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メタン化とは、一酸化炭素と二酸化炭素（CO x ）を水素化によってメタン（CH 4）に変換する反応である。CO xのメタン化反応は、1902年にサバティエとセンデレンスによって初めて発見された。 [1]
CO xメタン化には多くの実用的な用途があります。これはプロセスガスから二酸化炭素を除去する手段であり、モバイル燃料電池用途の燃料処理装置におけるPROXの代替としても議論されています。[2]
合成天然ガスを生産する手段としてのメタネーションは、1970年代から検討されてきました。[1]最近では、既存の天然ガス貯蔵と組み合わせて電力ガスシステムを使用して、太陽光や風力発電から生成されたエネルギーを貯蔵する方法として検討されています。
化学反応
次の反応はそれぞれ一酸化炭素と二酸化炭素のメタン化を表しています。
- -206 kJ/モル
- -164 kJ/モル
メタン化反応は発熱反応として分類され、その生成エネルギーが列挙されている。[1]
CO 2 のメタン化は、水素化の前にまず結合吸着して酸素中間体を形成して起こるのか、それとも水素化の前に解離してカルボニルを形成するのかについては意見が分かれています。 [3] CO は、水素化の前に炭素-酸素結合が切断される解離メカニズムによってメタン化されると考えられており、結合メカニズムは高濃度の H 2でのみ観察されます。
Ni、[4]、 Ru [5]、Rh [6]を含むさまざまな担持金属触媒によるメタン化反応は、合成ガスからのCH4の製造やその他の電力からガスへの取り組みにおいて広く研究されてきました。[3]ニッケルは、その高い選択性と低コストのため、最も広く使用されている触媒です。[1]
産業用途
合成天然ガスの生成
メタネーションは、合成天然ガスまたは代替天然ガス（SNG）の製造における重要なステップです。 [7]石炭または木材はガス化され、生産ガスが生成されます。この生産ガスは、最終的な精製ステップを経るだけで使用可能なガスを生成するために、メタネーションを受ける必要があります。
最初の商業用合成ガス工場は1984年に開設され、ノースダコタ州ビューラにあるグレートプレーンズ合成燃料工場です。 [1]この工場は現在も稼働しており、石炭を炭素源として1500MW相当の合成天然ガスを生産しています。この工場の開設以来、木材チップなどの他の炭素源を使用した商業施設が開設されています。[1]
フランスでは、ナントにあるAFUL Chantrerieが2017年11月にデモンストレーターMINERVEを開始しました。この14Nm3/日のメタン化ユニットは、Leafの支援を受けてTop Industrieによって実施されました。この設備は、CNGステーションに供給し、天然ガスボイラーにメタンを注入するために使用されます。[8]
アンモニア合成
アンモニア製造において、COとCO 2は最も一般的に使用される触媒に対して毒物であると考えられています。 [9]メタンはアンモニア合成速度に同様の悪影響を及ぼさないため、アンモニア合成ループ内での二酸化炭素の蓄積を防ぐために、いくつかの水素製造ステップの後にメタン化触媒が追加されます。
参照
参考文献
- ^ abcdef レンシュ、ステファン;シュナイダー、イェンス。マティシュケ、シュテフィ。シュリューター、マイケル。ゲッツ、マヌエル。ルフェーブル、ジョナサン。プラバカラン、プラシース。バジョール、ジークフリート (2016-02-15)。 「メタネーションのレビュー – 基礎から現在のプロジェクトまで」。燃料。166 : 276–296。土井：10.1016/j.fuel.2015.10.111。
- ^ Men, Yong; Kolb, Gunther; Zapf, Ralf; Hessel, Volker; Löwe, Holger (2007). 「マイクロチャネルリアクターにおける炭素酸化物の選択的メタン化 - 一次スクリーニングとガス添加剤の影響」. Catalysis Today . 125 (1–2): 81–87. doi :10.1016/j.cattod.2007.02.017.
- ^ ab Miao, Bin; Ma, Su Su Khine; Wang, Xin; Su, Haibin; Chan, Siew Hwa (2016-06-13). 「CO2およびCOメタン化の触媒メカニズム」.触媒科学技術. 6 (12): 4048. doi :10.1039/C6CY00478D. ISSN 2044-4761.
- ^ Xavier, K. O; Sreekala, R; Rashid, KK A; Yusuff, KK M; Sen, B (1999-02-24). 「メタン化用Ni/Al 2 O 3触媒に対する酸化セリウムのドーピング効果」. Catalysis Today . 49 (1): 17–21. doi :10.1016/S0920-5861(98)00403-9. ISSN 0920-5861.
- ^ Utaka, T (2003-06-25). 「Cuおよび貴金属触媒による改質燃料からのCO除去」. Applied Catalysis A: General . 246 (1): 117–124. doi :10.1016/S0926-860X(03)00048-6.
- ^ Panagiotopoulou, Paraskevi; Kondarides, Dimitris I.; Verykios, Xenophon E. (2008). 「担持貴金属触媒による CO の選択的メタン化: 金属相の性質が触媒性能に与える影響」. Applied Catalysis A: General . 344 (1–2): 45–54. doi :10.1016/j.apcata.2008.03.039.
- ^ Kopyscinski, Jan; Schildhauer, Tilman J.; Biollaz, Serge MA (2010-08-01). 「石炭と乾燥バイオマスからの合成天然ガス (SNG) の生産 - 1950 年から 2009 年までの技術レビュー」. Fuel . 89 (8): 1763–1783. doi :10.1016/j.fuel.2010.01.027.
- ^ “Un démonstrateur Power to Gas en service à Nantes”.ル・モニトゥール（フランス語）。 2018年。2018 年2 月 9 日に取得。。
- ^ Khorsand, Kayvan (2007). 「アンモニアユニットにおけるメタン化触媒反応器のモデリングとシミュレーション」. Petroleum & Coal . 49 : 46–53.