JP7496768B2 - Methane Production Equipment - Google Patents

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本発明は、メタン製造装置に関する。 The present invention relates to a methane production device.

工場などから排出される混合ガスに含まれる二酸化炭素(CO2)から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1参照)。特許文献1に記載されたメタン製造装置では、工場から排出された混合ガス中のCO2を吸着材により吸着させ、CO2を吸着した吸着材に対して、パージガスとしての水素(H2)を噴射することにより、混合ガスに含まれるCO2を分離している。 There is known a methane production apparatus that produces methane from carbon dioxide ( CO2 ) contained in a mixed gas discharged from a factory or the like (see, for example, Patent Document 1). In the methane production apparatus described in Patent Document 1, the CO2 in the mixed gas discharged from the factory is adsorbed by an adsorbent, and hydrogen ( H2 ) as a purge gas is injected into the adsorbent that has adsorbed the CO2 , thereby separating the CO2 from the mixed gas.

特開2019-142806号公報JP 2019-142806 A

工場などから排出される混合ガスには、CO2に加えてH2も含まれる場合がある。また、工場から排出される混合ガス中のCO2に対するH2のガス比は、時間と共に変動する場合がある。ここで、メタン製造装置の生成ガス組成はCO2に対するH2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。それに対し、特許文献1に記載されたメタン製造装置では、工場等から供給される混合ガス中のガス比が変動することについて考慮されていない。 The mixed gas discharged from a factory or the like may contain H 2 in addition to CO 2. The gas ratio of H 2 to CO 2 in the mixed gas discharged from the factory may vary over time. Here, the composition of the generated gas from the methane production apparatus is strongly affected by the gas ratio of H 2 to CO 2. For example, when the gas ratio is 4.0 and the CO 2 conversion rate is 99 percent (%), the methane concentration in the generated gas is 95%. On the other hand, when the gas ratio is 4.1 and the CO 2 conversion rate is 99%, the methane concentration in the generated gas decreases to 87%. Therefore, in order to guarantee the quality of methane generated by the methanation production apparatus, it is preferable to stabilize the gas ratio in the mixed gas supplied to the methane production apparatus. In contrast, the methane production apparatus described in Patent Document 1 does not take into consideration the variation in the gas ratio in the mixed gas supplied from the factory or the like.

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のガス比が不安定な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。 The present invention has been made to solve at least part of the above-mentioned problems, and has an object to stabilize the gas ratio in a reactor and ensure the quality of the generated methane even when a mixed gas with an unstable gas ratio of H2 and CO2 is supplied to the reactor.

本発明は、上述の課題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できる。メタン製造装置であって、二酸化炭素と水素との混合ガスからメタンを製造する第1メタン化反応器と、前記第1メタン化反応器に供給される前記混合ガスのガス比であって、水素に対する二酸化炭素の比であるガス比を取得するガス比取得部と、前記第1メタン化反応器に供給される前記混合ガスの流量を調整する流量調整部と、前記第1メタン化反応器から排出された排出ガスが供給され、前記排出ガスからメタンを製造する第2メタン化反応器と、前記第1メタン化反応器から排出された前記排出ガスが通り、前記第2メタン化反応器に供給される前記排出ガスが通る流路の途中に配置されたタンクと、前記第2メタン化反応器へと二酸化炭素または水素を供給する下流側ガス供給部と、前記第2メタン化反応器に供給される二酸化炭素または水素の流量を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ガス比取得部により取得されたガス比と、前記タンクにより発生する前記排出ガスの輸送遅れの時間と、前記ガス比取得部がガス比を取得した時点からガス比が同定されるまでに発生する計測遅れの時間とを用いて、前記下流側ガス供給部から前記第2メタン化反応器へと供給される二酸化炭素または水素の流量である下流側流量を決定する、メタン製造装置。そのほか、本発明は、以下の形態としても実現可能である。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can be realized in the following form : A methane production apparatus, comprising: a first methanation reactor for producing methane from a mixed gas of carbon dioxide and hydrogen, a gas ratio acquisition unit for acquiring a gas ratio of the mixed gas supplied to the first methanation reactor, the gas ratio being a ratio of carbon dioxide to hydrogen, a flow rate adjustment unit for adjusting a flow rate of the mixed gas supplied to the first methanation reactor, a second methanation reactor to which exhaust gas discharged from the first methanation reactor is supplied and which produces methane from the exhaust gas, and a flow path through which the exhaust gas discharged from the first methanation reactor passes and through which the exhaust gas supplied to the second methanation reactor passes, a downstream gas supply unit that supplies carbon dioxide or hydrogen to the second methanation reactor, and a control unit that controls a flow rate of carbon dioxide or hydrogen to the second methanation reactor, wherein the control unit determines a downstream flow rate, which is the flow rate of carbon dioxide or hydrogen supplied from the downstream gas supply unit to the second methanation reactor, using the gas ratio acquired by the gas ratio acquisition unit, a transport delay time of the exhaust gas generated by the tank, and a measurement delay time that occurs from the time the gas ratio acquisition unit acquires the gas ratio to the time the gas ratio is identified. In addition, the present invention can be realized in the following forms.

(1)本発明の一形態によれば、メタン製造装置が提供される。このメタン製造装置は、二酸化炭素と水素との混合ガスからメタンを製造する第1メタン化反応器と、前記第1メタン化反応器に供給される前記混合ガスのガス比であって、水素に対する二酸化炭素の比であるガス比を取得するガス比取得部と、前記第1メタン化反応器に供給される前記混合ガスの流量を調整する流量調整部と、前記第1メタン化反応器から排出された排出ガスが供給され、前記排出ガスからメタンを製造する第2メタン化反応器と、前記排出ガスが通る流路の途中に配置されたタンクと、前記第2メタン化反応器へと二酸化炭素または水素を供給する下流側ガス供給部と、前記第2メタン化反応器に供給される二酸化炭素または水素の流量を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ガス比取得部により取得されたガス比と、前記タンクにより発生する前記排出ガスの輸送遅れの時間と、前記ガス比取得部がガス比を取得した時点からガス比が同定されるまでに発生する計測遅れの時間とを用いて、前記下流側ガス供給部から前記第2メタン化反応器へと供給される二酸化炭素または水素の流量である下流側流量を決定する。 (1) According to one aspect of the present invention, a methane production apparatus is provided. This methane production device includes a first methanation reactor that produces methane from a mixed gas of carbon dioxide and hydrogen, a gas ratio acquisition unit that acquires a gas ratio of the mixed gas supplied to the first methanation reactor, which is the ratio of carbon dioxide to hydrogen, a flow rate adjustment unit that adjusts the flow rate of the mixed gas supplied to the first methanation reactor, a second methanation reactor that is supplied with exhaust gas discharged from the first methanation reactor and produces methane from the exhaust gas, a tank arranged in the middle of a flow path through which the exhaust gas passes, a downstream gas supply unit that supplies carbon dioxide or hydrogen to the second methanation reactor, and a control unit that controls the flow rate of carbon dioxide or hydrogen supplied to the second methanation reactor. The control unit determines a downstream flow rate, which is the flow rate of carbon dioxide or hydrogen supplied from the downstream gas supply unit to the second methanation reactor, using the gas ratio acquired by the gas ratio acquisition unit, the transport delay time of the exhaust gas generated by the tank, and the measurement delay time that occurs from the time the gas ratio acquisition unit acquires the gas ratio to the time the gas ratio is identified.

この構成によれば、ガス比取得部が混合ガスのガス比を検出してから取得するまでに要する計測遅れ時間と、混合ガスのガス比が検出されてから当該混合ガスが排出ガスとして第2メタン化反応器へと流入するまでに要する輸送遅れ時間とが考慮されて、第2メタン化反応器へと供給されるCO2またはH2の流量が決定されている。このように、遅れ時間が考慮されることにより、第2メタン化反応器へと供給される排出ガスの実際のガス比により近いガス比が制御部により算出される。これにより、計測遅れ時間は、ガス輸送遅れ時間により相殺される。この結果、これらの遅れ時間が考慮されていない場合と比較して、第2メタン化反応器内のガス比は、目標であるガス比により近く、メタン製造装置の生成ガス中のメタン濃度が向上する。すなわち、本構成のメタン製造装置によれば、メタン製造装置に対してガス比が不安定な混合ガスが供給されている場合でも、第2メタン化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できる。また、タンクの容量は、ガス比取得部がガス比を検出してから取得するまでの時間分だけ第2メタン化反応器への排出ガスの流入を送らせる容量で済む。そのため、タンクの大きさは、第2メタン化反応器へと供給される排出ガスのガス比の変動を緩和させればよく、サージタンクのような大容量の大きさは不要である。これにより、本構成のメタン製造装置によれば、第1メタン化反応器と第2メタン化反応器との間に配置されたサージタンクにより排出ガスのガス比の変動を緩和しているメタン製造装置と比較して、生成されるメタンの品質を確保した上で、メタン製造装置の小型化を実現できる。 According to this configuration, the flow rate of CO 2 or H 2 supplied to the second methanation reactor is determined by taking into consideration the measurement delay time required from when the gas ratio acquisition unit detects and acquires the gas ratio of the mixed gas, and the transport delay time required from when the gas ratio of the mixed gas is detected until the mixed gas flows into the second methanation reactor as exhaust gas . In this way, by taking the delay time into consideration, the control unit calculates a gas ratio closer to the actual gas ratio of the exhaust gas supplied to the second methanation reactor. Thereby, the measurement delay time is offset by the gas transport delay time. As a result, compared to when these delay times are not taken into consideration, the gas ratio in the second methanation reactor is closer to the target gas ratio, and the methane concentration in the generated gas of the methane production apparatus is improved. That is, according to the methane production apparatus of this configuration, even when a mixed gas with an unstable gas ratio is supplied to the methane production apparatus, the gas ratio in the second methanation reactor can be stabilized to ensure the quality of the generated methane. In addition, the capacity of the tank is only required to delay the inflow of exhaust gas into the second methanation reactor by the time from when the gas ratio acquisition unit detects the gas ratio to when it acquires the gas ratio. Therefore, the size of the tank only needs to mitigate the fluctuations in the gas ratio of the exhaust gas supplied to the second methanation reactor, and a large capacity like that of a surge tank is not required. As a result, according to the methane production apparatus of this configuration, it is possible to realize a miniaturized methane production apparatus while ensuring the quality of the generated methane, compared to a methane production apparatus in which a surge tank arranged between the first methanation reactor and the second methanation reactor is used to mitigate the fluctuations in the gas ratio of the exhaust gas.

