WO2021220455A1 - 気化利用炭化水素製造システム - Google Patents

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WO2021220455A1
WO2021220455A1 PCT/JP2020/018250 JP2020018250W WO2021220455A1 WO 2021220455 A1 WO2021220455 A1 WO 2021220455A1 JP 2020018250 W JP2020018250 W JP 2020018250W WO 2021220455 A1 WO2021220455 A1 WO 2021220455A1
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gas
liquefied
hydrogen
heat
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信三 伊藤
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株式会社 ユーリカ エンジニアリング
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    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/02—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon
    • C07C1/12—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon from carbon dioxide with hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock

Definitions

  • the present invention relates to a hydrocarbon production system that produces a hydrocarbon from hydrogen and carbon dioxide.
  • Patent Document 1 describes a methane synthesizer that synthesizes methane by supplying hydrogen gas and carbon dioxide gas, which are raw material gases, to a reactor filled with a catalyst by a compressor and causing a methanation reaction.
  • the methane synthesizer described in Patent Document 1 has a problem that a large amount of energy is consumed to pressurize the raw material gas because the hydrogen gas and the carbon dioxide gas of the raw material gas must be pressurized by a compressor.
  • the vaporization-utilizing hydrocarbon production system at least one of hydrogen and carbon dioxide is supplied in a liquid state, vaporized by the vaporizer and supplied to the reaction tube of the hydrogenation reactor, and the reaction tube is supplied with hydrogen gas.
  • carbon dioxide gas are hydrogenated to generate a reaction gas containing hydrocarbons, and the reaction heat generated by the hydrogenation reaction is transferred to a heat medium that circulates in the cooling section, and the hydrogenation catalyst activates the inside of the reaction tube. Maintain at the indicated temperature.
  • the vaporizer supplies the required amount of heat with a heat medium that circulates in the cooling section, with cooling water that has been heat-transferred of exhaust heat by the cooling device of the plant, or with seawater or water pumped from an adjacent water area.
  • the liquefied raw material at the set flow rate is vaporized.
  • An object of the present invention is to provide a vaporization-utilizing hydrocarbon production system capable of producing hydrocarbons from hydrogen gas and carbon dioxide gas with low energy and low cost in this way.
  • the present invention is a hydrocarbon production system that produces hydrocarbons from hydrogen and carbon dioxide, a liquefied hydrogen supply device that supplies liquefied hydrogen at a first flow rate, and a predetermined ratio of liquefied carbon dioxide to the first flow rate.
  • the liquefied carbon dioxide supply device supplied at the second flow rate of the above, the first vaporizer that vaporizes the liquefied hydrogen supplied from the liquefied hydrogen supply device into hydrogen gas, and the liquefaction supplied from the liquefied carbon dioxide supply device.
  • a second vaporizer that vaporizes carbon dioxide into a carbon dioxide gas, and the hydrogen gas and the carbon dioxide gas are supplied as a mixed gas by being communicated with the first vaporizer and the second vaporizer, and the hydrogen filled inside is supplied.
  • a reaction tube in which the hydrogen gas and the carbon dioxide gas are hydrolyzed under a chemical reaction catalyst to generate and deliver a reaction gas containing the hydrocarbon, and a heat medium are circulated to generate reaction heat generated in the hydrogenation reaction.
  • a hydrogenation reactor provided with a cooling unit that transfers heat from the reaction gas to a heat medium to maintain the inside of the reaction tube at a temperature at which the hydrogenation catalyst exhibits activity, and the liquefied hydrogen of the first flow rate at a first pressure.
  • the first calorific value required for vaporizing the hydrogen gas at the first temperature is supplied to the first vaporizer by the heat medium, and the liquefied carbon dioxide of the second flow rate is supplied at the second pressure and the second temperature.
  • It is a vaporization utilization hydrocarbon production system including a heat transfer device for vaporization that supplies a second calorific value required for vaporizing the carbon dioxide gas to the second vaporizer by the heat medium.
  • the vaporization utilization hydrocarbon production system in which only one of hydrogen and carbon dioxide is supplied in a liquefied state includes a liquefied raw material supply device that supplies one of the hydrogen and the carbon dioxide as a liquefied raw material in a liquid state at a third flow rate.
  • the other raw material gas supply device that supplies the other of the hydrogen and the carbon dioxide as the other raw material gas in a gaseous state at a fourth flow rate, a fourth pressure, and a fourth temperature, and the liquefied raw material supplied from the liquefied raw material supply device.
  • the third vaporizer that vaporizes into the raw material gas and the third calorific value required to vaporize the liquefied raw material at the third flow rate into the one raw material gas at the third pressure and the third temperature are cooled by the hydrogenation reactor.
  • a heat transfer device for vaporization that supplies the third vaporizer with a heat medium that circulates in the unit is provided, and the hydrogenation reactor is provided with the one raw material gas and the other raw material gas as components of hydrogen gas and carbon dioxide gas. It is supplied as a mixed gas.
  • the cooling water whose exhaust heat is heat-transferred by the cooling device of the adjacent plant is used as vaporization water or from the adjacent water area.
  • a vaporization water supply device that supplies the pumped seawater or water as vaporization water, and the first heat quantity required to vaporize the first flow rate of liquefied hydrogen into hydrogen gas at the first pressure and the first temperature to the vaporization water.
  • the second amount of heat required to vaporize the liquefied carbon dioxide of the second flow rate into the carbon dioxide gas of the second pressure and the second temperature is supplied to the second vaporizer by the vaporizing water.
  • a heat transfer device for vaporization is provided, and the hydrogen gas and the carbon dioxide gas are supplied to the hydrogenation reactor from the first vaporizer and the second vaporizer.
  • a first vaporizer that vaporizes one flow of liquefied hydrogen into hydrogen gas at a first pressure and a first temperature and cools the carbon dioxide gas to a low-temperature carbon dioxide gas, and the low-temperature carbon dioxide gas is supplied and liquefied into liquefied carbon dioxide.
  • the liquefied carbon dioxide supply device that supplies the liquefied carbon dioxide supplied from the carbon dioxide gas liquefaction device at a second flow rate of a predetermined ratio with respect to the first flow rate, and the liquefied carbon dioxide supply device.
  • a second vaporizer that vaporizes the supplied liquefied carbon dioxide into carbon dioxide, and a second calorific value required to vaporize the liquefied carbon dioxide in the second flow rate into carbon dioxide at a second pressure and a second temperature.
  • the second vaporization is carried out in a heat medium that circulates in the cooling part of the hydrogenation reactor, in cooling water that has been heat-transferred by the cooling device of the plant, or in seawater or water pumped from an adjacent water area.
  • a heat transfer device for vaporization to be supplied to the vessel is provided, and the hydrogen gas and the carbon dioxide gas are supplied to the hydrogenation reactor from the first vaporizer and the second vaporizer.
  • the vaporization-utilizing hydrocarbon production system for producing a hydrocarbon from hydrogen and carbon dioxide supplies at least one of hydrogen and carbon dioxide as a liquefied raw material in a liquid state to a vaporizer at a set flow rate, and the vaporizer is described above.
  • the liquefied raw material is vaporized into the raw material gas and supplied to the reaction tube filled with the hydrogenation catalyst of the hydrogenation reactor.
  • one raw material gas and the other raw material gas are supplied as a mixed gas containing hydrogen gas and carbon dioxide gas to a reaction tube filled with a hydrogenation catalyst, and the hydrogenation reaction is carried out to contain hydrocarbons.
  • the reaction heat generated in the hydrogenation reaction is transferred from the reaction gas to the heat medium in the cooling unit to maintain the inside of the reaction tube at a temperature at which the hydrogenation catalyst is active.
  • a set flow rate of liquefied raw material is used in the heat medium that circulates in the cooling section, and in the cooling water that has been heat-transferred of waste heat by the cooling device of the adjacent plant, or in the seawater or water that is pumped from the adjacent water area. Is vaporized into one of the raw material gas at the set pressure and the set temperature.
  • At least one of the liquid raw materials of hydrogen and carbon dioxide supplied at the set flow rate is pumped from the reaction heat generated by the hydrogenation reaction, the exhaust heat of the equipment of the plant, or the seawater pumped from the adjacent water area.
  • a predetermined temperature suitable for the hydrogenation reaction as a mixed gas containing one raw material gas and the other raw material gas as hydrogen gas and carbon dioxide gas as components. It can be supplied to the reaction tube at a predetermined pressure, and the pressurizing energy of the raw material gas can be significantly reduced.
  • hydrocarbons such as methane can be produced inexpensively and with low energy, which can contribute to the prevention of global warming. ..
  • heat is exchanged between the liquefied hydrogen and the carbon dioxide gas to vaporize the liquefied hydrogen into hydrogen gas, and the cooled low-temperature carbon dioxide gas is liquefied into liquefied carbon dioxide by utilizing the cold heat of the liquefied hydrogen.
  • the liquefied carbon dioxide is vaporized into carbon dioxide gas in the second vaporizer and the hydrogen gas and the carbon dioxide gas are supplied to the hydrogenation reactor from the first vaporizer and the second vaporizer, the liquefied carbon dioxide is supplied. Even in a situation where it is not as easy to obtain gas as liquefied hydrogen, the pressurizing energy of hydrogen gas and carbon dioxide gas can be significantly reduced, and hydrocarbons such as methane can be produced inexpensively and with low energy.
  • the vaporization utilization hydrocarbon production system 1a includes a liquefied hydrogen supply device 10 for supplying liquefied hydrogen and a liquefied carbon dioxide supply for supplying liquefied carbon dioxide.
  • a hydrogenation reactor 40 including a reaction tube 41 for sending out a reaction gas containing the reaction gas, a cooling unit 42 for cooling the reaction gas, and a first vaporizer 30 for a first calorific value C1 required for vaporizing liquefied hydrogen into hydrogen gas.
  • the vaporization heat transfer device 50 supplies the second heat quantity C2 required for vaporizing the liquefied carbon dioxide into the carbon dioxide gas to the second vaporizer 35.
  • the liquefied hydrogen supply device 10 is composed of a first tank 11 for storing liquefied hydrogen and a first pump 12 for sucking and discharging liquefied hydrogen from the first tank 11.
  • the liquefied carbon dioxide supply device 20 includes a second tank 21 for storing liquefied carbon dioxide and a second pump 22 for sucking and discharging liquefied carbon dioxide from the second tank 21.
  • the first pump 12 of the liquefied hydrogen supply device 10 is connected to the first vaporizer 30, and supplies the liquefied hydrogen of the first flow rate Q1 to the first vaporizer 30 at the first pressure P1.
  • the first part of the reaction heat of the hydrogenation reaction generated in the reaction tube 41 of the hydrogenation reactor 40 is the liquefied hydrogen of the first flow rate Q1 and the hydrogen of the first temperature T1 at the first pressure P1.
  • the first heat quantity C1 required for vaporizing the gas is supplied from the cooling unit 42 by the heat transfer device 50 for vaporization.
  • the first vaporizer 30 vaporizes the liquefied hydrogen of the first flow rate Q1 into the hydrogen gas of the first pressure P1 and the first temperature T1 by the first calorific value C1 at the generated volume V1 per unit time.
  • the liquefied hydrogen supplied from the first pump 12 at the first pressure P1 has a slight pressure drop due to the pipeline and the pipeline resistance of the first vaporizer 30, but is so small that it can be ignored. It will be described as being vaporized by hydrogen gas at pressure P1.
  • the second pump 22 of the liquefied carbon dioxide supply device 20 is connected to the second vaporizer 35, and at the second pressure P2, the liquefied carbon dioxide of the second flow rate Q2 at a predetermined ratio to the first flow rate Q1 is discharged to the second vaporizer 35.
  • the second part of the reaction heat of the hydrogenation reaction generated in the reaction tube 41 of the hydrogenation reactor 40 is the liquefied carbon dioxide of the second flow rate Q2 at the second pressure P2 and the second temperature T2.
  • the second heat amount C2 required for vaporizing into carbon dioxide gas is supplied from the cooling unit 42 by the heat transfer device 50 for vaporization.
  • the second vaporizer 35 vaporizes the liquefied carbon dioxide of the second flow rate Q2 into the carbon dioxide gas of the second pressure P2 and the second temperature T2 by the second calorific value C2 at the generated volume V2 per unit time.
  • the liquefied carbon dioxide supplied from the second pump 22 at the second pressure P2 drops slightly due to the conduit resistance of the conduit and the second vaporizer 35, but is negligibly small. It will be described as being vaporized by carbon dioxide gas having a pressure of P2.
  • the first vaporizer 30 is connected to the first inflow port 43 of the reaction tube 41 by a pipe line 81
  • the second vaporizer 35 is connected to the second inflow port 44 by a pipe line 82
  • hydrogen is generated.
  • the gas and carbon dioxide gas are supplied to the inflow port side of the reaction tube 41 as a mixed gas having a predetermined pressure P and a predetermined temperature T in a volume V per unit time.
  • the hydrogen gas is lowered from the first pressure P1 to the predetermined pressure P by the flow path resistance while flowing through the pipeline 81, and the carbon dioxide gas is lowered from the second pressure to the predetermined pressure P by the flow path resistance while flowing through the pipeline 82.
  • the hydrogen gas cools while flowing through the pipeline 81 and slightly decreases from the first temperature T1
  • the carbon dioxide gas cools while flowing through the pipeline 82 and slightly decreases from the second temperature T2.
  • hydrogen gas having a predetermined pressure P is supplied to the first inflow port 43 of the reaction tube 41 at a temperature slightly lower than the first temperature T1, and to the second inflow port 44 at a temperature slightly lower than the second temperature T2.
  • a carbon dioxide gas having a predetermined pressure P is supplied to form a mixed gas.
  • the amount of heat is transferred by mixing the hydrogen gas and carbon dioxide gas that have flowed into the reaction tube 41. Therefore, the first flow rate Q1, the second flow rate Q2, the first calorific value C1, and the second calorific value C2 are such that the pressure of the mixed gas is the predetermined pressure P and the predetermined temperature T, and the amount generated per unit time is the volume V. , Set based on the gas constant and molar ratio of hydrogen gas and carbon dioxide gas contained in the mixed gas.
