TW202012041A - 甲烷氣產生裝置以及甲烷氣產生方法 - Google Patents

Abstract

本發明是一種藉由甲烷化反應來產生甲烷氣的甲烷氣產生裝置，且包括：反應部，使含有二氧化碳及氫的反應物發生放熱反應，產生含有甲烷氣及水蒸氣且溫度高於反應物的產物；以及熱交換器，藉由使被輸送至反應部的反應物與從所述反應部流出的產物進行熱交換，對被輸送至所述反應部的反應物進行預熱，且對從所述反應部流出的產物進行冷卻。

Description

甲烷氣產生裝置以及甲烷氣產生方法

本發明是有關於一種甲烷氣產生裝置以及甲烷氣產生方法。

為了抑制全球變暖，正致力於削減作為溫室效應氣體的二氧化碳。另外，例如，於專利文獻1-2中，揭示了與甲烷化反應相關的技術，所述甲烷化反應使二氧化碳與氫反應，產生甲烷氣。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利第6299347號公報 [專利文獻2]日本專利特開2017-052669號公報

[發明所欲解決之課題] 當產生甲烷氣時，可考慮促進甲烷化反應以提高甲烷氣的產生效率。為了促進甲烷化反應，理想的是對反應物進行預熱。但是，為了對反應物進行預熱，當然需要能量，認為反而有溫室效應氣體的削減效果下降之虞。

另外，甲烷化反應是產生水來作為副產物的反應，因此認為為了有效地利用已產生的甲烷氣，理想的是藉由冷卻等使作為副產物的水分冷凝並將其去除。也就是說，當藉由甲烷化反應產生甲烷氣時，亦需要用於使甲烷氣冷卻的能量。

即，當藉由甲烷化反應來產生甲烷氣時，認為理想的是進行反應物的預熱及甲烷氣的冷卻，但因此需要能量，認為有溫室效應氣體的削減效果下降之虞。另外，還需要用於預熱反應物及冷卻甲烷氣的裝置，認為有產生裝置整體大型化之虞。

因此，本申請案的課題在於提供一種效率良好地產生甲烷氣的緊湊的甲烷氣產生裝置以及甲烷氣產生方法。 [解決課題之手段]

為了解決所述課題，本發明使進行甲烷化反應的反應物與藉由甲烷化反應而產生的甲烷氣進行熱交換。

詳細而言，本發明是藉由甲烷化反應來產生甲烷氣的甲烷氣產生裝置，且包括：反應部，使含有二氧化碳及氫的反應物發生放熱反應，產生含有甲烷氣及水蒸氣且溫度高於反應物的產物；以及熱交換器，藉由使被輸送至反應部的反應物與從反應部流出的產物進行熱交換，對被輸送至反應部的反應物進行預熱，且對從反應部流出的產物進行冷卻。

若為此種甲烷氣產生裝置，則甲烷化反應前的反應物被預熱。因此，促進甲烷化反應。

另外，當藉由產物被冷卻，而將產物中所含有的水蒸氣冷凝且分離時，產物的飽和蒸氣壓下降。即，產物的處理變得容易。

另外，有時於產物中含有未反應的反應物。而且，甲烷化反應是可逆反應。也就是說，當產物中含有未反應的反應物時，產物與未反應的反應物處於化學平衡狀態的關係。此處，當藉由產物被冷卻而將水蒸氣冷凝，且使冷凝水從產物分離時，該化學平衡狀態發生變化，從未反應的反應物新產生甲烷氣及水蒸氣。即，若為如上所述的甲烷氣產生裝置，則所產生的甲烷氣的純度會提高。

另外，藉由使反應物與產物進行熱交換，實現反應物的預熱及甲烷氣的冷卻。也就是說，未分別單獨地進行反應物的預熱以及甲烷氣的冷卻，因此節省反應物的預熱以及甲烷氣的冷卻所需的能量。因此，溫室效應氣體的削減效果的下降得以抑制，甲烷氣的產生效率提高。

另外，與此種甲烷氣產生裝置不同，當不使反應物與產物進行熱交換，而分別單獨地進行反應物的預熱及產物的冷卻時，於反應物量發生了變動的情況下，與反應物量變動前相比，反應物預熱後的溫度會發生變動。因此，為了抑制反應物預熱後的溫度變動，需要根據反應物量來對與反應物進行熱交換的熱媒體的流量進行控制。

另外，甲烷氣的產生量需要根據氣體的需求和反應物的供給量的變化等情況進行調整，但當產物量發生變動時，亦同樣地，與產物量變動前相比，產物冷卻後的溫度會發生變動。因此，為了抑制產物冷卻後的溫度變動，需要根據產物量來對與產物進行熱交換的熱媒體的流量進行控制。但是，如上所述的甲烷氣產生裝置中，當反應物量發生變動時，與反應物進行熱交換的產物的量與反應物量同樣地發生變動。即，即使當反應物量發生變動時，為了抑制反應物預熱後的溫度變動，亦可不根據反應物量來對與反應物進行熱交換的熱媒體的流量進行控制。另外，即使當產物量發生變動時，為了抑制產物冷卻後的溫度變動，亦可不根據產物量來對與產物進行熱交換的熱媒體的流量進行控制。即，不需要用於抑制反應物預熱後的溫度變動、和抑制產物冷卻後的溫度變動的構成。

另外，若為如上所述的甲烷氣產生裝置，則反應物的預熱及產物的冷卻能夠於一個熱交換器中進行。於此情況下，與於單獨的熱交換器中進行反應物的預熱及產物的冷卻的情況相比，可以使甲烷氣產生裝置緊湊。

此外，熱交換器是殼管（shell and tube）式熱交換器，且亦可為反應物通過殼管式熱交換器的殼部分，產物通過殼管式熱交換器的管部分。

若為此種甲烷氣產生裝置，則反應物通過殼管式熱交換器的殼部分。因此，反應物與產物進行熱交換同時促進混合攪拌。反應物於被投入反應器之前的階段被充分混合攪拌，因此促進通過熱交換器的反應物的甲烷化反應。因此，甲烷氣的產生效率提高。另外，反應物的預熱及反應物的混合攪拌能夠於一個熱交換器中進行。另外，即使不另外設置用於使反應物混合的攪拌機，亦可以藉由本發明的熱交換器的使用方法使其具有混合攪拌的功能，因此亦可實現甲烷氣產生裝置的緊湊化。

此外，熱交換器亦可具有傳熱交換面積，該傳熱交換面積能夠藉由使被輸送至反應部的反應物與從反應部流出的產物的水蒸氣進行熱交換，而將從反應部流出的產物的水蒸氣冷凝。

若為如上所述的甲烷氣產生裝置，則水蒸氣的至少一部分被冷凝成水。因此，容易地使水蒸氣從甲烷氣分離。另外，有時產物中含有未反應的反應物。而且，甲烷化反應是可逆反應。也就是說，當產物中含有未反應的反應物時，產物與未反應的反應物處於化學平衡狀態的關係。此處，當使冷凝水從產物分離時，該化學平衡狀態發生變化，從未反應的反應物新產生甲烷氣及水蒸氣。即，若為如上所述的甲烷氣產生裝置，則所產生的甲烷氣的純度會提高。

