(57)【要約】【課題】二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を用いたメタンの製造において、装置構成の簡略化と、メタン生成量の定常化を図る。【解決手段】二酸化炭素と水素からメタンを製造するメタン製造装置は、二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を含むスラリーを収容する第１反応器及び第２反応器と、第１反応器に対して二酸化炭素を含有する原料ガスを供給する原料ガス供給部と、第２反応器に対して水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給部と、第１反応器から第２反応器へとスラリーを移送するための第１流路を形成する第１流路形成部と、第２反応器から第１反応器へとスラリーを移送するための第２流路を形成する第２流路形成部と、第１反応器と第２反応器との間でスラリーを循環させるポンプと、を備える。【選択図】図１
2019123678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素と水素からメタンを製造するメタン製造装置であって、
二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を含むスラリーを収容する第１反応器及び第２反応器と、
前記第１反応器に対して二酸化炭素を含有する原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記第２反応器に対して水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給部と、
前記第１反応器から前記第２反応器へと前記スラリーを移送するための第１流路を形成する第１流路形成部と、
前記第２反応器から前記第１反応器へと前記スラリーを移送するための第２流路を形成する第２流路形成部と、
前記第１反応器と前記第２反応器との間で前記スラリーを循環させるポンプと、
を備える、メタン製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載のメタン製造装置であって、さらに、
前記原料ガス中の二酸化炭素濃度を取得する第１濃度取得部と、
前記原料ガスの流量を取得する第１流量取得部と、
前記第１反応器から排出される排出ガス中の二酸化炭素濃度を取得する第２濃度取得部と、
前記第１反応器から排出される前記排出ガスの流量を取得する第２流量取得部と、
前記第１濃度取得部、前記第１流量取得部、前記第２濃度取得部、及び前記第２流量取得部による各取得値のうちの少なくとも一部に応じて、前記ポンプと、前記還元ガス供給部からの前記還元ガスとの少なくとも一方を制御する制御部と、
を備える、メタン製造装置。
【請求項３】
請求項２に記載のメタン製造装置であって、
前記制御部は、前記第１濃度取得部により取得された前記原料ガス中の二酸化炭素濃度と、前記第１流量取得部により取得された前記原料ガスの流量と、の両方に反比例させて、前記ポンプの流量を変更する、メタン製造装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載のメタン製造装置であって、
前記制御部は、
前記第１濃度取得部により取得された前記原料ガス中の二酸化炭素濃度と、前記第１流量取得部により取得された前記原料ガスの流量とから求めた前記原料ガス中の二酸化炭素量から、前記第２濃度取得部により取得された前記排出ガス中の二酸化炭素濃度と、前記第２流量取得部により取得された前記排出ガスの流量とから求めた前記排出ガス中の二酸化炭素量を減じることで、前記第１反応器における二酸化炭素回収量を求め、
求めた前記二酸化炭素回収量と、前記ポンプの流量と、の両方に比例させて、前記還元ガス供給部からの前記還元ガスの供給量を変更する、メタン製造装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のメタン製造装置であって、さらに、
前記第１流路上に設けられ、前記スラリーを収容する第３反応器と、
前記第２流路上に設けられ、前記スラリーを収容する第４反応器と、
のうちの少なくともいずれか一方を備え、さらに、
前記第３反応器と前記第４反応器とのうちの少なくともいずれか一方にパージガスを供給するパージガス供給部、
を備える、メタン製造装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のメタン製造装置であって、さらに、
前記第１流路上に設けられた第１気液分離器と、
前記第２流路上に設けられた第２気液分離器と、
のうちの少なくともいずれか一方を備える、メタン製造装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のメタン製造装置であって、
前記触媒は、炭酸塩を形成して二酸化炭素を吸蔵するアルカリ金属と、アルカリ土類金属と、メタン化触媒性能を持つ金属と、のうちの少なくともいずれかを含む、メタン製造装置。
【請求項８】
二酸化炭素と水素からメタンを製造するメタン製造方法であって、
二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を含むスラリーを収容した第１反応器に対して二酸化炭素を含有する原料ガスを供給する工程と、
前記スラリーを収容した第２反応器に対して水素を含有する還元ガスを供給する工程と、
前記第１反応器から前記第２反応器へと前記スラリーを移送するための第１流路と、前記第２反応器から前記第１反応器へと前記スラリーを移送するための第２流路と、を用いて、前記第１反応器と前記第２反応器との間で前記スラリーを循環させる工程と、
を備える、メタン製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素（ＣＯ2）と水素（Ｈ2）からメタン（ＣＨ4）を製造する技術が知られている。例えば、非特許文献１には、二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を収容した単一の反応器内で、原料ガスから二酸化炭素を吸蔵する第１工程と、吸蔵された二酸化炭素を還元してメタンを生成する第２工程との両方を実施することが記載されている。例えば、特許文献１には、複数の反応炉（反応器）を備え、或る反応炉で、二酸化炭素と水素を同時に供給して二酸化炭素を炭素（Ｃ）に変換する第１工程を実施し、他の反応炉で、二酸化炭素の供給を停止し水素の供給を継続して炭素をメタンに変換する第２工程を実施し、これら反応炉の役割を一定期間ごとに切り替えることが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Zheng, Qinghe, Robert Farrauto, and Anh Chau Nguyen，「二重機能触媒材料による排ガスＣＯ２の吸着とメタン化：パラメトリック研究（Adsorption and Methanation of Flue Gas CO2 with Dual Functional Catalytic Materials: A Parametric Study.）」，産業＆工学化学研究（Industrial & Engineering Chemistry Research），アメリカ化学会（American Chemical Society），２０１６年６月，５５（２４），ｐ．６７６８−６７７６
