JP2002114986A - Method and apparatus for producing gas - Google Patents

Method and apparatus for producing gas

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JP2002114986A
JP2002114986A JP2000309071A JP2000309071A JP2002114986A JP 2002114986 A JP2002114986 A JP 2002114986A JP 2000309071 A JP2000309071 A JP 2000309071A JP 2000309071 A JP2000309071 A JP 2000309071A JP 2002114986 A JP2002114986 A JP 2002114986A
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carbon dioxide
fossil fuel
gasification reactor
gasification
gas
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JP2000309071A
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Japanese (ja)
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Kenji Watanabe
健次 渡辺
Koji Amano
耕治 天野
Keiichi Den
慶一 傳
Atsushi Sakai
敦 阪井
Yoshiko Yoshino
美子 吉野
Atsushi Miyayasu
淳 宮保
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Kansai Research Institute KRI Inc
Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Original Assignee
Tokyo Electric Power Co Inc
Kansai Research Institute KRI Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a gas containing at least one kind to be selected from the group consisting of hydrogen, methane, and carbon monoxide under mild conditions not to cause the corrosion of the material of a reaction vessel or the deterioration of a catalyst which can inhibit the generation of harmful nitrogen oxides, and an apparatus for producing a gas which is suited in carrying out the production method. SOLUTION: The method for producing a gas containing at least one selected from the group consisting of hydrogen, methane and carbon monoxide has a step of gasifying at least part of a fossil fuel in the presence of steam in the supercritical state or in the subcritical state of carbon dioxide. The apparatus for producing the gas enables the gasification of part of a fossil fuel under the above conditions.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、化石燃料をガス化
させる、水素、メタンまたは一酸化炭素を含有するガス
の製造方法およびかかるガスの製造装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing gas containing hydrogen, methane or carbon monoxide for gasifying fossil fuels and an apparatus for producing such gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】化石燃料から水素、メタンおよび一酸化
炭素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含有する
ガスを得る方法として、石炭を原料とする場合は、Lu
rgi法(反応温度:1000℃、反応圧力:3MP
a)、Koppers−Totzek法(反応温度:1
900℃、反応圧力:0.1MPa)などがある。ま
た、重質油から天然ガスまでを原料とする場合は、Sh
ell法(反応温度:1500℃、反応圧力:6MP
a)、Texaco法(反応温度:1500℃、反応圧
力:8MPa)などが実用化されている。しかし、これ
らの方法では、高温度で化石燃料と酸素あるいは空気と
を燃焼反応させるため、有害な窒素酸化物、硫黄酸化物
などが大量に発生し、これらの有害ガスを燃焼排ガスか
ら除去するための設備が別途必要となるなどの問題があ
る。
2. Description of the Related Art As a method for obtaining a gas containing at least one selected from the group consisting of hydrogen, methane and carbon monoxide from a fossil fuel, when coal is used as a raw material, Lu is used.
rgi method (reaction temperature: 1000 ° C, reaction pressure: 3MP
a), Koppers-Totzek method (reaction temperature: 1)
900 ° C., reaction pressure: 0.1 MPa). When using heavy oil to natural gas as raw materials, Sh
cell method (reaction temperature: 1500 ° C, reaction pressure: 6MP)
a), Texaco method (reaction temperature: 1500 ° C., reaction pressure: 8 MPa) and the like have been put to practical use. However, these methods cause fossil fuels to react with oxygen or air at high temperatures to produce a large amount of harmful nitrogen oxides and sulfur oxides, and to remove these harmful gases from the combustion exhaust gas. There is a problem that a separate facility is required.

