TW201518495A - 氫與合成天然氣之製造裝置及製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題係於氫與合成天然氣之製造裝置中提高熱效率。 作為解決手段之氫與合成天然氣之製造裝置具有：合成天然氣生成裝置，係經由逆轉化反應及甲烷化反應從氫及二氧化碳生成合成天然氣者；及氫生成裝置，係經由脫氫反應從氫化芳族化合物生成氫者；且，為將放熱反應之甲烷化反應的反應熱利用於吸熱反應之脫氫反應中，乃設置成由合成天然氣生成裝置供應熱予氫生成裝置。

Description

氫與合成天然氣之製造裝置及製造方法
本發明，係有關於氫與合成天然氣之製造裝置及製造方法。
近年來，由於係在對溫室氣體二氧化碳之排放限制高昂的時期，因此而有利用氫能源的要求。在此類氫之供應源上，利用有機氫化物法的氫供應鏈亦因而受到注意。有機氫化物法，係藉由芳族化合物之氫化反應(加氫反應)，以化學方式在氣體氫氣上加成芳族化合物，而生成氫化芳族化合物(有機氫化物)。氫化芳族化合物，由於在常溫常壓下為液體，因此在氫之儲存及運送方面可容易且安全地進行。其操作方法上，係將氫，在生產處轉換為氫化芳族化合物，再以氫化芳族化合物的形態運送。然後，該氫化芳族化合物，再於都市等鄰近氫之使用地的加工場及加氫站等處，經由脫氫反應而生成氫及芳族化合物。經由脫氫反應生成之芳族化合物，再運送至氫生產地，利用在加氫反應中。
然而，即使如上述之氫能源可有效率地運送，由於氫與烴系燃料燃燒特性不同，亦有無法利用在現有之燃燒機器的情況。因而，在氫能源普及時，會有須要導入可 利用氫的機器之場合。但是，氫可與回收之二氧化碳共同經由甲烷化反應轉換為主成分為甲烷的合成天然氣(替代天然氣)。該類氫又可經由轉換為合成天然氣，使氫能源亦可利用在現有之化石燃料用機器中。
然而，由於氫化芳族化合物之脫氫反應，係吸熱反應，因此有由外部加入熱量的需要。在供應該熱量的熱源方面，已有在進行脫氫反應之氫生成裝置(脫氫反應裝置)中合併設置發電設備及引擎，使發電設備等所排出之排氣可與氫生成裝置熱交換(如專利文獻1、2)。如此構成，即可有效利用發電設備等所產生之廢熱，使包含氫供應設備及發電設備等之系統的全體之能源效率提高。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2013-49601號公報
專利文獻2：日本專利特開2010-77817號公報
因此可利用於脫氫反應中之熱，並不限於燃燒燃料時的燃燒熱。例如在經由逆轉化反應及甲烷化反應從氫及二氧化碳生成合成天然氣的合成天然氣生成裝置中，甲烷化反應係放熱反應，因此應該可有效利用該熱。
鑑於以上背景，本發明之課題即在於在氫與合成天然氣之製造裝置中提高熱效率，且前述製造裝置具有經由逆轉化反應及甲烷化反應從氫及二氧化碳生成合成天然 氣之合成天然氣生成裝置、及經由脫氫反應從氫化芳族化合物生成氫的氫生成裝置。
同時，亦藉由在上述專利文獻之發明中，利用發電設備等排氣的熱量在氫生成裝置中，以抑制使氫生成裝置昇溫所必需的燃料之使用量，而對應所削減之燃料使用量抑制二氧化碳的排放量。然而，如不抑制發電設備等所排放之二氧化碳量，即難以說完全地抑制系統全體之二氧化碳排放量。
鑑於以上之問題，本發明之第2課題即在於在供應氫與電力的能量供應系統(氫與合成天然氣之製造裝置)中，抑制起因於發電的二氧化碳排放量。
為解決上述問題，本發明係氫與合成天然氣之製造裝置(1)，其特徵在於具有：合成天然氣生成裝置(2)，係經由逆轉化反應及甲烷化反應從氫及二氧化碳生成合成天然氣者；及氫生成裝置(3)，係經由脫氫反應從氫化芳族化合物生成氫者；且，為將放熱反應之甲烷化反應的反應熱利用於吸熱反應之脫氫反應，乃由前述合成天然氣生成裝置提供熱予前述氫生成裝置。
如此之構成，可使氫生成裝置接收合成天然氣生成裝置所產生之熱量，再利用該熱量在進行脫氫反應上。亦即，氫生成裝置中脫氫反應所需的大部分熱量可由合成天然氣生成裝置中所產生的熱量供給，因此可大幅減少由外部供應之熱量。因而，氫與合成天然氣之製造裝置可降 低能源使用量及二氧化碳排放量。此外，氫與合成天然氣之製造裝置可經由燃燒所製造的合成天然氣或氫供給不足部分之熱量，而減低二氧化碳的排放量。
上述發明中，前述合成天然氣生成裝置宜具有：高溫合成天然氣生成裝置(11)，係在高溫下進行逆轉化反應及甲烷化反應者；及低溫合成天然氣生成裝置(12)，係在較前述高溫合成天然氣生成裝置低溫下進行逆轉化反應及甲烷化反應者。
藉由該構成，可在增加熱回收效率下，提高合成天然氣之反應速度及生產率。甲烷化反應係平衡反應，亦為放熱反應，因此已令反應條件為低溫時甲烷(合成天然氣)的生產率會增加。然而，令反應條件為低溫時，會降低反應速度，同時在可為脫氫反應利用之高溫下會減少可以回收之熱量。氫生成裝置之操作溫度為高溫，因此在已令合成天然氣生成裝置之操作溫度為低溫時，則難以藉由合成天然氣生成裝置所供應的熱使氫生成裝置有效率地提昇溫度至操作溫度，而產生另外使氫生成裝置的溫度上昇之需要。因而，在高溫SNG反應裝置中，藉由使反應條件為高溫，而提高反應速度，同時亦增加可由合成天然氣生成裝置回收至氫生成裝置的熱量，促進氫生成裝置之溫度上昇。另一方面，在低溫SNG反應裝置中，可藉由使反應條件為低溫，而使平衡趨向生成物端(甲烷生成端)藉此提高甲烷的生產率。如此一來，藉由使進行逆轉化反應及甲烷化反應的裝置，形成高溫合成天然氣生成裝置及低溫合成天 然氣生成裝置的2個階段，即可兼具氫生成裝置之熱供應、及合成天然氣生產率之提高。
在上述發明中，前述高溫合成天然氣生成裝置在350℃以上且500℃以下的高溫下進行反應為佳，前述低溫合成天然氣生成裝置在250℃以上且未達350℃的低溫下進行反應為佳。
以該構成，可在提高由合成天然氣生成裝置至氫生成裝置的熱回收效率的同時，亦增加合成天然氣之反應速度及生產率。