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１９３９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１では、第１工程において二酸化炭素を含む原料ガスを反応器内に供給し、第２工程において水素を含む還元ガスを反応器内に供給する。すなわち、非特許文献１では、第１，２工程間における反応器へのガスの切り替えが必須となるため、反応器に多数のバルブを設ける必要が生じ、装置構成が複雑化するという課題があった。具体的には、反応器上流には少なくとも、原料ガスの供給用バルブと還元ガスの供給用バルブとが必要であり、反応器下流には少なくとも、酸素排出用バルブとメタン排出用バルブとが必要である。また、第１，２工程間において反応器内の残留ガスを排出するパージ工程を設ける場合は、パージ用の窒素（Ｎ2）ガスを供給及び排出するための更なるバルブが必要となる。
【０００６】
さらに、非特許文献１では、二酸化炭素を吸蔵する第１工程と、メタンを製造する第２工程とを、反応器へ供給するガスの種類を切り替えつつ逐次的に実施する。このため、非特許文献１では、二酸化炭素の吸蔵及び還元によって生成されるメタンの量（メタン生成量）が時間によってばらつき、定常化できないという課題があった。
【０００７】
特許文献１では、触媒が複数の反応炉間を移動するため、反応炉へのガスの切り替えは必ずしも必要ではなく、必ずしも多数のバルブを設ける必要がない。しかし、特許文献１では、二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を用いてメタンを製造することについては、何ら記載されていない。さらに、特許文献１では、二酸化炭素を含むガスが反応炉間の触媒輸送のキャリアとなるため、二酸化炭素を炭素に変換する第１工程を実行する反応炉における、炭素の回収量が成り行きとなる。これに伴い、炭素と水素との反応によって生成されるメタンの量（メタン生成量）についても、炭素の回収量と同様に成り行きとなり、メタン生成量が定常化できないという課題があった。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を用いたメタンの製造において、装置構成の簡略化と、メタン生成量の定常化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【００１０】
（１）本発明の一形態によれば、二酸化炭素と水素からメタンを製造するメタン製造装置が提供される。このメタン製造装置は、二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を含むスラリーを収容する第１反応器及び第２反応器と、前記第１反応器に対して二酸化炭素を含有する原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記第２反応器に対して水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給部と、前記第１反応器から前記第２反応器へと前記スラリーを移送するための第１流路を形成する第１流路形成部と、前記第２反応器から前記第１反応器へと前記スラリーを移送するための第２流路を形成する第２流路形成部と、前記第１反応器と前記第２反応器との間で前記スラリーを循環させるポンプと、を備える。
【００１１】
この構成によれば、第１反応器内では、原料ガス供給部から供給された原料ガスに含まれる二酸化炭素が、触媒に吸蔵される。第２反応器内では、還元ガス供給部から供給された還元ガスに含まれる水素が、触媒に吸蔵された二酸化炭素と反応してメタンが生成される。本構成では、第１，２反応器に収容する触媒を流動可能なスラリー状として、かつ、第１，２流路形成部及びポンプによって、第１反応器と第２反応器との間でスラリーを循環させる。このため、従来のように、単一の反応器内で、原料ガスからの二酸化炭素の吸蔵工程と、還元ガスを用いた二酸化炭素のメタン化工程との両方を実施する必要がなく、第１，２反応器にはそれぞれ常時同一のガスを供給できる。この結果、本構成によれば、反応器へのガスの切り替えと、ガスの切り替えのための機構（バルブ等）が必要ないため、メタン製造装置の装置構成を簡略化できる。さらに、この構成によれば、反応器へのガスの切り替えが必要ないため、原料ガス供給部から第１反応器への原料ガスの流量と、還元ガス供給部から第２反応器への還元ガスの流量とを定常化することで、メタン生成量を定常化できる。このように、本構成によれば、二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を用いたメタンの製造において、装置構成の簡略化と、メタン生成量の定常化を図ることができる。さらに、この構成によれば、第１，２反応器内における触媒の滞留時間を、ポンプの流量を変化させることで制御できる。このため例えば、原料ガス供給部から第１反応器へ供給される原料ガスの流量や組成（二酸化炭素の含有量）が変化した場合であっても、目標とする二酸化炭素回収率を実現するために必要な滞留時間を容易に確保できる。
【００１２】
（２）上記形態のメタン製造装置では、さらに、前記原料ガス中の二酸化炭素濃度を取得する第１濃度取得部と、前記原料ガスの流量を取得する第１流量取得部と、前記第１反応器から排出される排出ガス中の二酸化炭素濃度を取得する第２濃度取得部と、前記第１反応器から排出される前記排出ガスの流量を取得する第２流量取得部と、制御部と、を備えていてもよい。制御部は、前記第１濃度取得部、前記第１流量取得部、前記第２濃度取得部、及び前記第２流量取得部による各取得値のうちの少なくとも一部に応じて、前記ポンプと、前記還元ガス供給部からの前記還元ガスとのうちの少なくとも一方を制御してもよい。この構成によれば、制御部は、原料ガス中の二酸化炭素濃度と、原料ガスの流量と、排出ガス中の二酸化炭素濃度と、排出ガスの流量とのうちの少なくとも一部に応じて、例えば、触媒を含むスラリーを循環させるポンプの流量や動作の有無、還元ガス供給部から供給される還元ガスの流量や濃度、組成等を制御できる。このため、本構成によれば、二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を用いたメタン製造において、メタン生成量の更なる定常化を図ることができる。
