JP7374742B2 - ガス供給装置、メタン製造装置、およびガス供給装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガス供給装置、メタン製造装置、およびガス供給装置の制御方法に関する。

二酸化炭素および水素を含む混合ガスを、反応器内でメタン化反応を生じさせることにより、メタンを製造するメタン製造装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載されたメタン製造装置では、二酸化炭素に対する水素のガス比が調整された状態で、反応器へと二酸化炭素および水素が供給されている。特許文献２に記載されたメタン製造装置は、多段の反応器を備えている。メタン化反応による各反応器での急激な温度上昇を抑制するために、各反応器に供給される水素の量が調整されている。

特開２０１９－１４２８０６号公報 特開２０１３－１３６５３８号公報

工場などの排出ガスに含まれる二酸化炭素を回収しその二酸化炭素を用いてメタンを生成する場合がある。さらに、その時の二酸化炭素を回収する過程において水素と二酸化炭素が混合する場合があり、その場合には二酸化炭素に対する水素のガス比は時間と共に変動する。メタン製造装置の生成ガス組成は二酸化炭素に対する水素のガス比の影響を強く受ける。例えば、ガス比が４．０、かつ、ＣＯ₂転化率が９９パーセント（％）の場合に、生成ガス中のメタン濃度は９５％になる。一方で、ガス比が４．１、かつ、ＣＯ₂転化率が９９％の場合に、生成ガス中のメタン濃度は８７％まで低下する。そのため、メタン化製造装置により生成されるメタンの品質を保障するには、メタン製造装置に供給される混合ガス中のガス比を安定化させることが好ましい。混合ガス中のガス比の安定化のために、メタン製造装置に供給される前の混合ガスを一時的に貯留するサージタンクが用いられる場合がある。しかし、メタン製造装置を備えるシステムに、サージタンクが配置されてしまうと、システム全体が大型化してしまう。そのため、システム全体の大型化を抑制した上でガス比を安定化させたいという要望がある。特許文献１，２に記載された反応器には、制御された量の水素および二酸化炭素が供給されることにより、反応器内でのガス比が安定している。すなわち、特許文献１，２には、ガス比が変動する混合ガスが反応器に供給された場合に、ガス比を安定化することについての技術は記載されていない。

本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、Ｈ₂とＣＯ₂のガス比が変動する混合ガスが反応器へと供給されている場合であっても、反応器内のガス比を安定させて、生成されるメタンの品質を確保することを目的とする。

本発明は、上述の課題を少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。ガス供給装置であって、メタン化反応器に供給される混合ガスであって、二酸化炭素と水素とを含む混合ガス中の、二酸化炭素に対する水素の体積比であるガス比を予測する予測部と、水素と二酸化炭素とのいずれか一方を追加的に供給する調整ガス供給部と、前記予測部によって予測された前記ガス比である予測比と、予め設定された第１目標ガス比との差分に応じた量の水素または二酸化炭素を、前記調整ガス供給部から供給させる制御部と、前記混合ガスの前記ガス比を検出する検出部と、を備え、前記予測部は、前記検出部によって検出された前記ガス比である検出ガス比を取得し、前記検出部によって前記検出ガス比が検出されてから、前記検出ガス比を取得するまでの遅れ時間を用いて、前記予測比を補正し、前記制御部は、補正後の前記予測比と、前記第１目標ガス比との差分に応じた量の水素または二酸化炭素を、前記調整ガス供給部から供給させる、ガス供給装置。そのほか、本発明は、以下の形態としても実現可能である。

（１）本発明の一形態によれば、ガス供給装置が提供される。このガス供給装置は、メタン化反応器に供給される混合ガスであって、二酸化炭素と水素とを含む混合ガス中の、二酸化炭素に対する水素の体積比であるガス比を予測する予測部と、水素と二酸化炭素とのいずれか一方を追加的に供給する調整ガス供給部と、前記予測部によって予測された前記ガス比である予測比と、予め設定された第１目標ガス比との差分に応じた量の水素または二酸化炭素を、前記調整ガス供給部から供給させる制御部と、を備える。

この構成によれば、予測部は、メタン化反応器（以下、単に「反応器」とも呼ぶ）に供給される混合ガスのガス比を予測する。制御部は、予測された予測比と第１目標ガス比との差分に応じた水素または二酸化炭素を、調整ガス供給部から反応器へと混合ガスに対して追加的に供給する。そのため、混合ガスのガス比が時間と共に変動する場合であっても、変動に対応している予測比と第１目標比との差分に用いた水素または二酸化炭素が反応器へと供給される。その結果、反応器内のガス比が、第１目標比または第１目標比に近い値で安定するため、反応器によって生成されるメタンの品質を確保できる。

（２）上記形態のガス供給装置において、さらに、前記混合ガスの前記ガス比を検出する検出部を備え、前記予測部は、前記検出部によって検出された前記ガス比である検出ガス比を取得し、前記検出部によって前記検出ガス比が検出されてから、前記検出ガス比を取得するまでの遅れ時間を用いて、前記予測比を補正し、前記制御部は、補正後の前記予測比と、前記第１目標ガス比との差分に応じた量の水素または二酸化炭素を、前記調整ガス供給部から供給させてもよい。
検出部が混合ガスのガス比を検出してから、制御部が検出されたガス比を取得するまでには、タイムラグが生じる。この構成によれば、制御部は、ガス比が検出されてからガス比を取得するまでの遅れ時間を用いて予測比を補正する。その後、制御部は、補正後の予測比と第１目標比との差分に応じた量の水素または二酸化炭素を反応器へと供給する。そのため、例えば、短時間で混合ガスのガス比が大きく変動しても、この変動に追従した水素または二酸化炭素が追加的に反応器内に供給される。これにより、遅れ時間に起因して反応器内のガス比に発生する第１目標ガス比との差分の発生を抑制できる。すなわち、遅れ時間を考慮した予測比が用いられることにより、ガス比の検出から取得までの遅れに起因するガス比の残存変動の発生を抑制できる。

（３）上記形態のガス供給装置において、前記予測部は、現在の前記予測比と、現在の前記検出ガス比から、現在から前記遅れ時間分だけ前の時点における前記予測比を差し引いた差分に応じた前記ガス比と、の合計を補正後の前記予測比として用いてもよい。
この構成によれば現在の検出ガス比から、現在から遅れ時間分だけ差し引いた前の時点における予測比を差し引いた差分であるずれ分が、補正後の予測比に加えられている。そのため、補正後の予測比は、反応器内のガス比の実測値により近くなり、反応器内のガス比が安定する。この結果、ユーザは、予測比として混合ガスのガス比の大まかな時間変化（傾向）を与えるだけで、反応器内のガス比を安定させることができる。

（４）上記形態のガス供給装置において、前記予測部は、前記混合ガスの前記ガス比の変動に周期性がある場合に、前記周期性を用いて前記予測比を求めてもよい。
この構成によれば、予測部は、変動する混合ガスのガス比における周期性を利用するため、混合ガスのガス比をより正確に予測できる。そのため、予測比が反応器内のガス比により近い値となるため、反応器内のガス比が安定する。