上述發明中宜更具有發電機(107)，其係將燃燒化石燃料而來之能量轉換為電力者；前述合成天然氣生成裝置係從前述發電機中燃燒所產生之排氣中的二氧化碳、與前述氫生成裝置所產生之氫，經由逆轉化反應及甲烷化反應生成合成天然氣；且前述發電機將前述合成天然氣生成裝置所產生之合成天然氣與前述化石燃料共同燃燒。
藉由該構成，利用由氫生成裝置生成之氫、與由發電機排出的排氣中之二氧化碳進行甲烷化反應，生成甲烷，因此可抑制能量供應系統的二氧化碳排放量。特別是，經由全量使用由發電機排放的二氧化碳進行甲烷化反應，可使二氧化碳排放量為零。以氫為燃料可降低由發電機產生的二氧化碳，但該情況下，需要適於氫燃燒的發電機。然而，以氫與二氧化碳經由甲烷化反應轉換為合成天然氣(甲烷)時，可利用已往之化石燃料用的發電機，因此在成本及技術上均為有利。如此一來，即可使用大量的氫。同時， 由於燃料係部分使用由合成天然氣生成裝置生成之甲烷，可降低化石燃料用發電機中所使用的化石燃料之使用量。而且，由於甲烷化反應係放熱反應，因此使甲烷化反應所產生之熱量使用在吸熱反應之脫氫反應中，可降低對氫生成裝置提供附帶熱量的需要。亦即，可有效利用經由甲烷化反應所產生之熱量，抑制能量供應系統全體的能源消費量。
上述發明中，前述發電機亦可混燒前述氫生成裝置所產生之氫與前述化石燃料。
藉由該構成，使用氫作為發電機所用燃料的一部分，因此可抑制化石燃料的使用量。
上述發明中，前述合成天然氣生成裝置宜經由逆轉化反應從前述排氣中所含之二氧化碳與前述氫生成裝置所產生的氫生成一氧化碳，同時經由甲烷化反應生成合成天然氣，且前述甲烷化反應以前述排氣中所含之二氧化碳及逆轉化反應所生成的一氧化碳之至少一方、與來自前述氫生成裝置的氫為基礎。
藉由該構成，在進行甲烷化反應之前進行逆轉化反應，從二氧化碳生成一氧化碳，因此增加後續甲烷化反應中甲烷的生產率。
上述發明中，可宜更具有二氧化碳分離裝置(108)，其係由前述排氣分離氮並回收二氧化碳者，且，藉由前述二氧化碳分離裝置從氮分離的二氧化碳被供予前述合成天然氣生成裝置。
藉由該構成，可將已分離氮等排氣成分的二氧化碳供予合成天然氣生成裝置，因此增加合成天然氣生成裝置的生產率。
上述發明中，前述化石燃料以天然氣為佳。
藉由該構成，由於天然氣主成分為甲烷，即使合成天然氣生成裝置所供應之甲烷被供予發電機，發電機中燃料成分之變化亦小，因此發電機可達成安定之燃燒。
本發明之另一態樣係氫與合成天然氣之製造方法，其特徵在於：合成天然氣生成步驟，係經由逆轉化反應及甲烷化反應從氫及二氧化碳生成合成天然氣；及，氫生成步驟，係經由脫氫反應從氫化芳族化合物生成氫；且，在合成天然氣生成步驟，將放熱反應之甲烷化反應所產生的反應熱供予前述氫生成步驟，利用於吸熱反應之脫氫反應中。又，上述發明中，更具有一發電步驟，係將燃燒化石燃料而來的能量轉換為電力；且，在前述合成天然氣生成步驟，從前述發電步驟中燃燒所產生的排氣中之二氧化碳、與前述氫生成步驟所產生的氫經由逆轉化反應及甲烷化反應生成合成天然氣；在前述發電步驟，將前述合成天然氣生成步驟所產生的合成天然氣與前述化石燃料共同燃燒。
藉由以上之構成，可在抑制二氧化碳產生量之下對脫氫反應進行熱供應。
1‧‧‧氫/合成天然氣製造裝置
2‧‧‧合成天然氣生成裝置
3‧‧‧氫生成裝置
4‧‧‧第1熱交換設施
5‧‧‧第2熱交換設施
6‧‧‧加熱裝置
11‧‧‧高溫SNG反應裝置(高溫合成天然氣生成裝置)
12‧‧‧低溫SNG反應裝置(低溫合成天然氣生成裝置)
13‧‧‧第1氣液分離裝置
14‧‧‧甲烷分離裝置
21‧‧‧蒸發器
22‧‧‧加熱器
23‧‧‧脫氫反應裝置
24‧‧‧第2氣液分離裝置
101、170‧‧‧能量供應系統
102‧‧‧氫化芳族化合物槽
103‧‧‧燃料槽
104‧‧‧脫氫反應裝置(氫生成裝置)
106‧‧‧合成天然氣生成裝置
107、173‧‧‧發電機
108‧‧‧CO2分離裝置
110‧‧‧芳族化合物槽
112‧‧‧熱交換器
124‧‧‧氫供應管線
131‧‧‧吸收部
132‧‧‧再生部
171‧‧‧氫分離裝置
圖1為顯示第1實施形態之氫/合成天然氣製造裝置的方塊圖。
圖2為顯示第2實施形態之能量供應系統構成的方塊圖。
圖3為顯示第3實施形態之能量供應系統構成的方塊圖。
發明之實施形態
(第1實施形態)
以下，再參照圖示，對本發明中氫/合成天然氣製造裝置之第1實施形態加以說明。圖1係顯示第1實施形態之氫/合成天然氣製造裝置構成的方塊圖。
如圖1所示，氫/合成天然氣製造裝置1包含：合成天然氣生成裝置2、氫生成裝置3、在合成天然氣生成裝置2與氫生成裝置3之間進行熱交換之第1熱交換設施4及第2熱交換設施5、以及供應熱予第1熱交換設施4的加熱裝置6。氫/合成天然氣製造裝置1係接受二氧化碳、氫化芳族化合物(有機氫化物)、及氫的供應，並供予外部氫及合成天然氣。同時，氫/合成天然氣製造裝置1，在未接受外部供應氫時，亦可利用氫生成裝置3所生成之氫為原料來生成合成天然氣。
氫化芳族化合物，係芳族化合物加氫反應(氫化反應)之生成物，只要其本身安定且同時可脫氫形成安定之芳族化合物者即可。芳族化合物，並無特別之限定，可為 苯、甲苯、二甲苯等單環芳族化合物，萘、四氫萘、甲基萘等2環芳族化合物，及蒽等3環芳族化合物，可以其單獨、或2種以上的混合物使用。氫化芳族化合物，係上述芳族化合物經過氫化者，可為環己烷、甲基環己烷、二甲基環己烷等單環氫化芳族化合物，四氫萘、十氫萘、甲基十氫萘等2環氫化芳族化合物，及十四氫蒽等3環氫化芳族化合物等，可以其單獨、或2種以上的混合物使用。其中，氫化芳族化合物，係以常溫、常壓下為安定之液體者較佳。上述之氫化芳族化合物及芳族化合物中，氫化芳族化合物宜使用甲基環己烷，芳族化合物宜使用甲基環己烷經過脫氫反應之甲苯。
合成天然氣(SNG：Synthetic Natural gas，亦稱為替代天然氣)，係替代天然氣所合成之氣體，主成分係甲烷。