【００１３】
（３）上記形態のメタン製造装置において、前記制御部は、前記第１濃度取得部により取得された前記原料ガス中の二酸化炭素濃度と、前記第１流量取得部により取得された前記原料ガスの流量と、の両方に反比例させて、前記ポンプの流量を変更してもよい。この構成によれば、制御部は、原料ガス中の二酸化炭素濃度と、原料ガスの流量との両方に反比例させてポンプの流量を変更するため、第１反応器において二酸化炭素が触媒に十分吸蔵されるまでの時間、第１反応器内に触媒を滞在させることができる。この結果、第１反応器における二酸化炭素回収量を向上できる。
【００１４】
（４）上記形態のメタン製造装置において、前記制御部は、前記第１濃度取得部により取得された前記原料ガス中の二酸化炭素濃度と、前記第１流量取得部により取得された前記原料ガスの流量とから求めた前記原料ガス中の二酸化炭素量から、前記第２濃度取得部により取得された前記排出ガス中の二酸化炭素濃度と、前記第２流量取得部により取得された前記排出ガスの流量とから求めた前記排出ガス中の二酸化炭素量を減じることで、前記第１反応器における二酸化炭素回収量を求め、求めた前記二酸化炭素回収量と、前記ポンプの流量と、の両方に比例させて、前記還元ガス供給部からの前記還元ガスの供給量を変更してもよい。この構成によれば、制御部は、第１反応器における二酸化炭素回収量と、ポンプの流量との両方に比例させて還元ガスの供給量を変更するため、都度、第２反応器における二酸化炭素の還元に過不足のない量の水素を供給できる。この結果、第２反応器におけるメタン生成量を向上できると共に、還元ガスの消費量を抑制できる。
【００１５】
（５）上記形態のメタン製造装置では、さらに、前記第１流路上に設けられ、前記スラリーを収容する第３反応器と、前記第２流路上に設けられ、前記スラリーを収容する第４反応器と、のうちの少なくともいずれか一方を備え、さらに、前記第３反応器と前記第４反応器とのうちの少なくともいずれか一方にパージガスを供給するパージガス供給部、を備えていてもよい。この構成によれば、第３反応器を用いて、第１流路上を移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス（酸素、窒素等）を排出できる。また、第４反応器を用いて、第２流路上を移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス（水素等）を排出できる。
【００１６】
（６）上記形態のメタン製造装置では、さらに、前記第１流路上に設けられた第１気液分離器と、前記第２流路上に設けられた第２気液分離器と、のうちの少なくともいずれか一方を備えていてもよい。この構成によれば、第１気液分離器を用いて、第１流路上を移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス（酸素、窒素等）を排出できる。また、第２気液分離器を用いて、第２流路上を移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス（水素等）を排出できる。
【００１７】
（７）上記形態のメタン製造装置において、前記触媒は、炭酸塩を形成して二酸化炭素を吸蔵するアルカリ金属と、アルカリ土類金属と、メタン化触媒性能を持つ金属と、のうちの少なくともいずれかを含んでいてもよい。この構成によれば、二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒として、種々の触媒を利用できる。
【００１８】
（８）本発明の一形態によれば、二酸化炭素と水素からメタンを製造するメタン製造方法が提供される。このメタン製造方法は、二酸化炭素の吸蔵及び還元性能を有する触媒を含むスラリーを収容した第１反応器に対して二酸化炭素を含有する原料ガスを供給する工程と、前記スラリーを収容した第２反応器に対して水素を含有する還元ガスを供給する工程と、前記第１反応器から前記第２反応器へと前記スラリーを移送するための第１流路と、前記第２反応器から前記第１反応器へと前記スラリーを移送するための第２流路と、を用いて、前記第１反応器と前記第２反応器との間で前記スラリーを循環させる工程と、を備える。
【００１９】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、二酸化炭素と水素からメタンを製造するメタン製造装置、メタン製造方法、メタン製造システム、これら装置やシステムの制御のためのコンピュータプログラム、このコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、コンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態におけるメタン製造装置の概略構成を説明する図である。
【図２】メタン生成量の時間変化を表す図である。
【図３】第２実施形態におけるメタン製造装置の概略構成を説明する図である。
【図４】第３実施形態におけるメタン製造装置の概略構成を説明する図である。
【図５】第４実施形態におけるメタン製造装置の概略構成を説明する図である。
【図６】ポンプ流量マップと還元ガス流量マップの概念図である。
【図７】制御部による流量制御の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態におけるメタン製造装置１の概略構成を説明する図である。本実施形態のメタン製造装置１は、二酸化炭素（ＣＯ2）の吸蔵及び還元性能を有する触媒を利用して、二酸化炭素と水素（Ｈ2）からメタン（ＣＨ4）を製造する装置である。メタン製造装置１は、第１反応器１０と、第２反応器２０と、原料ガス供給部１５と、還元ガス供給部２５と、スラリーポンプ３０とを備えている。
【００２２】
メタン製造装置１では、ＣＯ2の吸蔵及び還元性能を有する触媒（以降、単に「触媒」とも呼ぶ）を利用する。例えば、本実施形態では、炭酸塩を形成してＣＯ2を吸蔵するアルカリ金属と、アルカリ土類金属と、メタン化触媒性能を持つ金属と、のうちの少なくともいずれかの金属が含まれた触媒を利用できる。メタン製造装置１では、粉末状の上記触媒を、例えばシリコンオイルなどの流体と混合してスラリー状としたもの（以降、単に「スラリー」とも呼ぶ）を、ＣＯ2の吸蔵及び還元のために利用する。すなわち、メタン製造装置１において利用する触媒は、流体状（スラリー）とされている。
【００２３】