(2)上記形態のメタン製造装置において、前記制御部は、前記輸送遅れの時間から前記計測遅れの時間を差し引いた差分時間と、現在から前記差分時間だけ前の時刻において前記ガス比取得部により取得されたガス比と、を用いて、前記下流側流量を決定してもよい。
この構成によれば、制御部は、第2メタン化反応器へと供給される排出ガスの実際のガス比により近いガス比に基づいて、第2メタン化反応器へと供給するCO2またはH2の流量を決定できる。これにより、本構成のメタン製造装置が生成するガス中のメタン濃度がより向上する。
(2) In the methane production apparatus of the above embodiment, the control unit may determine the downstream flow rate using a differential time obtained by subtracting the measurement delay time from the transport delay time, and the gas ratio acquired by the gas ratio acquisition unit at a time that is the differential time before the present.
According to this configuration, the control unit can determine the flow rate of CO2 or H2 to be supplied to the second methanation reactor based on a gas ratio closer to the actual gas ratio of the exhaust gas supplied to the second methanation reactor, thereby further improving the methane concentration in the gas generated by the methane production apparatus of this configuration.

(3)上記形態のメタン製造装置において、さらに、前記第1メタン化反応器へと二酸化炭素または水素を供給する上流側ガス供給部を備え、前記制御部は、前記ガス比取得部により取得されたガス比を用いて、前記上流側ガス供給部から前記第1メタン化反応器へと供給される二酸化炭素または水素の流量である上流側流量を決定してもよい。 (3) The methane production apparatus of the above embodiment may further include an upstream gas supply unit that supplies carbon dioxide or hydrogen to the first methanation reactor, and the control unit may use the gas ratio acquired by the gas ratio acquisition unit to determine an upstream flow rate, which is the flow rate of carbon dioxide or hydrogen supplied from the upstream gas supply unit to the first methanation reactor.

(4)上記形態のメタン製造装置において、前記制御部は、前記輸送遅れの時間から前記計測遅れの時間を差し引いた差分時間と、現在から前記差分時間だけ前の時刻において前記ガス比取得部により取得されたガス比と、前記上流側流量とを用いて、前記下流側流量を決定してもよい。
この構成によれば、第1メタン化反応器と第2メタン化反応器との両方に流量が制御されたCO2またはH2が供給される。そのため、本構成のメタン製造装置では、第1メタン化反応器には計測遅れ時間を考慮していない大まかな流量のCO2またはH2が供給され、第2メタン化反応器には計測遅れ時間等を考慮して細かく調整された流量のCO2またはH2が供給される。この結果、第2メタン化反応器内のガス比をより目標のガス比に近づけることができる。これにより、本構成のメタン製造装置が生成するガス中のメタン濃度がより向上する。
(4) In the methane production apparatus of the above-described embodiment, the control unit may determine the downstream flow rate using a differential time obtained by subtracting the measurement delay time from the transportation delay time, a gas ratio acquired by the gas ratio acquisition unit at a time that is the differential time before the present, and the upstream flow rate.
According to this configuration, CO 2 or H 2 with a controlled flow rate is supplied to both the first methanation reactor and the second methanation reactor. Therefore, in the methane production apparatus of this configuration, CO 2 or H 2 with a rough flow rate that does not take into account the measurement delay time is supplied to the first methanation reactor, and CO 2 or H 2 with a flow rate that is finely adjusted taking into account the measurement delay time and the like is supplied to the second methanation reactor. As a result, the gas ratio in the second methanation reactor can be made closer to the target gas ratio. This further improves the methane concentration in the gas generated by the methane production apparatus of this configuration.

(5)上記形態のメタン製造装置において、さらに、前記第1メタン化反応器に供給される前記混合ガスの流量が減少するにつれて、前記タンク内がガスを収容可能な容積を小さくするタンク容積調整部を備えていてもよい。
第1メタン化反応器に供給される混合ガスの流量が最大のときに合わせてタンクの全容量が設定された場合に、混合ガスの流量が少ない場合の輸送遅れ時間は、混合ガスの流量が最大の場合の時間よりも長くなり、制御の正確性が低下する。タンク容積調整部はこの混合ガスの流量が少ない場合の輸送遅れ時間の長期化を防ぐことができる。
(5) The methane production apparatus of the above embodiment may further include a tank volume adjustment unit that reduces a volume of the tank that can accommodate gas as a flow rate of the mixed gas supplied to the first methanation reactor decreases.
When the total capacity of the tank is set to match the maximum flow rate of the mixed gas supplied to the first methanation reactor, the transport delay time when the flow rate of the mixed gas is low becomes longer than the time when the flow rate of the mixed gas is maximum, and the accuracy of control decreases. The tank volume adjustment unit can prevent this lengthening of the transport delay time when the flow rate of the mixed gas is low.

(6)上記形態のメタン製造装置において、前記タンク容積調整部は、前記タンク内の水の量を変化させることにより、前記タンク内がガスを収容可能な容積を変化させてもよい。
この構成のタンクでは、水を利用して容易にタンク内の容積を変更できる。
(6) In the methane production apparatus according to the above aspect, the tank volume adjustment unit may change a volume of the tank capable of accommodating gas by changing an amount of water in the tank.
In a tank of this configuration, the volume inside the tank can be easily changed by using water.

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。 The present invention can be realized in various forms, such as a gas supply device, a methane production device, a methane production system, a hydrogen or carbon dioxide flow control device, a gas supply method, a methane production method, a method for controlling a gas supply device and a methane production device, a computer program for executing these devices and methods, a server device for distributing this computer program, a non-transitory storage medium on which a computer program is stored, etc.

本発明の一実施形態としてのメタン製造装置および混合ガス供給部のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a methane production apparatus and a mixed gas supply unit according to an embodiment of the present invention. 第2反応器へとH2が供給されるまでのフローチャートである。1 is a flow chart showing the supply of H2 to the second reactor. 比較例のメタン製造装置および混合ガス供給部のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a methane production apparatus and a mixed gas supply unit of a comparative example. 第1実施形態のメタン製造装置と比較例のメタン製造装置とについての効果の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the effects of the methane production apparatus of the first embodiment and the methane production apparatus of the comparative example. 第1実施形態のメタン製造装置と比較例のメタン製造装置とについての効果の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the effects of the methane production apparatus of the first embodiment and the methane production apparatus of the comparative example. 第1実施形態のメタン製造装置と比較例のメタン製造装置とについての効果の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the effects of the methane production apparatus of the first embodiment and the methane production apparatus of the comparative example. 第2実施形態のメタン製造装置および混合ガス供給部のブロック図である。FIG. 11 is a block diagram of a methane production apparatus and a mixed gas supply unit according to a second embodiment. 第1反応器へと供給されるH2の流量の説明図である。FIG. 1 is an illustration of the flow rate of H 2 supplied to the first reactor. 第2実施形態における流量のH2が供給されるまでのフローチャートである。13 is a flowchart showing a flow rate of H 2 supplied in the second embodiment. 変形例における遅れ生成タンクの説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of a delay generation tank in a modified example. 変形例における遅れ生成タンクの説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of a delay generation tank in a modified example. 変形例における第2反応器へと供給されるH2の流量について説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of the flow rate of H 2 supplied to the second reactor in the modified example.

<第1実施形態>
図1は、本発明の一実施形態としてのメタン製造装置100および混合ガス供給部50のブロック図である。メタン製造装置100は、混合ガス供給部50から供給される混合ガス中の二酸化炭素(CO2)と水素(H2)と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。混合ガス供給部50は工場などであり、供給される混合ガスは、工場などの燃焼ガスである。本実施形態では、混合ガス中に含まれるCO2およびH2の量は、時間と共に変動する。すなわち、混合ガス中のCO2の量に対するH2の量であるガス比ξM(H2/CO2比)が不安定である。
First Embodiment
FIG. 1 is a block diagram of a methane production apparatus 100 and a mixed gas supply unit 50 according to an embodiment of the present invention. The methane production apparatus 100 produces methane (CH 4 ) as a product gas by causing a methanation reaction between carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen (H 2 ) in a mixed gas supplied from a mixed gas supply unit 50. The mixed gas supply unit 50 is a factory or the like, and the supplied mixed gas is a combustion gas from a factory or the like. In this embodiment, the amounts of CO 2 and H 2 contained in the mixed gas vary with time. That is, the gas ratio ξ M (H 2 /CO 2 ratio), which is the amount of H 2 relative to the amount of CO 2 in the mixed gas, is unstable.

