特許 7580638 メタネーションシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-31

(45)【発行日】2024-11-11

(54)【発明の名称】メタネーションシステム

(51)【国際特許分類】

   C07C 1/04 20060101AFI20241101BHJP

   C07C 9/04 20060101ALI20241101BHJP

【ＦＩ】

C07C1/04

C07C9/04

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023574770

(86)(22)【出願日】2023-06-22

(86)【国際出願番号】 JP2023023063

【審査請求日】2023-12-05

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100206081

【弁理士】

【氏名又は名称】片岡 央

(74)【代理人】

【識別番号】100188673

【弁理士】

【氏名又は名称】成田 友紀

(74)【代理人】

【識別番号】100188891

【弁理士】

【氏名又は名称】丹野 拓人

(72)【発明者】

【氏名】川本 誠

(72)【発明者】

【氏名】篠木 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】尾中 洋次

(72)【発明者】

【氏名】谷島 誠

【審査官】長谷川 莉慧霞

(56)【参考文献】

【文献】特許第７２４１９９５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開昭６２－０４２７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－０９９１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－０９８４３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００８０４８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１０８２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１４８４８１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０４８３９３９１（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開昭４８－０７８１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９８７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－０７５１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】岡本 健一，気体分離膜，繊維機械学会誌，1990年09月25日，43巻9号，pp. 501-508，<DOI: 10.4188/transjtmsj.43.9_P501>

【文献】喜多 英敏，気体分離膜の進展，膜，2008年，33巻5号，pp. 247-253，<DOI: 10.5360/membrane.33.247>

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０７Ｃ １／０４

Ｃ０７Ｃ ９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原料水と二酸化炭素から一酸化炭素と水素を生成する共電解装置と、
前記一酸化炭素と前記水素からメタンと水とを含む生成物ガスを生成するメタン化反応を行うメタン反応器と、
前記生成物ガスから前記メタンと水蒸気である前記水とを分離する分離膜を有する分離膜装置と、
前記メタン反応器を冷却する冷却水を導く冷却水経路と、を備え、
前記冷却水経路は、前記メタン反応器を経て水蒸気となった前記冷却水と、前記分離膜装置で分離した水蒸気の状態の前記水である分離水とを、水蒸気の状態で前記原料水として前記共電解装置に供給し、
前記メタン反応器は、前記メタン化反応を段階的に進行させる第１メタン反応部および第２メタン反応部と、前記第１メタン反応部と前記第２メタン反応部との間に設けられた中間熱交換器とを備え、
前記冷却水経路は、前記中間熱交換器に前記冷却水を導くことによって、前記メタン化反応の未反応物を含む前記生成物ガスを冷却する、
メタネーションシステム。

【請求項2】

前記冷却水経路は、前記メタン反応器で前記冷却水の少なくとも一部が気化するのに伴う気化熱によって前記メタン反応器を冷却する、
請求項１記載のメタネーションシステム。

【請求項3】

前記冷却水経路に、前記分離水を吸引して前記冷却水経路に導くエジェクタが設けられている、
請求項１記載のメタネーションシステム。

【請求項4】

前記エジェクタは、前記メタン反応器によって前記冷却水が加熱されて生じた水蒸気を駆動流とする、
請求項３記載のメタネーションシステム。

【請求項5】

前記冷却水経路は、前記中間熱交換器で前記冷却水の少なくとも一部が気化するのに伴う気化熱によって前記中間熱交換器を冷却する、
請求項４記載のメタネーションシステム。

【請求項6】

前記分離膜を透過した透過物の一部を前記分離膜装置に戻す循環路をさらに備える、
請求項１記載のメタネーションシステム。

【請求項7】

前記循環路に、前記透過物の流量を調整する流量調整バルブが設けられている、
請求項６記載のメタネーションシステム。

【請求項8】

前記分離膜装置を複数備える、
請求項１記載のメタネーションシステム。

【請求項9】

前記分離膜は、炭素材料で形成された炭素膜である、
請求項１～８のうちいずれか１項に記載のメタネーションシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、メタネーションシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、二酸化炭素と水を用いてメタンなどの炭化水素を製造する装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２１－１６１１２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前記装置では、メタン等を製造する際のエネルギー効率の点で改善が求められていた。

