特許 7652271 炭化水素製造設備、炭化水素製造システム、炭化水素製造装置の制御器及び炭化水素を製造する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-18

(45)【発行日】2025-03-27

(54)【発明の名称】炭化水素製造設備、炭化水素製造システム、炭化水素製造装置の制御器及び炭化水素を製造する方法

(51)【国際特許分類】

   C07C 1/00 20060101AFI20250319BHJP

   C10L 3/08 20060101ALI20250319BHJP

   C07C 9/04 20060101ALI20250319BHJP

   C07C 1/12 20060101ALI20250319BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20250319BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20250319BHJP

   C07C 1/04 20060101ALI20250319BHJP

   C07B 61/00 20060101ALN20250319BHJP

【ＦＩ】

C07C1/00

C10L3/08

C07C9/04

C07C1/12

C25B1/04

C25B9/00 A

C07C1/04

C07B61/00 300

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023546951

(86)(22)【出願日】2022-09-06

(86)【国際出願番号】 JP2022033476

(87)【国際公開番号】W WO2023038034

(87)【国際公開日】2023-03-16

【審査請求日】2024-03-07

(31)【優先権主張番号】P 2021148346

(32)【優先日】2021-09-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】辻川 順

(72)【発明者】

【氏名】成相 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】稲葉 光亮

【審査官】奥谷 暢子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１５６７６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１３５２８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１６４４２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１４２８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／０４５１０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／２０３０８７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１０８３０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０７Ｃ

Ｃ１０Ｌ

Ｃ２５Ｂ

Ｃ０７Ｂ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素及び炭素を含む原料ガスを受け入れて、前記原料ガスを所定の温度まで熱せられた第１触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第１中間ガスを発生する第１反応装置と、
前記第１中間ガスを所定の温度まで熱せられた第２触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第２中間ガスを発生する第２反応装置と、
前記第１触媒を熱するための熱を前記第１反応装置に供給可能であると共に、前記第２触媒を熱するための熱を前記第２反応装置に供給可能である熱供給器と、
前記熱供給器の動作を制御する制御器と、を備え、
前記制御器は、前記第１反応装置及び前記第２反応装置のそれぞれに熱を供給させる第１制御信号と、前記第１反応装置及び前記第２反応装置の一方にのみ熱を供給させる第２制御信号と、を選択的に前記熱供給器に出力し、
前記制御器は、前記原料ガスが含む前記水素の量に基づいて、前記第１制御信号及び前記第２制御信号のいずれか一方を選択する、炭化水素製造設備。

【請求項2】

前記熱供給器は、
前記第１反応装置及び前記第２反応装置に供給される熱媒が流通する熱媒流路部と、
前記熱媒と熱交換を行う熱制御部と、を有し、
前記熱媒流路部は、
前記第１反応装置に接続された第１熱媒流路と、
前記第１反応装置を前記第２反応装置に接続する第２熱媒流路と、
前記第２反応装置に接続された第３熱媒流路と、を含む、請求項１に記載の炭化水素製造設備。

【請求項3】

前記熱媒流路部は、
前記第２熱媒流路を前記第３熱媒流路に接続する熱媒バイパス流路と、
前記第１制御信号を受けることによって前記熱媒を前記第２反応装置に供給する態様と、前記第２制御信号を受けることによって前記熱媒を前記第２反応装置に供給することなく前記熱媒バイパス流路に供給する態様と、を相互に切り替える熱媒切替部と、を有する、請求項２に記載の炭化水素製造設備。

【請求項4】

前記第１反応装置に接続された第１ガス流路と、
前記第１反応装置を前記第２反応装置に接続する第２ガス流路と、
前記第２反応装置に接続された第３ガス流路と、
前記第２ガス流路を前記第３ガス流路に接続するガスバイパス流路と、
前記第１制御信号を受けることによって前記第１中間ガスを前記第２反応装置に供給する態様と、前記第２制御信号を受けることによって前記第１中間ガスを前記第２反応装置に供給することなく前記ガスバイパス流路に供給する態様と、を相互に切り替えるガス切替部と、をさらに備える、請求項１に記載の炭化水素製造設備。

【請求項5】

前記制御器は、
前記原料ガスが含む前記水素の量に関するデータを得る水素量取得部と、
前記水素の量に関するデータが示す量の前記水素を含む前記原料ガスを受け入れたとき、前記第１反応装置の反応によって生じる熱量及び前記第２反応装置の反応によって生じる熱量を含む反応熱量と、前記第１反応装置の反応及び前記第２反応装置の反応を維持するために要する要求熱量と、を比較する熱量比較部と、
前記反応熱量が前記要求熱量より小さい場合に前記第２制御信号を前記熱供給器に出力する信号出力部と、を有する、請求項１に記載の炭化水素製造設備。

【請求項6】

前記第１反応装置は、互いに並列に接続された少なくとも２個の反応器を含む、請求項１に記載の炭化水素製造設備。

【請求項7】

水素を出力する水素供給設備と、
前記水素及び炭素を含む原料ガスを受け入れて、炭化水素を含むガスを発生する炭化水素製造設備と、を備え、
前記炭化水素製造設備は、
水素及び炭素を含む原料ガスを受け入れて、前記原料ガスを所定の温度まで熱せられた第１触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第１中間ガスを発生する第１反応装置と、
前記第１中間ガスを所定の温度まで熱せられた第２触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第２中間ガスを発生する第２反応装置と、
前記第１触媒を熱するための熱を前記第１反応装置に供給すると共に、前記第２触媒を熱するための熱を前記第２反応装置に供給する熱供給器と、
前記熱供給器の動作を制御する制御器と、を有し、
前記制御器は、前記第１反応装置及び前記第２反応装置のそれぞれに熱を供給させる第１制御信号と、前記第１反応装置及び前記第２反応装置の一方にのみ熱を供給させる第２制御信号と、を選択的に前記熱供給器に出力し、
前記制御器は、前記原料ガスが含む前記水素の量に基づいて、前記第１制御信号及び前記第２制御信号のいずれか一方を選択する、炭化水素製造システム。

【請求項8】

水素及び炭素を含む原料ガスを受け入れて、前記原料ガスを所定の温度まで熱せられた第１触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第１中間ガスを発生する第１反応装置と、前記第１中間ガスを所定の温度まで熱せられた第２触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第２中間ガスを発生する第２反応装置と、を含む炭化水素製造装置の制御器であって、
前記原料ガスが含む前記水素の量に関するデータを得る水素量取得部と、
前記水素の量に関するデータが示す量の前記水素を含む前記原料ガスを前記炭化水素製造装置が受け入れたとき、前記第１反応装置の反応によって生じる熱量及び前記第２反応装置の反応によって生じる熱量を含む反応熱量と、前記第１反応装置の反応及び前記第２反応装置の反応を維持するために要する要求熱量と、を比較する熱量比較部と、
前記反応熱量が前記要求熱量より小さい場合に、前記第１触媒を熱するための熱を前記第１反応装置に供給すると共に、前記第２触媒を熱するための熱を前記第２反応装置に供給可能な熱供給器に対して、前記第１反応装置及び前記第２反応装置の一方にのみ熱を供給させる制御信号を出力する信号出力部と、を有する、炭化水素製造装置の制御器。

【請求項9】

水素及び炭素を含む原料ガスを受け入れて、前記原料ガスを所定の温度まで熱せられた第１触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第１中間ガスを発生する第１反応装置と、前記第１中間ガスを所定の温度まで熱せられた第２触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第２中間ガスを発生する第２反応装置と、を含む炭化水素製造装置を用いて炭化水素を製造する方法であって、
前記原料ガスが含む前記水素の量に関するデータを得るステップと、
前記水素の量に関するデータが示す量の前記水素を含む前記原料ガスを前記炭化水素製造装置が受け入れたとき、前記第１反応装置の反応によって生じる熱量及び前記第２反応装置の反応によって生じる熱量を含む反応熱量と、前記第１反応装置の反応及び前記第２反応装置の反応を維持するために要する要求熱量と、を比較するステップと、
前記反応熱量が前記要求熱量より小さい場合に、前記第１触媒を熱するための熱を前記第１反応装置に供給すると共に、前記第２触媒を熱するための熱を前記第２反応装置に供給する熱供給器に対して、前記第１反応装置及び前記第２反応装置の一方にのみ熱を供給させる制御信号を出力するステップと、を有する、炭化水素を製造する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、炭化水素製造設備、炭化水素製造システム、炭化水素製造装置の制御器及び炭化水素を製造する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、再生可能エネルギの利用が進んでいる。再生可能エネルギによって発電された電力のうち、余剰の電力を、電力とは別のエネルギ媒体に変換し、当該エネルギ媒体を保存する技術がある。例えば、水電解技術は、余剰の電力によって、エネルギ媒体としての水素を発生させる。水素を貯蔵することで、余剰電力の保存が可能である。貯蔵した水素を単独で使用するための技術にとどまらず、水素を輸送しやすい形又は利用しやすい形に変換する技術の開発も盛んである。

【0003】

エネルギ媒体は、水素に限られない。例えば、炭化水素及びアンモニアもエネルギ媒体として利用することができる。水素を原料として炭化水素及びアンモニアを製造する技術が注目されている。炭化水素は、原料として水素と二酸化炭素とを用いる。従って、二酸化炭素を有効に活用するという点で有利である。例えば、特許文献１は、水素と二酸化炭素とを用いて、メタンを製造する技術を開示する。特許文献１の装置は、再生可能エネルギを用いた水電解装置を用いて水素を製造する。特許文献１の装置は、負荷の変動が発生した際に反応工程の一部を省略する。その結果、各工程で反応の状態が平衡になるように調整される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－１３５２８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

水素を含む原料ガスを用いて、炭化水素を含むガスを生成する場合には、反応を生じさせるための所定のエネルギが必要である。例えば、水素と二酸化炭素とを用いて炭化水素を生成する場合には、反応を生じさせるための触媒を所定の温度に維持する必要がある。原料ガスが十分に供給されている場合には、反応によって生じる熱によって、触媒の温度を維持できる。しかし、原料ガスが十分に供給されない場合には、触媒の温度を維持するためのエネルギを外部から供給する必要がある。

【0006】

再生可能エネルギを利用する太陽光発電及び風力発電では、出力する電力が変動しやすい。従って、再生可能エネルギを利用する発電設備から電力を受けて稼働する水電解装置なども、出力が変動しやすい。その結果、水電解装置が出力する水素の量が十分でない場合には、上述したように外部から反応に要するエネルギを供給する必要がある。従って、全体としてエネルギ効率を向上させにくい状態が生じることがあり得る。