第１反応器１０は、原料ガスに含まれるＣＯ2を触媒に吸蔵させるための反応器（容器）である。第１反応器１０の内部にはスラリーが収容される。第１反応器１０には、原料ガス供給部１５からの原料ガスが流通する供給管１１と、第１反応器１０からの排出ガス（Ｏ2、Ｎ2等）が流通する排出管１２と、スラリーポンプ３０から第１反応器１０へとスラリーを移送するための第２流路形成部３１と、第１反応器１０から第２反応器２０へとスラリーを移送するための第１流路形成部１３と、がそれぞれ接続されている。
【００２４】
第２反応器２０は、メタネーション反応のための反応器（容器）である。第２反応器２０の内部では、スラリーに吸蔵されたＣＯ2と、還元ガスに含まれるＨ2とを用いたサバティエ反応によって、ＣＨ4が生成される。第２反応器２０の内部には、第１反応器１０と同様にスラリーが収容される。第２反応器２０には、還元ガス供給部２５からの還元ガスが流通する供給管２１と、第２反応器２０での反応混合ガス（ＣＨ4等）が流通する排出管２２と、第１反応器１０から第２反応器２０へとスラリーを移送するための第１流路形成部１３と、第２反応器２０からスラリーポンプ３０へとスラリーを移送するための第２流路形成部２３と、がそれぞれ接続されている。
【００２５】
なお、第１反応器１０及び第２反応器２０の大きさ（容器の径及び高さ）は、同じであってもよく、異なっていてもよい。第１反応器１０及び第２反応器２０の大きさは、触媒の特性に応じて決定されることが好ましく、例えば、ＣＯ2の還元速度が吸蔵速度に比べて遅い場合、第１反応器１０よりも第２反応器２０の大きさを大きく設計することが好ましい。そうすれば、触媒が第２反応器２０に滞在する時間を、第１反応器１０に滞在する時間と比較して長くすることができる。
【００２６】
原料ガス供給部１５は、第１反応器１０に対して原料ガスを供給する装置であり、例えば、燃焼炉や原料ガスタンクによって構成されている。原料ガスには、ＣＨ4の生成に利用されるＣＯ2の他にも、酸素（Ｏ2）、窒素（Ｎ2）等が含まれていてもよい。原料ガス供給部１５には、原料ガス供給部１５から第１反応器１０への原料ガスが流通する供給管１１が接続されている。本実施形態の原料ガス供給部１５は、第１反応器１０に対して常時、原料ガスの供給を行う。このため供給管１１には、原料ガスの供給と遮断とを切り替える機構（バルブ等）を設けなくてもよい。
【００２７】
還元ガス供給部２５は、第２反応器２０に対して還元ガスを供給する装置であり、例えば、水電解装置や水素タンクによって構成されている。還元ガスには、ＣＨ4の生成に利用されるＨ2の他にも、Ｎ2等が含まれていてもよい。還元ガス供給部２５には、還元ガス供給部２５から第２反応器２０への還元ガスが流通する供給管２１が接続されている。本実施形態の還元ガス供給部２５は、第２反応器２０に対して常時、還元ガスの供給を行う。このため供給管１１と同様に、供給管２１には、還元ガスの供給と遮断とを切り替える機構（バルブ等）を設けなくてもよい。
【００２８】
スラリーポンプ３０は、第２流路上に設けられて、白抜き矢印及び破線ハッチングの矢印（図１）の方向にスラリーを移送することで、第１反応器１０と第２反応器２０との間でスラリーを循環させるポンプである。なお、「第１流路」は、第１反応器１０から第２反応器２０へとスラリーを移送するための流路であり、第１流路形成部１３によって形成されている（図１：白抜き矢印）。「第２流路」は、第２反応器２０から第１反応器１０へとスラリーを移送するための流路であり、第２流路形成部２３と第２流路形成部３１とによって形成されている（図１：斜線ハッチングの矢印）。
【００２９】
メタン製造装置１を利用したメタン製造方法について説明する。上述の通り、第１反応器１０と第２反応器２０とにはそれぞれ、ＣＯ2の吸蔵及び還元性能を有する触媒が収容されている。まず、第１反応器１０内では、原料ガス供給部１５から供給された原料ガスに含まれるＣＯ2が、触媒に吸蔵される。原料ガスに含まれる他の成分（例えば、Ｏ2、Ｎ2等）は、排出ガスとして排出管１２から排出される。なお、排出ガスは外部に放出されてもよく、例えばガス種別に分離されて図示しないガスタンクに蓄積されてもよい。
【００３０】
ＣＯ2が吸蔵された状態の触媒は、スラリーポンプ３０によって、第１反応器１０から第１流路（図１：白抜き矢印）を通って、第２反応器２０へと移送される。すなわち、第２反応器２０には、ＣＯ2が吸蔵された状態の触媒が供給される。
【００３１】
次に、第２反応器２０内では、還元ガス供給部２５から供給された還元ガスに含まれるＨ2が、触媒に吸蔵されたＣＯ2と反応（サバティエ反応）して、ＣＨ4を含む反応混合ガスが生成される。反応混合ガスは、排出管２２から排出されて、そのまま又はガス種別に分離されて、図示しないガスタンクに蓄積される。
【００３２】
ＣＯ2が吸蔵された後の触媒は、スラリーポンプ３０によって、第２反応器２０から第２流路（図１：斜線ハッチングの矢印）を通って、再び第１反応器１０へと移送される。すなわち、第１反応器１０には、ＣＯ2が吸蔵されていない状態の触媒が供給される。
【００３３】
このように、本実施形態のメタン製造装置１では、第１，２反応器１０，２０に収容する触媒を流動可能なスラリー状として、かつ、第１，２流路形成部１３，２３，３１及びスラリーポンプ３０によって、ＣＯ2を触媒に吸蔵させるための第１反応器１０と、メタネーション反応のための第２反応器２０と、の間でスラリーを循環させる。このため、本実施形態のメタン製造装置１では、従来のように、単一の反応器内で、原料ガスからの二酸化炭素（ＣＯ2）の吸蔵工程と、還元ガスを用いたＣＯ2のメタン（ＣＨ4）化工程との両方を実施する必要がなく、第１，２反応器１０，２０には、それぞれ常時同一のガスを供給できる。この結果、本実施形態のメタン製造装置１によれば、反応器へのガスの切り替えと、これに伴う多数のバルブが必要ないため、メタン製造装置１の装置構成を簡略化できる。
【００３４】
図２は、メタン（ＣＨ4）生成量の時間変化を表す図である。縦軸はＣＨ4生成量［ｍｏｌ／ｍｉｎ］を表し、横軸は時間を表す。図２には、本実施形態のメタン製造装置１によるＣＨ4生成量の変化Ｓと、第１比較例のメタン製造装置によるＣＨ4生成量の変化Ｓ１と、第２比較例のメタン製造装置によるＣＨ4生成量の変化Ｓ２（１）及び（２）とを示す。第１比較例は、ＣＯ2の吸蔵及び還元性能を有する固形状の触媒層を収容した単一の反応器内で、原料ガスからＣＯ2を吸蔵する第１工程と、吸蔵されたＣＯ2を還元してＣＨ4を生成する第２工程とを逐次的に実施するメタン製造装置である。第２比較例は、第１比較例と同様の構成で、反応器を多段化したメタン製造装置である。
【００３５】