（５）上記形態のガス供給装置において、前記予測部は、現在周期よりも１つ前の周期における前記混合ガスの前記ガス比を前記予測比として用いてもよい。
この構成によれば、混合ガスのガス比に周期性がある場合に、現在周期よりも１つ前の周期における混合ガスのガス比が予測比として用いられる。そのため、予測比は、反応器内のガス比により近い値となるため、反応器内のガス比が安定する。

（６）本発明の他の一形態によれば、メタン製造装置が提供される。このメタン製造装置は、二酸化炭素および水素からメタンを製造するメタン化反応器と、前記メタン化反応器へと二酸化炭素と水素との混合ガスを供給する上記に記載されたガス供給装置と、を備える。
この構成によれば、反応器へと供給される混合ガスのガス比が時間と共に変動する場合であっても、変動に対応している予測比と第１目標比との差分を用いた水素または二酸化炭素が反応器へと供給される。その結果、反応器内のガス比が、第１目標比または第１目標比に近い値で安定するため、メタン化反応器によって生成されるメタンの品質を確保できる。また、この場合に、例えば、メタン製造装置またはメタン製造装置を含むシステムが、反応器内に供給される混合ガスのガス比を安定させるためのサージタンクを備えている場合に、反応器内のガス比が安定するため、サージタンクのサイズを低減できる。この結果、メタン製造装置またはメタン製造装置を含むシステムを小型化できる。

（７）上記形態のメタン製造装置において、前記メタン化反応器は、二酸化炭素および水素からメタンを製造する第１反応器と、二酸化炭素および水素からメタンを製造する第２反応器であって、前記第１反応器の下流側に直列的に接続された１以上の第２反応器と
を有し、前記第１反応器には、前記混合ガスが供給され、各前記第２反応器には、上流側に接続された前記第１反応器または前記第２反応器により製造されたメタンを含む排出ガスが供給され、前記調整ガス供給部は、前記第１反応器に加えてさらに、各前記第２反応器のそれぞれに、追加的に水素を供給可能であり、各前記第２反応器には、前記第１目標ガス比よりも高く、かつ、下流側の前記第２反応器になるにつれて高くなる第２目標ガス比が、それぞれ予め設定されており、前記制御部は、各前記第２反応器において、前記第２目標ガス比から、前記第１目標ガス比または上流側の前記第２反応器に設定された前記第２目標ガス比を引いた前記ガス比に応じた量の水素を、前記調整ガス供給部から供給させてもよい。
この構成のメタン製造装置は、直列的に接続された第１反応器および１以上の第２反応器を備える、いわゆる多段式のメタン製造装置である。このメタン製造装置では、調整ガス供給部により水素が第１反応器へと供給される。第２反応器では、下流側に位置する反応器ほど高い第２目標ガス比が予め設定され、第１目標ガス比は、最も低いガス比である。この構成によれば、下流側ほどガス比が高いため、第１反応器内で過度にメタンが製造されることがなく、各反応器内で製造されるメタンの量が分散する。これにより、発熱反応であるメタン化反応が各反応器内で発生するため、各反応器内のメタン化触媒の温度が上昇し、各反応器内でのメタンの転化率の低下およびメタン化反応の失活を抑制できる。

（８）上記形態のメタン製造装置において、前記メタン化反応器は、二酸化炭素および水素からメタンを製造する第１反応器と、二酸化炭素および水素からメタンを製造する第３反応器であって、前記第１反応器の下流側に直列的に接続された１以上の第３反応器と
を有し、前記第１反応器には、前記混合ガスが供給され、各前記第３反応器には、上流側に接続された前記第１反応器または前記第３反応器により製造されたメタンを含む排出ガスが供給され、前記調整ガス供給部は、前記第１反応器に加えてさらに、各前記第３反応器のそれぞれに、追加的に二酸化炭素を供給可能であり、各前記第３反応器には、前記第１目標ガス比よりも低く、かつ、下流側の前記第３反応器になるにつれて低くなる第３目標ガス比が、それぞれ予め設定されており、前記制御部は、各前記第３反応器において、前記第３目標ガス比から、前記第１目標ガス比または上流側の前記第３反応器に設定された前記第３目標ガス比を引いた前記ガス比に応じた量の二酸化炭素を、前記調整ガス供給部から供給させてもよい。
この構成のメタン製造装置は、いわゆる多段式のメタン製造装置である。このメタン製造装置では、調整ガス供給部により二酸化炭素が第１反応器および第３反応器へと供給される。第３反応器では、下流側に位置する反応器ほど低い第３目標ガス比が予め設定され、第１目標ガス比は、最も高いガス比である。この構成によれば、下流側ほどガス比が低いため、第１反応器内で過度にメタンが製造されることがなく、各反応器内で製造されるメタンの量が分散する。これにより、発熱反応であるメタン化反応が各反応器内で発生するため、各反応器の温度が上昇し、各反応器内でのメタンの転化率の低下およびメタン化反応の失活を抑制できる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、ガス供給装置、メタン製造装置、メタン製造システム、水素または二酸化炭素の流量制御装置、ガス供給方法、メタン製造方法、ガス供給装置およびメタン製造装置の制御方法、これら装置や方法を実行するためのコンピュータプログラム、このコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、コンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としてのガス供給装置を備えるメタン製造装置のブロック図である。 遅れ時間の説明図である。 第１実施形態におけるガス供給装置の制御方法のフローチャートである。 第２実施形態のメタン製造装置のブロック図である。 混合ガスのガス比の周期性についての説明図である。 第２実施形態におけるガス供給装置の制御方法のフローチャートである。 第３実施形態のメタン製造装置のブロック図である。 第４実施形態のメタン製造装置のブロック図である。 第５実施形態のメタン製造装置のブロック図である。 第５実施形態のガス供給装置の制御方法のフローチャートである。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態としてのガス供給装置１０を備えるメタン製造装置１００のブロック図である。メタン製造装置１００は、二酸化炭素および水素を含む混合ガスにメタン化反応を生じさせることにより、生成ガスとしてのメタン（ＣＨ₄）を製造する装置である。メタン製造装置１００に供給される混合ガスは、工場などの燃焼ガスである。混合ガス中に含まれる二酸化炭素および水素の量は、時間と共に変動する。すなわち、混合ガス中の二酸化炭素の量に対する水素の量であるガス比（Ｈ₂／ＣＯ₂比）は、時間と共に変動する。

図１に示されるように、第１実施形態のメタン製造装置１００は、二酸化炭素および水素を含む混合ガスからメタンを製造する第１反応器１２と、第１反応器１２へと水素を追加的に供給するガス供給装置１０と、二酸化炭素および水素を含む混合ガスを第１反応器１２へと供給する混合ガス供給部１１と、混合ガス供給部１１と第１反応器１２との間に配置されたサージタンクＴＮと、第１反応器１２から排出される排出ガス（以降、単に「排ガス」ともいう）中の水蒸気（Ｈ₂Ｏ）を凝縮する第１凝縮器１３とを備えている。