【0007】

本開示は、エネルギ効率を向上させることが可能な炭化水素製造設備、炭化水素製造システム、炭化水素製造装置の制御器及び炭化水素を製造する方法を説明する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一形態である炭化水素製造設備は、水素及び炭素を含む原料ガスを受け入れて、原料ガスを所定の温度まで熱せられた第１触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第１中間ガスを発生する第１反応装置と、第１中間ガスを所定の温度まで熱せられた第２触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第２中間ガスを発生する第２反応装置と、第１触媒を熱するための熱を第１反応装置に供給可能であると共に、第２触媒を熱するための熱を第２反応装置に供給可能である熱供給器と、熱供給器の動作を制御する制御器と、を備える。制御器は、第１反応装置及び第２反応装置のそれぞれに熱を供給させる第１制御信号と、第１反応装置及び第２反応装置の一方にのみ熱を供給させる第２制御信号と、を選択的に熱供給器に出力する。制御器は、原料ガスが含む水素の量に基づいて、第１制御信号及び第２制御信号のいずれか一方を選択する。

【発明の効果】

【0009】

上記の炭化水素製造設備、炭化水素製造システム、炭化水素製造装置の制御器及び炭化水素を製造する方法は、炭化水素を製造する際のエネルギ効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、炭化水素製造システムを示す図である。

【図2】図２は、反応器の構造を示す図である。

【図3】図３は、コントローラの構成を示す図である。

【図4】図４は、コントローラの動作を示すフロー図である。

【図5】図５は、実施例の炭化水素製造装置を示す図である。

【図6】図６は、変形例の炭化水素製造装置が備える反応装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本開示の一形態である炭化水素製造設備は、水素及び炭素を含む原料ガスを受け入れて、原料ガスを所定の温度まで熱せられた第１触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第１中間ガスを発生する第１反応装置と、第１中間ガスを所定の温度まで熱せられた第２触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第２中間ガスを発生する第２反応装置と、第１触媒を熱するための熱を第１反応装置に供給可能であると共に、第２触媒を熱するための熱を第２反応装置に供給可能である熱供給器と、熱供給器の動作を制御する制御器と、を備える。制御器は、第１反応装置及び第２反応装置のそれぞれに熱を供給させる第１制御信号と、第１反応装置及び第２反応装置の一方にのみ熱を供給させる第２制御信号と、を選択的に熱供給器に出力する。制御器は、原料ガスが含む水素の量に基づいて、第１制御信号及び第２制御信号のいずれか一方を選択する。

【0012】

炭化水素製造設備に供給される水素の量が少ない場合には、反応によって生じる熱量も少なくなる。その結果、反応を生じさせるために要求される温度まで第１触媒及び第２触媒を加熱する必要がある。炭化水素製造設備は、原料ガスが含む水素の量に基づいて、熱媒を第１反応装置及び第２反応装置の両方に供給する態様と、熱媒を第１反応装置及び第２反応装置の一方にのみ供給する態様と、を切り替える。その結果、炭化水素製造設備に供給される水素の量が少ない場合には、熱媒を第１反応装置及び第２反応装置の一方にのみ供給する態様とすることによって、反応を維持するために供給すべき熱量を減らすことができる。従って、炭化水素製造設備は、原料ガスから炭化水素を含むガスを発生させる動作におけるエネルギ効率を向上させることができる。

【0013】

上記の炭化水素製造設備の熱供給器は、第１反応装置及び第２反応装置に供給される熱媒が流通する熱媒流路部と、熱媒と熱交換を行う熱制御部と、を有してもよい。熱媒流路部は、第１反応装置に接続された第１熱媒流路と、第１反応装置を第２反応装置に接続する第２熱媒流路と、第２反応装置に接続された第３熱媒流路と、を含んでもよい。この構成によれば、熱制御部において熱の供給を受けた熱媒は、第１反応装置及び第２反応装置に供給される。その結果、反応に必要な熱量を第１触媒及び第２触媒に提供することができる。

【0014】

上記の炭化水素製造設備の熱媒流路部は、第２熱媒流路を第３熱媒流路に接続する熱媒バイパス流路と、第１制御信号を受けることによって熱媒を第２反応装置に供給する態様と、第２制御信号を受けることによって熱媒を第２反応装置に供給することなく熱媒バイパス流路に供給する態様と、を相互に切り替える熱媒切替部と、を有してもよい。この構成によれば、熱媒を第２反応装置に供給する態様と、熱媒を第２反応装置に供給しない態様と、の切り替えを簡易な構成によって実現できる。

【0015】

上記の炭化水素製造設備は、第１反応装置に接続された第１ガス流路と、第１反応装置を第２反応装置に接続する第２ガス流路と、第２反応装置に接続された第３ガス流路と、第２ガス流路を第３ガス流路に接続するガスバイパス流路と、第１制御信号を受けることによって第１中間ガスを第２反応装置に供給する態様と、第２制御信号を受けることによって第１中間ガスを第２反応装置に供給することなくガスバイパス流路に供給する態様と、を相互に切り替えるガス切替部と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、第１中間ガスを第２反応装置に供給する態様と、第１中間ガスを第２反応装置に供給しない態様と、の切り替えを簡易な構成によって実現できる。

【0016】

上記の炭化水素製造設備の制御器は、原料ガスが含む水素の量に関するデータを得る水素量取得部と、水素の量に関するデータが示す量の水素を含む原料ガスを受け入れたとき、第１反応装置の反応によって生じる熱量及び第２反応装置の反応によって生じる熱量を含む反応熱量と、第１反応装置の反応及び第２反応装置の反応を維持するために要する要求熱量と、を比較する熱量比較部と、反応熱量が要求熱量より小さい場合に第２制御信号を熱供給器に出力する信号出力部と、を有してもよい。この制御器によれば、第１反応装置及び第２反応装置の一方にのみ熱を供給させるべき状態を、容易に判断することができる。

【0017】

上記の炭化水素製造設備の第１反応装置は、互いに並列に接続された少なくとも２個の反応器を含んでもよい。この構成によれば、第１中間ガスの発生量を増加させることができる。

【0018】

本開示の別の形態である炭化水素製造システムは、水素を出力する水素供給設備と、水素及び炭素を含む原料ガスを受け入れて、炭化水素を含むガスを発生する炭化水素製造設備と、を備える。炭化水素製造設備は、水素及び炭素を含む原料ガスを受け入れて、原料ガスを所定の温度まで熱せられた第１触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第１中間ガスを発生する第１反応装置と、第１中間ガスを所定の温度まで熱せられた第２触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第２中間ガスを発生する第２反応装置と、第１触媒を熱するための熱を第１反応装置に供給すると共に、第２触媒を熱するための熱を第２反応装置に供給する熱供給器と、熱供給器の動作を制御する制御器と、を有する。制御器は、第１反応装置及び第２反応装置のそれぞれに熱を供給させる第１制御信号と、第１反応装置及び第２反応装置の一方にのみ熱を供給させる第２制御信号と、を選択的に熱供給器に出力する。制御器は、原料ガスが含む水素の量に基づいて、第１制御信号及び第２制御信号のいずれか一方を選択する。

【0019】

炭化水素製造システムは、上述の炭化水素製造設備を備えている。従って、原料ガスから炭化水素を含むガスを発生させる動作におけるエネルギ効率を向上させることができる。

【0020】

本開示のさらに別の形態である炭化水素製造装置の制御器は、水素及び炭素を含む原料ガスを受け入れて、原料ガスを所定の温度まで熱せられた第１触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第１中間ガスを発生する第１反応装置と、第１中間ガスを所定の温度まで熱せられた第２触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第２中間ガスを発生する第２反応装置と、を含む。炭化水素製造装置の制御器は、原料ガスが含む水素の量に関するデータを得る水素量取得部と、水素の量に関するデータが示す量の水素を含む原料ガスを炭化水素製造装置が受け入れたとき、第１反応装置の反応によって生じる熱量及び第２反応装置の反応によって生じる熱量を含む反応熱量と、第１反応装置の反応及び第２反応装置の反応を維持するために要する要求熱量と、を比較する熱量比較部と、反応熱量が要求熱量より小さい場合に、第１触媒を熱するための熱を第１反応装置に供給すると共に、第２触媒を熱するための熱を第２反応装置に供給可能な熱供給器に対して、第１反応装置及び第２反応装置の一方にのみ熱を供給させる制御信号を出力する信号出力部と、を有する。

【0021】

炭化水素製造装置の制御器は、炭化水素製造装置に供給される原料ガスが含む水素の量に基づいて、熱媒を提供する対象を決定できる。従って、炭化水素製造装置の制御器は、炭化水素製造装置が行う原料ガスから炭化水素を含むガスを発生させる動作におけるエネルギ効率を向上させることができる。

【0022】

本開示のさらに別の形態である炭化水素製造装置を用いて炭化水素を製造する方法は、水素及び炭素を含む原料ガスを受け入れて、原料ガスを所定の温度まで熱せられた第１触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第１中間ガスを発生する第１反応装置と、第１中間ガスを所定の温度まで熱せられた第２触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第２中間ガスを発生する第２反応装置と、を含む。炭化水素製造装置を用いて炭化水素を製造する方法は、原料ガスが含む水素の量に関するデータを得るステップと、水素の量に関するデータが示す量の水素を含む原料ガスを炭化水素製造装置が受け入れたとき、第１反応装置の反応によって生じる熱量及び第２反応装置の反応によって生じる熱量を含む反応熱量と、第１反応装置の反応及び第２反応装置の反応を維持するために要する要求熱量と、を比較するステップと、反応熱量が要求熱量より小さい場合に、第１触媒を熱するための熱を第１反応装置に供給すると共に、第２触媒を熱するための熱を第２反応装置に供給する熱供給器に対して、第１反応装置及び第２反応装置の一方にのみ熱を供給させる制御信号を出力するステップと、を有する。

【0023】

炭化水素を製造する方法は、炭化水素製造装置に供給される原料ガスが含む水素の量に基づいて、熱媒を提供する対象を決定する。従って、炭化水素を製造する方法は、炭化水素製造装置が行う原料ガスから炭化水素を含むガスを発生させる動作におけるエネルギ効率を向上させることができる。

【0024】

以下、図面を参照して本開示の炭化水素製造設備、炭化水素製造システム、炭化水素製造装置の制御器及び炭化水素を製造する方法について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一の要素同士及び相当する要素同士には、互いに同一の符号を付す。そして、重複する説明を省略する場合がある。