  • the inside of the reaction tube 41 is filled with a known hydrogenation catalyst, and the hydrogenation reactor 40 hydrogenates hydrogen gas and carbon dioxide gas under a known hydrogenation catalyst to generate a reaction gas containing hydrocarbons and water vapor. It is sent out from the outlet 47.
  • the predetermined pressure P is a pressure suitable for the hydrogenation reaction
  • the predetermined temperature T is a temperature at which the hydrogenation catalyst exhibits activity.
  • the mixed gas having a generated volume V per unit time at a predetermined pressure P flows through the reaction tube 41 having a cross-sectional area S at a flow velocity V / S and undergoes a hydrogenation reaction under a hydrogenation catalyst, and the generated hydrocarbon gas and water vapor.
  • a catalyst in which Ni, Rh, Ru, Pd, Pt or the like is supported on a carrier is used as a methaneation catalyst, and the hydrogenation reaction is carried out according to the chemical formula (1).
  • the predetermined pressure P is 1 to 5 MPa
  • the predetermined temperature T is 250 to 500 ° C.
  • CO 2 + 4H 2 CH 4 + 2H 2 O (-164kJ / mol-CO 2 )
  • Ethylene is synthesized by the hydrogenation reaction represented by the chemical formula (2).
  • 2CO 2 + 6H 2 C 2 H 4 + 4H 2 O (-152kJ / mol-CO 2) (2)
  • the molar ratio of hydrogen to carbon dioxide is M1: M2
  • the ratio of the molars of hydrogen molecules contained in the first flow rate Q1 to the molars of carbon dioxide molecules contained in the second flow rate Q2 is set to be M1: M2. .. It is preferable to set a predetermined ratio R based on the molar ratio of hydrogen gas and carbon dioxide gas that actually undergo an efficient hydrogenation reaction in the reaction tube 41.
  • the cooling unit 42 of the hydrogenation reactor 40 covers the outer periphery of the reaction tube 41, and the heat medium flowing in from the inlet 45 comes into contact with the outer periphery of the reaction tube 41 to absorb the reaction heat generated in the hydrogenation reaction from the outlet 46. By flowing out, the reaction heat is transferred from the reaction gas to the heat medium, and the inside of the reaction tube 41 is maintained at a predetermined temperature T.
  • the inlet 45 is arranged on the outlet 44 side of the reaction tube 41, and the outlet 46 is arranged on the inlet 43 side.
  • the heat transfer device 50 for vaporization includes a heat supply circulation circuit 54 for vaporization that circulates a heat medium between the cooling unit 42 of the hydrogenation reactor 40 and the high temperature side of the heat exchanger 51, and the low temperature side of the heat exchanger 51.
  • a downstream circulation circuit 53 is provided which circulates a heat medium between the first vaporizer 30 and the second vaporizer 35 to vaporize liquefied hydrogen and liquefied carbon dioxide.
  • the upstream circulation circuit 52 has a heat supply circulation circuit 54 for vaporization and a heat utilization circulation circuit 55, and a heat medium is circulated in the cooling unit 42 of the hydrogenation reactor 40 to maintain the inside of the reaction tube 41 at a predetermined temperature T. do.
  • the heat supply circulation circuit 54 for vaporization circulates a heat medium of a required flow rate between the cooling unit 42 and the high temperature side of the heat exchanger 51 through the pipelines 56 and 57, and circulates the heat medium of the required flow rate, and the first heat amount C1 and the second heat amount C2. Is configured to supply the heat exchanger 51 with the amount of heat for vaporization C to which the above is added.
  • the heat utilization unit 60 is connected to the pipeline 58 connected to the pipeline 56 and the pipeline 59 connected to the pipeline 57, and the heat medium is the cooling unit 42 and the heat utilization unit 60. It is configured to supply the heat utilization unit 60 with a surplus heat amount obtained by subtracting the heat amount C for vaporization from the reaction heat generated in the hydrogenation reaction.
  • the downstream circulation circuit 53 has a first heat supply circulation circuit 61 and a second heat supply circulation circuit 62.
  • the first heat quantity supply circulation circuit 61 the heat medium is circulated between the low temperature side of the heat exchanger 51 and the first vaporizer 30 through the pipelines 63 and 64, and the first heat quantity C1 is transferred to the first vaporizer 30.
  • the liquefied hydrogen at the first pressure P1 and the first flow rate Q1 is vaporized by the hydrogen gas at the first pressure P1 and the first temperature T1 at the generated volume V1 per unit time.
  • the second vaporizer 35 is connected to the conduit 65 connected to the conduit 63 and the conduit 66 connected to the conduit 64, and the heat medium is the low temperature of the heat exchanger 51.
  • the second calorific value C2 is supplied to the second vaporizer 35 to supply the liquefied carbon dioxide of the second pressure P2 and the second flow rate Q2 to the second pressure P2 and the second temperature. It is configured to vaporize the carbon dioxide gas of T2 with the generated volume V2 per unit time.
  • a heat medium is circulated between the heat exchanger 51 and the high temperature side, and the first vaporizer 30 and the second vaporizer 35 are supplied with the amount of heat required for the start.
  • the heat supply device 70 is connected to the high temperature side of the heat exchanger 51 of the heat transfer device 50 for vaporization by conduits 71 and 72.
  • a known reaction gas produced by hydrogenation reaction of hydrogen gas and carbon dioxide gas in the hydrogenation reactor 40 is separated into synthetic hydrocarbon gas and water.
  • a gas-water separator 75 is connected.
  • the separated synthetic hydrocarbon gas is sent to the synthetic hydrocarbon gas utilization unit 76, and water is discharged to the discharge groove 77.
  • the liquefied hydrogen supply device 10 sucks liquefied hydrogen from the first tank 11 by the first pump 12 and discharges it at the first flow rate Q1 and the first pressure P1.
  • the liquefied carbon dioxide supply device 20 sucks the liquefied carbon dioxide from the second tank 21 by the second pump 22, and discharges it at the second flow rate Q2 and the second pressure P2.
  • the heat supply circulation circuit 54 for vaporization transfers the heat quantity C for vaporization to the heat exchanger 51 by adding the first heat quantity C1 and the second heat quantity C2 by circulating the heat medium between the cooling unit 42 and the heat exchanger 51.
  • the first vaporizer 30 is supplied with the first heat quantity C1 by the heat medium circulating in the first heat quantity supply circulation circuit 61 from the heat exchanger 51, and the liquefied hydrogen of the first flow rate Q1 is supplied to the first pressure P1 and the first temperature T1. Vaporize to hydrogen gas.
  • the second vaporizer 35 is supplied with the second heat quantity C2 from the heat exchanger 51 by the heat medium circulating in the second heat quantity supply circulation circuit 62, and the liquefied hydrogen of the second flow rate Q2 is supplied to the second pressure P2 and the second temperature T2. Vaporize to carbon dioxide.
  • the vaporization heat transfer device 50 including the vaporization heat supply circulation circuit 54 and the downstream side circulation circuit 53 uses the liquefied hydrogen of the first pressure P1 and the first flow rate Q1 as the first pressure P1 and the first temperature T1.
  • the first heat quantity C1 required for vaporizing the hydrogen gas is supplied to the first vaporizer 30 via the first heat quantity supply circulation circuit 61 by a heat medium circulating in the cooling unit 42, and the second pressure P2,
  • the second heat quantity C2 required to vaporize the liquefied carbon dioxide of the second flow rate Q2 into the carbon dioxide gas of the second pressure P2 and the second temperature T2 is supplied by the heat medium circulating in the cooling unit 42 to the second heat quantity supply circulation circuit. It is supplied to the second vaporizer 35 via 62.
  • the vaporized hydrogen gas and carbon dioxide gas are mixed and flowed into the reaction tube 41 as a mixed gas having a predetermined pressure P and a predetermined temperature T, and hydrogenated under a hydrogenation catalyst while flowing through the reaction tube 41 at a flow velocity V / S. It reacts and chemically reacts with hydrocarbon gas and water vapor.
  • the hydrocarbon gas and water vapor lose pressure while passing through the flow path resistance 83, maintain the pressure in the reaction tube 41 at a pressure close to a predetermined pressure P, and then are sent to the gas-water separation device 75.
  • the gas water separation device 75 condenses water vapor to separate the synthetic hydrocarbon gas and water, sends the synthetic hydrocarbon gas to the synthetic hydrocarbon gas utilization unit 76, and discharges the water to the discharge groove 77.
  • the heat utilization circulation circuit 55 circulates a heat medium between the cooling unit 42 and the heat utilization unit 60, and subtracts the heat quantity C for vaporization from the reaction heat generated in the hydrogenation reaction to obtain the excess heat amount of the heat utilization unit 60. To supply and use.
  • the upstream circulation circuit 52 of the vaporization heat transfer device 50 is stopped, the start-up heat supply device 70 is started, and heat is generated between the heat exchanger 51 and the high temperature side.
  • the medium is circulated to supply the first vaporizer 30 and the second vaporizer 35 with the amount of heat required for starting.
  • the liquefied hydrogen and the liquefied carbon dioxide supplied at the starting flow rate are vaporized in the first vaporizer 30 and the second vaporizer 35, and the hydrogen gas and the carbon dioxide gas are hydroxylated in the hydrogenation reactor 40 to carry out hydrocarbons. Chemically reacts with gas and water vapor.
  • the start-up heat supply device 70 is stopped and the upstream circulation circuit 52 is operated.
  • a predetermined pressure P suitable for the hydrogenation reaction is made into a mixed gas containing hydrogen gas and carbon dioxide gas as components.
  • the reaction tube 41 can be made to flow at a predetermined temperature T, and the pressurizing energy of the mixed gas can be significantly reduced. If carbon dioxide emitted from the combustion of fossil fuels is recovered and reacted with CO 2- free hydrogen, hydrocarbons such as methane can be produced inexpensively and with low energy, which can contribute to the prevention of global warming. ..
  • the pipeline 56 and the pipeline 63 are connected via an on-off valve 86
  • the pipeline 57 and the pipeline 64 are connected via an on-off valve 87
  • the pipeline 63 and the pipeline 71 are connected.
  • It is connected via an on-off valve 88
  • the pipeline 64 and the pipeline 72 are connected via an on-off valve 89.
  • the cooling unit 42, the pipeline 56, the on-off valve 86, the conduit 63, the first vaporizer 30, the conduit 64, the on-off valve 87, and the conduit 57 are connected in an annular shape
  • the cooling unit 42 and the first vaporizer are connected in an annular shape.
  • a first heat quantity supply circulation circuit 61 that circulates a heat medium with 30 is configured.
  • cooling unit 42, the pipeline 56, the on-off valve 86, the conduit 65, the second vaporizer 35, the conduit 66, the on-off valve 87, and the conduit 57 are connected in an annular shape, and the cooling unit 42 and the second vaporizer 30 are connected in an annular shape.
  • a second heat quantity supply circulation circuit 62 that circulates the heat medium is configured between the two.
  • the start-up heat supply device 70 is connected to the pipeline 63 via the pipeline 71 and the on-off valve 88, and is connected to the pipeline 64 via the pipeline 72 and the on-off valve 89.
  • the on-off valves 86 and 87 are opened and the on-off valves 88 and 89 are closed.
  • the first vaporizer 30 is supplied with the first calorific value C1 from the cooling unit 42, and vaporizes the liquefied hydrogen of the first flow rate Q1 into the hydrogen gas of the first pressure P1 and the first temperature T1.
  • the second vaporizer 35 is supplied with a second calorific value C2 from the heat exchanger 51, and vaporizes the liquefied hydrogen of the second flow rate Q2 into carbon dioxide gas having a second pressure P2 and a second temperature T2.
  • the on-off valves 88 and 89 are opened, the on-off valves 86 and 87 are closed, and the heat utilization unit 60 is stopped. Then, the start-up heat supply device 70 is started, and the amount of heat required for starting is supplied to the first vaporizer 30 and the second vaporizer 35 via the on-off valves 88 and 89.
  • the second embodiment has almost the same effect as the first embodiment. Further, since the on-off valves 86 to 89 are used instead of the heat exchanger 51, the configuration can be simplified and the cost can be reduced.
  • the vaporization-utilizing hydrocarbon production system 1c of the third embodiment replaces the liquefied carbon dioxide supply device 20 and the second calorific value supply circulation circuit 62 in the first embodiment.
  • the difference from the first embodiment is that the carbon dioxide gas supplied from the carbon dioxide gas supply device 25 is pressurized by the compressor 26 and supplied to the reaction tube 41 of the pressure hydrocarbon reaction device 40 from the inflow port 44.
  • the third vaporizer 33 and the third heat supply circulation circuit 67 in the third embodiment have the same configuration as the first vaporizer 30 and the first heat supply circulation circuit 61 in the first embodiment.
  • the first pump 12 of the liquefied hydrogen supply device 10 is connected to the third vaporizer 33, and supplies the liquefied hydrogen of the third flow rate Q3 to the third vaporizer 33 at the third pressure P3.
  • the third part of the reaction heat of the hydrogenation reaction generated in the reaction tube 41 of the hydrogenation reactor 40 is the liquefied hydrogen of the third flow rate Q3 and the hydrogen of the third temperature T3 at the third pressure P3.
  • the third heat amount C3 required for vaporizing the gas is supplied from the cooling unit 42 by the heat transfer device 68 for vaporization.
  • the vaporization heat transfer device 68 includes a vaporization heat supply circulation circuit 54 and a third heat quantity supply circuit 67.
  • the third vaporizer 33 vaporizes the liquefied hydrogen of the third flow rate Q3 into the hydrogen gas of the third pressure P3 and the third temperature T3 by the third calorific value C3 at the generated volume V3 per unit time.
  • the carbon dioxide gas supply device 25 is connected to the suction port 27 of the compressor 26, and the discharge port 28 of the compressor 26 is connected to the second inflow port 44 of the reaction pipe 41 of the hydrogenation reactor 40 via the pipe line 84.
