(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
余剰電気エネルギを使用して排ガス中の二酸化炭素を天然ガスに変換する方法であって、
1)  再生可能エネルギ発電から生じるとともに、貯蔵またはグリッド接続の障害となる余剰電気エネルギに変圧および整流を行い、余剰電気エネルギを電解質溶液に導入して内部の水をH2およびO2に電解し、H2から水分を除去する工程と、
2)  工業排ガスを浄化してその中のCO2を分離し、捕集されたCO2を精製する工程と、
3)  工程1で生成されたH2および工程2で捕集されたCO2を少なくとも一次固定床反応器と二次固定床反応器を含む合成装置に送ることにより、H2およびCO2の触媒作用下でのメタン化強発熱反応によって、CH4および水蒸気が主成分である高温混合ガスを生成する工程と、
4)  工程3で生じた高温混合ガスを利用してプロセス水との間接熱交換を行い、過熱水蒸気を生成する工程と、
5)  工程4で生成された過熱水蒸気を作動中のタービン発電機に送り、電気エネルギを生成し、電気エネルギを変圧、整流、並びに水電解のために工程1に戻す工程と、
6)  CH4の含有量が標準に適する天然ガスが得られるまで、熱交換により冷却された工程4の混合ガスを凝縮および乾燥させる工程と
を含み、
工程３において、前記一次固定床反応器は、入口温度が250〜300℃、反応圧力が3〜4Mpa、出口温度が600〜700℃に保持され、前記二次固定床反応器は、入口温度が250〜300℃、反応圧力が3〜4Mpa、出口温度が350〜500℃に保持され、
さらに工程3において、前記一次固定床反応器からの高温混合ガスの一部は迂回させられて冷却、水分除去、圧縮、加熱され、次に新鮮なH2およびCO2と混合されることにより、CO2の体積含有量が6〜8％になった後に前記一次固定床反応器に送り戻される方法。
【請求項２】
工程1において、前記再生可能エネルギは太陽エネルギ、水力エネルギ、風力エネルギ、またはそれらの組み合わせから選択される、請求項１の余剰電気エネルギを使用して排ガス中の二酸化炭素を天然ガスに変換する方法。
【請求項３】
工程1において、前記電解質溶液は密度が1.2〜1.4 kg/m3である水酸化カリウム溶液であり、前記電解質溶液の反応温度は90±2℃に制御される、請求項１の余剰電気エネルギを使用して排ガス中の二酸化炭素を天然ガスに変換する方法。
【請求項４】
工程4において、最初にプロセス水が加熱されて過熱水が生成され、次に水蒸気に変換され、最後に水蒸気が過熱水蒸気に変換される、請求項１または２または３の余剰電気エネルギを使用して排ガス中の二酸化炭素を天然ガスに変換する方法。
【請求項５】
工程5において、前記タービン発電機の駆動により生成された排気は水に凝縮されてから、プロセス水ラインに送り戻されて再利用される、請求項１または２または３の余剰電気エネルギを使用して排ガス中の二酸化炭素を天然ガスに変換する方法。
【請求項６】
工程6において、前記混合ガスからの凝縮水はプロセス水ラインに送り戻されて再利用される、請求項１または２または３の余剰電気エネルギを使用して排ガス中の二酸化炭素を天然ガスに変換する方法。
【請求項７】
余剰電気エネルギを使用して二酸化炭素を天然ガスに変換する装置であって、変圧・整流器(1)と、電解槽(2)と、タービン発電機(4)と、二酸化炭素加熱器(21)と、一次固定床反応器(13)と、二次固定床反応器(11)と、天然ガス凝縮器(8)と、プロセス水ライン(3)とを含み、前記変圧・整流器(1)の出口は前記電解槽(2)の出力インタフェースと連結され、前記電解槽(2)の陰極の気液出口は水素分離器(18)の気液入口と連結され、前記水素分離器(18)の液体出口は前記電解槽(2)陰極の液体還流口と連結され、前記水素分離器(18)のH2出口は水素冷却器(17)の入口と連結され、前記水素冷却器(17)の出口および二酸化炭素加熱器(21)の出口の両方が前記一次固定床反応器(13)の入口と連結され、前記一次固定床反応器(13)の出口は過熱器(6)および一次熱交換器(7)の混合ガスラインを介して前記二次固定床反応器(11)の入口と連結され、前記二次固定床反応器(11)の出口は二次熱交換器(10)および予熱器(9)の混合ガスラインを介して前記天然ガス凝縮器(8)の入口と連結され、前記プロセス水ライン(3)は前記予熱器(9)の水性媒体入口と連結され、前記予熱器(9)の水性媒体出口は蒸気ポケット(12)を介して前記過熱器(6)の蒸気入口と連結され、前記過熱器(6)の蒸気出口はタービン発電機(4)の蒸気入口と連結され、前記タービン発電機(4)の電気出口は前記変圧・整流器(1)の入口と連結され、
