JPH07138198A - Apparatus for synthesizing methanol - Google Patents
Apparatus for synthesizing methanolInfo
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- JPH07138198A JPH07138198A JP29164593A JP29164593A JPH07138198A JP H07138198 A JPH07138198 A JP H07138198A JP 29164593 A JP29164593 A JP 29164593A JP 29164593 A JP29164593 A JP 29164593A JP H07138198 A JPH07138198 A JP H07138198A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はメタノール合成装置に関
し、特に太陽エネルギあるいは水力エネルギなどのクリ
ーンな自然エネルギを利用してメタノール燃料を合成し
うる同装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a methanol synthesizing apparatus, and more particularly to the apparatus capable of synthesizing methanol fuel by utilizing clean natural energy such as solar energy or hydraulic energy.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来のメタノール合成装置の一態様を図
３によって説明する。例えば太陽電池、水力発電などの
炭酸ガスを発生しない発電設備１０ａによって発生する
電力（水素１モルを生成するエネルギ：８４．２ｋｃａ
ｌ／ｍｏｌ）を使って水電解装置１１により水を電気分
解して水素を製造してメタノール合成塔３ａに供給す
る。一方、火力発電所等で発生、排出される炭酸ガス６
ａを回収して熱交換器４ａを通してメタノール合成塔３
ａへ供給する。該メタノール合成塔３ａ内で両ガスを反
応させることによってメタノール７ａを製造する。上記
水電解装置１１には純水５ａ（４０．５ｍｏｌ／ｈ）が
再生式熱交換器２ａの内を通り、水電解装置１１で発生
した高温の酸素９ａと熱交換されて高温水となって供給
される。なお、図３に示されている温度は各部の温度の
一例を示す。2. Description of the Related Art One mode of a conventional methanol synthesizer will be described with reference to FIG. For example, electric power generated by a power generation facility 10a that does not generate carbon dioxide gas, such as a solar cell or hydroelectric power generation (energy that produces 1 mol of hydrogen: 84.2 kca
1 / mol) to electrolyze water by the water electrolysis device 11 to produce hydrogen and supply the hydrogen to the methanol synthesis tower 3a. On the other hand, carbon dioxide 6 generated and emitted at thermal power plants
a is collected and passed through the heat exchanger 4a to the methanol synthesis tower 3
supply to a. Methanol 7a is produced by reacting both gases in the methanol synthesis tower 3a. Pure water 5a (40.5 mol / h) passes through the regenerative heat exchanger 2a in the water electrolysis device 11 and is heat-exchanged with the high temperature oxygen 9a generated in the water electrolysis device 11 to become high temperature water. Supplied. The temperatures shown in FIG. 3 are examples of the temperature of each part.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】図３のシステムの試算
結果では、メタノールを１モル（２２．４リットル）製
造するに必要な電気エネルギはメタノールの発熱量の
１．４５倍が必要である。その原因は水の電解装置の効
率が８０％程度で、２０％の電気エネルギが熱エネルギ
として、システム外へ放出され、この放出熱が低温のた
め十分に回収できないことによる。According to the calculation results of the system shown in FIG. 3, the electric energy required to produce 1 mol (22.4 liters) of methanol requires 1.45 times the heating value of methanol. The reason is that the efficiency of the water electrolysis device is about 80%, and 20% of electric energy is released as heat energy to the outside of the system, and the released heat cannot be sufficiently recovered because of low temperature.
【０００４】本発明は上記技術水準に鑑み、メタノール
の製造に関して必要とする電気エネルギを削減し、より
高効率のトータルシステムによりメタノールの製造コス
トの低減化を図りうるメタノール合成装置を提供しよう
とするものである。In view of the above-mentioned state of the art, the present invention intends to provide a methanol synthesis apparatus capable of reducing the electric energy required for the production of methanol and reducing the production cost of methanol by a more efficient total system. It is a thing.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明は高温水蒸気を酸
素と水素とに分解する高温水蒸気電解装置、該高温水蒸
気電解装置より発生する高温の水素及び酸素と該高温水
蒸気電解装置に供給する水蒸気を熱交換させて高温水蒸
気とする再生式熱交換器、該再生式熱交換器で減温され
た水素と系外から供給された予熱炭酸ガスによってメタ
ノールを合成し、かつ合成によって発生する熱を純水に
よって冷却して前記再生式熱交換器に供給する水蒸気を
発生する熱交換器を有するメタノール合成塔を備えてな
るメタノール合成装置である。The present invention is directed to a high temperature steam electrolyzer for decomposing high temperature steam into oxygen and hydrogen, high temperature hydrogen and oxygen generated by the high temperature steam electrolyzer, and steam to be supplied to the high temperature steam electrolyzer. Regenerative heat exchanger that heat-exchanges to form high-temperature steam, synthesizes methanol with hydrogen deheated in the regenerative heat exchanger and preheated carbon dioxide gas supplied from outside the system, and heat generated by the synthesis is A methanol synthesis apparatus comprising a methanol synthesis tower having a heat exchanger that generates steam to be cooled by pure water and supplied to the regenerative heat exchanger.
