剤から二酸化炭素を分離させる。回収装置５は、減圧ポンプなどの減圧装置を備えていてもよい。減圧装置は、吸着剤を減圧下に置くことで、吸着剤から二酸化炭素を分離させる。
膜分離を用いた回収装置５は、例えば、低分子成分が透過できる透過膜を用いて特定の成分を他の成分から分離する。具体的には、例えば、水素（Ｈ２）を含む成分を、パラジウム透過膜を用いて、二酸化炭素を含む成分から分離することができる。
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。
遠心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（水を含む成分）を液化させ、この成分を遠心力によって他の成分（二酸化炭素を含む気体）から分離する。重力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（水を含む成分）を液化させ、この成分を重力によって他の成分（二酸化炭素を含む気体）から分離する。気液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（水を含む成分）を液化させ、この成分を重力、遠心力、表面張力などによって他の成分（二酸化炭素を含む気体）から分離する。
回収装置５では、返送流体Ｆ１に比べて二酸化炭素濃度が高い回収ガスＦ２を得ることができる。
循環経路６は、導出路６１と、返送路６２と、を備える。
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。
返送路６２は、回収装置５とメタン反応器１３０とを接続する。返送路６２は、二酸化炭素を含む回収ガスＦ２をメタン反応器１３０に導く。
返送経路７は、燃料電池４と改質器３とを接続する。返送経路７は、燃料電池４から、生成物ガスの一部を返送流体Ｆ３として取り出し、改質器３に返送する。
メタン生成システム１は、燃料電池４から排出される生成物ガスの一部（返送流体Ｆ１）から、未反応の二酸化炭素を含む回収ガスＦ２を分離する回収装置５と、回収ガスＦ２をメタン生成部２に導く循環経路６とを備える。メタン生成システム１によれば、二酸化炭素を含む回収ガスＦ２がメタン生成部２に返送されるため、メタン生成部２におけるメタン化反応の効率を高めることができる。よって、メタン生成効率を高めることができる。
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。
メタン生成システム１は、返送経路７を備えるため、改質器３において二酸化炭素の生成量を高めることができる。そのため、燃料電池４から排出される生成物ガスにおける二酸化炭素の濃度を高めることができる。よって、回収装置５における二酸化炭素の回収効率を高めることができる。
実施の形態２．
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は、実施の形態２に係るメタン生成システムの模式図である。
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。
メタン生成部２０２は、供給経路１０と、共電解装置２０と、メタン反応器３０と、循環経路５０を備える。
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。
共電解装置２０は、例えば、カソード電極およびアノード電極を有する固体酸化物形電解セルを備える。固体酸化物形電解セルには、例えば、酸素イオン伝導性を有する固体酸化物が用いられる。電解質としては、ジルコニア系酸化物などが用いられる。共電解装置２０は、電解装置の一例である。
共電解装置２０は、供給経路１０から供給された水（または、水と二酸化炭素）を固体酸化物形電解セルのカソード電極に供給する。固体酸化物形電解セルにおける共電解に用いられる水は、水蒸気であることが望ましい。共電解装置２０では、循環経路２０６から導かれた、二酸化炭素を含む回収ガスＦ２を固体酸化物形電解セルのカソード電極に供給する。
共電解装置２０は、固体酸化物形電解セルを加熱する加熱装置を備えていてもよい。加熱装置は、固体酸化物形電解セル内の温度を共電解反応に適した温度に調整することができる。
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。
共電解装置２０は、二酸化炭素（ＣＯ２）および水（Ｈ２Ｏ）から、共電解によって一酸化炭素（ＣＯ）および水素（Ｈ２）を含む混合ガスを得る。共電解は、例えば、以下に示す式（ＩＶ）に従って進行する。この反応は、吸熱反応である。
ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２＋Ｏ２ ・・・（ＩＶ）
共電解装置２０では、例えば、再生可能エネルギー（例えば、太陽光発電、風力発電等）を用いて生成された電力を用いて共電解を行うことができる。再生可能エネルギーを用いて得られたメタンは、燃焼利用しても追加的な二酸化炭素の発生がないことから、地球温暖化に影響しないカーボンニュートラル燃料と考えることができる。
本実施の形態では、二酸化炭素および水から共電解によって一酸化炭素および水素を得る共電解装置２０が用いられるが、一酸化炭素および水素（Ｈ２）を得るための装置は共電解装置に限らない。例えば、二酸化炭素を電気分解して一酸化炭素を得る工程と、水を電気分解して水素（Ｈ２）を得る工程とを独立に行う電解装置を用いることもできる。
共電解装置２０で得られる混合ガスは、一酸化炭素および水素（Ｈ２）だけでなく、未反応の二酸化炭素および水を含む。
