Energy Efficiency Improvement of CO<sub>2</sub> Methanation Process by using a Thermally Self-Sustained Two-Stage Reactor: Preliminary Evaluation of a Reactor Concept

Abstract

CO2とH2からCH4を合成する二段メタン化反応器で，自己の発熱のみで両段の反応を維持しながら低反応圧で高転化率（≥99%）と高熱回収率（プロセス内余剰熱の回収割合）を実現するための手法を提案し，その有効性を実験的に検証した．CO2は全量を一段目から供給するが，H2は一部を二段目から供給する（H2分割供給）．また，一段目の反応熱により昇温した熱媒体を二段目へ直接供給する（熱媒体の直接供給）．このとき，二段目へ供給する熱媒体は一段目へ供給したものの一部とし，一段目に対して二段目での熱媒体流量を小さくする（反応器間での熱媒体流路分岐）．200 kPa·G反応圧での試験の結果，H2を分割供給することで両段の反応を自己の発熱のみで維持できること，熱媒体の直接供給を同時に行うことで高転化率を実現できること，さらに反応器間での熱媒体流路分岐を行うことで高転化率を維持したまま熱回収率を向上できることを確認できた．また，各段の転化率および熱回収率が本二段反応器の操作パラメータ（H2分割比及び各段の熱媒体流量）に応じてどのように推移するかを定量化した．その結果，高転化率と高熱回収率を両立するためには二段目入口の熱媒体が低温となる条件で高転化率を実現させる必要があることがわかった．