  • the carbon dioxide gas supply device 25 supplies the carbon dioxide gas of the fourth flow rate Q4 to the compressor 26.
  • the liquefied hydrogen discharged at the third flow rate Q3 by the first pump 12 is vaporized into hydrogen gas by the third vaporizer 33, and the unit is from the first inflow port 43 to the reaction tube 41.
  • Mol M3 which is the mass of hydrogen gas flowing in per hour divided by the molecular weight of hydrogen gas, and the mass of carbon dioxide gas supplied from the compressor to the second inflow port 44 of the reaction tube 41 per unit time are divided by the molecular weight of carbon dioxide gas.
  • the ratio with the generated molar M4 is set to be equal to the molar ratio of hydrogen gas and carbon dioxide gas in which hydrogen gas and carbon dioxide gas efficiently hydrolyze in the reaction tube 41.
  • the heat supply circulation circuit 54 for vaporization circulates a heat medium between the cooling unit 42 of the hydrogenation reactor 40 and the high temperature side of the heat exchanger 51, thereby causing a third flow rate Q3.
  • the heat exchanger 51 is supplied with the third calorific value C3 required for vaporizing the liquefied hydrogen of No. 1 into hydrogen gas having a third pressure P3 and a third temperature T3.
  • the third vaporizer 33 is supplied with the third heat quantity C3 by the heat medium circulating in the third heat quantity supply circulation circuit 67 from the low temperature side of the heat exchanger 51, and the liquefied hydrogen of the third flow rate Q3 is supplied to the third pressure P3 and the third. It is vaporized into hydrogen gas at 3 temperature T3.
  • the heat transfer device 68 for vaporization transfers the third heat amount C3 required for vaporizing the liquefied hydrogen of the third flow rate Q3 with the heat medium circulating in the cooling unit 42 to supply the third heat amount circulation circuit 67. It is supplied to the third vaporizer 33 via.
  • the hydrogen gas vaporized by liquefied hydrogen and the carbon dioxide gas pressurized by the compressor 26 are mixed and flowed into the reaction tube 41 as a mixed gas having a predetermined pressure P and a predetermined temperature T, and hydrogenated while flowing through the reaction tube 41. It undergoes a hydrogenation reaction under a catalyst and chemically reacts with hydrocarbon gas and water vapor.
  • the third embodiment has almost the same effect as the first embodiment. Further, since the carbon dioxide gas is pressurized by the compressor 26, the system 1b can be easily controlled to a stable operating state.
  • the difference between the fourth embodiment and the third embodiment is the same as the difference between the second embodiment and the first embodiment.
  • the same components as those in the second embodiment and the third embodiment are designated by the same reference numbers, and the description thereof will be omitted.
  • the vaporization-utilizing hydrocarbon production system 1d of the fourth embodiment shown in FIG. 4 has an effect of producing the second embodiment and the third embodiment in addition to the effect of the first embodiment.
  • the liquefied hydrogen is vaporized by the first calorific value C1 supplied to the first vaporizer 30 by a heat medium
  • the liquefied carbon dioxide is vaporized by the second vaporizer by a heat medium. It is vaporized by the second calorific value C2 supplied to 35, but in the vaporization utilization hydrocarbon production system 1e of the fifth embodiment, the liquefied hydrogen is supplied to the first vaporizer 30 by carbon dioxide gas.
  • the liquefied carbon dioxide vaporized by the first vaporizer 30 and liquefied by the carbon dioxide gas liquefier 37 is vaporized by the second calorific value C2 supplied to the second vaporizer 35 by a heat medium.
  • the carbon dioxide gas input device 36 is connected to the first vaporizer 30 and supplies carbon dioxide gas having a fifth flow rate of Q5 to the first vaporizer 30.
  • the first calorific value C1 required for vaporizing the liquefied hydrogen of the first flow rate Q1 into the hydrogen gas of the first temperature T1 at the first pressure P1 is supplied from the carbon dioxide gas to the liquefied hydrogen, and the liquefied hydrogen. Is vaporized and the carbon dioxide gas is cooled to low temperature carbon dioxide gas. Therefore, in the vaporization-utilizing hydrocarbon production system 1e of the fifth embodiment, as shown in FIG. 5, the first heat quantity supply circulation circuit 61 is not connected to the low temperature side of the heat exchanger 51, and the second heat quantity supply circulation circuit is formed. Only 62 are connected.
  • the low-temperature carbon dioxide gas is supplied to a known carbon dioxide gas liquefier 37 and liquefied into liquefied carbon dioxide.
  • the liquefied carbon dioxide is sent to and stored in the second tank 21 of the liquefied carbon dioxide supply device 20.
  • the liquefied carbon dioxide supply device 20 sucks the liquefied carbon dioxide from the second tank 21 by the second pump 22 and discharges it at the second flow rate Q2 and the second pressure P2, as in the first embodiment. Therefore, in the fifth flow rate Q5, the ratio of the moles of carbon dioxide molecules contained in the fifth flow rate Q5 to the moles of hydrogen molecules contained in the first flow rate Q1 actually undergoes an efficient hydrogenation reaction in the reaction tube 41. It may be set based on the molar ratio of carbon dioxide gas and hydrogen gas.
  • the liquefied hydrogen supply device 10 discharges the liquefied hydrogen of the first flow rate Q1 at the first pressure P1.
  • the carbon dioxide gas input device sends carbon dioxide gas having a fifth flow rate of Q5 to the first vaporizer 30.
  • the first vaporizer 30 supplies the first calorific value C1 from the carbon dioxide gas to the liquefied hydrogen, and vaporizes the liquefied hydrogen of the first flow rate Q1 into the hydrogen gas of the first pressure P1 and the first temperature T1.
  • the carbon dioxide gas releases the first calorific value C1 in the first vaporizer 30, and is cooled to, for example, low-temperature carbon dioxide gas having a pressure of 0.1 MPa and a temperature of ⁇ 30 ° C.
  • the low-temperature carbon dioxide gas is liquefied in the carbon dioxide gas liquefier 37, for example, into liquefied carbon dioxide having a pressure of 1.7 MPa and a temperature of ⁇ 30 ° C., and is supplied to the liquefied carbon dioxide supply device 20.
  • the second pump 22 sends the liquefied carbon dioxide of the second flow rate Q2 and the second pressure P2 to the second vaporizer 35.
  • the heat transfer device 69 for vaporization supplies the second heat quantity C2 from the cooling unit 42 of the hydrogenation reactor 40 to the second vaporizer 35 via the second heat quantity supply circulation circuit 62 as a heat medium, and supplies the second flow rate Q2.
  • the liquefied carbon dioxide of No. 1 is vaporized into carbon dioxide gas having a second pressure P2 and a second temperature T2. After that, it is the same as the first embodiment.
  • the same effect as that of the first embodiment is obtained.
  • carbon dioxide gas discharged from an adjacent fossil fuel-derived thermal power plant is heat-exchanged with liquefied hydrogen, cooled by the cold heat of liquefied hydrogen, and efficiently liquefied by a carbon dioxide gas liquefier. ing.
  • carbon dioxide gas is liquefied by utilizing the cold heat of liquefied hydrogen, it is suitable for implementation in a situation where it is not as easy to obtain liquefied carbon dioxide gas as liquefied hydrogen.
  • the heat exchange 51 is deleted, the conduit 56 is connected to the conduit 65, the conduit 57 is connected to the conduit 66, and the heat transfer device 69 for vaporization is provided. It may be configured.
  • the second vaporizer 35 is supplied with the second heat quantity C2 by the heat medium via the second heat quantity circulation circuit 62 connected to the pipelines 56 and 57.
  • the vaporization heat transfer device 50 includes the vaporization heat supply circulation circuit 54 connected to the cooling unit 42, but in the sixth embodiment, the vaporization heat transfer device 93.
  • the sixth embodiment is different from the first embodiment in that the heat supply circulation circuit 54 for vaporization is not included, and the water supply device 95 for vaporization connected to the cooling device 94 is included. Therefore, only the differences will be described with reference to FIG. 6, and the same components as those in the first embodiment will be given the same reference numbers and the description will be omitted.
  • the waste heat discharged from the equipment machine installed in the adjacent plant is recovered in the cooling water by the cooling device 94.
  • the vaporization heat transfer device 93 includes a vaporization water supply device 95 that circulates a part of the cooling water as vaporization water between the cooling device 94 and the high temperature side of the heat exchanger 51, and the low temperature side and the first heat exchanger 51.
  • a downstream circulation circuit 53 is provided which circulates a heat medium between the first vaporizer 30 and the second vaporizer 35 to vaporize liquefied hydrogen and liquefied carbon dioxide.
  • a fossil fuel-derived thermal power plant located adjacent to the vaporization-utilizing hydrocarbon production system 1f is an adjacent plant.
  • Fossil fuel-derived thermal power plants are known and are operated by a gas turbine power generator operated by combustion of natural gas and steam generated by heat recovery from exhaust gas discharged from this gas turbine with an exhaust heat recovery boiler. It consists of a condensate turbine power generator.
  • the thermal power plant is provided with a cooling device 94, and the steam discharged from the condensate turbine power generation device is condensed at the condensing portion of the cooling device 94 and returned to the exhaust heat recovery boiler.
  • the cooling device 94 includes a circulation circuit for circulating cooling water between the condensing unit and the cooling tower.
  • the cooling device 94 may use seawater as the cooling water, cool the steam with the seawater pumped from the sea, condense the steam, and then discharge the steam into the sea.
  • the high temperature side of the heat exchanger 51 is connected to the cooling device 94 between the outlet of the condensing portion and the inlet of the cooling tower or the sea via pipelines 97 and 98, and the required flow rate of cooling water is supplied. It is circulated to the high temperature side of the heat exchanger 51, and is configured to supply the heat amount C for vaporization, which is the sum of the first heat amount C1 and the second heat amount C2, to the high temperature side of the heat exchanger 51.
  • the downstream circulation circuit 53 is the same as in the first embodiment.
  • the vaporization water supply device 95 has a first calorific value C1 and a first calorific value C1 by circulating a part of the cooling water between the cooling device 94 of the thermal power plant and the high temperature side of the heat exchanger 51.
  • the heat amount C for vaporization which is the sum of the two heat amounts C2, is supplied to the heat exchanger 51.
  • the first vaporizer 30 is supplied with the first heat quantity C1 by the heat medium circulating in the first heat quantity supply circulation circuit 61 from the heat exchanger 51, and the liquefied hydrogen of the first flow rate Q1 is supplied to the first pressure P1 and the first temperature T1. Vaporize to hydrogen gas.
  • the second vaporizer 35 is supplied with the second heat quantity C2 from the heat exchanger 51 by the heat medium circulating in the second heat quantity supply circulation circuit 62, and the liquefied hydrogen of the second flow rate Q2 is supplied to the second pressure P2 and the second temperature T2. Vaporize to carbon dioxide.
  • the heat transfer device 93 for vaporization transfers the first heat amount C1 required for vaporizing the liquefied hydrogen at the first pressure P1 and the first flow rate Q1 into the hydrogen gas at the first pressure P1 and the first temperature T1 to the cooling device 94.
  • a part of the cooling water (vaporization water) circulating in the connected vaporization water supply device 95 is supplied to the first vaporizer 30 via the first heat quantity supply circulation circuit 61, and the second pressure P2 and the second flow rate Q2.
  • the second calorific value C2 required for vaporizing the liquefied carbon dioxide in the second pressure P2 and the carbon dioxide gas at the second temperature T2 is supplied and circulated by a part of the cooling water circulating in the vaporization water supply device 95. It is supplied to the second vaporizer 35 via the circuit 62.
  • a mixed gas containing hydrogen gas and carbon dioxide gas as a component is produced at a predetermined pressure P and a predetermined temperature suitable for the hydrogenation reaction.
  • the reaction tube 41 can be made to flow in T, and the pressurizing energy of the mixed gas can be significantly reduced. Then, all of the reaction heat generated in the hydrogenation reaction can be utilized in the heat utilization unit 60.
  • carbon dioxide emitted from the combustion of fossil fuels is recovered and reacted with CO 2- free hydrogen, hydrocarbons such as methane can be produced inexpensively and with low energy, which can contribute to the prevention of global warming. ..
  • the heat exchange 51 is deleted, the pipeline 97 is connected to the pipeline 63, the pipeline 98 is connected to the pipeline 64, and the heat transfer device 93 for vaporization is connected. It may be configured.
  • the first vaporizer 30 is supplied with the first heat quantity C1 by a part of the cooling water circulating in the cooling device 94 via the first heat quantity circulation circuit 61 connected to the pipelines 97 and 98, and the second heat quantity C1 is supplied.
  • the vaporizer 35 is directly supplied with the second calorific value C2 by a part of the cooling water circulating in the cooling device 94 via the second calorific value circulation circuit 62 connected to the pipelines 97 and 98.
  • the liquefied hydrogen supply device 10 and the liquefied carbon dioxide supply device 20 use at least one of hydrogen and carbon dioxide as a liquefied raw material in a liquid state, and the first flow rate Q1 and the first flow rate Q1. It is a liquefied raw material supply device that supplies two flow rates Q2, a first pressure P1, and a second pressure P2.
  • the vaporization heat transfer device 68 includes a vaporization heat supply circulation circuit 54 connected to the cooling unit 42 of the hydrogenation reactor 40, but in the 7th embodiment, the vaporization heat supply circulation circuit 54 is included. Similar to the sixth embodiment, the vaporization heat transfer device 99 is different from the third embodiment in that the vaporization heat supply circulation circuit 54 is not included and the vaporization water supply device 95 connected to the cooling device 94 is included. Therefore, only the differences will be described with reference to FIG. 7, and the same components as those in the third embodiment and the sixth embodiment are designated by the same reference numbers, and the description thereof will be omitted.
  • the waste heat discharged from the equipment machine installed in the plant is heat-transferred to the cooling water by the cooling device 94.