【0003】また、近年、超臨界水中あるいは亜臨界水
中で、石炭や含炭素廃棄物をガス化する方法が提案され
ている(たとえば、特開平11−72203号公報な
ど)。これらの方法では、比較的低温度(400〜60
0℃)でガス化反応を行うため、窒素酸化物などの発生
は少ないが、超臨界状態あるいは亜臨界状態の水の激し
い腐食性のため、反応容器材質の腐食や触媒劣化の問題
がある。
In recent years, a method of gasifying coal or carbon-containing waste in supercritical water or subcritical water has been proposed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-72203). In these methods, relatively low temperatures (400 to 60) are used.
Since the gasification reaction is performed at 0 ° C.), generation of nitrogen oxides and the like is small, but there is a problem of corrosion of the material of the reaction vessel and deterioration of the catalyst due to severe corrosiveness of supercritical or subcritical water.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、有害な窒素
酸化物などの発生が抑えられ、反応容器材質の腐食や触
媒劣化を起こさないマイルドな条件下での、水素、メタ
ンおよび一酸化炭素からなる群より選ばれる少なくとも
1種を含有するガスの製造方法および該製造方法を実施
するに好適なガスの製造装置を提供することを目的とす
る。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides hydrogen, methane and carbon monoxide under mild conditions in which the generation of harmful nitrogen oxides and the like is suppressed and the corrosion of the reaction vessel material and the deterioration of the catalyst do not occur. It is an object of the present invention to provide a method for producing a gas containing at least one selected from the group consisting of: and a gas producing apparatus suitable for carrying out the production method.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するべく鋭意研究を重ねた結果、二酸化炭素の超
臨界状態または亜臨界状態において、水蒸気の共存下に
化石燃料のガス化を行うことにより、有害な窒素酸化物
などの発生を抑え、反応容器材質の腐食および触媒劣化
をも防ぎ、水素、メタンおよび一酸化炭素からなる群よ
り選ばれる少なくとも1種を含有するガスを高効率に製
造できることを見いだし、本発明を完成させるに至っ
た。
Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, have found that gasification of fossil fuels in the supercritical state or subcritical state of carbon dioxide in the presence of water vapor. By carrying out, the generation of harmful nitrogen oxides and the like is suppressed, the corrosion of the reaction vessel material and the deterioration of the catalyst are also prevented, and the gas containing at least one selected from the group consisting of hydrogen, methane and carbon monoxide is increased. They have found that they can be manufactured efficiently, and have completed the present invention.

【0006】すなわち本発明の要旨は、(1) 二酸化
炭素の超臨界状態または亜臨界状態において、水蒸気の
共存下に化石燃料の少なくとも一部をガス化させる工程
を有することを特徴とする、水素、メタンおよび一酸化
炭素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含有する
ガスの製造方法、ならびに(2) ガス化反応器と、該
ガス化反応器に化石燃料を供給する化石燃料供給装置
と、該ガス化反応器から排出されるガス中の水蒸気を凝
縮させる水蒸気凝縮装置と、該水蒸気凝縮装置から排出
されるガス中の二酸化炭素を凝縮させる二酸化炭素凝縮
装置と、該ガス化反応器に二酸化炭素と水蒸気を供給す
る手段とを備えてなり、該ガス化反応器内で二酸化炭素
の超臨界状態または亜臨界状態において水蒸気の共存下
に化石燃料の少なくとも一部をガス化させることを可能
とした、水素、メタンおよび一酸化炭素からなる群より
選ばれる少なくとも1種を含有するガスの製造装置、に
関する。
That is, the gist of the present invention is to provide (1) a step of gasifying at least a part of fossil fuel in the supercritical state or subcritical state of carbon dioxide in the presence of steam. , A method for producing a gas containing at least one selected from the group consisting of methane and carbon monoxide, and (2) a gasification reactor, a fossil fuel supply device for supplying a fossil fuel to the gasification reactor, A steam condensing device for condensing steam in the gas discharged from the gasification reactor, a carbon dioxide condensing device for condensing carbon dioxide in the gas discharged from the steam condensing device, and a carbon dioxide condensing device for the gasification reactor. Means for supplying carbon and water vapor, wherein at least a fossil fuel is provided in the gasification reactor in the supercritical state or subcritical state of carbon dioxide in the presence of water vapor. Some were it possible to gasification, hydrogen production apparatus gas containing at least one selected from the group consisting of methane and carbon monoxide, about.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明において使用される化石燃
料としては特に制限はされず、石炭および石炭誘導体、
石油および石油誘導体、オイルシェールおよびオイルサ
ンド、液化石油ガス、天然ガス、天然ガスハイドレート
を例示し得る。また、使用する化石燃料は、1種類また
は2種類以上の併用のいずれでもよい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The fossil fuel used in the present invention is not particularly limited, and includes coal and coal derivatives,
Petroleum and petroleum derivatives, oil shale and oil sands, liquefied petroleum gas, natural gas, natural gas hydrate may be exemplified. Further, the fossil fuel to be used may be either one kind or a combination of two or more kinds.