合成天然氣生成裝置2包含：高溫SNG反應裝置11、低溫SNG反應裝置12、第1氣液分離裝置13、及甲烷分離裝置14。氫生成裝置3包含：蒸發器21、加熱器22、脫氫反應裝置23、及第2氣液分離裝置24。氫/合成天然氣製造裝置1，即構成加工場。
開始時先說明合成天然氣生成裝置2。合成天然氣生成裝置2，係由上方端直接以高溫SNG反應裝置11、低溫SNG反應裝置12、第1氣液分離裝置13、及甲烷分離裝置14記載之順序連接。作為原料之二氧化碳及氫在互相混合後，被供予高溫SNG反應裝置11。
作為原料的二氧化碳，可為空氣中之二氧化碳、 及在發電機及內燃機機器等之中經過燃料燃燒所產生的排氣中之二氧化碳。此類空氣中及排氣中之二氧化碳，以經由二氧化碳回收裝置，自其他成分單獨分離二氧化碳之二氧化碳為佳。二氧化碳分離裝置，以係利用化學吸收法、物理吸收法、膜分離法等一般習知的二氧化碳分離回收技術之裝置為佳。使用化學吸收法的二氧化碳分離裝置，可使用如選擇性溶解二氧化碳之鹼性溶液吸收劑。二氧化碳分離裝置係包含吸收部及再生部。吸收部及再生部，係由各自之容器所構成，並藉配管連接而可互相循環。作為吸收劑所使用之鹼性溶液，可使用烷醇胺及碳酸鉀水溶液。
在吸收部中，藉由含二氧化碳之氣體與吸收劑流動接觸，即可由氣體將二氧化碳溶於吸收劑中，而由氣體分離二氧化碳。該已分離二氧化碳的氣體，即由吸收部釋出大氣中。再將吸收二氧化碳之吸收劑送至再生部，接受再生處理。再生處理中，係加熱吸收二氧化碳之吸收劑，使二氧化碳由吸收劑分離。如此操作，宜使用由其他氣體分離的二氧化碳作為原料。
作為原料的氫，可為由外部供應之氫、及由氫生成裝置3供應之氫。
高溫SNG反應裝置11及低溫SNG反應裝置12，係將二氧化碳及氫之原料，在催化劑存在下，進行如下通式(1)所示之逆轉化反應，生成一氧化碳及水。如通式(1)所示之反應，為△H298=40.1kJ/mol之吸熱反應，在越高溫時平衡係越趨向生成一氧化碳側(右側)，因此以在高溫下進行反應 有利。催化劑，通常可使用鎳系之催化劑。
再者，高溫SNG反應裝置11及低溫SNG反應裝置12，係以氫、與經逆轉化反應生成之一氧化碳為原料，在催化劑存在下，經由如下通式(2)所示之甲烷化反應生成甲烷。催化劑，同樣可使用鎳系之催化劑。
該通式(2)所示之反應，為△H298=-205.6kJ/mol之放熱反應。而且，甲烷化反應，向右側進行之方向，係減少莫耳數，因此由化學平衡之觀點而言越為低溫、高壓越易向右側進行。該反應為平衡反應，因此生成物包含甲烷、氫及二氧化碳。
如上所述，在高溫SNG反應裝置11及低溫SNG反應裝置12中進行以下步驟：逆轉化步驟，係經由逆轉化反應從二氧化碳及氫生成一氧化碳；及甲烷化步驟，係經由甲烷化反應從二氧化碳及一氧化碳之至少一方與氫生成甲烷。亦即，綜合上述通式(1)及(2)，即可抵消一氧化碳，進行至其次通式(3)的反應。該反應，為△H298=-164.5kJ/mol(=40.1+(-205.6))之放熱反應。因此，在高溫SNG反應裝置11及低溫SNG反應裝置12中，經由反應即會產生 熱。經由通式(3)，所有之二氧化碳可轉換為甲烷，因此相對二氧化碳的氫之莫耳比，以4為佳，4以上亦可。
高溫SNG反應裝置11中，反應裝置內之溫度係維持在350℃以上且500℃以下的高溫。如上所述，越為高溫，通式(1)即越易向右進行，通式(2)越易向左進行反應。同時，在越為高溫時，各通式(1)至(2)之反應速度即越高。在高溫SNG反應裝置11中，經由逆轉化反應，可將大部分之二氧化碳轉換為一氧化碳，另一方面，所生成之一氧化碳經由甲烷化反應無法完全轉換為甲烷，部分之一氧化碳會直接殘留。因此，由高溫SNG反應裝置11運送至低溫SNG反應裝置12的生成物，包含二氧化碳、氫、一氧化碳、甲烷。
低溫SNG反應裝置12中，反應裝置內之溫度係維持在250℃以上且未達350℃的低溫。如上所述，越為低溫，反應速度越低，而通式(1)反應越易向左進行，通式(2)反應越易向右進行。如此一來，由低溫SNG反應裝置12運送至第1氣液分離裝置13的生成物之成分，主要為甲烷、水、在原料多餘時再加上氫。
在高溫SNG反應裝置11中經由反應所產生之反應熱，可藉由第1熱交換設施4供予加熱器22及脫氫反應裝置23。亦即，第1熱交換設施4，吸收高溫SNG反應裝置11 之反應熱，而維持反應容器之高溫SNG反應裝置11的溫度在固定之範圍。
低溫SNG反應裝置12中經由反應產生之反應熱，可藉由第2熱交換設施5供予高溫SNG反應裝置11及氫生成裝置3的蒸發器21，被利用作為預熱及蒸發熱。亦即，第2熱交換設施5，吸收低溫SNG反應裝置12之反應熱，而維持反應容器之低溫SNG反應裝置12的溫度在固定之範圍內。
第1氣液分離裝置13，可為一般所知之液氣分離器。由低溫SNG反應裝置12運送至第1氣液分離裝置13的生成物，係由未圖示的冷卻裝置冷卻至100℃以下，使水蒸氣凝結為液體之水。再於第1氣液分離裝置13中，使含氣體甲烷及氫之生成氣體、與液體之水互相分離，並將生成的氣體運送至甲烷分離裝置14。
甲烷分離裝置14係由所生成之氣體分離甲烷。甲烷分離裝置14可為使用變壓式吸附(PSA)及氫氣分離膜的一般已知之裝置，其可由含甲烷及氫的生成氣體分離氫及甲烷。本實施形態中，甲烷分離裝置14係變壓式吸附裝置。經甲烷分離裝置14將氫分離的甲烷被當作合成天然氣供予氫/合成天然氣製造裝置1的外部。經甲烷分離裝置14分離的氫為作為合成天然氣生成裝置2之原料的氫使用，乃混合在供應至高溫SNG反應裝置11內之前的二氧化碳中。
其次，再對氫生成裝置3加以說明。氫生成裝置3，係直接以蒸發器21、加熱器22、脫氫反應裝置23、及第 2氣液分離裝置24記載之順序連接。作為原料的氫化芳族化合物係以液體供予蒸發器21，再予以氣化。蒸發器21利用經由第2熱交換設施5自低溫SNG反應裝置12供應之熱將氫化芳族化合物氣化。該氣化的氫化芳族化合物，再由蒸發器21運送至加熱器22加熱。加熱器22，係配置為可經由第1熱交換設施4與高溫SNG反應裝置11熱交換，使氣化的氫化芳族化合物加熱、昇溫。第1熱交換設施4亦可譬如利用高溫SNG反應裝置11所供應的熱產生高溫水蒸氣，再將該水蒸氣供予加熱器22。