【0025】

図１に示すように、炭化水素製造設備１は、原料ガスの供給を受ける。炭化水素製造設備１は、原料ガスを、触媒を用いて反応させる。その結果、炭化水素製造設備１は、製品ガスを生成する。

【0026】

原料ガスは、水素ガス及び二酸化炭素ガスを含む。原料ガスは、二酸化炭素ガスに代えて、一酸化炭素ガスを含んでもよい。炭化水素製造設備１は、水素ガスを受け入れる入力１ａと、二酸化炭素ガスを受け入れる入力１ｂと、を有してもよい。炭化水素製造設備１は、水素ガスと二酸化炭素ガスとが混合された原料ガスを受け入れる入力を有してもよい。

【0027】

製品ガスは、炭化水素を含む。炭化水素製造設備１は、出力１ｃから製品ガスを出力する。

【0028】

炭化水素製造設備１は、例えば、水電解装置１０１（水素供給設備）から水素ガスの供給を受ける。水電解装置１０１は、電力を受ける。水電解装置１０１は、水から水素を生成する。水電解装置１０１が消費する電力は、例えば、電力会社１０５から購入する。水電解装置１０１が消費する電力は、再生可能エネルギ設備１０２から供給される。再生可能エネルギ設備１０２として、再生可能エネルギである太陽光を利用する太陽光発電設備が挙げられる。再生可能エネルギ設備１０２として、再生可能エネルギである風力を利用する風力発電設備が挙げられる。太陽光発電設備及び風力発電設備は、再生可能エネルギ設備１０２の例示である。再生可能エネルギ設備１０２を構成する発電設備は、そのほかの再生可能エネルギを用いて発電する設備であってもよい。

【0029】

太陽光又は風力を用いた発電では、天候及び時間帯に応じて発電量が変動する。例えば、太陽光発電設備は、そもそも夜間に発電できない。太陽光発電設備は、悪天候時に発電量が大幅に低下する。水電解装置１０１による水素の製造は、余剰の電力を用いて行われることもある。このような事情から、水電解装置１０１に供給される電力は、変動しやすいので、結果的に水電解装置１０１が出力する水素の量も変動しやすくなる。その結果、炭化水素製造設備１に十分な量の水素ガスを供給できないタイミングが生じる。

【0030】

水電解装置１０１としては、例えば、アルカリ型水電解装置が挙げられる。アルカリ型水電解装置は、運用上の都合から、最低負荷電力が決まっている場合がある。アルカリ型水電解装置には、低負荷の運転に要する電力を供給する必要が生じる。例えば、再生可能エネルギ設備１０２から電力の供給を受けられない場合には、アルカリ型水電解装置は、蓄電池から電力の供給を受けることがある。また、アルカリ型水電解装置は、電力会社１０５から購入した電力の供給を受けることもある。

【0031】

炭化水素製造設備１は、さらに水素貯蔵設備１０３（水素供給設備）から水素ガスの供給を受ける。水素貯蔵設備１０３に貯蔵される水素は、水電解装置１０１が出力する余剰の水素であってもよい。水素貯蔵設備１０３に貯蔵される水素は、外部から輸送された水素であってもよい。

【0032】

炭化水素製造設備１は、二酸化炭素ガスの供給を受ける。二酸化炭素ガスは、例えば、二酸化炭素回収設備１０４から供給される。炭化水素製造設備１は、入力１ｂから二酸化炭素ガスを受け入れる。

【0033】

炭化水素製造設備１と、少なくとも水電解装置１０１又は水素貯蔵設備１０３の一方を含む構成を、炭化水素製造システム１００と称する。炭化水素製造システム１００は、水電解装置１０１又は水素貯蔵設備１０３の他方、及び、二酸化炭素回収設備１０４を含んでもよい。要するに、炭化水素製造システム１００は、炭化水素製造設備１と、炭化水素製造設備１に原料を供給する設備と、を含んだものを意味する。

【0034】

炭化水素製造設備１は、炭化水素製造装置２と、コントローラ３（制御器）と、を有する。炭化水素製造装置２は、原料ガスから製品ガスを生成する。コントローラ３は、炭化水素製造装置２を制御する。コントローラ３は、炭化水素製造装置２に対して制御信号θを送信可能に接続されていればよい。制御信号θは、有線通信によって送信されてもよい。制御信号θは、無線通信によって送信されてもよい。コントローラ３は、炭化水素製造装置２の近傍に配置されてもよい。コントローラ３は、炭化水素製造装置２から離れて配置されてもよい。コントローラ３の詳細は、後述する。

【0035】

炭化水素製造装置２は、第１反応装置２１Ｓと、第２反応装置２２Ｓと、第３反応装置２３Ｓと、熱供給器２４と、を有する。第１反応装置２１Ｓは、１個の反応器２１を含む。同様に、第２反応装置２２Ｓも、１個の反応器２２を含む。第３反応装置２３Ｓも、１個の反応器２３を含む。本開示の反応装置は、１個の反応器を含む。反応装置を構成する反応器の数は、１個に限定されない。反応装置は、少なくとも２個の反応器によって構成されてもよい。反応装置の変形例については、後述する。

【0036】

第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓは、原料ガスを、触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含むガスを生成する。第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓは、複数のガス配管によって相互に接続されている。

【0037】

概略的には、第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓは、この順に直列に接続されている。第１反応装置２１Ｓは、入力１ａから水素ガスを受けると共に入力１ｂから二酸化炭素ガスを受ける。第１反応装置２１Ｓは、結果物として生成した第１中間ガスを第２反応装置２２Ｓに提供する。第２反応装置２２Ｓは、第１中間ガスを受ける。第２反応装置２２Ｓは、第１中間ガスから第２中間ガスを生成する。第２中間ガスは、第１中間ガスよりも炭化水素の割合が多い。第２反応装置２２Ｓは、第２中間ガスを第３反応装置２３Ｓに提供する。第３反応装置２３Ｓは、第２中間ガスを受ける。第３反応装置２３Ｓは、第２中間ガスから製品ガスを生成する。製品ガスは、炭化水素の割合が第２中間ガスよりも多い。最終的に、第３反応装置２３Ｓは、出力１ｃから製品ガスを外部に提供する。

【0038】

上記のガスの流れは、ガス流路部２５によって実現される。ガス流路部２５は、第１ガス配管２５１（第１ガス流路）と、第２ガス配管２５２（第２ガス流路）と、第３ガス配管２５３（第３ガス流路）と、第４ガス配管２５４と、を含む。第１ガス配管２５１は、入力１ａ及び入力１ｂを第１反応装置２１Ｓに接続する。第２ガス配管２５２は、第１反応装置２１Ｓを第２反応装置２２Ｓに接続する。第３ガス配管２５３は、第２反応装置２２Ｓを第３反応装置２３Ｓに接続する。第４ガス配管２５４は、第３反応装置２３Ｓを出力１ｃに接続する。

【0039】

第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓは、受け入れ可能なガスの容量などの性能上の相違を有するが、基本的には同様の構造を有する。第１反応装置２１Ｓは、水素ガスと二酸化炭素ガスとを原料として、炭化水素を合成する。二酸化炭素から炭化水素合成物を合成する反応として、式（１）に示されるメタネーションが挙げられる。二酸化炭素から炭化水素合成物を合成する反応として、式（２）に示されるＦＴ合成も挙げられる。
ＣＯ_２＋４Ｈ_２→ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ…（１）
ｎＣＯ_２＋３ｎＨ_２→－（ＣＨ_２）－ｎ＋２ｎＨ_２Ｏ…（２）

【0040】

メタネーション及びＦＴ合成は、一般的に触媒を使用することで、２００℃以上の高温で反応する。高温で活性を有する触媒を使用するため、触媒をあらかじめ熱媒ＨＭを使用して高温状態に予熱する必要がある。熱媒ＨＭとしては、オイル、水蒸気及び溶融塩等が例示できる。反応に要する温度にまで触媒を加熱する場合、熱媒ＨＭによる加熱を採用すると、炭化水素反応器の容量にもよるが数時間から２４時間程度の時間を要する。従って、触媒を反応に要する温度にまで昇温した後は、高温状態で維持することが一般的である。

【0041】

図２は、第１反応装置２１Ｓが備える反応器２１の内部構造の例示である。反応器２１は、シェル２１１と、複数のチューブ２１２と、バッファ２１３と、を有する。シェル２１１は、反応器２１の外殻を構成する。シェル２１１は、ガス入口２１１ａと、ガス出口２１１ｂと、熱媒入口２１１ｃと、熱媒出口２１１ｄと、を有する。

【0042】

ガス入口２１１ａは、複数のチューブ２１２によってガス出口２１１ｂに接続されている。チューブ２１２の内部には、触媒ＣＴ（第１触媒）が配置されている。チューブ２１２に配置された触媒ＣＴを、原料ガスが通過するときに、反応が生じる。その結果、炭化水素を含むガスが生成される。熱媒入口２１１ｃは、シェル２１１とチューブ２１２と隔壁２１５とによって囲まれた空間を介して熱媒出口２１１ｄに接続されている。ガスが流れる領域と熱媒ＨＭが流れる領域とは、チューブ２１２及び隔壁２１５によって隔てられている。

【0043】

熱媒ＨＭは、チューブ２１２の外周面と接触しながら熱媒入口２１１ｃから熱媒出口２１１ｄへ流れる。熱媒入口２１１ｃから熱媒出口２１１ｄへ流れる過程において、チューブ２１２の外周面を介して、熱媒ＨＭと触媒ＣＴとの熱交換が行われる。熱交換は、熱媒ＨＭから触媒ＣＴへ熱が移動する態様を含む。熱交換は、触媒ＣＴから熱媒ＨＭへ熱が移動する態様も含む。熱媒入口２１１ｃから、例えば、摂氏３００度から摂氏３３０度のオイルが供給される。熱媒ＨＭから触媒ＣＴへ熱が移動する態様である場合には、熱媒出口２１１ｄから排出されるオイルの温度は、熱媒入口２１１ｃに流入するオイルの温度よりも下がる。触媒ＣＴから熱媒ＨＭへ熱が移動する態様である場合には、熱媒出口２１１ｄから排出されるオイルの温度は、熱媒入口２１１ｃに流入するオイルの温度よりも上がる。