【0005】

本開示は、上記の事情に鑑みて、メタンを製造する際のエネルギー効率を高めることができるメタネーション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】

本開示に係るメタネーションシステムの一つの態様は、原料水と二酸化炭素から一酸化炭素と水素を生成する共電解装置と、前記一酸化炭素と前記水素からメタンと水を生成するメタン反応器と、前記メタンと前記水とを分離する分離膜を有する分離膜装置と、前記メタン反応器を冷却する冷却水を導く冷却水経路と、を備え、前記冷却水経路は、前記メタン反応器を経た前記冷却水と、前記分離膜装置で分離した前記水である分離水とを、前記原料水として前記共電解装置に供給する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、メタンを製造する際のエネルギー効率を高めることができるメタネーションシステムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１に係るメタネーションシステムの模式図である。

【図2】実施の形態２に係るメタネーションシステムの模式図である。

【図3】実施の形態３に係るメタネーションシステムの模式図である。

【図4】実施の形態４に係るメタネーションシステムの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら、本開示の実施の形態について説明する。なお、本開示の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

【0010】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るメタネーションシステム１００の模式図である。図１に示すように、メタネーションシステム１００は、供給経路１０と、共電解装置２０と、メタン反応器３０と、分離膜装置４０と、冷却水経路５０と、導入経路６０と、エジェクタ７０と、を備える。

【0011】

供給経路１０は、図示しない供給源から供給された二酸化炭素を共電解装置２０に導く。供給経路１０から供給される二酸化炭素は、ＤＡＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ａｉｒ Ｃａｐｔｕｒｅ）により大気中から回収された二酸化炭素であってもよい。供給経路１０から供給される二酸化炭素は、燃料電池から排出された二酸化炭素であってもよい。

【0012】

共電解装置２０は、例えば、カソード電極およびアノード電極を有する固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ；Solid Oxide Electrolysis Cell）を備える。固体酸化物形電解セルには、例えば、酸素イオン伝導性を有する固体酸化物が用いられる。電解質としては、ジルコニア系酸化物などが用いられる。共電解装置２０は、電解装置の一例である。

【0013】

共電解装置２０では、供給経路１０から供給された二酸化炭素と、冷却水経路５０から供給された水（原料水）とを固体酸化物形電解セルのカソード電極に供給する。固体酸化物形電解セルにおける共電解に用いられる水は、例えば、水蒸気である。

【0014】

共電解装置２０は、固体酸化物形電解セルを加熱する加熱装置を備えていてもよい。加熱装置は、固体酸化物形電解セル内の温度を共電解反応に適した温度に調整することができる。
固体酸化物形電解セルに供給される二酸化炭素と水との比率は、目的とする反応物ガスの成分（一酸化炭素、水素）の比率に応じて定めることができる。

【0015】

共電解装置２０は、二酸化炭素（ＣＯ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）から、共電解によって一酸化炭素（ＣＯ）および水素（Ｈ_２）を含む反応物ガスを得る。共電解は、例えば、以下に示す式（Ｉ）に従って進行する。この反応は、吸熱反応である。
ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ_２＋Ｏ_２ ・・・（Ｉ）

【0016】

共電解装置２０では、例えば、再生可能エネルギー（例えば、太陽光発電、風力発電等）を用いて得られた電力を用いて共電解を行うことができる。図１では、この電力を「再エネ由来電力」と記載する。再生可能エネルギーを用いて得られたメタンは、燃焼利用しても追加的な二酸化炭素の発生がないことから、地球温暖化に影響しないカーボンニュートラル燃料と考えることができる。

【0017】

共電解装置２０で得られた反応物ガスは、連絡経路１１によってメタン反応器３０に送られる。反応物ガスは、一酸化炭素および水素（Ｈ_２）だけでなく、他の成分、例えば、未反応の二酸化炭素および水を含んでいてもよい。