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。
メタン反応器３０は、一酸化炭素（ＣＯ）および水素（Ｈ２）から、メタン化反応によって、メタン（ＣＨ４）および水（Ｈ２Ｏ）を含む燃料ガスを得る。メタン化反応は、例えば、以下に示す式（Ｖ）に従って進行する。この反応は、発熱反応である。
ＣＯ＋３Ｈ２→ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ ・・・（Ｖ）
メタン反応器３０は、混合ガスが接触するメタン化触媒を備えることが好ましい。メタン化触媒としては、Ｎｉ触媒、Ｒｕ触媒などが挙げられる。メタン化触媒は、メタン化反応を促進する。
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。
メタン反応器３０で得られる燃料ガスは、メタンおよび水だけでなく、未反応の一酸化炭素、水素（Ｈ２）、二酸化炭素などを含む。
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。
循環経路５０は、メタン反応器３０と共電解装置２０とを接続する。循環経路５０の始端（第１端）はメタン反応器３０の出口に近い位置に接続される。循環経路５０の終端（第２端）は共電解装置２０に接続される。循環経路５０は、メタン反応器３０で得られた燃料ガスの一部を共電解装置２０に導く。
循環経路２０６は、導出路６１と、返送路２６２と、を備える。返送路２６２は、回収装置５と共電解装置２０とを接続する。返送路２６２は、二酸化炭素を含む回収ガスＦ２を共電解装置２０に導く。
メタン生成システム２０１は、燃料電池４から排出される生成物ガス（返送流体Ｆ１）から二酸化炭素を含む回収ガスＦ２を分離する回収装置５と、回収ガスＦ２をメタン生成部２０２に導く循環経路２０６とを備える。メタン生成システム１によれば、未反応物である二酸化炭素を含む回収ガスＦ２がメタン生成部２０２に返送されるため、メタン生成部２０２におけるメタン化反応の効率を高めることができる。よって、メタン生成効率を高めることができる。
メタン生成システム２０１は、電解装置として共電解装置２０を用いるため、共電解によって、一酸化炭素と水素（Ｈ２）を含む混合ガスを得ることができる。そのため、二酸化炭素および水素を含む混合ガスを用いる場合に比べ、メタン反応器３０におけるメタン化反応の効率を高めることができる。
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。
実施の形態３．
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は、実施の形態３に係るメタン生成システムの模式図である。
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。
メタン生成システム３０１では、補助供給経路３０２によって、二酸化炭素を含む補助ガスＦ４を回収装置５に供給することができるため、回収装置５における二酸化炭素の回収量を多くできる。そのため、メタン生成部２０２に供給される二酸化炭素の量を多くできる。よって、メタン生成効率を高めることができる。
実施の形態４．
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は、実施の形態４に係るメタン生成システムの一部の模式図である。
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。
補助回収装置４０３は、補助供給経路４０２に設けられる。補助回収装置４０３は、補助ガスＦ４から、二酸化炭素を含む補助回収ガスＦ５を分離し、回収する。補助回収装置４０３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。補助回収装置４０３は、回収装置５（図１参照）と同様の構成であってよい。補助回収装置４０３では、補助ガスＦ４に比べて二酸化炭素濃度が高い補助回収ガスＦ５を得ることができる。
補助濃縮器４０４は、補助供給経路４０２に設けられる。補助濃縮器４０４は、補助回収装置４０３と同様に、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によって、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４０２を通して循環経路２０６（返送路２６２）に導かれる。補助回収ガスＦ５は、循環経路２０６（返送路２６２）を流れる回収ガスＦ２と合流する。
濃縮器４０５は、循環経路２０６（返送路２６２）に設けられる。濃縮器４０５は、補助回収装置４０３と同様に、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によって、循環経路２０６（返送路２６２）を流れるガス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ガスは、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。
メタン生成システム４０１では、補助供給経路４０２によって、二酸化炭素の回収量を多くできる。メタン生成システム４０１では、補助濃縮器４０４および濃縮器４０５によって、二酸化炭素濃度を高めたガスをメタン生成部２０２に供給できる。よって、メタン生成効率を高めることができる。二酸化炭素濃度を高めたガスをメタン生成部２０２に供給できるため、エネルギー効率を高めることができる。