図２の変化Ｓ１（一点鎖線）から明らかなように、第１比較例では、原料ガスからＣＯ2を吸蔵する第１工程が実行される時間ｔnからｔn+1の間は、ＣＨ4の生成が行われない。なお、「ｎ」は処理開始後の任意の時刻を意味する。さらに、第１比較例では、吸蔵されたＣＯ2を還元してＣＨ4を生成する第２工程が実行される時間ｔn+1からｔn+2の間についても、メタン生成量は放物線状となり、一定値を採らない。これは、還元ガス供給用のバルブを開閉してから還元ガス流量が安定するまでの間に時間遅れが生じることや、時間経過に伴って触媒層内に吸蔵されているＣＯ2の総量や分布に変化が生じることなどに起因する。
【００３６】
図２において破線で示す変化Ｓ２（１）は、第２比較例の１段目の反応器によるメタン生成量を表し、変化Ｓ２（２）は、第２比較例の２段目の反応器によるメタン生成量を表す。反応器を多段化して第１，２工程のタイミングをずらすことにより、例えば、時間ｔnからｔn+1の間は１段目の反応器によってＣＨ4を生成し、時間ｔn+1からｔn+2の間は２段目の反応器によってＣＨ4を生成する、といった連続処理が可能となる。しかし、第２比較例においても第１比較例と同様に、各反応器におけるメタン生成量は放物線状となり、一定値を採らない。理由は上述の通りである。また、反応器を多段化した場合、上述の通り原料ガスを連続処理することは可能になるものの、時間経過に伴って触媒層内に吸蔵されているＣＯ2の総量や分布に変化が生じるため、メタン生成量の変化Ｓ２（１）とＳ２（２）とは必ずしも同一軌跡の放物線とならない。
【００３７】
これに対して、本実施形態のメタン製造装置１では、上述の通り、反応器へのガスの切り替えが必要ないため、原料ガス供給部１５から第１反応器１０への原料ガスの流量と、還元ガス供給部２５から第２反応器２０への還元ガスの流量とを定常化できる。また、第１，２反応器１０，２０内に収容される触媒は流動可能なスラリー状である。このため、第１，２反応器１０，２０の間のみならず、各反応器１０，２０の内部においてもスラリーが流動することによって、触媒に吸蔵されているＣＯ2の総量や分布を均一化すると共に、反応器内の温度を均一化することができる。これらの結果、本実施形態のメタン製造装置１では、図２の変化Ｓ（実線）から明らかなように、メタン生成量を定常化することができる。すなわち、本実施形態のメタン製造装置１では、従来の構成では困難であった定常的なＣＨ4の生成が実現でき、負荷変動に対するロバスト性を向上できる。
【００３８】
以上説明した通り、本実施形態のメタン製造装置１によれば、ＣＯ2の吸蔵及び還元性能を有する触媒を用いたメタンの製造において、装置構成の簡略化と、メタン生成量の定常化を図ることができる。さらに、メタン製造装置１によれば、第１，２反応器１０，２０内における触媒の滞留時間を、スラリーポンプ３０の流量を変化させることで制御できる。このため例えば、原料ガス供給部１５から第１反応器１０へ供給される原料ガスの流量や組成（ＣＯ2の含有量）が変化した場合であっても、第１反応器１０における目標ＣＯ2回収率を実現するために必要な滞留時間を容易に確保できる。
【００３９】
＜第２実施形態＞
図３は、第２実施形態におけるメタン製造装置１ａの概略構成を説明する図である。第２実施形態では、次の反応器へ移動する触媒中に残留したガスの排出が可能な構成について説明する。第２実施形態のメタン製造装置１ａは、上述した第１実施形態の各構成に加えてさらに、第３反応器４０と、第４反応器５０と、第１パージガス供給部４５と、第２パージガス供給部５５とを備えている。以下、第１実施形態と相違する部分について説明する。
【００４０】
第３反応器４０は、第１流路上に設けられて、第１反応器１０から第２反応器２０へ移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス（Ｏ2、Ｎ2等）を排出するための反応器（容器）である。第３反応器４０の内部には、第１反応器１０と同様にスラリーが収容される。第３反応器４０には、第１パージガス供給部４５からのパージガスが流通する供給管４１と、第３反応器４０からの排出ガスが流通する排出管４２と、第１反応器１０から第３反応器４０へとスラリーを移送するための第１流路形成部１３ａと、第３反応器４０から第２反応器２０へとスラリーを移送するための第１流路形成部４３と、がそれぞれ接続されている。
【００４１】
第４反応器５０は、第２流路上に設けられて、第２反応器２０から第１反応器１０へ移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス（Ｈ2等）を排出するための反応器（容器）である。第４反応器５０の内部には、第１反応器１０と同様にスラリーが収容される。第４反応器５０には、第２パージガス供給部５５からのパージガスが流通する供給管５１と、第４反応器５０からの排出ガスが流通する排出管５２と、第２反応器２０から第４反応器５０へとスラリーを移送するための第２流路形成部２３ａと、第４反応器５０からスラリーポンプ３０へとスラリーを移送するための第２流路形成部５３と、がそれぞれ接続されている。
【００４２】
第１パージガス供給部４５は、第３反応器４０に対してパージガスを供給する装置であり、例えば、窒素ガス発生装置や窒素タンクによって構成されている。パージガスには、残留ガスの排出に使用されるＮ2のほかにも、ＣＯ2、Ｏ2等が含まれていてもよい。第１パージガス供給部４５には、第１パージガス供給部４５から第３反応器４０へのパージガスが流通する供給管４１が接続されている。本実施形態の第１パージガス供給部４５は、第３反応器４０に対して常時、パージガスの供給を行う。このため供給管１１と同様に、供給管４１には、パージガスの供給と遮断とを切り替える機構（バルブ等）は設けなくてもよい。第２パージガス供給部５５は、第４反応器５０に対してパージガスを供給する装置であり、詳細は第１パージガス供給部４５と同様である。第２パージガス供給部５５には、第２パージガス供給部５５から第４反応器５０へのパージガスが流通する供給管５１が接続されている。
【００４３】
第２実施形態では、第１流路形成部１３ａと第１流路形成部４３とが「第１流路」を形成し、第２流路形成部２３ａと第２流路形成部５３と第２流路形成部３１とが「第２流路」を形成する。なお、上述した構成において、第３反応器４０及び第１パージガス供給部４５と、第４反応器５０及び第２パージガス供給部５５と、のうちの少なくとも一方は省略してもよい。また、第１パージガス供給部４５と第２パージガス供給部５５とを単一のパージガス供給部により構成してもよい。この場合、単一のパージガス供給部に対して、第３反応器４０へパージガスを供給する供給管４１と、第４反応器５０へパージガスを供給する供給管５１との両方が接続される。
【００４４】