經過氣化、加熱之氫化芳族化合物，再由加熱器22運送至脫氫反應裝置23。脫氫反應裝置23經由在催化劑存在下之脫氫反應從氫化芳族化合物生成氫及芳族化合物。本實施形態中，脫氫反應裝置23係進行經由脫氫反應從氫化芳族化合物生成氫及芳族化合物的脫氫步驟。本實施形態中，再對氫化芳族化合物為甲基環己烷時之情形加以說明。甲基環己烷之脫氫反應，係如以下之通式(4)所示，生成氫及甲苯。該通式(4)所示之反應，為△H298=205.0kJ/mol之吸熱反應。其他的氫化芳族化合物之脫氫反應亦同樣為吸熱反應。
脫氫反應裝置23係配置成可經由第1熱交換設施 4與高溫SNG反應裝置11及加熱裝置6進行熱交換，並以高溫SNG反應裝置11及加熱裝置6所供應之熱加熱。加熱裝置6，在本實施形態中係經由第1熱交換設施4供應熱予脫氫反應裝置23，但在其他之實施形態中，亦可不經由第1熱交換設施4直接供應熱予脫氫反應裝置23。加熱裝置6可藉由燃燒合成天然氣生成裝置2所生成的合成天然氣及氫生成裝置3所生成的氫獲得燃燒熱，亦可藉由燃燒由外部供應之燃料獲得燃燒熱。脫氫反應裝置23之構成，並無限定，可使用殼管型反應裝置。脫氫反應裝置23具有筒狀之殼、及在殼內延伸的複數之管。各管之內部空間係相對於殼之內部空間呈隔離。各管的內側填充有促進脫氫反應的脫氫催化劑。脫氫催化劑，可為在如多孔性γ-氧化鋁載體中，載持有選自鉑、鈀、銠、銥、及釕中至少1種催化劑金屬之物品。特別是，宜為在表面積為150m2/g以上、細孔容積為0.40cm3/g以上、平均細孔徑為90至300Å、及相對總細孔容積平均細孔徑±30Å的細孔所占之比例為50%以上的多孔性γ-氧化鋁載體上，載持有選自鉑、鈀、銠、銥、及釕中至少1種催化劑金屬之催化劑。
於脫氫反應裝置23的各管中供應業經氣化之氫化芳族化合物，於流動中接觸催化劑。由第1熱交換設施4供應高溫流體予殼，並與管之間進行熱交換，而加熱催化劑及氫化芳族化合物。第1熱交換設施4所供應的高溫流體，例如可為水蒸氣。氫化芳族化合物，接受來自第1熱交換設施4的熱量，再於催化劑存在下，生成氫及芳族化合物 (在氫化芳族化合物為甲基環己烷時為甲苯)。
第2氣液分離裝置24，係一般已知之液氣分離器。由脫氫反應裝置23運送至第2氣液分離裝置24的生成物，再以未圖示之冷卻裝置冷卻，使芳族化合物凝結為液體。在芳族化合物為甲苯時，則將芳族化合物冷卻為甲苯沸點之111℃以下。再於第2氣液分離裝置24中，使氣體的氫、與液體的芳族化合物互相分離。氫為使部分作為合成天然氣生成裝置2之原料使用，乃混合在供應至高溫SNG反應裝置11內之前的二氧化碳中。其餘之氫則供予氫/合成天然氣製造裝置1之外部。
經由第2氣液分離裝置24分離之芳族化合物，可以船舶及輸送管線等運送至芳族化合物的氫化設備，之後進行芳族化合物的氫化，即可再成為氫化芳族化合物。所生成的氫化芳族化合物，可再以船舶及輸送管線等運送，供予氫/合成天然氣製造裝置1之氫生成裝置3。如此，藉由芳族化合物及氫化芳族化合物的循環運送，即可構築成氫以適於運送之氫化芳族化合物形式運送的氫供應鏈。
在如上構成之氫/合成天然氣製造裝置1中，係具有用以對外部供應氫的氫生成裝置3、及用以對外部供應合成天然氣的合成天然氣生成裝置2。亦即，氫/合成天然氣製造裝置1可將氫及合成天然氣供予外部。同時，氫生成裝置3，可經由第1熱交換設施4及第2熱交換設施5接收在合成天然氣生成裝置2中產生之熱量，再將該熱量利用於進行脫氫反應。因此，在氫生成裝置3中脫氫反應所需熱量之大部 分可由合成天然氣生成裝置2所產生的熱量供給，因此可大幅降低須由外部供應的熱量。如此，即可減少氫/合成天然氣製造裝置1之能源使用量及二氧化碳排放量。
特別是，合成天然氣生成裝置2係以二氧化碳為原料而生成合成天然氣之裝置，因此亦可以減少大氣中之二氧化碳量。因而，本實施形態之氫/合成天然氣製造裝置1可供應乾淨能源之氫，同時亦可降低其製造步驟中所產生的二氧化碳量，並可將大氣中或其他裝置所排放的二氧化碳轉換為合成天然氣而予以減低。
本實施形態中，在合成天然氣生成裝置2中，係將SNG反應裝置分開為高溫SNG反應裝置11及低溫SNG反應裝置12之2個，因此可以適於脫氫反應的溫度回收熱，且提高合成天然氣之反應速度及生產率。上述通式(2)所示之甲烷化反應，係平衡反應，由於係放熱反應，因此在反應條件為低溫時可增加甲烷(合成天然氣)之生產率。然而，在反應條件設為低溫時，會降低反應速度，同時會使可經由第1熱交換設施4供予加熱器22及脫氫反應裝置23的熱量減少。特別是，由於脫氫反應裝置23之操作溫度為高溫，在高溫SNG反應裝置11及低溫SNG反應裝置12的操作溫度為低溫時，難以高效率地使脫氫反應裝置23溫度上昇至操作溫度，需要另外使脫氫反應裝置23溫度上昇。因而，在高溫SNG反應裝置11中，可藉由設定反應條件為高溫，而提高反應速度並同時增加可經由第1熱交換設施4回收的熱量，另一方面在低溫SNG反應裝置12中，可藉由設定反應 條件為低溫，使平衡趨向生成物端(生成甲烷端)而提高甲烷的生產率。亦即，可兼具增加合成天然氣生成裝置2中合成天然氣之生產率、及將熱供予脫氫反應裝置23的高效率化。
第1形態中之第1熱交換設施4及第2熱交換設施5之形態，可使用各種形態。例如，第1熱交換設施4亦可組裝成為高溫SNG反應裝置11及加熱器22、脫氫反應裝置23的一部分。例如將供高溫SNG反應裝置11的反應物及生成物通過的管設計成通過脫氫反應裝置23之殼內及加熱器22內時，管即為第1熱交換設施4。又，亦可將高溫SNG反應裝置11及脫氫反應裝置23構成為一個結合成之裝置，並以分開高溫SNG反應裝置11及脫氫反應裝置23的構造體為第1熱交換設施4。