【0044】

再び図１を参照する。熱供給器２４は、第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓのそれぞれに熱媒ＨＭを供給する。第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓは、反応の状態によって、発生する熱量が増減する。例えば、発生する熱量が少ない場合には、熱媒ＨＭは、第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓが備えるそれぞれの触媒ＣＴに熱を供給する。例えば、発生する熱量が多い場合には、熱媒ＨＭは、それぞれの触媒ＣＴから熱を奪う。熱媒ＨＭの循環によって、第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓが備える触媒ＣＴを所定の温度に維持することができる。

【0045】

熱供給器２４は、熱制御装置２４１（熱制御部）と、熱媒流路部２４２と、を有する。熱供給器２４は、熱制御装置２４１及び熱媒流路部２４２とは別の部品を含むことを許容する。

【0046】

熱制御装置２４１は、熱媒ＨＭに対して熱を与える機能と、熱媒ＨＭから熱を奪う機能と、を有する。熱制御装置２４１は、熱媒ＨＭに対して熱を与える機能のためのヒータ２４１ａを備えてよい。熱制御装置２４１は、熱媒ＨＭから熱を奪う機能のための熱交換器２４１ｂを備えてよい。例えば、熱交換器２４１ｂは、冷却器であってもよい。熱制御装置２４１は、熱媒ＨＭを移動させるためのポンプ２４１ｃを備えてもよい。例えば、図１に示すように、熱媒ＨＭが流れる方向に沿って、熱交換器２４１ｂ、ポンプ２４１ｃ及びヒータ２４１ａの順に接続されてもよい。上記の式（１）に示すメタネーション及び式（２）に示すＦＴ反応は、いずれも発熱反応である。反応が始まると、触媒ＣＴの温度が急激に上昇する。従って、発生する熱量を奪って触媒ＣＴの温度が所定の範囲に収まるように温度を制御する必要がある。熱制御装置２４１は、触媒ＣＴの温度が所定の範囲に収めるための熱制御に用いることもできる。

【0047】

熱媒流路部２４２は、第１熱媒配管２４２ａ（第１熱媒流路）と、第２熱媒配管２４２ｂ（第２熱媒流路）と、第３熱媒配管２４２ｃ（第３熱媒流路）と、第４熱媒配管２４２ｄと、を有する。これらの配管によって、熱媒ＨＭは閉じた流路を流通する。第１熱媒配管２４２ａは、第１反応装置２１Ｓを熱制御装置２４１に接続する。第２熱媒配管２４２ｂは、第１反応装置２１Ｓを第２反応装置２２Ｓに接続する。第３熱媒配管２４２ｃは、第２反応装置２２Ｓを第３反応装置２３Ｓに接続する。第４熱媒配管２４２ｄは、熱制御装置２４１を第３反応装置２３Ｓに接続する。熱媒ＨＭは、第３反応装置２３Ｓ、第２反応装置２２Ｓ、第１反応装置２１Ｓの順に流れる。つまり、熱媒ＨＭが流れる方向は、ガスが流れる方向と逆である。

【0048】

炭化水素製造装置２は、基本的に３基の反応装置（反応器）によって製品ガスを生成する。炭化水素製造装置２は、必要に応じて、２基の反応装置によって製品ガスを生成することもできる。図１の例示では、炭化水素製造装置２は、第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓによって製品ガスを生成することができる。炭化水素製造装置２は、第１反応装置２１Ｓ及び第３反応装置２３Ｓによって製品ガスを生成することもできる。炭化水素製造装置２は、製品ガスの生成において、第２反応装置２２Ｓを用いる状態と、第２反応装置２２Ｓを用いない状態と、を選択できる。第２反応装置２２Ｓを用いる状態とは、換言すると、反応が可能な状態に第２反応装置２２Ｓの触媒ＣＴ（第２触媒）の温度が維持されている状態をいう。第２反応装置２２Ｓを用いない状態とは、換言すると、反応が可能な状態に第２反応装置２２Ｓの触媒ＣＴの温度が維持されていない状態をいう。

【0049】

第２反応装置２２Ｓの触媒ＣＴの温度は、反応によって発生する熱量と、熱媒ＨＭによって供給される熱量と、によって決まる。また、第２反応装置２２Ｓの触媒ＣＴの温度は、反応によって発生する熱量と、熱媒ＨＭによって奪われる熱量と、によって決まる。例えば、反応により生じる熱量が少なく、且つ、熱媒ＨＭによる熱の供給を止めると、第２反応装置２２Ｓの触媒ＣＴの温度が維持できくなくなる。熱媒ＨＭによる熱の供給を止めると、第２反応装置２２Ｓを用いない状態とすることができる。熱媒流路部２４２は、第２反応装置２２Ｓへの熱媒ＨＭの供給と供給の停止とを切り替える構成を有する。具体的には、熱媒流路部２４２は、熱媒バイパス配管２４２Ｐ（熱媒バイパス流路）と、熱媒切替器２４２Ｓ（熱媒切替部）と、を有する。

【0050】

熱媒バイパス配管２４２Ｐは、第２熱媒配管２４２ｂに第３熱媒配管２４２ｃを接続する。具体的には、熱媒バイパス配管２４２Ｐの第１端は、第２熱媒配管２４２ｂに接続される。熱媒バイパス配管２４２Ｐの第２端は、第３熱媒配管２４２ｃに接続される。熱媒バイパス配管２４２Ｐの第２端には、熱媒切替器２４２Ｓが設けられる。熱媒切替器２４２Ｓは、第３反応装置２３Ｓから提供された熱媒ＨＭを、第２反応装置２２Ｓに供給する構成と、熱媒バイパス配管２４２Ｐへ供給する構成と、を相互に切り替える。熱媒切替器２４２Ｓの切り替え動作は、コントローラ３の制御信号θに従う。熱媒切替器２４２Ｓは、例えば、図５に示すように２個のバルブによって構成されてもよい。熱媒ＨＭが熱媒バイパス配管２４２Ｐを流れるとき、熱媒ＨＭは第２反応装置２２Ｓには供給されない。

【0051】

炭化水素製造装置２は、熱媒ＨＭをバイパスする構成に加えて、ガスをバイパスする構成を備えてもよい。ガス流路部２５は、ガスバイパス配管２５Ｐ（ガスバイパス流路）と、ガス切替器２５Ｓ（ガス切替部）と、を有してもよい。

【0052】

ガスバイパス配管２５Ｐは、第２ガス配管２５２を第３ガス配管２５３に接続する。具体的には、ガスバイパス配管２５Ｐの第１端は、第２ガス配管２５２に接続される。ガスバイパス配管２５Ｐの第２端は、第３ガス配管２５３に接続される。ガスバイパス配管２５Ｐの第１端には、ガス切替器２５Ｓが設けられる。ガス切替器２５Ｓは、第１反応装置２１Ｓが発生した第１中間ガスを、第２反応装置２２Ｓに供給する構成と、ガスバイパス配管２５Ｐに供給する構成と、を相互に切り替える。ガス切替器２５Ｓの切り替え動作は、コントローラ３の制御信号θに従う。例えば、第１中間ガスがガスバイパス配管２５Ｐを流れるとき、第１中間ガスは第２反応装置２２Ｓには供給されない。

【0053】

コントローラ３は、第２反応装置２２Ｓを用いる状態と、第２反応装置２２Ｓを用いない状態と、を相互に切り替えるための制御信号θを出力する。コントローラ３は、第２反応装置２２Ｓを用いる状態とする場合に、第１制御信号θを出力する。コントローラ３は、第２反応装置２２Ｓに熱媒ＨＭ及びガスを供給する場合に、第１制御信号θを出力する。コントローラ３は、第２反応装置２２Ｓを用いない状態とする場合に、第２制御信号θを出力する。コントローラ３は、第２反応装置２２Ｓに熱媒ＨＭ及びガスを供給しない場合に、第２制御信号θを出力する。

【0054】

コントローラ３は、図３に示すハードウェア構成を備えるコンピュータによって実現される。コントローラ３は、１又は複数のコンピュータを含む。コンピュータは、プロセッサ３１と、主記憶部３２と、補助記憶部３３と、通信制御部３４と、入力装置３５と、出力装置３６とを有する。コントローラ３は、これらのハードウェアと、プログラム等のソフトウェアとにより構成された１又は複数のコンピュータによって構成される。

【0055】

コントローラ３が複数のコンピュータによって構成される場合には、これらのコンピュータはローカルで接続されてもよい。複数のコンピュータは、インターネット又はイントラネットなどの通信ネットワークを介して互いに接続されてもよい。この接続によって、論理的に１つのコントローラ３が構築される。

【0056】

プロセッサ３１は、オペレーティングシステム及びアプリケーション・プログラムなどを実行する。主記憶部３２は、ＲＯＭ（Read Only Memory)およびＲＡＭ（Random Access Memory）により構成される。補助記憶部３３は、ハードディスクおよびフラッシュメモリなどにより構成される記憶媒体である。補助記憶部３３は、一般的に主記憶部３２よりも大量のデータを記憶する。通信制御部３４は、ネットワークカード又は無線通信モジュールにより構成される。補助記憶部３３は、一般的に主記憶部３２よりも大量のデータを記憶する。入力装置３５は、キーボード、マウス、タッチパネル、および、音声入力用マイクなどにより構成される。出力装置３６は、ディスプレイおよびプリンタなどにより構成される。

【0057】

補助記憶部３３は、予め、プログラムおよび処理に必要なデータを格納している。プログラムは、コントローラ３の各機能要素をコンピュータに実行させる。プログラムによって、例えば、炭化水素を製造する方法に係る処理がコンピュータにおいて実行される。例えば、プログラムは、プロセッサ３１又は主記憶部３２によって読み込まれ、プロセッサ３１、主記憶部３２、補助記憶部３３、通信制御部３４、入力装置３５、および出力装置３６の少なくとも１つを動作させる。例えば、プログラムは、主記憶部３２および補助記憶部３３におけるデータの読み出しおよび書き込みを実行する。

【0058】

プログラムは、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリなどの有形の記憶媒体に記録された上で提供されてもよい。プログラムは、データ信号として通信ネットワークを介して提供されてもよい。

【0059】

図４は、コントローラ３の動作を示すフロー図である。図４のフローによれば、第１制御信号θ及び第２制御信号θのいずれを出力するかを選択できる。

【0060】

コントローラ３は、原料ガスが含む水素ガスの量を示すデータ（変数Ｘ）を取得する（ステップＳ１０１）。水素ガスの量は、例えば体積流量（ｍ^３／ｓ）として扱ってよい。コントローラ３が流量データφ（変数Ｘ）を取得する構成は、特に限定はない。例えば、コントローラ３は、流量センサ１０６（図１参照）から流量データφを得てもよい。

