【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及膜反应器中的凝结性生成物的高纯度化方法。
技术介绍
1、近年来，作为二氧化碳排出削减技术的1种，正在研究使二氧化碳(以下也称为“co2”)气体与氢气(以下也称为“h2”)进行化学反应，使其转换为有价值物质而再利用的被称为ccu(碳捕捉与利用carbon capture and utilization)的技术的开发。
2、在研究各种ccu技术的过程中，所使用的化学反应例如有使逆水煤气变换反应(式(1))与向甲醇的转换反应(式(2))、向乙醇的转换反应(式(3))组合的反应等。
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6、这些醇合成反应涉及化学平衡，具有热力学上限。因此，为了提高收率，需要反应的高压化、未反应气体的再循环。而且，需要与醇同时生成的水蒸气的分离设备，存在设备大型化的课题。
7、作为为了突破热力学上限并且削减甲醇与水蒸气的分离设备的成本的方法，有通过从反应系统将甲醇或水蒸气中的任一者选择性地分离，从而同时进行反应平衡向生成物侧的偏移、和甲醇与水蒸气的分离的方法。例如，提出了下述使用膜反应器的工艺：利用具备沸石膜的膜反应器使在非透过侧生成的甲醇或水蒸气向透过侧选择性地分离，从而能够突破热力学上限，并且能够比以往的方法提高甲醇浓度(专利文献1、2、3)。由于甲醇或水蒸气的透过驱动力为非透过侧和透过侧中的透过成分的分压差，因此通过在非透过侧以热力学上有利的高压进行甲醇合成反应并且将生成物向低压的透过侧分离，能够发挥反应平衡的偏移和分离促进的协同效果。
9、专利文献
10、专利文献1：日本特开2007-055970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号公报
13、专利文献4：日本特开2020-132439号公报
技术实现思路
1、专利技术所要解决的课题
2、在使用膜反应器的上述工艺中使用的分离膜具有使甲醇或水蒸气中的任一者选择透过的功能。但是，专利文献1及3中没有关于透过性能详情的记载，也没有研究透过性能对甲醇制造成本的影响。专利文献2中记载了在相对于甲醇而言的水蒸气的分离系数为230以上的情况下，所生成的甲醇中的99％以上不能透过而能够回收，因此优选，但对于所透过的小于1％的甲醇的回收·利用方法没有进行研究。在透过侧透过的水包含甲醇的情况下，为了将其排水，必须使工厂排水中的化学需氧量(chemical oxygen demand、以下也称为“cod”)为作为环境基准值的日平均120mg/l(升)、即0.012质量％以下，而为了使用专利文献2中记载的膜反应器由co2和氢合成甲醇和水、并使透过侧的排水为环境基准值以下，需要相对于甲醇而言的水蒸气的分离系数至少为1480000以上。
3、像上述这样，若没有非常高的膜性能，则得不到高纯度的生成物，在使用膜反应器的工艺中也存在难以省略能量成本大的蒸馏的课题。
4、另外，专利文献4提出了，用包含一氧化碳或炭化氢系气体的吹扫气体对在膜反应器中被分离的水进行吹扫后，在通过水煤气变换反应或水蒸气重整反应制造氢气的设备列中进行利用。专利文献4中，将生成的水在其它工序中利用，因此排水处理量减少，但吹扫气体中使用的一氧化碳或炭化氢系气体作为原料气体未必是必要的气体，存在需要在原料气体之外另行设置吹扫气体用的气体设备的课题。
5、膜反应器中具备的分离膜将特定的化合物选择性地从反应系统中分离，但现在能够合成的分离膜对特定的化合物以外的气体的透过也不是零。为了在透过侧得到作为工业用甲醇的jis标准的99.8质量％的高纯度的甲醇、cod日平均120mg/l以下的高纯度的水，需要分离性能非常高的分离膜。但是，现在能够合成的分离膜的分离性能不充分，为了得到高纯度的甲醇或水，依然需要后续的蒸馏设备本身。
6、本专利技术是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供膜反应器中的凝结性生成物的高纯度化方法，其在后续不需要能量成本大的蒸馏设备，在具备广泛的分离性能的分离膜的膜反应器中，能够使透过到膜反应器的透过侧的2种以上的凝结性生成物中的最多量的1种凝结性生成物的物质的量比提高，从而实现高纯度化。
7、用于解决课题的手段