  • the vaporization heat transfer device 99 includes a vaporization water supply device 95 that circulates a part of the cooling water as vaporization water between the cooling device 94 and the high temperature side of the heat exchanger 51, and the low temperature side and the first heat exchanger 51.
  • a third heat quantity supply circulation circuit 67 is provided which circulates a heat medium with the three vaporizers 33 to vaporize the liquefied hydrogen.
  • the vaporization water supply device 95 supplies the third heat quantity C3 to the heat exchanger 51 by circulating the vaporization water between the cooling device 94 and the high temperature side of the heat exchanger 51. ..
  • the third vaporizer 33 is supplied with the third heat quantity C3 by the heat medium circulating in the third heat quantity supply circulation circuit 67 from the low temperature side of the heat exchanger 51, and the liquefied hydrogen of the third flow rate Q3 is supplied to the third pressure P3 and the third. It is vaporized into hydrogen gas at 3 temperature T3.
  • the vaporization heat transfer device 99 supplies and circulates the third heat amount C3 required for vaporizing the liquefied hydrogen in the third flow rate Q3 with the vaporization water circulating in the vaporization water supply device 95. It is supplied to the third vaporizer 33 via the circuit 67.
  • the heat exchanger 51 is deleted, the pipeline 97 is connected to the pipeline 63, and the pipeline 98 is connected to the pipeline 64 to connect the heat transfer device 99 for vaporization.
  • the third vaporizer 33 is supplied with the third heat quantity C3 by the vaporizing water via the third heat quantity supply circulation circuit 67 connected to the pipes 97 and 98.
  • the liquefied carbon dioxide supply device 20 and the second calorific value supply circulation circuit 62 of the first embodiment, the second embodiment and the fifth embodiment are supplied with carbon dioxide gas.
  • the device 25 and the compressor 26 are used, the first heat supply circulation circuit 61 is the third heat supply circulation circuit 67, and the first vaporizer 30 is the third vaporizer 33.
  • the liquefied hydrogen supply device 10 is a liquefied raw material supply device that supplies one of hydrogen and carbon dioxide as a liquefied raw material in a liquid state at a third flow rate Q3 and a third pressure P3.
  • the flow rate of liquefied hydrogen discharged by the first pump 12 is the third flow rate Q3 of the liquefied raw material
  • the first vaporizer 30 is the third vaporizer 33.
  • the carbon dioxide gas supply device 25 and the compressor 26 are other raw material gas supply devices that supply the other of hydrogen and carbon dioxide as the other raw material gas in a gaseous state at the fourth flow rate Q4, the fourth pressure P4, and the fourth temperature T4. ..
  • liquefied carbon dioxide is supplied by carbon dioxide gas
  • liquefied hydrogen may be supplied by hydrogen gas
  • the liquefied hydrogen supply device 10 and the first heat quantity supply circulation circuit 61 are the hydrogen gas supply device and the compressor
  • the second heat quantity supply circulation circuit 62 is the third heat quantity supply circulation circuit
  • the second vaporizer 35 is the third.
  • the liquefied carbon dioxide supply device 20 is the liquefied raw material supply device
  • the flow rate of the liquefied carbon dioxide discharged by the second pump 22 is the third flow rate Q3 of the liquefied raw material
  • the hydrogen gas supply device is the other raw material gas supply device.
  • the flow rate of the hydrogen gas supplied by the gas supply device is the fourth flow rate Q4 of the raw material gas.
  • the liquefied hydrogen is vaporized by the first calorific value C1 supplied to the first vaporizer 30 with the vaporizing water
  • the liquefied carbon dioxide is vaporized by the second vaporizer with the vaporizing water. It is vaporized by the second calorific value C2 supplied to 35
  • the liquefied hydrogen is supplied to the first vaporizer 30 by carbon dioxide gas as in the fifth embodiment.
  • the liquefied carbon dioxide obtained by liquefying the carbon dioxide gas vaporized in the first vaporizer 30 and cooled by the first vaporizer 30 is vaporized by the second calorific value C2 supplied to the second vaporizer 35 with the vaporizing water. Therefore, only the differences will be described, and the same reference numbers will be given to the same components as those in the fifth and sixth embodiments, and the description will be omitted.
  • the first heat quantity supply circulation circuit 61 is not connected to the low temperature side of the heat exchanger 51, and only the second heat quantity supply circulation circuit 62 is connected. Be connected.
  • the second heat quantity C2 is circulated through the vaporization water supply device 95 connected to the cooling device 94 via the second heat quantity supply circulation circuit 62. It is supplied to the second vaporizer 35, and the liquefied carbon dioxide of the second flow rate Q2 is vaporized into carbon dioxide gas having a second pressure P2 and a second temperature T2. After that, it is the same as the sixth embodiment.
  • the same effect as that of the sixth embodiment can be obtained.
  • carbon dioxide gas discharged from an adjacent fossil fuel-derived thermal power plant is heat-exchanged with liquefied hydrogen, cooled by the cold heat of liquefied hydrogen, and efficiently liquefied by a carbon dioxide gas liquefier. ing.
  • carbon dioxide gas is liquefied by utilizing the cold heat of liquefied hydrogen, it is suitable for implementation in a situation where it is not as easy to obtain liquefied carbon dioxide gas as liquefied hydrogen.
  • the heat exchange 51 may be deleted, the conduit 97 may be connected to the conduit 65, and the conduit 98 may be connected to the conduit 66 to form the heat transfer device 95 for vaporization.
  • the second vaporizer 35 is supplied with the second calorific value C2 by the vaporization water via the second calorific value circulation circuit 62 connected to the pipelines 97 and 98.
  • the vaporization water supply device 95 is connected to the cooling device 94 of the equipment machine installed in the adjacent plant, but the sixth embodiment and the seventh embodiment are connected.
  • a water supply device for vaporization is a circuit in which seawater or water is pumped and circulated as vaporization water from water areas such as the sea, rivers, lakes, and groundwater adjacent to the vaporization utilization hydrocarbon production system. It may be 95.
  • the vaporization water supply device 95 is configured to supply seawater or water pumped up by a pump to the high temperature side of the heat exchanger 51 through a pipe line 97, circulate it, and return it to the water area through the pipe line 98.