【0061】

次に、コントローラ３は、熱量を比較する。熱量を比較する動作は、反応熱量を得る動作（ステップＳ１０２）と、反応熱量と要求熱量とを比較する動作（ステップＳ１０３）と、を含む。コントローラ３は、第２反応装置２２Ｓを用いる状態と、第２反応装置２２Ｓを用いない状態と、を相互に切り替えるための制御信号θを出力する。コントローラ３は、制御信号θの選択を、反応によって発生する熱量と、反応を維持するために必要な熱量（変数Ｙ）と、に基づいて行う。

【0062】

例えば、反応によって発生する熱量が、反応を維持するために必要な熱量（変数Ｙ）未満ではない場合には、原料ガスが十分に供給されている状態である。従って、第２反応装置２２Ｓを停止させる必要はない。反応によって生じる熱量が十分である場合には、反応熱のみで炭化水素反応器の温度を維持できる。この状態は、熱の供給が不要である、いわゆる熱的に自立した状態である。熱的に自立した状態である場合には、炭化水素製造装置２が消費するエネルギは、熱媒ＨＭを循環させるポンプ５９１（図５参照）を駆動するためのエネルギ等といった動作動力のみである。

【0063】

例えば、反応によって発生する熱量が、反応を維持するために必要な熱量（変数Ｙ）未満である場合には、原料ガスが十分に供給されていない状態である。このような状況では、反応が起きていない場合があり得る。または、反応量が少ない場合もあり得る。これら場合でも、第２反応装置２２Ｓにおいて反応を生じさせることは可能である。反応を維持するためには、触媒ＣＴの温度を維持する必要がある。つまり、熱を供給する必要がある。熱の供給は、例えば熱媒ＨＭを提供することによって行われる。熱媒ＨＭの提供によれば、わずかな結果物（炭化水素）を得るために、熱を供給し続けることになる。従って、エネルギ効率が低下する傾向にある。

【0064】

特に、式（１）に示すメタネーション及び式（２）に示すＦＴ反応を採用する炭化水素製造装置２は、複数の反応装置を備えることが多い。複数の反応装置を備えた炭化水素製造装置２の規模は、大きい。その結果、温度を維持するための運転にも莫大なエネルギを要する。従って、反応によって発生する熱量が、反応を維持するために必要な熱量（変数Ｙ）未満である場合には、第２反応装置２２Ｓへの熱媒ＨＭ及びガスの供給を停止させたほうが、全体してエネルギ効率がよい。そこで、コントローラ３は、第２反応装置２２Ｓへの熱媒ＨＭ及びガスの供給を停止する第２制御信号θを選択する。

【0065】

コントローラ３は、反応熱量が要求熱量より小さいか否かを判断する。反応熱量が要求熱量より小さい場合には、触媒ＣＴの温度を維持するために電力が消費されてしまうからである。反応熱量と要求熱量とを用いることによって、熱媒バイパス配管２４２Ｐへ熱媒ＨＭを流し始めるタイミングと、ガスバイパス配管２５Ｐへ中間ガスを流し始めるタイミングと、を自動的に制御することができる。

【0066】

コントローラ３が実行する動作の一例を述べる。この例示では、炭化水素としてメタンを製造する場合を想定する。第２反応装置２２Ｓへの熱媒ＨＭの供給と中間ガスの供給を回避する動作（第２制御信号θの出力）は、下記式（３）を満たす場合に実行される。
（Ｘ×ａ÷ｂ×ｃ）［ｋＷ］＜Ｙ［ｋＷ］…（３）
Ｘ：水電解装置１０１の水素製造量［ｍ^３／ｓ］
ａ：供給される水素量に対して生成されるメタン量の割合（例えば０．２５）
ｂ：単位モル当たりの体積［ｍ^３／ｍｏｌ］（例えば０．０２２４）
ｃ：単位モル当たりの発熱量［ｋＪ／ｍｏｌ］（１６５）
Ｙ：炭化水素製造装置２の低負荷運転時の放熱量［ｋＷ］

【0067】

式（３）の左辺において、変数Ｘ、変数ａ及び変数ｂによって得られる値は、受け入れた水素ガスのすべてがメタンに変化したと仮定した場合に、結果物として得られるメタンの量[mol/s]である。メタンの量について、単位モルあたりの発熱量（変数ｃ）を乗算することによって、反応熱量が得られる（ステップＳ１０２）。

【0068】

水素製造量（変数Ｘ）は、炭化水素製造設備１が受け入れる水素量であるともいえる。水素製造量の導出は、炭化水素製造設備１の状態、容量及び制御システムなどの要因に応じて、さまざまな手法を採用してよい。いくつかの具体例を例示する。

【0069】

第１の具体例として、水素製造量を、水電解装置１０１が出力する水素量の平均値として得る例がある。第１の具体例は、局所的な水素製造量の予測を想定していると言える。再生可能エネルギ設備１０２から水素製造に要する電力を得る場合には、雲又は風の影響により局所的な発電量の低下が生じることがある。そこで、ステップＳ１０２、Ｓ１０３が実行されるタイミングを基準として、直近の数分間から数時間に水電解装置１０１によって製造される水素製造量の平均値を採用してよい。

【0070】

第２の具体例として、水素製造量を、水素貯蔵設備の水素残量から得る例がある。再生可能エネルギ設備１０２が太陽光発電設備であると想定すると、再生可能エネルギ設備１０２は、夜間に電力を供給できない。その結果、水素製造量が極端に低下する。つまり、夜間に炭化水素製造設備１を稼働させる場合には、水素貯蔵設備１０３から水素を供給することになる。従って、水素貯蔵設備１０３の水素残量は、製品ガスの製造量の制限となる。

【0071】

第３の具体例として、水素製造量を、再生可能エネルギ設備１０２の発電量から得る例がある。天気予報などから、その日の時間ごとの太陽光発電による発電量を予測する。発電量が予測できれば、電力が供給される水電解装置１０１の水素製造量を予測できる。第３の具体例では、水素製造量の予測が可能である。従って、実際の運転の開始前に、炭化水素製造設備１の運用計画を決めることができる。

【0072】

炭化水素を生成する反応によって生じる反応熱は、第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓの内部において、熱媒ＨＭと熱交換される。つまり、除熱される。熱媒ＨＭは、反応熱により昇温される。その結果、炭化水素製造設備１の全体として放熱が発生する。炭化水素製造設備１全体での放熱量（変数Ｙ［ｋＷ］）は、あらかじめ測定することができる。放熱量を用いることによって、水電解装置１０１の水素製造量から第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓが温度を維持できる状態又は温度を維持できない状態のいずれであるかを判断できる。放熱量は、３基の第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓに対して窒素ガスといった不活性ガスを供給した状態で、触媒の温度を一定に保つ。触媒の温度を保つためには、触媒から放熱によって失われる熱量と同等の熱量を熱媒ＨＭから触媒ＣＴに供給する必要がある。熱媒ＨＭが触媒ＣＴに供給する熱量は、熱媒ＨＭが熱制御装置２４１のヒータから受ける入熱量と等価であるとみなせる。従って、触媒の温度を一定に保つためにヒータから熱媒ＨＭに与えられる熱量を測定することによって、放熱量を知ることができる。放熱量は、触媒の温度を維持するために供給すべき熱量である。従って、放熱量は反応を維持するための要求熱量である。

【0073】

ステップＳ１０３の結果、「反応によって発生する熱量が、反応を維持するために必要な熱量（変数Ｙ）未満である」又は「反応によって発生する熱量が、反応を維持するために必要な熱量（変数Ｙ）未満ではない」の何れかが得られる。

【0074】

コントローラ３は、ステップＳ１０３の結果に従って、第１制御信号θ又は第２制御信号θを熱媒切替器２４２Ｓ及びガス切替器２５Ｓに出力する。コントローラ３は、ステップＳ１０３の結果が、反応熱量が要求熱量（変数Ｙ）未満ではない場合には（ステップＳ１０３：ＮＯ）、第１制御信号θを出力する（ステップＳ１０４）。コントローラ３は、ステップＳ１０３の結果が、反応熱量が要求熱量（変数Ｙ）未満である場合には（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、第２制御信号θを出力する（ステップＳ１０５）。

【0075】

コントローラ３は、コンピュータがプログラムを実行することによって、上記の動作を実現する。図１に示すようにコントローラ３は、上記の動作を実現するための機能的構成要素を有する。コントローラ３は、水素量取得部３ａと、熱量比較部３ｂと、信号出力部３ｃと、を有する。これらの要素が奏する機能は、プロセッサ３１によってプログラムが実行されることによって実現する。

【0076】

水素量取得部３ａは、炭化水素製造設備１が受け入れ可能な水素の量に関する流量データφ（変数Ｘ）を取得する。水素量取得部３ａは、ステップＳ１０１を実行する。

【0077】

熱量比較部３ｂは、「反応熱量が要求熱量未満である」、又は、「反応熱量が要求熱量未満ではない」の何れかを出力する。熱量比較部３ｂは、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３を実行する。具体的には、熱量比較部３ｂは、水素の量に関するデータ（変数Ｘ）を用いて、反応熱量を算出する（ステップＳ１０２）。熱量比較部３ｂは、あらかじめ記憶された要求熱量を読み出す。そして、熱量比較部３ｂは、算出した反応熱量と、読み出した要求熱量と、を比較する（ステップＳ１０３）。その結果、熱量比較部３ｂは、「反応熱量が要求熱量未満である」、又は、「反応熱量が要求熱量未満ではない」の何れかを出力する。

【0078】

信号出力部３ｃは、熱量比較部３ｂが出力する結果に基づいて、第１制御信号θ又は第２制御信号θのいずれかを、熱媒流路部２４２及びガス流路部２５に出力する。信号出力部３ｃは、ステップＳ１０４及びステップＳ１０５を実行する。