前記一次熱交換器(7)の混合ガス出口には循環熱交換器(16)の熱媒体入口と連結されるバイパスが設けられ、前記循環熱交換器(16)の熱媒体出口は循環冷却器(15)を介して循環圧縮器(14)の入口と連結され、前記循環圧縮器(14)の出口は前記循環熱交換器(16)の加熱媒体入口と連結され、前記循環熱交換器(16)の加熱媒体出口は前記一次固定床反応器(13)の入口と連結される装置。
【請求項８】
前記一次固定床反応器(13)および二次固定床反応器(11)の間に中間固定床反応器(22)が設けられ、前記中間固定床反応器(22)の入口は前記一次熱交換器(7)の混合ガス出口と連結され、前記中間固定床反応器(22)の出口は中間熱交換器(23)を介して前記二次固定床反応器(11)の入口と連結される、請求項７の余剰電気エネルギを使用して二酸化炭素を天然ガスに変換する装置。
【請求項９】
前記タービン発電機(4)の排気出口は排気凝縮器(5)を介して前記プロセス水ライン(3)と連結される、請求項７の余剰電気エネルギを使用して二酸化炭素を天然ガスに変換する装置。
【請求項１０】
前記プロセス水ライン(3)は前記水素分離器(18)の気液入口と連結される、請求項７の余剰電気エネルギを使用して二酸化炭素を天然ガスに変換する装置。
【請求項１１】
前記天然ガス凝縮器(8)の凝縮水出口は前記予熱器(9)の水性媒体入口と連結される、請求項７の余剰電気エネルギを使用して二酸化炭素を天然ガスに変換する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽エネルギ、水力エネルギ、風力エネルギなどの再生可能エネルギの生成から生じる余剰電気エネルギによる工業排ガスのエネルギ変換技術に関し、特に、余剰電気エネルギにより排ガス中の二酸化炭素を天然ガスに変換する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、地球上での標準的な石炭の年間合計エネルギ消費量は160億トンを超えているが、石炭、石油、天然ガスなどの化石燃料が90％より多くを占めており、中国も例外ではなく、極めて多量の二酸化炭素が排出されている。21世紀以降、人類が直面する最大の課題の一つには、二酸化炭素の大量排出により生じる温室効果があり、地球温暖化、気候変動、並びに生態系、経済および社会に包括的な影響をもたらす地球環境問題などが生じている。2010年には、全世界の二酸化炭素排出量は306億トンよりも多くに増加し、中国は最大の二酸化炭素排出国となったが、排出量は未だ増加している。人々は、地球規模でのエネルギ不足や、二酸化炭素の排出により生じる一層深刻な環境問題に直面しており、これらの問題を解決する方法を探っている。
【０００３】
上記の課題を解決するために、再生可能エネルギの利用がこれまでになく広がっている。中国での不完全な統計によると、昨今では、一次エネルギ合計消費量における水力、原子力、風力、太陽エネルギなどの非化石エネルギの割合は、年ごとに増加しており、第12次五カ年計画の間に、現在の8.3％から11.4％に増加し、2020年までに非化石エネルギの一次エネルギ消費量に占める割合は15％に達することが予想される。この目標を達成するためには、再生可能エネルギを発展させることが不可避である。
【０００４】
しかし、2011年に中国国家電力監督管理委員会により発行された「風力発電および太陽光発電に関する情況管理報告」によれば、過去半年間で、中国国内の人によって使用されなかった風力発電量は27.76億度にもなる。国家電力監督管理委員会が示すところによると、具体的な風力送出や風力処理計画の欠如に起因して、大規模な風力送出と処理の間における矛盾が一層大きくなっており、グリッド接続障害が、風力発電の発展を制限する重要な課題となっている。