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、CO2とH2とを含む混合ガスからメタンを製造する上流側の第1反応器(第1メタン化反応器)4および下流側の第2反応器(第2メタン化反応器)7と、第1反応器4に供給される混合ガスの流量を調整するマスフローコントローラ(流量調整部)MFC0と、マスフローコントローラMFC0の上流側で第1反応器4に供給される混合ガスのガス比ξMを取得するガス分析計(ガス比取得部)3と、混合ガス供給部50とマスフローコントローラMFC0との間に配置されたサージタンク10と、第1反応器4から排出される排出ガス(以降、単に「排ガス」ともいう)中の水蒸気を凝縮する第1凝縮器5と、第2反応器7へと供給される排ガスが通る流路の途中に配置された遅れ生成タンク(タンク)6と、第2反応器7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8と、第2反応器7へとH2を追加的に供給する下流側ガス供給部2と、下流側ガス供給部2から第2反応器7へと供給されるH2の流量を調整するマスフローコントローラMFC2と、ガス分析計3が取得したガス比ξMを用いて2つのマスフローコントローラを制御する制御部1と、を備えている。なお、本実施形態では、混合ガス供給部50は、上流側に配置された吸着器(不図示)を介した混合ガスをメタン製造装置100へと供給するため、混合ガスには、CO2とH2とのみが含まれている。また、混合ガス供給部50からメタン製造装置へと供給される混合ガスのガス比は、4.0よりも小さい範囲で変動する。 As shown in FIG. 1, the methane production apparatus 100 of the first embodiment includes a first reactor (first methanation reactor) 4 on the upstream side and a second reactor (second methanation reactor) 7 on the downstream side for producing methane from a mixed gas containing CO 2 and H 2 , a mass flow controller (flow rate adjustment unit) MFC0 for adjusting the flow rate of the mixed gas supplied to the first reactor 4, a gas analyzer (gas ratio acquisition unit) 3 for acquiring a gas ratio ξ M of the mixed gas supplied to the first reactor 4 on the upstream side of the mass flow controller MFC0, a surge tank 10 arranged between the mixed gas supply unit 50 and the mass flow controller MFC0, a first condenser 5 for condensing water vapor in the exhaust gas (hereinafter also simply referred to as "exhaust gas") discharged from the first reactor 4, a delayed generation tank (tank) 6 arranged in the middle of a flow path through which the exhaust gas supplied to the second reactor 7 passes, a second condenser 8 for condensing water vapor in the exhaust gas discharged from the second reactor 7, and a gas analyzer (gas ratio acquisition unit) 9 for condensing water vapor in the exhaust gas discharged from the second reactor 7. The methane production apparatus 100 further includes a downstream gas supply unit 2 that additionally supplies H 2 to the second reactor 7, a mass flow controller MFC2 that adjusts the flow rate of H 2 supplied from the downstream gas supply unit 2 to the second reactor 7, and a control unit 1 that controls the two mass flow controllers using a gas ratio ξ M acquired by a gas analyzer 3. In this embodiment, the mixed gas supply unit 50 supplies the mixed gas via an adsorber (not shown) arranged upstream to the methane production apparatus 100, so that the mixed gas contains only CO 2 and H 2. The gas ratio of the mixed gas supplied from the mixed gas supply unit 50 to the methane production apparatus varies within a range smaller than 4.0.

第1反応器4内および第2反応器7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4内および第2反応器7内のCO2およびH2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。なお、他の実施形態では、ルテニウム以外の周知のメタン化触媒が用いられてもよい。 A methanation catalyst that causes a methanation reaction is contained in the first reactor 4 and the second reactor 7. The methanation catalyst generates methane by causing a methanation reaction represented by the following formula (1) to occur with respect to CO 2 and H 2 in the first reactor 4 and the second reactor 7. An example of the methanation catalyst is a complex containing ruthenium. In other embodiments, a well-known methanation catalyst other than ruthenium may be used.

Figure 0007496768000001
上記式(1)から、生成ガス中のメタン濃度を向上させるためには、混合ガスのガス比ξMが4.0に近いほど好ましいことがわかる。
Figure 0007496768000001
From the above formula (1), it can be seen that in order to improve the methane concentration in the generated gas, the gas ratio ξ M of the mixed gas is preferably closer to 4.0.

第1反応器4内のメタン化反応により生成されたメタンと、未反応のCO2およびH2とを含む排ガスは、第1反応器4から排出されると、第1凝縮器5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5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を含む排ガスは、遅れ生成タンク6を経由して第2反応器7へと供給される。第2反応器7内のメタン化反応により生成されたメタンを含むガスは、第1凝縮器5と同じ構成を有する第2凝縮器8により水蒸気が分離される。水蒸気が分離されたメタンを含むガスは、生成ガスとして図示されない他の装置または貯蔵タンクへと供給される。 The exhaust gas containing methane produced by the methanation reaction in the first reactor 4 and unreacted CO2 and H2 is cooled to room temperature (25 degrees Celsius (°C)) by the first condenser 5 when it is discharged from the first reactor 4. By cooling the exhaust gas, water condensed from the steam by the first condenser 5 is separated from the exhaust gas. The exhaust gas containing methane from which the steam has been separated is supplied to the second reactor 7 via the delayed generation tank 6. The gas containing methane produced by the methanation reaction in the second reactor 7 has its steam separated by the second condenser 8 having the same configuration as the first condenser 5. The gas containing methane from which the steam has been separated is supplied as a generated gas to another device or storage tank not shown in the figure.

遅れ生成タンク6は、流路よりも大きな容積を有するタンクである。遅れ生成タンク6があることにより、ない場合と比較して、第1反応器4から排出された排ガスが第2反応器7に流入するまでの時間が長くなる。第1反応器4の上流側に配置されたサージタンク10は、混合ガス供給部50から供給された混合ガスを一時的に貯留するタンクである。 The delay generation tank 6 is a tank with a larger volume than the flow path. The presence of the delay generation tank 6 makes it take longer for the exhaust gas discharged from the first reactor 4 to flow into the second reactor 7 compared to the case where the delay generation tank 6 is not present. The surge tank 10, located upstream of the first reactor 4, is a tank that temporarily stores the mixed gas supplied from the mixed gas supply unit 50.

ガス分析計3は、混合ガス中のCO2濃度を検出し、検出したCO2濃度を用いてガス比ξMを同定する。ガス分析計3は、下記式(2)に検出したCO2濃度を代入することにより、ガス比ξMを算出する。 The gas analyzer 3 detects the CO2 concentration in the mixed gas, and identifies the gas ratio ξ M using the detected CO2 concentration. The gas analyzer 3 calculates the gas ratio ξ M by substituting the detected CO2 concentration into the following formula (2).

Figure 0007496768000002
CO2(t):混合ガス中のCO2濃度
ガス分析計3は、混合ガス中のCO2濃度を検出した時点からガス比ξMを同定するまでに、計測遅れ時間τdelay_M(例えば10秒)を要する。一方で、遅れ生成タンク6があるため、ガス分析計3によりガス比ξMが検出された混合ガスが第2反応器7へと供給されるまでのガス輸送遅れ時間τdelay_Tが発生する。
Figure 0007496768000002
XCO2 (t): CO2 concentration in the mixed gas The gas analyzer 3 requires a measurement delay time τdelay_M (e.g., 10 seconds) from the time when the CO2 concentration in the mixed gas is detected until the gas ratio ξM is identified. Meanwhile, due to the presence of the delay generation tank 6, a gas transport delay time τdelay_T occurs until the mixed gas whose gas ratio ξM has been detected by the gas analyzer 3 is supplied to the second reactor 7.

本実施形態の制御部1は、ガス分析計3により同定されたガス比ξMと、計測遅れ時間τdelay_Mと、ガス輸送遅れ時間τdelay_Tとを用いて、下流側ガス供給部2から第2反応器7へと供給されるH2の流量(下流側流量)Q2を制御する。具体的には、制御部1は、下記式(3)を用いてH2の流量Q2を決定する。 The control unit 1 of this embodiment controls the flow rate Q2 of H2 supplied from the downstream gas supply unit 2 to the second reactor 7 (downstream flow rate) using the gas ratio ξM identified by the gas analyzer 3, the measurement delay time τ delay_M , and the gas transport delay time τ delay_T . Specifically, the control unit 1 determines the flow rate Q2 of H2 using the following formula (3).

Figure 0007496768000003
A:制御定数
上記式(3)における制御定数Aは、制御部1がマスフローコントローラMFC0を制御することにより、第1反応器4へと供給される混合ガスの流量Q0に応じて決まる定数である。上記式(3)に示されるように、制御部1は、ガス輸送遅れ時間τdelay_Tから計測遅れ時間τdelay_Mを差し引いた差分時間を用いて、H2の流量Q2を算出している。制御部1は、マスフローコントローラMFC2を制御することにより、流量Q2のH2を第2反応器7へと供給する。
Figure 0007496768000003
A: Control constant The control constant A in the above formula (3) is a constant determined according to the flow rate Q0 of the mixed gas supplied to the first reactor 4 by the control unit 1 controlling the mass flow controller MFC0. As shown in the above formula (3), the control unit 1 calculates the flow rate Q2 of H2 using the difference time obtained by subtracting the measurement delay time τ delay_M from the gas transport delay time τ delay_T . The control unit 1 supplies H2 at the flow rate Q2 to the second reactor 7 by controlling the mass flow controller MFC2.