  • Others are the same as those of the sixth embodiment, the seventh embodiment, and the eighth embodiment.
  • Hydrogen gas at a predetermined pressure P is supplied to the first inflow port 91 of the mixer 90 at a temperature slightly lower than the first temperature T1, the third temperature T3, or the fourth temperature T4, and the second inflow port 92 is the second.
  • a carbon dioxide gas having a predetermined pressure P is supplied at a temperature slightly lower than the temperature T2, the fourth temperature T4, or the third temperature T3.
  • the hydrogen gas is lowered from the first pressure P1 to a predetermined pressure by the flow path resistance while flowing through the pipeline 81, and the carbon dioxide gas is lowered from the second pressure to a predetermined pressure by the flow path resistance while flowing through the pipeline 84.
  • the hydrogen gas is cooled while flowing through the pipeline 81 and slightly lowered from the first temperature T1, the third temperature T3 or the fourth temperature T4, and the carbon dioxide gas is cooled while flowing through the pipeline 84 and cooled at the second temperature T2. It is slightly lower than the fourth temperature T4 or the third temperature T3. Hydrogen gas and carbon dioxide gas are mixed by the mixer 90 to become a mixed gas having a predetermined temperature T and a predetermined pressure P, and are supplied to the reaction tube 41 of the hydrogenation reactor 40 from the inflow port 48.
  • a carbon dioxide gas having a predetermined pressure P at a slightly lowered temperature is mixed in the mixer 90 to obtain a mixed gas having a predetermined pressure P and a predetermined temperature T, and then supplied to the reaction tube 41. Therefore, the hydrogenation reaction is more stable and efficient. Can be done.
  • the vaporization-utilizing hydrocarbon production system is composed of a hydrogenation reactor 40 provided with one stage of a reaction tube filled with a hydrogenation catalyst, and the reaction tube filled with the hydrogenation catalyst is used. Multiple stages are arranged in series, a heat exchanger is connected between adjacent reactor tubes, and the high-temperature reaction gas sent from the reaction tube in the previous stage is cooled by the heat exchanger and supplied to the reaction tube in the subsequent stage.
  • the present invention may be applied to a multi-stage reactor type hydrogenation reactor. In this case, liquefied hydrogen and liquefied carbon dioxide are vaporized by the reaction heat recovered by the heat exchanger connected between the adjacent reaction tubes, and hydrogen gas and carbon dioxide gas are supplied to the first stage reaction tubes.

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Abstract

気化利用炭化水素製造システムは、水素および二酸化炭素の少なくとも一方が液体状態の液化原料として設定流量、設定圧力で気化器に供給される。気化器は、液化原料を一方原料ガスに気化させて水素化反応器の水素化触媒が充填された反応管に供給する。水素化反応器は、反応管に一方原料ガスおよび他方原料ガスを水素ガスおよび炭酸ガスを成分とする混合ガスとして供給され、水素化反応させて炭化水素を含む反応ガスを生成するとともに、水素化反応で生じる反応熱を冷却部で反応ガスから熱媒体に熱移動させて反応管内部を水素化触媒が活性を示す温度に維持する。設定流量の液化原料を設定圧力、設定温度の一方原料ガスに気化させるために必要な熱量が水素化反応器の冷却部を循環する熱媒体にて気化器に供給される。

Description

気化利用炭化水素製造システム
　本発明は、水素と二酸化炭素から炭化水素を製造する炭化水素製造システムに関する。
　地球温暖化問題は深刻度を増しており、多量の二酸化炭素を排出する化石燃料を使用する火力発電等を制限する動きもある。しかし、火力発電等の化石燃料を使用する設備は稼働コストが安価であり、大気に放出される二酸化炭素の排出量を環境に悪影響を与えない程度に減少できれば有力な電力供給設備等になり得る。したがって、化石燃料の燃焼によって排出される二酸化炭素を回収し、ＣＯ2フリーな水素と反応させてメタン等の炭化水素を安価に低エネルギーで製造する炭化水素製造装置の開発が望まれている。
　特許文献１には、原料ガスの水素ガスと炭酸ガスを触媒が充填された反応器にコンプレッサで供給し、メタン化反応させてメタンを合成するメタン合成装置が記載されている。
特開２０１１－２４１１８２号公報
　特許文献１に記載されたメタン合成装置は、原料ガスの水素ガスと炭酸ガスをコンプレッサによって高圧にしなければならないので、原料ガスの加圧に多大なエネルギーを消費する不具合がある。
　本発明に係る気化利用炭化水素製造システムは、水素および二酸化炭素の少なくとも一方を液体状態で供給し気化器で気化させて水素化反応器の反応管に供給し、反応管は供給された水素ガスと炭酸ガスを水素化反応させて炭化水素を含む反応ガスを生成するとともに、水素化反応で生じる反応熱を、冷却部を循環する熱媒体に移動させて反応管内部を水素化触媒が活性を示す温度に維持する。気化器は、冷却部を循環する熱媒体にて、プラントの冷却装置で排熱を熱移動された冷却水にて、あるいは隣接する水域から汲み上げられた海水または水にて、必要な熱量を供給されて設定流量の液化原料を気化させる。本発明は、このようにして水素ガスと炭酸ガスから炭化水素を低エネルギーかつ低コストで製造することができる気化利用炭化水素製造システムを提供することを目的とする。
　本発明は、水素と二酸化炭素から炭化水素を製造する炭化水素製造システムであって、液化水素を第１流量で供給する液化水素供給装置と、液化二酸化炭素を前記第１流量に対して所定割合の第２流量で供給する液化二酸化炭素供給装置と、前記液化水素供給装置から供給される前記液化水素を水素ガスに気化させる第１気化器と、前記液化二酸化炭素供給装置から供給される前記液化二酸化炭素を炭酸ガスに気化させる第２気化器と、前記第１気化器および前記第２気化器に連通されて前記水素ガスと前記炭酸ガスとが混合ガスとして供給され、内部に充填された水素化反応触媒下で前記水素ガスと前記炭酸ガスとを水素化反応させて前記炭化水素を含む反応ガスを生成して送出する反応管、および熱媒体が循環され前記水素化反応で生じる反応熱を前記反応ガスから熱媒体に熱移動させて前記反応管内部を水素化触媒が活性を示す温度に維持する冷却部を備える水素化反応器と、前記第１流量の前記液化水素を第１圧力、第１温度の前記水素ガスに気化させるために必要な第１熱量を前記熱媒体にて前記第１気化器に供給するとともに、前記第２流量の前記液化二酸化炭素を第２圧力、第２温度の前記炭酸ガスに気化させるために必要な第２熱量を前記熱媒体にて前記第２気化器に供給する気化用熱移送装置と、を備えた気化利用炭化水素製造システムである。
　水素および二酸化炭素の一方のみを液化状態で供給する場合の気化利用炭化水素製造システムは、前記水素および前記二酸化炭素の一方を液体状態の液化原料として第３流量で供給する液化原料供給装置と、前記水素および前記二酸化炭素の他方を気体状態の他方原料ガスとして第４流量、第４圧力および第４温度で供給する他方原料ガス供給装置と、前記液化原料供給装置から供給される前記液化原料を一方原料ガスに気化させる第３気化器と、前記第３流量の前記液化原料を第３圧力、第３温度の前記一方原料ガスに気化させるために必要な第３熱量を水素化反応器の冷却部を循環する熱媒体にて前記第３気化器に供給する気化用熱移送装置と、を設け、前記水素化反応器に前記一方原料ガスおよび前記他方原料ガスを水素ガスおよび炭酸ガスを成分とする混合ガスとして供給する。
　炭化水素製造システムにプラントが隣接立地されている場合の気化利用炭化水素製造システムは、隣接立地されたプラントの冷却装置で排熱を熱移動された冷却水を気化用水として、あるいは隣接する水域から汲み上げられた海水または水を気化用水として供給する気化用水供給装置と、第１流量の液化水素を第１圧力、第１温度の水素ガスに気化させるために必要な第１熱量を前記気化用水にて第１気化器に供給するとともに、第２流量の液化二酸化炭素を第２圧力、第２温度の炭酸ガスに気化させるために必要な第２熱量を前記気化用水にて第２気化器に供給する気化用熱移送装置と、を設け、水素化反応器に前記水素ガスおよび前記炭酸ガスを前記第１気化器および前記第２気化器から供給する。
　外部から液化炭酸ガスの供給を受けない場合の気化利用炭化水素製造システムは、液化水素供給装置から供給される液化水素と炭酸ガス投入装置から供給される炭酸ガスとの間で熱交換して第１流量の液化水素を第１圧力、第１温度の水素ガスに気化させるとともに、前記炭酸ガスを低温炭酸ガスに冷却する第１気化器と、前記低温炭酸ガスが供給されて液化二酸化炭素に液化させる炭酸ガス液化装置と、前記炭酸ガス液化装置から供給された前記液化二酸化炭素を第１流量に対して所定割合の第２流量で供給する液化二酸化炭素供給装置と、前記液化二酸化炭素供給装置から供給される前記液化二酸化炭素を炭酸ガスに気化させる第２気化器と、前記第２流量の前記液化二酸化炭素を第２圧力、第２温度の炭酸ガスに気化させるために必要な第２熱量を、水素化反応器の冷却部を循環する熱媒体にて、プラントの冷却装置で排熱を熱移動された冷却水にて、あるいは隣接する水域から汲み上げられた海水または水にて前記第２気化器に供給する気化用熱移送装置と、を設け、前記水素化反応器に前記水素ガスおよび前記炭酸ガスを前記第１気化器および前記第２気化器から供給する。
　本発明に係る水素と二酸化炭素から炭化水素を製造する気化利用炭化水素製造システムは、水素および二酸化炭素の少なくとも一方を液体状態の液化原料として設定流量で気化器に供給し、気化器は、前記液化原料を一方原料ガスに気化させて水素化反応器の水素化触媒が充填された反応管に供給する。水素化反応器は、水素化触媒が充填された反応管に、一方原料ガスおよび他方原料ガスを水素ガスおよび炭酸ガスを成分とする混合ガスとして供給され、水素化反応させて炭化水素を含む反応ガスを生成するとともに、水素化反応で生じる反応熱を冷却部で反応ガスから熱媒体に熱移動させて反応管内部を水素化触媒が活性を示す温度に維持する。冷却部を循環する熱媒体にて、隣接立地されたプラントの冷却装置で排熱を熱移動された冷却水にて、あるいは隣接する水域から汲み上げられた海水または水にて、設定流量の液化原料が設定圧力、設定温度の一方原料ガスに気化される。
　このように、設定流量で供給される水素および二酸化炭素の少なくとも一方の液体状態の液化原料を、水素化反応で生じる反応熱、プラントの設備機械の排熱、または隣接する水域から汲み上げられた海水または水の保有熱を気化用熱として利用して一方原料ガスに気化させることにより、一方原料ガスおよび他方原料ガスを水素ガスおよび炭酸ガスを成分とする混合ガスとして水素化反応に適した所定温度、所定圧力で反応管に供給することができ、原料ガスの加圧エネルギーを大幅に削減することができる。そして、化石燃料の燃焼によって排出される二酸化炭素を回収し、ＣＯ2フリーな水素と反応させればメタン等の炭化水素を安価に低エネルギーで製造し、地球温暖化防止に寄与することができる。
　また、第１気化器において液化水素と炭酸ガスとの間で熱交換して液化水素を水素ガスに気化させ、液化水素の冷熱を活用して冷却された低温炭酸ガスを液化二酸化炭素に液化し、第２気化器において前記液化二酸化炭素を炭酸ガスに気化させ、水素化反応器に前記水素ガスおよび前記炭酸ガスを前記第１気化器および前記第２気化器から供給するようにすると、液化炭酸ガスの入手が液化水素ほど容易でない状況下においても、水素ガスおよび炭酸ガスの加圧エネルギーを大幅に削減してメタン等の炭化水素を安価に低エネルギーで製造することができる。