【0008】石炭としては、無煙炭、瀝青炭、亜瀝青
炭、褐炭、亜炭、泥炭などを例示できる。また、石炭誘
導体としては、石炭コークス、石炭チャー(固形炭
素)、コールタール、石炭ガス、ガス軽油、COM(炭
素オイル混合物)、CWM(炭素水混合物)などを例示
できる。更には、石炭ガス、ガス軽油の成分である、メ
タン、ベンゼン、トルエン、キシレン、フェノール、ナ
フタレン、アントラセン、石炭合成ガス誘導体のメタノ
ール、ジメチルエーテルなどを例示できる。
[0008] Examples of coal include anthracite, bituminous coal, subbituminous coal, lignite, lignite, peat and the like. Examples of the coal derivative include coal coke, coal char (solid carbon), coal tar, coal gas, gas oil, COM (carbon oil mixture), CWM (carbon water mixture), and the like. Further examples include methane, benzene, toluene, xylene, phenol, naphthalene, anthracene, and methanol and dimethyl ether of coal synthesis gas derivatives, which are components of coal gas and gas light oil.

【0009】石油としては、原油、ガソリン、ナフサ、
灯油、軽油、重質油を例示できる。また、石油誘導体と
しては、エチレン、プロピレン、ブタジエン、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン、石油樹脂、石油コークス、石
油ピッチなどを例示できる。
As for petroleum, crude oil, gasoline, naphtha,
Kerosene, light oil and heavy oil can be exemplified. Examples of the petroleum derivative include ethylene, propylene, butadiene, benzene, toluene, xylene, petroleum resin, petroleum coke, and petroleum pitch.

【0010】オイルシェールとは高分子量の有機化合物
を含む堆積岩をいい、オイルサンドとは重質かつ高粘度
の粗原油を含む砂岩をいう。
[0010] Oil shale refers to sedimentary rocks containing high molecular weight organic compounds, and oil sand refers to sandstones containing heavy and high viscosity crude oil.

【0011】また、液化石油ガスとは、プロパン、ブタ
ンなどを主成分とする炭化水素ガスをいう。
The liquefied petroleum gas refers to a hydrocarbon gas containing propane, butane, or the like as a main component.

【0012】天然ガスとは、メタン、エタンなどを主成
分とする炭化水素ガスのことをいい、天然ガスハイドレ
ートとは、メタン、エタンなどのガスハイドレートのこ
とをいう。
The natural gas refers to a hydrocarbon gas containing methane, ethane or the like as a main component, and the natural gas hydrate refers to a gas hydrate such as methane or ethane.

【0013】これらの化石燃料の中では、利用しにくい
燃料を利用しやすい形へ転換するという観点から、石
炭、石炭チャー、コールタール、重質油、天然ガスおよ
び天然ガスハイドレートからなる群より選ばれる少なく
とも1種が好ましい。
[0013] Among these fossil fuels, from the viewpoint of converting hard-to-use fuels to easy-to-use forms, from the group consisting of coal, coal char, coal tar, heavy oil, natural gas and natural gas hydrate. At least one selected is preferred.