図2は、第2反応器7へとH2が供給されるまでのフローチャートである。図2に示されるフローでは、初めに、ガス分析計3が混合ガス中のCO2濃度を検出する(ステップS1)。ガス分析計3は、検出したCO2濃度を上記式(2)に代入することにより、ガス比ξMを同定する(ステップS2)。制御部1は、同定されたガス比ξMを用いて、第2反応器7へと供給するH2の流量Q2を算出する(ステップS3)。制御部1は、上記式(3)に、同定されたガス比ξMと、ガス輸送遅れ時間delay_Tと、計測遅れ時間τdelay_Mとを代入することにより、流量Q2を算出する。制御部1は、マスフローコントローラMFC2を制御することにより、算出した流量Q2のH2を第2反応器7へと供給する(ステップS4)。その後、制御部1は、終了操作を受け付けるなどの処理終了を判定する(ステップS5)。制御部1は、終了操作を受け付けていない場合には(ステップS5:NO)、ステップS1以降の処理を繰り返す。制御部1は、終了操作等を受け付けた場合には(ステップS5:YES)、各種制御処理を終了する。 FIG. 2 is a flow chart until H 2 is supplied to the second reactor 7. In the flow shown in FIG. 2, first, the gas analyzer 3 detects the CO 2 concentration in the mixed gas (step S1). The gas analyzer 3 identifies the gas ratio ξ M by substituting the detected CO 2 concentration into the above formula (2) (step S2). The control unit 1 calculates the flow rate Q2 of H 2 to be supplied to the second reactor 7 using the identified gas ratio ξ M (step S3). The control unit 1 calculates the flow rate Q2 by substituting the identified gas ratio ξ M , the gas transport delay time delay_T , and the measurement delay time τ delay_M into the above formula (3). The control unit 1 controls the mass flow controller MFC2 to supply H 2 at the calculated flow rate Q2 to the second reactor 7 (step S4). Thereafter, the control unit 1 determines the end of the process, such as accepting an end operation (step S5). If the control unit 1 has not accepted the end operation (step S5: NO), the control unit 1 repeats the process from step S1 onwards. When the control unit 1 receives an end operation or the like (step S5: YES), it ends various control processes.

<比較例>
図3は、比較例のメタン製造装置100xおよび混合ガス供給部50のブロック図である。比較例のメタン製造装置100xでは、第1実施形態のメタン製造装置100と比較して、遅れ生成タンク6を備えていない点と、制御部1xがガス輸送遅れ時間τdelay_T等とは無関係に第2反応器7へと供給するH2の流量Q2xを算出している点とが異なる。そのため、比較例では、第1実施形態と異なる点について説明し、第1実施形態と同じ構成および制御についての説明を省略する。
Comparative Example
3 is a block diagram of a methane production apparatus 100x and a mixed gas supply unit 50 of a comparative example. The methane production apparatus 100x of the comparative example differs from the methane production apparatus 100 of the first embodiment in that it does not include a delay generation tank 6 and that the control unit 1x calculates the flow rate Q2x of H2 to be supplied to the second reactor 7 regardless of the gas transport delay time τ delay_T and the like. Therefore, in the comparative example, only the points different from the first embodiment will be described, and a description of the same configuration and control as the first embodiment will be omitted.

比較例の制御部1xは、下記式(4)にガス分析計3により同定されたガス比ξMを代入することにより、H2の流量Q2xを決定する。 The control unit 1x of the comparative example determines the flow rate Q2x of H 2 by substituting the gas ratio ξ M identified by the gas analyzer 3 into the following formula (4).

Figure 0007496768000004
Ax:制御定数
制御定数Axは、第1実施形態の制御定数Aと同様に、第1反応器4へと供給される混合ガスの流量Q0に応じて決まる定数である。上記式(4)に示されるように、比較例の制御部1xは、第1実施形態におけるガス輸送遅れ時間τdelay_Tおよび計測遅れ時間τdelay_Mを用いずに、ガス比ξMを用いて流量Q2xを算出している。なお、比較例のメタン製造装置100xでは、遅れ生成タンク6がないため、第1反応器4からの排ガスが第2反応器7へと流入するまでの時間が第1実施形態よりも短い。
Figure 0007496768000004
Ax: control constant The control constant Ax is a constant determined according to the flow rate Q0 of the mixed gas supplied to the first reactor 4, similar to the control constant A in the first embodiment. As shown in the above formula (4), the control unit 1x in the comparative example calculates the flow rate Q2x by using the gas ratio ξ M without using the gas transport delay time τ delay_T and the measurement delay time τ delay_M in the first embodiment. Note that, in the methane production apparatus 100x in the comparative example, since there is no delay generation tank 6, the time until the exhaust gas from the first reactor 4 flows into the second reactor 7 is shorter than that in the first embodiment.

図4ないし図6は、第1実施形態のメタン製造装置100と比較例のメタン製造装置100xとについての効果の説明図である。図4には、横軸に時間(min)を取った場合において、混合ガス供給部50から供給される混合ガスのガス比ξMの時間推移を表す曲線CξMが示されている。 4 to 6 are diagrams illustrating the effects of the methane production apparatus 100 of the first embodiment and the methane production apparatus 100x of the comparative example. In Fig. 4, a curve CξM is shown which represents the time transition of the gas ratio ξM of the mixed gas supplied from the mixed gas supply unit 50, with the horizontal axis representing time ( min ).

図5には、横軸に図4と同じスケールの時間(min)を取った場合において、第2反応器7へと供給される排ガスのガス比の時間推移を表す曲線Cξ_100,Cξ_100xが示されている。実線で示された曲線Cξ_100は、第1実施形態のメタン製造装置100における排ガスのガス比の時間推移を表している。破線で示された曲線Cξ_100xは、比較例のメタン製造装置100xにおける排ガスのガス比の時間推移を表している。 5 shows curves Cξ _100 and Cξ _100x representing the time transition of the gas ratio of the exhaust gas supplied to the second reactor 7 when the horizontal axis represents time (min) on the same scale as in FIG. 4. The curve Cξ _100 shown by a solid line represents the time transition of the gas ratio of the exhaust gas in the methane production apparatus 100 of the first embodiment. The curve Cξ _100x shown by a dashed line represents the time transition of the gas ratio of the exhaust gas in the methane production apparatus 100x of the comparative example.

図6には、横軸に図4と同じスケールの時間(min)を取った場合において、メタン製造装置100,100xから生成される生成ガス中のメタン濃度(%)の時間推移を表す曲線CCH4_100,CCH4_100xが示されている。実線で示された曲線CCH4_100は、第1実施形態のメタン製造装置100のメタン濃度の時間推移を表している。破線で示された曲線CCH4_100xは、比較例のメタン製造装置100xのメタン濃度の時間推移を表している。 Fig. 6 shows curves CCH4_100 and CCH4_100x representing the time progression of the methane concentration (%) in the product gas generated from the methane production apparatus 100, 100x when the horizontal axis is time (min) on the same scale as in Fig. 4. The curve CCH4_100 shown by a solid line represents the time progression of the methane concentration in the methane production apparatus 100 of the first embodiment. The curve CCH4_100x shown by a dashed line represents the time progression of the methane concentration in the methane production apparatus 100x of the comparative example.

図5に示されるように、第1実施形態の曲線Cξ_100の方が、比較例の曲線Cξ_100xよりも、メタン化反応の目標となるガス比4.0に近い値で推移している。その結果、図6に示されるように、生成ガス中のメタン濃度は、第1実施形態の曲線CCH4_100の方が、比較例の曲線CCH4_100xよりも100%に近くなる。 As shown in Fig. 5, the curve Cξ_100 of the first embodiment is closer to the gas ratio of 4.0, which is the target of the methanation reaction, than the curve Cξ_100x of the comparative example. As a result, as shown in Fig. 6, the methane concentration in the generated gas is closer to 100% in the curve CCH4_100 of the first embodiment than in the curve CCH4_100x of the comparative example.