【0018】

メタン反応器３０では、一酸化炭素（ＣＯ）および水素（Ｈ_２）から、メタン化反応によって、メタン（ＣＨ_４）および水（Ｈ_２Ｏ）を含む生成物ガスを得る。メタン化反応は、例えば、以下に示す式（ＩＩ）に従って進行する。この反応は、発熱反応である。
ＣＯ＋３Ｈ_２→ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ ・・・（ＩＩ）

【0019】

メタン反応器３０は、反応物ガスが接触するメタン化触媒を備えることが好ましい。メタン化触媒としては、Ｎｉ触媒、Ｒｕ触媒などが挙げられる。メタン化触媒は、メタン化反応を促進する。

【0020】

メタン反応器３０で得られた生成物ガスは、連絡経路１２によって分離膜装置４０に送られる。生成物ガスに含まれる水は、例えば、水蒸気（Ｓｔｅａｍ）である。分離膜装置４０に送られる生成物ガスの温度は、例えば、１００℃～４００℃である。生成物ガスは、メタンおよび水だけでなく、他の成分、例えば、未反応の一酸化炭素、水素（Ｈ_２）、二酸化炭素などを含んでいてもよい。

【0021】

分離膜装置４０は、例えば、低分子成分が透過できる分離膜４１を用いて特定の成分を他の成分から分離する。分離膜４１は、例えば、炭素膜である。炭素膜は、炭素材料により形成される。炭素膜は、例えば、微細孔を利用した分子ふるい効果によってガス分離性能を示す。炭素膜を使用することにより、メタンと水とを分離する効率を高めることができる。分離膜４１としては、無機材料で形成された無機膜を用いてもよい。無機膜は、例えば、金属膜である。

【0022】

分離膜装置４０は、分離膜４１がケースに収容された分離膜モジュールであってよい。分離膜モジュールは、中空糸膜モジュール、スパイラル膜モジュール、平膜モジュールなどであってよい。中空糸膜モジュールでは、分離膜４１は中空糸膜状に形成されている。スパイラル膜モジュールでは、分離膜４１はスパイラル構造とされている。スパイラル構造は、分離膜４１がスパイラル状に巻回され、互いに積層された構造である。平膜モジュールでは、分離膜４１は平膜状に形成されている。分離膜装置４０のろ過方式はクロスフローろ過方式でもよいし、全量ろ過方式でもよい。分離膜装置４０においては、分離膜４１の供給側を加圧し、圧力を高めてもよい。

【0023】

分離膜装置４０では、例えば、メタンおよび水を含む生成物ガスのうち、水などの低分子成分が分離膜４１を透過することによって、メタンを含む成分と、水を含む成分とを分離することができる。すなわち、分離膜４１は、メタンと水とを分離する。分離膜４１によって分離された水は「分離水」である。分離膜４１を透過した透過物（透過物ガス）は水（分離水）を含む。透過物は、導入経路６０によってエジェクタ７０に導かれる。水（分離水）は、例えば、水蒸気（Ｓｔｅａｍ）である。

【0024】

分離膜４１を透過しなかった成分（非透過成分）は、メタンを含む。非透過成分は、導出経路１３を通して系外に排出される。非透過成分は、例えば、都市ガスなどの原料として使用することができる。

【0025】

冷却水経路５０は、メタン反応器３０を冷却する冷却水を導く。冷却水経路５０の一部は、メタン反応器３０と熱的に接続されている。冷却水経路５０は、冷却水が流れる流通路５１を有する。流通路５１は、冷却水経路５０のうち、メタン反応器３０と熱的に接続された部分である。流通路５１は、例えば、メタン反応器３０の内部に配設されている。冷却水は、流通路５１の入口５１ａから出口５１ｂに向かって流れる。

【0026】

冷却水経路５０は、流通路５１を流れる冷却水によって、メタン反応器３０の内部の反応物ガスおよび生成物ガスを冷却する。冷却水は、メタン反応器３０との熱交換によって加熱される。