第１反応器１２内には、メタン化反応を生じさせるメタン化触媒が収容されている。メタン化触媒は、第１反応器１２内の二酸化炭素および水素に対して、下記式（１）で示されるメタン化反応を生じさせることにより、メタンを生成する。メタン化触媒としては、ルテニウムを含む複合体などが挙げられる。
ＣＯ₂＋４Ｈ₂→ＣＨ₄＋２Ｈ₂Ｏ・・・（１）

第１反応器１２内のメタン化反応により生成されたメタンを含む排ガスは、第１反応器１２から排出されると、第１凝縮器１３により常温（摂氏２５度（℃））程度まで冷却される。排ガスが冷却されることにより、第１凝縮器１３により水蒸気から凝縮された水が、排ガスから分離される。水蒸気が分離されたメタンは、生成ガスとして図示されない他の装置へと供給される、または、図示されないタンクへと貯蔵される。

混合ガス供給部１１には、メタン製造装置１００とは異なる他の装置の燃焼ガスが供給される。他の実施形態では、混合ガス供給部１１は、単に、燃焼ガスを排出する工場に接続されたガス供給路として構成されていてもよい。サージタンクＴＮは、混合ガス供給部１１から供給された混合ガスを一時的に貯留する。

図１に示されるように、ガス供給装置１０は、サージタンクＴＮから第１反応器１２へと供給される混合ガス中のガス比を検出するガス分析計（検出部）３と、サージタンクＴＮから第１反応器１２へと供給されるガス流量を制御するマスフローコントローラ１（ＭＦＣ１（Mass Flow Controller））と、ＭＦＣ１の下流側の混合ガスに水素（Ｈ₂）を追加的に供給する水素供給部２と、水素供給部２から供給される水素の流量を制御するＭＦＣ（Mass Flow Controller）２と、ＭＦＣ１を介して混合ガス供給部１１から第１反応器１２へと供給される混合ガスのガス比を予測する予測部１と、水素供給部２から第１反応器１２へと供給する水素の量を制御する流量制御部４（制御部）と、を備えている。

予測部１は、予め取得した過去の混合ガスの挙動から、現在から先の混合ガスのガス比を予測できる。また、予測部１は、ガス分析計３により検出されたガス比である検出ガス比ξ_Mを取得する。ガス分析計３が検出ガス比ξ_Mを検出してから、予測部１が当該検出ガス比ξ_Mを取得するまでには、タイムラグが生じる。そのため、予測部１は、検出ガス比ξ_Mが検出されてから、当該検出ガス比ξ_Mを取得するまでの遅れ時間τ_dlを用いて、第１反応器１２へと混合ガス供給部１１から供給される混合ガスのガス比を予測する。

図２は、遅れ時間τ_dlの説明図である。図２には、混合ガスのガス比の実測値の時間推移が実線の曲線Ｃ１として示されている。また、ガス分析計３により検出された検出ガス比ξ_Mの時間推移が破線の曲線Ｃ２として示されている。図２に示されるように、検出値の曲線Ｃ２は、実測値の曲線Ｃ１よりも遅れ時間τ_dl分だけ遅れている。

予測部１は、検出ガス比ξ_Mと遅れ時間τ_dlとを用いて、下記式（２）に示されるガス比である第１予測比ξ_pd1を算出する。なお、予測部１は、過去の混合ガスのガス比の変化から、予め遅れ時間τ_dl分先の時間のガス比を予測できる。
ξ_pd1（ｔ）＝ξ_M（ｔ－τ_dl）・・・（２）
ｔ：時刻（ｓ）

予測部１は、算出した第１予測比ξ_pd1を用いて、第１予測比ξ_pd1を補正した第２予測比ξ_pd2を算出する。本実施形態では、下記式（３）に示されるように、予測部１は、時刻ｔにおける第１予測比ξ_pd1と、時刻ｔから遅れ時間τ_dl分だけ前の時点における第１予測比ξ_pd1を差し引きいた差分に応じたガス比との合計を、補正後の第２予測比ξ_pd2として用いている。
ξ_pd2（ｔ）＝ξ_pd1（ｔ）＋Ａ（ξ_M（ｔ）－ξ_pd1（ｔ－τ_dl））・・・（３）
なお、上記式（３）における定数Ａは、混合ガスのガス流量に応じて決定する制御定数である。図３に示される第２予測比ξ_pd2は、換言すると、現在の第１予測比ξ_pd1と、現在の検出ガス比ξ_Mから、現在から遅れ時間τ_dl分だけ前の時点における第１予測比ξ_pd1を差し引いた差分に応じたガス比と、の合計である。

流量制御部４は、予め設定された所定の制御に基づいて、ＭＦＣ１を制御する。流量制御部４は、ＭＦＣ１の制御によって、第１反応器１２へと供給される混合ガスの流量を制御できる。流量制御部４は、予測部１から補正後の第２予測比ξ_pd2を取得する。流量制御部４は、予測部１によって予測された第２予測比ξ_pd2と、予め設定された第１目標ガス比ξ_{1_tar}との差分に応じた量の水素を、水素供給部２から供給させる。流量制御部４は、下記式（４）に示される流量指示量Ｑ１を設定する。流量制御部４は、ＭＦＣ２を制御することにより、水素供給部２から第１反応器１２へと流量指示量Ｑ１の水素を追加的に供給する。
Ｑ１＝Ｂ（ξ_{1_tar}－ξ_pd2）・・・（４）
上記式（４）における定数Ｂは、混合ガスのガス流量に応じて決定する制御定数である。そのため、定数Ｂおよび定数Ａ（上記式（２））は、ＭＦＣ１の制御により決定する。第１実施形態における第１目標ガス比ξ_{1_tar}は、４．０に設定されている。すなわち、流量制御部４は、第１反応器１２へと供給される混合ガスのガス流量と、水素供給部２から追加的に供給される水素と、を合わせた反応ガスのガス比が第１目標ガス比ξ_{1_tar}となるような量の水素を、水素供給部２から供給させる。第１実施形態における流量制御部４およびＭＦＣ２は、制御部として機能している。なお、ガス分析計３により算出された第２予測比ξ_pd2が第１目標ガス比ξ_{1_tar}以上の場合には、流量制御部４は、第１反応器１２へと水素を供給しない。

図３は、第１実施形態におけるガス供給装置１０の制御方法のフローチャートである。図３に示されるように、ガス供給装置１０の制御方法では、初めに、ガス分析計３が、混合ガス供給部１１から供給される混合ガスの検出ガス比ξ_Mを検出する（ステップＳ１）。予測部１は、ガス分析計３により検出された検出ガス比ξ_Mを取得し、上記式（２）に示されるように、第１予測比ξ_pd1を算出する（ステップＳ２）。予測部１は、算出した第１予測比ξ_pd1を用いて、上記式（３）に示されるように、第２予測比ξ_pd2を算出する（ステップＳ３）。流量制御部４は、第２予測比ξ_pd2と第１目標ガス比ξ_{1_tar}との差分に応じて設定した流量指示量Ｑ１の水素を第１反応器１２へと供給する（ステップＳ４）。流量制御部４は、水素供給部２から第１反応器１２へのガス供給を終了するか判定する（ステップＳ５）。流量制御部４は、ガス供給を終了しないと判定した場合には（ステップＳ５：ＮＯ）、ステップＳ１以降の処理を継続する。流量制御部４は、ガス供給を終了すると判定した場合には（ステップＳ５：ＹＥＳ）、ＭＦＣ１およびＭＦＣ２を閉じ、当該制御方法のフローを終了する。