以上説明したように、第1実施形態のメタン製造装置100は、CO2とH2とを含む混合ガスからメタンを製造する第1反応器4および第2反応器7と、第1反応器4に供給される混合ガスのガス比ξMを検出するガス分析計3と、第2反応器7へと供給される排ガスが通る流路の途中に配置された遅れ生成タンク6と、第2反応器7へとH2を供給する下流側ガス供給部2と、ガス分析計3が検出したガス比ξMを用いて第2反応器7へと供給するH2の流量Q2を制御する制御部1と、を備えている。制御部1は、ガス分析計3により同定されたガス比ξMと、計測遅れ時間τdelay_Mと、ガス輸送遅れ時間τdelay_Tとを用いて、第2反応器7へと供給されるH2の流量Q2を決定する。すなわち、本実施形態のメタン製造装置100では、ガス分析計3が混合ガスのガス比ξMを検出してから同定するまでに要する計測遅れ時間τdelay_Mと、混合ガスのガス比ξMが検出されてから当該混合ガスが第2反応器7へと流入するまでに要するガス輸送遅れ時間τdelay_Tとが考慮されて、第2反応器7へと供給されるH2の流量Q2が決定されている。このように、遅れ時間が考慮されることにより、第2反応器7へと供給される排ガスの実際のガス比により近いガス比が制御部1により算出される。これにより、計測遅れ時間τdelay_Mは、ガス輸送遅れ時間τdelay_Tにより相殺される。この結果、これらの遅れ時間が考慮されていない比較例と比較して、図5に示されるように、本実施形態の第2反応器7内のガス比は、比較例よりも目標である4.0により近く、図6に示されるように、生成ガス中のメタン濃度が向上する。すなわち、本実施形態のメタン製造装置100によれば、メタン製造装置100に対してガス比ξMが不安定な混合ガスが供給されている場合でも、第2反応器7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できる。また、遅れ生成タンク6の容量は、ガス分析計3がガス比ξMを検出してから同定するまでの時間分だけ第2反応器7への混合ガスの流入を送らせる容量で済む。そのため、遅れ生成タンク6の大きさは、第2反応器7へと供給される排ガスのガス比の変動を緩和させればよく、サージタンクのような大容量の大きさは不要である。これにより、本実施形態のメタン製造装置100によれば、第1反応器4と第2反応器7との間に配置されたサージタンクにより混合ガスのガス比の変動を緩和しているメタン製造装置と比較して、生成されるメタンの品質を確保した上で、メタン製造装置100の小型化を実現できる。 As described above, the methane production apparatus 100 of the first embodiment includes the first reactor 4 and the second reactor 7 for producing methane from a mixed gas containing CO 2 and H 2 , the gas analyzer 3 for detecting the gas ratio ξ M of the mixed gas supplied to the first reactor 4, the delay generation tank 6 arranged in the middle of the flow path through which the exhaust gas supplied to the second reactor 7 passes, the downstream gas supply unit 2 for supplying H 2 to the second reactor 7, and the control unit 1 for controlling the flow rate Q2 of H 2 supplied to the second reactor 7 using the gas ratio ξ M detected by the gas analyzer 3. The control unit 1 determines the flow rate Q2 of H 2 supplied to the second reactor 7 using the gas ratio ξ M identified by the gas analyzer 3, the measurement delay time τ delay_M , and the gas transport delay time τ delay_T . That is, in the methane production apparatus 100 of this embodiment, the flow rate Q2 of H 2 supplied to the second reactor 7 is determined taking into consideration the measurement delay time τ delay_M required from the detection of the gas ratio ξ M of the mixed gas by the gas analyzer 3 until it is identified, and the gas transport delay time τ delay_T required from the detection of the gas ratio ξ M of the mixed gas until the mixed gas flows into the second reactor 7. In this way, by taking the delay time into consideration, the control unit 1 calculates a gas ratio closer to the actual gas ratio of the exhaust gas supplied to the second reactor 7. Thereby, the measurement delay time τ delay_M is offset by the gas transport delay time τ delay_T . As a result, compared to the comparative example in which these delay times are not taken into consideration, as shown in FIG. 5, the gas ratio in the second reactor 7 of this embodiment is closer to the target of 4.0 than the comparative example, and as shown in FIG. 6, the methane concentration in the generated gas is improved. That is, according to the methane production apparatus 100 of this embodiment, even if a mixed gas with an unstable gas ratio ξ M is supplied to the methane production apparatus 100, the gas ratio in the second reactor 7 can be stabilized to ensure the quality of the methane produced. Furthermore, the capacity of the delayed generation tank 6 is sufficient to delay the inflow of the mixed gas into the second reactor 7 by the time from when the gas analyzer 3 detects the gas ratio ξ M to when it is identified. Therefore, the size of the delayed generation tank 6 only needs to mitigate the fluctuation of the gas ratio of the exhaust gas supplied to the second reactor 7, and a large capacity like that of a surge tank is not required. As a result, according to the methane production apparatus 100 of this embodiment, the methane production apparatus 100 can be made smaller while ensuring the quality of the methane produced, compared to a methane production apparatus in which a surge tank arranged between the first reactor 4 and the second reactor 7 is used to mitigate the fluctuation of the gas ratio of the mixed gas.

また、本実施形態の制御部1は、上記式(3)に示されるように、ガス輸送遅れ時間τdelay_Tから計測遅れ時間τdelay_Mを差し引いた差分時間を用いて、H2の流量Q2を算出している。そのため、制御部1は、第2反応器7へと供給される排ガスの実際のガス比により近いガス比に基づいて、第2反応器7へと供給するH2の流量Q2を決定できる。これにより、メタン製造装置100からの生成ガス中のメタン濃度をより向上させることができる。 In addition, the control unit 1 of this embodiment calculates the flow rate Q2 of H2 using the difference time obtained by subtracting the measurement delay time τ delay_M from the gas transport delay time τ delay_T as shown in the above formula (3). Therefore, the control unit 1 can determine the flow rate Q2 of H2 to be supplied to the second reactor 7 based on a gas ratio that is closer to the actual gas ratio of the exhaust gas supplied to the second reactor 7. This makes it possible to further improve the methane concentration in the generated gas from the methane production apparatus 100.

<第2実施形態>
図7は、第2実施形態のメタン製造装置100aおよび混合ガス供給部50のブロック図である。第2実施形態のメタン製造装置100aでは、第1実施形態のメタン製造装置100と比較して、上流側ガス供給部11およびマスフローコントローラMFC1を備える点と、制御部1aがマスフローコントローラMFC0,MFC2に加えてマスフローコントローラMFC1を制御する点とが異なる。そのため、第2実施形態では、第1実施形態と異なる点について説明し、第1実施形態と同じ構成および制御についての説明を省略する。
Second Embodiment
7 is a block diagram of a methane production apparatus 100a and a mixed gas supply unit 50 of the second embodiment. The methane production apparatus 100a of the second embodiment differs from the methane production apparatus 100 of the first embodiment in that it includes an upstream gas supply unit 11 and a mass flow controller MFC1, and that a control unit 1a controls the mass flow controller MFC1 in addition to the mass flow controllers MFC0 and MFC2. Therefore, in the second embodiment, only the points different from the first embodiment will be described, and a description of the same configuration and control as in the first embodiment will be omitted.

図7に示されるように、第2実施形態のメタン製造装置100aは、第1反応器4へとH2を追加的に供給する上流側ガス供給部11と、上流側ガス供給部11から第1反応器4へと供給されるH2の流量を調整するマスフローコントローラMFC1とを備えている。第2実施形態の制御部1aは、ガス分析計3により取得されたガス比ξMを用いて、上流側ガス供給部11から第1反応器4へと供給されるH2の流量(上流側流量)Q1を制御する。 7, the methane production apparatus 100a of the second embodiment includes an upstream gas supply unit 11 that additionally supplies H2 to the first reactor 4, and a mass flow controller MFC1 that adjusts the flow rate of H2 supplied from the upstream gas supply unit 11 to the first reactor 4. The control unit 1a of the second embodiment uses the gas ratio ξM acquired by the gas analyzer 3 to control the flow rate (upstream flow rate) Q1 of H2 supplied from the upstream gas supply unit 11 to the first reactor 4.

図8は、第1反応器4へと供給されるH2の流量Q1の説明図である。図8に示されるテーブルのように、第2実施形態の制御部1aは、ガス分析計3により取得されたガス比ξMに応じて、第1反応器4へと供給するH2の流量Q1が予め決められている。なお、図8のテーブルは、メタン製造装置100aに対しての実験により予め作成されたテーブルである。なお、他の実施形態では、H2の流量Q1は、例えば上記式(3)のような式を用いて決定されてもよいし、その他の周知の算出方法等によって決定されてもよい。 Fig. 8 is an explanatory diagram of the flow rate Q1 of H2 supplied to the first reactor 4. As shown in the table in Fig. 8, the control unit 1a of the second embodiment predetermines the flow rate Q1 of H2 supplied to the first reactor 4 according to the gas ratio ξM acquired by the gas analyzer 3. The table in Fig. 8 is a table created in advance by an experiment on the methane production apparatus 100a. In other embodiments, the flow rate Q1 of H2 may be determined using, for example, the above formula (3), or may be determined by other well-known calculation methods.

第2実施形態の制御部1aは、決定したH2の流量Q1と、ガス輸送遅れ時間τdelay_Tから計測遅れ時間τdelay_Mを差し引いた差分時間と、ガス分析計3により取得されたガス比ξMとを用いて、第2反応器7へと供給するH2の流量(下流側流量)Q2aを決定する。具体的には、制御部1aは、下記式(5)に各数値を代入することにより、H2の流量Q2aを算出する。 The control unit 1a of the second embodiment determines the flow rate Q2a of H2 (downstream flow rate) to be supplied to the second reactor 7 using the determined flow rate Q1 of H2, a difference time obtained by subtracting the measurement delay time τ delay_M from the gas transport delay time τ delay_T , and the gas ratio ξ M acquired by the gas analyzer 3. Specifically, the control unit 1a calculates the flow rate Q2a of H2 by substituting each value into the following formula (5).

Figure 0007496768000005
Aa,B:制御定数
制御定数Aa,Bは、第1反応器4へと供給される混合ガスの流量Q0に応じて決まる定数である。
Figure 0007496768000005
Aa, B: Control Constants The control constants Aa and B are constants that are determined according to the flow rate Q0 of the mixed gas supplied to the first reactor 4.

第2実施形態では、ガス輸送遅れ時間τdelay_Tとして、下記式(6)の算出値を用いる。 In the second embodiment, the gas transport delay time τ delay_T is calculated using the following formula (6).