第１実施形態に係る気化利用炭化水素製造システムの全体構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る気化利用炭化水素製造システムの全体構成を示すブロック図である。 第３実施形態に係る気化利用炭化水素製造システムの全体構成を示すブロック図である。 第４実施形態に係る気化利用炭化水素製造システムの全体構成を示すブロック図である。 第５実施形態に係る気化利用炭化水素製造システムの全体構成を示すブロック図である。 第６実施形態に係る気化利用炭化水素製造システムの全体構成を示すブロック図である。 第７実施形態に係る気化利用炭化水素製造システムの全体構成を示すブロック図である。 第８実施形態に係る気化利用炭化水素製造システムの全体構成を示すブロック図である。 第９実施形態に係る気化利用炭化水素製造システムの一部構成を示すブロック図である。
１．第１実施形態の構成
　第１実施形態に係る気化利用炭化水素製造システム１ａは、図１に示すように、液化水素を供給する液化水素供給装置１０と、液化二酸化炭素を供給する液化二酸化炭素供給装置２０と、液化水素を水素ガスに気化させる第１気化器３０と、液化二酸化炭素を炭酸ガスに気化させる第２気化器３５と、水素ガスと炭酸ガスとを水素化反応させて炭化水素を含む反応ガスを送出する反応管４１、および反応ガスを冷却する冷却部４２を備える水素化反応器４０と、液化水素を水素ガスに気化させるために必要な第１熱量Ｃ１を第１気化器３０に供給するとともに、液化二酸化炭素を炭酸ガスに気化させるために必要な第２熱量Ｃ２を第２気化器３５に供給する気化用熱移送装置５０と、を備える。
　液化水素供給装置１０は、液化水素を貯留する第１タンク１１と第１タンク１１から液化水素を吸い込んで吐出する第１ポンプ１２で構成されている。液化二酸化炭素供給装置２０は、液化二酸化炭素を貯留する第２タンク２１と第２タンク２１から液化二酸化炭素を吸い込んで吐出する第２ポンプ２２で構成されている。
　液化水素供給装置１０の第１ポンプ１２は第１気化器３０に接続され、第１圧力Ｐ１で第１流量Ｑ１の液化水素を第１気化器３０に供給する。第１気化器３０には、水素化反応器４０の反応管４１で生じる水素化反応の反応熱の第１部分が、第１流量Ｑ１の液化水素を第１圧力Ｐ１で第１温度Ｔ１の水素ガスに気化させるために必要な第１熱量Ｃ１として冷却部４２から気化用熱移送装置５０によって供給される。第１気化器３０は第１熱量Ｃ１によって第１流量Ｑ１の液化水素を第１圧力Ｐ１、第１温度Ｔ１の水素ガスに単位時間当たりの発生体積Ｖ１で気化させる。第１ポンプ１２から第１圧力Ｐ１で供給された液化水素は、管路および第１気化器３０の管路抵抗で僅かに圧力降下するが無視できるほど小さいので、第１気化器３０で第１圧力Ｐ１の水素ガスに気化されるとして説明する。
　液化二酸化炭素供給装置２０の第２ポンプ２２は第２気化器３５に接続され、第２圧力Ｐ２で第１流量Ｑ１に対して所定割合の第２流量Ｑ２の液化二酸化炭素を第２気化器３５に供給する。第２気化器３５には、水素化反応器４０の反応管４１で生じる水素化反応の反応熱の第２部分が、第２流量Ｑ２の液化二酸化炭素を第２圧力Ｐ２で第２温度Ｔ２の炭酸ガスに気化させるために必要な第２熱量Ｃ２として冷却部４２から気化用熱移送装置５０によって供給される。第２気化器３５は第２熱量Ｃ２によって第２流量Ｑ２の液化二酸化炭素を第２圧力Ｐ２、第２温度Ｔ２の炭酸ガスに単位時間当たりの発生体積Ｖ２で気化させる。第２ポンプ２２から第２圧力Ｐ２で供給された液化二酸化炭素は、管路および第２気化器３５の管路抵抗で僅かに圧力降下するが無視できるほど小さいので、第２気化器３５で第２圧力Ｐ２の炭酸ガスに気化されるとして説明する。
　水素化反応器４０は、反応管４１の第１流入口４３に第１気化器３０が管路８１で接続され、第２流入口４４に第２気化器３５が管路８２で接続され、水素ガスと炭酸ガスとが反応管４１の流入口側に所定圧力Ｐ、所定温度Ｔの混合ガスとして単位時間当たり体積Ｖで供給される。水素ガスは管路８１を流れる間に第１圧力Ｐ１から所定圧力Ｐに流路抵抗によって低下され、炭酸ガスは管路８２を流れる間に第２圧力から所定圧力Ｐに流路抵抗によって低下される。水素ガスは管路８１を流れる間に冷却して第１温度Ｔ１から若干低下し、炭酸ガスは管路８２を流れる間に冷却して第２温度Ｔ２から若干低下する。
　これにより反応管４１の第１流入口４３には第１温度Ｔ１から若干低下した温度で所定圧力Ｐの水素ガスが供給され、第２流入口４４には第２温度Ｔ２から若干低下した温度で所定圧力Ｐの炭酸ガスが供給されて混合ガスになる。反応管４１に流入した水素ガスと炭酸ガスは混合することにより熱量の授受を行う。従って、混合ガスの圧力が所定圧力Ｐ、所定温度Ｔで、単位時間当たりの発生量が体積Ｖとなるように、第１流量Ｑ１、第２流量Ｑ２、第１熱量Ｃ１、第２熱量Ｃ２は、混合ガスに含まれる水素ガス、炭酸ガスの気体定数およびモル比に基づいて設定する。
　反応管４１の内部には公知の水素化触媒が充填され、水素化反応器４０は水素ガスと炭酸ガスを公知の水素化触媒下で水素化反応させて炭化水素と水蒸気を含む反応ガスを生成し流出口４７から送出する。所定圧力Ｐは水素化反応に適した圧力であり、所定温度Ｔは水素化触媒が活性を示す温度である。
　所定圧力Ｐで単位時間当たりの発生体積Ｖの混合ガスは、断面積Ｓの反応管４１を流速Ｖ／Ｓで流動して水素化触媒下で水素化反応し、生成された炭化水素ガスと水蒸気はモルの減少により流速を低下させるが、流出口４５側に設けられた流路抵抗８３を通過することによって絞られ反応管４１内の圧力を水素化反応に適した所定圧力Ｐに近い圧力に維持する。
　例えばメタンを製造する場合、メタン化触媒としてＮｉやＲｈ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ｐｔ等を担体に担持させた触媒を用い、化学式（１）にしたがって水素化反応させる。所定圧力Ｐは、１～５ＭＰａであり、所定温度Ｔは、２５０～５００℃である。
　　ＣＯ2＋４Ｈ2＝ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ（－１６４ｋＪ／ｍｏｌ－ＣＯ2）　 （１）
　エチレンは化学式（２）に示す水素化反応によって合成される。
　　２ＣＯ2＋６Ｈ2＝Ｃ2Ｈ4＋４Ｈ2Ｏ（－１５２ｋＪ／ｍｏｌ－ＣＯ2) （２）
　第１ポンプ１２から吐出される液化水素の第１流量Ｑ１と第２ポンプ２２から吐出される液化二酸化炭素の第２流量Ｑ２との所定割合Ｒ（＝Ｑ１：Ｑ２）は、水素化反応する水素と二酸化炭素のモル比をＭ１：Ｍ２とすると、第１流量Ｑ１に含まれる水素分子のモルと第２流量Ｑ２に含まれる二酸化炭素分子のモルとの比がＭ１：Ｍ２となるように設定する。実際に反応管４１内で効率よく水素化反応する水素ガスと炭酸ガスとのモル比に基づいて所定割合Ｒを設定するとよい。例えば、メタン製造の場合、水素化反応する水素と二酸化炭素のモル比は４：１であり、水素の分子量は２、二酸化炭素の分子量は４４、液化水素の密度は０．０７Ｋｇ／Ｌ、液化二酸化炭素の密度は１．０３Ｋｇ／Ｌであるので、Ｑ１：Ｑ２＝４×２÷０．０７：１×４４÷１．０３≒８：３である。
　水素化反応器４０の冷却部４２は、反応管４１の外周を覆い、入口４５から流入した熱媒体が反応管４１の外周に接触して水素化反応で生じる反応熱を吸収して出口４６から流出することにより、反応熱を反応ガスから熱媒体に熱移動して反応管４１内を所定温度Ｔに維持するように構成されている。入口４５は反応管４１の流出口４４側に配置され、出口４６は流入口４３側に配置されている。
　気化用熱移送装置５０は、水素化反応器４０の冷却部４２と熱交換器５１の高温側との間で熱媒体を循環させる気化用熱供給循環回路５４と、熱交換器５１の低温側と第１気化器３０および第２気化器３５との間で熱媒体を循環させて液化水素および液化二酸化炭素を気化させる下流側循環回路５３を備える。
　上流側循環回路５２は、気化用熱供給循環回路５４と熱利用循環回路５５を有し、水素化反応器４０の冷却部４２に熱媒体を循環させて反応管４１内を所定温度Ｔに維持する。気化用熱供給循環回路５４は、冷却部４２と熱交換器５１の高温側との間で管路５６、５７を通って必要流量の熱媒体を循環させ、第１熱量Ｃ１および第２熱量Ｃ２を加算した気化用熱量Ｃを熱交換器５１に供給するように構成されている。熱利用循環回路５５は、管路５６に接続された管路５８と管路５７に接続された管路５９とに熱利用部６０が接続され、熱媒体が冷却部４２と熱利用部６０との間で循環され、水素化反応で生じた反応熱から気化用熱量Ｃを差し引いた余剰熱量を熱利用部６０に供給するように構成されている。
　下流側循環回路５３は、第１熱量供給循環回路６１と第２熱量供給循環回路６２を有する。第１熱量供給循環回路６１は、熱交換器５１の低温側と第１気化器３０との間で管路６３、６４を通って熱媒体が循環され、第１熱量Ｃ１を第１気化器３０に供給して第１圧力Ｐ１、第１流量Ｑ１の液化水素を第１圧力Ｐ１、第１温度Ｔ１の水素ガスに単位時間当たりの発生体積Ｖ１で気化させるように構成されている。第２熱量供給循環回路６２は、管路６３に接続された管路６５と管路６４に接続された管路６６とに第２気化器３５が接続され、熱媒体が熱交換器５１の低温側と第２気化器３５との間で循環され、第２熱量Ｃ２を第２気化器３５に供給して第２圧力Ｐ２、第２流量Ｑ２の液化二酸化炭素を第２圧力Ｐ２、第２温度Ｔ２の炭酸ガスに単位時間当たりの発生体積Ｖ２で気化させるように構成されている。
　気化利用炭化水素製造システム１ａの始動時に、熱交換器５１の高温側との間で熱媒体を循環させ、第１気化器３０および第２気化器３５に始動に必要な熱量を供給するスタートアップ用熱供給装置７０が、気化用熱移送装置５０の熱交換器５１の高温側に管路７１、７２で接続されている。
　水素化反応器４０の反応管４１の流出口４７には、水素ガスと炭酸ガスが水素化反応器４０で水素化反応して生成された反応ガスを合成炭化水素ガスと水に分離する公知のガス水分離装置７５が接続されている。分離された合成炭化水素ガスは合成炭化水素ガス利用部７６に送出され、水は排出溝７７に排出される。
２．第１実施形態の作動および効果
　液化水素供給装置１０は、液化水素を第１ポンプ１２によって第１タンク１１から吸入し、第１流量Ｑ１、第１圧力Ｐ１で吐出する。液化二酸化炭素供給装置２０は、液化二酸化炭素を第２ポンプ２２によって第２タンク２１から吸入し、第２流量Ｑ２、第２圧力Ｐ２で吐出する。
　気化用熱供給循環回路５４は、冷却部４２と熱交換器５１との間で熱媒体を循環させることによって第１熱量Ｃ１および第２熱量Ｃ２を加算した気化用熱量Ｃを熱交換器５１に供給する。
　第１気化器３０は熱交換器５１から第１熱量供給循環回路６１を循環する熱媒体によって第１熱量Ｃ１を供給され、第１流量Ｑ１の液化水素を第１圧力Ｐ１、第１温度Ｔ１の水素ガスに気化させる。第２気化器３５は熱交換器５１から第２熱量供給循環回路６２を循環する熱媒体によって第２熱量Ｃ２を供給され、第２流量Ｑ２の液化水素を第２圧力Ｐ２、第２温度Ｔ２の炭酸ガスに気化させる。
　このようにして、気化用熱供給循環回路５４と下流側循環回路５３からなる気化用熱移送装置５０は、第１圧力Ｐ１、第１流量Ｑ１の液化水素を第１圧力Ｐ１、第１温度Ｔ１の水素ガスに気化させるために必要な第１熱量Ｃ１を、冷却部４２を循環する熱媒体にて第１熱量供給循環回路６１を介して第１気化器３０に供給し、第２圧力Ｐ２、第２流量Ｑ２の液化二酸化炭素を第２圧力Ｐ２、第２温度Ｔ２の炭酸ガスに気化させるために必要な第２熱量Ｃ２を、冷却部４２を循環する熱媒体にて第２熱量供給循環回路６２を介して第２気化器３５に供給する。
　気化した水素ガスと炭酸ガスは、混合して所定圧力Ｐ、所定温度Ｔの混合ガスとして反応管４１に流入し、反応管４１を流速Ｖ／Ｓで流動する間に水素化触媒下で水素化反応して炭化水素ガスと水蒸気に化学反応する。炭化水素ガスと水蒸気は、流路抵抗８３を通過する間に圧力損失して反応管４１内の圧力を所定圧力Ｐに近い圧力に維持した後にガス水分離装置７５に送出される。ガス水分離装置７５は、水蒸気を凝縮させて合成炭化水素ガスと水とを分離し、合成炭化ガスを合成炭化水素ガス利用部７６に送出し、水を排出溝７７に排出する。
　熱利用循環回路５５は、冷却部４２と熱利用部６０との間で熱媒体を循環させることによって、水素化反応で生じた反応熱から気化用熱量Ｃを差し引いた余剰熱量を熱利用部６０に供給して利用する。
　気化利用炭化水素製造システム１ａの始動時は、気化用熱移送装置５０の上流側循環回路５２を停止させ、スタートアップ用熱供給装置７０を起動し、熱交換器５１の高温側との間で熱媒体を循環させ、第１気化器３０および第２気化器３５に始動に必要な熱量を供給する。これにより、始動流量で供給された液化水素および液化二酸化炭素が第１気化器３０および第２気化器３５で気化され、水素ガスと炭酸ガスが水素化反応器４０で水酸化反応して炭化水素ガスと水蒸気に化学反応する。反応管４１内部が反応熱によって水素化触媒が活性を示す温度に加熱されると、スタートアップ用熱供給装置７０を停止し、上流側循環回路５２を作動させる。
　第１実施形態に係る気化利用炭化水素製造システム１ａによれば、第１流量Ｑ１、第１圧力Ｐ１で供給される液化水素、および第１流量Ｑ１に対して所定割合Ｒの第２流量Ｑ２、第２圧力Ｐ２で供給される液化炭酸ガスを水素化反応で生じる反応熱を利用して気化させることにより、水素ガスと炭酸ガスとを成分とする混合ガスを水素化反応に適した所定圧力Ｐ、所定温度Ｔにして反応管４１を流動させることができ、混合ガスの加圧エネルギーを大幅に削減することができる。そして、化石燃料の燃焼によって排出される二酸化炭素を回収し、ＣＯ2フリーな水素と反応させればメタン等の炭化水素を安価に低エネルギーで製造し、地球温暖化防止に寄与することができる。
４．第２実施形態の構成
　第２実施形態の気化利用炭化水素製造システム１ｂは、図２に示すように、気化用熱移送装置５０の熱交換器５１を開閉弁８６～８９に換えた点が第１実施形態と異なるので、相異点のみを説明し、第１実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
　気化用熱移送装置５０は、管路５６と管路６３が開閉弁８６を介して接続され、管路５７と管路６４が開閉弁８７を介して接続され、管路６３と管路７１が開閉弁８８を介して接続され、管路６４と管路７２が開閉弁８９を介して接続されている。これにより、冷却部４２、管路５６、開閉弁８６、管路６３、第１気化器３０、管路６４、開閉弁８７、管路５７が環状に接続され、冷却部４２と第１気化器３０との間で熱媒体を循環させる第１熱量供給循環回路６１が構成される。そして、冷却部４２、管路５６、開閉弁８６、管路６５、第２気化器３５、管路６６、開閉弁８７、管路５７が環状に接続され、冷却部４２と第２気化器３０との間で熱媒体を循環させる第２熱量供給循環回路６２が構成される。
　スタートアップ用熱供給装置７０は管路７１、開閉弁８８を介して管路６３に接続され、管路７２、開閉弁８９を介して管路６４に接続されている。
５．第２実施形態の作動および効果
　気化利用炭化水素製造システム１ｂの通常運転時は、開閉弁８６，８７を開き、開閉弁８８，８９を閉止する。これにより、第１気化器３０は冷却部４２から第１熱量Ｃ１を供給され、第１流量Ｑ１の液化水素を第１圧力Ｐ１、第１温度Ｔ１の水素ガスに気化させる。第２気化器３５は熱交換器５１から第２熱量Ｃ２を供給され、第２流量Ｑ２の液化水素を第２圧力Ｐ２、第２温度Ｔ２の炭酸ガスに気化させる。
　気化利用炭化水素製造システム１ｂの始動時は、開閉弁８８，８９を開き、開閉弁８６，８７を閉止し、熱利用部６０を停止させる。そして、スタートアップ用熱供給装置７０を起動し、第１気化器３０および第２気化器３５に開閉弁８８，８９を介して始動に必要な熱量を供給する。
　第２実施形態は第１実施形態とほぼ同様の効果を奏する。さらに熱交換器５１に換えて開閉弁８６～８９を用いるので、構成を簡略化かつ安価にすることができる。
４．第３実施形態の構成
　第３実施形態の気化利用炭化水素製造システム１ｃは、図３に示すように、第１実施形態において液化二酸化炭素供給装置２０および第２熱量供給循環回路６２に換えて、炭酸ガス供給装置２５から供給された炭酸ガスをコンプレッサ２６よって加圧して圧力水素化反応装置４０の反応管４１に流入口４４から供給する構成にした点が第１実施形態と異なる。