以上説明したように、第１実施形態におけるガス供給装置１０では、予測部１が混合ガスのガス比を第２予測比ξ_pd2として予測している。流量制御部４は、予測部１によって予測された第２予測比ξ_pd2と、第１目標ガス比ξ_{1_tar}との差分に応じた流量指示量Ｑ１の水素を水素供給部２から第１反応器１２へと供給させる。そのため、第１実施形態のガス供給装置１０では、混合ガスのガス比が時間と共に変動する場合であっても、変動に対応している第２予測比ξ_pd2と、変動に無関係な第１目標ガス比ξ_{1_tar}とによって流量指示量Ｑ１が設定される。この結果、第１反応器１２内の反応ガスのガス比は、第１目標ガス比ξ_{1_tar}または第１目標ガス比ξ_{1_tar}に近い値で安定する。これにより、第１反応器１２によって生成されるメタンの品質を確保できる。

また、第１実施形態のガス供給装置１０は、混合ガス供給部１１から供給される混合ガスのガス比を検出するガス分析計３を備えている。予測部１は、ガス分析計３により検出された検出ガス比ξ_Mを取得し、検出ガス比ξ_Mの検出から取得までの遅れ時間τ_dlを用いて、第１予測比ξ_pd1を補正した第２予測比ξ_pd2を算出する。流量制御部４は、補正後の第２予測比ξ_pd2を用いて流量指示量Ｑ１を設定する。そのため、第１実施形態のガス供給装置１０では、例えば、遅れ時間τ_dlよりも短い時間内に混合ガスのガス比が大きく変動しても、この変動に追従した水素が第１反応器１２内に供給される。これにより、遅れ時間τ_dlに起因して第１反応器１２内の反応ガスに発生する実際のガス比と第１目標ガス比ξ_{1_tar}との差分の発生を抑制できる。すなわち、遅れ時間τ_dlを考慮した第２予測比ξ_pd2が用いられることにより、検出ガス比ξ_Mが検出されてから予測部１に取得されるまでの遅れ時間τ_dlに起因する第１反応器１２内でのガス比の残存変動の発生が抑制される。

また、第１実施形態の予測部１は、時刻ｔにおける第１予測比ξ_pd1と、時刻ｔから遅れ時間τ_dl分だけ前の時点における第１予測比ξ_pd1を差し引きいた差分に応じたガス比との合計を、補正後の第２予測比ξ_pd2として用いている。すなわち、時刻ｔにおける検出ガス比ξ_Mから、時刻ｔから遅れ時間τ_dl分だけ前の第１予測比ξ_pd1を差し引きいた差分であるずれ分が、第２予測比ξ_pd2に加えられている。そのため、第１予測比ξ_pd1を補正した第２予測比ξ_pd2は、第１反応器１２内の反応ガスのガス比の実測値により近くなり、第１反応器１２のガス比が安定する。その結果、ガス供給装置１０のユーザは、第１予測比ξ_pd1として混合ガスのガス比の大まかな時間変化の傾向を与えるだけで、第１反応器１２内の反応ガスのガス比を安定させることができる。

第１実施形態のメタン製造装置１００は、ガス供給装置１０と、第１反応器１２とを備えている。そのため、混合ガス供給部１１から供給される混合ガス中のガス比が時間と共に変動する場合であっても、変動に対応している第２予測比ξ_pd2と、第１目標ガス比ξ_{1_tar}との差分とを用いた水素が、第１反応器１２へと追加的に供給される。その結果、第１反応器１２内の反応ガスのガス比が、第１目標ガス比ξ_{1_tar}または第１目標ガス比ξ_{1_tar}に近い値で安定するため、第１反応器１２によって生成されるメタンの品質を確保できる。また、図１に示されるように、メタン製造装置１００がサージタンクＴＮを含む場合に、第１反応器１２内の反応ガスのガス比が安定するため、サージタンクＴＮのサイズを小さくできる。この結果、メタン製造装置１００を小型化できる。

＜第１実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

上記第１実施形態のガス供給装置１０およびメタン製造装置１００は、本発明の一実施形態としてのガス供給装置およびメタン製造装置の一例であり、ガス供給装置１０およびメタン製造装置１００については、種々変形可能である。ガス供給装置１０は、制御部として機能する流量制御部４およびＭＦＣ２と、調整ガス供給部としての水素供給部２とを備えていればよく、例えば、ガス分析計３およびＭＦＣ２を備えていなくてもよい。予測部１および流量制御部４は、１つの制御装置として一体で形成されていてもよい。また、ガス供給装置１０は、その他の構成を備えていてもよく、例えば、混合ガス供給部１１やサージタンクＴＮを備えていてもよい。メタン製造装置１００は、ガス供給装置１０と、混合ガスが供給される第１反応器１２とを備えていればよく、例えば、サージタンクＴＮ、混合ガス供給部１１、および第１凝縮器１３を備えていなくてもよい。

また、調整ガス供給部として、水素供給部２の代わりに二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部を備えていてもよい。また、水素供給部２に加えて二酸化炭素供給部を備えていてもよい。この場合に、流量制御部４は、ガス分析計３により検出された検出ガス比ξ_Mと、第１目標ガス比ξ_{1_tar}との差分に基づいて、ガスの種類を水素と二酸化炭素とから選択して第１反応器１２へと、水素供給部２または二酸化炭素供給部から供給させる。また、第１実施形態の第１目標ガス比ξ_{1_tar}は、４．０に設定されていたが、４．０以外の数値であってもよく、例えば、３．８～４．２といった範囲内の値に設定されていてもよい。なお、水素供給部２は、混合ガス供給部１１から供給された混合ガスに対して、水素を追加供給したが、第１反応器１２へと直接的に水素を追加供給してもよい。

ガス分析計３は、混合ガスのガス比を検出したが、その他の検出器が用いられてもよい。例えば、ガス分析計３の代わりに、混合ガス中の二酸化炭素の流量を測定する装置と、混合ガス中の水素の流量を測定する装置とが用いられてもよい。この場合に、予測部１は、測定された二酸化炭素および水素の流量を用いて、混合ガスのガス比を算出する。この変形例では、予測部１は、混合ガスのガス比を算出していて、検出部としても機能する。

混合ガス供給部１１から供給される混合ガス中に、二酸化炭素および水素以外の成分が含まれない場合、ガス分析計３は、混合ガス中の二酸化炭素の濃度のみを検出し、水素の濃度を検出しなくてもよい。この場合に、流量制御部４は、検出された二酸化炭素濃度Ｘ_CO2を用いて、検出ガス比ξ_Mを下記式（５）のように算出できる。
ξ_M＝（１－Ｘ_CO2）／Ｘ_CO2・・・（５）

＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態のメタン製造装置１００ａのブロック図である。図４に示されるように、第２実施形態のメタン製造装置１００ａは、メタン化反応を行う第１反応器１２および第２反応器１４を備える、いわゆる多段式のメタン製造装置である。メタン製造装置１００ａでは、第１実施形態のメタン製造装置１００と比較して、第１反応器１２で生成されたメタンを含む第１反応器１２からの排ガスと、水素供給部２ａからの追加ガスとが、第２反応器１４に供給されることが大きく異なる。第２実施形態では、第１実施形態と異なる構成および制御について説明し、同じ構成および制御について説明を省略する。

図４に示されるように、メタン製造装置１００ａは、第１実施形態のメタン製造装置１００の構成に加えて、第２反応器１４と、第２反応器１４から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮する第２凝縮器１５と、を備えている。第２反応器１４は、第１反応器１２と同じように、二酸化炭素および水素を含む混合ガスからメタンを生成する。第２反応器１４には、第１反応器１２から排出された排ガスが供給される。排ガスには、第１反応器１２内で生成されたメタンが含まれている。そのため、第２反応器１４内では、第１反応器１２内で未反応だった二酸化炭素および水素と、水素供給部２ａにより第２反応器１４に追加的に供給された水素とを合わせた反応ガスにメタン化反応が発生する。第２反応器１４には、第１反応器１２に予め設定された第１目標ガス比ξ_{1_tar}よりも高い第２目標ガス比ξ_{2_tar}が設定されている。

ガス供給装置１０ａは、第１実施形態のガス供給装置１０が備える構成に加えて、水素供給部２ａから第２反応器１４へと供給される水素の流量を制御するＭＦＣ（Mass Flow Controller）３を備えている。第２実施形態の流量制御部４ａは、ＭＦＣ１およびＭＦＣ２に加えて、ＭＦＣ３を制御する。

第２実施形態の混合ガス供給部１１ａから供給される混合ガスのガス比の変動には、周期性がある。図５は、混合ガスのガス比の周期τ_cyについての説明図である。図５には、第２実施形態における混合ガスのガス比の実測値の時間推移が実線の曲線Ｃ３として示されている。第２実施形態の予測部１ａは、混合ガスのガス比の変動に周期性がある場合に、周期τ_cyを用いて第１予測比ξ_pd1を算出する。具体的には、予測部１ａは、現在周期よりも１つ前の周期における混合ガスのガス比を第１予測比ξ_pd1として用いる。予測部１ａは、例えば、図５における時刻ｔ１の第１予測比ξ_pd1として、時刻（ｔ１－τ_cy）の第１予測比ξ_pd1を用いる。そのため、実測値と検出値とにおける遅れ時間τ_dlを用いて算出される第１予測比ξ_pd1は、下記式（６）のように表される。
ξ_pd1＝ξ_M（ｔ－τ_cy＋τ_dl）・・・（６）
予測部１ａは、上記式（６）を用いて算出した第１予測比ξ_pd1と、第１実施形態の上記式（３）とを用いて、第２予測比ξ_pd2を算出する。

第２実施形態の流量制御部４ａは、第１反応器１２へと供給される水素の流量指示量Ｑ１ａを、予測部１ａにより算出された第２予測比ξ_pd2を用いて設定する。流量制御部４ａは、第１実施形態と同じように、ＭＦＣ１を通って第１反応器１２へと供給される混合ガスと、ＭＦＣ２を通って第１反応器１２へと供給される水素とのガス中における、調整後のガス比が第１目標ガス比ξ_{1_tar}となるような量の水素を、水素供給部２ａから追加的に供給する。

第２実施形態における第１目標ガス比ξ_{1_tar}は、３．２に設定され、第２目標ガス比ξ_{2_tar}は、４．０に設定されている。なお、第１目標ガス比ξ_{1_tar}は、量論混合比の４．０よりも小さいことが好ましく、２．５以上３．８未満だとさらに好ましい。また、第２目標ガス比ξ_{2_tar}は、３．８以上４．２未満だと好ましい。

第１反応器１２内の反応ガスの流量によって、第１反応器１２内で生成されるメタンの量が推定される。そのため、流量制御部４ａは、ガス分析計３により取得された検出ガス比ξ_Mと、ＭＦＣ１を通過した混合ガスの流量と、水素供給部２ａから第１反応器１２へと追加的に供給された水素の量とを用いて、第１反応器１２からの排ガスのガス比を算出できる。第１反応器１２へと水素が追加的に供給された場合には、第１反応器１２内の反応ガスの濃度は、第１目標ガス比ξ_{1_tar}と同じである。この場合に、第１反応器１２からの排ガスのガス比は、第１目標ガス比ξ_{1_tar}と同じである。一方で、第１反応器１２へと水素が供給されなかった場合には、第１反応器１２からの排ガスのガス比は、第２予測比ξ_pd2と同じとみなすことができる。

流量制御部４ａは、算出した第１反応器１２からの排ガスのガス比と、第２反応器１４に予め設定された第２目標ガス比ξ_{2_tar}との差分に応じた下記式（７）に示される流量指示量Ｑ２ａの水素を、第２反応器１４へと追加的に供給する。なお、下記式（７）に示されるように、流量指示量Ｑ２ａは、３つに場合分けされる。
ξ_pd2＜ξ_{1_tar}の場合 Ｑ２ａ＝Ｃ（ξ_{2_tar}－ξ_{1_tar}）
ξ_{1_tar}≦ξ_pd2＜ξ_{2_tar}の場合 Ｑ２ａ＝Ｃ（ξ_{2_tar}－ξ_pd2）・・・（７）
ξ_pd2≧ξ_{2_tar}の場合 Ｑ２ａ＝０
式（７）における定数Ｃは、第２反応器１４に供給される排出ガスの流量、すなわち、第１反応器１２へと供給される混合ガスの流量に応じて決定する制御定数である。

図６は、第２実施形態におけるガス供給装置１０ａの制御方法のフローチャートである。図６に示されるように、ガス供給装置１０ａの制御方法では、初めに、ガス分析計３が、混合ガス供給部１１ａから供給される混合ガスの検出ガス比ξ_Mを検出する（ステップＳ１１）。予測部１ａは、ガス分析計３により検出された検出ガス比ξ_Mを取得し、上記式（６）に示されるように、第１予測比ξ_pd1を算出する（ステップＳ１２）。予測部１ａは、算出した第１予測比ξ_pd1を用いて、上記式（３）に示されるように、第２予測比ξ_pd2を算出する（ステップＳ１３）。流量制御部４ａは、第２予測比ξ_pd2と第１目標ガス比ξ_{1_tar}との差分に応じて設定した流量指示量Ｑ１ａの水素を第１反応器１２へと供給する（ステップＳ１４）。流量制御部４ａは、上記式（７）に示されるように、３つに場合化けされた流量指示量Ｑ２ａから選択した１つの流量指示量Ｑ２ａの水素を、第２反応器１４へと供給する（ステップＳ１５）。流量制御部４ａは、水素供給部２ａから、第１反応器１２および第２反応器１４へのガス供給を終了するか判定する（ステップＳ１６）。流量制御部４ａは、ガス供給を終了しないと判定した場合には（ステップＳ１６：ＮＯ）、ステップＳ１１以降の処理を継続する。流量制御部４ａは、ガス供給を終了すると判定した場合には（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、ＭＦＣ１～ＭＦＣ３を閉じ、当該制御方法のフローを終了する。

