反应系统、捕集固体碳的方法、制造含氢气气体的方法、催化剂组及固体碳捕集用催化剂技术方案

本发明专利技术公开了一种反应系统，其包括：重整装置，其具备反应管和设置于反应管内、使得由含有烃的原料气体生成一氧化碳的重整用催化剂；固体碳捕集装置，其具备反应管和设置于反应管内的固体碳捕集用催化剂；以及流路，其使气体从重整装置流通到固体碳捕集装置。固体碳捕集用催化剂具有基材和形成在基材的表面上的涂层。涂层包含选自氧化铁、氧化钴等的至少一种含金属成分。一种含金属成分。一种含金属成分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】反应系统、捕集固体碳的方法、制造含氢气气体的方法、催化剂组及固体碳捕集用催化剂


[0001]本公开涉及反应系统、捕集固体碳的方法、制造含氢气气体的方法、催化剂组及固体碳捕集用催化剂。

技术介绍

[0002]为了减少二氧化碳的排放量，二氧化碳的回收和储存的活动在全世界范围内盛行。从高效储存的观点出发，期望以比气体体积小的固体状态储存二氧化碳。因此，如下述反应式所示，进行了包括二氧化碳的甲烷化和从甲烷中析出固体碳在内的技术的开发(例如，专利文献1、非专利文献1)。
[0003]CO2+4H2→
CH4+2H2O(甲烷化)
[0004]CH4→
C+2H2(固体碳化)
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1：日本特开2015
‑
196619号公报
[0008]非专利文献
[0009]非专利文献1：Upham et al.,Science,358,917
‑
921(2017)Nov.2017。