【0027】

冷却水の少なくとも一部は、液体（Ｌｉｑｕｉｄ）の状態から、メタン反応器３０との熱交換によって気化して水蒸気（Ｓｔｅａｍ）となることが好ましい。例えば、冷却水は、入口５１ａから出口５１ｂに向けて流通路５１を流れる過程で、少なくとも一部が気化する。冷却水は、気化するのに伴う気化熱によってメタン反応器３０を冷却することができる。そのため、メタン反応器３０の冷却に冷却水の潜熱を利用することができる。したがって、冷却水経路５０の伝熱面積あたりの除熱量は大きくなる。よって、メタン反応器３０の小型化を図ることができる。

【0028】

冷却水経路５０は、共電解装置２０に接続されている。冷却水経路５０は、メタン反応器３０を経た冷却水と、導入経路６０から導かれた分離水とを、原料水として共電解装置２０に供給する。

【0029】

エジェクタ７０は、冷却水経路５０に設けられている。エジェクタ７０は、メタン反応器３０を経た冷却水を駆動流として、導入経路６０を通して分離水を吸引する。エジェクタ７０は、例えば、メタン反応器３０によって冷却水が加熱されて生じた水蒸気を駆動流として、導入経路６０を通して分離水を吸引することができる。エジェクタ７０は、分離水を冷却水経路５０に導く。

【0030】

本実施の形態に係るメタネーションシステム１００では、冷却水経路５０は、メタン反応器３０を経た冷却水と、分離膜装置４０で分離した分離水とを、原料水として共電解装置２０に供給する。そのため、共電解装置２０に高温の原料水（水蒸気）を供給できる。すなわち、メタネーションシステム１００では、メタン反応器３０で発生した熱を冷却水によって回収し、共電解装置２０に供給する。したがって、共電解装置２０において、加熱のためのエネルギーを抑制しつつ、電解反応の効率を高めることができる。よって、メタンを製造する際のエネルギー効率を高めることができる。

【0031】

メタネーションシステム１００では、エジェクタ７０の使用により、分離膜装置４０の透過側の圧力を低くできるため、供給側の圧力を高く設定する必要はなくなる。分離膜装置４０において加圧に要するエネルギーを抑えることができるため、メタネーションシステム１００のエネルギー効率を高めることができる。

【0032】

エジェクタ７０は、メタン反応器３０によって冷却水が加熱されて生じた水蒸気を駆動流として分離水を吸引する。冷却水は水蒸気となって体積が大きくなることで流量が増大するため、十分な吸引力が得られる。そのため、動力を用いることなく、導入経路６０を通して分離水を冷却水経路５０に導くことができる。よって、メタネーションシステム１００のエネルギー効率を高めることができる。

【0033】

分離膜装置４０の分離膜４１として炭素膜を使用すると、メタンと水とを分離する効率を高めることができる。

【0034】

実施の形態２．
図２は、実施の形態２に係るメタネーションシステム２００の模式図である。なお、実施の形態１と共通の構成については同じ符号を付して説明を省略する。

【0035】

図２に示すように、メタネーションシステム２００は、メタン反応器３０に代えてメタン反応器２３０を備える。メタネーションシステム２００は、冷却水経路５０に代えて冷却水経路２５０を備える。メタネーションシステム２００は、これらの点で、図１に示すメタネーションシステム１００と異なる。

【0036】

メタン反応器２３０は、複数のメタン反応部２３１，２３２と、中間熱交換器２３３とを備える。複数のメタン反応部は、第１メタン反応部２３１と、第２メタン反応部２３２とを含む。第１メタン反応部２３１と第２メタン反応部２３２とは、複数のメタン反応部のうち隣り合うメタン反応部である。第１メタン反応部２３１と第２メタン反応部２３２とは、連絡経路１５を介して接続されている。

【0037】

共電解装置２０では、二酸化炭素および水から、共電解によって一酸化炭素および水素を含む反応物ガスを得る。反応物ガスは、連絡経路１１によってメタン反応器２３０に送られる。

