膜反应器、膜反应器系统及甲醇的制造方法与流程

本发明涉及一种由二氧化碳和氢来连续地合成甲醇和水的膜反应器、膜反应器系统及甲醇的制造方法。

背景技术：

1、为了减轻地球环境上的不良影响，要求减少二氧化碳，利用二氧化碳的甲醇合成技术受到关注。

2、现状下，建设工厂(plant)并进行量产化的技术包含下述工序：在高温高压下使用催化剂使二氧化碳与氢反应；将反应产物冷却，分离甲醇和水；以及使用蒸馏法将所获得的甲醇与水的混合液脱水。

3、但是，所述技术特别在高温高压下使用催化剂进行反应的工序中，需要庞大的能量，因而在制造投入的电能时会产生大量的二氧化碳，整个工序未至减少二氧化碳。

4、因此，作为在使用催化剂使二氧化碳与氢反应时能减少投入能量的、甲醇的制造技术，着眼于使用膜反应器的制造技术。

5、关于使用膜反应器的甲醇的制造技术，已公开了若干的现有技术。专利文献1中公开了一种甲醇制造用反应器，使用将反应中副生的水选择性地分离除去至反应系统外的、水选择透过膜体。而且，专利文献2中公开了一种甲醇制造方法，具有使吹扫气体(sweepgas)流通而使透过水蒸气分离膜的水蒸气流出的工序。作为吹扫气体，使用氮气或空气。任一技术均可通过利用分离膜去掉反应产物的水蒸气从而进行反应，可减少反应所需要的能量。

6、[现有技术文献]

7、[专利文献]

8、[专利文献1]日本专利特开2007-55970号公报

9、[专利文献2]日本专利特开2018-8940号公报

技术实现思路

1、[发明所要解决的问题]

2、但是，专利文献1所公开的技术利用真空泵来抽吸透过水选择透过膜体的水，需要用于使真空泵运行的能量。而且，专利文献2所公开的技术使吹扫气体流通，因而需要用于使吹扫气体的供给装置运行的能量。

3、本发明是鉴于所述情况而成。本发明的目的在于提供一种膜反应器、膜反应器系统及甲醇的制造方法，可减少制造甲醇所需要的能量，且可简化用于供给吹扫气体的设备。

4、[解决问题的技术手段]

5、本发明人对下述吹扫气体进行了研究，所述吹扫气体用于在使用膜反应器的甲醇的制造方法中，将由二氧化碳与氢的反应所生成的甲醇和水排出至系统外。其结果为发现，通过使用在催化剂担载部中未透过气体分离膜的混合气体，从而不需要吹扫气体的供给装置，可减少制造甲醇所需要的能量，以至完成了本发明。

6、(1)本发明的膜反应器由二氧化碳和氢来连续地合成甲醇和水，具有催化剂担载部与气体分离膜层叠的结构，包括：供给部件，在所述催化剂担载部的上游侧供给二氧化碳和氢；所述催化剂担载部，担载有由二氧化碳和氢来合成甲醇和水的催化剂；所述气体分离膜，从二氧化碳、氢、甲醇及水的混合气体中，使甲醇和水选择性地透过；向所述气体分离膜的下游侧流动吹扫气体，将透过所述气体分离膜的甲醇和水与所述吹扫气体一起排出的部件；以及旁通通路，使未透过所述气体分离膜的混合气体从所述催化剂担载部向所述气体分离膜的下游侧流通，且所述膜反应器将未透过所述气体分离膜的混合气体用作所述吹扫气体。

7、(2)本发明的膜反应器为所述(1)所记载的膜反应器，且优选为，所述膜反应器呈所述催化剂担载部与所述气体分离膜层叠的筒状结构，所述催化剂担载部构成所述筒状结构的外层，所述气体分离膜构成所述筒状结构的内层，二氧化碳和氢从所述筒状结构的外层的外侧供给，透过所述气体分离膜的甲醇和水与所述吹扫气体一起在所述筒状结构的内层的内侧的空间中流动并排出，所述旁通通路连通至所述空间内的吹扫气体流的上游侧。

8、(3)本发明的膜反应器系统由二氧化碳和氢来连续地合成甲醇和水，包括：所述(1)或所述(2)所记载的膜反应器；冷却部件，在所述膜反应器的下游，从二氧化碳、氢、甲醇及水的混合气体中将二氧化碳和氢作为气体而分离，将甲醇和水作为液体而分离；以及回流部件，使经所述冷却部件分离的二氧化碳和氢向所述膜反应器的上游侧回流。

9、(4)本发明的膜反应器系统优选为，在所述(3)所记载的膜反应器系统的所述冷却部件的下游，包括通过蒸馏将甲醇与水分离的分离部件。

10、(5)本发明的甲醇的制造方法由二氧化碳和氢来连续地合成甲醇和水，为下述制造方法：使用具有催化剂担载部与气体分离膜层叠的结构的膜反应器，在所述催化剂担载部的上游侧供给二氧化碳和氢，在所述催化剂担载部中，使用所担载的催化剂由二氧化碳和氢来合成甲醇和水，利用所述气体分离膜从二氧化碳、氢、甲醇及水的混合气体中使甲醇和水分离并透过，向所述气体分离膜的下游侧流动吹扫气体，将透过所述气体分离膜的甲醇和水与所述吹扫气体一起排出，并且所述甲醇的制造方法中，将所述催化剂担载部中未透过所述气体分离膜的混合气体用作所述吹扫气体。

11、[发明的效果]

12、本发明的膜反应器、膜反应器系统及甲醇的制造方法可减少制造甲醇所需要的能量，可简化用于供给吹扫气体的设备。

技术特征：

1.一种膜反应器，由二氧化碳和氢来连续地合成甲醇和水，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的膜反应器，其特征在于，

3.一种膜反应器系统，由二氧化碳和氢来连续地合成甲醇和水，其特征在于包括：

4.根据权利要求3所述的膜反应器系统，其特征在于，

5.一种甲醇的制造方法，由二氧化碳和氢来连续地合成甲醇和水，其特征在于：

技术总结
本发明提供一种膜反应器、膜反应器系统及甲醇的制造方法，可减少制造甲醇所需要的能量，可简化用于供给吹扫气体的设备。一种甲醇的制造方法，由二氧化碳和氢来连续地合成甲醇和水，其特征在于为下述制造方法：使用具有催化剂担载部与气体分离膜层叠的结构的膜反应器(31)，在所述催化剂担载部的上游侧供给二氧化碳和氢，使用催化剂由二氧化碳和氢来合成甲醇和水，利用所述气体分离膜使甲醇和水分离并透过，向所述气体分离膜的下游侧流动吹扫气体，将甲醇和水与吹扫气体一起排出，并且所述甲醇的制造方法中，使用未透过所述气体分离膜的混合气体作为吹扫气体。而且，本发明为用于进行所述制造方法的膜反应器(31)及膜反应器系统。

技术研发人员：増田翔平
受保护的技术使用者：本田技研工业株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13