【０００５】
水力発電では、中国は500,000kW以上の水力発電ステーションを28台も建設しており、合計設備容量は5098万kWになる。2010年には中国において、12台の主要水力発電基地（既存のものを含む）の計画されている合計設備容量は2億523万2000kWであり、年間発電量は9458.8億kW・hであった。雨季の水力発電計画では、発電容量は充分ではあるが、雨季の多くの電力を送出することは不可能であることから、接続電力価格が極めて安価になり、また電気エネルギの損失や設備の停止が生じることになる。
【０００６】
太陽光発電では、2010年に中国において、太陽光発電市場における設備容量は400兆kWに達しており、全世界の設備容量の3％を占める。中国国家エネルギ局の計画では、中国における太陽エネルギの設備容量は、2015年までに1000万kWより多くに達し、2020年までに4000万kWより多くに達すると予想される。しかし、その中の一部の電気エネルギは、グリッド接続のボトルネック問題を抱えることになる。
【０００７】
当該技術分野に属する通常の知識を有する者は、常に、上述の再生可能エネルギ発電から生じる余剰電気エネルギをいかにして完全に利用するか、またさらにエネルギの節約、排出削減、温室効果の低減といった目標をいかにして有効に実現するかといった課題を解決しようとしてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、グリッド接続の障害、短期間の余剰電気エネルギの蓄積困難などの再生可能エネルギの生成における欠点を解消するとともに、化石エネルギによる発電が温室効果ガスによって引き起こされる環境汚染をもたらすといった課題を解決するものであり、排ガス中の二酸化炭素を余剰電気エネルギにより天然ガスに変換する方法および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明は、排ガス中の二酸化炭素を余剰電気エネルギにより天然ガスに変換するように構成され、その重要な概念としては、最初に、余剰電気エネルギを使用して、水電解により水素を生成し、次に水素および工業排ガスから捕集された二酸化炭素の間のメタン化反応により、貯蔵または搬送が容易な天然ガスを合成する。これにより、工業排ガスから排出された二酸化炭素の合理的な利用も促される。本方法は、以下の工程を含む。
【００１０】
1)  再生可能エネルギ発電から生じ、貯蔵またはグリッド接続の障害となる余剰電気エネルギに変圧および整流を行い、電解質溶液に投入して、その中の水をH2およびO2に電解し、H2から水分を除去する工程。
【００１１】
2)  工業排ガスを浄化して中のCO2を分離するとともに、捕集されたCO2を精製処理する工程。
【００１２】
3)  工程1で生成されたH2および工程2で捕集されたCO2を少なくとも一次固定床反応器と二次固定床反応器を含む合成装置に送ることにより、H2およびCO2の触媒作用下でのメタン化強発熱反応によって主要成分であるCH4および水蒸気を含む高温混合ガスを発生させる工程。
【００１３】
4)  工程3で生成された高温混合ガスを利用して、プロセス水と間接熱交換を行い、過熱水蒸気に変換する工程。
【００１４】
5)  工程4で生成された過熱水蒸気をタービン発電機に送り、電気エネルギを生成するとともに、変圧・整流および水電解のために電気エネルギを工程１に戻す工程。
【００１５】
6)  熱交換により冷却された工程４の混合ガスを凝縮および乾燥させて、CH4の含有量が標準に適する天然ガスを得る工程。天然ガス（SNG）は、加圧搬送により既存の天然ガス配管網に送られ、或いは輸送用に液化天然ガス（LNG）に圧縮される。
【００１６】
また、前記工程1において、再生可能エネルギは、太陽エネルギ、水力エネルギ、風力エネルギ、またはそれらの組み合わせから選択される。これらの再生可能エネルギは、最も環境に優しく、安価で安全である。電解質溶液は、好適には密度が1.2〜1.4 kg/m3である水酸化カリウム溶液または同様な他の溶液である。電解質溶液の反応温度は90 ± 2°Cに制御され、水電解の反応機構は次の化学式１のとおりである。純水と比べて、電解質溶液は電解反応温度が著しく低く、電力消費量が節約される。得られたH2およびO2の水分除去および冷却後に、H2を次の工程での反応に利用する一方、O2は他の用途のための副産物となる。