【0038】

連絡経路１１によって反応物ガスがメタン反応器２３０に送られると、メタン反応器２３０では、第１メタン反応部２３１において、一酸化炭素および水素からメタンおよび水を得る反応（メタン化反応）が部分的に進行する。未反応物を含む中間物ガスは、連絡経路１５を介して第２メタン反応部２３２に供給される。第２メタン反応部２３２においては、中間物ガスに含まれる未反応物のメタン化反応が進行する。このように、メタン反応器２３０では、メタン化反応は多段階（本実施の形態では２段階）で進行する。

【0039】

中間熱交換器２３３は、第１メタン反応部２３１と第２メタン反応部２３２との間に設けられる。中間熱交換器２３３は、連絡経路１５に設けられる。

【0040】

冷却水経路２５０の一部である流通路２５１は、中間熱交換器２３３と熱的に接続されている。流通路２５１は、例えば、中間熱交換器２３３の内部に配設されている。冷却水経路２５０は、流通路２５１を流れる冷却水によって、中間熱交換器２３３において中間物ガスを冷却する。

【0041】

冷却水の少なくとも一部は、例えば、中間熱交換器２３３との熱交換によって気化して水蒸気となることが好ましい。冷却水は、気化するのに伴う気化熱によって中間熱交換器２３３を冷却することができる。そのため、中間熱交換器２３３の冷却に冷却水の潜熱を利用することができる。したがって、冷却水経路２５０の伝熱面積あたりの除熱量が大きくなる。よって、中間熱交換器２３３の小型化を図ることができる。

【0042】

メタン反応器２３０で得られた生成物ガスは、連絡経路１２によって分離膜装置４０に送られる。分離膜装置４０は、生成物ガスから、メタンを含む成分と、水を含む成分とを分離する。メタンを含む非透過成分は、導出経路１３を通して排出される。分離水を含む透過物は、導入経路６０によって導出される。

【0043】

エジェクタ７０は、メタン反応器２３０を経た冷却水を駆動流として、導入経路６０を通して分離水を吸引する。エジェクタ７０は、分離水を冷却水経路２５０に導く。冷却水経路２５０は、メタン反応器２３０を経た冷却水と、導入経路６０から導かれた分離水とを、原料水として共電解装置２０に供給する。

【0044】

本実施の形態に係るメタネーションシステム２００では、図１に示すメタネーションシステム１００と同様に、メタン反応器２３０で発生した熱を冷却水によって回収し、共電解装置２０に供給する。そのため、共電解装置２０において、加熱のためのエネルギーを抑制しつつ、電解反応の効率を高めることができる。よって、メタンを製造する際のエネルギー効率を高めることができる。

【0045】

本実施の形態に係るメタネーションシステム２００では、中間熱交換器２３３において冷却水によって中間物ガスが冷却されるため、第２メタン反応部２３２における温度を適正範囲に抑えることができる。そのため、第２メタン反応部２３２におけるメタン化反応の効率を高めることができる。よって、メタン反応器２３０におけるメタンの収率を向上させることができる。メタネーションシステム２００では、中間熱交換器２３３において、中間物ガスの熱を冷却水によって回収するため、エネルギー効率を高めることができる。

【0046】

実施の形態３．
図３は、実施の形態３に係るメタネーションシステム３００の模式図である。なお、他の実施の形態と共通の構成については同じ符号を付して説明を省略する。

【0047】

図３に示すように、メタネーションシステム３００は、循環路８０を備える点で、図１に示すメタネーションシステム１００と異なる。メタネーションシステム３００は、循環路８０を備えること以外は、図１に示すメタネーションシステム１００と同様の構成であってよい。

【0048】

循環路８０は、導入経路６０と連絡経路１２とを接続する。循環路８０には、流量調整バルブ８１（流量調整器）と、圧縮機８２とが設けられている。流量調整バルブ８１は、開度を調節することによって、循環路８０を流れる透過物の流量を調整することができる。圧縮機８２は、透過物の圧力を高める。

【0049】

共電解装置２０では、二酸化炭素および水から、共電解によって一酸化炭素および水素を含む反応物ガスを得る。反応物ガスは、連絡経路１１によってメタン反応器３０に送られる。メタン反応器３０では、メタン化反応によって、メタンおよび水を含む生成物ガスを得る。

