JPS5824476B2 - 天然ガス代替物の製造方法及び天然ガス代替物の製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、多量の水素ガス及び一酸化炭素ガスをメタン
に変換する接触反応器及びメタン化方法に関する。

接触反応（又は触媒反応）を利用する接触メタン化に用
いて天然ガス代替物を製造する装置は一般にメタン化装
置という名で知られている。

合成ガスの製造プロセスと組み合わせられる従来技術の
メタン化装置は、比較的小規模のユニットであり、合成
ガス中に含有される少量の一酸化炭素をメタンに変換す
ることを意図するものである。

少量の一酸化炭素が反応するだけであるから、メタン化
反応は著しい発熱反応であるにもかかわらず、温度の制
御に関する限り公知のメタン化装置は実際上自己制御型
であるといえる。

このようなプロセスと組み合わされる合成ガス製品は、
普通約２６７０ｋｃａｌ／ｍ’（３００ＢＴＵ／５ＣＦ
）の発熱量を有する。

多量のＣＯがメタン化された場合には、最終製品の発熱
量は約８０１０〜８９００ｋｃａｌ ／ｍ’（９００〜
１０００ＢＴＵ／ＳＣＦ ）になると期待され、発熱量
が前記の値になることはメタン化度が高いことを示す指
標となる。

エネルギー利用の全般にわたって関心が払われている現
況において、主成分がメタンである天然ガス代替物の製
造方法に大きな関心が寄せられているが、上記の天然ガ
ス代替物の発熱量は８０１０〜８９００ｋｃａｌ／ｍ”
（９００〜１００ＯＢＴＵ／５ＣＦ）である。

比較的多量の水素と一酸化炭素とが反応するメタン化方
法が考慮の対象になっている。

このような方法に用いるメタン化装置の設計者の第一の
関心は、メタン化装置の反応室内の温度制御及び反応促
進のために使用した触媒から熱を除去することである。

温度制御及び触媒からの熱の除去のために幾つかの異な
る方法が示唆されており、成る方法では製品ガスの還流
が採用され、他の方法では伝熱流体に取り囲まれた伝熱
パイプ内でペレット化した触媒が使用され、更に別の方
法においては外壁部に触媒被膜を施した熱パイプが使用
されている。

本発明は、温度条件を制御しながら触媒の存在下で多量
の水素と一酸化炭素とを反応させてメタンを生成させる
、天然ガス代替物の製造方法及び製造装置を提供せんと
するものである。

本発明による装置は、少なくとも２個の室と、両室の中
間に延びる複数の熱パイプと、前記両室の一方の内部に
配設された熱パイプ部分に付設された触媒物質からなる
複数のフィンとから成ることを特徴とする。

本発明による方法によれば、多量の水素及び一酸化炭素
を含有するガス流は、触媒物質製からなる複数のフィン
が配設されている室内に導入される。

前記の複数のフィンは、第二室と連通ずる複数の熱パイ
プに取りつげられており、前記熱パイプを通って伝熱流
体が流れている。

反応室内で取り出される熱は、フィンに吸収され、熱パ
イプを介して第二室に流れる伝熱媒体に伝えられる。

本発明の装置発明としての側面を表わす装置の特徴及び
利点を明示する例証となる実施態様によると、第−室及
び第二室と、前記第−室の内部から前記第二室にまで延
びている複数のパイプと、前記第−室の内部に配設され
前記の複数の熱パイプに取りつげられている触媒物質か
らなる複数のフィンとから成るメタン化装置が提供され
る。

本発明の方法発明としての側面を表わす方法の特徴及び
利点を明示する例証となる実施態様によると、多量の水
素と一酸化炭素とを含むガス流からメタンを製造する方
法が提供される。

ガス流は、触媒物質からなる複数のフィンが内部に配設
された第一室内に導入される。

フィンは、第−室の内部から第二室に延びている熱パイ
プに付設されており、熱パイプを通って伝熱流体が流れ
ている、触媒の存在下において、−酸化炭素若しくは二
酸化炭素又はこれら両者が水素と反応して熱を放出する
。