【０００６】すなわち、本発明はエネルギの有効利用の
ために、以下の手段を採用するものである。 （１）水素の製造法として、水電解法に変えて水蒸気電
解法を採用する。水蒸気電解法としては固体酸化物電解
質を利用する高温水蒸気電解装置を用いる。 （２）メタノール合成塔の冷却に、上記（１）の水蒸気
電解装置で用いる純水を用いる。 （３）水蒸気電解装置から排出される高温の水素ガスと
酸素ガスと上記（２）によって加熱、昇温された純水
（水蒸気）と熱交換する再生式熱交換器を設ける。That is, the present invention employs the following means for effective use of energy. (1) As a method for producing hydrogen, a steam electrolysis method is adopted instead of the water electrolysis method. As the steam electrolysis method, a high temperature steam electrolysis apparatus utilizing a solid oxide electrolyte is used. (2) Pure water used in the steam electrolysis apparatus of (1) is used for cooling the methanol synthesis tower. (3) A regenerative heat exchanger that exchanges heat with the high-temperature hydrogen gas and oxygen gas discharged from the steam electrolyzer and the pure water (steam) heated and heated by the above (2) is provided.
【０００７】[0007]
（１）高温水蒸気電解装置を用いることについて 高温水蒸気電解装置では一般的に固体酸化物電解質とし
てイットリアで安定化したジルコニア（ＹＳＺ）を用い
る。この電解質は酸素イオンのみを透過し、電子伝導性
がないために、電流の水素変換率は１００％である（実
験で確認されている）。また、１０００℃程度の高温で
操作するため、電気分解電圧が低い（０．９２ボルト程
度）ので消費される電力が少ない。 （２）電解用純水でメタノール合成塔を冷却することに
ついて 水素と炭酸ガスを約２００℃程度でメタノール合成用触
媒を介して反応させるとき発熱反応がある。この発熱量
を電解用純水に伝達することによって電解用水蒸気を製
造することができるので、水蒸気をつくるために必要な
外部エネルギが不要となる。 （３）再生式熱交換器を設けることについて 水蒸気電解装置から排出される高温の水素、酸素の熱エ
ネルギを回収しながら約１０００℃の水蒸気を得ること
ができる。(1) Using a high temperature steam electrolyzer In a high temperature steam electrolyzer, yttria-stabilized zirconia (YSZ) is generally used as a solid oxide electrolyte. Since this electrolyte only permeates oxygen ions and has no electronic conductivity, the hydrogen conversion rate of the electric current is 100% (confirmed by the experiment). Further, since the operation is performed at a high temperature of about 1000 ° C., the electrolysis voltage is low (about 0.92 V), so that the power consumed is small. (2) About cooling the methanol synthesis tower with pure water for electrolysis When hydrogen and carbon dioxide are reacted at about 200 ° C. via a catalyst for methanol synthesis, there is an exothermic reaction. Since the steam for electrolysis can be produced by transmitting this heat generation amount to the pure water for electrolysis, the external energy required for producing steam is not required. (3) Providing a Regenerative Heat Exchanger It is possible to obtain steam at about 1000 ° C. while recovering the heat energy of high temperature hydrogen and oxygen discharged from the steam electrolyzer.