【0079】

＜作用効果＞
炭化水素製造設備１は、水素及び炭素を含む原料ガスを受け入れて、原料ガスを所定の温度まで熱せられた触媒ＣＴを用いて反応させることによって、炭化水素を含む第１中間ガスを発生する第１反応装置２１Ｓと、第１中間ガスを所定の温度まで熱せられた触媒ＣＴを用いて反応させることによって、炭化水素を含む第２中間ガスを発生する第２反応装置２２Ｓと、触媒ＣＴを熱するための熱を第１反応装置２１Ｓに供給可能であり、触媒ＣＴを熱するための熱を第２反応装置２２Ｓに供給可能である熱供給器２４と、熱供給器２４の動作を制御するコントローラ３と、を備える。コントローラ３は、第１反応装置２１Ｓ及び第２反応装置２２Ｓのそれぞれに熱を供給させる第１制御信号θと、第１反応装置２１Ｓにのみ熱を供給させる第２制御信号θと、を選択的に熱供給器２４に出力する。コントローラ３は、原料ガスが含む水素の量に基づいて、第１制御信号θ及び第２制御信号θのいずれか一方を選択する。

【0080】

炭化水素製造設備１に供給される水素の量が少ない場合には、反応によって生じる熱量も少なくなる。その結果、反応を生じさせるために要求される温度まで触媒ＣＴを加熱する必要がある。炭化水素製造設備１は、原料ガスが含む水素の量に基づいて、熱媒ＨＭを第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓに供給する態様と、熱媒ＨＭを第１反応装置２１Ｓ及び第３反応装置２３Ｓに供給する態様と、を切り替える。その結果、炭化水素製造設備１に供給される水素の量が少ない場合には、熱媒ＨＭを第１反応装置２１Ｓ及び第３反応装置２３Ｓに供給する態様とする。その結果、第２反応装置２２Ｓの反応を維持するために供給すべき熱量を減らすことができる。従って、炭化水素製造設備１は、原料ガスから炭化水素を含むガスを発生させる動作におけるエネルギ効率を向上させることができる。

【0081】

換言すると、炭化水素製造設備１は、水素、一酸化炭素または二酸化炭素を原料とし、炭化水素を製造する。炭化水素製造設備１１は、炭化水素を製造する触媒を有する複数の第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓを備える。第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓにバイパスラインである熱媒バイパス配管２４２Ｐ及びガスバイパス配管２５Ｐを設ける。熱媒バイパス配管２４２Ｐ及びガスバイパス配管２５Ｐによって、原料ガスおよび熱媒ＨＭを選択的に流通させないようにする。炭化水素製造設備１１は、高温の原料ガス、高温の中間ガス及び熱媒ＨＭの流通する範囲を制限できるので、消費熱量の削減を図ることができる。

【0082】

上記のような構成とすることにより、炭化水素製造設備１は、夜間及び悪天候時に低負荷の状態で水素を作り続けている水電解装置１０１を使用して、低負荷で炭化水素製造設備１１を稼働させることができる。第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓへのガスの供給及び熱媒ＨＭの供給を回避させる機構を設けることによって、第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓの温度の維持に必要な電力を低減することができる。

【0083】

炭化水素製造設備１１は、原料ガス及び熱媒ＨＭを流通させ、炭化水素製造を行う第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓの数を、水電解装置１０１といった水素発生装置から供給される水素の量、水素貯蔵設備が貯蔵する水素の残量、又は、再生可能エネルギ設備１０２が実際に出力した電力量、再生可能エネルギ設備１０２が出力するであろう予測の電力量に応じて、自動または手動で切り替える。

【0084】

要するに、上記の炭化水素製造設備１１は、炭化水素製造設備１１が受け入れ可能な水素の量と炭化水素の製造量とを関連付けることによって、炭化水素を含む製品ガスの製造におけるエネルギ効率を高める。

【0085】

炭化水素製造設備１の熱供給器２４は、第１反応装置２１Ｓ及び第２反応装置２２Ｓと熱交換を行う熱媒ＨＭが流通する熱媒流路部２４２と、熱媒ＨＭと熱交換を行う熱制御装置２４１と、を有する。熱媒流路部２４２は、第１反応装置２１Ｓに接続された第１熱媒配管２４２ａと、第１反応装置２１Ｓを第２反応装置２２Ｓに接続する第２熱媒配管２４２ｂと、第２反応装置２２Ｓに接続された第３熱媒配管２４２ｃと、を含む。この構成によれば、熱制御装置２４１で熱の供給を受けた熱媒ＨＭを第１反応装置２１Ｓ及び第２反応装置２２Ｓに供給する。その結果、反応に必要な熱量を触媒ＣＴに提供することができる。

【0086】

炭化水素製造設備１の熱媒流路部２４２は、第２熱媒配管２４２ｂを第３熱媒配管２４２ｃに接続する熱媒バイパス配管２４２Ｐと、第１制御信号θを受けることによって熱媒ＨＭを第２反応装置２２Ｓに供給する態様と、第２制御信号θを受けることによって熱媒ＨＭを第２反応装置２２Ｓに供給することなく熱媒バイパス配管２４２Ｐに供給する態様と、を相互に切り替える熱媒切替器２４２Ｓと、を有する。この構成によれば、熱媒ＨＭを第２反応装置２２Ｓに供給する態様と、熱媒ＨＭを第２反応装置２２Ｓに供給しない態様と、の切り替えを簡易な構成によって実現できる。

【0087】

炭化水素製造設備１は、第１反応装置２１Ｓに接続された第１ガス配管２５１と、第１反応装置２１Ｓを第２反応装置２２Ｓに接続する第２ガス配管２５２と、第２反応装置２２Ｓに接続された第３ガス配管２５３と、第２ガス配管２５２を第３ガス配管２５３に接続するガスバイパス配管２５Ｐと、を備える。炭化水素製造設備１は、第１制御信号θを受けることによって第１中間ガスを第２反応装置２２Ｓに供給する態様と、第２制御信号θを受けることによって第１中間ガスを第２反応装置２２Ｓに供給することなくガスバイパス配管２５Ｐに供給する態様と、を相互に切り替えるガス切替器２５Ｓを備える。この構成によれば、第１中間ガスを第２反応装置２２Ｓに供給する態様と、第１中間ガスを第２反応装置２２Ｓに供給しない態様と、の切り替えを簡易な構成によって実現できる。

【0088】

コントローラ３は、原料ガスが含む水素の量に関するデータを得る水素量取得部３ａと、水素の量に関するデータが示す量の水素を含む原料ガスを受け入れたとき、第１反応装置２１Ｓの反応によって生じる熱量及び第２反応装置２２Ｓの反応によって生じる熱量を含む反応熱量と、第１反応装置２１Ｓの反応及び第２反応装置２２Ｓの反応を維持するために要する要求熱量と、を比較する熱量比較部３ｂと、反応熱量が要求熱量より小さい場合に第２制御信号θを熱供給器２４に出力する信号出力部３ｃと、を有する。コントローラ３によれば、第１反応装置２１Ｓ及び第２反応装置２２Ｓの一方にのみ熱を供給させるべき状態を、容易に判断することができる。

【0089】

炭化水素製造システム１００は、水素を出力する水電解装置１０１と、水素及び炭素を含む原料ガスを受け入れて、炭化水素を含むガスを発生する炭化水素製造設備１と、を備える。炭化水素製造設備１は、原料ガスを受け入れて、所定の温度まで熱せられた触媒ＣＴと原料ガスを反応させることによって、炭化水素を含む第１中間ガスを発生する第１反応装置２１Ｓと、所定の温度まで熱せられた触媒ＣＴと第１中間ガスを反応させることによって、炭化水素を含む第２中間ガスを発生する第２反応装置２２Ｓと、触媒ＣＴを熱するための熱を第１反応装置２１Ｓに供給すると共に、触媒ＣＴを熱するための熱を第２反応装置２２Ｓに供給する熱供給器２４と、熱供給器２４の動作を制御するコントローラ３と、を有する。コントローラ３は、第１反応装置２１Ｓ及び第２反応装置２２Ｓのそれぞれに熱を供給させる第１制御信号θと、第１反応装置２１Ｓ及び第２反応装置２２Ｓの一方にのみ熱を供給させる第２制御信号θと、を選択的に熱供給器２４に出力する。コントローラ３は、原料ガスが含む水素の量に基づいて、第１制御信号θ及び第２制御信号θのいずれか一方を選択する。

【0090】

炭化水素製造システム１００は、上述の炭化水素製造設備１を備えている。従って、炭化水素製造システム１００は、原料ガスから炭化水素を含むガスを発生させる動作におけるエネルギ効率を向上させることができる。

【0091】

炭化水素製造装置２のコントローラ３は、原料ガスが含む水素の量に関するデータを得る水素量取得部３ａと、水素の量に関するデータが示す量の水素を含む原料ガスを炭化水素製造装置２が受け入れたとき、第１反応装置２１Ｓの反応によって生じる熱量及び第２反応装置２２Ｓの反応によって生じる熱量を含む反応熱量と、第１反応装置２１Ｓの反応及び第２反応装置２２Ｓの反応を維持するために要する要求熱量と、を比較する熱量比較部３ｂと、反応熱量が要求熱量より小さい場合に、触媒ＣＴを熱するための熱を第１反応装置２１Ｓに供給すると共に、触媒ＣＴを熱するための熱を第２反応装置２２Ｓに供給する熱供給器２４に対して、第１反応装置２１Ｓ及び第２反応装置２２Ｓの一方にのみ熱を供給させる制御信号θを出力する信号出力部３ｃと、を有する。

【0092】

炭化水素製造装置２のコントローラ３は、炭化水素製造装置２に供給される原料ガスが含む水素の量に基づいて、熱媒ＨＭを提供する対象を決定できる。従って、炭化水素製造装置２のコントローラ３は、炭化水素製造装置２が行う原料ガスから炭化水素を含むガスを発生させる動作のエネルギ効率を向上させることができる。

【0093】

炭化水素を製造する方法は、原料ガスが含む水素の量に関するデータを得るステップＳ１０１と、水素の量に関するデータが示す量の水素を含む原料ガスを炭化水素製造装置２が受け入れたとき、第１反応装置２１Ｓの反応によって生じる熱量及び第２反応装置２２Ｓの反応によって生じる熱量を含む反応熱量と、第１反応装置２１Ｓの反応及び第２反応装置２２Ｓの反応を維持するために要する要求熱量と、を比較するステップＳ１０３と、反応熱量が要求熱量より小さい場合に、触媒ＣＴを熱するための熱を第１反応装置２１Ｓ及び第２反応装置２２Ｓに供給可能な熱供給器２４に対して、第１反応装置２１Ｓにのみ熱を供給させる制御信号θを出力するステップＳ１０５と、を有する。