技术实现思路

[0010]专利技术要解决的问题
[0011]但是，为了进行由甲烷这样的烃直接生成固体碳的反应，多数情况下需要在1000℃以上的非常高的温度下进行加热。从减少二氧化碳的排放量的观点出发，期望能够在更低温度下生成固体碳。
[0012]本公开的一个方面涉及一种反应系统，其能够在较低的温度下从包含碳源的气体中高效地捕集固体碳。
[0013]用于解决问题的手段
[0014]本公开的一个方面涉及一种固体碳捕集用催化剂，其具有基材和形成在所述基材的表面上的涂层。所述涂层包含选自氧化铁、氧化钴、氧化镁、氧化钼、氧化镍、氧化锰、金属铁、金属钴、金属镁、金属钼、金属镍和金属锰中的至少一种含金属成分。该固体碳捕集用催化剂例如与使得由含有烃的原料气体生成一氧化碳的重整用催化剂组合使用。
[0015]本公开的另一个方面涉及一种固体碳捕集装置，其具备反应管和设置于所述反应管内的上述固体碳捕集用催化剂。
[0016]本公开的又一个方面涉及一种捕集固体碳的方法，其包括：在上述固体碳捕集装置中，一边加热所述固体碳捕集用催化剂，一边供给含有烃或一氧化碳中的至少一种的原料气体，由此使固体碳在所述固体碳捕集用催化剂上析出。
[0017]本公开的又一个方面涉及一种反应系统，其具备重整装置和上述固体碳捕集装
置，该重整装置具备反应管和设置于所述反应管内的、使得由含有烃的原料气体生成一氧化碳的重整用催化剂。从所述重整装置到所述固体碳捕集装置形成有气体流通的流路。重整用催化剂可以是使得由含有烃和二氧化碳的原料气体生成一氧化碳和氢的干式重整用催化剂，也可以是使得由含有烃和水的原料气体生成一氧化碳、二氧化碳和氢气的水蒸气重整催化剂。
[0018]本公开的又一个方面涉及一种捕集固体碳的方法，其包括：在上述反应系统中，一边加热所述重整用催化剂和所述固体碳捕集用催化剂，一边供给含有烃的原料气体，由此使固体碳在所述固体碳捕集用催化剂上析出。
[0019]本公开的又一个方面涉及一种制造含氢气气体的方法，其包括：通过上述方法捕集固体碳；以及从所述固体碳捕集装置排出含有氢气的排出气体。
[0020]本公开的又一个方面涉及一种催化剂组，其具备使得由含有烃的原料气体生成一氧化碳的重整用催化剂和固体碳捕集用催化剂。所述固体碳捕集用催化剂具有基材和形成在所述基材的表面上的涂层。所述涂层包含选自氧化铁、氧化钴、氧化镁、氧化钼、氧化镍、氧化锰、金属铁、金属钴、金属镁、金属钼、金属镍和金属锰中的至少一种含金属成分。
[0021]专利技术的效果
[0022]根据本公开的一个方面，提供能够在较低的温度下高效地捕集固体碳的催化剂、及具备该催化剂的固体碳捕集装置和反应系统。该固体碳捕集装置与具备使得由含有烃的原料气体生成一氧化碳的重整用催化剂的重整装置的组合，通过包含由一氧化碳生成固体碳的Boudoard反应的固体碳化反应，能够高效地捕集固体碳、以及高效地制造含氢气的气体。
附图说明
[0023]图1是表示固体碳捕集用催化剂的例子的截面图。
[0024]图2是表示固体碳捕集装置的例子的概略图。
[0025]图3是表示反应系统的例子的概略图。
[0026]图4是表示反应系统的例子的概略图。
[0027]图5是表示碳捕集用催化剂含有氧化铁(Fe3O4)的情况下的CH4及CO2的干式重整的转化率及H2/CO(摩尔比)与时间的关系的图表。
[0028]图6是表示相对于原料气体中的CH4及CO2的总碳量的碳捕集率的图表。
[0029]图7是表示碳捕集用催化剂含有氧化铁(Fe3O4)、其温度为450℃的情况下的干式重整的CH4及CO2的转化率(Conversion)及H2/CO(摩尔比)与时间的关系、以及排出气体中的氢气、二氧化碳、一氧化碳及甲烷的比例与时间的关系的图表。
[0030]图8是表示在含有Fe3O4的碳捕集用催化剂上析出的固体碳的扫描型电子显微镜照片。
[0031]图9是表示碳捕集用催化剂含有氧化铁(Fe2O3)、其温度为470℃的情况下的干式重整的CH4及CO2的转化率(Conversion)及H2/CO(摩尔比)与时间的关系的图表。
[0032]图10是表示碳捕集用催化剂含有Fe/Al2O3的情况下的干式重整的CH4及CO2的转化率(Conversion)及H2/CO(摩尔比)与时间的关系的图表。
[0033]图11是表示碳捕集用催化剂含有Fe/Al2O3的情况下的干式重整的排出气体中的氢
气、二氧化碳、一氧化碳及甲烷的比例与时间的关系的图表。
[0034]图12是在含有Fe/Al2O3的碳捕集用催化剂上析出的固体碳的扫描型电子显微镜照片。
[0035]图13是表示碳捕集用催化剂含有氧化铁(Fe3O4)的情况下的CH4的水蒸气重整(SRM)的转化率(Conversion)及H2/CO(摩尔比)与时间的关系，以及排出气体中的氢气、二氧化碳、甲烷和一氧化碳的量与时间的关系的图表。
具体实施方式
[0036]本公开不限于以下示例。
[0037]图1是表示固体碳捕集用催化剂的例子的截面图。图1所示的固体碳捕集用催化剂5具有作为管状体的基材1和在基材1的内壁面上形成的涂层3。
[0038]如图1的实施方式所示，当基材1为管状体时，能够容易地使原料气体流通到固体碳捕集用催化剂5内。另外，在管状体的内侧妨碍流通的结构越少，越难以产生由析出的固体碳引起的堵塞。基材1只要能进行含金属成分的涂布即可，没有特别限定，例如可以是不锈钢管或铝管。基材1为具有截面为圆形的内壁面的管状体时，其内径没有特别限制，例如可以是10～300mm、或者10～1000mm。基材1为管状体时，其长度没有特别限制，例如可以是20～5000mm。基材1可以是直线状延伸的管状体，也可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种反应系统，具备：重整装置，其具备反应管和设置于所述反应管内的、使得由含有烃的原料气体生成一氧化碳的重整用催化剂；固体碳捕集装置，其具备反应管和设置于所述反应管内的固体碳捕集用催化剂；以及流路，其使气体从所述重整装置流通到所述固体碳捕集装置，所述固体碳捕集用催化剂具有基材和形成在所述基材的表面上的涂层，所述涂层包含选自氧化铁、氧化钴、氧化镁、氧化钼、氧化镍、氧化锰、金属铁、金属钴、金属镁、金属钼、金属镍和金属锰中的至少一种含金属成分。2.根据权利要求1所述的反应系统，其中，所述基材是管状体、平面体或螺旋体。3.根据权利要求1所述的反应系统，其中，所述基材为管状体，在该管状体的内壁面上形成有所述涂层。4.根据权利要求3所述的反应系统，其中，所述管状体是不锈钢管。5.根据权利要求1至4中任一项所述的反应系统，其中，所述涂层是多孔质的。6.根据权利要求1至5中任一项所述的反应系统，其中，所述涂层包含Fe3O4。7.根据权利要求1至6中任一项所述的反应系统，其中，所述重整用催化剂是使得由含有烃和二氧化碳的原料气体生成一氧化碳和氢气的干式重整用催化剂。8.根据权利要求1至6中任一项所述的反应系统，其中，所述重整用催化剂是使得由含有烃和水的原料气体生成一氧化碳、二氧化碳和氢气的水蒸气重整用催化剂。9.根据权利要求1至8中任一项所述的反应系统，其中，所述重整用催化剂具有基材和在所述基材的表面上形成的催化剂活性层，所述催化剂活性层包含选自镍、钴、钼、铑、钌、铝、锆和镁中的至少一种金属或其氧化物中的至少一种。10.根据权利要求1至9中任一项所述的反应系统，其中，所述反应系统用于从含有通过CO2的甲烷化反应而生成的甲烷的气体中捕集固体碳。11.一种捕集固体碳的方法，包括：在权利要求1至10中任一项所述的反应系统中，一边加热所述重整用催化剂和所述固体碳捕集用催化剂，一边供给含有烃的原料气体，由此使固体碳在所述固体碳捕集用催化剂上析出。12.根据权利要求11所述的方法，其中，该方法还包括通过CO2的甲烷化反应生成甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：福原长寿，渡部绫，
申请(专利权)人：国立大学法人静冈大学，
类型：发明
国别省市：