実施の形態５．
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は、実施の形態５に係るメタン生成システムの一部の模式図である。
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。
補助供給経路５０２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。
第２回収装置５０５は、循環経路２０６（返送路２６２）に設けられる。第２回収装置５０５は、回収ガスＦ２から、二酸化炭素濃度が高められた回収ガスＦ６を得る。
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。
メタン生成システム５０１では、補助供給経路５０２によって、二酸化炭素の回収量を多くできる。メタン生成システム５０１では、補助回収装置５０３、補助濃縮器５０４、第２回収装置５０５および濃縮器５０６によって、二酸化炭素濃度を高めたガスをメタン生成部２０２に供給できる。よって、メタン生成効率を高めることができる。二酸化炭素濃度を高めたガスをメタン生成部２０２に供給できるため、エネルギー効率を高めることができる。
実施の形態６．
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。
補助ガスＦ４は、空気に比べて二酸化炭素の濃度が高い。補助ガスＦ４は、例えば、屋内の空気である。屋内の空気は、屋内にいる利用者の呼気を含むため、屋外の空気に比べて二酸化炭素濃度が高い。補助ガスＦ４としては、建物に設けられた室内換気用の換気装置から排出された排出ガスを挙げることができる。
メタン生成システム６０１では、補助供給経路３０２によって、二酸化炭素が高い補助ガスＦ４を回収装置５に供給することができるため、回収装置５における二酸化炭素の回収量を多くできる。そのため、メタン生成部２０２に供給される二酸化炭素の量を多くできる。よって、メタン生成効率を高めることができる。
実施の形態７．
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。
空気調和機７０２は、室内に、調和された空気を送ることができる。空気調和機７０２は、冷房運転と暖房運転のうち少なくとも一方を行う。空気調和機７０２は、熱交換器７０３と、送風機７０４とを備える。熱交換器７０３は、例えば、室内機用の熱交換器である。熱交換器７０３は、空気の温度を調整する。送風機７０４は、熱交換器７０３によって温度調整された空気を室内に送り出す。
回収装置７０５は、分離手法によっては、温度および湿度によってその特性が影響を受ける。例えば、吸着剤を用いた吸着分離の場合、温度および湿度を適正化することによって、吸着剤の吸着特性を良くすることができる。被吸着物（二酸化炭素）を吸着剤から分離させる際も、温度および湿度を適正化することによって、分離特性を良くすることができる。そのため、回収装置７０５は、空気調和機７０２の熱交換器７０３を用いて温度調整および湿度調整を行うことによって、二酸化炭素濃度が高い回収ガスＦ２を得ることができる。
回収装置７０５は、燃料電池４からの返送流体Ｆ１の熱を利用して、温度を調整することができる。そのため、燃料電池４の排熱を用いた温度調整によって、二酸化炭素濃度が高い回収ガスＦ２を得ることができる。
メタン生成システム７０１では、既存の空気調和機７０２を用いて温度および湿度を調整するため、回収装置に専用の温度調整手段を用いる場合に比べ、装置コストを抑えることができる。
回収装置７０５は、分離手法によっては、返送流体Ｆ１の流れによってその特性が影響を受ける。例えば、吸着剤を用いた吸着分離の場合、吸着剤と接触する返送流体Ｆ１の流速等を適正化することによって、吸着剤の吸着特性を良くすることができる。被吸着物（二酸化炭素）を吸着剤から分離させる際も、返送流体Ｆ１の流速等を適正化することによって、吸着剤からの分離特性を良くすることができる。そのため、回収装置７０５は、空気調和機７０２の送風機７０４を用いて送風量等の調整を行うことによって、二酸化炭素濃度が高い回収ガスＦ２を得ることができる。
なお、本開示の技術的範囲は前記実施の形態に限定されず、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
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。
電解装置１２０（図１参照）および共電解装置２０（図２参照）では、電気分解によって酸素（Ｏ２）が発生する。この酸素は、酸素含有ガスとして、供給経路８を通して改質器３に供給してもよい（図１および図２参照）。酸素含有ガスとしては、電解装置から得た酸素と空気とを含む混合ガスを用いてもよい。すなわち、酸素含有ガスは、電解装置から得た酸素を含むガスであってよい。
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。
１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１…メタン生成システム ２，２０２…メタン生成部 ３…改質器 ４…燃料電池 ５…回収装置 ６…循環経路 ７…返送経路 ２０…共電解装置（電解装置） ３０，１３０…メタン反応器 １２０…電解装置 ３０２，４０２，５０２…補助供給経路 ４０４，５０４…補助濃縮器 ４０５，５０６…濃縮器 ７０２…空気調和機 ７０３…熱交換器 ７０４…送風機 Ｆ１…返送流体 Ｆ２…回収ガス Ｆ４…補助ガス