再者，第1實施形態中，在可由高溫SNG反應裝置11供予脫氫反應裝置23的熱量大於脫氫反應裝置23之反應所需熱量時，亦可將脫氫反應裝置23中多餘之熱量，用於預熱供予高溫SNG反應裝置11的二氧化碳及氫。該情形時，宜設置在供應高溫SNG反應裝置11二氧化碳及氫的配管與脫氫反應裝置23之間進行熱交換的熱交換設施、或者設置在高溫SNG反應裝置11的入口側部分與脫氫反應裝置23之間進行熱交換的熱交換設施。
而且，在可由高溫SNG反應裝置11供予脫氫反應裝置23的熱量大於脫氫反應裝置23之反應所需熱量時，亦可限制供予脫氫反應裝置23的熱量，並將高溫SNG反應裝置中多餘之熱量，用於預熱供予高溫SNG反應裝置11的二 氧化碳及氫。該情形時，宜設置在供應高溫SNG反應裝置11二氧化碳及氫的配管與高溫SNG反應裝置11之間進行熱交換的熱交換設施、或者設置在高溫SNG反應裝置11的入口側部分與高溫SNG反應裝置11之高溫部之間進行熱交換的熱交換設施。
(第2實施形態)
以下，再參照圖示，說明以本發明使用在能量供應系統(氫與合成天然氣之製造裝置)的第2實施形態。圖2係顯示第2實施形態之能量供應系統構成的方塊圖。
能量供應系統101，係接受氫化芳族化合物(有機氫化物)及燃料之供應並供應氫及電力之系統。同時，能量供應系統101會在產生電力之過程中生成主成分為甲烷之合成天然氣，因此會發揮作為氫與合成天然氣之製造裝置的功能。詳細言之，能量供應系統101係藉由實施能量供應方法以供應氫及電力，該方法具有以下步驟：發電步驟，將燃燒化石燃料而來的能量轉換為電力；脫氫步驟(氫生成步驟)，經由脫氫反應從氫化芳族化合物生成氫；及合成天然氣生成步驟(甲烷化步驟)，經由甲烷化反應，從發電步驟中燃燒所產生之排氣中的二氧化碳、與脫氫步驟所產生之氫生成合成天然氣；且，在發電步驟，將合成天然氣生成步驟所產生之合成天然氣與前述化石燃料共同燃燒。如圖2所示，能量供應系統101包含：氫化芳族化合物槽102、燃料槽103、脫氫反應裝置(氫生成裝置)104、合成天然氣生成裝置106(甲烷化反應裝置)、發電機107、CO2分離裝置108、 及芳族化合物槽110。能量供應系統101可構成為加工場。
發電機107係燃燒氫與燃料再轉換其熱量為電力的混氫燃燒型發電機，且前述燃料為化石燃料。發電機107，係經由燃燒所產生的熱加熱水，再以所產生的蒸氣轉動渦輪(蒸氣渦輪)獲得電力的蒸氣渦輪發電機、及使用經由燃燒所產生的燃燒氣體轉動渦輪(渦輪機)獲得電力的氣體渦輪發電機。化石燃料可為重油及煤油等液體烴、及城鎮氣體燃料及含丙烷之天然氣(烴氣)。本實施形態中，發電機107係以天然氣之燃料及氫為燃料的混氫燃燒型氣渦輪發電機。發電機係燃燒氫及天然氣，以產生電力及排氣(燃燒氣體)。排氣包含二氧化碳、氮、水、及其他微量成分。
氫化芳族化合物槽102係用以儲存氫化芳族化合物的容器。氫化芳族化合物槽102係經由管路111連接脫氫反應裝置104，並供應氫化芳族化合物予脫氫反應裝置104。可經由船舶及車輛運送、及經由輸送管線等，由外部供應氫化芳族化合物予氫化芳族化合物槽102。
脫氫反應裝置104係經由在催化劑存在下之脫氫反應從氫化芳族化合物生成氫及芳族化合物。本實施形態中，脫氫反應裝置104係進行經由脫氫反應從氫化芳族化合物生成氫及芳族化合物的氫生成步驟(脫氫步驟)。在氫化芳族化合物為甲基環己烷時，可如上述通式(4)所示，經由脫氫步驟(氫生成步驟)生成氫及甲苯。氫化芳族化合物之脫氫反應係吸熱反應。
脫氫反應裝置104之構成，並無限定，可使用殼 管型反應器。脫氫反應裝置104具有筒狀之殼、及於殼內延伸的複數之管。各管之內部空間相對於殼之內部空間呈隔離。各管的內側填充有促進脫氫反應的脫氫催化劑。脫氫催化劑係如上述。
於脫氫反應裝置104的各管中供應業經氣化之氫化芳族化合物，於流動中接觸催化劑。於殼中供應高溫流體，並與管之間進行熱交換，而加熱催化劑及甲基環己烷。高溫流體係由發電機107產生的排氣。發電機107與脫氫反應裝置104的殼係藉由管路113連接，並經由排氣管路使發電機107的排氣供予殼。
再者，脫氫反應裝置104中設置有可與管進行熱交換之熱交換器112。熱交換器112係設置為亦可與合成天然氣生成裝置106(甲烷化反應裝置)進行熱交換，將合成天然氣生成裝置106之熱量供予脫氫反應裝置104。熱交換器112宜為利用水蒸氣為介質者，並具有通過合成天然氣生成裝置106及脫氫反應裝置104的水蒸氣循環管路。熱交換器112內之水蒸氣係經合成天然氣生成裝置106加熱，並將該熱量傳導至脫氫反應裝置104之管中。氫化芳族化合物從流過殼內之排氣及熱交換器112接收熱量，在催化劑存在下，生成氫及芳族化合物。
脫氫反應裝置104中所生成的氫為氣體，而芳族化合物經冷卻會液化，因此氫與芳族化合物會互相分離，而由脫氫反應裝置104獨立排出。芳族化合物經由管路116運送而儲存於芳族化合物槽110。氫則部分經由管路122供 予合成天然氣生成裝置106，另一部分經由管路123供予發電機107，其餘經由氫供應管線124供予外部的設備。
CO2分離裝置108，為化學吸收法、物理吸收法、膜分離法等一般已知的二氧化碳分離回收技術之裝置。本實施形態之CO2分離裝置108，為採用係使用可選擇性溶解二氧化碳之鹼性溶液為吸收劑的化學吸收法之裝置所構成。CO2分離裝置108包含吸收部131及再生部132。吸收部131及再生部132，則由各自之容器所構成，再經由配管聯接以可互相循環。吸收劑所使用之鹼性溶液，係使用胺及碳酸鉀水溶液。本實施形態中，係使用可選擇性吸收硫化氫及二氧化碳之類酸性氣體的單乙醇水溶液為吸收材料。
於吸收部131，藉由所供應的氣體與單乙醇胺水溶液接觸，使二氧化碳從所供應的氣體溶於單乙醇胺水溶液中，而使二氧化碳自所供應的氣體分離。已分離二氧化碳的氣體再由吸收部131供予外部。並將已吸收二氧化碳的單乙醇胺水溶液運送至再生部132，接受再生處理。在再生處理下，加熱已吸收二氧化碳的單乙醇胺水溶液，以由單乙醇胺水溶液分離二氧化碳。再生處理中所需的熱量，可由發電機107及合成天然氣生成裝置106供應。在再生部132中由單乙醇胺水溶液分離的二氧化碳即由再生部132供予外部，已去除二氧化碳的單乙醇胺則再循環至吸收部131中。