【0014】化石燃料は、反応性を向上させる観点か
ら、微粉化して反応に供することが好ましく、具体的に
は、粒径が1〜2000μmが好ましく、10〜500
μmがより好ましい。また、前記観点およびガス化させ
る際に共存させる水蒸気の供給の観点から、微粉化した
化石燃料を水に分散したスラリー(以下、化石燃料スラ
リーという)として供することが好ましく、スラリー濃
度としては、5〜50重量%が好ましく、20〜45重
量%がより好ましい。かかるスラリー濃度の範囲内で
は、流動性が良好であり好ましい。なお、粒径は厳密な
ものではなく、たとえば、化石燃料を常法により微粉化
し、市販の篩などを利用して適宜所望の粒径に調整すれ
ばよい。
From the viewpoint of improving the reactivity, the fossil fuel is preferably pulverized and supplied to the reaction. Specifically, the particle diameter is preferably 1 to 2000 μm, and more preferably 10 to 500 μm.
μm is more preferred. In addition, from the viewpoint of the above and supply of water vapor coexisting during gasification, it is preferable to provide a slurry in which finely divided fossil fuel is dispersed in water (hereinafter, referred to as a fossil fuel slurry). -50% by weight is preferred, and 20-45% by weight is more preferred. When the slurry concentration is within the above range, the fluidity is good, which is preferable. The particle size is not strict. For example, the fossil fuel may be pulverized by a conventional method, and may be adjusted to a desired particle size using a commercially available sieve or the like.

【0015】本発明において用いられる水は本発明の目
的を阻害しないものであればよく、特に限定されるもの
ではない。たとえば、超純水、純水、イオン交換水、蒸
留水、通常の水道水などが挙げられる。
The water used in the present invention is not particularly limited as long as it does not inhibit the object of the present invention. For example, ultrapure water, pure water, ion-exchanged water, distilled water, ordinary tap water and the like can be mentioned.

【0016】本発明においては、ガスの製造を短時間で
高効率に行うという観点から、二酸化炭素の超臨界状態
または亜臨界状態において、水蒸気の共存下に化石燃料
の少なくとも一部をガス化させる工程を、さらに化石燃
料のガス化を促進する触媒(以下、ガス化触媒という)
の存在下に行うのが好ましい。かかる触媒は特に限定は
されず、金属塩触媒、金属酸化物触媒、金属触媒を例示
できる。
In the present invention, at least a portion of the fossil fuel is gasified in the supercritical state or subcritical state of carbon dioxide in the coexistence of water vapor from the viewpoint of producing gas efficiently in a short time. A catalyst that further accelerates the process of gasifying fossil fuels (hereinafter referred to as gasification catalyst)
It is preferably carried out in the presence of Such a catalyst is not particularly limited, and examples thereof include a metal salt catalyst, a metal oxide catalyst, and a metal catalyst.

【0017】金属塩触媒としては、炭酸カリウム、炭酸
ナトリウム、炭酸マグネシウムなどの炭酸塩、塩化ニッ
ケル、塩化ナトリウムなどの塩化物、硫酸カリウム、硫
酸ナトリウム、硫酸鉄などの硫酸塩、水酸化ナトリウ
ム、水酸化鉄などの水酸化物を例示できる。
Examples of the metal salt catalyst include carbonates such as potassium carbonate, sodium carbonate and magnesium carbonate; chlorides such as nickel chloride and sodium chloride; sulfates such as potassium sulfate, sodium sulfate and iron sulfate; sodium hydroxide; Hydroxides such as iron oxide can be exemplified.

【0018】金属酸化物触媒としては、酸化鉄、酸化
銅、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化カリウム、酸
化ナトリウム、酸化カルシウム、酸化コバルト、酸化ラ
ンタンなどを例示できる。
Examples of the metal oxide catalyst include iron oxide, copper oxide, aluminum oxide, chromium oxide, potassium oxide, sodium oxide, calcium oxide, cobalt oxide, and lanthanum oxide.