Claims (12)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
JP2023506168A 2022-05-31 2022-05-31 メタン生成システム Active JP7270865B1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023067794A JP2023177251A (ja) 2022-05-31 2023-04-18 メタン生成システム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2022/022025 WO2023233493A1 (ja) 2022-05-31 2022-05-31 メタン生成システム

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023067794A Division JP2023177251A (ja) 2022-05-31 2023-04-18 メタン生成システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP7270865B1 true JP7270865B1 (ja) 2023-05-10
JPWO2023233493A1 JPWO2023233493A1 (ja) 2023-12-07

Family

ID=86316771

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023506168A Active JP7270865B1 (ja) 2022-05-31 2022-05-31 メタン生成システム
JP2023067794A Pending JP2023177251A (ja) 2022-05-31 2023-04-18 メタン生成システム

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023067794A Pending JP2023177251A (ja) 2022-05-31 2023-04-18 メタン生成システム

Country Status (2)

Country Link
JP (2) JP7270865B1 (ja)
WO (1) WO2023233493A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04101364A (ja) * 1990-08-20 1992-04-02 Mitsubishi Electric Corp 燃料電池
JPH0757756A (ja) * 1993-08-06 1995-03-03 Toshiba Corp 燃料電池発電システム
JP2005158661A (ja) * 2003-11-28 2005-06-16 Fuji Electric Holdings Co Ltd 燃料電池発電システム
JP2015513531A (ja) * 2012-02-20 2015-05-14 サーモガス ダイナミクス リミテッドＴｈｅｒｍｏｇａｓ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ エネルギー変換および生成のための方法およびシステム
WO2021199103A1 (ja) * 2020-03-30 2021-10-07 三菱電機株式会社 燃料電池システム
JP2022064073A (ja) * 2020-10-13 2022-04-25 ローム株式会社 メタンの製造装置および製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04101364A (ja) * 1990-08-20 1992-04-02 Mitsubishi Electric Corp 燃料電池
JPH0757756A (ja) * 1993-08-06 1995-03-03 Toshiba Corp 燃料電池発電システム
JP2005158661A (ja) * 2003-11-28 2005-06-16 Fuji Electric Holdings Co Ltd 燃料電池発電システム
JP2015513531A (ja) * 2012-02-20 2015-05-14 サーモガス ダイナミクス リミテッドＴｈｅｒｍｏｇａｓ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ エネルギー変換および生成のための方法およびシステム
WO2021199103A1 (ja) * 2020-03-30 2021-10-07 三菱電機株式会社 燃料電池システム
JP2022064073A (ja) * 2020-10-13 2022-04-25 ローム株式会社 メタンの製造装置および製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023233493A1 (ja) 2023-12-07
JP2023177251A (ja) 2023-12-13
JPWO2023233493A1 (ja) 2023-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6630260B2 (en) Water vapor transfer device for a fuel cell power plant
JPH11312527A (ja) 製鉄副生ガスを利用した溶融炭酸塩型燃料電池発電−排ガス回収複合システム
HU222969B1 (hu) Eljárás villamos energia, gőz és szén-dioxid termelésére szénhidrogén nyersanyagból
US8945784B2 (en) Hydrogen production apparatus and fuel cell system using the same
JP2012530352A5 (ja)
CA2446333A1 (en) Hydrogen generation
US20040197616A1 (en) Oxidant-enriched fuel cell system
WO2011016030A1 (en) Hydrogen production by an autothermal heat exchanger packed-bed membrane gas reformer
JP2016094308A (ja) 圧縮水素供給装置
JP7270865B1 (ja) メタン生成システム
JP2005203266A (ja) 水素の製造方法および水素製造装置
JP7197374B2 (ja) 水素製造システム
JP2016184550A (ja) ガス製造装置
WO2024013968A1 (ja) メタン合成システム
US20080023322A1 (en) Fuel processor
JPH0757758A (ja) 燃料電池システム
WO2023233499A1 (ja) メタン生成システム
JP7278517B1 (ja) 分散型メタネーションシステム
JP2024012206A (ja) メタン合成システム
US11859147B2 (en) Single stage process for production of hydrogen enriched gas
JP2015227257A (ja) 水素供給システム
JP7286048B1 (ja) メタン合成システム
JP4550385B2 (ja) 水素製造装置および燃料電池システム
JP7176027B2 (ja) 二酸化炭素処理装置及び炭素化合物の製造方法
KR102600084B1 (ko) 천연가스 개질 시스템 및 공정

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230130

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20230130

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: 20230328

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230425

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7270865

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150