［化学式１］
2H2O = 2H2↑ + O2↑
【００１７】
また、前記工程3において、前記一次固定床反応器は、入口温度が250〜300℃、反応圧力が3〜4Mpa、出口温度が600〜700℃に保持され、前記二次固定床反応器は、入口温度が250〜300℃、反応圧力が3〜4Mpa、出口温度が350〜500℃に保持される。 H2およびCO2のメタン化反応機構は次の化学式２のとおりである。特定の作用において、概ねH2とCO2の体積比が4：1である混合物は、ニッケル系触媒または同様の触媒の存在下での強発熱反応のために固定床反応器に送られる一方、多量の熱を放出することにより、得られる混合ガスの温度が大きく改善する。少なくとも２段階の固定床反応器が設けられると、H2およびCO2の完全反応が確実に行われるとともに、H2の利用効率が改善する。
［化学式２］
4H2 + CO2 = CH4 + 2H2O + 4160Kj/kg・CO2
【００１８】
また、前記工程3において、一次固定床反応器からの高温混合ガスは一部が迂回させられて、冷却、水分除去、圧縮、加熱され、次に新鮮なH2およびCO2と混合されることにより、混合ガスは、CO2の体積含有量が6〜8％となった後に一次固定床反応器に戻される。このようにして、一方では、新鮮なH2およびCO2が戻される高温ガスで予熱されてエネルギ消費量が節約され、また他方では、CO2の体積含有量を調節することにより反応熱が制御されるので、固定床反応器の最高出口温度が制御されて、触媒が許容温度で非活性化させられることがなく、固定床反応器の安定した作用が確実に行われる。
【００１９】
また、前記工程4において、最初にプロセス水が加熱されて過熱水とされてから水蒸気に変換され、最後に水蒸気が変換されて過熱水蒸気が生成される。このようにして、プロセス水は連続的、安定的且つ確実に変換されて過熱水蒸気が生成されるので、タービン発電機が常に連続的に発電を行うことが可能となる。このようにして生成された電気エネルギは、水電解に連続して使用されるので、メタン化反応により生じた高熱を十分に利用し、再生可能エネルギの変換効率が改善する。
【００２０】
また、前記工程5において、駆動されたタービン発電機により発生する排気は凝縮されて水にされてから、プロセス水ラインに戻されて再利用されるので、プロセス水の利用効率が効果的に改善されるとともに、水資源が節約される。
【００２１】
また、前記工程6において、混合ガスからの凝縮水はプロセス水ラインに戻されて再利用されるので、プロセス水の利用効率が効果的に改善されるとともに、水資源が節約される。
【００２２】
上記目的を達成するために、本発明はまた、余剰電気エネルギを使用して二酸化炭素を天然ガスに変換する装置を提供する。本装置は変圧・整流器と、電解槽と、タービン発電機と、二酸化炭素加熱器と、一次固定床反応器と、二次固定床反応器と、天然ガス凝縮器と、プロセス水ラインを含む。その特別な機能において、変圧・整流器の出口が電解槽の電力インタフェースと連結され、電解槽の陰極の気液出口が水素分離器の気液入口と連結され、水素分離器の液体出口が電解槽陰極の液体還流口と連結され、水素分離器のH2出口が水素冷却器の入口と連結され、水素冷却器出口および二酸化炭素加熱器出口の両方が一次固定床反応器の入口と連結され、一次固定床反応器の出口が過熱器および一次熱交換器の混合ガスラインを介して二次固定床反応器の入口と連結され、二次固定床反応器の出口が二次熱交換器および予熱器の混合ガスラインを介して天然ガス凝縮器の入口と連結される。プロセス水ラインは予熱器の水性媒体入口と連結され、予熱器の水性媒体出口は蒸気ポケットを介して過熱器の蒸気入口と連結され、過熱器の蒸気出口はタービン発電機の蒸気入口と連結され、タービン発電機の電気出口は変圧・整流器の入口と連結される。
【００２３】