CO2分離裝置108的吸收部131係經由管路134與脫氫反應裝置104之殼連接。已通過脫氫反應裝置104之殼 的排氣，係經由管路134供予吸收部131。供予吸收部131的排氣，其成分之二氧化碳可被單乙醇胺水溶液吸收。另一方面，已分離二氧化碳之排氣，氮成為其主成分，並可由吸收部131經管路135排出。管路135連接在一般已知之淨化步驟等，最終釋放在大氣中。吸收部131中已吸收二氧化碳之單乙醇胺水溶液被運送至再生部132，接受再生處理。藉此，即可使已吸收二氧化碳之單乙醇胺水溶液分離成氣體的二氧化碳與液體的單乙醇胺水溶液。再生部132中由單乙醇胺水溶液分離之二氧化碳，經壓縮機加壓後供予合成天然氣生成裝置106，已去除二氧化碳的單乙醇胺則循環至吸收部131。
合成天然氣生成裝置106利用由脫氫反應裝置104經由管路122供應的氫、及由CO2分離裝置108的再生部132經由管路141供應的二氧化碳進行逆轉化反應，生成一氧化碳及水。該反應係在催化劑存在下進行，如上述通式(1)。該反應，在越高溫下平衡即越趨向生成一氧化碳端(右端)，因此以在高溫下進行為有利。
又，合成天然氣生成裝置106係以所供應的氫及二氧化碳、及經由逆轉化反應生成之一氧化碳為原料，在催化劑存在下經由甲烷化反應生成合成天然氣(甲烷)。甲烷化反應係如上述通式(2)。
通式(2)、及綜合通式(1)及通式(2)之綜合反應式(3)，係平衡反應，由左側向右側進行的方向，係放熱反應，同時使莫耳數減少，因此由化學平衡的觀點而言越為低 溫、高壓時越易向右側進行。該反應係平衡反應，因此生成物中包含合成天然氣、氫、及二氧化碳。如上所述，合成天然氣生成裝置106進行以下步驟：逆轉化步驟，係經由逆轉化反應從二氧化碳與氫生成一氧化碳；及合成天然氣生成步驟，係經由甲烷化反應從二氧化碳及一氧化碳之至少一方與氫生成合成天然氣。
由合成天然氣生成裝置106供應的氣體，包含合成天然氣、及未反應之氫及二氧化碳，再經由管路143運送至發電機107。欲自合成天然氣生成裝置106供予發電機107的氣體去除二氧化碳時，在管路143上設置CO2分離裝置即可。該CO2分離裝置可為與CO2分離裝置108同樣之構成。在合成天然氣生成裝置106中經由逆轉化反應及甲烷化反應所生成的水，則自合成天然氣、氫、及二氧化碳分離，再排出至合成天然氣生成裝置106之外部。
於發電機107中，經由管路123由脫氫反應裝置104供應氫，並經由管路143由合成天然氣生成裝置106供應合成天然氣、氫及二氧化碳，且經由燃料管路147由燃料槽103供應燃料。在管路123、管路143、及燃料管路147管路上，又再設置各個流量控制閥151、152、153。經由控制各流量控制閥151、152、153之開啟度，即可變更經由管路123、管路143、及燃料管路147供予發電機107的氣體量之比例。亦即，經由控制各流量控制閥151、152、153之開啟度，即可變更供予發電機107的氫、合成天然氣、天然氣之比例。發電機107燃燒由各管路123、145、147供應的燃料、 氫、及合成天然氣，將產生的熱量轉換為電力，並將電力供予外部。亦即，發電機107係進行一將燃燒化石燃料及合成天然氣、氫而來的能量轉換為電力之發電步驟。同時，在發電機107中，藉由燃燒燃料、氫及合成天然氣，產生含二氧化碳及氮之排氣。
在發電機107產生的排氣，係如上運送至脫氫反應裝置104之殼中，作為用以加熱管的熱源使用，之後，再運送至CO2分離裝置108，分離二氧化碳之後，經過淨化步驟等而釋出大氣中。
設置成合成天然氣生成裝置106及脫氫反應裝置104的熱交換器112，係接收來自合成天然氣生成裝置106的熱再供予脫氫反應裝置104熱之構成。熱交換器112利用合成天然氣生成裝置106中經由甲烷化反應產生之熱量加熱水蒸氣，再將加熱的水蒸氣運送至脫氫反應裝置104，以水蒸氣加熱管內的氫化芳族化合物及催化劑。
如此，在脫氫反應裝置104中脫氫反應所需要的熱量，係使用合成天然氣生成裝置106中經由甲烷化反應所產生之熱量、及在發電機107中所產生之排氣的熱量。
同時，在合成天然氣生成裝置106中經由甲烷化反應產生之熱量，亦可供予CO2分離裝置108之再生部132，用於再生單乙醇胺。
在如上構成的能量供應系統101中，係具有用以對外部供應氫的氫製造設備、及用以對外部供應電力的發電機107。即，能量供應系統101亦可說是具備發電機的加 氫站、或具備氫製造設備的發電所。而且，因使用部分經由氫製造設備生成的氫，將由發電機107產生之排氣中所含的二氧化碳轉換為合成天然氣，故可抑制由能量供應裝置釋出外部的二氧化碳量。由於經由甲烷化反應從二氧化碳及氫生成的合成天然氣備供予發電機107作為燃料，因此亦可抑制由燃料供應管線供應的燃料之使用量。
另外，因利用合成天然氣生成裝置106中經由甲烷化反應產生的熱量、及發電機107所產生的排氣之熱量，在脫氫反應裝置104中進行脫氫反應、及在CO2分離裝置108的再生部132中進行單乙醇胺的再生處理，故脫氫反應及再生處理無再追加所需熱量的需要。亦即，附帶可抑制能源的使用量，亦可抑制相對之二氧化碳的排放量。
本實施形態中之能量供應系統101，可依照電力及氫之需要量、及氫化芳族化合物及燃料的供應量(氫化芳族化合物槽102及燃料槽103的儲存量)調整供應之氫量及電力量。例如，在氫化芳族化合物及化石燃料之供應量充足，氫之需要大於電力的需要時，以增加氫供應量為最優先，並以減低甲烷化反應中所使用的氫為宜。在甲烷化反應所需之氫不足時，停止甲烷化反應，發電機107只使用由燃料槽103經由燃料管路147供應的燃料進行發電。一旦停止甲烷化反應，即無需供應二氧化碳予合成天然氣生成裝置106，因此停止CO2分離裝置108為宜。該情形時，來自發電機107的排氣，可通過CO2分離裝置108的吸收部131由管路135釋出外部。
