JPH0942780A - 化学エネルギーを用いる熱回収と熱利用方法 - Google Patents
化学エネルギーを用いる熱回収と熱利用方法Info
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- JPH0942780A JPH0942780A JP7190825A JP19082595A JPH0942780A JP H0942780 A JPH0942780 A JP H0942780A JP 7190825 A JP7190825 A JP 7190825A JP 19082595 A JP19082595 A JP 19082595A JP H0942780 A JPH0942780 A JP H0942780A
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Catalysts (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】熱エネルギーと化学エネルギー変換システムに
おいて、熱回収温度の下限の低下を図り、装置コストお
よび操業費等の点から熱利用性の高い方法を提供する。 【解決手段】 (1)式により熱回収を行い、その逆反応
(1')式により熱利用を行う化学エネルギーを用いる熱回
収と熱利用の方法 ２ＣＨ3 ＯＨ → ＨＣＯＯＣＨ3 ＋ Ｈ2 (1) ＨＣＯＯＣＨ3 ＋ Ｈ2 → ２ＣＨ3 ＯＨ (1')
おいて、熱回収温度の下限の低下を図り、装置コストお
よび操業費等の点から熱利用性の高い方法を提供する。 【解決手段】 (1)式により熱回収を行い、その逆反応
(1')式により熱利用を行う化学エネルギーを用いる熱回
収と熱利用の方法 ２ＣＨ3 ＯＨ → ＨＣＯＯＣＨ3 ＋ Ｈ2 (1) ＨＣＯＯＣＨ3 ＋ Ｈ2 → ２ＣＨ3 ＯＨ (1')
Description
【０００１】
【発明の属する分野】本発明は、化学エネルギーを用い
て工場廃熱や河川水などの低温熱源の熱利用を行う方法
に関するものである。
て工場廃熱や河川水などの低温熱源の熱利用を行う方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、熱エネルギーの回収、輸送および
利用方法としては、水蒸気又は熱水を用いる方法が一般
的である。しかしこれらの方法は、熱損失および設備コ
ストの面からの制約が大きく、低温排熱の回収には限界
がある。即ち発電所、製鉄所等のエネルギー多消費型の
各種産業設備では近年省エネルギーが進行し、かなりの
部分の排熱回収が行われているが、 200〜300 ℃以下の
低温排熱は自己設備内で適切に利用する手段がないこと
から廃棄され、そのために大きな冷却負荷を要している
ことが多い。
利用方法としては、水蒸気又は熱水を用いる方法が一般
的である。しかしこれらの方法は、熱損失および設備コ
ストの面からの制約が大きく、低温排熱の回収には限界
がある。即ち発電所、製鉄所等のエネルギー多消費型の
各種産業設備では近年省エネルギーが進行し、かなりの
部分の排熱回収が行われているが、 200〜300 ℃以下の
低温排熱は自己設備内で適切に利用する手段がないこと
から廃棄され、そのために大きな冷却負荷を要している
ことが多い。
【０００３】近年、低温排熱を有効に回収して都市の地
域冷暖房や給湯等に利用する方法として熱エネルギーを
化学エネルギーに変えて熱回収と熱利用を行うことが検
討されている。この方法では熱回収側と熱利用側で熱エ
ネルギーと化学エネルギーの変換が必要であるが、長距
離の輸送と貯蔵が可能であり、輸送および貯蔵での熱損
失が無く、エネルギー密度が大きいことから設備コスト
面からも有利な方法とされている。
域冷暖房や給湯等に利用する方法として熱エネルギーを
化学エネルギーに変えて熱回収と熱利用を行うことが検
討されている。この方法では熱回収側と熱利用側で熱エ
ネルギーと化学エネルギーの変換が必要であるが、長距
離の輸送と貯蔵が可能であり、輸送および貯蔵での熱損
失が無く、エネルギー密度が大きいことから設備コスト
面からも有利な方法とされている。
【０００４】熱エネルギーと化学エネルギーの変換系で
有力なものとしては (i)式のメタノール分解反応と(i')
式のメタノール合成反応を用いる方法が提案されてい
る。 ＣＨ3 ＯＨ ＝ ＣＯ ＋ ２Ｈ2 (i) ＣＯ ＋ ２Ｈ2 ＝ ＣＨ3 ＯＨ (i') この方法は (i)式のメタノール分解反応が吸熱反応であ
ることから (i)式を用いて排熱回収を行い、得られたＣ
Ｏ＋２Ｈ2 を輸送し、熱利用地で(i')式の発熱反応によ
り熱エネルギーの供給が行われる。(i')式により生成し