好適には、一次熱交換器の混合ガス出口には、循環熱交換器の熱媒体入口と連結されるバイパスも設けられており、循環熱交換器の熱媒体出口は循環冷却器を介して、循環圧縮器の入口と連結され、循環圧縮器の出口は循環熱交換器の加熱媒体入口と連結され、循環熱交換器の加熱媒体出口は一次固定床反応器の入口と連結される。このようにして、反応によって生成される高温の混合ガスの一部分が自己循環により、一次固定床反応器に再流入するので、新鮮なH2およびCO2を予熱することができ、エネルギ消費量を低減させると共に反応の継続を可能にする。
【００２４】
好適には、一次固定床反応器および二次固定床反応器の間に中間固定床反応器が設けられる。中間固定床反応器の入口は一次熱交換器の混合ガス出口と連結され、中間固定床反応器の出口は中間熱交換器を介して二次固定床反応器の入口と連結される。このようにして、実際には３段階の固定床反応器が設けられるので、原料が完全に反応するまで、H2およびCO2のメタン化反応率が段階毎に割り当てられる。同時に、固定床反応器の温度が段階毎に低下させられるので、様々な質（温度、圧力）の蒸気を得ることができるとともに、タービン発電機の要求を満たすことができる。
【００２５】
また、前記タービン発電機の排気出口は排気凝縮器を介してプロセス水ラインと連結されるので、水資源が節約できるとともに、プロセス水の利用率が改善される。
【００２６】
また、前記プロセス水ラインは水素分離器の気液入口と連結される。このようにして、水は水素分離器により電解槽に送られて、電解反応工程における水の損失を補うとともに、水電解工程から生じる熱を冷却する。
【００２７】
また、前記天然ガス凝縮器の凝縮水出口は予熱器の水性媒体入口と連結されることにより、水資源が節約されるとともに、プロセス水の利用率が改善される。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の効果は以下のとおりである。
【００２９】
第１に、太陽エネルギ、水力エネルギ、風力エネルギなどの再生可能エネルギ発電から生じる余剰電気エネルギによる水電解によって生じる水素と、工業排ガスから捕集された二酸化炭素はメタン化反応を介して、貯蔵や搬送に便利なメタン燃料（即ち、天然ガスの主要成分）に変換される。このようにして、メタン燃料は簡易に既存の天然ガス配管網に導入され、また、タンカーによる輸送のために圧縮されて液化天然ガスとされてもよいので、上述の余剰電気エネルギによるグリッド接続の障害、或いは短期間の余剰電気エネルギの貯蔵が困難であるといった問題が有効に解消される。
【００３０】
第２に、水素および二酸化炭素を使用するメタン化工程において、排ガス中の多量の二酸化炭素が利用されるので、二酸化炭素の排出低減の目的が達成され、化石燃料から生じる多量の二酸化炭素の排出低減といった課題が解決されるとともに、多大な経済的利益や社会的利益がもたらされる。
【００３１】
第３に、水素および二酸化炭素のメタン化反応は強発熱反応であり、工程中に多量の熱エネルギが放出され、熱エネルギを使用して高温過熱蒸気が生成されて発電が継続され、次に電気エネルギを使用して水電解の循環が行われることから、再生可能エネルギの変換効率が大きく改善される。
【００３２】
第４に、水素および二酸化炭素のメタン化反応の最終生成物において、メタンおよび水蒸気のみが天然ガス燃料として存在し、他の有害な副産物は得られないので、天然ガスの品質が保証されるだけでなく、温室効果ガスにより引き起こされる環境汚染も低減する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】余剰電気エネルギにより排ガス中の二酸化炭素を天然ガスに変換する装置の構造図。
【図２】余剰電気エネルギにより排ガス中の二酸化炭素を天然ガスに変換する別の装置の構造図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の方法および装置を、以下の図面および特定の実施形態を参照して、更に詳細に説明する。
【実施例１】
【００３５】