另外，當所產生的冷凝水被排出時，產物整體的熱容量會下降。因此，甲烷氣的冷卻效率提高。因此，可以使甲烷氣產生裝置緊湊。

此外，熱交換器亦可串聯連接多個。

若為此種甲烷氣產生裝置，則反應物與產物的熱交換效率會提高。換言之，可以使每台熱交換器緊湊。

另外，亦可更包括排水部件，該排水部件用於排出於多個串聯連接的熱交換器的各個中冷凝的水分。

有時於產物中含有未反應的反應物。而且，甲烷化反應是可逆反應。也就是說，當產物中含有未反應的反應物時，產物與未反應的反應物處於化學平衡狀態的關係。因此，藉由將冷凝水從熱交換器排出，該化學平衡狀態發生變化，從未反應的反應物新產生甲烷氣及水蒸氣。即，若為如上所述的甲烷氣產生裝置，則所產生的甲烷氣的純度會提高。

另外，若為此種甲烷氣產生裝置，則藉由從熱交換器排出冷凝水，產物整體的熱容量會下降。因此，甲烷氣的冷卻效率提高。因此，可以使每台熱交換器緊湊。

另外，若為如上所述的甲烷氣產生裝置，則於多個串聯連接的熱交換器的各個中，水蒸氣階段性地被冷凝。因此，可以從各個熱交換器獲得溫度不同的冷凝水。因此，當再利用該些溫度不同的冷凝水時，可實現節能化。

另外，多個串聯連接的熱交換器的合計傳熱交換面可具有使水蒸氣冷凝成水的面積。

若為如上所述的甲烷氣產生裝置，則可以從通過多個串聯連接的熱交換器的產物中獲得冷凝水。另外，當冷凝水從產生冷凝水的熱交換器排出時，產物整體的熱容量會下降。因此，甲烷氣的冷卻效率提高。因此，可以使熱交換器小型化。

另外，有時於產物中含有未反應的反應物。而且，甲烷化反應是可逆反應。也就是說，當產物中含有未反應的反應物時，產物與未反應的反應物處於化學平衡狀態的關係。因此，當將冷凝水從產生冷凝水的熱交換器排出時，該化學平衡狀態發生變化，從未反應的反應物新產生甲烷氣及水蒸氣。即，所產生的甲烷氣的純度會提高。

另外，本發明亦可以從方法的方面來把握。即，例如，亦可為藉由甲烷化反應來產生甲烷氣的甲烷氣產生方法，且包括：反應步驟，使含有二氧化碳及氫的反應物發生放熱反應，產生含有甲烷氣及水蒸氣且溫度高於反應物的產物；以及熱交換步驟，藉由使被輸送至反應步驟的反應物與於反應步驟中產生的產物進行熱交換，對被輸送至反應步驟的反應物進行預熱，且對於反應步驟中產生的產物進行冷卻。 [發明的效果]

若為如上所述的甲烷氣產生裝置以及甲烷氣產生方法，則可以實現效率良好地產生甲烷氣的緊湊的裝置。

以下，對本發明的實施形態進行說明。以下所示的實施形態是本發明的實施形態的一例，並不將本發明的技術範圍限定於以下的態樣。

＜裝置構成＞ 圖1表示本發明實施形態的甲烷氣產生裝置100的概要的一例。圖1所示的甲烷氣產生裝置100藉由氣體狀態的含有二氧化碳氣體及氫氣的反應物的放熱反應，產生含有甲烷氣及水蒸氣的產物。此種化學反應被稱為甲烷化反應。另外，所述化學反應亦為可逆反應。所述化學反應式如以下般表示。

4H₂ +CO₂ ⇔CH₄ +2H₂ O （1）

甲烷氣產生裝置100包括反應塔1A、反應塔1B。反應塔1A及反應塔1B串聯連接。另外，反應塔1A、反應塔1B分別包括反應器2A、反應器2B。於反應器2A、反應器2B的內部，進行式（1）的甲烷化反應。此處，反應器2A、反應器2B是本發明的「反應部」的一例。另外，於反應器2A、反應器2B填充有促進甲烷化反應的觸媒。觸媒例如包含穩定化氧化鋯載體及Ni，所述穩定化氧化鋯載體中穩定化元素固溶，且具有正方晶系及、或立方晶系的結晶結構，所述Ni由穩定化氧化鋯載體所承載。另外，穩定化元素包含選自由例如Mn、Fe及Co組成的群組中的至少一種過渡元素。已知該些觸媒的活性高，本發明的作為目標的反應溫度，作為一例，以200℃（473K）附近的溫度為目標。另外，於反應塔1A、反應塔1B，設置有未圖示但測量反應器2A、反應器2B內的溫度的溫度計。

另外，甲烷氣產生裝置100包括熱交換器3A、熱交換器3B。熱交換器3A、熱交換器3B串聯設置。熱交換器3A、熱交換器3B與反應塔1A連結。此處，熱交換器3A、熱交換器3B分別是本發明的「熱交換器」的一例，且亦是本發明的「多個串聯連接的熱交換器」的一例。另外，熱交換器不限於兩個，亦可串聯設置幾個。

熱交換器3A、熱交換器3B的種類例如是殼管式熱交換器。對於熱交換器，亦於工業上使用殼管式熱交換器以外的方式，但當如本發明般入口與出口的溫差大時，認為於其他方式中有產生熱交換器的破損之虞。因此，於本實施形態中，對於熱交換器3A、熱交換器3B採用了殼管式熱交換器。當然，作為熱交換器3A、熱交換器3B，亦可使用除了殼管式以外的方式的熱交換器。圖2表示熱交換器3A的概要的一例。如圖2所示，熱交換器3A包括內壁30，該內壁30從殼部分的入口朝向出口交錯地配置（熱交換器3B亦同樣）。另外，如圖2所示，於熱交換器3A中，被輸送至反應器2A的反應物通過殼部分。另外，於反應器2A中藉由式（1）的甲烷化反應而產生的產物（以下稱為第一產物），且通過熱交換器3B的管部分的第一產物通過熱交換器3A的管部分。此處，於第一產物中包含甲烷氣、水蒸氣及未反應的反應物。另外，第一產物是本發明的「產物」的一例。

另外，通過熱交換器3A的殼部分，且被輸送至反應器2A的反應物通過熱交換器3B的殼部分。另外，從反應器2A流出的第一產物通過熱交換器3B的管部分。另外，熱交換器3A、熱交換器3B的傳熱交換面積的合計是使第一產物中所含有的水蒸氣冷凝成水的值。

另外，甲烷氣產生裝置100包括冷凝水槽4A、冷凝水槽4B，該冷凝水槽4A、冷凝水槽4B當於熱交換器3A、熱交換器3B的管部分中，第一產物中所含有的水蒸氣冷凝而產生冷凝水時，儲存所產生的冷凝水。如圖2所示，冷凝水槽4A設置為與熱交換器3A的管部分的出口的底部連通。另外，甲烷氣產生裝置100於熱交換器3A的管部分的出口的底部與冷凝水槽4A之間包括浮子式的排水閥5A。另外，雖未圖示，但冷凝水槽4B亦同樣地設置為與熱交換器3B的管部分的出口的底部連通。另外，甲烷氣產生裝置100於熱交換器3B的管部分的出口的底部與冷凝水槽4B之間包括浮子式的排水閥5B。此處，冷凝水槽4A、冷凝水槽4B及排水閥5A、排水閥5B是本發明的「排水部件」的一例。