反応熱はフィンに吸収され、熱パイプを介して第二室内
を貫流している伝熱流体に伝えられる。

上記の簡単な説明並びに本発明の更に他の目的、特徴及
び利点は、添附の図面を参照しつつ現時点において好ま
しいと考えられる一例である下記の実施例に関する説明
からより良く理解されると確信する。

本発明の方法発明としての特徴を導入した石炭供給流か
ら天然ガス代替物を製造する方法のフロー・チャートを
第１図に示す。

第１図に示す工程１０は、ガス化区域１２と、精製区域
１４と、メタン化区域１６とから成る。

本実施例においては石炭を用いた例が示されているけれ
ども、天然ガス代替物を製造するために、例えば液化炭
化水素類のような他の供給流を用いることもできる。

石炭は流路１８を介してガス化区域１２に導入され、各
々供給源２２，２３から流路２０及び２１を介して導入
される水蒸気若しくは酸素又はこれら両者と公知の方法
に従って反応する。

゛水素と、一酸化炭素と、炭酸ガスと、メタンと、水蒸
気と、不純物とから成る製品ガス流は、流路２４を介し
て除去された後、精製区域１４に送られる。

精製区域１４において、ガス流は凝縮され、例えば硫黄
化合物類の如き幾つかの不純物がとり除かれる。

その後、重量％で約９５％の水素と一酸化炭素とを含有
するガス流は、流路２６を介してメタン化区域１６に送
られる。

メタン化区域１６において、ガス流中に含有される水素
と一酸化炭素とが、二１ツケルの如き触媒の存在下で反
応してメタンを生成する。

フィンを触媒物質から形成する場合には、フィンの形に
形成することができる材料物質からつくる必要がある。

同様に、触媒をフィンに噴霧被覆する場合には、これに
適した材料物質から選：択しなければならない。

第２図は、メタン化区域１６と組み合わせる装置の概略
配置を示す図である。

参照符号３０で示すメタン化装置は、流路２６から生成
ガス流を受は入れる第−室３２を有する。

反応室３２に隣接）して第二の室３３が配設されており
、この第二室を通って伝熱流体が流れる。

伝熱流体としては適宜な流体を用いることができるが、
好ましくは、室３３を流れる間に熱を吸収した後に流路
２０又は２１を介してガス化区域１２に導入することが
できる水又は酸素含有ガスを用いる。

第２図に示した実施例の場合には、伝熱流体として酸素
含有ガスが用いられている。

複数の熱パイプ３４が、室３２の内部から延びて室３３
に突入している。

室３２，３３の壁部に突入する位置には、室３２．３３
に漏入し又は室３２．３３から漏出する漏洩を防止する
ために、気密シールが設けられている。

室３２の内部の熱パイプ３４には複数のフィン３５が付
設されているこれらのフィン３５は、例えばニッケルの
如き触媒物質からつくられており、水素と一酸化炭素と
の反応を促進する働きをする。

フィン３５には室３２の内部の伝熱面を拡大する働きも
あり、室３２の内部から熱パイプ３４への熱の伝達を行
なう。

メタン化反応中に室３２の内部で放出された熱はフィン
３５に吸収され、熱パイプ３４を介して室３３を貫流す
る伝熱流体に伝えられる。

複数の温度検知素子３６が室３２の内部に配設されてい
て、電気回路３７を介して温度計３８に接続されている
。

室３２の内部温度の制御には種種の設計・操作技術を採
用することができ、例を挙げると、室３２の内部に配設
する熱パイプ又はフィンの数を変え或いは流路２１．２
６を流れる流体の流速を変化させることにより温度制御
を行なうことができる。

第３図に、メタン化装置３０の変形実施例を示す。

本実施例においては、複数の第二室３３ａ及び３３ｂが
使用されている。

例えばボイラーのような水源２２から水が室３３ａを介
して流され、加熱されて水蒸気になった後に流路２０を
通ってガス化区域１２に送られる。

同様に、酸素含有ガスが、例えば酸素プラントのような
ガス源２３から第二室３３ｂに入り、第二室を貫流して
加熱された後に流路２１を介してガス化区域１２に導か
れる。