【0050】

冷却水経路５０は、メタン反応器３０を冷却する冷却水を導く。冷却水経路５０は、流通路５１を流れる冷却水によって、メタン反応器３０の内部の反応物ガスおよび生成物ガスを冷却する。冷却水は、メタン反応器３０との熱交換によって加熱される。

【0051】

メタン反応器３０で得られた生成物ガスは、連絡経路１２によって分離膜装置４０に送られる。分離膜装置４０は、生成物ガスから、メタンを含む成分と、水を含む成分とを分離する。メタンを含む非透過成分は、導出経路１３を通して排出される。分離水を含む透過物は、導入経路６０によって導出される。

【0052】

エジェクタ７０は、メタン反応器３０を経た冷却水を駆動流として、導入経路６０を通して分離水を吸引する。エジェクタ７０は、分離水を冷却水経路５０に導く。冷却水経路５０は、メタン反応器３０を経た冷却水と、導入経路６０から導かれた分離水とを、原料水として共電解装置２０に供給する。

【0053】

本実施の形態に係るメタネーションシステム３００では、図１に示すメタネーションシステム１００と同様に、メタン反応器３０で発生した熱を冷却水によって回収し、共電解装置２０に供給する。そのため、共電解装置２０において、加熱のためのエネルギーを抑制しつつ、電解反応の効率を高めることができる。よって、メタンを製造する際のエネルギー効率を高めることができる。

【0054】

本実施の形態に係るメタネーションシステム３００では、循環路８０は、分離膜４１を透過した透過物の一部を、連絡経路１２を介して分離膜装置４０に戻す。そのため、透過物に含まれるメタンを回収できる。よって、メタンの収率を高めることができる。

【0055】

メタネーションシステム３００は、循環路８０に流量調整バルブ８１が設けられているため、循環路８０における透過物の循環量を任意に定めることができる。よって、メタネーションシステム３００の精度の高い運用を実現できる。

【0056】

実施の形態４．
図４は、実施の形態４に係るメタネーションシステム４００の模式図である。なお、他の実施の形態と共通の構成については同じ符号を付して説明を省略する。

【0057】

図４に示すように、メタネーションシステム４００は、供給経路１０と、共電解装置２０と、メタン反応器３０と、水分離装置４４０と、冷却水経路５０と、導入経路６０と、複数のエジェクタ７０と、を備える。

【0058】

水分離装置４４０は、複数の分離膜装置４０を備える。本実施の形態では、水分離装置４４０は２つの分離膜装置４０を備える。２つの分離膜装置４０の一方は第１分離膜装置４０Ａである。２つの分離膜装置４０の他方は第２分離膜装置４０Ｂである。第１分離膜装置４０Ａと第２分離膜装置４０Ｂとは連絡経路１６を介して接続されている。

【0059】

本実施の形態では、エジェクタ７０の数は２つである。２つのエジェクタ７０の一方は第１エジェクタ７０Ａである。２つのエジェクタ７０の他方は第２エジェクタ７０Ｂである。第１エジェクタ７０Ａおよび第２エジェクタ７０Ｂは、冷却水経路５０に設けられている。第２エジェクタ７０Ｂは、第１エジェクタ７０Ａに対して冷却水経路５０における下流側の位置に設けられている。

【0060】

共電解装置２０では、二酸化炭素および水から、共電解によって一酸化炭素および水素を含む反応物ガスを得る。反応物ガスは、連絡経路１１によってメタン反応器３０に送られる。メタン反応器３０では、メタン化反応によって、メタンおよび水を含む生成物ガスを得る。

【0061】

冷却水経路５０は、メタン反応器３０を冷却する冷却水を導く。冷却水経路５０は、流通路５１を流れる冷却水によって、メタン反応器３０の内部の反応物ガスおよび生成物ガスを冷却する。冷却水は、メタン反応器３０との熱交換によって加熱される。