再者，其他之實施形態中，亦可在管路141之路徑上設置儲存槽。該情形下，在無需供應二氧化碳予合成天然氣生成裝置106時，可在CO2分離裝置108中將二氧化碳分離，再將該二氧化碳儲存在儲存槽，即可避免將二氧化碳釋出於大氣中。其他之實施形態中，亦可將不需要的二氧化碳注入地中及海底中，予以固定。
同時，能量供應系統101在氫化芳族化合物供應量充足而化石燃料供應量不足時、或燃料貴時等情形下，可藉由增加甲烷化反應生成之合成天然氣量，以生成的合成天然氣代替化石燃料燃燒，來抑制化石燃料之使用量。
而且，在欲抑制能量供應裝置所排放之二氧化碳量時，優先增加經由甲烷化反應生成的合成天然氣量，並減少釋出大氣中的二氧化碳量為宜。
如上之情形，本實施形態中的能量供應裝置，可依照電力及氫之需求量、及氫化芳族化合物及化石燃料的供應量(儲存量)、降低二氧化碳排放量之要求而改變操作狀態。
(第3實施形態)
其次，再參考圖3說明第3實施形態中之能量供應系統170(氫與合成天然氣之製造裝置)。圖3係顯示第3實施形態之能量供應系統170構成的方塊圖。第3實施形態之能量供應系統170與第2實施形態中的能量供應系統101相較之下，在合成天然氣生成裝置106及發電機107之間具氫分離裝置171之點、省略管路123之點、及發電機173之形態上有 所不同。在第3實施形態之能量供應系統170中，對於與第2實施形態之能量供應系統101相同之構成，以同樣的記號表示並省略說明。
第3實施形態之能量供應系統170中，由合成天然氣生成裝置106供應的氣體，在供予發電機107前係先供予氫分離裝置171。氫分離裝置171可為使用變壓式吸附法及氫氣分離膜的一般已知之裝置，即可使合成天然氣及一氧化碳與氫分離。氫分離裝置171係設置在管路143之路徑上。業經氫分離裝置171分離的氫，再經由管路175供予合成天然氣生成裝置106。在其他之實施形態中，業經氫分離裝置171分離的氫亦可供予氫供應管線124。業經氫分離裝置171分離氫的合成天然氣則供予發電機173。
發電機173係單燒化石燃料型發電機。第3實施形態中之能量供應系統170中，係設置氫分離裝置171，由供予發電機107的合成天然氣中去除氫。因此，發電機173亦可非為混氫燃燒型發電機，而使用傳統型的單燒化石燃料型發電機。能量供應裝置的發電機107以單以天然氣為燃料的發電機107較佳。單以天然氣為燃料的發電機107，已普及而廣為使用，因此使用上容易。
以上的全部說明係具體之實施形態，惟本發明並不限定於上述實施形態亦可大幅改變實施。上述實施形態中能量供應系統101、170之CO2分離裝置108，係選擇性之構成，在其他的實施形態中可省略，而將通過脫氫反應裝置104的排氣直接供予合成天然氣生成裝置106。上述能量 供應系統101、170並不限定為加工場，亦可構成如可裝設在汽車等之小型裝置。又，能量供應系統101、170亦可在氫供應管線124之路徑上具氫儲存槽。而且，發電機107亦可使用往復式引擎等內燃發動機。

Claims (10)

  1. 一種氫與合成天然氣之製造裝置，其特徵在於具有：合成天然氣生成裝置，係經由逆轉化反應及甲烷化反應從氫及二氧化碳生成合成天然氣者；及氫生成裝置，係經由脫氫反應從氫化芳族化合物生成氫者；且，為將放熱反應之甲烷化反應的反應熱利用於吸熱反應之脫氫反應，乃由前述合成天然氣生成裝置提供熱予前述氫生成裝置。
  2. 如請求項1之氫與合成天然氣之製造裝置，其中前述合成天然氣生成裝置具有：高溫合成天然氣生成裝置，係在高溫下進行逆轉化反應及甲烷化反應者；及低溫合成天然氣生成裝置，係在較前述高溫合成天然氣生成裝置低溫下進行逆轉化反應及甲烷化反應者。
  3. 如請求項2之氫與合成天然氣之製造裝置，其中前述高溫合成天然氣生成裝置係在350℃以上且500℃以下的高溫下進行反應，前述低溫合成天然氣生成裝置係在250℃以上且未達350℃的低溫下進行反應。
  4. 如請求項1之氫與合成天然氣之製造裝置，其更具有發電機，係將燃燒化石燃料而來之能量轉換為電力者；前述合成天然氣生成裝置係從前述發電機中燃燒所產生之排氣中的二氧化碳、與前述氫生成裝置所產生之氫，經由逆轉化反應及甲烷化反應生成合成天然氣； 且，前述發機係將前述合成天然氣生成裝置所產生之合成天然氣與前述化石燃料共同燃燒。
  5. 如請求項4之氫與合成天然氣之製造裝置，其中前述發電機係混燒前述氫生成裝置所產生之氫及前述化石燃料。
  6. 如請求項4或請求項5之氫與合成天然氣之製造裝置，其中前述合成天然氣生成裝置係經由逆轉化反應從前述排氣中所含之二氧化碳與前述氫生成裝置所產生之氫生成一氧化碳，同時經由甲烷化反應生成合成天然氣，且該甲烷化反應係以前述排氣中所含之二氧化碳及逆轉化反應所生成之一氧化碳之至少一方、與來自前述氫生成裝置之氫為基礎。
  7. 如請求項4至請求項6中任一項之氫與合成天然氣之製造裝置，其更具有二氧化碳分離裝置，係從前述排氣分離氮並回收二氧化碳者；且，藉由前述二氧化碳分離裝置從氮分離的二氧化碳被供予前述合成天然氣生成裝置。
  8. 如請求項4至請求項7中任一項之氫與合成天然氣之製造裝置，其中前述化石燃料為天然氣。
  9. 一種氫與合成天然氣之製造方法，其特徵在於：合成天然氣生成步驟，係經由逆轉化反應及甲烷化反應從氫及二氧化碳生成合成天然氣；及氫生成步驟，係經由脫氫反應從氫化芳族化合物生成氫； 且，在合成天然氣生成步驟，將放熱反應之甲烷化反應所產生的反應熱供予前述氫生成步驟，利用於吸熱反應之脫氫反應中。