このように、第２実施形態のメタン製造装置１ａでは、上述した第１実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、第２実施形態のメタン製造装置１ａでは、第３反応器４０を用いて、第１流路上を移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス（Ｏ2、Ｎ2等）を排出できる。また、第４反応器を用いて、第２流路上を移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス（Ｈ2、Ｎ2等）を排出できる。この結果、第２実施形態のメタン製造装置１ａでは、第１，２反応器１０，２０内においてＯ2とＨ2とが混在することを抑制できる。
【００４５】
＜第３実施形態＞
図４は、第３実施形態におけるメタン製造装置１ｂの概略構成を説明する図である。第３実施形態では、第２実施形態と同様に、次の反応器へ移動する触媒中に残留したガスの排出が可能な構成について説明する。第３実施形態のメタン製造装置１ｂは、上述した第１実施形態の各構成に加えてさらに、第１気液分離器６０と、第２気液分離器７０とを備えている。
【００４６】
第１気液分離器６０は、第１流路上に設けられて、第１反応器１０から第２反応器２０へ移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス（Ｏ2、Ｎ2等）を分離、排出するための気液分離器である。第１気液分離器６０の内部には、第１反応器１０と同様にスラリーが収容される。第１気液分離器６０には、第１反応器１０から第１気液分離器６０へとスラリーを移送するための第１流路形成部１３ｂと、第１気液分離器６０から第２反応器２０へとスラリーを移送するための第１流路形成部６１とがそれぞれ接続されている。
【００４７】
第２気液分離器７０は、第２流路上に設けられて、第２反応器２０から第１反応器１０へ移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス（Ｈ2、Ｎ2等）を分離、排出するための気液分離器である。第２気液分離器７０の内部には、第１反応器１０と同様にスラリーが収容される。第２気液分離器７０には、第２反応器２０から第２気液分離器７０へとスラリーを移送するための第２流路形成部２３ｂと、第２気液分離器７０からスラリーポンプ３０へとスラリーを移送するための第２流路形成部７１と、がそれぞれ接続されている。
【００４８】
第３実施形態では、第１流路形成部１３ｂと第１流路形成部６１とが「第１流路」を形成し、第２流路形成部２３ｂと第２流路形成部７１と第２流路形成部３１とが「第２流路」を形成する。なお、上述した構成において、第１気液分離器６０及び第２気液分離器７０のうちの少なくとも一方は省略してもよい。
【００４９】
このように、第３実施形態のメタン製造装置１ｂでは、上述した第１実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、第３実施形態のメタン製造装置１ｂでは、第１気液分離器６０を用いて、第１流路上を移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス（Ｏ2、Ｎ2等）を排出できる。また、第２気液分離器７０を用いて、第２流路上を移送されるスラリーに含まれる触媒中に残留したガス（Ｈ2、Ｎ2等）を排出できる。この結果、第３実施形態のメタン製造装置１ｂにおいても、第１，２反応器１０，２０内においてＯ2とＨ2とが混在することを抑制できる。
【００５０】
＜第４実施形態＞
図５は、第４実施形態におけるメタン製造装置１ｃの概略構成を説明する図である。第４実施形態では、スラリーポンプ３０の流量と、還元ガス供給部２５からの還元ガスの供給量とを制御可能な構成について説明する。第４実施形態のメタン製造装置１ｃは、上述した第１実施形態の各構成に加えてさらに、第１流量計９１と、第２流量計９２と、第１濃度計９５と、第２濃度計９６と、マスフローコントローラ８０と、制御部１００とを備えている。
【００５１】
第１流量計９１は、原料ガス供給部１５から第１反応器１０へと供給される原料ガスの流量を計測する流量センサであり、供給管１１に設けられている。第１流量計９１には種々の形式を採用でき、例えば、カルマン渦式、熱式、超音波式等を採用できる。第１流量計９１は、原料ガスの流量を取得する「第１流量取得部」として機能する。なお、制御部１００が、原料ガス供給部１５を構成する装置（例えば、燃焼炉や原料ガスタンク）から原料ガスの流量の情報を取得可能な場合、制御部１００を第１流量取得部として機能させて、第１流量計９１は省略してもよい。
【００５２】
第１濃度計９５は、原料ガス供給部１５から第１反応器１０へと供給される原料ガスのＣＯ2濃度を計測する濃度センサであり、供給管１１において原料ガス供給部１５のガス噴出口の近傍に設けられている。第１濃度計９５は、原料ガス中のＣＯ2濃度を取得する「第１濃度取得部」として機能する。なお、制御部１００が、原料ガス供給部１５を構成する装置から原料ガス中のＣＯ2濃度の情報を取得可能な場合、制御部１００を第１濃度取得部として機能させて、第１濃度計９５は省略してもよい。
【００５３】
第２流量計９２は、第１反応器１０から排出される排出ガスの流量を計測する流量センサであり、排出管１２に設けられている。第２流量計９２は、第１流量計９１と同様に種々の形式を採用できる。第２流量計９２は、排出ガスの流量を取得する「第２流量取得部」として機能する。第２濃度計９６は、第１反応器１０から排出される排出ガス中のＣＯ2濃度を計測する濃度センサであり、排出管１２において第１反応器１０のガス噴出口の近傍に設けられている。第２濃度計９６は、排出ガス中のＣＯ2濃度を取得する「第２濃度取得部」として機能する。
【００５４】
マスフローコントローラ８０は、図示しない流量センサや流量制御バルブ等を含み、還元ガス供給部２５から第２反応器２０へと供給される還元ガスの流量を制御する装置であり、供給管２１に設けられている。
【００５５】
制御部１００は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、およびＣＰＵを含んで構成されるコンピュータであり、メタン製造装置１ｃの各部を制御する。制御部１００は、第１，２流量計９１，９２、第１，２濃度計９５，９６と電気的に接続され、各流量計及び各濃度計の計測値を取得する。また、制御部１００は、スラリーポンプ３０、マスフローコントローラ８０と電気的に接続され、スラリーポンプ３０とマスフローコントローラ８０とを制御する。制御部１００には、スラリーポンプ３０の制御に使用されるポンプ流量マップ１０１と、マスフローコントローラ８０の制御に使用される還元ガス流量マップ１０２とが予め記憶されている。
【００５６】
図６は、ポンプ流量マップ１０１と還元ガス流量マップ１０２の概念図である。図６（Ａ）には、ポンプ流量マップ１０１の概念図を示す。ポンプ流量マップ１０１において、縦軸は原料ガス中のＣＯ2濃度（ＸCO2_in）を表し、横軸は原料ガスの流量（Ｑin［ｓｌｍ］）を表す。マップの濃淡はスラリーポンプ３０の流量を表し、色が濃いほどスラリーポンプ３０の流量が多く、薄いほどスラリーポンプ３０の流量が少ないことを意味する。