Figure 0007496768000006
delay:遅れ生成タンクの容積(L)
p:遅れ生成タンクの運転圧力(atm)
1:第1反応器の代表CO2転化率
ξrep:混合ガスの代表ガス比
第1反応器4の代表CO2転化率C1および混合ガスの代表ガス比ξrepは、予め設定される定数である。第2実施形態では、代表ガス比ξrepとして、混合ガス供給部50から供給される混合ガスの所定時間内におけるガス比ξMの平均値を用いている。代表CO2転化率C1は、代表ガス比ξrepの混合ガスが第1反応器4へと供給された場合に、第1反応器4内において混合ガス中のCO2がメタンへと転換される割合である。代表CO2転化率C1および代表ガス比ξrepは、経験的に前もって定められる値であり、他の実施形態では異なる方法によって定められてもよい。
Figure 0007496768000006
V delay : Volume of delay generation tank (L)
p: Operating pressure of the delayed generation tank (atm)
C 1 : Representative CO 2 conversion rate of the first reactor ξ rep : Representative gas ratio of the mixed gas The representative CO 2 conversion rate C 1 of the first reactor 4 and the representative gas ratio ξ rep of the mixed gas are preset constants. In the second embodiment, the average value of the gas ratio ξ M of the mixed gas supplied from the mixed gas supply unit 50 within a predetermined time is used as the representative gas ratio ξ rep . The representative CO 2 conversion rate C 1 is the ratio of CO 2 in the mixed gas converted to methane in the first reactor 4 when the mixed gas with the representative gas ratio ξ rep is supplied to the first reactor 4. The representative CO 2 conversion rate C 1 and the representative gas ratio ξ rep are values that are empirically determined in advance, and may be determined by different methods in other embodiments.

図9は、第2実施形態における流量Q2のH2が供給されるまでのフローチャートである。図9に示されるフローでは、ガス分析計3は、混合ガス中のCO2濃度を検出し(ステップS11)、ガス比ξMを同定する(ステップS12)。制御部1aは、同定されたガス比ξMを図8のテーブルに照合することにより、第1反応器4へと供給するH2の流量Q1を決定する(ステップS13)。制御部1aは、決定した流量Q1と、同定されたガス比ξMと、ガス輸送遅れ時間delay_Tと、計測遅れ時間τdelay_Mとを上記式(5)に代入することにより、第2反応器7へと供給するH2の流量Q2aを算出する(ステップS14)。制御部1aは、算出した流量Q2aのH2を第2反応器7へと供給する(ステップS15)。その後、ステップS16の処理終了の判定が行われる。 FIG. 9 is a flow chart until H 2 at the flow rate Q2 is supplied in the second embodiment. In the flow shown in FIG. 9, the gas analyzer 3 detects the CO 2 concentration in the mixed gas (step S11) and identifies the gas ratio ξ M (step S12). The control unit 1a determines the flow rate Q1 of H 2 to be supplied to the first reactor 4 by collating the identified gas ratio ξ M with the table of FIG. 8 (step S13). The control unit 1a calculates the flow rate Q2a of H 2 to be supplied to the second reactor 7 by substituting the determined flow rate Q1, the identified gas ratio ξ M , the gas transport delay time delay_T , and the measurement delay time τ delay_M into the above formula (5) (step S14). The control unit 1a supplies H 2 at the calculated flow rate Q2a to the second reactor 7 (step S15). Then, the end of the process of step S16 is determined.

以上説明したように、第2実施形態のメタン製造装置100aは、第1反応器4へとH2を供給する上流側ガス供給部11を備えている。制御部1aは、ガス分析計3により取得されたガス比ξMを用いて、上流側ガス供給部11から第1反応器4へと供給されるH2の流量Q1を制御する。すなわち、第2実施形態では、第1反応器4と第2反応器7との両方に流量Q1,Q2aが制御されたH2が供給される。そのため、第2実施形態のメタン製造装置100aでは、第1反応器4には計測遅れ時間τdelay_Mを考慮していない大まかな流量Q1のH2が供給され、第2反応器7には計測遅れ時間τdelay_M等を考慮して細かく調整された流量Q2aのH2が供給される。この結果、第2反応器7内のガス比をより目標のガス比に近づけることができる。これにより、メタン製造装置100aの生成ガス中のメタン濃度をより向上させることができる。 As described above, the methane production apparatus 100a of the second embodiment includes the upstream gas supply unit 11 that supplies H 2 to the first reactor 4. The control unit 1a controls the flow rate Q1 of H 2 supplied from the upstream gas supply unit 11 to the first reactor 4 using the gas ratio ξ M acquired by the gas analyzer 3. That is, in the second embodiment, H 2 with the flow rates Q1 and Q2a controlled is supplied to both the first reactor 4 and the second reactor 7. Therefore, in the methane production apparatus 100a of the second embodiment, H 2 with a rough flow rate Q1 that does not take into account the measurement delay time τ delay_M is supplied to the first reactor 4, and H 2 with a flow rate Q2a that is finely adjusted taking into account the measurement delay time τ delay_M and the like is supplied to the second reactor 7. As a result, the gas ratio in the second reactor 7 can be made closer to the target gas ratio. This makes it possible to further improve the methane concentration in the generated gas of the methane production apparatus 100a.

また、第2実施形態の制御部1aは、上記式(5)に示されるように、ガス輸送遅れ時間τdelay_Tから計測遅れ時間τdelay_Mを差し引いた差分時間と、第1反応器4へと供給されたH2の流量Q1とを用いて、第2反応器7へと供給するH2の流量Q2aを決定している。そのため、制御部1aは、第2反応器7へと供給される排ガスの実際のガス比により近いガス比に基づいて、第2反応器7へと供給するH2の流量Q2aを決定できる。これにより、第2実施形態のメタン製造装置100aからの生成ガス中のメタン濃度をより向上させることができる。 In addition, as shown in the above formula (5), the control unit 1a of the second embodiment determines the flow rate Q2a of H 2 to be supplied to the second reactor 7 by using the difference time obtained by subtracting the measurement delay time τ delay_M from the gas transport delay time τ delay_T and the flow rate Q1 of H 2 supplied to the first reactor 4. Therefore, the control unit 1a can determine the flow rate Q2a of H 2 to be supplied to the second reactor 7 based on a gas ratio that is closer to the actual gas ratio of the exhaust gas to be supplied to the second reactor 7. This makes it possible to further improve the methane concentration in the generated gas from the methane production apparatus 100a of the second embodiment.

<上記実施形態の変形例>
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。
<Modifications of the above embodiment>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied in various forms without departing from the spirit and scope of the invention. For example, the following modifications are also possible.

[変形例1]
上記第1実施形態および第2実施形態のメタン製造装置100,100aは、本発明の一実施形態としての一例であり、メタン製造装置100が備える構成および実行する制御等については、種々変形可能である。例えば、メタン製造装置100は、2つの凝縮器5,8およびサージタンク10を備えていなくてもよく、第1凝縮器5がメタン製造装置100とは異なる別のシステムに備えられていてもよい。マスフローコントローラMFC0,MFC1,MFC2は、流量調整装置としての一例であり、流量調整可能な周知の装置を適用できる。上流側ガス供給部11および下流側ガス供給部2としては、H2を貯留している水素タンク等を適用でき、上流側ガス供給部11と下流側ガス供給部2とが1つの水素タンクで構成されていてもよい。制御部1,1aは、1つの制御部であったが、複数の制御部に分割されて、各種機能が分割されていてもよいし、複数の制御部のそれぞれが各部を制御してもよい。メタン製造装置100は、3つ以上のメタン化反応器を備えていてもよい。
[Modification 1]
The methane production apparatus 100, 100a of the first and second embodiments is an example of an embodiment of the present invention, and the configuration of the methane production apparatus 100 and the control executed by the methane production apparatus 100 can be modified in various ways. For example, the methane production apparatus 100 does not need to include the two condensers 5, 8 and the surge tank 10, and the first condenser 5 may be provided in a system different from the methane production apparatus 100. The mass flow controllers MFC0, MFC1, and MFC2 are examples of flow rate adjustment devices, and known devices capable of flow rate adjustment can be applied. As the upstream gas supply unit 11 and the downstream gas supply unit 2, a hydrogen tank storing H2 or the like can be applied, and the upstream gas supply unit 11 and the downstream gas supply unit 2 may be configured by one hydrogen tank. The control units 1, 1a are one control unit, but may be divided into multiple control units and various functions may be divided, or each of the multiple control units may control each unit. The methane production apparatus 100 may include three or more methanation reactors.

また、調整ガス供給部として、H2を供給する上流側ガス供給部11および下流側ガス供給部2の代わりに、CO2を供給する上流側ガス供給部および下流側ガス供給部が備えられていてもよい。上記第1実施形態および第2実施形態では、混合ガス供給部50から供給される混合ガスのガス比ξMが4.0よりも小さい前提であったが、ガス比ξMが4.0以上の場合には、上流側ガス供給部および下流側ガス供給部は、CO2を供給する方が好ましい。 Further, instead of the upstream gas supply unit 11 and the downstream gas supply unit 2 that supply H 2 , an upstream gas supply unit and a downstream gas supply unit that supply CO 2 may be provided as the adjustment gas supply unit. In the above first and second embodiments, it is assumed that the gas ratio ξ M of the mixed gas supplied from the mixed gas supply unit 50 is smaller than 4.0, but when the gas ratio ξ M is 4.0 or more, it is preferable that the upstream gas supply unit and the downstream gas supply unit supply CO 2 .