另外，甲烷氣產生裝置100包括排水管，所述排水管分別與冷凝水槽4A、冷凝水槽4B連接，使冷凝水從冷凝水槽4A、冷凝水槽4B排出。另外，甲烷氣產生裝置100於該配水管的中途包括調整排水量的調整閥6A、調整閥6B，以及分別對調整閥6A、調整閥6B進行控制的閥控制裝置7A、閥控制裝置7B。閥控制裝置7A、閥控制裝置7B藉由分別對調整閥6A、調整閥6B進行控制來調整冷凝水槽4A、冷凝水槽4B內所儲存的冷凝水的水量。

另外，甲烷氣產生裝置100於熱交換器3A與反應塔1B之間包括熱交換器3C。熱交換器3C例如是殼管式熱交換器，且是與熱交換器3A、熱交換器3B同樣地包括交錯的內壁30的熱交換器。此處，熱交換器3C是本發明的「熱交換器」的一例。熱交換器3C的殼部分通過配管與熱交換器3A的管部分及反應器2B連結。另外，熱交換器3C的管部分通過配管與反應器2B連結。也就是說，於熱交換器3C中，於殼部分流入從熱交換器3A的管部分流出的第一產物。然後，該第一產物被輸送至反應器2B。另外，於熱交換器3C的管部分，流入藉由於反應器2B中第一產物中所含有的未反應的反應物進行式（1）的甲烷化反應而產生的產物（以下稱為第二產物）。此處，於第二產物中包含第一產物、藉由於反應器2B中第一產物中所含有的未反應的反應物的甲烷化反應而產生的產物、以及第一產物中所含有，且於反應器2B中未進行反應的未反應的反應物。另外，第二產物是本發明的「產物」的一例。

另外，甲烷氣產生裝置100包括與熱交換器3C連接的熱交換器3D。熱交換器3D例如是殼管式熱交換器。另外，熱交換器3D的殼部分通過配管與熱交換器3C的管部分連結。也就是說，從反應器2B流出並通過熱交換器3C的管部分的第二產物流入熱交換器3D的殼部分。另外，熱交換器3D具有傳熱交換面積，該傳熱交換面積能夠將通過殼部分的第二產物中所含有的水蒸氣冷凝成水。

另外，甲烷氣產生裝置100包括冷卻器（chiller）8，該冷卻器8向熱交換器3D的殼部分供給冷卻水。另外，於冷卻器8與熱交換器3D之間形成供冷卻水循環的循環管路。另外，甲烷氣產生裝置100於該循環管路的中途包括閥9A、閥9B，該閥9A、閥9B對於循環管路中流動的冷卻水的流量進行控制。另外，甲烷氣產生裝置100於從冷卻器8向熱交換器3D的管路的中途包括壓力控制器10A，該壓力控制器10A對於管路中流動的冷卻水的壓力進行控制。另外，甲烷氣產生裝置100於從冷卻器8向熱交換器3D的管路的中途包括流量控制器11A，該流量控制器11A對於管路中流動的冷卻水的流量進行控制。即，從冷卻器8供給至熱交換器3D的冷卻水的壓力及流量被控制為所期望的值。另外，甲烷氣產生裝置100於從冷卻器8向熱交換器3D的管路的中途包括溫度計12A，該溫度計12A測量於管路中流動的冷卻水的溫度。

另外，甲烷氣產生裝置100包括冷凝水槽4C，該冷凝水槽4C儲存於熱交換器3D的殼部分中產生的冷凝水。冷凝水槽4C設置為與熱交換器3D的殼部分的底部連通。另外，甲烷氣產生裝置100於熱交換器3D的殼部分的底部與冷凝水槽4C之間包括浮子式的排水閥5C。

另外，甲烷氣產生裝置100包括排水管，該排水管與冷凝水槽4C連接，使冷凝水從冷凝水槽4C排出。另外，甲烷氣產生裝置100於該配水管的中途包括調整排水量的調整閥6C及對調整閥6C進行控制的閥控制裝置7C。閥控制裝置7C藉由對調整閥6C進行控制來調整冷凝水槽4C內的冷凝水的水量。

另外，甲烷氣產生裝置100包括配管，該配管與熱交換器3D的殼部分連結，供從熱交換器3D的殼部分流出的甲烷氣通過。另外，甲烷氣產生裝置100於該配管的中途包括溫度計12B、壓力指示調節器13、及壓力控制閥14。溫度計12B測量於該配管中流動的甲烷氣的溫度。另外，壓力指示調節器13對壓力控制閥14進行控制，由此該配管內的壓力得以調整。

另外，甲烷氣產生裝置100包括：將從熱交換器3D的殼部分流出的甲烷氣作為產品氣體供給至系統外部的配管；以及從該配管分支並與清除裝置50連結的配管。此處，清除裝置50將甲烷氣中所含有的未反應的反應物等雜質從甲烷氣清除。

另外，甲烷氣產生裝置100於將從熱交換器3D的殼部分流出的甲烷氣作為產品氣體供給至系統外部的配管的中途，以及從該配管分支並與清除裝置50連結的配管的中途，包括開-關（On-Off）閥15A、On-Off閥15B。藉由控制On-Off閥15A、On-Off閥15B，決定是將從熱交換器3D流出的甲烷氣作為產品氣體而供給，或是將從熱交換器3D流出的甲烷氣輸送至清除裝置50而進行清除。

另外，甲烷氣產生裝置100於熱交換器3D的殼部分與清除裝置50之間包括帶閥門的阻尼器（dampener）16。被輸送至清除裝置50的甲烷氣藉由通過帶閥門的阻尼器16而其脈動得以抑制。

另外，甲烷氣產生裝置100的反應塔1A、反應塔1B分別包括護套（jacket）17A、護套17B，以圍繞反應器2A、反應器2B。於護套17A、護套17B流入熱媒油。藉由於護套17A、護套17B流入熱媒油，使反應器2A、反應器2B內的物質與熱媒油進行熱交換，反應器2A、反應器2B內的物質的溫度變動得以抑制。即，於反應器2A、反應器2B內式（1）的甲烷化反應穩定地進行。

另外，甲烷氣產生裝置100包括儲存所述熱媒油的熱媒油槽18。另外，甲烷氣產生裝置100包括加熱器19，該加熱器19用於對熱媒油槽18內的熱媒油進行加熱。

另外，甲烷氣產生裝置100包括排出管，該排出管與熱媒油槽18連接，使熱媒油從熱媒油槽18排出。另外，甲烷氣產生裝置100於該排出管的中途包括閥9C、閥9D及對閥9C、閥9D進行控制的閥控制裝置20。閥控制裝置20藉由對閥9C、閥9D進行控制來調整儲存於熱媒油槽18的熱媒油量。

另外，甲烷氣產生裝置100包括循環管路，該循環管路將熱媒油槽18與護套17A、護套17B加以連接，使熱媒油循環。而且，甲烷氣產生裝置100於熱媒油槽18與護套17A之間的管路包括閥9E以及泵21，所述閥9E調整從熱媒油槽18流出的熱媒油量，所述泵21將流出的熱媒油壓送至護套17A。另外，甲烷氣產生裝置100包括：壓力控制器10B，對被輸送至護套17A的熱媒油的壓力進行控制；閥9F；以及流量控制器11B，對被輸送至護套17A的熱媒油的流量進行控制。