　第３実施形態における第３気化器３３および第３熱量供給循環回路６７は、第１実施形態における第１気化器３０および第１熱量供給循環回路６１と同様の構成である。液化水素供給装置１０の第１ポンプ１２は、第３気化器３３に接続され、第３圧力Ｐ３で第３流量Ｑ３の液化水素を第３気化器３３に供給する。
　第３気化器３３には、水素化反応器４０の反応管４１で生じる水素化反応の反応熱の第３部分が、第３流量Ｑ３の液化水素を第３圧力Ｐ３で第３温度Ｔ３の水素ガスに気化させるために必要な第３熱量Ｃ３として冷却部４２から気化用熱移送装置６８によって供給される。気化用熱移送装置６８は、気化用熱供給循環回路５４と第３熱量供給回路６７から構成されている。第３気化器３３は第３熱量Ｃ３によって第３流量Ｑ３の液化水素を第３圧力Ｐ３、第３温度Ｔ３の水素ガスに単位時間当たりの発生体積Ｖ３で気化させる。
　炭酸ガス供給装置２５がコンプレッサ２６の吸入口２７に接続され、コンプレッサ２６の吐出口２８が水素化反応器４０の反応管４１の第２流入口４４に管路８４を介して接続されている。炭酸ガス供給装置２５は、第４流量Ｑ４の炭酸ガスをコンプレッサ２６に供給する。
　第３流量Ｑ３および第４流量Ｑ４は、第１ポンプ１２によって第３流量Ｑ３で吐出された液化水素が第３気化器３３で水素ガスに気化されて第１流入口４３から反応管４１に単位時間当たりに流入する水素ガスの質量を水素ガスの分子量で除したモルＭ３と、単位時間当たりコンプレッサから反応管４１の第２流入口４４に供給される炭酸ガスの質量を炭酸ガスの分子量で除したモルＭ４との比が、反応管４１内で水素ガスと炭酸ガスとが効率よく水素化反応する水素ガスと炭酸ガスとのモル比に等しくなるように設定する。
５．第３実施形態の作動および効果
　気化用熱供給循環回路５４は、水素化反応器４０の冷却部４２と熱交換器５１の高温側との間で熱媒体を循環させることによって、第３流量Ｑ３の液化水素を第３圧力Ｐ３、第３温度Ｔ３の水素ガスに気化させるために必要な第３熱量Ｃ３を熱交換器５１に供給する。第３気化器３３は、熱交換器５１の低温側から第３熱量供給循環回路６７を循環する熱媒体によって第３熱量Ｃ３を供給され、第３流量Ｑ３の液化水素を第３圧力Ｐ３、第３温度Ｔ３の水素ガスに気化させる。このようにして、気化用熱移送装置６８は、第３流量Ｑ３の液化水素を気化させるために必要な第３熱量Ｃ３を、冷却部４２を循環する熱媒体にて第３熱量供給循環回路６７を介して第３気化器３３に供給する。
　液化水素が気化した水素ガスとコンプレッサ２６で加圧された炭酸ガスは、混合して所定圧力Ｐ、所定温度Ｔの混合ガスとして反応管４１に流入し、反応管４１を流動する間に水素化触媒下で水素化反応して炭化水素ガスと水蒸気に化学反応する。
　第３実施形態は第１実施形態とほぼ同様の効果を奏する。さらに、炭酸ガスをコンプレッサ２６で加圧しているので、システム１ｂを安定した稼働状態に容易に制御することができる。
６．第４実施形態
　第４実施形態と第３実施形態との相異点は、第２実施形態と第１実施形態との相異点と同じである。第２実施形態および第３実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
　図４に示す第４実施形態の気化利用炭化水素製造システム１ｄは、第１実施形態が奏する効果に加え、第２実施形態および第３実施形態が生じる効果を有する。
７．第５実施形態の構成
　第１実施形態では、液化水素は、熱媒体にて第１気化器３０に供給される第１熱量Ｃ１で気化され、液化二酸化炭素は、熱媒体にて第２気化器３５に供給される第２熱量Ｃ２で気化されるが、第５実施形態の気化利用炭化水素製造システム１ｅでは、液化水素は、炭酸ガスにて第１気化器３０に供給される第１熱量Ｃ１で気化され、第１気化器３０で冷却された炭酸ガスが炭酸ガス液化装置３７で液化された液化二酸化炭素は、第２気化器３５に熱媒体にて供給される第２熱量Ｃ２で気化される。従って、相異点のみを説明し、第１実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
　炭酸ガス投入装置３６は第１気化器３０に接続され、第５流量Ｑ５の炭酸ガスを第１気化器３０に供給する。第１気化器３０では、第１流量Ｑ１の液化水素を第１圧力Ｐ１で第１温度Ｔ１の水素ガスに気化させるために必要な第１熱量Ｃ１が炭酸ガスから液化水素に供給され、液化水素が気化され、炭酸ガスが低温炭酸ガスに冷却される。このため、第５実施形態の気化利用炭化水素製造システム１ｅでは、図５に示すように、熱交換器５１の低温側に第１熱量供給循環回路６１は接続されず、第２熱量供給循環回路６２のみが接続される。
　低温炭酸ガスは、公知の炭酸ガス液化装置３７に供給され、液化二酸化炭素に液化される。液化二酸化炭素は、液化二酸化炭素供給装置２０の第２タンク２１に送出され貯留される。液化二酸化炭素供給装置２０は、第１実施形態と同様に、液化二酸化炭素を第２ポンプ２２によって第２タンク２１から吸入し、第２流量Ｑ２、第２圧力Ｐ２で吐出する。従って、第５流量Ｑ５は、第５流量Ｑ５に含まれる二酸化炭素分子のモルと第１流量Ｑ１に含まれる水素分子のモルとの比が、実際に反応管４１内で効率よく水素化反応する炭酸ガスと水素ガスとのモル比に基づいて設定するとよい。
８．第５実施形態の作動および効果
　液化水素供給装置１０は、第１流量Ｑ１の液化水素を第１圧力Ｐ１で吐出する。炭酸ガス投入装置は、第５流量Ｑ５の炭酸ガスを第１気化器３０に送出する。第１気化器３０は第１熱量Ｃ１を炭酸ガスから液化水素に供給し、第１流量Ｑ１の液化水素を第１圧力Ｐ１、第１温度Ｔ１の水素ガスに気化させる。
　炭酸ガスは、第１気化器３０で第１熱量Ｃ１を放出し、例えば、圧力が０．１ＭＰａで、温度が－３０℃の低温炭酸ガスに冷却される。低温炭酸ガスは、炭酸ガス液化装置３７で、例えば、圧力が１．７ＭＰａで温度が－３０℃の液化二酸化炭素に液化され、液化二酸化炭素供給装置２０に供給される。第２ポンプ２２は、第２流量Ｑ２、第２圧力Ｐ２の液化二酸化炭素を第２気化器３５に送出する。気化用熱移送装置６９は、第２熱量Ｃ２を水素化反応器４０の冷却部４２から熱媒体にて第２熱量供給循環回路６２を介して第２気化器３５に供給し、第２流量Ｑ２の液化二酸化炭素を第２圧力Ｐ２、第２温度Ｔ２の炭酸ガスに気化させる。以降は第１実施形態と同様である。
　第５実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、第５実施形態は、例えば、隣接する化石燃料由来火力発電プラントから排出される炭酸ガスを液化水素と熱交換して液化水素の冷熱で冷却し、炭酸ガス液化装置で効率的に液化している。このように、液化水素の冷熱を活用して炭酸ガスを液化するので、液化炭酸ガスの入手が液化水素ほど容易でない状況下での実施に適している。
　第５実施形態において、第２実施形態のように、熱交換５１を削除し、管路５６を管路６５に接続し、管路５７を管路６６に接続して気化用熱移送装置６９を構成してもよい。この場合、第２気化器３５は管路５６、５７に接続された第２熱量循環回路６２を介して熱媒体にて第２熱量Ｃ２を供給される。
９．第６実施形態の構成
　第１実施形態では、気化用熱移送装置５０は、冷却部４２に接続された気化用熱供給循環回路５４を含むが、第６実施形態では、気化用熱移送装置９３は気化用熱供給循環回路５４を含まず、冷却装置９４に接続された気化用水供給装置９５を含む点で、第６実施形態は第１実施形態と異なる。従って、図６を参照して相異点のみを説明し、第１実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
　第６実施形態に係る気化利用炭化水素製造システム１ｆにおいて、隣接立地されたプラントに設置された設備機械から排出された排熱が冷却装置９４で冷却水に回収される。気化用熱移送装置９３は、冷却水の一部を気化用水として冷却装置９４と熱交換器５１の高温側との間で循環させる気化用水供給装置９５と、熱交換器５１の低温側と第１気化器３０および第２気化器３５との間で熱媒体を循環させて液化水素および液化二酸化炭素を気化させる下流側循環回路５３を備える。
　気化利用炭化水素製造システム１ｆに隣接して立地された、例えば化石燃料由来火力発電プラントなどが、隣接立地されたプラントである。
　化石燃料由来火力発電プラントは公知であり、天然ガスの燃焼によって作動されるガスタービン発電装置と、このガスタービンから排出された排気ガスから排熱回収ボイラで熱回収して生成した蒸気で作動される復水タービン発電装置とから構成されている。火力発電プラントには冷却装置９４が設けられ、復水タービン発電装置から排出された蒸気は冷却装置９４の凝縮部で復水され、排熱回収ボイラに戻される。冷却装置９４は、凝縮部と冷却塔との間で冷却水を循環させる循環回路を備えている。冷却装置９４は、冷却水として海水を使用し、海からポンプで汲み上げた海水で蒸気を冷却して復水させた後に海に放出するようにしてもよい。
　気化用水供給装置９５は、熱交換器５１の高温側が冷却装置９４に凝縮部の出口と冷却塔の入口または海との間で管路９７，９８を介して接続され、必要流量の冷却水が熱交換器５１の高温側に循環され、第１熱量Ｃ１および第２熱量Ｃ２を加算した気化用熱量Ｃを熱交換器５１の高温側に供給するように構成されている。下流側循環回路５３は、第１の実施形態と同じである。
１０．第６実施形態の作動および効果
　気化用水供給装置９５は、火力発電プラントの冷却装置９４と熱交換器５１の高温側との間で冷却水の一部を循環させることによって第１熱量Ｃ１および第２熱量Ｃ２を加算した気化用熱量Ｃを熱交換器５１に供給する。
　第１気化器３０は熱交換器５１から第１熱量供給循環回路６１を循環する熱媒体によって第１熱量Ｃ１を供給され、第１流量Ｑ１の液化水素を第１圧力Ｐ１、第１温度Ｔ１の水素ガスに気化させる。第２気化器３５は熱交換器５１から第２熱量供給循環回路６２を循環する熱媒体によって第２熱量Ｃ２を供給され、第２流量Ｑ２の液化水素を第２圧力Ｐ２、第２温度Ｔ２の炭酸ガスに気化させる。
　気化用熱移送装置９３は、第１圧力Ｐ１、第１流量Ｑ１の液化水素を第１圧力Ｐ１、第１温度Ｔ１の水素ガスに気化させるために必要な第１熱量Ｃ１を、冷却装置９４に接続された気化用水供給装置９５を循環する冷却水の一部（気化用水）にて第１熱量供給循環回路６１を介して第１気化器３０に供給し、第２圧力Ｐ２、第２流量Ｑ２の液化二酸化炭素を第２圧力Ｐ２、第２温度Ｔ２の炭酸ガスに気化させるために必要な第２熱量Ｃ２を、気化用水供給装置９５を循環する冷却水の一部にて第２熱量供給循環回路６２を介して第２気化器３５に供給する。
　第６実施形態によれば、第１流量Ｑ１、第１圧力Ｐ１で供給される液化水素、および第１流量Ｑ１に対して所定割合Ｒの第２流量Ｑ２、第２圧力Ｐ２で供給される液化炭酸ガスをプラントに設置された設備機械から排出される排熱を利用して気化させることにより、水素ガスと炭酸ガスとを成分とする混合ガスを水素化反応に適した所定圧力Ｐ、所定温度Ｔにして反応管４１を流動させることができ、混合ガスの加圧エネルギーを大幅に削減することができる。そして、水素化反応で生じる反応熱の全てを熱利用部６０で利用することができる。さらに、化石燃料の燃焼によって排出される二酸化炭素を回収し、ＣＯ2フリーな水素と反応させればメタン等の炭化水素を安価に低エネルギーで製造し、地球温暖化防止に寄与することができる。
　第６実施形態において、第２実施形態のように、熱交換５１を削除し、管路９７を管路６３に接続し、管路９８を管路６４に接続して気化用熱移送装置９３を構成してもよい。この場合、第１気化器３０は管路９７、９８に接続された第１熱量循環回路６１を介して冷却装置９４を循環する冷却水の一部にて第１熱量Ｃ１を供給され、第２気化器３５は管路９７、９８に接続された第２熱量循環回路６２を介して冷却装置９４を循環する冷却水の一部にて直接第２熱量Ｃ２を供給される。
　第１実施形態、第２実施形態および第６実施形態では、液化水素供給装置１０および液化二酸化炭素供給装置２０が、水素および二酸化炭素の少なくとも一方を液体状態の液化原料として第１流量Ｑ１、第２流量Ｑ２および第１圧力Ｐ１、第２圧力Ｐ２で供給する液化原料供給装置である。
１１．第７実施形態の構成
　第３実施形態では、気化用熱移送装置６８は、水素化反応器４０の冷却部４２に接続された気化用熱供給循環回路５４を含むが、第７実施形態では、第６実施形態と同様に、気化用熱移送装置９９は気化用熱供給循環回路５４を含まず、冷却装置９４に接続された気化用水供給装置９５を含む点が第３実施形態と異なる。従って、図７を参照して相異点のみを説明し、第３実施形態および第６実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
　第７実施形態に係る気化利用炭化水素製造システム１ｇにおいて、プラントに設置された設備機械から排出された排熱は、冷却装置９４で冷却水に熱移動される。気化用熱移送装置９９は、冷却水の一部を気化用水として冷却装置９４と熱交換器５１の高温側との間で循環させる気化用水供給装置９５と、熱交換器５１の低温側と第３気化器３３との間で熱媒体を循環させて液化水素を気化させる第３熱量供給循環回路６７を備える
１２．第７実施形態の作動および効果
　気化用水供給装置９５は、冷却装置９４と熱交換器５１の高温側との間で気化用水を循環させることによって、第３熱量Ｃ３を熱交換器５１に供給する。第３気化器３３は、熱交換器５１の低温側から第３熱量供給循環回路６７を循環する熱媒体によって第３熱量Ｃ３を供給され、第３流量Ｑ３の液化水素を第３圧力Ｐ３、第３温度Ｔ３の水素ガスに気化させる。このようにして、気化用熱移送装置９９は、第３流量Ｑ３の液化水素を気化させるために必要な第３熱量Ｃ３を、気化用水供給装置９５を循環する気化用水にて第３熱量供給循環回路６７を介して第３気化器３３に供給する。
　第７実施形態において、第４実施形態のように、熱交換器５１を削除し、管路９７を管路６３に接続し、管路９８を管路６４に接続して気化用熱移送装置９９を構成した場合、第３気化器３３は管路９７、９８に接続された第３熱量供給循環回路６７を介して気化用水にて第３熱量Ｃ３を供給される。
　第３実施形態、第４実施形態および第７実施形態では、第１実施形態、第２実施形態および第５実施形態の液化二酸化炭素供給装置２０および第２熱量供給循環回路６２を、炭酸ガス供給装置２５およびコンプレッサ２６とし、第１熱量供給循環回路６１を第３熱量供給循環回路６７とし、第１気化器３０を第３気化器３３としている。この場合は、液化水素供給装置１０が、水素および二酸化炭素の一方を液体状態の液化原料として第３流量Ｑ３および第３圧力Ｐ３で供給する液化原料供給装置である。第１ポンプ１２が吐出する液化水素の流量が液化原料の第３流量Ｑ３であり、第１気化器３０が第３気化器３３である。そして、炭酸ガス供給装置２５およびコンプレッサ２６が、水素および二酸化炭素の他方を気体状態の他方原料ガスとして第４流量Ｑ４、第４圧力Ｐ４および第４温度Ｔ４で供給する他方原料ガス供給装置である。
　第３実施形態、第４実施形態および第７実施形態では、液化二酸化炭素を炭酸ガスで供給しているが、液化水素を水素ガスで供給するようにしてもよい。この場合、液化水素供給装置１０および第１熱量供給循環回路６１を、水素ガス供給装置およびコンプレッサとし、第２熱量供給循環回路６２を第３熱量供給循環回路とし、第２気化器３５を第３気化器とする。そして、液化二酸化炭素供給装置２０が液化原料供給装置であり、第２ポンプ２２が吐出する液化二酸化炭素の流量が液化原料の第３流量Ｑ３であり、水素ガス供給装置が他方原料ガス供給装置であり、水素をガス供給装置が供給する水素ガスの流量が他方原料ガスの第４流量Ｑ４となる。