ガス分析計3は、混合ガス中のCO2の濃度を検出し、混合ガスのガス比ξMを同定したが、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H2の濃度を測定する装置によりガス比ξMが同定されてもよいし、CO2とH2とのいずれの濃度も検出されてガス比ξMが同定されてもよい。混合ガス供給部50は、吸着器を備えておらず、CO2およびH2以外のガスを含んでいる混合ガスをメタン製造装置100に供給してもよい。この場合に、ガス分析計は、混合ガス中におけるH2に対するCO2のガス比ξMを取得できる機能を有していればよい。 Although the gas analyzer 3 detects the concentration of CO 2 in the mixed gas and identifies the gas ratio ξ M of the mixed gas, other detectors may be used. For example, instead of the gas analyzer 3, the gas ratio ξ M may be identified by a device that measures the concentration of H 2 in the mixed gas, or the concentrations of both CO 2 and H 2 may be detected to identify the gas ratio ξ M. The mixed gas supply unit 50 may not include an adsorber and may supply a mixed gas containing gases other than CO 2 and H 2 to the methane production apparatus 100. In this case, the gas analyzer only needs to have a function of acquiring the gas ratio ξ M of CO 2 to H 2 in the mixed gas.

[変形例2]
図10は、変形例における遅れ生成タンク6bの説明図である。図10には、変形例の遅れ生成タンク6bの概略断面図が示されている。変形例の遅れ生成タンク6は、第1反応器4からの排ガスが通過する第1凝縮器5と一体になったタンクである。変形例の遅れ生成タンク6bでは、凝縮された水が生成水としてタンク内に溜まり、生成水が増加するに従いタンク内がガスを収容可能な有効容積Vdelayが減少する。図10に示されるように、変形例の遅れ生成タンク6bは、生成水の液面高さを検出するレベルセンサSNを備えている。そのため、この変形例の遅れ生成タンク6bの有効容積Vdelayは、図10に示されるように、下記式(7)により表される。
[Modification 2]
FIG. 10 is an explanatory diagram of the delayed generation tank 6b in the modified example. FIG. 10 shows a schematic cross-sectional view of the delayed generation tank 6b in the modified example. The delayed generation tank 6 in the modified example is a tank integrated with the first condenser 5 through which the exhaust gas from the first reactor 4 passes. In the delayed generation tank 6b in the modified example, condensed water accumulates in the tank as generated water, and as the generated water increases, the effective volume V delay in which the tank can accommodate gas decreases. As shown in FIG. 10, the delayed generation tank 6b in the modified example is provided with a level sensor SN that detects the liquid level of the generated water. Therefore, the effective volume V delay of the delayed generation tank 6b in this modified example is expressed by the following formula (7) as shown in FIG. 10.

Figure 0007496768000007
tank:遅れ生成タンク内の全容積
w:遅れ生成タンク内の水量
この変形例では、より正確な遅れ生成タンク6b内の有効容積Vdelayが算出されるため、ガス輸送遅れ時間τdelay_Tがより正確に算出され、第2反応器7内のガス比がさらに安定して、メタン製造装置により生成されるメタンの品質が向上する。
Figure 0007496768000007
V tank : total volume in the delay generation tank V w : volume of water in the delay generation tank In this modified example, the effective volume V delay in the delay generation tank 6b is calculated more accurately, so that the gas transport delay time τ delay_T is calculated more accurately, the gas ratio in the second reactor 7 becomes more stable, and the quality of methane generated by the methane production apparatus is improved.

[変形例3]
図11は、変形例における遅れ生成タンク6cの説明図である。図11に示されるように、この変形例の遅れ生成タンク6cは、図10に示された遅れ生成タンク6bに対して、タンク内の水の給水および排水の機構を備えたタンクである。
[Modification 3]
Fig. 11 is an explanatory diagram of a modified delay generation tank 6c. As shown in Fig. 11, the delay generation tank 6c of this modified example is a tank equipped with a mechanism for supplying and draining water from the tank, in contrast to the delay generation tank 6b shown in Fig. 10.

遅れ生成タンク6cは、生成水が溜まる凝縮器一体型タンク66と、凝縮器一体型タンク66へと給水および排水を行う水を貯蔵している水タンク63と、凝縮器一体型タンク66から水タンク63へと排水を行うためのポンプ(タンク容積調整部)62と、凝縮器一体型タンク66から水タンク63への方向のみの水の流入を許可する逆止弁61と、水タンク63から凝縮器一体型タンク66へと給水を行うためのポンプ(タンク容積調整部)65と、水タンク63から凝縮器一体型タンク66への方向のみの水の流入を許可する逆止弁64と、を備えている。この変形例では、図示されていない制御部が、第1反応器4へと供給される混合ガスの流量Q0に応じて、ポンプ62,65を制御する。これにより、ポンプ62,65は、凝縮器一体型タンク66内の水の量を変化させることにより、タンク内の有効容積Vdelayを変化させる。この変形例では、ポンプ62,65は、第1反応器4に供給される混合ガスの流量Q0が減少するにつれて、タンク内の有効容積Vdelayを小さくする。 The delay generation tank 6c includes a condenser-integrated tank 66 in which generated water accumulates, a water tank 63 that stores water to be supplied to and drained from the condenser-integrated tank 66, a pump (tank volume adjustment unit) 62 for draining water from the condenser-integrated tank 66 to the water tank 63, a check valve 61 that allows water to flow only from the condenser-integrated tank 66 to the water tank 63, a pump (tank volume adjustment unit) 65 for supplying water from the water tank 63 to the condenser-integrated tank 66, and a check valve 64 that allows water to flow only from the water tank 63 to the condenser-integrated tank 66. In this modification, a control unit (not shown) controls the pumps 62 and 65 in accordance with the flow rate Q0 of the mixed gas supplied to the first reactor 4. As a result, the pumps 62 and 65 change the amount of water in the condenser-integrated tank 66, thereby changing the effective volume V delay in the tank. In this modification, the pumps 62 and 65 reduce the effective volume V delay in the tank as the flow rate Q0 of the mixed gas supplied to the first reactor 4 decreases.

この変形例のポンプ62,65は、混合ガス供給部50から第1反応器4へと供給される混合ガスの流量Q0が減少するにつれて、タンク内の有効容積Vdelayを小さくする。この変形例によれば、マスフローコントローラMFC0の流量Q0が最大の時(全負荷時)と流量Q0が小さい時(低負荷時)とのガス輸送遅れ時間τdelayを揃えることができる。これにより低負荷時においてもメタン製造装置の生成ガス中のメタン濃度を向上させることができる。 The pumps 62, 65 of this modification reduce the effective volume Vdelay in the tank as the flow rate Q0 of the mixed gas supplied from the mixed gas supply unit 50 to the first reactor 4 decreases. According to this modification, it is possible to equalize the gas transport delay time τdelay when the flow rate Q0 of the mass flow controller MFC0 is at its maximum (full load) and when the flow rate Q0 is low (low load). This makes it possible to improve the methane concentration in the product gas of the methane production apparatus even at low load.

また、この変形例の遅れ生成タンク6cでは、ポンプ62,65が凝縮器一体型タンク66内の水の量を変化させることにより、凝縮器一体型タンク66内の有効容積Vdelayを変化させている。そのため、この変形例の遅れ生成タンク6cでは、水を利用して容易に有効容積Vdelayの容積が変更される。 In addition, in the delay generation tank 6c of this modified example, the pumps 62, 65 change the amount of water in the condenser integrated tank 66, thereby changing the effective volume Vdelay in the condenser integrated tank 66. Therefore, in the delay generation tank 6c of this modified example, the volume of the effective volume Vdelay can be easily changed by using water.

この変形例の遅れ生成タンク6cでは、水以外の液体を用いて有効容積Vdelayの容積が変更されてもよい。また、液体を用いず、かつ、凝縮器一体型ではなく、タンク底面が側面に対して上下移動することにより、有効容積Vdelayの容積が変更されてもよい。 In the delay generation tank 6c of this modification, the volume of the effective volume Vdelay may be changed using a liquid other than water. Also, without using a liquid, and without being integrated with a condenser, the volume of the effective volume Vdelay may be changed by moving the bottom of the tank up and down relative to the side.

[変形例4]
図12は、変形例における第2反応器7へと供給されるH2の流量Q2dについて説明図である。この変形例では、H2の流量Q2dが、第1実施形態と第2実施形態とのいずれとも異なる方法で決定される。具体的には、H2の流量Q2dは、下記式(8)と式(9)とを用いて図12に示されるマップに応じて決定される。
[Modification 4]
12 is an explanatory diagram of the flow rate Q2d of H2 supplied to the second reactor 7 in the modified example. In this modified example, the flow rate Q2d of H2 is determined by a method different from that in the first and second embodiments. Specifically, the flow rate Q2d of H2 is determined according to the map shown in FIG. 12 using the following formulas (8) and (9).

Figure 0007496768000008
Figure 0007496768000009
図12では、ハッチングの濃さにより流量Q2dの大小が示されており、ハッチングが濃いほど流量Q2dが多い。なお、図12における実線は、流量Q2dが同じである等高線である。図12に示されるように、上記式(8),(9)の算出値X,Yが小さいほど、流量Q2dが大きくなる。
Figure 0007496768000008
Figure 0007496768000009
In Fig. 12, the magnitude of the flow rate Q2d is indicated by the density of the hatching, and the thicker the hatching, the greater the flow rate Q2d. Note that the solid lines in Fig. 12 are contour lines with the same flow rate Q2d. As shown in Fig. 12, the smaller the calculated values X and Y of the above formulas (8) and (9), the greater the flow rate Q2d.