另外，甲烷氣產生裝置100於熱媒油的循環管路的中途且護套17A的上游包括溫度指示調節器22A，該溫度指示調節器22A測量熱媒油的溫度，並對加熱器19進行控制。另外，甲烷氣產生裝置100於熱媒油的循環管路的中途且護套17A與護套17B之間包括溫度計12C。

另外，甲烷氣產生裝置100於熱媒油的循環管路的中途且護套17B的下游包括使熱媒油冷卻的熱媒油冷卻器23。熱媒油冷卻器23例如是殼管式熱交換器。於熱媒油冷卻器23的殼部分流入從護套17B流出的熱媒油。另一方面，從系統外部對熱媒油冷卻器23的管部分供給冷卻水。

另外，甲烷氣產生裝置100於熱媒油的循環管路的中途，且護套17B與熱媒油冷卻器23之間包括測量熱媒油的溫度的溫度計12D。另外，甲烷氣產生裝置100包括分支配管，該分支配管從護套17B與熱媒油冷卻器23之間的熱媒油的循環管路分支，且不經由熱媒油冷卻器23而與熱媒油槽18連接。而且，甲烷氣產生裝置100於該分支配管的中途包括溫度控制閥24。另外，甲烷氣產生裝置100包括：溫度計12E，測量於熱媒油冷卻器23與熱媒油槽18之間流動的熱媒油的溫度；以及溫度指示調節器22B，基於由溫度計12E所得的測量值進行溫度控制閥24的控制。藉由控制溫度控制閥24，決定從護套17B流出的熱媒油中、經由熱媒油冷卻器23冷卻並返回至熱媒油槽18的量，以及不經由熱媒油冷卻器23而返回至熱媒油槽18的量。如此熱媒油的冷卻量得以調整。

＜產生流程例＞ 接下來，對藉由甲烷氣產生裝置100的動作而產生甲烷氣的流程的一例進行說明。當產生甲烷氣時，啟動圖1所示的加熱器19。然後，將熱媒油槽18內的熱媒油加熱。然後，打開閥9E，並啟動泵21。藉由此種動作，熱媒油向護套17A、護套17B循環。熱媒油被壓送至護套17A時的壓力由壓力控制器10B控制為所期望的值。另外，熱媒油的循環流量由流量控制器11B控制為所期望的值。另外，加熱器19基於溫度指示調節器22A的指示被控制，以將熱媒油槽18內的熱媒油加溫至於反應器2A、反應器2B中進行反應物的反應的溫度附近為止。如此，於護套17A、護套17B循環所期望的溫度、壓力的熱媒油。此處，流入護套17A、護套17B的熱媒油的所期望的溫度是可以進行式（1）的甲烷化反應的溫度，例如為200℃左右。另外，對熱媒油冷卻器23的管部分供給冷卻水。另外，使冷卻水於冷卻器8與熱交換器3D之間循環。

圖3表示如上所述般於甲烷氣產生裝置100中進行了甲烷氣的產生的準備之後，由甲烷氣產生裝置100產生甲烷氣的流程圖的一例。

（步驟S101） 於步驟S101中，使含有二氧化碳氣體與氫氣的反應物流入熱交換器3A的殼部分。然後，流入殼部分的含有二氧化碳氣體及氫氣的反應物不直線狀地行進，而是藉由抵接熱交換器3A的內壁30而擴散。因此，將反應物混合攪拌。如上所述般經混合攪拌的反應物從熱交換器3A的殼部分流出並流入熱交換器3B的殼部分。然後，所述反應物同樣地進一步進行混合攪拌並流入反應器2A。

（步驟S102） 於步驟S102中，於反應器2A中進行流入的反應物的甲烷化反應。藉由進行甲烷化反應，產生甲烷氣作為產物。另外，產生水蒸氣作為副產物。當正在進行甲烷化反應時，藉由甲烷化反應而產生的熱被流過護套17A的熱媒油吸收。即，反應器2A內的溫度變動得以抑制，反應器2A的甲烷化反應穩定地進行。

另外，藉由甲烷化反應而產生的熱的一部分亦被第一產物吸收，所述第一產物包含含有甲烷氣及水蒸氣的產物以及未反應的反應物。即，第一產物的溫度成為高於流入反應器2A的反應物的溫度的狀態。然後，該些第一產物因藉由甲烷化反應而產生的壓力從反應器2A流出，並流入熱交換器3B的管部分。

（步驟S103） 於步驟S103中，於熱交換器3B中，第一產物與被輸送至反應器2A之前的反應物進行熱交換。流入熱交換器3B的管部分的第一產物與流入熱交換器3B的殼部分的被輸送至反應器2A之前的反應物進行熱交換。此處，第一產物的溫度成為高於被輸送至反應器2A之前的反應物的溫度。因此，於熱交換器3B的殼部分中，被輸送至反應器2A之前的反應物進行混合攪拌同時被預熱。

另一方面，流過熱交換器3B的管部分的第一產物藉由與反應物進行熱交換而被冷卻。然後，當使第一產物中所含有的水蒸氣冷卻而產生冷凝水時，產生的冷凝水蓄積於熱交換器3B的管部分的出口的底部。然後，蓄積於熱交換器3B的管部分的出口的底部的冷凝水藉由排水閥5B打開，而流入冷凝水槽4B。儲存於冷凝水槽4B的冷凝水的溫度例如為100度以上。另外，流過熱交換器3B的管部分的第一產物於冷卻後流入熱交換器3A的管部分。

（步驟S104） 於步驟S105中，除了熱交換器3B之外，於熱交換器3A中，第一產物與被輸送至反應器2A之前且被輸送至熱交換器3B之前的反應物進行熱交換。於熱交換器3A中，第一產物進一步被冷卻。此處，熱交換器3A、熱交換器3B的傳熱交換面積的合計是將通過管部分的產物中所含有的水蒸氣冷凝成水的值。因此，於熱交換器3A中，使第一產物中所含有的水蒸氣冷卻而產生冷凝水。然後，所產生的冷凝水蓄積於熱交換器3A的管部分的出口的底部。然後，蓄積於熱交換器3A的管部分的出口的底部的冷凝水藉由排水閥5A打開，而流入冷凝水槽4A。儲存於冷凝水槽4A的冷凝水的溫度例如為100度以上。另外，水蒸氣從熱交換器3B向熱交換器3A階段性地被冷卻。因此，儲存於冷凝水槽4A的冷凝水的溫度與儲存於冷凝水槽4B的冷凝水的溫度相比下降。另外，通過熱交換器3A的殼部分的反應物與溫度高於反應物的第一產物進行熱交換，因此於被輸送至熱交換器3B之前亦被預熱。

（步驟S105） 於步驟S105中，於熱交換器3A的管部分中被冷卻的第一產物流入熱交換器3C的殼部分。然後，第一產物不直線狀地行進，而是藉由抵接熱交換器3C的內壁30而擴散。因此，將第一產物混合攪拌。此後，於熱交換器3C的殼部分中經混合攪拌的第一產物被輸送至反應器2B。