たメタノールは熱回収地に循環して再利用される。
有力なものとしては (i)式のメタノール分解反応と(i')
式のメタノール合成反応を用いる方法が提案されてい
る。 ＣＨ3 ＯＨ ＝ ＣＯ ＋ ２Ｈ2 (i) ＣＯ ＋ ２Ｈ2 ＝ ＣＨ3 ＯＨ (i') この方法は (i)式のメタノール分解反応が吸熱反応であ
ることから (i)式を用いて排熱回収を行い、得られたＣ
Ｏ＋２Ｈ2 を輸送し、熱利用地で(i')式の発熱反応によ
り熱エネルギーの供給が行われる。(i')式により生成し
たメタノールは熱回収地に循環して再利用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】(i)式および(i')式を
用いる変換系は、安価で取扱性の良いメタノールを用い
て、容易に反応を行うことができることから、エネルギ
ー変換系として有力と見られるが、次のような課題を有
している。 1).熱回収は (i)式の反応の下限温度により制約される
ことになるが、反応速度等の実用的見地から熱回収の下
限温度は 200℃前後が限界であり、排熱回収として最も
望ましい領域とされている 200〜100 ℃から常温程度の
低温度域での熱回収を行うことができない。 2).熱回収を有効に行うために (i)式の下限温度を低下
させる必要があるが、(i) 式の平衡関係は反応温度を低
下と共にメタノール分解側に著しく不利となる。 3).熱利用の面からは(i')式の反応を高温で行うことが
有利であるが、(i')式の反応の平衡関係は反応温度の上
昇と共にメタノール合成反応が著しく不利となる。また
平衡関係を改善するためにはメタノール合成反応を高圧
下で行うことになるが、装置コストおよび操業費等の点
から熱利用性が低く、反応温度および圧力特性の改善が
望まれる。 本発明の目的は、熱エネルギーと化学エネルギー変換シ
ステムにおいて、熱回収温度の下限の低下を図り、装置
コストおよび操業費等の点から熱利用性の高い方法を提
供することである。
用いる変換系は、安価で取扱性の良いメタノールを用い
て、容易に反応を行うことができることから、エネルギ
ー変換系として有力と見られるが、次のような課題を有
している。 1).熱回収は (i)式の反応の下限温度により制約される
ことになるが、反応速度等の実用的見地から熱回収の下
限温度は 200℃前後が限界であり、排熱回収として最も
望ましい領域とされている 200〜100 ℃から常温程度の
低温度域での熱回収を行うことができない。 2).熱回収を有効に行うために (i)式の下限温度を低下
させる必要があるが、(i) 式の平衡関係は反応温度を低
下と共にメタノール分解側に著しく不利となる。 3).熱利用の面からは(i')式の反応を高温で行うことが
有利であるが、(i')式の反応の平衡関係は反応温度の上
昇と共にメタノール合成反応が著しく不利となる。また
平衡関係を改善するためにはメタノール合成反応を高圧
下で行うことになるが、装置コストおよび操業費等の点
から熱利用性が低く、反応温度および圧力特性の改善が
望まれる。 本発明の目的は、熱エネルギーと化学エネルギー変換シ
ステムにおいて、熱回収温度の下限の低下を図り、装置
コストおよび操業費等の点から熱利用性の高い方法を提
供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】発明者等は上記の如き課
題を有する熱エネルギーと化学エネルギーの変換システ
ムについて鋭意検討した結果、メタノールに代えて蟻酸
メチルの分解と水素のシステムを用いることにより、排
熱回収とその利用を極めて有利に行うことができること
を見出し、本発明に到達した。
題を有する熱エネルギーと化学エネルギーの変換システ
ムについて鋭意検討した結果、メタノールに代えて蟻酸
メチルの分解と水素のシステムを用いることにより、排
熱回収とその利用を極めて有利に行うことができること
を見出し、本発明に到達した。
【０００７】即ち本発明は、 (1)式により熱回収を行
い、その逆反応(1')式により熱利用を行うことを特徴と
する化学エネルギーを用いる熱回収と熱利用の方法であ
る。 ２ＣＨ3 ＯＨ → ＨＣＯＯＣＨ3 ＋ Ｈ2 (1) ＨＣＯＯＣＨ3 ＋ Ｈ2 → ２ＣＨ3 ＯＨ (1')
い、その逆反応(1')式により熱利用を行うことを特徴と
する化学エネルギーを用いる熱回収と熱利用の方法であ
る。 ２ＣＨ3 ＯＨ → ＨＣＯＯＣＨ3 ＋ Ｈ2 (1) ＨＣＯＯＣＨ3 ＋ Ｈ2 → ２ＣＨ3 ＯＨ (1')
【０００８】
【発明の実施の形態】まず (1)式のメタノールの脱水素
によるギ酸メチルの分解反応は液相で行うことが好まし
