【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种膜反应器未利用气体的再利用方法。
技术介绍
1、近年来，作为二氧化碳减排技术之一，正在研究开发一种被称为ccu(carboncapture and utilization)的技术，使二氧化碳(以下也称“co2”)气体与氢(以下也称“h2”)气发生化学反应，转化成有价值的物质而进行再利用。
2、ccu技术例如有转化为化成品、燃料的技术，所利用的化学反应可以举出将逆水煤气变换反应(式(1))和以一氧化碳(以下也称“co”)为原料的甲醇合成(式(2))、fischer-tropsch合成(式(3))等现有方法进行组合的反应。
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6、许多ccu技术因化学反应的平衡，在热力学上有极限。因此，为了提高收率，需要对未反应气体进行再利用。进而，还需要将与甲醇、烃等有价值的物质(以下也称“目标产物”)同时生成的水蒸气进行分离的分离设备，存在设备大型化的课题。
7、作为突破热力学上的极限的方法，有通过将一部分或者全部产物从反应体系中分离而使反应平衡偏向产物侧的方法。例如，已提出一种工艺，其在甲醇合成中，利用具有沸石膜的膜反应器将产物从反应体系分离，从而能够突破热力学上的极限(专利文献1～3)。
8、现有技术文献
9、专利文献
10、专利文献1：日本特开2016-174996号公报
11、专利文献2：日本特开2018-008940号公报
12、专利文献3：日本特开2020-023488号
13、专利文献4：日本特开2020-132439号公报
技术实现思路
1、在上述工艺中使用的h2气体，例如可以通过使用来自可再生能源的电能而对水进行电解等来制造。可再生能源例如有太阳能、风能、水能等各种类型，而由这些可再生能源制造的h2气体的价格取决于可再生能源的电能的价格，因此，对于制造成本很大程度受h2气体价格左右的ccu技术的实施而言，在无法以低价格获得可再生能源的地方，在经济上很难实现。然而，上述文献均未对h2气体的经济性进行研究。
2、为了以低价格获得h2气体，例如已提出了有效利用膜反应器中的反应热和分离的水蒸气来制造h2的方法(专利文献4)。在该文献中提出了为回收膜反应器中分离的气体和热，使用一氧化碳气体或烃类气体作为吹扫气体，然后通过属于吸热反应的水煤气变换反应或者水蒸气改性反应而回收热并制造h2气体的方法。
3、在这种情况下，本专利技术人等研究发现，膜反应器所具备的分离膜虽然使特定的化合物选择性地透过而使其从反应体系分离，但也并非是除特定的化合物以外的气体的透过为零，除了属于特定的化合物的目标产物和水蒸气中的至少一个透过以外，还有属于原料气体的h2气体、一氧化碳气体、二氧化碳气体的一部分也与产物一同从反应体系透过。发现尤其h2气体因其分子直径小，难以抑制起透过。透过分离膜而从反应体系分离的h2气体将不再参与气相反应，成为未利用气体。
4、此外，作为ccu技术所述的由式(1)与式(2)的组合、式(1)与式(3)的组合构成的化学反应，由于上述热力学上的限制而在高压条件下进行。从化学计量比考虑，h2气体的物质量至少占原料气体的一半以上。由于透过分离膜的驱动力是透过侧与非透过侧的分压差，因此，这种高压下且含有大量的h2气体的条件，是对抑制h2气体的透过方面非常不利的条件。
5、由于以上两点理由，使很大程度上决定ccu技术制造成本的h2气体的利用效率下降，存在经济性差的课题。
6、本专利技术是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种膜反应器未利用气体的再利用方法，其通过将透过分离膜而从膜反应器流出的未利用h2气体进行再利用，从而能够降低膜反应器中的目标产物的制造成本。
7、如上所述，本专利技术人等研究发现，作为原料气体的氢气的一部分会透过膜反应器的分离膜。本发是明基于该见解而完成的，具体而言，通过以下的构成解决了上述课题。
8、(1)一种膜反应器未利用气体的再利用方法，具有以下工序：
9、气相反应工序，通过在具备分离膜(m)、填充有催化剂的非透过侧的第一空间(e1)和透过侧的第二空间(e2)的膜反应器(e)的上述第一空间(e1)，导入包含一氧化碳气体和二氧化碳气体中的至少一种的气体与氢气的原料气体，从而利用上述催化剂的作用，合成水蒸气以外的反应产物和水蒸气；