此處，由於熱交換器3A、熱交換器3B的傳熱交換面積的合計是將通過管部分的產物中所含有的水蒸氣冷凝成水的值，因此於熱交換器3A或熱交換器3B中，水蒸氣的一部分作為冷凝水而被分離。也就是說，第一產物中所含有的未反應的反應物與產物的關係藉由水蒸氣的分離，而不再是化學平衡狀態。因此，被輸送至反應器2B的第一產物中所含有的未反應的反應物進行甲烷化反應。

（步驟S106） 於步驟S106中，藉由甲烷化反應從流入反應器2B的第一產物中所含有的未反應的反應物進一步產生甲烷氣。另外，藉由甲烷化反應而產生的熱被流過護套17B的熱媒油吸收。即，反應器2B內的溫度的變動得以抑制，反應器2B的甲烷化反應穩定地進行。

另外，於反應器2B中，新產生甲烷氣作為產物，且亦進一步產生水蒸氣作為副產物。即，於反應器2B中存在包括第一產物及於反應器2B中新產生的產物的第二產物。關於第二產物的溫度，吸收藉由作為放熱反應的甲烷化反應而產生的熱的至少一部分，成為高於流入反應器2B的反應物（第一產物）的溫度的狀態。然後，該些第二產物因藉由甲烷化反應而產生的壓力從反應器2B流出，並被輸送至熱交換器3C的管部分。

另外，吸收了反應熱的熱媒油的至少一部分從護套17B流出並流入熱媒油冷卻器23的殼部分。於熱媒油冷卻器23中，熱媒油與冷卻水進行熱交換而被冷卻。然後，被冷卻的熱媒油返回至熱媒油槽18。另外，藉由溫度指示調節器22B測量從熱媒油冷卻器23返回至熱媒油槽18的熱媒油的溫度。然後，基於所測量的溫度控制溫度控制閥24。也就是說，藉由控制溫度控制閥24，調整從護套17B流入熱媒油冷卻器23的量、與從護套17B不經由熱媒油冷卻器23而直接返回至熱媒油槽的熱媒油的量的平衡。如此，循環的熱媒油的溫度的變動得以抑制。另外，於開始供給反應物而反應開始之後，反應熱超過散熱量，因此亦可使加熱器19停止運轉。當停止加熱器19的運轉時，節省用於加熱量的能量。

（步驟S107） 於步驟S107中，溫度高於第一產物的第二產物流入熱交換器3C的管部分。另一方面，流入反應器2B之前的第一產物流入熱交換器3C的殼部分。即，於熱交換器3C中第一產物與第二產物進行熱交換。藉由於熱交換器3C中，第一產物與第二產物進行熱交換，第一產物被預熱，且第二產物被冷卻。

（步驟S108） 於步驟S108中，於熱交換器3C中被冷卻的第二產物被輸送至熱交換器3D的殼部分。於熱交換器3D中，第二產物藉由流過管部分的冷卻水進一步被冷卻。此處，熱交換器3D具有傳熱交換面積，該傳熱交換面積能夠將通過殼部分的第二產物中所含有的水蒸氣冷凝成水。也就是說，於熱交換器3D中，第二產物中所含有的水蒸氣的大部分成為冷凝水，並蓄積於熱交換器3D的殼部分的底部。然後，蓄積於熱交換器3D的殼部分的底部的冷凝水藉由排水閥5C打開，而流入冷凝水槽4C。儲存於冷凝水槽4C的冷凝水的溫度例如為100度以上。

另外，由於熱交換器3D具有將水蒸氣冷凝成水的傳熱交換面積，因此於熱交換器3D的殼部分中被冷卻的第二產物中，基本上不含有水蒸氣。另外，藉由反應器2B的甲烷化反應，基本上不再有殘留於第二產物的未反應的反應物。因此，從熱交換器3D的殼部分流出的甲烷氣可以作為產品氣體供給至系統外部。當甲烷氣作為產品氣體供給至系統外部時，關閉On-Off閥15A，且打開On-Off閥15B。另外，甲烷氣產生裝置100亦可以將從熱交換器3D的殼部分流出的甲烷氣輸送至清除裝置50，而清除混合於甲烷氣的微量的雜質。當甲烷氣被輸送至清除裝置50並被清除時，打開On-Off閥15A，且關閉On-Off閥15B。

＜作用與效果＞ 若為如上所述的甲烷氣產生裝置100，則於熱交換器3A、熱交換器3B中，流入反應器2A的甲烷化反應前的反應物被預熱。另外，於熱交換器3C中，流入反應器2B的第一產物被預熱。因此，於反應器2A、反應器2B中促進甲烷化反應。

另外，於反應器2A中產生的甲烷氣於熱交換器3A、熱交換器3B、熱交換器3C、熱交換器3D中被冷卻。然後，當於熱交換器3A、熱交換器3B、熱交換器3C、熱交換器3D中將甲烷氣中所含有的水蒸氣冷凝並排出時，甲烷氣的飽和蒸氣壓下降。即，甲烷氣的處理變得容易。

另外，於熱交換器3A、熱交換器3B中，藉由於反應器2A中進行甲烷化反應之前的反應物與包含藉由甲烷化反應而產生的甲烷氣的第一產物進行熱交換，實現反應物的預熱及第一產物的冷卻。另外，於熱交換器3C中，藉由於反應器2B中進行甲烷化反應之前的反應物（第一產物中所含有的未反應的反應物）與包含藉由甲烷化反應而產生的甲烷氣的第二產物進行熱交換，實現反應物的預熱及第二產物的冷卻。也就是說，如上所述的甲烷氣產生裝置100未分別設置個別的熱交換器用於反應物的預熱及含有甲烷氣的產物的冷卻。因此，若為如上所述的甲烷氣產生裝置100可以節省用於反應物的預熱及甲烷氣的冷卻的能量。即，如上所述的甲烷氣產生裝置100可以提高甲烷氣的產生效率。另外，若為如上所述的甲烷氣產生裝置100，則與單獨地進行反應物的預熱及產物的冷卻的情況相比，可以使甲烷氣產生裝置緊湊。

另外，當分別設置個別的熱交換器用於反應物的預熱及含有甲烷氣的產物的冷卻時，若反應物量發生變動，則與反應物量的變動前相比，反應物預熱後的溫度發生變動。因此，為了抑制反應物預熱後的溫度變動，需要根據反應物量來對與反應物進行熱交換的熱媒體的流量進行控制。另外，當產物量發生變動時，亦同樣地，與產物量的變動前相比，產物冷卻後的溫度發生變動。因此，為了抑制產物冷卻後的溫度變動，需要根據產物量來對與產物進行熱交換的熱媒體的流量進行控制。然而，若為如上所述的甲烷氣產生裝置100，則當流入熱交換器3A、熱交換器3B的反應物量發生變動時，從反應器2A流出並流入熱交換器3A、熱交換器3B，且與反應物進行熱交換的第一產物的量根據該反應物量而變動。即，即使當流入熱交換器3A、熱交換器3B的反應物量發生變動時，即使不根據反應物量來控制於熱交換器3A、熱交換器3B中與反應物進行熱交換的第一產物的流量，反應物預熱後的溫度變動亦自主地得以抑制。