以上説明したように、第２実施形態の予測部１ａは、混合ガス供給部１１ａから供給される混合ガスのガス比の変動に周期性がある場合に、周期τ_cyを用いて第１予測比ξｐｄ１を算出する。予測部１ａは、ガス比の周期性を利用するため、混合ガスのガス比をより正確に予測できる。これにより、第２予測比ξ_pd2が第１反応器１２内の反応ガスのガス比により近い値となるため、第１反応器１２内および第２反応器１４内の反応ガスのガス比が安定する。

また、第２実施形態の予測部１ａは、図５および上記式（６）に示されるように、現在周期よりも１つ前の周期における混合ガスのガス比を第１予測比ξ_pd1として用いる。これにより、第１予測比ξ_pd1を用いて算出された補正後の第２予測比ξ_pd2が、第１反応器１２内の反応ガスのガス比により近い値となる。その結果、第１反応器１２内および第２反応器１４内の反応ガスのガス比が安定する。

また、第２実施形態のメタン製造装置１００ａは、メタンを生成する第１反応器１２および第２反応器１４が直列的に接続された、いわゆる多段式のメタン製造装置である。下流側の第２反応器１４に予め設定された第２目標ガス比ξ_{2_tar}は、上流側の第１反応器１２に予め設定された第１目標ガス比ξ_{1_tar}よりも大きい。そのため、上流側の第１反応器１２内で過度にメタンが生成されることがなく、第１反応器１２および第２反応器１４で生成されるメタンの量が分散する。そのため、各反応器内のメタン化触媒の温度が上昇し、各反応器内でのメタンの転化率の低下およびメタン化反応の失活を抑制できる。
＜第２実施形態の変形例＞
第２実施形態のメタン製造装置１００ａは、第１反応器１２の下流側に直列的に接続される１つの第２反応器１４を備えていたが、第２反応器１４の代わりに複数の反応器を備えていてもよい。この場合に、第１反応器１２および複数の反応器のそれぞれに予め設定された第１目標ガス比および第２目標ガス比は、下流側の反応器に設定された第２目標ガス比ほど高くてもよい。また、ある反応器に供給される、直前の上流側の反応器からの排ガス中のガス比は、第２予測比ξ_pd2と、上流側に位置するそれぞれの反応器に追加供給された水素の量と、第１反応器１２に供給される混合ガスの流量とを用いて算出されてもよい。

＜第３実施形態＞
図７は、第３実施形態のメタン製造装置１００ｂのブロック図である。メタン製造装置１００ｂは、第２実施形態のメタン製造装置１００ａと比較して、第２反応器１４の代わりに第３反応器１６を備え、第１反応器１２ｂおよび第３反応器１６に追加供給されるガスが二酸化炭素であることが大きく異なる。そのため、第３実施形態では、第２実施形態のメタン製造装置１００ａと異なる構成および制御について説明し、同じ構成および制御についての説明を省略する。

図７に示されるように、第３実施形態のガス供給装置１０ｂは、予測部１ａと、ガス分析計３と、ＭＦＣ１と、第２実施形態の第２反応器１４と同じようにメタンを生成する第３反応器１６および第１反応器１２ｂに追加的に二酸化炭素（ＣＯ₂）を供給する二酸化炭素供給部（調整ガス供給部）５と、二酸化炭素供給部５から第１反応器１２ｂへと供給される二酸化炭素の流量を制御するＭＦＣ２ｂと、二酸化炭素供給部５から第３反応器１６へと供給される二酸化炭素の流量を制御するＭＦＣ３ｂと、ＭＦＣ１，ＭＦＣ２ｂ，ＭＦＣ３ｂを制御する流量制御部４ｂと、を備えている。

第１反応器１２ｂには、予め設定された第１目標ガス比ξ_{1b_tar}が設定されている。第３反応器１６には、第１目標ガス比ξ_{1b_tar}よりも低い第３目標ガス比ξ_{3_tar}が設定されている。第３実施形態における第１目標ガス比ξ_{1b_tar}は、５．０に設定され、第３目標ガス比ξ_{3_tar}は、４．０に設定されている。なお、第１目標ガス比ξ_{1b_tar}は、量論混合比の４．０以上であることが好ましく、４．２以上６．０未満だとさらに好ましい。また、第３目標ガス比ξ_{3_tar}は、第１目標ガス比ξ_{1b_tar}よりも小さい値で、量論混合比の４．０に近いほど好ましい。

第３実施形態の流量制御部４ｂは、第２実施形態と同じように、予測部１ａにより算出された第２予測比ξ_pd2を用いて、下記式（８）に示される流量指示量Ｑ１を設定する。
Ｑ１ｂ＝Ｂｂ（ξ_pd2－ξ_{1b_tar}）・・・（８）
式（８）における定数Ｂｂは、混合ガスの流量に応じて決定する制御定数である。なお、ガス分析計３により算出された第２予測比ξ_pd2が第１目標ガス比ξ_{1b_tar}以下の場合には、流量制御部４ｂは、第１反応器１２ｂへと二酸化炭素を供給しない。

流量制御部４ｂは、予測部１ａにより予測された第２予測比ξ_pd2と、ＭＦＣ１を通過した混合ガスの流量と、二酸化炭素供給部５から第１反応器１２ｂへと追加的に供給された二酸化炭素の量とを用いて、第１反応器１２ｂからの排ガスのガス比を算出できる。第１反応器１２ｂへと二酸化炭素が追加的に供給された場合には、第１反応器１２ｂ内の反応ガスの濃度は、第１目標ガス比ξ_{1b_tar}と同じ又は第１目標ガス比ξ_{1_tar}に近い値である。この場合に、第１反応器１２ｂからの排ガスのガス比は、第１目標ガス比ξ_{1b_tar}又は第１目標ガス比ξ_{1_tar}に近い値と同じである。一方で、第１反応器１２ｂへと二酸化炭素が供給されなかった場合には、第１反応器１２ｂからの排ガスのガス比は、第２予測比ξ_pd2または第２予測比ξ_pd2に近い値である。

流量制御部４ｂは、算出した第１反応器１２ｂからの排ガスのガス比と、第３反応器１６に予め設定された第３目標ガス比ξ_{3_tar}との差分に応じた下記式（９）に示される流量指示量Ｑ２ｂの二酸化炭素を、第３反応器１６へと追加的に供給する。なお、下記式（９）に示されるように、流量指示量Ｑ２ｂは、３つに場合分けされる。
ξ_pd2＞ξ_{1b_tar}の場合 Ｑ２ｂ＝Ｃｂ（ξ_{1b_tar}－ξ_{2b_tar}）
ξ_{1b_tar}≧ξ_pd2＞ξ_{2b_tar}の場合 Ｑ２ｂ＝Ｃｂ（ξ_pd2－ξ_{2b_tar}）・・・（９）
ξ_pd2≦ξ_{2b_tar}の場合 Ｑ２ｂ＝０
式（８）における定数Ｃｂは、第３反応器１６に供給される排出ガスの流量、すなわち、第１反応器１２ｂへと供給される混合ガスの流量に応じて決定する制御定数である。