【００５７】
原料ガス中のＣＯ2濃度が高ければ高いほど、また、第１反応器１０へ単位時間あたりに供給される原料ガスの流量が多ければ多いほど、触媒によるＣＯ2の吸蔵に時間を要するため、スラリーポンプ３０の流量は少なくする必要がある。このため、ポンプ流量マップ１０１では、スラリーポンプ３０の流量を、原料ガス中のＣＯ2濃度と、原料ガスの流量との両方に反比例させている。ポンプ流量マップ１０１は、実験等により事前に求められ、制御部１００内の記憶部（ＲＯＭ等）に記憶されている。
【００５８】
図６（Ｂ）には、還元ガス流量マップ１０２の概念図を示す。還元ガス流量マップ１０２において、縦軸は第１反応器１０におけるＣＯ2回収量（Ｑad［ｓｌｍ］）を表し、横軸はスラリーポンプ３０の流量（Ｑs［ｓｌｍ］）を表す。マップの濃淡はマスフローコントローラ８０により制御される還元ガスの流量を表し、色が濃いほど還元ガスの流量が多く、薄いほど還元ガスの流量が少ないことを意味する。
【００５９】
第１反応器１０におけるＣＯ2回収量（触媒中に吸蔵されたＣＯ2の量）は、第２反応器２０において還元を要するＣＯ2の量を意味する。また、スラリーポンプ３０の流量は、第２反応器２０に対して単位時間あたりに供給される触媒の量を意味する。このため、第１反応器１０におけるＣＯ2回収量が多ければ多いほど、また、スラリーポンプ３０の流量が多ければ多いほど、ＣＯ2還元のためのＨ2を多く消費するため、還元ガスの流量を多くする必要がある。このため、還元ガス流量マップ１０２では、還元ガスの流量を、第１反応器１０におけるＣＯ2回収量と、スラリーポンプ３０の流量との両方に比例させている。還元ガス流量マップ１０２は、ポンプ流量マップ１０１と同様に実験等により事前に求められ、制御部１００内の記憶部（ＲＯＭ等）に記憶されている。
【００６０】
なお、図６に示したポンプ流量マップ１０１及び還元ガス流量マップ１０２は、使用する触媒におけるＣＯ2の吸蔵速度及び還元速度、使用する第１反応器１０及び第２反応器２０の大きさ、目標とするＣＯ2の回収率、原料ガス及び還元ガスの組成によって変動する。このため、以降の流量制御においてこれらの各条件を変更したい場合、ポンプ流量マップ１０１と還元ガス流量マップ１０２とは再作成を要する。
【００６１】
図７は、制御部１００による流量制御の手順を示すフローチャートである。流量制御は、メタン製造装置１ｃの動作開始後に実行され、メタン製造装置１ｃの動作中は絶えず実行されている。なお、以降の説明では、原料ガス供給部１５として燃焼炉を例示し、原料ガス中のＣＯ2濃度と、原料ガスの流量とが絶えず変動する場合を例示する。
【００６２】
ステップＳ１０において制御部１００は、制御に使用する時間変数ｔ［秒］を０に初期化する。ステップＳ１２において制御部１００は、第１流量計９１により計測された原料ガスの流量Ｑin（ｔ）［ｓｌｍ］と、第１濃度計９５により計測された原料ガス中のＣＯ2濃度ＸCO2_in（ｔ）と、を取得する。ステップＳ１４において制御部１００は、ポンプ流量マップ１０１を参照し、ステップＳ１２での各取得値を用いて、スラリーポンプ３０の流量Ｑs（ｔ）［ｓｌｍ］を求める。ステップＳ１６において制御部１００は、スラリーポンプ３０の流量を、ステップＳ１４で求めた流量Ｑs（ｔ）へと変更する。
【００６３】
ステップＳ１８において制御部１００は、第２流量計９２により計測された第１反応器１０からの排出ガスの流量Ｑout（ｔ）［ｓｌｍ］と、第２濃度計９６により計測された第１反応器１０からの排出ガス中のＣＯ2濃度ＸCO2_out（ｔ）と、を取得する。ステップＳ２０において制御部１００は、ステップＳ１８での各取得値を用いて、次の数式１から第１反応器１０におけるＣＯ2回収量Ｑad（ｔ）［ｓｌｍ］を求める。
【００６４】
【数１】
2019123678.tif 000003
【００６５】
ステップＳ２２において制御部１００は、還元ガス流量マップ１０２を参照し、ステップＳ２０で求めたＣＯ2回収量Ｑad（ｔ）と、ステップＳ１４で求めたスラリーポンプ３０の流量Ｑs（ｔ）とを用いて、還元ガスの流量Ｑr（ｔ）［ｓｌｍ］を求める。ステップＳ２４において制御部１００は、マスフローコントローラ８０からの還元ガスの流量を、ステップＳ２２で求めた流量Ｑr（ｔ）へと変更する。
【００６６】
ステップＳ２６において制御部１００は、第１時間（Δｔ）［秒］が経過したか否かを判定する。なお、第１時間Δｔは予め任意に決定することができ、例えば０．１〜５秒程度の任意の値とできる。第１時間が経過していない場合（ステップＳ２６：ＮＯ）、制御部１００は処理をステップＳ２６に遷移させ、第１時間の経過を監視する。第１時間が経過した場合（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、制御部１００は処理をステップＳ２８へ遷移させる。
【００６７】
ステップＳ２８において制御部１００は、第１時間経過後の原料ガスの流量Ｑin（ｔ＋Δｔ）と、原料ガス中のＣＯ2濃度ＸCO2_in（ｔ＋Δｔ）と、を第１流量計９１及び第１濃度計９５から取得する。ステップＳ３０において制御部１００は、ステップＳ１２での各取得値とステップＳ２８での各取得値とから、第１時間経過後の原料ガスの流量Ｑin（ｔ＋Δｔ）の増減、及び、第１時間経過後の原料ガス中のＣＯ2濃度ＸCO2_in（ｔ＋Δｔ）の増減について、次の数式２に示す条件を満たすか否かを判定する。ここで、αは流量及び濃度の増減量［％］を表す閾値であり、例えば１〜２０程度の任意の値とできる。数式２では、原料ガスの流量Ｑin（ｔ＋Δｔ）の増減と、原料ガス中のＣＯ2濃度ＸCO2_in（ｔ＋Δｔ）の増減とに同じ閾値αを使用しているが、これらは異なる閾値が利用されてもよい。
【００６８】
【数２】
2019123678.tif 000004
【００６９】
数式２に示す条件を満たす場合（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、制御部１００は処理をステップＳ１４に遷移させ、第１時間経過後の原料ガスの流量Ｑin（ｔ＋Δｔ）と、原料ガス中のＣＯ2濃度ＸCO2_in（ｔ＋Δｔ）とによるスラリーポンプ３０の流量Ｑs（ｔ＋Δｔ）を求め、スラリーポンプ３０の流量を変更する。その後、制御部１００は、ステップＳ１６以降の処理を継続する。
【００７０】