図１に示すとおり、余剰電気エネルギにより二酸化炭素を天然ガスに変換する装置は、主に、変圧・整流器1と、電解槽2と、タービン発電機4と、二酸化炭素加熱器21と、一次固定床反応器13と、二次固定床反応器11と、天然ガス凝縮器8と、プロセス水ライン3を含む。変圧・整流器1の出口は電解槽2の電力インタフェースと連結される。電解槽2の陽極の気液出口は酸素分離器20の気液入口と連結され、酸素分離器20の液体出口は電解槽2の陽極の液体還流口と連結され、酸素分離器20のO2出口は酸素冷却器19の入口と連結され、酸素冷却器19の出口はO2圧力式タンカーまたは充填装置（図示なし）と連結され、他の工業用途に用いる。電解槽2の陰極の気液出口は水素分離器18の気液入口と連結され、水素分離器18の気液入口はまたプロセス水ライン3とも連結されて水の損失を補充する。水素分離器18の液体出口は電解槽2の陰極の液体還流口と連結され、水素分離器18のH2出口は水素冷却器17の入口と連結され、水素冷却器17の出口は二酸化炭素加熱器21の出口と連結されるとともに、一次固定床反応器13の入口とも連結されて、新鮮なH2およびCO2を一次固定床反応器13に送る。
【００３６】
一次固定床反応器13の出口は、過熱器6および一次熱交換器7の混合ガスラインを連続して介して、二次固定床反応器11の入口と連結される。一次熱交換器7の混合ガス出口には、循環熱交換器16の熱媒体入口と連結されたバイパスも設けられており、循環熱交換器16の熱媒体出口は、循環冷却器15を介して、循環圧縮器14の入口と連結され、循環圧縮器14の出口は循環熱交換器16の加熱媒体入口と連結され、循環熱交換器16の加熱媒体出口は一次固定床反応器13の入口と連結される。
【００３７】
二次固定床反応器11の出口は、二次熱交換器10および予熱器9の混合ガスラインを介して、天然ガス凝縮器8の入口と連結される。プロセス水ライン3は予熱器9の水性媒体入口と連結され、予熱器9の水性媒体出口は、蒸気ポケット12を介して、過熱器6の蒸気入口と連結され、過熱器6の蒸気出口は、タービン発電機4の蒸気入口と連結され、タービン発電機4の排気出口は、排気凝縮器5を介してプロセス水ライン3と連結され、タービン発電機4の電気出口は変圧・整流器1の入口と連結されて、電解水に電力を供給する。また、天然ガス凝縮器8の凝縮水出口は、予熱器9の水性媒体入口（図示なし）と連結されて、凝縮水をシステムに戻して再利用してもよい。
【００３８】
余剰電気エネルギを利用して排ガス中の二酸化炭素を天然ガスに変換する装置の工程フローは以下のとおりである。
【００３９】
例えば太陽エネルギ、水力エネルギ、風力エネルギなどの再生可能エネルギ発電所から生じる余剰電気エネルギを、変圧・整流器1を介して要求される電流に変換して、電解槽2に作用電力を供給する。密度が1.2〜1.4 kg/m3である水酸化カリウム溶液を電解質溶液として電解槽2に使用し、反応温度を90 ± 2℃に制御する。ここで、電解槽2の陽極および陰極夫々が、電解質溶液が備えるO2およびH2を生成する。生成されたO2から酸素分離器20により電解質溶液を分離し、電解槽2に送り戻して更に反応に加える。その後、O2を酸素冷却器19で45℃程度に冷却して水分を除去し、次に圧力式タンカーまたは充填装置に送り、工業用途で用いる。生成されたH2から水素分離器18により電解質溶液を分離し、電解槽2に送り戻して更に反応に加える。その後、H2を水素冷却器17で45℃程度に冷却して水分を除去し、更に次工程において反応に入る。電解における水分損失はプロセス水ライン3を介して水素分離器18に導入され、次に電解槽2に補充されるとともに、水電解工程で生成される熱を冷却するためにも使用される。
【００４０】
また、排ガスから捕集されたCO2は精製され、二酸化炭素加熱器21に導入され、加熱され、水分除去により精製されたH2と共に、H2とCO2の体積比が4：1となるように新鮮な気体に混合され、メタン化強発熱反応を行うために一次固定床反応器13に送られる。H2およびCO2のメタン化の反応熱を制御するために、二酸化炭素加熱器21に一定量のCH4を、体積比が概ねH2：CO2：CH4＝4：1：0.5で加えてもよい。CH4の添加は反応が安定した後に停止してもよい。一次固定床反応器13は、入口温度が250〜300℃、反応圧力が3〜4Mpa、出口温度が600〜700℃に保持される。