以上説明したように、第３実施形態のメタン製造装置１００ｂでは、メタンを生成する第１反応器１２ｂおよび第３反応器１６が直列的に接続されている。下流側の第３反応器１６に予め設定された第３目標ガス比ξ_{3_tar}は、上流側の第１反応器１２ｂに予め設定された第１目標ガス比ξ_{1b_tar}よりも小さい。そのため、上流側の第１反応器１２ｂ内で過度にメタンが生成されることがなく、第１反応器１２ｂおよび第３反応器１６で生成されるメタンの量が分散する。そのため、各反応器内のメタン化触媒の温度が上昇し、各反応器内でのメタンの転化率の低下およびメタン化反応の失活を抑制できる。
＜第３実施形態の変形例＞
第３実施形態のメタン製造装置１００ｂは、第１反応器１２ｂの下流側に直列的に接続される１つの第３反応器１６を備えていたが、第３反応器１６の代わりに複数の反応器を備えていてもよい。この場合に、第１反応器１２ｂおよび複数の反応器のそれぞれに予め設定された第１目標ガス比ξ_{1b_tar}および第３目標ガス比ξ_{3_tar}は、下流側の反応器に設定された第３目標ガス比ξ_{3_tar}ほど低くてもよい。また、ある反応器に供給される、直前の上流側の反応器からの排ガスのガス比は、第２予測比ξ_pd2と、上流側に位置するそれぞれの反応器に追加供給された二酸化炭素の量と、第１反応器１２ｂに供給される混合ガスの流量とを用いて算出されてもよい。

＜第４実施形態＞
図８は、第４実施形態のメタン製造装置１００ｃのブロック図である。第４実施形態のメタン製造装置１００ｃでは、第２実施形態のメタン製造装置１００ａと比較して、第１反応器１２からの排ガスのガス比がガス分析計３ｃにより検出され、検出された検出ガス比ξ_Mに基づく第２予測比ξ_pd2を用いた流量指示量Ｑ１ｃの水素が第２反応器１４へと追加的に供給されることが大きく異なる。そのため、第４実施形態では、第２実施形態と異なる構成および制御について説明し、同じ構成および制御について説明を省略する。

図８に示されるように、ガス分析計３ｃは、第１反応器１２に供給される混合ガスのガス比の代わりに、第２反応器１４に供給される第１反応器１２の排ガスのガス比を検出する。予測部１ｃは、ガス分析計３ｃにより検出された検出ガス比ξ_Mを用いて、第１実施形態における上記式（３）に示されるように、第２予測比ξ_pd2を算出する。水素供給部２ｃは、第１反応器１２へと水素を供給せずに、ＭＦＣ２ｃを介して第２反応器１４のみに追加的に水素を供給する。流量制御部４ｃは、第２予測比ξ_pd2と、第２反応器１４に設定された第２目標ガス比ξ_{2c_tar}とを用いて、下記式（１０）に示されるように、第２反応器１４へと供給される水素の流量指示量Ｑ１ｃを設定する。
Ｑ１ｃ＝Ｃｃ（ξ_{2_tar}－ξ_pd2）・・・（１０）
上記式（１０）における定数Ｃｃは、第１反応器１２からの排ガスの流量に応じて決定する制御定数である。なお、ガス分析計３ｃにより算出された第２予測比ξ_pd2が第２目標ガス比ξ_{2_tar}以上の場合には、流量制御部４ｃは、第２反応器１４へと水素を供給しない。

以上説明したように、第４実施形態のメタン製造装置１００ｃは、複数のメタン化反応器を備える、いわゆる多段式のメタン製造装置である。第４実施形態では、第２反応器１４に供給される第１反応器１２からの排ガスを混合ガスとみなすことにより、メタン製造装置１００ｃにおける第２反応器１４は、第１実施形態のメタン製造装置１００における第１反応器１２とみなすことができる。このように、多段式の反応器を備えるメタン製造装置において、一の反応器に供給される排ガス（混合ガス）のガス比が予測されて、当該一の反応器に供給される流量指示量が設定されてもよい。

＜第４実施形態の変形例＞
第４実施形態のメタン製造装置１００ｃは、第１反応器１２の下流側に直列的に接続される１つの第２反応器１４を備えていたが、第２反応器１４の代わりに複数の反応器を備えていてもよい。メタン製造装置１００ｃが備えるガス供給装置１０ｃは、第２反応器１４に追加的にガスを供給する調整ガス供給部として、二酸化炭素を供給する供給部であってもよい。この場合に、第２反応器１４に設定される第２目標ガス比ξ_{2c_tar}については、種々変形可能である。

＜第５実施形態＞
図９は、第５実施形態のメタン製造装置１００ｄのブロック図である。第５実施形態のメタン製造装置１００ｄでは、第１実施形態のメタン製造装置１００と比較して、ガス供給装置１０ｄがガス分析計３を備えていないことが異なる。そのため、第５実施形態では、第１実施形態のメタン製造装置１００と異なる構成および制御について説明し、同じ構成および制御についての説明を省略する。

第５実施形態の予測部１ｄは、混合ガス供給部１１から供給される混合ガスの過去の時間推移を学習することにより、所定の時刻ｔ（例えば、現在）における混合ガスのガス比を予測できる。この場合に、予測部１ｄは、予測した混合ガスのガス比である第１予測比ξ_pd1を流量制御部４ｄへと送信する。流量制御部４ｄは、予測部１ｄから送信された第１予測比ξ_pd1と、第１反応器１２に設定された第１目標ガス比ξ_{1_tar}との差分に応じた、下記式（１１）に示される流量指示量Ｑ１ｄを設定する。流量制御部４ｄは、ＭＦＣ２を制御することにより、設定した流量指示量Ｑ１ｄの水素を第１反応器１２へと追加的に供給する。
Ｑ１ｄ＝Ｂｄ（ξ_{1_tar}－ξ_pd1）・・・（１１）
上記式（１１）における定数Ｂｄは、予測された混合ガスのガス流量に応じて決定する制御定数である。

図１０は、第５実施形態のガス供給装置１０ｄの制御方法のフローチャートである。図１０に示されるように、ガス供給装置１０ｄの制御方法では、初めに、予測部１ｄが、第１反応器１２に供給される混合ガスのガス比を予測する予測工程を行う（ステップＳ２１）。次に、流量制御部４ｄは、予測部１ｄにより予測された第１予測比ξ_pd1と、第１目標ガス比ξ_{1_tar}との差分に応じた流量指示量Ｑ１ｄの水素を水素供給部２から第１反応器１２へと供給するガス供給工程を行い（ステップＳ２２）、その後、当該制御方法のフローが終了する。

以上説明したように、ガス供給装置１０ｄは、必ずしもガス分析計３を備える必要はない。予測部１ｄは、混合ガスが供給される第１反応器１２内の反応ガスのガス比を、過去の学習データを用いて予測してもよいし、ガス分析計３により検出された検出ガス比ξ_Mを用いて予測してもよい。また、予測部１ｄは、例えば混合ガス供給部１１が燃焼ガスを排出する工場などであった場合に、当該工場の制御データを取得することにより、反応ガスのガス比を予測してもよい。予測部１ｄが、反応ガスのガス比を予測する態様については、周知の技術を適用できる。