く、反応を液相で行い生成Ｈ2 ガスを系外に除去するこ
とにより、平衡反応が促進されるので有利である。該反
応の触媒には、ラネー銅触媒や銅−クロム系触媒などの
銅系触媒や、担持型パラジウム触媒、Cu-Ni-Al-P触媒、
Cu-Zn-Al-P-Li 触媒などの貴金属触媒が用いられる。反
応温度は１５０〜２５０℃である。また反応時間として
は０．１〜２０ｈｒの範囲、特に０．２〜１０ｈｒが一
般的である。
によるギ酸メチルの分解反応は液相で行うことが好まし
く、反応を液相で行い生成Ｈ2 ガスを系外に除去するこ
とにより、平衡反応が促進されるので有利である。該反
応の触媒には、ラネー銅触媒や銅−クロム系触媒などの
銅系触媒や、担持型パラジウム触媒、Cu-Ni-Al-P触媒、
Cu-Zn-Al-P-Li 触媒などの貴金属触媒が用いられる。反
応温度は１５０〜２５０℃である。また反応時間として
は０．１〜２０ｈｒの範囲、特に０．２〜１０ｈｒが一
般的である。
【０００９】(1)式の反応の圧力は、その分解温度で示
される蒸気圧下で分解を遂行させることもできるが、平
衡的には低圧ほど有利となる。一般に反応圧力としては
常圧〜３０ａｔｍ、実用的には常圧〜２０ａｔｍの範囲
が好ましい。(1)式と(1')式の反応は化学平衡反応であ
り、気相反応では平衡組成の制約を受けるが、液相反応
とすれば生成するＨ2 ガスが直ちに液相から分離される
ことから反応上有利となる。反応方式はメタノールと触
媒とが接触する方法であれば何れの方法でも採用できる
が、一般的な反応方法としては、流動床、或いは固定床
等が挙げられる。なお反応を促進するために、反応蒸留
により水素ガスとギ酸メチルをメタノールから分離する
ようにすれば化学平衡上有利であり、たとえばワンパス
転化率が低い場合でも、反応蒸留を組み込むことにより
系内の反応率を高めることができるので、一般に用いら
れる循環方式に比べて効率の良いシステムとすることが
できる。
される蒸気圧下で分解を遂行させることもできるが、平
衡的には低圧ほど有利となる。一般に反応圧力としては
常圧〜３０ａｔｍ、実用的には常圧〜２０ａｔｍの範囲
が好ましい。(1)式と(1')式の反応は化学平衡反応であ
り、気相反応では平衡組成の制約を受けるが、液相反応
とすれば生成するＨ2 ガスが直ちに液相から分離される
ことから反応上有利となる。反応方式はメタノールと触
媒とが接触する方法であれば何れの方法でも採用できる
が、一般的な反応方法としては、流動床、或いは固定床
等が挙げられる。なお反応を促進するために、反応蒸留
により水素ガスとギ酸メチルをメタノールから分離する
ようにすれば化学平衡上有利であり、たとえばワンパス
転化率が低い場合でも、反応蒸留を組み込むことにより
系内の反応率を高めることができるので、一般に用いら
れる循環方式に比べて効率の良いシステムとすることが
できる。
【００１０】前述の如く (1)式と(1')式の反応は化学平
衡反応であるので、(1')式の反応においても (1)式と同
様の銅系触媒や貴金属触媒を用いて逆反応を行うことに
より熱利用を行うことができる。熱利用を有効に行うた
めにはできるだけ高温で(1')式のメタノール合成反応を
行うことが望ましい。
衡反応であるので、(1')式の反応においても (1)式と同
様の銅系触媒や貴金属触媒を用いて逆反応を行うことに
より熱利用を行うことができる。熱利用を有効に行うた
めにはできるだけ高温で(1')式のメタノール合成反応を
行うことが望ましい。
【００１１】(1')式の反応においてＨＣＯＯＣＨ3 とＨ
2 ガスのモル比は理論的には１：１であるが、Ｈ2 ガス
が過剰な条件が有利であり、該モル比は１：１〜１００
である。未反応Ｈ2 ガスの循環再使用を考えると該モル
比は１：１．２〜５０とすることが好ましい。反応器ま
たは反応管から分離された未反応Ｈ2 ガスは、反応系に
循環することができる。反応圧力は５〜２００ kg/cm2
であり、好ましくは１０〜１００ kg/cm2 である。(1')
式の反応も平衡反応であり、ギ酸メチルは生成するメタ
ノールよりも低沸点であるから、反応蒸留により生成し
たメタノールを蒸留で系外に連続的に抜き出すようにす
れば、高い反応率でメタノールを容易に得ることができ
る。
2 ガスのモル比は理論的には１：１であるが、Ｈ2 ガス
が過剰な条件が有利であり、該モル比は１：１〜１００
である。未反応Ｈ2 ガスの循環再使用を考えると該モル
比は１：１．２〜５０とすることが好ましい。反応器ま
たは反応管から分離された未反応Ｈ2 ガスは、反応系に
循環することができる。反応圧力は５〜２００ kg/cm2
であり、好ましくは１０〜１００ kg/cm2 である。(1')
式の反応も平衡反応であり、ギ酸メチルは生成するメタ