本実施例の場合には、熱パイプ３４の第二室３３ａの内
部にある部分にフィン３９が追加付設されている。

これらの追加して付設されたフィンは、拡張伝熱面とし
てのみ働くものであるから触媒物質製である必要はなく
、第一反応室３２の内部に配設され拡張伝熱面及び触媒
の両件用を発揮するフィンとは異なる。

所望に応じて、室３３ｂの内部の熱パイプ３４にも更に
別のフィン３９を付設することができる。

第２図に戻って説明を続けると、流路２６を通つて流れ
る流入ガス流は熱交換器４０の内部で予熱される。

室３２から取り出されたメタン化反応生成物は、流路４
１を介して、熱交換器４０に流入する。

熱交換器の内部において、比較的高温の製品ガスが流路
２６を流れるガス流と間接的に熱交換接触し、後述した
ガス流が室３２に導入されるに先立ってこれを予熱する
。

或いは、フィン付き熱パイプ３４を貫流する製品ガス流
から取り出される熱の量が充分に多く流入供給流の予熱
が不要である場合には、熱交換器４０に外部源からの熱
を供給することもできる。

さて、第１図を参照して説明を続けると、メタンと、水
蒸気と、少量の不純物類とから成る天然ガス代替製品流
は、流路４１を介してメタン化区域から抜き取られ、製
品を露点にまで下げるために過冷却器４２中を流される
。

その後、製品ガス流はコンデンサー４３中を流れる。

コンデンサー４３を流れる間に製品ガス流中に含まれて
いる水蒸気の一部分が凝縮して取り出され、次いで製品
流は分離器４４を通過し、分離器４４の内部で凝縮物が
製品流から分離される。

次に、更に水分を除去するために、製品流は脱水器４６
に送られる。

乾燥ガスは、流路４８を介して製品脱水器４６から取り
出される。

本発明の方法発明としての側面に関する方法を採用した
工程例を以下に掲げる。

流路１８を介して石炭をガス化区域１２に導入する。

流路２０を介して約４００℃（約７５０’Ｆ）の水蒸気
を区域１２に導入する。

ガス化効率を最高にするために□約１５０℃（約３００
’Ｆ）又はそれ以上の温度に加熱された酸素含有ガスを
、流路２１を介して、区域１２に導入する。

区域１２の内部で、石炭と水蒸気と酸素とが公知の方法
で反応して、水素と一酸化炭素と炭酸ガスと不純物質と
から成る合成、ガス流を生成する。

この生成ガス流は、流路２４を介して、精製区域１４に
流入する。

区域１４の内部において、例えば硫黄酸化物類のような
不純物が合成ガス流から除去される。

次に、精製ガス流は室３２に導入される。

室３２の内部では、フ・イン３５の材料物質であるニッ
ケル触媒の存在下で水素が一酸化炭素と反応する。

容易に理解できるように、これらのフィン３５は全体的
にニッケル又は他の触媒から成るものにすることもでき
、触媒で被覆された伝熱部材から成るものでもよい。

室３２の内部の温度は好ましくは、３７１℃乃至５３８
℃（７００’Ｆ乃至１ｏｏｏｙ）であり、室３２の内部
の圧力はゲージ圧で１４．１ ｋｇ／ｃ４乃至１０５ｋ
ｇ／ｃｍ （２００ｐｓｉｇ乃至１５００ ｐｓｉｇ
）である。

本発明装置で意図する代表的な熱パイプ内の作用流体は
水銀である。

室３２の内部の所望作業温度に応じて、水及びカリウム
を含む他の物質を使用することができる。

室３２を流過する伝熱流体の圧力は、使用した流体に応
じて変わる。

フィン若しくは熱パイプの数又はフィン及び熱パイプの
数を変え、或いは合成ガスの温度若しくは流速又は室３
３を貫流する伝熱流体の温度若しくは流速を変化させる
ことにより、室３２の内部の操作温度を制御できる。