【０００８】[0008]
【実施例】本発明の一実施例を図１によって説明する。
図１において、１は水蒸気電解装置で、このものは水蒸
気の入口、水素の出口、酸素の出口をもち、固体酸化物
電解質（例えばＹＳＺ）の両面に電極を介して発電設備
１０から電力を供給できる電解セルで構成されている。
２は再生式熱交換器で、水蒸気電解装置１で発生した高
温の水素ガス及び酸素ガスと予熱された水蒸気の熱交換
を行うものである。３はメタノール合成塔で、前記再生
式熱交換器２で適度に減温された水素ガスと系外から供
給され過度に加熱された炭酸ガスが供給され、内部にメ
タノール合成用触媒が配置され、３Ｈ2 ＋ＣＯ2 →ＣＨ
3 ＯＨ＋Ｈ2 Ｏの反応によってメタノールを合成する装
置であり、内部に純水による冷却コイル３′が設置され
ているものである。冷却コイル３′は水蒸気ボイラに相
当する。４は熱交換器であってメタノール合成塔３へ供
給する炭酸ガス６の加熱のための熱交換コイル４′と電
解用純水の予熱用熱交換コイル４″が内蔵される。５は
純水、６は炭酸ガス、７はメタノール、８は水素、９は
酸素である。１０は発電設備で水力発電所あるいは太陽
電池などが好ましい。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a steam electrolyzer, which has a steam inlet, a hydrogen outlet, and an oxygen outlet, and supplies electric power from a power generation facility 10 to both sides of a solid oxide electrolyte (for example, YSZ) via electrodes. It consists of an electrolytic cell that can.
Reference numeral 2 is a regenerative heat exchanger for exchanging heat between the high-temperature hydrogen gas and oxygen gas generated in the steam electrolyzer 1 and the preheated steam. 3 is a methanol synthesis tower, to which hydrogen gas moderately cooled by the regenerative heat exchanger 2 and carbon dioxide gas which is supplied from outside the system and is excessively heated are supplied, and a catalyst for methanol synthesis is arranged inside. 3H 2 + CO 2 → CH
This is a device for synthesizing methanol by the reaction of 3 OH + H 2 O, in which a cooling coil 3'made of pure water is installed. The cooling coil 3'corresponds to a steam boiler. A heat exchanger 4 has a heat exchange coil 4'for heating the carbon dioxide 6 supplied to the methanol synthesis tower 3 and a heat exchange coil 4 "for preheating the pure water for electrolysis. 5 is pure water. , 6 is carbon dioxide gas, 7 is methanol, 8 is hydrogen, and 9 is oxygen, and 10 is a power generation facility, preferably a hydroelectric power station or a solar cell.
【０００９】以上の構成において、まず電解用純水は以
下のように流れる。純水５は熱交換器４の熱交換コイル
４″に入り、内部のメタノール、水蒸気混合物との熱交
換によって、約１００℃に予熱される。予熱された純水
はメタノール合成塔３の冷却コイル３′に入り、約１７
５℃の水蒸気になると共に、メタノール合成反応熱を奪
う。さらに再生熱交換器２において高温の水素８及び酸
素９と熱交換し、約９７５℃に加温され水蒸気電解装置
１に入る。In the above structure, first, pure water for electrolysis flows as follows. The pure water 5 enters the heat exchange coil 4 ″ of the heat exchanger 4 and is preheated to about 100 ° C. by heat exchange with the internal mixture of methanol and steam. The preheated pure water is a cooling coil of the methanol synthesis tower 3. Enter 3 ', about 17
It becomes steam at 5 ° C and takes away the heat of the methanol synthesis reaction. Further, in the regenerative heat exchanger 2, it exchanges heat with high temperature hydrogen 8 and oxygen 9 and is heated to about 975 ° C. and enters the steam electrolyzer 1.
【００１０】水蒸気電解装置１においては、発電設備１
０からの電力が供給され固体酸化物電解質（例えばＹＳ
Ｚ）を通って、高温水蒸気は分解され、酸素９が分離さ
れる結果、水素８が水蒸気室に残り、高温の水素８と酸
素９がそれぞれの出口から排出される。このときの各ガ
スの温度は１０００℃であり、再生式熱交換器２に送ら
れる。In the steam electrolyzer 1, a power generation facility 1
Power from 0 to solid oxide electrolyte (eg YS
Through Z), the high temperature steam is decomposed and oxygen 9 is separated. As a result, hydrogen 8 remains in the steam chamber and high temperature hydrogen 8 and oxygen 9 are discharged from their respective outlets. The temperature of each gas at this time is 1000 ° C. and is sent to the regenerative heat exchanger 2.