ノールよりも低沸点であるから、反応蒸留により生成し
たメタノールを蒸留で系外に連続的に抜き出すようにす
れば、高い反応率でメタノールを容易に得ることができ
る。
【００１２】(1')式のギ酸メチルと水素ガスの反応の方
法はとくに制限されるものではなく、連続式方法として
触媒を管型反応器に充填し、反応管上部からギ酸メチル
と水素ガスを並流で連続供給するトリクルベッド式、下
部からギ酸メチルを連続供給し、並流もしくは向流で水
素ガスを連続供給する方式、管型反応管で反応管出口反
応液の一部を循環する循環方式等いずれも実施できる。
これらの方法により反応器また反応管からは触媒と分離
されたメタノールとギ酸メチル混合物が得られ、蒸留に
よりによりメタノールを分離し、回収されたギ酸メチル
を原料として循環することができる。
法はとくに制限されるものではなく、連続式方法として
触媒を管型反応器に充填し、反応管上部からギ酸メチル
と水素ガスを並流で連続供給するトリクルベッド式、下
部からギ酸メチルを連続供給し、並流もしくは向流で水
素ガスを連続供給する方式、管型反応管で反応管出口反
応液の一部を循環する循環方式等いずれも実施できる。
これらの方法により反応器また反応管からは触媒と分離
されたメタノールとギ酸メチル混合物が得られ、蒸留に
よりによりメタノールを分離し、回収されたギ酸メチル
を原料として循環することができる。
【００１３】本発明の方法は、従来のメタノールの合成
および分解反応の場合と比較して低圧で反応を行うこと
ができ、メタノールからギ酸メチルを生成する反応がよ
り低温で行われるので低温での熱回収に有利である。ま
た(1')式の反応により１００℃以上の高温でスチームや
熱水を発生させ、工場や都市部の熱需要地での種々の熱
源や冷暖房に有効に用いることができる。
および分解反応の場合と比較して低圧で反応を行うこと
ができ、メタノールからギ酸メチルを生成する反応がよ
り低温で行われるので低温での熱回収に有利である。ま
た(1')式の反応により１００℃以上の高温でスチームや
熱水を発生させ、工場や都市部の熱需要地での種々の熱
源や冷暖房に有効に用いることができる。
【００１４】
【実施例】次に実施例により本発明を更に詳しく説明す
る。但し本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。
る。但し本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。
【００１５】実施例１（メタノールの脱水素） チタン内張りの内容積３００ｍｌの上下攪拌式オートク
レーブを用い、流通式反応を行った。オートクレーブ内
にラネー銅４０ｇとメタノール２００ｍｌを入れ、上下
攪拌しながらオートクレーブを２００℃に加熱し、メタ
ノールを５．３ｇ／ｈｒ供給した。また、水素ガスをオ
ートクレーブの液中に導入し、反応圧力が５０ kg/cm2
G になるように冷却器を通して抜き出した。抜き出しガ
ス量は７５．３リッター／ｈｒであり、メタノール０．
１ｖｏｌ％、ギ酸メチル１．７２ｖｏｌ％であった。反
応液の分析の結果、メタノールの反応率は８１．１％、
ギ酸メチルの収率は７３．１％であった。
レーブを用い、流通式反応を行った。オートクレーブ内
にラネー銅４０ｇとメタノール２００ｍｌを入れ、上下
攪拌しながらオートクレーブを２００℃に加熱し、メタ
ノールを５．３ｇ／ｈｒ供給した。また、水素ガスをオ
ートクレーブの液中に導入し、反応圧力が５０ kg/cm2
G になるように冷却器を通して抜き出した。抜き出しガ
ス量は７５．３リッター／ｈｒであり、メタノール０．
１ｖｏｌ％、ギ酸メチル１．７２ｖｏｌ％であった。反
応液の分析の結果、メタノールの反応率は８１．１％、
ギ酸メチルの収率は７３．１％であった。
【００１６】
【発明の効果】実施例より明らかなように本発明の方法
ではギ酸メチルを媒体とする反応の熱利用を行うことに
より、従来熱利用が困難であった２５０℃以下の低温の
工場廃熱を熱源として、１００℃以上の高温でスチーム
や熱水を発生させ、工場や都市部の熱需要地での種々の
熱源や冷暖房に有効に用いることができる。本発明の方
法は比較的低圧の温和な条件で反応が行われるので装置
コストが少なくて済み、また液相反応として反応蒸留を
用いれば効率良く熱回収と熱利用を行うことができるの
で、省エネルギー対策として極めて優れた方法である。
ではギ酸メチルを媒体とする反応の熱利用を行うことに
より、従来熱利用が困難であった２５０℃以下の低温の
工場廃熱を熱源として、１００℃以上の高温でスチーム
や熱水を発生させ、工場や都市部の熱需要地での種々の