流路４１を介して室３２から取り出される天然ガス代替
製品流の温度は２０４℃乃至５３８℃（４００下乃至１
０００下）である。

流路４１を流れる製品流の温度が３１６℃（６００″″
Ｆ）から５３８℃（ｉｏｏｏ下）までの間であれば、熱
交換器４０の内部において流入供給流を予熱するに充分
な熱を持つ。

流路４１内の製品流の温度が２０４℃乃至３１６℃（４
００下乃至６００下）である場合には、流路２６中を貫
流する供給流を室３２に導入する前に該供給流を充分に
予熱するために、熱交換器４０に外部熱源からの熱を追
加供給しなげればならない。

熱交換器４０から取り出される天然ガス代替製品流の温
度は、好ましくは、約２０４℃（４００下）である。

次に、製品流を過冷却器４２に流し、製品流の温度を約
１２１’Ｃ（２５０’Ｆ）に下げる。

過冷却された製品流はコンデンサー４３に流れ、そこで
温度が約４３℃（１１０’Ｆ″）に下げられる。

次いで、分離器４４で製品流から凝縮物が除去され、脱
水器４６で更に水分が除去される。

乾燥された製品ガスは、流路４８から取り出される。

前述の開示の範囲内において修正、変形及び置；換を行
なうことができ、本発明の幾つかの特徴を採用し他の特
徴は採用しない例を考えることもできる。

従って、特許請求の範囲の記載は広義に解釈されるべき
であり、本明細書に記載した本発明の思想及び技術的範
囲に合致するように解釈され、るべきものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法発明としての特徴を利用する天
然ガス代替物の製造方法の代表例を示す概略フロー・チ
ャートである。 第２図は、本発明；の装置発明としての特徴を備えた天
然ガス代替物の製造装置、即ちメタン化装置の第一実施
例の概略説明図である。 第３図は、本発明の装置発明としての特徴を備えたメタ
ン化装置のもう一つの実施例を示す概略説明図である。 ；１２・・・・・・ガス化区域、１４・・・・・・精製
区域、１６・・・・・・メタン化区域、２０，２１・・
・・・・流路、３０・・・・・・メタン化装置、３２・
・・・・・第−室、３３・・・・・・第二室、３４・・
・・・・熱パイプ、３５・・・・・・フィン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（ａ）炭素質供給物を水蒸気及び酸素と反応させて水
   素及び一酸化炭素を含有する生成ガスをつくり、 （ｂ） 前記生成ガスを第一室内に入れ、（ｅ）
   触媒物質からなる複数の伝熱フィンを前記第一室内に配
   設し、 （伏 前記第−室と第二室との間に延びる熱パイプに前
   記フィンを付設し、 （ｅ） 前記生成ガスを前記フィン上に流して前記触
   媒物質の存在下で前記水素と前記−酸化炭素とを反応さ
   せて天然ガス代替物及び熱を発生させ、前記の熱を前記
   フィン及び前記パイプに吸収させ、 （ｆ） 前記第二室に伝熱流体を通して、該流体に前
   記熱パイプからの熱を吸収させ、 （ｇ） 前記天然ガス代替物を前記第−室から取り出
   すことを特徴とする天然ガス代替物の製造方法。 ２ 水素と一酸化炭素とを含むガス流を受は入れる第−
   室と、前記ガス流を前記第−室に導入する装置と、前記
   第−室に隣接し熱交換流体を受は入れる第二室と、前記
   熱交換流体を前記第二室に導入する装置と、前記第−室
   の内部から前記第二室の内部にまで延びている複数の熱
   パイプと、前記熱パイプの前記第一室内の部分に取りつ
   げられた触媒物質からなる複数のフィンと、前記第−室
   から置換天然ガスを取り出す装置と、前記第二室から前
   記熱交換流体を取り出す装置とから成ることを特徴とす
   る天然ガス代替物の製造装置。