另外，即使當從熱交換器3A、熱交換器3B流出的第一產物量發生變動時，亦同樣地，即使不根據第一產物量來控制於熱交換器3A、熱交換器3B中與第一產物進行熱交換的反應物的流量，第一產物冷卻後的溫度變動亦自主地得以抑制。即，不需要用於抑制反應物的預熱的變動或抑制第一產物的冷卻的變動的構成。另外，可以說於熱交換器3C中亦同樣，不需要用於抑制第一產物的預熱的變動和抑制第二產物的冷卻的變動的構成。

另外，若為如上所述的甲烷氣產生裝置100，則反應物於熱交換器3A、熱交換器3B中通過殼管式熱交換器的殼部分。因此，反應物藉由反應物抵接殼部分的內壁30而擴散。即，促進反應物的混合攪拌。因此，於熱交換器3A、熱交換器3B中被預熱，且經混合攪拌的反應物所流入的反應器2A中促進甲烷化反應。

另外，於熱交換器3C中，第一產物亦通過殼管式熱交換器的殼部分。而且，熱交換器3C是與熱交換器3A、熱交換器3B相同類型的熱交換器。因此，第一產物藉由反應物抵接熱交換器3C的殼部分的內壁30而擴散。因此，促進第一產物的混合攪拌。因此，於熱交換器3C中被預熱，且經混合攪拌的第一產物所流入的反應器2B中促進甲烷化反應。即，為了促進甲烷化反應，除了熱交換器3A、熱交換器3B、熱交換器3C之外，亦可設置新的設備，且不進行反應物的混合攪拌。因此，甲烷氣的產生效率提高。另外，亦實現甲烷氣產生裝置100的緊湊化。

另外，從反應器2A、反應器2B流出的第一產物及第二產物接受反應器2A、反應器2B內的壓力，分別通過熱交換器3A、熱交換器3B、熱交換器3C的管部分。即，可不新設置用於使第一產物及第二產物通過熱交換器3A、熱交換器3B、熱交換器3C的泵或壓縮機等壓送部件。即，第一產物及因此，可以節省壓送所需的動力，實現節能化。

另外，若為如上所述的甲烷氣產生裝置100，則熱交換器3A、熱交換器3B的傳熱交換面積的合計是將通過管部分的第一產物中所含有的水蒸氣冷凝成水的值。因此，於熱交換器3A、熱交換器3B中，產物中所含有的水蒸氣的至少一部分被冷凝成水。也就是說，容易地將水蒸氣從甲烷氣分離。因此，可以容易地提高甲烷氣的純度。

另外，若為如上所述的甲烷氣產生裝置100，則於從反應器2A流出的第一產物中包含未反應的反應物。而且，甲烷化反應是可逆反應。也就是說，第一產物中所含有的未反應的反應物與第一產物中所含有的甲烷氣及水蒸氣處於化學平衡狀態的關係。此處，當於熱交換器3A或熱交換器3B中將水蒸氣從第一產物分離時，該化學平衡狀態的關係發生變化。也就是說，第一產物中所含有的未反應的反應物與甲烷氣以及水蒸氣的關係藉由水蒸氣的分離，而不再是化學平衡狀態的關係。因此，通過熱交換器3A、熱交換器3B並被輸送至反應器2B的第一產物中所含有的未反應物的反應物進行甲烷化反應。也就是說，從第一種產物中所含有的未反應的反應物再次產生甲烷氣。即，第一產物中所含有的未反應的反應物的比例減少，第一產物中所含有的甲烷氣的比例增加。即，若為如上所述的甲烷氣產生裝置100，則所產生的甲烷氣的純度會提高。

另外，於如上所述的甲烷氣產生裝置100中，於熱交換器3C中對從熱交換器3B流出的第一產物再次進行預熱，且經混合攪拌之後將其輸送至反應器2B。因此，促進反應器2B的甲烷化反應，甲烷氣產生效率提高。

另外，當於熱交換器3A中將冷凝水從第一產物分離並從熱交換器3A排出時，第一產物整體的熱容量下降。換言之，與將冷凝水分離之前相比，能夠將第一產物更迅速地冷卻。因此，於如上所述的串聯連接的熱交換器3A、熱交換器3B中，可以減小熱交換器3A的傳熱交換面積，且可以使熱交換器3A緊湊。

另外，當於熱交換器3A、熱交換器3B兩者中產生冷凝水時，如上所述的甲烷氣產生裝置100於冷凝水槽4A、冷凝水槽4B中儲存溫度不同的冷凝水。而且，若再利用該些溫度不同的冷凝水，則實現節能化。作為冷凝水的再利用的一例，可列舉於清除裝置50是包括使甲烷氣通過且不使甲烷氣中所含有的雜質通過的膜的裝置的情況下，用於對通過膜之前的甲烷氣進行加溫。若為此種甲烷氣產生裝置100，則流入膜的甲烷氣結露得以抑制，對清除裝置50的運用帶來影響的情況得以抑制。

此外，於所述實施形態中，若反應物的供給壓力充分，則不需要藉由壓縮機的隔熱壓縮對原料物的加溫等。

＜變形例1＞ 於所述的甲烷氣產生裝置100中，當於熱交換器3A、熱交換器3B中產生冷凝水時，所產生的冷凝水從熱交換器3A、熱交換器3B排出。但是，當於熱交換器3A、熱交換器3B中產生了冷凝水時，所產生的冷凝水亦可不從熱交換器3A、熱交換器3B排出。甲烷氣產生裝置100A的構成與甲烷氣產生裝置100的不同之處在於，不包括與熱交換器3A、熱交換器3B的管部分的出口的底部連通的冷凝水槽4A、冷凝水槽4B以及排水閥5A、排水閥5B。

此處，如甲烷氣產生裝置100A般，不包括冷凝水的排水部件，而對串聯排列兩台熱交換器時的反應物與產物的熱交換效率進行了驗證。圖4例示當串聯排列兩個熱交換器時（以下稱為（A））的、相對於每單位反應物的流量的傳熱交換面積，從熱交換器流出的反應物的溫度與流入熱交換器的反應物的溫度的差。另外，於圖4中亦例示當設置一個熱交換器時（以下稱為（B））的、相對於每單位反應物的流量的傳熱交換面積，從熱交換器流出的反應物的溫度與流入熱交換器的反應物的溫度的差。

另外，圖5A表示（A）的構成的概要。另一方面，圖5B表示（B）的構成的概要的一例。如圖5A所示，（A）由設置於甲烷氣產生裝置100A的熱交換器3A、熱交換器3B及反應塔1A形成。而且，於熱交換器3A的殼部分及熱交換器3B的殼部分流入甲烷化反應前的反應物。而且，於熱交換器3A的管部分及熱交換器3B的管部分流入甲烷化反應後的產物。

另外，圖4所示的每單位反應物的流量的傳熱交換面積是熱交換器3A的傳熱交換面積與熱交換器3B的傳熱交換面積的和。另外，圖4所示的流出流入熱交換器的反應物的溫差是從自熱交換器3B的殼部分流出的反應物的溫度（T1A）減去流入熱交換器3A的殼部分的反應物的溫度（T2A）而得的值。

另一方面，（B）由一個熱交換器3E及反應塔1A形成。而且，於熱交換器3E的殼部分流入甲烷化反應前的反應物。而且，於熱交換器3E的管部分流入甲烷化反應後的產物。另外，圖4所示的每單位反應物的流量的傳熱交換面積是熱交換器3E的傳熱交換面積。另外，圖4所示的流出流入熱交換器的反應物的溫差是從自熱交換器3E的殼部分流出的反應物的溫度（T1B）減去流入熱交換器3E的殼部分之前的反應物的溫度（T2B）而得的值。