【００１１】高温の水素８は再生式熱交換器２で減温さ
れたのち、メタノール合成塔３へ送られる。炭酸ガス６
は熱交換器４の熱交換コイル４′で約１７５℃に予熱さ
れメタノール合成塔３へ送られる。なお、図１の各ライ
ンに付した温度などは図３と同じく図１の系の一態様を
示すものである。The high-temperature hydrogen 8 is cooled by the regenerative heat exchanger 2 and then sent to the methanol synthesis tower 3. Carbon dioxide 6
Is preheated to about 175 ° C. by the heat exchange coil 4 ′ of the heat exchanger 4 and sent to the methanol synthesis tower 3. Note that the temperature and the like given to each line in FIG. 1 indicate one aspect of the system of FIG. 1 as in FIG.
【００１２】図２に、従来例の水電解と本発明の高温水
蒸気電解法のエネルギ比較を示す。本来、電気分解によ
って水素１モルを製造する理論エネルギは電気エネルギ
Ｅと吸熱反応熱Ｈの和であり、水電解と水蒸気電解はほ
ぼ等しい。現実の装置では、水電解では電極損失が大き
く、水の加熱のためのエネルギＷと電極のジュール損失
Ｌを加えた（Ｅ＋Ｈ＋Ｗ＋Ｌ）が電力として必要とな
る。一方、高温水蒸気電解では、電解効率は１００％に
近いことが実験的に明らかになっており、所要電力は
（Ｅ＋Ｈ）でよい。但し約１０００℃の水蒸気を製造す
るエネルギＳが必要であるが、このエネルギＳは高温の
水素と酸素から回収できるので、そのエネルギ（回収
熱）Ｒを差し引いたエネルギＷ＝Ｓ−Ｒが外部エネルギ
として必要である。本発明装置では、この外部熱エネル
ギＷがメタノール合成塔の発熱反応によって得ることが
可能であるよう構成されているので、結局消費電力は
（Ｈ＋Ｅ）のみとなる。FIG. 2 shows an energy comparison between the conventional water electrolysis and the high temperature steam electrolysis method of the present invention. Originally, the theoretical energy for producing 1 mol of hydrogen by electrolysis is the sum of electric energy E and endothermic reaction heat H, and water electrolysis and steam electrolysis are almost equal. In an actual apparatus, electrode loss is large in water electrolysis, and (E + H + W + L), which is the sum of energy W for heating water and Joule loss L of the electrode, is required as electric power. On the other hand, in high temperature steam electrolysis, it has been experimentally revealed that the electrolysis efficiency is close to 100%, and the required electric power may be (E + H). However, energy S for producing water vapor at about 1000 ° C. is required, but since this energy S can be recovered from high-temperature hydrogen and oxygen, the energy W = SR obtained by subtracting the energy (recovered heat) R is the external energy. As necessary. In the device of the present invention, since the external heat energy W can be obtained by the exothermic reaction of the methanol synthesis tower, the power consumption is only (H + E) after all.
【００１３】図１の例の試算結果では、製造されるメタ
ノールの発熱量に対して、必要となる電力エネルギの比
は１．１２倍で従来システムが１．４５倍であることか
ら約７７％の改善効果が見込める。According to the trial calculation result of the example of FIG. 1, the ratio of the required electric energy to the calorific value of the methanol produced is 1.12 times, which is 1.45 times that of the conventional system. The improvement effect of can be expected.
【００１４】[0014]
【発明の効果】本発明によれば、電力消費が少なくてす
むメタノール合成装置が提供され、系外からの炭酸ガス
を利用してメタノールに固定させることができるので、
地球温暖化の防止にも大いに寄与することができる。EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, there is provided a methanol synthesizing apparatus which consumes less electric power and can be fixed to methanol by utilizing carbon dioxide gas from outside the system.
It can also contribute significantly to the prevention of global warming.
【図１】本発明のメタノール合成装置の一実施例の説明
図。FIG. 1 is an explanatory view of an embodiment of a methanol synthesis apparatus of the present invention.
【図２】本発明装置の効果を説明する図表。FIG. 2 is a chart for explaining the effects of the device of the present invention.