【0019】金属触媒としては、モリブデン、バナジウ
ム、タングステン、ニッケル、コバルトなどを酸化ケイ
素、アルミナなどの金属酸化物に担持したものを例示で
きる。
Examples of the metal catalyst include those in which molybdenum, vanadium, tungsten, nickel, cobalt and the like are supported on a metal oxide such as silicon oxide and alumina.

【0020】これらのガス化触媒の中では、経済的な観
点から、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、酸化鉄、酸化
アルミニウムなどが好ましい。
Among these gasification catalysts, potassium carbonate, sodium carbonate, iron oxide, aluminum oxide and the like are preferable from an economic viewpoint.

【0021】なお、ガス化触媒としては、以上のものを
単独でまたは2種以上混合して用いてもよい。
The above gasification catalysts may be used alone or in combination of two or more.

【0022】ガス化触媒は、たとえば、化石燃料のガス
化を行う反応場に、たとえば、後述する本発明のガスの
製造装置のガス化反応器5内に、ガス化のための反応を
開始する前に予め供給して用いてもよく、前記化石燃料
スラリー中に分散および/または溶解させて用いてもよ
い。ガス化触媒は、ガス化反応の速度および経済的観点
から、化石燃料100重量部に対して、好ましくは1〜
50重量部、より好ましくは3〜30重量部用いるのが
適当である。
The gasification catalyst starts a reaction for gasification, for example, in a gasification reactor 5 of a gas producing apparatus of the present invention, which will be described later, in a reaction field for gasification of fossil fuel. They may be supplied in advance before use, or may be used by being dispersed and / or dissolved in the fossil fuel slurry. The gasification catalyst is preferably 1 to 100 parts by weight of the fossil fuel from the viewpoint of the rate of gasification reaction and economical viewpoint.
It is appropriate to use 50 parts by weight, more preferably 3 to 30 parts by weight.

【0023】つづいて、本発明のガスの製造方法につい
て、該製造方法の実施に好適な、本発明のガスの製造装
置に言及しながら説明する。図1に本発明のガスの製造
装置の1例を概略的に示す。反応操作は連続方式、バッ
チ方式のどちらでも可能であるが、経済的な観点から
は、連続方式の方が有利であるので、以下では、連続方
式にて説明する。
Next, the gas production method of the present invention will be described with reference to the gas production apparatus of the present invention suitable for carrying out the production method. FIG. 1 schematically shows an example of the gas production apparatus of the present invention. The reaction operation can be performed in either a continuous mode or a batch mode. However, from an economic viewpoint, the continuous mode is more advantageous.

【0024】本発明のガスの製造装置は、ガス化反応器
5、化石燃料供給装置3、水蒸気凝縮装置7、二酸化炭
素凝縮装置9、ならびにガス化反応器5に水蒸気と二酸
化炭素とをそれぞれ供給する手段を備えている。なお、
図1では、水蒸気を供給する手段は特に図示せず、ガス
化反応器5に二酸化炭素を供給する手段としては、二酸
化炭素供給装置4が例示されている。
The gas production apparatus of the present invention supplies steam and carbon dioxide to the gasification reactor 5, the fossil fuel supply device 3, the steam condensation device 7, the carbon dioxide condensation device 9, and the gasification reactor 5, respectively. There is a means to do. In addition,
In FIG. 1, a means for supplying steam is not particularly shown, and a carbon dioxide supply device 4 is illustrated as a means for supplying carbon dioxide to the gasification reactor 5.