10、产物膜分离工序，使通过上述气相反应工序而在上述第一空间(e1)生成的水蒸气以外的反应产物和水蒸气中的至少一种产物，经由上述分离膜(m)透过至上述第二空间(e2)而分离；
11、混合气体流出工序，通过在上述第二空间(e2)内流通吹扫气体，从而使经由上述分离膜(m)透过至上述第二空间(e2)的作为原料气体的氢气与上述产物膜分离工序中分离的产物一同从上述第二空间(e2)流出；以及
12、氢气再利用工序，至少将上述混合气体流出工序中从上述第二空间(e2)流出的混合气体中的氢气作为上述气相反应工序的原料气体或者其他工序的原料气体而利用。
13、(2)根据上述(1)所述的膜反应器未利用气体的再利用方法，其中，在上述氢气再利用工序之前，进一步具有将上述混合气体流出工序中流出的混合气体进行分离而提高氢气的浓度的分离工序。
14、(3)根据上述(1)或(2)所述的膜反应器未利用气体的再利用方法，其中，将上述混合气体流出工序中流出的混合气体的至少包含氢气的一部分或全部、与选自一氧化碳气体、二氧化碳气体和氢气中的至少一种气体混合，调整组成和流量，作为上述气相反应工序的原料气体。
15、(4)根据上述(1)～(3)中任一项所述的膜反应器未利用气体的再利用方法，其中，将上述混合气体流出工序中流出的混合气体的一部分混合于上述吹扫气体而进行循环利用。
16、(5)根据上述(1)～(4)中任一项所述的膜反应器未利用气体的再利用方法，其中，上述吹扫气体包含选自一氧化碳气体、二氧化碳气体和氢气中的至少一种气体。
17、(6)根据上述(1)～(5)中任一项所述的膜反应器未利用气体的再利用方法，其中，上述水蒸气以外的反应产物为甲醇。
18、根据本专利技术，对于具有广泛性能的分离膜的膜反应器，能够提高作为原料气体的h2气体的利用效率，能够有效利用h2气体。
19、另外，根据本专利技术，能够对透过分离膜而未被利用的h2气体进行再利用，因此能够以低于以往的膜反应器工艺的成本得到产物。
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1.一种膜反应器未利用气体的再利用方法，具有以下工序：
2.根据权利要求1所述的膜反应器未利用气体的再利用方法，其中，在所述氢气再利用工序之前，进一步具有将所述混合气体流出工序中流出的混合气体进行分离而提高氢气的浓度的混合气体分离工序。
3.根据权利要求1或2所述的膜反应器未利用气体的再利用方法，其中，将所述混合气体流出工序中流出的混合气体的至少包含氢气的一部分或全部、与选自一氧化碳气体、二氧化碳气体和氢气中的至少一种气体混合，调整组成和流量，作为所述气相反应工序的原料气体。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的膜反应器未利用气体的再利用方法，其中，将所述混合气体流出工序中流出的混合气体的一部分混合于所述吹扫气体而进行循环利用。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的膜反应器未利用气体的再利用方法，其中，所述吹扫气体包含选自一氧化碳气体、二氧化碳气体和氢气中的至少一种气体。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的膜反应器未利用气体的再利用方法，其中，所述水蒸气以外的反应产物为甲醇。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种膜反应器未利用气体的再利用方法，具有以下工序：
2.根据权利要求1所述的膜反应器未利用气体的再利用方法，其中，在所述氢气再利用工序之前，进一步具有将所述混合气体流出工序中流出的混合气体进行分离而提高氢气的浓度的混合气体分离工序。
3.根据权利要求1或2所述的膜反应器未利用气体的再利用方法，其中，将所述混合气体流出工序中流出的混合气体的至少包含氢气的一部分或全部、与选自一氧化碳气体、二氧化碳气体和氢气中的至少一种气体混合，调整组成和流量，作为...
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