【0094】

炭化水素を製造する方法は、炭化水素製造装置２に供給される原料ガスが含む水素の量に基づいて、熱媒ＨＭを提供する対象を決定する。従って、炭化水素を製造する方法は、炭化水素製造装置２が行う原料ガスから炭化水素を含むガスを発生させる動作のエネルギ効率を向上させることができる。

【0095】

＜実施例＞
図５は、炭化水素製造装置５の具体例である。炭化水素製造装置５は、３基の反応器５１、反応器５２及び反応器５３を備えている。反応器５１及び反応器５２は、熱媒によって熱制御される。原料ガスの予熱のため、反応器５１には熱交換器５４１が設けられる。反応器５２には熱交換器５４２が設けられる。反応器５３は、ヒータ５Ｈによって熱制御される。

【0096】

反応器５１は、マスフローコントローラ５５１、５５２から提供された原料ガスを、熱交換器５４１を介して受ける。反応器５１には、熱媒を受けるための配管が接続されている。熱媒は、反応器５１を回避しない。反応器５１は、生成した中間ガスを熱交換器５４１及び熱交換器５７１を介してタンク５６１に出力する。中間ガスは、生成物としてメタンなどの炭化水素と、水とを含む。熱交換器５７１は、中間ガスを冷却することによって、水を凝縮させる。凝縮によって液化した水は、タンク５６１に溜まる。タンク５６１は、水が取り除かれると共に炭化水素を含む中間ガスを反応器５２に向けて出力する。

【0097】

反応器５２は、タンク５６１から受けた中間ガスを、熱交換器５４２を介して受ける。反応器５２は、熱交換器５７２を介して生成した中間ガスをタンク５６２に出力する。熱交換器５７２およびタンク５６２の役割は、上述のとおりである。反応器５２に中間ガスを導く配管は、中間ガスを反応器５２に導く経路と、反応器５２を回避して中間ガスを直接に反応器５３に導く経路と、を含む。中間ガスが流れる経路は、２個のバルブ５８１及びバルブ５８２によって制御される。バルブ５８１を閉じると共にバルブ５８２を開いた場合には、中間ガスは、反応器５２に導かれる。一方、バルブ５８１を開くと共にバルブ５８２を閉じた場合には、中間ガスは、反応器５２を回避して反応器５３に導かれる。

【0098】

反応器５２には、反応器５１と同様に熱媒を受けるための配管が接続されている。反応器５２に設けられた熱媒の配管は、熱媒を反応器５２に導くための経路と、熱媒を反応器５２に導くことなく反応器５１へ導く経路と、を含む。熱媒が流れる経路は、２個のバルブ５８３及びバルブ５８４によって制御される。バルブ５８３を閉じると共にバルブ５８４を開いた場合には、熱媒は、反応器５２に導かれる。一方、バルブ５８３を開くと共にバルブ５８４を閉じた場合には、熱媒は、反応器５２を回避して反応器５１に導かれる。バルブ５８３及びバルブ５８４の開閉は、コントローラ３が実行するステップＳ１０４及びステップＳ１０５の動作によって制御できる。その結果、反応器５２に熱媒と中間ガスとを流さない動作が可能である。従って、放熱量を削減することができる。

【0099】

反応器５３は、反応器５１又は反応器５２から中間ガスを受ける。反応器５３は、生成した中間ガスを熱交換器５７３を介してタンク５６３に出力する。熱交換器５７３およびタンク５６３の役割は、上述のとおりである。

【0100】

例えば、図５に示す炭化水素製造装置２の放熱量（変数Ｙ）は、９ｋＷであると仮定する。この仮定において、反応器５２に中間ガス及び熱媒を供給しない場合には、１／３程度の熱量の削減が期待できる。夜間又は悪天候時などで水素製造量が少なく、６ｋＷの発熱が期待できない場合には、反応器５２に中間ガス及び熱媒を供給しない動作を行う。

【0101】

＜変形例＞
以上、本開示の炭化水素製造設備、炭化水素製造システム、炭化水素製造装置の制御器及び炭化水素を製造する方法を詳細に説明した。しかし、本開示の炭化水素製造設備、炭化水素製造システム、炭化水素製造装置の制御器及び炭化水素を製造する方法は上記の形態に限定されるものではない。本開示の炭化水素製造設備、炭化水素製造システム、炭化水素製造装置の制御器及び炭化水素を製造する方法は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

【0102】

例えば、図１に示す炭化水素製造設備１は、３基の第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓを備えていた。炭化水素製造設備１は、２基以上の反応装置を備えていればよい。例えば、炭化水素製造設備１は、２基の反応装置を備えていてもよい。炭化水素製造設備１は、４基の反応装置を備えていてもよい。

【0103】

例えば、図１に示す炭化水素製造設備１は、第２反応装置２２Ｓのみが、中間ガス及び熱媒ＨＭをバイパスさせる構成を備えていた。炭化水素製造設備１は、第１反応装置２１Ｓのみが、中間ガス及び熱媒ＨＭをバイパスさせる構成を備えてもよい。炭化水素製造設備１は、第３反応装置２３Ｓのみが、中間ガス及び熱媒ＨＭをバイパスさせる構成を備えてもよい。例えば、炭化水素製造設備１は、第１反応装置２１Ｓと第２反応装置２２Ｓが中間ガス及び熱媒ＨＭをバイパスさせる構成を備えてもよい。炭化水素製造設備１は、第１反応装置２１Ｓと第３反応装置２３Ｓとが、中間ガス及び熱媒ＨＭをバイパスさせる構成を備えてもよい。炭化水素製造設備１は、第２反応装置２２Ｓと第３反応装置２３Ｓとが、中間ガス及び熱媒ＨＭをバイパスさせる構成を備えてもよい。さらには、炭化水素製造設備１は、第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓが、中間ガス及び熱媒ＨＭをバイパスさせる構成を備えてもよい。

【0104】

複数の第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓが中間ガス及び熱媒ＨＭをバイパスさせる構成を備えている場合には、より緻密な制御を行うことが可能である。例えば、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓが中間ガス及び熱媒ＨＭをバイパスさせる構成を備える場合には、すべての第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓに中間ガス及び熱媒ＨＭを供給する態様と、２基の第１反応装置２１Ｓ及び第２反応装置２２Ｓに中間ガス及び熱媒ＨＭを供給する態様と、１基の第１反応装置２１Ｓに中間ガス及び熱媒ＨＭを供給する態様と、の３つ運転パターンを実現できる。ステップＳ１０３では、式（３）の関係を満たすか否かによって、２つの制御信号θのうちの一方を選択していたところ、複数の条件式を用いて３つの運転パターンのいずれかを選択するようにしてもよい。

【0105】

図１に示す炭化水素製造設備１は、熱供給器２４として、熱媒ＨＭを流通させる構成を採用した。別の構成として、熱供給器２４は、それぞれの第１反応装置２１Ｓ、第２反応装置２２Ｓ及び第３反応装置２３Ｓに設けられたヒータであってもよい。この場合には、コントローラ３は、例えば、第２反応装置２２Ｓに設けられたヒータに電流を流す制御信号θと、電流を止める制御信号θと、を出力する。コントローラ３は、式（３）に示す条件を満たす場合に、ヒータに流す電流を止めることによって、エネルギの消費を抑制することができる。

【0106】

熱供給器２４は、熱媒ＨＭによる熱供給の構成と、ヒータによる熱供給の構成と、を備えてもよい。例えば、第１反応装置２１Ｓ及び第２反応装置２２Ｓには、熱媒ＨＭによって熱が供給されてもよい。第３反応装置２３Ｓにはヒータによって熱が供給されてもよい。

【0107】

図１に示す炭化水素製造装置２の第１反応装置２１Ｓは、１個の反応器２１によって構成されていた。例えば、図６に示すように、変形例の炭化水素製造装置２Ａは、第１反応装置２１Ｋを備えてもよい、第１反応装置２１Ｋは、第１反応器２１ａと、第２反応器２１ｂと、を有する。変形例では、原料ガスを受け入れる初段の反応装置が複数の反応器を備える例を説明する。第２反応装置２２Ｓ及び／又は第３反応装置２３Ｓも、複数の反応器によって構成されてもよい。

【0108】

第１反応装置２１Ｋは、水素ガスを受け入れるガス入力２１Ｋａと、炭素ガスを受け入れるガス入力２１Ｋｂと、を有する。ガス入力２１Ｋａには、第１ガス配管２５１が接続される。ガス入力２１Ｋｂにも、第１ガス配管２５１が接続される。第１反応装置２１Ｋは、発生した中間ガスを第２反応装置２２Ｓに出力するガス出力２１Ｋｃを有する。ガス出力２１Ｋｃには、第２ガス配管２５２が接続される。

【0109】

ガス入力２１Ｋａは、第１ガス内部配管２１Ｈａに接続されている。第１ガス内部配管２１Ｈａは、分岐部分を有している。第１ガス内部配管２１Ｈａの第１の出力は、第１反応器２１ａに接続されている。第１ガス内部配管２１Ｈａの第２の出力は、第２反応器２１ｂに接続されている。このような接続構成によって、水素ガスは、第１反応器２１ａ及び第２反応器２１ｂにそれぞれ分配される。ガス入力２１Ｋｂは、第２内部配管２１Ｈｂに接続されている。第２内部配管２１Ｈｂの第１の出力は、第１反応器２１ａに接続されている。第２内部配管２１Ｈｂの第２の出力は、第２反応器２１ｂに接続されている。このような接続構成によって、炭素ガスは、第１反応器２１ａ及び第２反応器２１ｂにそれぞれ分配される。

【0110】

第１反応器２１ａの出力は、第３内部配管２１Ｈｃの入力端に接続されている。第２反応器２１ｂの出力は、第３内部配管２１Ｈｃの別の入力端に接続されている。第３内部配管２１Ｈｃは、合流部を有する。合流部では、第１反応器２１ａが発生した中間ガスと、第２反応器２１ｂが発生した中間ガスと、が合流する。合流した中間ガスは、ガス出力２１Ｋｃから第２反応装置２２Ｓに送られる。