一方、数式２に示す条件を満たさない場合（ステップＳ３０：ＮＯ）、制御部１００は処理をステップＳ３２に遷移させ、第２時間（Δｔw）［秒］が経過したか否かを判定する。なお、第２時間Δｔwは予め任意に決定することができ、例えば３０〜６００秒程度の任意の値とできる。第２時間が経過していない場合（ステップＳ３２：ＮＯ）、制御部１００は処理をステップＳ３２に遷移させ、第２時間の経過を監視する。第２時間が経過した場合（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、制御部１００は処理をステップＳ２８へ遷移させ、再び、その時刻における第１流量計９１と第１濃度計９５との取得値を用いて、数式２に示す条件が成立するか否かを判定する。
【００７１】
このように、第４実施形態のメタン製造装置１ｃでは、上述した第１実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、メタン製造装置１ｃの流量制御（図７）のステップＳ１２〜Ｓ１６によれば、制御部１００は、第１濃度計９５（第１濃度取得部）により取得された原料ガス中のＣＯ2濃度と、第１流量計９１（第１流量取得部）により取得された原料ガスの流量と、の両方に反比例させて、ポンプの流量を変更する（図６（Ａ））。このため、第４実施形態のメタン製造装置１ｃによれば、第１反応器１０においてＣＯ2が触媒に十分吸蔵されるまでの時間、第１反応器１０内に触媒を滞在させることができる。この結果、第１反応器１０におけるＣＯ2回収量を向上できる。
【００７２】
また、メタン製造装置１ｃの流量制御（図７）のステップＳ１８〜Ｓ２４によれば、制御部１００は、第１濃度計９５（第１濃度取得部）により取得された原料ガス中のＣＯ2濃度と、第１流量計９１（第１流量取得部）により取得された原料ガスの流量とから求めた「原料ガス中のＣＯ2量」から、第２濃度計９６（第２濃度取得部）により取得された排出ガス中のＣＯ2濃度と、第２流量計９２（第２流量取得部）により取得された排出ガスの流量とから求めた「排出ガス中の二酸化炭素量」を減じることで（数式１）、第１反応器１０におけるＣＯ2回収量Ｑadを求める。制御部１００は、求めた第１反応器１０におけるＣＯ2回収量と、スラリーポンプ３０の流量との両方に比例させて、マスフローコントローラ８０の流量を変更することによって、原料ガス供給部１５からの還元ガスの供給量を変更する。このため、第４実施形態のメタン製造装置１ｃによれば、都度、第２反応器２０におけるＣＯ2の還元に過不足のない量のＨ2を供給できる。この結果、第２反応器２０におけるメタン生成量を向上できると共に、還元ガスの消費量を抑制できる。
【００７３】
なお、図７で説明した制御部１００の制御内容はあくまで一例である。制御部１００は、第１流量計９１から取得した原料ガスの流量Ｑinと、第１濃度計９５から取得した原料ガス中のＣＯ2濃度ＸCO2_inと、第２流量計９２から取得した第１反応器１０からの排出ガスの流量Ｑoutと、第２濃度計９６から取得した第１反応器１０からの排出ガス中のＣＯ2濃度ＸCO2_outと、のうちの少なくとも一部を用いて、スラリーポンプ３０やマスフローコントローラ８０に対する種々の制御を実施できる。例えば、制御部１００は、スラリーポンプ３０の流量を変更することに代えて、スラリーポンプ３０の駆動、停止を制御してもよい。例えば、制御部１００は、還元ガスの流量を変更することに代えて、還元ガスの濃度や組成を変更してもよく、原料ガスの流量、濃度、組成を変更してもよい。このようにすれば、ＣＯ2の吸蔵及び還元性能を有する触媒を用いたメタン製造において、メタン生成量の更なる定常化を図ることができる。
【００７４】
＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００７５】
［変形例１］
上記第１〜４実施形態では、メタン製造装置の構成の一例を示した。しかし、メタン製造装置の構成は種々の変形が可能である。例えば、第１反応器と、第２反応器と、のうちの少なくともいずれか一方は複数設けられていてもよい。第１反応器又は第２反応器を複数設ける場合、これら反応器の接続は直列でもよく、並列でもよい。例えば、第２反応器を直列接続にて複数設けた場合、１段目の第２反応器と２段目の第２反応器との間において、例えば気液分離器を設けて反応混合ガスからＨ2Ｏを分離させてもよい。例えば、第４実施形態のメタン製造装置において、原料ガス供給部から第１反応器への供給管に、原料ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラを設けてもよい。
【００７６】
［変形例２］
上記第４実施形態では、メタン製造装置の制御部による制御内容の一例を示した。しかし、制御部による制御内容は種々の変形が可能である。例えば、ステップＳ１２〜Ｓ１６のスラリーポンプの流量制御と、ステップＳ１８〜Ｓ２４の還元ガスの流量制御とのうちの少なくとも一方を省略してもよい。ステップＳ１８〜Ｓ２４の還元ガスの流量制御を省略する場合、図５に示したメタン製造装置のうち、マスフローコントローラは省略してもよい。例えば、説明しない更なる処理を追加してもよい。更なる処理としては、例えば、原料ガスの流量制御、還元ガスの濃度制御、還元ガスの組成制御等を採用できる。
【００７７】
［変形例３］
第１〜４実施形態のメタン製造装置の構成、及び上記変形例１〜２のメタン製造装置の構成は、適宜組み合わせてもよい。例えば、第２，３実施形態のメタン製造装置において、第１,２流量計、第１,２濃度計、制御部を備える構成とし、第４実施形態で説明した制御部による制御を実施してもよい。例えば、第２実施形態のメタン製造装置においてさらに、第３実施形態で説明した気液分離器を備えてもよい。
【００７８】
以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１，１ａ〜１ｃ…メタン製造装置
１０…第１反応器
１１…供給管
１２…排出管
１３，１３ａ，１３ｂ…第１流路形成部
１５…原料ガス供給部
２０…第２反応器
２１…供給管
２２…排出管
２３，２３ａ，２３ｂ…第２流路形成部
２５…還元ガス供給部
３０…スラリーポンプ
３１…第２流路形成部
４０…第３反応器
４１…供給管
４２…排出管
４３…第１流路形成部
４５…第１パージガス供給部
５０…第４反応器
５１…供給管
５２…排出管
５３…第２流路形成部
５５…第２パージガス供給部
６０…第１気液分離器
６１…第１流路形成部
７０…第２気液分離器
７１…第２流路形成部
８０…マスフローコントローラ
９１…第１流量計
９２…第２流量計
９５…第１濃度計
９６…第２濃度計
１００…制御部
１０１…ポンプ流量マップ
１０２…還元ガス流量マップ
【図１】
2019123678.tif 000005
【図２】
2019123678.tif 000006
【図３】
2019123678.tif 000007
【図４】
2019123678.tif 000008
【図５】
2019123678.tif 000009
【図６】
2019123678.tif 000010
【図７】
2019123678.tif 000011