ニッケル系触媒が存在する場合には、殆どのH2はCO2と反応して、CH4および水蒸気の高温混合ガスが生成される。高温混合ガスを過熱器6および一次熱交換器7を連続して介して250〜300℃に冷却し、次に２部分に分割する。ここで、高温混合ガスの一部を循環熱交換器16の熱媒体ラインを介して循環冷却器15に流入させ、熱交換後に30〜40℃に冷却し、循環圧縮器14により3〜4Mpaに圧力を上げるとともに180〜200℃に加熱し、最後に循環熱交換器16の加熱媒体ラインを通り250〜300℃に更に加熱し、混合ガス中のCO2の体積含有量が6〜8％となるように、新鮮なH2およびCO2と混合する。混合ガスを一次固定床反応器13に送り、このサイクルを繰り返す。上述の循環において、新鮮なH2およびCO2を予熱することにより、エネルギ消費を大幅に低減させるとともに、一次固定床反応器13の出口温度を制御することができる。高温混合ガスの別の部分は二次固定床反応器11に導入され、入口温度が250〜300℃、反応圧力が3〜4Mpa、出口温度が350〜500℃に保持されることにより、内部の未反応H2およびCO2は、全ての原料が完全に反応するまで、メタン化強発熱反応を継続して完了させる。
【００４１】
二次固定床反応器11からのCH4および水蒸気の高温混合ガスを、二次熱交換器10および予熱器9を介して冷却し、更に天然ガス凝縮器8を介して冷却し、ここで気体CH4は45〜50℃に冷却されて、天然ガス凝縮器8の気体出口から流出させる。純度が94％よりも高いCH4を圧縮してSNG／LNG（天然ガス／液化天然ガス）にしてから、配管を介して既存の配管網／タンカーに送り、貯蔵および使用する一方で、内部の凝縮水を天然ガス凝縮器8の凝縮水出口から流出させ、予熱器9の水性媒体入口に送り再利用する。
【００４２】
上記メタン化強発熱反応工程において、プロセス水をプロセス水ライン3を介して予熱器9に導入し、内部熱交換により加熱して過熱水にする。過熱水を配管を介して蒸気ポケット12に送り、蒸発させて水蒸気にする。水蒸気を配管を介して過熱器6に送り、更なる加熱による所定の圧力下で、過熱水蒸気に変換する。過熱水蒸気を配管を介してタービン発電機4に流入させ、高速の過熱水蒸気はタービン発電機4を駆動し、ブレードを回転させて発電を行い、生成された電気エネルギは変圧・整流器1に戻されて変圧、整流され、更に水電解に使用して、メタン化強発熱反応における排熱を十分に利用する。発電のためにタービン発電機が駆動された後に生成された排気は排気凝縮器5に送られ、水に凝縮されて、プロセス水ライン3に送り戻されて再利用される。
【実施例２】
【００４３】
図２に示すとおり、余剰電気エネルギにより二酸化炭素を天然ガスに変換する別の装置は、実施例１のものと基本的に同様の構造および工程フローを有するが、一次固定床反応器13および二次固定床反応器11の間に中間固定床反応器22を設ける点が異なる。中間固定床反応器22の入口は一次熱交換器7の混合ガス出口と連結され、中間固定床反応器22の出口は中間熱交換器23を介して二次固定床反応器11の入口と連結される。このようにして、三段階固定床反応器が設けられることにより、H2およびCO2のメタン化反応率が３段階に分配されるとともに、原料の完全反応が確実に行われる。同時に、三段階固定床反応器の入口および出口温度を連続して低下させることができるので、対応する質（温度、圧力）の蒸気が得られるとともに、タービン発電機4の要件が満たされる。
【符号の説明】
【００４４】
１    変圧・整流器
２    電解槽
３    プロセス水ライン
４    タービン発電機
５    排気凝縮器
６    過熱器
７    一次熱交換器
８    天然ガス凝縮器
９    予熱器
１０  二次熱交換器
１１  二次固定床反応器
１２  蒸気ポケット
１３  一次固定床反応器
１４  循環圧縮器
１５  循環冷却器
１６  循環熱交換器
１７  水素冷却器
１８  水素分離器
１９  酸素冷却器
２０  酸素分離器
２１  二酸化炭素加熱器
２２  中間固定床反応器
２３  中間熱交換器
【図１】
0005959036.tif 000002
【図２】
0005959036.tif 000003