【0025】ガス化反応器5は、化石燃料のガス化を行
うための反応場を提供する。化石燃料供給装置3は、ガ
ス化反応器5に化石燃料を供給する装置であり、化石燃
料供給ライン1を介して該ガス化反応器5に接続されて
いる。二酸化炭素供給装置4は、ガス化反応器5に二酸
化炭素を供給する装置であり、二酸化炭素供給ライン2
を介して該ガス化反応器5に接続されている。水蒸気凝
縮装置7は、ガス化反応器5から排出されるガス中の水
蒸気を凝縮させる装置であり、ガス連結ライン6を介し
て該ガス化反応器5に接続されている。二酸化炭素凝縮
装置9は、水蒸気凝縮装置7から排出されるガス中の二
酸化炭素を凝縮させる装置であり、ガス連結ライン8を
介して該水蒸気凝縮装置7に接続されている。
The gasification reactor 5 provides a reaction field for gasifying fossil fuels. The fossil fuel supply device 3 supplies fossil fuel to the gasification reactor 5 and is connected to the gasification reactor 5 via the fossil fuel supply line 1. The carbon dioxide supply device 4 is a device that supplies carbon dioxide to the gasification reactor 5, and the carbon dioxide supply line 2
Is connected to the gasification reactor 5 via a. The steam condensing device 7 is a device for condensing steam in the gas discharged from the gasification reactor 5, and is connected to the gasification reactor 5 via the gas connection line 6. The carbon dioxide condenser 9 is a device for condensing carbon dioxide in the gas discharged from the steam condenser 7, and is connected to the steam condenser 7 via a gas connection line 8.

【0026】ガス化反応器5に水蒸気を供給する手段と
しては、ガス化反応器5内に直接水を供給する手段、化
石燃料を前記化石燃料スラリーとして供給する場合など
のように、たとえば、前記化石燃料供給装置3により化
石燃料と共に水を供給する手段、さらにガス化の工程に
おけるガス化のための反応の途中においては水蒸気凝縮
装置7により凝縮分離された水の少なくとも一部をガス
化反応器5内に循環させて水蒸気を供給する手段などが
挙げられる。なお、かかる水は、直接、水蒸気としても
よい。また、二酸化炭素をガス化反応器5に供給する手
段としては、前記二酸化炭素供給装置4により液化二酸
化炭素を供給する手段の他、化石燃料と共に液化二酸化
炭素を供給する手段、さらにガス化のための反応の途中
においては二酸化炭素凝縮装置9により凝縮分離された
液化二酸化炭素の少なくとも一部を該ガス化反応器5内
に循環させる手段などを挙げることができる。なお、か
かる液化二酸化炭素は、直接、二酸化炭素としてもよ
い。ガス化反応器5に二酸化炭素または水蒸気を供給す
るための、これらの手段は、適宜組み合わせることがで
きる。
The means for supplying water vapor to the gasification reactor 5 includes, for example, a means for supplying water directly into the gasification reactor 5 and a method for supplying fossil fuel as the fossil fuel slurry. A means for supplying water together with the fossil fuel by the fossil fuel supply device 3, and at least a part of the water condensed and separated by the steam condensing device 7 during the gasification reaction in the gasification step. And means for supplying water vapor by circulating the water in the inside of the fuel cell 5. In addition, such water may be directly converted into steam. As means for supplying carbon dioxide to the gasification reactor 5, other than means for supplying liquefied carbon dioxide by the carbon dioxide supply device 4, means for supplying liquefied carbon dioxide together with fossil fuel, and further for gasification During the reaction, means for circulating at least a part of the liquefied carbon dioxide condensed and separated by the carbon dioxide condensing device 9 into the gasification reactor 5 may be used. In addition, such liquefied carbon dioxide may be directly carbon dioxide. These means for supplying carbon dioxide or steam to the gasification reactor 5 can be appropriately combined.

