(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス田から排出される二酸化炭素を削減可能なメタンの生成方法及びメタン生成システムを提供する。【解決手段】ガス田にて発生した二酸化炭素と、水素とを反応させてメタンを生成するメタンの生成方法。好ましくは、該水素として二酸化炭素フリー水素を用いる該メタンの生成方法。より好ましくは、該二酸化炭素フリー水素は、水電解により生成され、メタンの生成により副生される水を係る水電解に用いる、該メタンの生成方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス田にて発生した二酸化炭素と、水素とを反応させてメタンを生成するメタンの生成方法。
【請求項２】
前記水素として二酸化炭素フリー水素を用いる請求項１に記載のメタンの生成方法。
【請求項３】
前記二酸化炭素フリー水素は、水電解により生成され、
メタンの生成により副生される水を前記水電解に用いる請求項２に記載のメタンの生成方法。
【請求項４】
二酸化炭素を発生するガス田と、
水電解により二酸化炭素フリー水素を生成する水電解装置と、
前記ガス田にて発生した二酸化炭素と、前記二酸化炭素フリー水素とを反応させてメタンを生成するメタン生成手段と、を備え、
前記メタン生成手段にて副生される水を前記水電解装置に供給するメタン生成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタンの生成方法及びメタン生成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、発電機における燃焼によって生じる排出ガス中の二酸化炭素と、脱水素反応装置から生じる水素とからメタネーション反応により、メタンを生成することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−５１９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ガス田にて天然ガスを生成する際、ガス層等に含まれる二酸化炭素が排出されるため、排出された二酸化炭素の処分が求められている。
【０００５】
本発明は、ガス田から排出される二酸化炭素を削減可能なメタンの生成方法及びメタン生成システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題は、例えば以下の手段により解決される。
＜１＞  ガス田にて発生した二酸化炭素と、水素とを反応させてメタンを生成するメタンの生成方法。
【０００７】
本形態のメタンの生成方法では、ガス田にて発生した二酸化炭素を水素と反応させることによりメタンを生成する。これにより、ガス田から排出される二酸化炭素をメタンの生成に有効活用することができ、かつ、天然ガス生産地での二酸化炭素排出を抑制することができる。
【０００８】
＜２＞  前記水素として二酸化炭素フリー水素を用いる＜１＞に記載のメタンの生成方法。
【０００９】
本形態のメタンの生成方法では、メタン生成の原料として二酸化炭素フリー水素を用いている。そのため、原料である水素の生成にて二酸化炭素が発生せず、原料を考慮したトータルの二酸化炭素の排出も削減することができる。
【００１０】
＜３＞  前記二酸化炭素フリー水素は、水電解により生成され、メタンの生成により副生される水を前記水電解に用いる＜２＞に記載のメタンの生成方法。
【００１１】
本形態のメタンの生成方法では、メタンの生成により副生される水を水電解に利用してメタン生成用の水素を生成している。したがって、水電解に供する水を削減することができる。
【００１２】
＜４＞  二酸化炭素を発生するガス田と、水電解により二酸化炭素フリー水素を生成する水電解装置と、前記ガス田にて発生した二酸化炭素と、前記二酸化炭素フリー水素とを反応させてメタンを生成するメタン生成手段と、を備え、前記メタン生成手段にて副生される水を前記水電解装置に供給するメタン生成システム。
【００１３】