如圖4所示，結果為於（A）的情況下，與每單位反應物的流量的熱交換器的傳熱交換面積無關，與（B）的情況相比，流出流入熱交換器的反應物的溫差大。即，可確認串聯排列兩台熱交換器的構成與設置一台熱交換器的構成相比熱交換效率提高。另外，可確認串聯排列兩台熱交換器的構成即使不包括將冷凝水排出的排水部件，熱交換效率亦會提高。換言之，可以說即使（A）的情況是使熱交換器小型化，縮小熱交換器的熱交換面積的情況，亦可以獲得與（B）的情況相同的反應物的預熱效果和產物的冷卻效果。因此，於（A）的情況下，可以使裝置整體緊湊。根據圖4、圖5A、圖5B的驗證結果可以說，甲烷氣產生裝置100A中，藉由使熱交換器3A、熱交換器3B小型化，與一台熱交換器的構成的情況相比可以使甲烷氣產生裝置整體緊湊。進而，可以說甲烷氣產生裝置100A可以使裝置整體緊湊，同時可以實現與一台熱交換器的構成的情況相同的熱交換效率。

＜變形例2＞ 另外，甲烷氣產生裝置亦可包括一台熱交換器來代替熱交換器3A、熱交換器3B。圖6表示包括熱交換器3F來代替熱交換器3A、熱交換器3B的甲烷氣產生裝置100B的概要的一例。於熱交換器3F的殼部分雖未所示，但與熱交換器3A同樣地，包括從殼部分的入口朝向出口交錯地配置的內壁。而且，於熱交換器3F的殼部分流入被輸送至反應器2A的反應物。另一方面，於熱交換器3F的管部分流入從反應器2A流出的第一產物。也就是說，於熱交換器3F中被輸送至反應器2A的反應物與第一產物進行熱交換。然後，被輸送至反應器2A的反應物被預熱，另外第一產物被冷卻。另外，反應物於熱交換器3F的殼部分中被混合攪拌。

若為如上所述的甲烷氣產生裝置100，則於熱交換器3F中，流入反應器2A的甲烷化反應前的反應物被預熱。另外，於熱交換器3C中，流入反應器2B的第一產物被預熱。因此，於反應器2A、反應器2B中促進甲烷化反應。

另外，於反應器2A中產生的甲烷氣於熱交換器3F、熱交換器3C、熱交換器3D中被冷卻。另外，於反應器2B中產生的甲烷氣於熱交換器3C、熱交換器3D中被冷卻。然後，當於熱交換器3F、熱交換器3C、熱交換器3D中將甲烷氣中所含有的水蒸氣冷凝並排出時，甲烷氣的飽和蒸氣壓下降。即，甲烷氣的處理變得容易。

另外，於熱交換器3F中，藉由於反應器2A中進行甲烷化反應之前的反應物與包含藉由甲烷化反應而產生的甲烷氣的第一產物進行熱交換，實現反應物的預熱及第一產物的冷卻。另外，於熱交換器3C中，藉由於反應器2B中進行甲烷化反應之前的反應物（第一產物中所含有的未反應的反應物）與包含藉由甲烷化反應而產生的甲烷氣的第二產物進行熱交換，實現反應物的預熱及第二產物的冷卻。也就是說，如上所述的甲烷氣產生裝置100B未分別設置個別的熱交換器用於反應物的預熱及含有甲烷氣的產物的冷卻。因此，若為如上所述的甲烷氣產生裝置100B，則可以節省用於反應物的預熱及甲烷氣的冷卻的能量。即，如上所述的甲烷氣產生裝置100B可以提高甲烷氣的產生效率。另外，若為如上所述的甲烷氣產生裝置100B，則與單獨地進行反應物的預熱及產物的冷卻的情況相比，可以使甲烷氣產生裝置緊湊。

另外，當分別設置個別的熱交換器用於反應物的預熱及含有甲烷氣的產物的冷卻時，若反應物量發生變動，則與反應物量的變動前相比，反應物預熱後的溫度發生變動。因此，為了抑制反應物預熱後的溫度變動，需要根據反應物量來對與反應物進行熱交換的熱媒體的流量進行控制。另外，當產物量發生變動時，亦同樣地，與產物量變動前相比，產物冷卻後的溫度亦發生變動。因此，為了抑制產物冷卻後的溫度變動，需要根據產物量來對與產物熱交換的熱媒體的流量進行控制。然而，若為如上所述的甲烷氣產生裝置100B，則當流入熱交換器3F的反應物量發生變動時，從反應器2A流出並流入熱交換器3F，且與反應物進行熱交換的第一產物的量根據該反應物量而變動。即，即使當流入熱交換器3F的反應物量發生變動時，即使不根據反應物量控制於熱交換器3F中與反應物進行熱交換的第一產物的流量，反應物預熱後的溫度變動亦自主地得以抑制。

另外，即使當從熱交換器3F流出的第一產物量發生變動時，即使不根據第一產物量來控制於熱交換器3F中與第一產物進行熱交換的反應物的流量，第一產物冷卻後的溫度變動亦自主地得以抑制。即，不需要用於抑制反應物的預熱的變動和抑制第一產物的冷卻的變動的構成。另外，可以說於熱交換器3C中亦同樣，不需要用於抑制第一產物的預熱的變動及抑制第二產物的冷卻的變動的構成。

另外，若為如上所述的甲烷氣產生裝置100B，則反應物於熱交換器3F中通過殼管式熱交換器的殼部分。因此，反應物抵接殼部分的交錯地設置的內壁，藉此反應物擴散。因此，促進反應物的混合攪拌。因此，於熱交換器3F中被預熱，且經混合攪拌的反應物所流入的反應器2A中促進甲烷化反應。同樣地，於熱交換器3C中，第一產物通過殼管式熱交換器的殼部分。因此，促進第一產物的混合攪拌。因此，於熱交換器3C中被預熱，且經混合攪拌的第一產物所流入的反應器2B中促進甲烷化反應。即，為了促進甲烷化反應，除了熱交換器3F、熱交換器3C之外，亦可設置新的設備，不需要進行反應物的混合攪拌。因此，甲烷氣的產生效率提高。另外，亦實現甲烷氣產生裝置100B的緊湊化。

另外，從反應器2A、反應器2B流出的第一產物及第二產物接收反應器2A、反應器2B內的壓力，分別通過熱交換器3F、熱交換器3C的管部分。即，亦可不新設置用於使第一產物及第二產物通過熱交換器3F、熱交換器3C的泵或壓縮機等部件。因此，可以節省壓送所需的動力，實現節能化。