＜第５実施形態の変形例＞
上記第１実施形態ないし第４実施形態の予測部１，１ａ，１ｃは、第１予測比ξ_pd1を補正した第２予測比ξ_pd2を算出したが、第５実施形態の予測部１ｄのように、必ずしも第２予測比ξ_pd2が算出される必要はない。一方で、予測部１ｄは、補正後の第２予測比ξ_pd2を用いて、さらに第１反応器１２の反応ガスのガス比の実測値に近い第３予測比を算出してもよい。

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

１，１ａ，１ｃ，１ｄ…予測部
２，２ａ，２ｃ…水素供給部（調整ガス供給部）
３，３ｃ…ガス分析計（検出部）
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…流量制御部（制御部）
５…二酸化炭素供給部（調整ガス供給部）
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…ガス供給装置
１１，１１ａ…混合ガス供給部
１２，１２ｂ…第１反応器
１３…第１凝縮器
１４…第２反応器
１５…第２凝縮器
１６…第３反応器
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ…メタン製造装置
Ａ，Ｂ，Ｂｂ，Ｂｄ，Ｃ，Ｃｂ，Ｃｃ…制御定数
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…曲線
ＭＦＣ１…マスフローコントローラ
ＭＦＣ２，ＭＦＣ２ｂ，ＭＳＦ２ｃ，ＭＦＣ３，ＭＦＣ３ｂ…マスフローコントローラ（制御部）
Ｑ１，Ｑ１ａ，Ｑ１ｃ，Ｑ１ｄ，Ｑ２ａ，Ｑ２ｂ…流量指示量
ＴＮ…サージタンク
Ｘ_CO2…二酸化炭素濃度
ｔ，ｔ１…時刻
ξ_M…検出ガス比
ξ_pd1…第１予測比（予測比）
ξ_pd2…第２予測比（補正後の予測比）
ξ_{1_tar}，ξ_{1b_tar}…第１目標ガス比
ξ_{2_tar}，ξ_{2c_tar}…第２目標ガス比
ξ_{3_tar}…第３目標ガス比
τ_dl…遅れ時間
τ_cy…周期

Claims (8)

1. ガス供給装置であって、
   メタン化反応器に供給される混合ガスであって、二酸化炭素と水素とを含む混合ガス中の、二酸化炭素に対する水素の体積比であるガス比を予測する予測部と、
   水素と二酸化炭素とのいずれか一方を追加的に供給する調整ガス供給部と、
   前記予測部によって予測された前記ガス比である予測比と、予め設定された第１目標ガス比との差分に応じた量の水素または二酸化炭素を、前記調整ガス供給部から供給させる制御部と、
   前記混合ガスの前記ガス比を検出する検出部と、
   を備え、
   前記予測部は、
   前記検出部によって検出された前記ガス比である検出ガス比を取得し、
   前記検出部によって前記検出ガス比が検出されてから、前記検出ガス比を取得するまでの遅れ時間を用いて、前記予測比を補正し、
   前記制御部は、補正後の前記予測比と、前記第１目標ガス比との差分に応じた量の水素または二酸化炭素を、前記調整ガス供給部から供給させる、ガス供給装置。
2. 請求項１に記載のガス供給装置であって、
   前記予測部は、
   現在の前記予測比と、
   現在の前記検出ガス比から、現在から前記遅れ時間分だけ前の時点における前記予測比を差し引いた差分に応じた前記ガス比と、
   の合計を補正後の前記予測比として用いる、ガス供給装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のガス供給装置であって、
   前記予測部は、前記混合ガスの前記ガス比の変動に周期性がある場合に、前記周期性を用いて前記予測比を求める、ガス供給装置。
4. 請求項３に記載のガス供給装置であって、
   前記予測部は、現在周期よりも１つ前の周期における前記混合ガスの前記ガス比を前記予測比として用いる、ガス供給装置。
5. メタン製造装置であって、
   二酸化炭素および水素からメタンを製造するメタン化反応器と、
   前記メタン化反応器へと二酸化炭素と水素との混合ガスを供給する請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載されたガス供給装置と、
   を備える、メタン製造装置。
6. 請求項５に記載のメタン製造装置であって、
   前記メタン化反応器は、
   二酸化炭素および水素からメタンを製造する第１反応器と、
   二酸化炭素および水素からメタンを製造する第２反応器であって、前記第１反応器の下流側に直列的に接続された１以上の第２反応器と
   を有し、
   前記第１反応器には、前記混合ガスが供給され、
   各前記第２反応器には、上流側に接続された前記第１反応器または前記第２反応器により製造されたメタンを含む排出ガスが供給され、
   前記調整ガス供給部は、前記第１反応器に加えてさらに、各前記第２反応器のそれぞれに、追加的に水素を供給可能であり、
   各前記第２反応器には、前記第１目標ガス比よりも高く、かつ、下流側の前記第２反応器になるにつれて高くなる第２目標ガス比が、それぞれ予め設定されており、
   前記制御部は、各前記第２反応器において、前記第２目標ガス比から、前記第１目標ガス比または上流側の前記第２反応器に設定された前記第２目標ガス比を引いた前記ガス比に応じた量の水素を、前記調整ガス供給部から供給させる、メタン製造装置。
7. 請求項５に記載のメタン製造装置であって、
   前記メタン化反応器は、
   二酸化炭素および水素からメタンを製造する第１反応器と、
   二酸化炭素および水素からメタンを製造する第３反応器であって、前記第１反応器の下流側に直列的に接続された１以上の第３反応器と
   を有し、
   前記第１反応器には、前記混合ガスが供給され、
   各前記第３反応器には、上流側に接続された前記第１反応器または前記第３反応器により製造されたメタンを含む排出ガスが供給され、
   前記調整ガス供給部は、前記第１反応器に加えてさらに、各前記第３反応器のそれぞれに、追加的に二酸化炭素を供給可能であり、
   各前記第３反応器には、前記第１目標ガス比よりも低く、かつ、下流側の前記第３反応器になるにつれて低くなる第３目標ガス比が、それぞれ予め設定されており、
   前記制御部は、各前記第３反応器において、前記第３目標ガス比から、前記第１目標ガス比または上流側の前記第３反応器に設定された前記第３目標ガス比を引いた前記ガス比に応じた量の二酸化炭素を、前記調整ガス供給部から供給させる、メタン製造装置。
8. 水素と二酸化炭素とのいずれか一方を追加的に供給する調整ガス供給部を備えるガス供給装置の制御方法であって、
   メタン化反応器に供給される混合ガスであって、二酸化炭素と水素とを含む混合ガス中の、二酸化炭素に対する水素の体積比であるガス比を検出する工程と、
   検出されたガス比である検出ガス比を取得し、前記検出ガス比が検出されてから、前記検出ガス比を取得するまでの遅れ時間を用いて、前記メタン化反応器に供給される混合ガス中のガス比である予測比を予測する予測工程と、
   予測された前記予測比と、予め設定された第１目標ガス比との差分に応じた量の水素または二酸化炭素を、前記調整ガス供給部から供給するガス供給工程と、
   を備える、制御方法。

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