  10. 如請求項9之氫與合成天然氣之製造方法，其更具有一發電步驟，係將燃燒化石燃料而來的能量轉換為電力；且，在前述合成天然氣生成步驟，從前述發電步驟中燃燒所產生的排氣中之二氧化碳、與前述氫生成步驟所產生的氫，經由逆轉化反應及甲烷化反應生成合成天然氣；在前述發電步驟，將前述合成天然氣生成步驟所產生的合成天然氣與前述化石燃料共同燃燒。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113784785A (zh) * 2019-05-24 2021-12-10 三菱动力株式会社 合成物生产系统及合成物生产方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3156519B1 (de) * 2015-10-16 2018-08-29 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und anlage zur erzeugung eines kohlenwasserstoffs
KR102163578B1 (ko) * 2019-03-11 2020-10-12 동국대학교 산학협력단 메탄화 공정과 탈수소화 공정을 복합한 메탄 생산 병합 발전시스템 및 그 메탄 생산 병합 발전시스템의 운영 방법
CN110015940B (zh) * 2019-05-20 2022-03-15 河北工业大学 一种二氧化碳气氛下氧化甲基环己烷脱氢制备甲苯和甲烷的方法
CN110028375B (zh) * 2019-05-20 2022-03-08 河北工业大学 一种逆水煤气变换耦合甲基环己烷脱氢的方法
CN110358594A (zh) * 2019-06-21 2019-10-22 清华四川能源互联网研究院 电解水制氢与co2甲烷化制合成天然气的装置及方法
JP2024103341A (ja) * 2023-01-20 2024-08-01 三菱化工機株式会社 メタネーション反応装置及びメタネーション反応方法
JP2024113237A (ja) * 2023-02-09 2024-08-22 三菱重工業株式会社 水素アンモニア関連のアセット管理装置、管理方法およびプログラム
WO2024200537A1 (en) * 2023-03-29 2024-10-03 Hitachi Zosen Inova Ag Process and plant for the production of a methane-containing synthetic natural gas stream

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4073716A (en) * 1975-11-07 1978-02-14 Engelhard Minerals & Chemicals Corporation Process for producing synthetic natural gas and high octane motor fuel components
JPH0551587A (ja) * 1991-08-26 1993-03-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 代替天然ガスと電力の並列生産方法
JPH06248275A (ja) * 1993-02-26 1994-09-06 Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd 代替天然ガスの製造装置
JPH07166179A (ja) * 1993-12-10 1995-06-27 Nippon Steel Corp 代替天然ガス製造方法
JP2001226295A (ja) 2000-02-15 2001-08-21 Nkk Corp アンモニアを用いた高炉ガスからのメタンの製造方法
DE10356650A1 (de) * 2003-12-02 2005-07-07 Viessmann Werke Gmbh & Co Kg Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff
JP2005177624A (ja) * 2003-12-19 2005-07-07 Nissan Motor Co Ltd 改質触媒
JP5255845B2 (ja) * 2004-12-22 2013-08-07 エクソンモービル・ケミカル・パテンツ・インク メタンからのアルキル化芳香族炭化水素の製造
JP4580310B2 (ja) 2005-08-25 2010-11-10 新日本製鐵株式会社 高熱量ガスの生成方法
JP2010077817A (ja) 2008-09-24 2010-04-08 Jfe Chemical Corp 水素混焼エンジンシステム
EP2543743B1 (en) * 2010-03-02 2017-11-29 JFE Steel Corporation Blast furnace operation method, iron mill operation method, and method for utilizing a gas containing carbon oxides
JP5640803B2 (ja) * 2010-03-29 2014-12-17 Ｊｆｅスチール株式会社 高炉又は製鉄所の操業方法
JP5647956B2 (ja) 2011-08-31 2015-01-07 株式会社日立製作所 エネルギー供給システム
CN102660340B (zh) * 2012-04-24 2014-06-11 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气的工艺及设备

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113784785A (zh) * 2019-05-24 2021-12-10 三菱动力株式会社 合成物生产系统及合成物生产方法

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