１３．第８実施形態の構成
　第６実施形態では、液化水素は、気化用水にて第１気化器３０に供給される第１熱量Ｃ１で気化され、液化二酸化炭素は、気化用水にて第２気化器３５に供給される第２熱量Ｃ２で気化されるが、第８実施形態では、第５実施形態と同様に、液化水素は、炭酸ガスにて第１気化器３０に供給される第１熱量Ｃ１で気化され、第１気化器３０で冷却された炭酸ガスを液化した液化二酸化炭素が、気化用水にて第２気化器３５に供給される第２熱量Ｃ２で気化される。従って、相異点のみを説明し、第５実施形態、第６実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
　第８実施形態の気化利用炭化水素製造システム１ｈでは、図８に示すように、熱交換器５１の低温側に第１熱量供給循環回路６１は接続されず、第２熱量供給循環回路６２のみが接続される。
８．第８実施形態の作動および効果
　気化用熱移送装置９６は、第２熱量Ｃ２を冷却装置９４に接続された気化用水供給装置９５を循環する気化用水にて第２熱量供給循環回路６２を介して第２気化器３５に供給し、第２流量Ｑ２の液化二酸化炭素を第２圧力Ｐ２、第２温度Ｔ２の炭酸ガスに気化させる。以降は第６実施形態と同様である。
　第８実施形態によれば、第６実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、第８実施形態は、例えば、隣接する化石燃料由来火力発電プラントから排出される炭酸ガスを液化水素と熱交換して液化水素の冷熱で冷却し、炭酸ガス液化装置で効率的に液化している。このように、液化水素の冷熱を活用して炭酸ガスを液化するので、液化炭酸ガスの入手が液化水素ほど容易でない状況下での実施に適している。
　第８実施形態において、熱交換５１を削除し、管路９７を管路６５に接続し、管路９８を管路６６に接続して気化用熱移送装置９５を構成してもよい。この場合、第２気化器３５は管路９７、９８に接続された第２熱量循環回路６２を介して気化用水にて第２熱量Ｃ２を供給される。
　第６実施形態、第７実施形態、第８実施形態では、隣接立地されたプラントに設置された設備機械の冷却装置９４に気化用水供給装置９５を接続したが、第６実施形態、第７実施形態、第８実施形態の変形例として、気化利用炭化水素製造システムに隣接する海、河川、湖、地下水などの水域から海水または水を気化用水としてポンプで汲み上げて循環させる回路を気化用水供給装置９５としてもよい。この場合、気化用水供給装置９５を、ポンプで汲み上げられた海水または水を管路９７で熱交換器５１の高温側に供給して循環させ、管路９８を通って水域に戻す構成にする。その他は第６実施形態、第７実施形態、第８実施形態と同様である。
１５．第９実施形態
　第９実施形態は、図９に示すように、上述の各実施形態において、水素ガスおよび炭酸ガスを水素化反応器４０の反応管４１に流入口４３，４４から混合ガスとして流入させる構成に換えて、水素ガスおよび炭酸ガスを混合器９０で混合してから混合ガスとして水素化反応器４０の反応管４１に流入口４８から供給する構成である。
　混合器９０の第１流入口９１には第１温度Ｔ１、第３温度Ｔ３または第４温度Ｔ４から若干低下した温度で所定圧力Ｐの水素ガスが供給され、第２流入口９２には第２温度Ｔ２、第４温度Ｔ４または第３温度Ｔ３から若干低下した温度で所定圧力Ｐの炭酸ガスが供給される。水素ガスは管路８１を流れる間に第１圧力Ｐ１から所定圧力に流路抵抗によって低下され、炭酸ガスは管路８４を流れる間に第２圧力から所定圧力に流路抵抗によって低下される。水素ガスは管路８１を流れる間に冷却して第１温度Ｔ１、第３温度Ｔ３または第４温度Ｔ４から若干低下し、炭酸ガスは管路８４を流れる間に冷却して第２温度Ｔ２、第４温度Ｔ４または第３温度Ｔ３から若干低下する。水素ガスと炭酸ガスは混合器９０で混合されて所定温度Ｔ、所定圧力Ｐの混合ガスとなり、水素化反応器４０の反応管４１に流入口４８から供給される。
　第９実施形態によれば、第１温度Ｔ１、第３温度Ｔ３または第４温度Ｔ４から若干低下した温度で所定圧力Ｐの水素ガスと第２温度Ｔ２、第４温度Ｔ４または第３温度Ｔ３から若干低下した温度で所定圧力Ｐの炭酸ガスを混合器９０で混合し、所定圧力Ｐ、所定温度Ｔの混合ガスにしてから反応管４１に供給するので、水素化反応をより安定して効率的に行わせることができる。
　上述の実施形態に係る気化利用炭化水素製造システムは、水素化触媒が充填された反応管を１段備えた水素化反応器４０で構成しているが、水素化触媒が充填された反応管を複数段直列に配置し、隣接する反応管の間に熱交換器を接続し、前段の反応管から送出された高温の反応ガスを熱交換器で冷却して後段の反応管に供給するようにした複数段反応器式水素化反応器に本発明を適用してもよい。この場合、隣接する反応管間に接続された熱交換器によって回収された反応熱で液化水素、液化二酸化炭素を気化させて初段の反応管に水素ガスと炭酸ガスを供給する。
　１ａ～１ｈ：気化利用炭化水素製造システム、１０：液化水素供給装置、１２：　第１ポンプ、２０：液化二酸化炭素供給装置、２２：第２ポンプ、３０：第１気化器、　３３：第３気化器、３５：第２気化器、４０：水素化反応器、４１：反応管、４２：冷　却部、５０，６８，６９，９３，９６，９９：気化用熱移送装置、５１：熱交換器、５　４：気化用熱供給循環回路、５５：熱利用循環回路、６０：熱利用部、６１：第１熱量　供給循環回路、６２：第２熱量供給循環回路、６７：第３熱量供給循環回路、７０：ス　タートアップ用熱供給装置、７５：ガス水分離装置、８６～８９：開閉弁、２５：炭酸　ガス供給装置、２６：コンプレッサ、９０：混合器、９４：冷却装置、９５：気化用水　供給装置

Claims (8)

  1. 　水素と二酸化炭素から炭化水素を製造する炭化水素製造システムであって、
    　液化水素を第１流量で供給する液化水素供給装置と、
    　液化二酸化炭素を前記第１流量に対して所定割合の第２流量で供給する液化二酸化炭素供給装置と、
    　前記液化水素供給装置から供給される前記液化水素を水素ガスに気化させる第１気化器と、
    　前記液化二酸化炭素供給装置から供給される前記液化二酸化炭素を炭酸ガスに気化させる第２気化器と、
    　前記第１気化器および前記第２気化器に連通されて前記水素ガスと前記炭酸ガスとが混合ガスとして供給され、内部に充填された水素化反応触媒下で前記水素ガスと前記炭酸ガスとを水素化反応させて前記炭化水素を含む反応ガスを生成して送出する反応管、および熱媒体が循環され前記水素化反応で生じる反応熱を前記反応ガスから熱媒体に熱移動させて前記反応管内部を水素化触媒が活性を示す温度に維持する冷却部を備える水素化反応器と、
    　前記第１流量の前記液化水素を第１圧力、第１温度の前記水素ガスに気化させるために必要な第１熱量を前記熱媒体にて前記第１気化器に供給するとともに、前記第２流量の前記液化二酸化炭素を第２圧力、第２温度の前記炭酸ガスに気化させるために必要な第２熱量を前記熱媒体にて前記第２気化器に供給する気化用熱移送装置と、
    　を備えた気化利用炭化水素製造システム。
  2. 　水素と二酸化炭素から炭化水素を製造する炭化水素製造システムであって、
    　前記水素および前記二酸化炭素の一方を液体状態の液化原料として第３流量で供給する液化原料供給装置と、
    　前記水素および前記二酸化炭素の他方を気体状態の他方原料ガスとして第４流量、第４圧力および第４温度で供給する他方原料ガス供給装置と、
    　前記液化原料供給装置から供給される前記液化原料を一方原料ガスに気化させる第３気化器と、
    　前記第３気化器および前記他方原料ガス供給装置に連通されて前記一方原料ガスと前記他方原料ガスとが水素ガスおよび炭酸ガスを成分とする混合ガスとして供給され、内部に充填された水素化触媒下で前記水素ガスと前記炭酸ガスとを水素化反応させて前記炭化水素を含む反応ガスを生成して送出する反応管、および熱媒体が循環され前記水素化反応で生じる反応熱を前記反応ガスから前記熱媒体に熱移動させて前記反応管内部を水素化触媒が活性を示す温度に維持する冷却部を備える水素化反応器と、
    　前記第３流量の前記液化原料を第３圧力、第３温度の前記一方原料ガスに気化させるために必要な第３熱量を前記熱媒体にて前記第３気化器に供給する気化用熱移送装置と、
    　を備えた気化利用炭化水素製造システム。
  3. 　水素と二酸化炭素から炭化水素を製造する炭化水素製造システムであって、
    　液化水素を第１流量で供給する液化水素供給装置と、
    　炭酸ガスを第５流量で供給する炭酸ガス投入装置と、
    　前記液化水素供給装置から供給される前記液化水素と前記炭酸ガス投入装置から供給される前記炭酸ガスとの間で熱交換して前記第１流量の前記液化水素を第１圧力、第１温度の水素ガスに気化させるとともに、前記炭酸ガスを低温炭酸ガスに冷却する第１気化器と、
    　前記低温炭酸ガスが供給されて液化二酸化炭素に液化させる炭酸ガス液化装置と、
    　前記炭酸ガス液化装置から供給された前記液化二酸化炭素を前記第１流量に対して所定割合の第２流量で供給する液化二酸化炭素供給装置と、
    　前記液化二酸化炭素供給装置から供給される前記液化二酸化炭素を炭酸ガスに気化させる第２気化器と、
    　前記第１気化器および前記第２気化器に連通されて前記水素ガスと前記炭酸ガスとが混合ガスとして供給され、内部に充填された水素化反応触媒下で前記水素ガスと前記炭酸ガスとを水素化反応させて前記炭化水素を含む反応ガスを生成して送出する反応管、および熱媒体が循環され前記水素化反応で生じる反応熱を前記反応ガスから前記熱媒体に熱移動させて前記反応管内部を水素化触媒が活性を示す温度に維持する冷却部を備える水素化反応器と、
    　前記第２流量の前記液化二酸化炭素を第２圧力、第２温度の前記炭酸ガスに気化させるために必要な第２熱量を前記熱媒体にて前記第２気化器に供給する気化用熱移送装置と、
    　を備えた気化利用炭化水素製造システム。
  4. 　前記気化利用炭化水素製造システムの始動に必要な熱量を前記気化用熱移送装置に供給するスタートアップ用熱供給装置を備えた請求項１乃至３のいずれか１項に記載の気化利用炭化水素製造システム。
  5. 　水素と二酸化炭素から炭化水素を製造する炭化水素製造システムであって、
    　液化水素を第１流量で供給する液化水素供給装置と、
    　液化二酸化炭素を前記第１流量に対して所定割合の第２流量で供給する液化二酸化炭素供給装置と、
    　前記液化水素供給装置から供給される前記液化水素を水素ガスに気化させる第１気化器と、
    　前記液化二酸化炭素供給装置から供給される前記液化二酸化炭素を炭酸ガスに気化させる第２気化器と、
    　隣接立地されたプラントの冷却装置で排熱を熱移動された冷却水を気化用水として、あるいは隣接する水域から汲み上げられた海水または水を気化用水として供給する気化用水供給装置と、
    　前記第１流量の前記液化水素を第１圧力、第１温度の前記水素ガスに気化させるために必要な第１熱量を前記気化用水にて前記第１気化器に供給するとともに、前記第２流量の前記液化二酸化炭素を第２圧力、第２温度の前記炭酸ガスに気化させるために必要な第２熱量を前記気化用水にて前記第２気化器に供給する気化用熱移送装置と、
    　前記第１気化器および前記第２気化器に連通されて前記水素ガスと前記炭酸ガスとが混合ガスとして供給され、内部に充填された水素化反応触媒下で前記水素ガスと前記炭酸ガスとを水素化反応させて前記炭化水素を含む反応ガスを生成して送出する反応管、および熱媒体が循環され前記水素化反応で生じる反応熱を前記反応ガスから前記熱媒体に熱移動させて前記反応管内部を水素化触媒が活性を示す温度に維持する冷却部を備える水素化反応器と、
    　前記熱媒体が循環され前記反応熱を利用する熱利用部と、
    　を備えた気化利用炭化水素製造システム。
  6. 　水素と二酸化炭素から炭化水素を製造する炭化水素製造システムであって、
    　前記水素および前記二酸化炭素の一方を液体状態の液化原料として第３流量で供給する液化原料供給装置と、
    　前記水素および前記二酸化炭素の他方を気体状態の他方原料ガスとして第４流量、第４圧力および第４温度で供給する他方原料ガス供給装置と、
    　前記液化原料供給装置から供給される前記液化原料を一方原料ガスに気化させる第３気化器と、
    　隣接立地されたプラントの冷却装置で排熱を熱移動された冷却水を気化用水として、あるいは隣接する水域から汲み上げられた海水または水を気化用水として供給する気化用水供給装置と、
    　前記第３流量の前記液化原料を第３圧力、第３温度の前記一方原料ガスに気化させるために必要な第３熱量を前記気化用水にて前記第３気化器に供給する気化用熱移送装置と、
    　前記第３気化器および前記他方原料ガス供給装置に連通されて前記一方原料ガスと前記他方原料ガスとが水素ガスおよび炭酸ガスを成分とする混合ガスとして供給され、内部に充填された水素化触媒下で前記水素ガスと前記炭酸ガスとを水素化反応させて前記炭化水素を含む反応ガスを生成して送出する反応管、および熱媒体が循環され前記水素化反応で生じる反応熱を前記反応ガスから前記熱媒体に熱移動させて前記反応管内部を水素化触媒が活性を示す温度に維持する冷却部を備える水素化反応器と、
    　前記熱媒体が循環され前記反応熱を利用する熱利用部と、
    　を備えた気化利用炭化水素製造システム。
  7. 　水素と二酸化炭素から炭化水素を製造する炭化水素製造システムであって、
    　液化水素を第１流量で供給する液化水素供給装置と、
    　炭酸ガスを第５流量で供給する炭酸ガス投入装置と、
    　前記液化水素供給装置から供給される前記液化水素と前記炭酸ガス投入装置から供給される前記炭酸ガスとの間で熱交換して前記第１流量の前記液化水素を第１圧力、第１温度の水素ガスに気化させるとともに、前記炭酸ガスを低温炭酸ガスに冷却する第１気化器と、
    　前記低温炭酸ガスが供給されて液化二酸化炭素に液化させる炭酸ガス液化装置と、
    　前記炭酸ガス液化装置から供給された前記液化二酸化炭素を前記第１流量に対して所定割合の第２流量で供給する液化二酸化炭素供給装置と、
    　前記液化二酸化炭素供給装置から供給される前記液化二酸化炭素を炭酸ガスに気化させる第２気化器と、
    　隣接立地されたプラントの冷却装置で排熱を熱移動された冷却水を気化用水として、あるいは隣接する水域から汲み上げられた海水または水を気化用水として供給する気化用水供給装置と、
    　前記第２流量の前記液化二酸化炭素を第２圧力、第２温度の炭酸ガスに気化させるために必要な第２熱量を前記気化用水にて前記第２気化器に供給する気化用熱移送装置と、
    　前記第１気化器および前記第２気化器に連通されて前記水素ガスと前記気化された炭酸ガスとが混合ガスとして供給され、内部に充填された水素化反応触媒下で前記水素ガスと前記炭酸ガスとを水素化反応させて前記炭化水素を含む反応ガスを生成して送出する反応管、および熱媒体が循環され前記水素化反応で生じる反応熱を前記反応ガスから前記熱媒体に熱移動させて前記反応管内部を水素化触媒が活性を示す温度に維持する冷却部を備える水素化反応器と、
    　前記熱媒体が循環され前記反応熱を利用する熱利用部と、
    　を備えた気化利用炭化水素製造システム。
  8. 　前記水素化反応器の上流側に接続され、前記反応管に供給される前記水素ガスと前記炭酸ガスとを前記混合ガスとして混合した後に前記水素化反応器に供給する混合器を備えた請求項１乃至７のいずれか１項に記載の気化利用炭化水素製造システム。
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