上記第1実施形態および第2実施形態では、第2反応器7へと供給されるH2の流量Q2,Q2aの算出方法として上記式(3),(5)を挙げたが、これらの算出方法は一例であり、ガス比ξMと、計測遅れ時間τdelay_Mと、ガス輸送遅れ時間τdelay_T都を用いた範囲で、周知の算出方法および図12のマップを用いた方法等の決定方法を適用可能である。同じように、上記第2実施形態の式(6)で示されたガス輸送遅れ時間τdelay_Tについても、他の方法により求められてもよい。 In the first and second embodiments, the above formulas (3) and (5) are given as methods for calculating the flow rates Q2 and Q2a of H2 supplied to the second reactor 7, but these calculation methods are merely examples, and known calculation methods and determination methods such as a method using the map of Fig. 12 can be applied within the range of using the gas ratio ξM , the measurement delay time τ delay_M , and the gas transport delay time τ delay_T . Similarly, the gas transport delay time τ delay_T shown in formula (6) of the second embodiment may also be obtained by other methods.

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。 Although this aspect has been described above based on the embodiment and modified examples, the embodiment of the above-mentioned aspect is intended to facilitate understanding of this aspect and does not limit this aspect. This aspect may be modified or improved without departing from the spirit and scope of the claims, and equivalents are included in this aspect. Furthermore, if a technical feature is not described as essential in this specification, it may be deleted as appropriate.

1,1a,1x…制御部
2…下流側ガス供給部
3…ガス分析計(ガス比取得部)
4…第1反応器(第1メタン化反応器)
5…第1凝縮器
6,6b,6c…遅れ生成タンク(タンク)
7…第2反応器(第2メタン化反応器)
8…第2凝縮器
10…サージタンク
11…上流側ガス供給部
50…混合ガス供給部
61,64…逆止弁
62,65…ポンプ(タンク容積調整部)
63…水タンク
66…凝縮器一体型タンク
100,100a,100x…メタン製造装置
A,Aa,Ax,B…制御定数
1…第1反応器の代表CO2転化率
ξrep…混合ガスの代表ガス比
ξM…混合ガスのガス比
CξM…混合ガスのガス比の時間推移
CH4_100,CCH4_100x…メタン濃度の時間推移
Cξ_100,Cξ_100x…排ガスのガス比の時間推移
MFC0…マスフローコントローラ(流量調整部)
MFC1,MFC2…マスフローコントローラ
Q0…混合ガスの流量
Q1…第1反応器へと供給されるH2の流量
Q2,Q2a,Q2d,Q2x…第2反応器へと供給されるH2の流量
SN…レベルセンサ
delay…遅れ生成タンクの有効容積
tank…遅れ生成タンク内の全容積
w…遅れ生成タンク内の水量
CO2…混合ガス中のCO2濃度
τdelay_M…計測遅れ時間
τdelay_T…ガス輸送遅れ時間(輸送遅れ時間)
1, 1a, 1x...control unit 2...downstream gas supply unit 3...gas analyzer (gas ratio acquisition unit)
4...First reactor (first methanation reactor)
5...First condenser 6, 6b, 6c...Delay generation tank (tank)
7...Second reactor (second methanation reactor)
8: Second condenser 10: Surge tank 11: Upstream gas supply section 50: Mixed gas supply section 61, 64: Check valve 62, 65: Pump (tank volume adjustment section)
63... Water tank 66... Condenser integrated tank 100, 100a, 100x... Methane production device A, Aa, Ax, B... Control constants C1 ... Representative CO2 conversion rate of first reactor ξ rep ... Representative gas ratio of mixed gas ξ M ... Gas ratio of mixed gas Cξ M ... Time transition of gas ratio of mixed gas CCH4_100 , CCH4_100x ... Time transition of methane concentration Cξ_100 , Cξ_100x ... Time transition of gas ratio of exhaust gas MFC0... Mass flow controller (flow rate adjustment unit)
MFC1, MFC2...Mass flow controller Q0...Flow rate of mixed gas Q1...Flow rate of H2 supplied to the first reactor Q2, Q2a, Q2d, Q2x...Flow rate of H2 supplied to the second reactor SN...Level sensor V delay ...Effective volume of delay generation tank V tank ...Total volume in delay generation tank V w ...Amount of water in delay generation tank X CO2 ... CO2 concentration in mixed gas τ delay_M ...Measurement delay time τ delay_T ...Gas transport delay time (transport delay time)

Claims (6)

メタン製造装置であって、
二酸化炭素と水素との混合ガスからメタンを製造する第1メタン化反応器と、
前記第1メタン化反応器に供給される前記混合ガスのガス比であって、水素に対する二酸化炭素の比であるガス比を取得するガス比取得部と、
前記第1メタン化反応器に供給される前記混合ガスの流量を調整する流量調整部と、
前記第1メタン化反応器から排出された排出ガスが供給され、前記排出ガスからメタンを製造する第2メタン化反応器と、
前記第1メタン化反応器から排出された前記排出ガスが通り、前記第2メタン化反応器に供給される前記排出ガスが通る流路の途中に配置されたタンクと、
前記第2メタン化反応器へと二酸化炭素または水素を供給する下流側ガス供給部と、
前記第2メタン化反応器に供給される二酸化炭素または水素の流量を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ガス比取得部により取得されたガス比と、前記タンクにより発生する前記排出ガスの輸送遅れの時間と、前記ガス比取得部がガス比を取得した時点からガス比が同定されるまでに発生する計測遅れの時間とを用いて、前記下流側ガス供給部から前記第2メタン化反応器へと供給される二酸化炭素または水素の流量である下流側流量を決定する、メタン製造装置。
1. A methane production apparatus comprising:
a first methanation reactor for producing methane from a mixed gas of carbon dioxide and hydrogen;
a gas ratio acquisition unit that acquires a gas ratio of the mixed gas supplied to the first methanation reactor, the gas ratio being a ratio of carbon dioxide to hydrogen;
a flow rate adjusting unit that adjusts a flow rate of the mixed gas supplied to the first methanation reactor;
a second methanation reactor to which the exhaust gas discharged from the first methanation reactor is supplied and which produces methane from the exhaust gas;
a tank disposed in a flow path through which the exhaust gas discharged from the first methanation reactor passes and through which the exhaust gas supplied to the second methanation reactor passes ;
a downstream gas supply section for supplying carbon dioxide or hydrogen to the second methanation reactor;
A control unit for controlling a flow rate of carbon dioxide or hydrogen supplied to the second methanation reactor;
Equipped with
The control unit determines a downstream flow rate, which is the flow rate of carbon dioxide or hydrogen supplied from the downstream gas supply unit to the second methanation reactor, using the gas ratio acquired by the gas ratio acquisition unit, a transportation delay time of the exhaust gas generated by the tank, and a measurement delay time that occurs from the time the gas ratio acquisition unit acquires the gas ratio to the time the gas ratio is identified.
請求項1に記載のメタン製造装置であって、
前記制御部は、
前記輸送遅れの時間から前記計測遅れの時間を差し引いた差分時間と、現在から前記差分時間だけ前の時刻において前記ガス比取得部により取得されたガス比と、を用いて、前記下流側流量を決定する、メタン製造装置。
The methane production apparatus according to claim 1,
The control unit is
a gas ratio acquisition unit that acquires a difference time obtained by subtracting a measurement delay time from a transport delay time and a gas ratio acquired by the gas ratio acquisition unit at a time that is the difference time before the present, said downstream flow rate being determined.
請求項1に記載のメタン製造装置であって、さらに、
前記第1メタン化反応器へと二酸化炭素または水素を供給する上流側ガス供給部を備え、
前記制御部は、前記ガス比取得部により取得されたガス比を用いて、前記上流側ガス供給部から前記第1メタン化反応器へと供給される二酸化炭素または水素の流量である上流側流量を決定する、メタン製造装置。
The methane production apparatus according to claim 1, further comprising:
an upstream gas supply unit for supplying carbon dioxide or hydrogen to the first methanation reactor;
The control unit uses the gas ratio acquired by the gas ratio acquisition unit to determine an upstream flow rate, which is the flow rate of carbon dioxide or hydrogen supplied from the upstream gas supply unit to the first methanation reactor.
請求項3に記載のメタン製造装置であって、
前記制御部は、
前記輸送遅れの時間から前記計測遅れの時間を差し引いた差分時間と、現在から前記差分時間だけ前の時刻において前記ガス比取得部により取得されたガス比と、前記上流側流量とを用いて、前記下流側流量を決定する、メタン製造装置。
The methane production apparatus according to claim 3,
The control unit is
a gas ratio acquisition unit that acquires a difference time obtained by subtracting a measurement delay time from a transport delay time, the gas ratio acquired by the gas ratio acquisition unit at a time that is the difference time before the present, and the upstream flow rate, the methane production apparatus determining the downstream flow rate.
請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載のメタン製造装置であって、さらに、
前記第1メタン化反応器に供給される前記混合ガスの流量が減少するにつれて、前記タンク内がガスを収容可能な容積を小さくするタンク容積調整部を備える、メタン製造装置。
The methane production apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
a tank volume adjusting unit that reduces a volume of the tank capable of accommodating gas as a flow rate of the mixed gas supplied to the first methanation reactor decreases.
請求項5に記載のメタン製造装置であって、
前記タンク容積調整部は、前記タンク内の水の量を変化させることにより、前記タンク内がガスを収容可能な容積を変化させる、メタン製造装置。
The methane production apparatus according to claim 5,
The tank volume adjustment unit changes the volume of gas that can be stored in the tank by changing the amount of water in the tank.
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