【0062】

メタン反応器３０で得られた生成物ガスは、連絡経路１２によって第１分離膜装置４０Ａに送られる。
第１分離膜装置４０Ａの分離膜４１を透過した透過物は、導入経路６０Ａを通り、第１エジェクタ７０Ａから冷却水経路５０に導かれる。第１分離膜装置４０Ａの分離膜４１を透過しなかった成分（非透過成分）は、連絡経路１６を通って第２分離膜装置４０Ｂに供給される。第２分離膜装置４０Ｂの分離膜４１を透過した透過物は、導入経路６０Ｂを通り、第２エジェクタ７０Ｂから冷却水経路５０に導かれる。第２分離膜装置４０Ｂの分離膜４１を透過しなかった成分（非透過成分）は、導出経路１３を通して系外に排出される。

【0063】

冷却水経路５０は、メタン反応器３０を経た冷却水と、導入経路６０Ａから導かれた分離水と、導入経路６０Ｂから導かれた分離水とを、原料水として共電解装置２０に供給する。

【0064】

本実施の形態に係るメタネーションシステム４００では、図１に示すメタネーションシステム１００と同様に、メタン反応器３０で発生した熱を冷却水によって回収し、共電解装置２０に供給する。そのため、共電解装置２０において、加熱のためのエネルギーを抑制しつつ、電解反応の効率を高めることができる。よって、メタンを製造する際のエネルギー効率を高めることができる。

【0065】

本実施の形態に係るメタネーションシステム４００では、複数の分離膜装置４０を有する水分離装置４４０を備えるため、分離膜４１を透過しなかった成分（非透過成分）におけるメタンの含有率を高めることができる。

【0066】

本実施の形態では、水分離装置４４０が有する分離膜装置４０の数、およびエジェクタ７０の数は２であるが、分離膜装置４０の数、およびエジェクタ７０の数は２以上の任意の数であってもよい。

【0067】

なお、本開示の技術的範囲は前記実施の形態に限定されず、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、図１に示すメタネーションシステム１００では、二酸化炭素および水から共電解によって一酸化炭素および水素を得る共電解装置２０が用いられるが、一酸化炭素および水素（Ｈ_２）を得るための装置は共電解装置に限らない。例えば、二酸化炭素を電気分解して一酸化炭素を得る工程と、水を電気分解して水素（Ｈ_２）を得る工程とを独立に行う電解装置を用いることもできる。

【0068】

図１に示すメタネーションシステム１００では、冷却水経路５０は、冷却水と分離水とを併せて共電解装置２０に供給するが、実施の形態のメタネーションシステムでは、冷却水と分離水とを個別に共電解装置に供給する構造を採用してもよい。例えば、冷却水を冷却水経路によって共電解装置に供給するとともに、分離水を専用の供給経路によって共電解装置に供給してもよい。

【符号の説明】

【0069】

２０…共電解装置 ３０，２３０…メタン反応器 ４０…分離膜装置 ４０Ａ…第１分離膜装置（分離膜装置） ４０Ｂ…第２分離膜装置（分離膜装置） ４１…分離膜 ５０…冷却水経路 ７０…エジェクタ ７０Ａ…第１エジェクタ（エジェクタ） ７０Ｂ…第２エジェクタ（エジェクタ） ８０…循環路 ８１…流量調整バルブ １００，２００，３００，４００…メタネーションシステム ２３１…第１メタン反応部（メタン反応部） ２３２…第２メタン反応部（メタン反応部） ２３３…中間熱交換器

【要約】

本開示に係るメタネーションシステムは、原料水と二酸化炭素から一酸化炭素と水素を生成する共電解装置（２０）と、一酸化炭素と水素からメタンと水を生成するメタン反応器（３０）と、メタンと水とを分離する分離膜（４１）を有する分離膜装置（４０）と、メタン反応器（３０）を冷却する冷却水を導く冷却水経路（５０）と、を備える。冷却水経路（５０）は、メタン反応器（３０）を経た冷却水と、分離膜装置（４０）で分離した水である分離水とを、原料水として共電解装置（２０）に供給する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】