本形態のメタン生成システムは、ガス田にて発生した二酸化炭素を水電解により生成された二酸化炭素フリー水素と反応させることによりメタンを生成する。これにより、ガス田から排出される二酸化炭素をメタンの生成に有効活用することができ、かつ、天然ガス生産地での二酸化炭素排出を抑制することができる。更に、メタン生成の原料として二酸化炭素フリー水素を用いることにより、原料を考慮したトータルの二酸化炭素の排出も削減することができる。また、メタンの生成により副生される水を水電解に利用してメタン生成用の水素を生成しているため、水電解に供する水も削減することが可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ガス田から排出される二酸化炭素を削減可能なメタンの生成方法及びメタン生成システムを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本開示において、「二酸化炭素フリー水素」とは、二酸化炭素を新たに発生させないとみなせるエネルギー（例えば、再生可能エネルギー、原子力エネルギー）を用いて生成された水素を指す。
【００１６】
［メタンの生成方法］
以下、本発明のメタンの生成方法の一実施形態について説明する。本実施形態のメタンの生成方法は、ガス田にて発生した二酸化炭素と、水素とを反応させてメタンを生成する方法である。
【００１７】
本実施形態のメタンの生成方法では、ガス田にて発生した二酸化炭素を水素と反応させることによりメタンを生成する。これにより、ガス田から排出される二酸化炭素をメタンの生成に有効活用することができ、かつ、天然ガス生産地での二酸化炭素排出を抑制することができる。
【００１８】
ガス田としては、天然ガスを埋蔵する地域、又は天然ガスを産出する地域が挙げられる。ガス田では、メタンを主成分とする天然ガスを生成する際にガス層等に含まれる二酸化炭素が排出され、あるいは、生成された天然ガス中の不要なガスを分離する際に二酸化炭素が排出される。
【００１９】
本実施形態では、ガス田にて発生した二酸化炭素を水素と反応させることによりメタンが生成される。メタンの生成反応（メタネーション反応）は以下の反応式（１）で表される。
ＣＯ２＋４Ｈ２→ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ・・・（１）
【００２０】
メタネーション反応に用いる二酸化炭素としては、ガス田以外にて発生した二酸化炭素を併用してもよい。例えば、各種工場、廃棄物処理施設、火力発電所等の発電所、熱利用施設、都市インフラ設備などにて発生する二酸化炭素をガス田にて発生した二酸化炭素と併用してもよい。
【００２１】
メタネーション反応に用いる水素としては、二酸化炭素フリー水素を用いることが好ましい。これにより、原料である水素の生成にて二酸化炭素が発生せず、原料を考慮したトータルの二酸化炭素の排出も削減することができる。
【００２２】
二酸化炭素フリー水素としては、二酸化炭素を新たに発生しないとみなせるエネルギー、例えば、太陽光、太陽熱、風力、水力、地熱、バイオマス、潮力、波力、海流等の再生可能エネルギー、原子力エネルギーなどを用いて生成される水素である。一例としては、再生可能エネルギー、原子力エネルギー等に由来する電気及び熱を用い、以下の反応式（２）に基づき、水電解により生成される水素が挙げられる。
２Ｈ２Ｏ→２Ｈ２＋Ｏ２・・・（２）
【００２３】
また、反応式（１）で表されるメタネーション反応により生じる水を、前述の水電解に用いてもよい。特に、太陽光、太陽熱等の再生可能エネルギーに適した土地では水不足の場合が多く、水電解に供する水を削減することができ、有用である。例えば、反応式（１）及び反応式（２）に示すように、水電解にて生成される水素を全てメタネーション反応に用いる場合、水電解にて必要な水の半分をメタネーション反応によって賄うことができる。
【００２４】
水素及び二酸化炭素を用いたメタネーション反応は、前述の反応式（１）で表されるが、実際には、反応式（３）で表される反応及び反応式（４）で表される反応の熱平衡関係から成り立っている。
ＣＯ２＋Ｈ２→ＣＯ＋Ｈ２Ｏ・・・（３）
ＣＯ＋３Ｈ２→ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ・・・（４）
【００２５】