另外，若為如上所述的甲烷氣產生裝置100B，則於從反應器2A流出的第一產物中包含未反應的反應物。而且，甲烷化反應是可逆反應。也就是說，第一產物中所含有的未反應的反應物與第一產物中所含有的甲烷氣及水蒸氣處於化學平衡狀態的關係。此處，當於熱交換器3F中將水蒸氣從第一產物分離時，該化學平衡狀態的關係發生變化。也就是說，第一產物中所含有的未反應的反應物與甲烷氣以及水蒸氣的關係藉由水蒸氣的分離，而不再是化學平衡狀態的關係。因此，通過熱交換器3C並被輸送至反應器2B的第一產物中所包含的未反應物的反應物進行甲烷化反應。也就是說，從第一產物中所含有的未反應的反應物再次產生甲烷氣。即，第一產物中所含有的未反應的反應物的比例減少，第一產物中所含有的甲烷氣的比例增加。即，若為如上所述的甲烷氣產生裝置100B，則所產生的甲烷氣的純度會提高。

另外，於所述甲烷氣產生裝置100B中，於熱交換器3C中對從熱交換器3B流出的第一產物進行再次預熱，且進行混合攪拌之後將其輸送至反應器2B。因此，促進反應器2B的甲烷化反應，甲烷氣產生效率提高。

另外，熱交換器3F的傳熱交換面積可以是0.005[m² /（L/min）]以上。圖7表示相對於每單位反應物的流量的熱交換器3F的傳熱交換面積，從熱交換器3F流出的第一產物的溫度的一例。另外，圖7中，分別對如下共計三個不同的情況繪製了第一產物的溫度，即熱交換器3F的管內的壓力為熱交換器3F的管內的額定壓力（0.4 MPaG）的情況、熱交換器3F的管內的壓力低於額定壓力的大氣壓的情況、以及熱交換器3F的管內的壓力為高於額定壓力的0.7 MPaG的情況。另外，圖8表示水相對於壓力的沸點的一例。由圖7、圖8可知，若熱交換器3F的傳熱交換面積為0.005[m² /（L/min）]以上，則無論熱交換器3F的管內的壓力如何，水蒸氣都將變化為冷凝水。因此，若為如上所述的甲烷氣產生裝置100B，則會產生大量的冷凝水。因此，可以將所產生的冷凝水從熱交換器3F排出，促進第一產物中所含有的未反應的反應物的甲烷化反應。因此，可以使甲烷氣高純度化。另外，亦可以如甲烷氣產生裝置100般再利用所獲得的冷凝水，實現節能化。

另外，於所述熱交換器3A、熱交換器3B中，反應物通過殼部分，第一產物通過管部分，但亦可為第一產物通過殼部分，反應物通過管部分。而且，於此種情況下，冷凝水槽4A、冷凝水槽4B設為分別與熱交換器3A、熱交換器3B的殼部分的底部連通。

另外，於如上所述的甲烷氣產生裝置中，設置兩個反應塔，但反應塔的個數亦可為幾個。另外，熱媒油亦可為水等其他熱媒體。另外，供給至熱媒油冷卻器23的冷卻水亦可從冷卻器8供給。

以上所揭示的實施形態或變形例可以分別組合。

1A、1B:反應塔 2A、2B:反應器 3A、3B、3C、3D、3E、3F:熱交換器 4A、4B、4C:冷凝水槽 5A、5B、5C:排水閥 6A、6B、6C:調整閥 7A、7B、7C:閥控制裝置 8:冷卻器 9A、9B、9C、9D、9E、9F:閥 10A、10B:壓力控制器 11A、11B:流量控制器 12A、12B、12C、12D、12E:溫度計 13:壓力指示調節器 14:壓力控制閥 15A、15B:On-Off閥 16:帶閥門的阻尼器 17A、17B:護套 18:熱媒油槽 19:加熱器 20:閥控制裝置 21:泵 22A、22B:溫度指示調節器 23:熱媒油冷卻器 24:溫度控制閥 30:內壁 50:清除裝置 100、100B:甲烷氣產生裝置 S101～S108:步驟 T1A、T1B、T2A、T2B:溫度

圖1表示本發明實施形態的甲烷氣產生裝置的概要的一例。 圖2表示熱交換器的概要的一例。 圖3表示由甲烷氣產生裝置產生甲烷氣的流程圖的一例。 圖4表示相對於每單位反應物的流量的傳熱交換面積，流出流入熱交換器的反應物的溫差的圖表的一例。 圖5A表示圖4中串聯排列兩個熱交換器情況下的構成的概要的一例。 圖5B表示圖4中一個熱交換器情況下的構成的概要的一例。 圖6表示包括一個熱交換器來代替串聯排列的兩個熱交換器的甲烷氣產生裝置的概要的一例。 圖7表示相對於每單位反應物的流量的熱交換器的傳熱交換面積，從熱交換器流出的第一產物的溫度的一例。 圖8表示水相對於壓力的沸點的一例。

1A、1B:反應塔

2A、2B:反應器

3A、3B、3C、3D:熱交換器

4A、4B、4C:冷凝水槽

5A、5B、5C:排水閥

6A、6B、6C:調整閥

7A、7B、7C:閥控制裝置

8:冷卻器

9A、9B、9C、9D、9E、9F:閥

10A、10B:壓力控制器

11A、11B:流量控制器

12A、12B、12C、12D、12E:溫度計

13:壓力指示調節器

14:壓力控制閥

15A、15B:On-Off閥

16:帶閥門的阻尼器

17A、17B:護套

18:熱媒油槽

19:加熱器

20:閥控制裝置

21:泵

22A、22B:溫度指示調節器

23:熱媒油冷卻器

24:溫度控制閥

50:清除裝置

100:甲烷氣產生裝置

Claims (7)

1. 一種甲烷氣產生裝置，是藉由甲烷化反應來產生甲烷氣的甲烷氣產生裝置，包括： 反應部，使含有二氧化碳及氫的反應物發生放熱反應，產生含有甲烷氣及水蒸氣且溫度高於反應物的產物；以及 熱交換器，藉由使被輸送至所述反應部的反應物與從所述反應部流出的產物進行熱交換，對被輸送至所述反應部的反應物進行預熱，且對從所述反應部流出的產物進行冷卻。
2. 如申請專利範圍第1項所述的甲烷氣產生裝置，其中 所述熱交換器是殼管式熱交換器，且 反應物通過所述殼管式熱交換器的殼部分， 產物通過所述殼管式熱交換器的管部分。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的甲烷氣產生裝置，其中 所述熱交換器具有傳熱交換面積，所述傳熱交換面積能夠藉由使被輸送至所述反應部的反應物與從所述反應部流出的產物的水蒸氣進行熱交換，而將從所述反應部流出的產物的水蒸氣冷凝。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的甲烷氣產生裝置，其中 所述熱交換器串聯連接多個。
5. 如申請專利範圍第4項所述的甲烷氣產生裝置，更包括： 排水部件，將於所述多個串聯連接的熱交換器的各個中冷凝的水分排出。
6. 如申請專利範圍第4項所述的甲烷氣產生裝置，其中 所述多個串聯連接的熱交換器的合計傳熱交換面具有使水蒸氣冷凝成水的面積。
7. 一種甲烷氣產生方法，是藉由甲烷化反應來產生甲烷氣的甲烷氣產生方法，包括： 反應步驟，使含有二氧化碳及氫的反應物發生放熱反應，產生含有甲烷氣及水蒸氣且溫度高於反應物的產物；以及 熱交換步驟，藉由使被輸送至所述反應步驟的反應物與於所述反應步驟中產生的產物進行熱交換，對被輸送至所述反應步驟的反應物進行預熱，且對於所述反應步驟中產生的產物進行冷卻。

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