【0111】

第１反応装置２１Ｋは、熱媒を第１反応器２１ａ及び第２反応器２１ｂのそれぞれに供給する構成を備えている。第１反応装置２１Ｋは、熱媒入力２１Ｋｄと、熱媒出力２１Ｋｅと、を有する。熱媒入力２１Ｋｄは、第２反応装置２２Ｓから流出した熱媒、又は、第３反応装置２３Ｓから流出した後に第２反応装置２２Ｓを経由しなかった熱媒を受ける。熱媒入力２１Ｋｄには、第１熱媒内部配管２１Ｊａが接続されている。第１熱媒内部配管２１Ｊａは、第１反応器２１ａに接続されている。第１熱媒内部配管２１Ｊａは、第２反応器２１ｂにも接続されている。この構成によって、第１反応器２１ａ及び第２反応器２１ｂは、それぞれ熱媒を受けることができる。第１反応器２１ａには、第２熱媒内部配管２１Ｊｂが接続されている。第２反応器２１ｂにも、第２熱媒内部配管２１Ｊｂが接続されている。第２熱媒内部配管２１Ｊｂは、熱媒出力２１Ｋｅに接続されている。第２熱媒内部配管２１Ｊｂは、第１反応器２１ａ及び第２反応器２１ｂから流出した熱媒を受ける。第２熱媒内部配管２１Ｊｂは、熱媒出力２１Ｋｅに導く。

【0112】

このような接続構成は、第１反応器２１ａ及び第２反応器２１ｂを互いに並列に接続したものであると言える。複数の反応器によって構成された反応装置は、発生する中間ガスの量を増大させることができる。並列に接続される反応器の数は、２個に限定されない。要求される中間ガスの量に応じて、反応装置を構成する反応器の数は、適宜選択してよい。

【0113】

本技術は、再生可能エネルギの有効活用に資するため、国連が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標７「エネルギーをみんなにそしてクリーンに」に貢献する。さらに、二酸化炭素を材料として製品を製造する技術であり、二酸化炭素の排出抑制に資するため国連が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標１３「気候変動及びその影響を軽減するための緊急対策を講じる」にも貢献する。

【0114】

［付記］
本開示は、以下の構成を含む。

【0115】

本開示の炭化水素製造設備は、［１］「水素及び炭素を含む原料ガスを受け入れて、前記原料ガスを所定の温度まで熱せられた第１触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第１中間ガスを発生する第１反応装置と、前記第１中間ガスを所定の温度まで熱せられた第２触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第２中間ガスを発生する第２反応装置と、前記第１触媒を熱するための熱を前記第１反応装置に供給可能であると共に、前記第２触媒を熱するための熱を前記第２反応装置に供給可能である熱供給器と、前記熱供給器の動作を制御する制御器と、を備え、前記制御器は、前記第１反応装置及び前記第２反応装置のそれぞれに熱を供給させる第１制御信号と、前記第１反応装置及び前記第２反応装置の一方にのみ熱を供給させる第２制御信号と、を選択的に前記熱供給器に出力し、前記制御器は、前記原料ガスが含む前記水素の量に基づいて、前記第１制御信号及び前記第２制御信号のいずれか一方を選択する、炭化水素製造設備。」である。

【0116】

本開示の炭化水素製造設備は、［２］「前記熱供給器は、前記第１反応装置及び前記第２反応装置に供給される熱媒が流通する熱媒流路部と、前記熱媒と熱交換を行う熱制御部と、を有し、前記熱媒流路部は、前記第１反応装置に接続された第１熱媒流路と、前記第１反応装置を前記第２反応装置に接続する第２熱媒流路と、前記第２反応装置に接続された第３熱媒流路と、を含む、上記［１］に記載の炭化水素製造設備。」である。

【0117】

本開示の炭化水素製造設備は、［３］「前記熱媒流路部は、前記第２熱媒流路を前記第３熱媒流路に接続する熱媒バイパス流路と、前記第１制御信号を受けることによって前記熱媒を前記第２反応装置に供給する態様と、前記第２制御信号を受けることによって前記熱媒を前記第２反応装置に供給することなく前記熱媒バイパス流路に供給する態様と、を相互に切り替える熱媒切替部と、を有する、上記［２］に記載の炭化水素製造設備。」である。

【0118】

本開示の炭化水素製造設備は、［４］「前記第１反応装置に接続された第１ガス流路と、前記第１反応装置を前記第２反応装置に接続する第２ガス流路と、前記第２反応装置に接続された第３ガス流路と、前記第２ガス流路を前記第３ガス流路に接続するガスバイパス流路と、前記第１制御信号を受けることによって前記第１中間ガスを前記第２反応装置に供給する態様と、前記第２制御信号を受けることによって前記第１中間ガスを前記第２反応装置に供給することなく前記ガスバイパス流路に供給する態様と、を相互に切り替えるガス切替部と、をさらに備える、上記［１］～［３］の何れか一項に記載の炭化水素製造設備。」である。

【0119】

本開示の炭化水素製造設備は、［５］「前記制御器は、前記原料ガスが含む前記水素の量に関するデータを得る水素量取得部と、前記水素の量に関するデータが示す量の前記水素を含む前記原料ガスを受け入れたとき、前記第１反応装置の反応によって生じる熱量及び前記第２反応装置の反応によって生じる熱量を含む反応熱量と、前記第１反応装置の反応及び前記第２反応装置の反応を維持するために要する要求熱量と、を比較する熱量比較部と、前記反応熱量が前記要求熱量より小さい場合に前記第２制御信号を前記熱供給器に出力する信号出力部と、を有する、上記［１］～［４］の何れか一項に記載の炭化水素製造設備。」である。

【0120】

本開示の炭化水素製造設備は、［６］「前記第１反応装置は、互いに並列に接続された少なくとも２個の反応器を含む、上記［１］～［５］の何れか一項に記載の炭化水素製造設備。」である。

【0121】

本開示の炭化水素製造システムは、［７］「水素を出力する水素供給設備と、前記水素及び炭素を含む原料ガスを受け入れて、炭化水素を含むガスを発生する炭化水素製造設備と、を備え、前記炭化水素製造設備は、水素及び炭素を含む原料ガスを受け入れて、前記原料ガスを所定の温度まで熱せられた第１触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第１中間ガスを発生する第１反応装置と、前記第１中間ガスを所定の温度まで熱せられた第２触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第２中間ガスを発生する第２反応装置と、前記第１触媒を熱するための熱を前記第１反応装置に供給すると共に、前記第２触媒を熱するための熱を前記第２反応装置に供給する熱供給器と、前記熱供給器の動作を制御する制御器と、を有し、前記制御器は、前記第１反応装置及び前記第２反応装置のそれぞれに熱を供給させる第１制御信号と、前記第１反応装置及び前記第２反応装置の一方にのみ熱を供給させる第２制御信号と、を選択的に前記熱供給器に出力し、前記制御器は、前記原料ガスが含む前記水素の量に基づいて、前記第１制御信号及び前記第２制御信号のいずれか一方を選択する、炭化水素製造システム。」である。

【0122】

本開示の炭化水素製造装置の制御器は、［８］「水素及び炭素を含む原料ガスを受け入れて、前記原料ガスを所定の温度まで熱せられた第１触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第１中間ガスを発生する第１反応装置と、前記第１中間ガスを所定の温度まで熱せられた第２触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第２中間ガスを発生する第２反応装置と、を含む炭化水素製造装置の制御器であって、前記原料ガスが含む前記水素の量に関するデータを得る水素量取得部と、前記水素の量に関するデータが示す量の前記水素を含む前記原料ガスを前記炭化水素製造装置が受け入れたとき、前記第１反応装置の反応によって生じる熱量及び前記第２反応装置の反応によって生じる熱量を含む反応熱量と、前記第１反応装置の反応及び前記第２反応装置の反応を維持するために要する要求熱量と、を比較する熱量比較部と、前記反応熱量が前記要求熱量より小さい場合に、前記第１触媒を熱するための熱を前記第１反応装置に供給すると共に、前記第２触媒を熱するための熱を前記第２反応装置に供給可能な熱供給器に対して、前記第１反応装置及び前記第２反応装置の一方にのみ熱を供給させる制御信号を出力する信号出力部と、を有する、炭化水素製造装置の制御器。」である。

【0123】

本開示の炭化水素を製造する方法は、［９］「水素及び炭素を含む原料ガスを受け入れて、前記原料ガスを所定の温度まで熱せられた第１触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第１中間ガスを発生する第１反応装置と、前記第１中間ガスを所定の温度まで熱せられた第２触媒を用いて反応させることによって、炭化水素を含む第２中間ガスを発生する第２反応装置と、を含む炭化水素製造装置を用いて炭化水素を製造する方法であって、前記原料ガスが含む前記水素の量に関するデータを得るステップと、前記水素の量に関するデータが示す量の前記水素を含む前記原料ガスを前記炭化水素製造装置が受け入れたとき、前記第１反応装置の反応によって生じる熱量及び前記第２反応装置の反応によって生じる熱量を含む反応熱量と、前記第１反応装置の反応及び前記第２反応装置の反応を維持するために要する要求熱量と、を比較するステップと、前記反応熱量が前記要求熱量より小さい場合に、前記第１触媒を熱するための熱を前記第１反応装置に供給すると共に、前記第２触媒を熱するための熱を前記第２反応装置に供給する熱供給器に対して、前記第１反応装置及び前記第２反応装置の一方にのみ熱を供給させる制御信号を出力するステップと、を有する、炭化水素を製造する方法。」である。

【符号の説明】

【0124】

１ 炭化水素製造設備
２ 炭化水素製造装置
３ コントローラ（制御器）
５ 炭化水素製造装置
２１，２２，２３，５１，５２，５３ 反応器
２１Ｓ 第１反応装置
２２Ｓ 第２反応装置
２３Ｓ 第３反応装置
２４ 熱供給器
２４１ 熱制御装置（熱制御部）
２５ ガス流路部
２５Ｐ ガスバイパス配管（ガスバイパス流路）
２５Ｓ ガス切替器（ガス切替部）
１００ 炭化水素製造システム
１０１ 水電解装置（水素供給設備）
１０２ 再生可能エネルギ設備
１０３ 水素貯蔵設備（水素供給設備）
１０４ 二酸化炭素回収設備
１０６ 流量センサ
２４２ａ 第１熱媒配管（第１熱媒流路）
２４２ｂ 第２熱媒配管（第２熱媒流路）
２４２ｃ 第３熱媒配管（第３熱媒流路）
２４２ｄ 第４熱媒配管
２４２ 熱媒流路部
２４２Ｐ 熱媒バイパス配管（熱媒バイパス流路）
２４２Ｓ 熱媒切替器（熱媒切替部）
２５１ 第１ガス配管（第１ガス流路）
２５２ 第２ガス配管（第２ガス流路）
２５３ 第３ガス配管（第３ガス流路）
２５４ 第４ガス配管
ＣＴ 触媒
ＨＭ 熱媒
θ 制御信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】