8、本申请的专利技术人对上述课题进行了深入研究，结果发现，在使用膜反应器的工艺中，通过利用分解催化剂分解经由分离膜透过而被分离的凝结性生成物，能够解决上述课题。
9、具体而言，本申请的专利技术人发现通过以下的构成能够解决上述课题。
10、(1)膜反应器中的凝结性生成物的高纯度化方法，其具有下述工序：
11、合成反应工序，其中，通过将包含一氧化碳气体及二氧化碳气体中的至少一者的气体和氢气的原料气体导入膜反应器(e)的第1空间(e1)，从而利用合成催化剂(c1)的作用合成2种以上的凝结性生成物，上述膜反应器(e)具备分离膜(m)、填充有上述合成催化剂(c1)的非透过侧的上述第1空间(e1)、和透过侧的第2空间(e2)；
12、膜分离工序，其中，上述分离膜(m)是具有与一氧化碳气体、二氧化碳气体及氢气中的任意气体的透过系数相比上述2种以上的凝结性生成物中的至少1种的透过系数大的选择透过性的分离膜，在上述合成反应工序中，在上述第1空间(e1)生成的上述2种以上的凝结性生成物经由上述分离膜(m)透过到上述第2空间(e2)而被分离；和
13、分解反应工序，其中，在上述膜分离工序中，利用分解催化剂(c2)的作用对从上述第1空间(e1)透过到上述第2空间(e2)的上述2种以上的凝结性生成物进行分解，使上述透过的2种以上的凝结性生成物中的最多量的1种凝结性生成物的物质的量比提高。
14、(2)如上述(1)中记载的膜反应器中的凝结性生成物的高纯度化方法，其中，上述分解催化剂(c2)填充于上述第2空间(e2)，上述分解反应工序在上述第2空间(e2)中进行。
15、(3)如上述(1)或(2)中记载的膜反应器中的凝结性生成物的高纯度化方法，其中，上述2种以上的凝结性生成物为醇及水。
16、(4)如上述(1)～(3)中任一项记载的膜反应器中的凝结性生成物的高纯度化方法，其中，在上述分解反应工序中，通过上述2种以上的凝结性生成物的分解而生成包含氢气的分解生成气体，
17、上述高纯度化方法还具有通过气液分离法对包含物质的量比因上述分解反应工序而提高了的1种凝结性生成物、和上述分解生成气体的混合气体进行分离的气液分离工序。
18、(5)如上述(4)中记载的膜反应器中的凝结性生成物的高纯度化方法，其中，将通过上述气液分离工序分离出的分解生成气体作为上述合成反应工序的原料气体进行再利用。
19、(6)如上述(1)～(5)中任一项记载的膜反应器中的凝结性生成物的高纯度化方法，其中，在上述第2空间(e2)中使吹扫本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.膜反应器中的凝结性生成物的高纯度化方法，其具有下述工序：
2.如权利要求1所述的膜反应器中的凝结性生成物的高纯度化方法，其中，所述分解催化剂(C2)填充于所述第2空间(E2)，所述分解反应工序在所述第2空间(E2)中进行。
3.如权利要求1或2所述的膜反应器中的凝结性生成物的高纯度化方法，其中，所述2种以上的凝结性生成物为醇及水。
4.如权利要求1～3中任一项所述的膜反应器中的凝结性生成物的高纯度化方法，其中，在所述分解反应工序中，通过所述2种以上的凝结性生成物的分解而生成包含氢气的分解生成气体，
5.如权利要求4所述的膜反应器中的凝结性生成物的高纯度化方法，其中，将通过所述气液分离工序分离出的分解生成气体作为所述合成反应工序的原料气体进行再利用。
6.如权利要求1～5中任一项所述的膜反应器中的凝结性生成物的高纯度化方法，其中，在所述第2空间(E2)中使吹扫气体流通。
7.如权利要求6所述的膜反应器中的凝结性生成物的高纯度化方法，其中，所述吹扫气体包含氢气。
8.如权利要求1～7中任一项所述的
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.膜反应器中的凝结性生成物的高纯度化方法，其具有下述工序：
2.如权利要求1所述的膜反应器中的凝结性生成物的高纯度化方法，其中，所述分解催化剂(c2)填充于所述第2空间(e2)，所述分解反应工序在所述第2空间(e2)中进行。
3.如权利要求1或2所述的膜反应器中的凝结性生成物的高纯度化方法，其中，所述2种以上的凝结性生成物为醇及水。
4.如权利要求1～3中任一项所述的膜反应器中的凝结性生成物的高纯度化方法，其中，在所述分解反应工序中，通过所述2种以上的凝结性生成物的分解而生成包含氢气的分解生成气体...
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