【図３】従来のメタノール合成装置の一態様の説明図。FIG. 3 is an explanatory view of one mode of a conventional methanol synthesis apparatus.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 三男 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 川西 康平 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 田中 量久 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 宮本 均 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 中森 信夫 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 釘宮 啓一 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 馬越 俊光 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Mitsuo Ueda 1-1-1, Niihama, Arai-cho, Takasago-shi, Hyogo Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Takasago Research Institute (72) Kohei Kawanishi 2-chome, Niihama, Arai-cho, Takasago-shi, Hyogo No. 1 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Takasago Research Institute (72) Inventor Sakuhisa Tanaka 2-1-1 Niihama, Arai-cho, Takasago-shi, Hyogo Prefecture Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Takasago Research (72) Inventor Hitoshi Miyamoto, Niihama, Arai-machi, Takasago-shi, Hyogo Prefecture 1-1-1 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., Takasago Research Laboratory (72) Inventor Nobuo Nakamori 2-1-1, Niihama, Arai-cho, Takasago-shi, Hyogo Prefecture Mitsubishi Heavy Industries Ltd., Takasago Research Laboratory (72) Inventor Keiichi Kugimiya Kobe, Hyogo Prefecture Hyogo Prefecture 1-1-1 Wadasaki-cho, Tokyo Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Kobe Shipyard (72) Inventor Toshimitsu Magoshi Compartment Kobe-shi, Hyogo-ku, Wadasaki-cho, chome No. 1 in the No. 1 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Kobe Shipyard & Machinery Works
Claims (1)
温水蒸気電解装置、該高温水蒸気電解装置より発生する
高温の水素及び酸素と該高温水蒸気電解装置に供給する
水蒸気を熱交換させて高温水蒸気とする再生式熱交換
器、該再生式熱交換器で減温された水素と系外から供給
された予熱炭酸ガスによってメタノールを合成し、かつ
合成によって発生する熱を純水によって冷却して前記再
生式熱交換器に供給する水蒸気を発生する熱交換器を有
するメタノール合成塔を備えてなるメタノール合成装
置。1. A high temperature steam electrolyzer for decomposing high temperature steam into oxygen and hydrogen, high temperature hydrogen and oxygen generated by the high temperature steam electrolyzer and steam supplied to the high temperature steam electrolyzer by heat exchange to obtain high temperature steam. A regenerative heat exchanger, which synthesizes methanol by hydrogen reduced in temperature by the regenerative heat exchanger and preheated carbon dioxide gas supplied from outside the system, and cools the heat generated by the synthesis with pure water. A methanol synthesis apparatus comprising a methanol synthesis tower having a heat exchanger that generates steam to be supplied to a regenerative heat exchanger.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05291645A JP3073377B2 (en) | 1993-11-22 | 1993-11-22 | Methanol synthesizer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05291645A JP3073377B2 (en) | 1993-11-22 | 1993-11-22 | Methanol synthesizer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07138198A true JPH07138198A (en) | 1995-05-30 |
| JP3073377B2 JP3073377B2 (en) | 2000-08-07 |
Family
ID=17771635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05291645A Expired - Lifetime JP3073377B2 (en) | 1993-11-22 | 1993-11-22 | Methanol synthesizer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3073377B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003012569A (en) * | 2001-06-28 | 2003-01-15 | Laser Gijutsu Sogo Kenkyusho | System for forming methane or methanol |
| WO2014141883A1 (en) * | 2013-03-11 | 2014-09-18 | 三菱重工業株式会社 | Methanol plant and gasoline synthesis plant |
| JP2016522166A (en) * | 2013-04-08 | 2016-07-28 | コミッサリア タ レネルジー アトミク エ オ エネルジー オルタネイティヴ | Method of producing combustible gas from water electrolysis (HTE) or co-electrolysis with H2O / CO2 in the same chamber and associated catalytic reactor and system |
-
1993
- 1993-11-22 JP JP05291645A patent/JP3073377B2/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|---|
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| JP2014172878A (en) * | 2013-03-11 | 2014-09-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Methanol plant and gasoline synthesis plant |
| US9790154B2 (en) | 2013-03-11 | 2017-10-17 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Methanol plant and gasoline synthesis plant |
| JP2016522166A (en) * | 2013-04-08 | 2016-07-28 | コミッサリア タ レネルジー アトミク エ オ エネルジー オルタネイティヴ | Method of producing combustible gas from water electrolysis (HTE) or co-electrolysis with H2O / CO2 in the same chamber and associated catalytic reactor and system |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3073377B2 (en) | 2000-08-07 |
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|---|---|---|---|
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