なお、反応式（３）で表される反応は吸熱反応（ΔＨ＝＋９．８ｋｃａｌ／Ｊ）であり、反応式（４）で表される反応は発熱反応（ΔＨ＝−４９．３ｋｃａｌ／Ｊ）である。そのため、メタネーション反応は、一つの反応器内にて行ってもよく、前述の２つの反応に応じて二つの反応器内にて行ってもよい。
【００２６】
メタネーション反応を一つの反応器内にて行う場合、反応式（１）で表される反応は発熱反応（ΔＨ＝−３９．４ｋｃａｌ／Ｊ）であり、かつ反応の前後でモル数が減少するため、平衡論的には高圧低温条件下にて反応を行うことが好ましい。例えば、メタノール等の副生成物の生成反応を抑制しつつ、効率よく反応を行う点から、２．０ＭＰａ〜５．０ＭＰａかつ３００℃〜５００℃の条件下にてメタネーション反応を行うことが好ましい。また、メタネーション反応により生じた熱を水電解に用いてもよい。
【００２７】
メタネーション反応を二つの反応器内にて行う場合、すなわち、反応式（３）で表される反応を行う反応器と反応式（４）で表される反応を行う反応器とを用いる場合について、好ましい反応条件を説明する。
【００２８】
反応式（３）で表される反応については、反応の前後でモル数に変化がなく、反応における圧力依存性はほとんど無い。そこで、圧力条件は、メタンの生成プロセスを簡略化する点から、反応式（４）で表される反応における圧力条件に合わせることが好ましい。反応温度については、反応速度、熱平衡等の点から高温であることが好ましいが、一酸化炭素による触媒被毒、温度上昇による反応性向上の効率等の点から、４６０℃〜５５０℃であることが好ましい。なお、反応式（３）で表される反応により生じる水については、反応式（４）で表される反応を効率的に行う点、前述の水電解に用いる点等から、除去することが好ましい。
【００２９】
反応式（３）で表される反応により生じた一酸化炭素及び未反応の水素は、反応式（３）で表される反応を行う反応器と異なる反応器に供給され、この反応器にて反応式（４）で表される反応が行われる。反応式（４）で表される反応は、発熱反応であり、かつ反応の前後でモル数が減少するため、平衡論的には高圧低温条件下にて反応を行うことが好ましい。例えば、メタノール等の副生成物の生成反応を抑制しつつ、効率よく反応を行う点から、２．０ＭＰａ〜５．０ＭＰａかつ２５０℃〜４５０℃の条件下にてメタネーション反応を行うことが好ましい。また、反応式（４）で表される反応により生じる水及び熱については、水電解に用いてもよい。
【００３０】
［メタン生成システム］
以下、本発明のメタン生成システムの一実施形態について説明する。本実施形態のメタン生成システムは、二酸化炭素を発生するガス田と、水電解により二酸化炭素フリー水素を生成する水電解装置と、前記ガス田にて発生した二酸化炭素と、前記二酸化炭素フリー水素とを反応させてメタンを生成するメタン生成手段と、を備え、前記メタン生成手段にて副生される水を前記水電解装置に供給する。なお、前述の本実施形態のメタンの生成方法と共通の構成については、その説明を省略する。
【００３１】
本実施形態のメタン生成システムは、ガス田にて発生した二酸化炭素を水電解により生成された二酸化炭素フリー水素と反応させることによりメタンを生成する。これにより、ガス田から排出される二酸化炭素をメタンの生成に有効活用することができ、かつ、天然ガス生産地での二酸化炭素排出を抑制することができる。
【００３２】
水電解装置としては、二酸化炭素フリー水素を生成可能な装置等であればよく、例えば、再生可能エネルギー、原子力エネルギー等に由来の電気、熱等を用いて水素を水電解により生成する装置が挙げられる。メタン生成の原料として二酸化炭素フリー水素を用いることにより、原料を考慮したトータルの二酸化炭素の排出も削減することができる。
【００３３】
メタン生成手段としては、水素及び二酸化炭素を反応させてメタンを生成可能な装置等であればよく、例えば、従来公知のメタネーションを行う装置が挙げられる。また、メタン生成手段は、反応式（１）で表される反応を行う１つの反応器であってもよく、反応式（３）で表される反応及び反応式（４）で表される反応をそれぞれ行う２つの反応器であってもよい。
メタネーション反応により副生される水は、水電解に利用されてメタン生成用の水素が生成される。そのため、水電解に供する水を削減することが可能である。