熱源や冷暖房に有効に用いることができる。本発明の方
法は比較的低圧の温和な条件で反応が行われるので装置
コストが少なくて済み、また液相反応として反応蒸留を
用いれば効率良く熱回収と熱利用を行うことができるの
で、省エネルギー対策として極めて優れた方法である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ１０Ｌ 1/02 6958−4Ｈ Ｃ１０Ｌ 1/02
Claims (4)
- 【請求項１】 (1)式により熱回収を行い、その逆反応
(1)'式により熱利用を行うことを特徴とする化学エネル
ギーを用いる熱回収と熱利用の方法 ２ＣＨ3 ＯＨ → ＨＣＯＯＣＨ3 ＋ Ｈ2 (1) ＨＣＯＯＣＨ3 ＋ Ｈ2 → ２ＣＨ3 ＯＨ (1') - 【請求項２】 (1)式および／または(1')式の反応を銅系
触媒または貴金属触媒の存在下で行う請求項１の化学エ
ネルギーの用いる熱回収と熱利用方法 - 【請求項３】 (1)式および／または(1')式の反応を液相
で行う請求項１〜２の化学エネルギーの用いる熱回収と
熱利用方法 - 【請求項４】 (1)式および／または(1')式の反応を液相
で行い、反応蒸留によりメタノール、Ｈ2 ガスおよびギ
酸メチルを分離する請求項３の化学エネルギーの用いる
熱回収と熱利用方法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7190825A JPH0942780A (ja) | 1995-07-26 | 1995-07-26 | 化学エネルギーを用いる熱回収と熱利用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7190825A JPH0942780A (ja) | 1995-07-26 | 1995-07-26 | 化学エネルギーを用いる熱回収と熱利用方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0942780A true JPH0942780A (ja) | 1997-02-14 |
Family
ID=16264395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7190825A Pending JPH0942780A (ja) | 1995-07-26 | 1995-07-26 | 化学エネルギーを用いる熱回収と熱利用方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0942780A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001263828A (ja) * | 2000-03-16 | 2001-09-26 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 蟻酸メチルの水素化反応を用いたエネルギー変換システム |
| JP2002168132A (ja) * | 2000-12-04 | 2002-06-14 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | メタノール・ギ酸メチルの化学エネルギーを用いる熱回収と熱利用および発電の方法 |
| CN103557597A (zh) * | 2013-10-18 | 2014-02-05 | 中国寰球工程公司 | 一种mtp反应混合气热回收方法及系统 |
-
1995
- 1995-07-26 JP JP7190825A patent/JPH0942780A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001263828A (ja) * | 2000-03-16 | 2001-09-26 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 蟻酸メチルの水素化反応を用いたエネルギー変換システム |
| JP2002168132A (ja) * | 2000-12-04 | 2002-06-14 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | メタノール・ギ酸メチルの化学エネルギーを用いる熱回収と熱利用および発電の方法 |
| CN103557597A (zh) * | 2013-10-18 | 2014-02-05 | 中国寰球工程公司 | 一种mtp反应混合气热回收方法及系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050803 |