【0027】化石燃料供給ライン1を介してガス化反応
器5に接続されている化石燃料供給装置3はガス化反応
器5内の圧力に勝って化石燃料を供給できるものであれ
ば特に限定はされないが、たとえば、10〜30MPa
の圧力以上の供給能力を有する化石燃料供給装置が好ま
しい。化石燃料が気体の場合はガス圧縮機、化石燃料が
液体の場合はポンプを用いることができる。ガス圧縮機
の形態としては特に制限はされず、レシプロタイプ、ス
クリュータイプなどを使用できる。ポンプの形態は特に
制限はされず、プランジャータイプ、ダイヤフラムタイ
プ、ギアータイプ、ロータリータイプ、渦巻きタイプな
どを使用できる。化石燃料が固体の場合は、複数個のロ
ックホッパーを備え、順次ガス化反応器5に投入するこ
とも可能であり、また、固体状の化石燃料を微粉化しス
ラリー状として、スラリーポンプを使用することも可能
である。
The fossil fuel supply device 3 connected to the gasification reactor 5 via the fossil fuel supply line 1 is not particularly limited as long as the fossil fuel can be supplied over the pressure in the gasification reactor 5. Although not performed, for example, 10 to 30 MPa
A fossil fuel supply device having a supply capacity equal to or higher than the pressure is preferable. A gas compressor can be used when the fossil fuel is gas, and a pump can be used when the fossil fuel is liquid. The form of the gas compressor is not particularly limited, and a reciprocating type, a screw type and the like can be used. The form of the pump is not particularly limited, and a plunger type, a diaphragm type, a gear type, a rotary type, a spiral type and the like can be used. When the fossil fuel is solid, it is possible to provide a plurality of lock hoppers and sequentially charge them into the gasification reactor 5, and use a slurry pump to pulverize the solid fossil fuel into a slurry and use it as a slurry. It is also possible.

【0028】二酸化炭素供給ライン2を介してガス化反
応器5に接続されている二酸化炭素供給装置4はガス化
反応器5内の圧力に勝って二酸化炭素を供給できるもの
であれば特に限定はされないが、たとえば、10〜30
MPaの圧力以上の供給能力を有する二酸化炭素供給装
置が好ましい。ガス状の二酸化炭素の場合はガス圧縮
機、液化二酸化炭素の場合はポンプを用いることができ
る。ガス圧縮機の形態としては特に制限はされず、レシ
プロタイプ、スクリュータイプなどを使用できる。ポン
プの形態は特に制限はされず、プランジャータイプ、ダ
イヤフラムタイプ、ギアータイプ、ロータリータイプ、
渦巻きタイプなどを使用できる。固形の二酸化炭素であ
るドライアイスの場合は、複数個のロックホッパーを備
え、順次ガス化反応器5に投入することも可能である。
The carbon dioxide supply device 4 connected to the gasification reactor 5 via the carbon dioxide supply line 2 is not particularly limited as long as it can supply carbon dioxide over the pressure in the gasification reactor 5. But not for example 10-30
A carbon dioxide supply device having a supply capacity equal to or higher than the pressure of MPa is preferable. A gas compressor can be used for gaseous carbon dioxide, and a pump can be used for liquefied carbon dioxide. The form of the gas compressor is not particularly limited, and a reciprocating type, a screw type and the like can be used. The form of the pump is not particularly limited, and a plunger type, a diaphragm type, a gear type, a rotary type,
A spiral type can be used. In the case of dry ice, which is solid carbon dioxide, a plurality of lock hoppers can be provided and can be sequentially charged into the gasification reactor 5.

【0029】化石燃料、水、二酸化炭素それぞれのガス
化反応器5への供給時期および供給速度は特に限定され
るものではなく、それらがガス化反応器5内に供給さ
れ、化石燃料のガス化のための所望の条件が整った段階
でガス化反応が開始されることになる。
The supply timing and supply rate of each of the fossil fuel, water and carbon dioxide to the gasification reactor 5 are not particularly limited, and they are supplied into the gasification reactor 5 and the fossil fuel is gasified. The gasification reaction will be started at the stage where the desired conditions for the above have been prepared.

【0030】また、本発明のガスの製造方法および製造
装置の好ましい態様においては、反応場において酸化
剤、たとえば純酸素、酸素富化空気などを化石燃料に供
給しない。かかる場合、元来化石燃料に含まれている酸
素以外の酸素の非存在下にガス化が行われることにな
る。本態様によれば、反応場に酸化剤を供給することに
より発生する問題、たとえば、化石燃料の酸化により好
ましくない生成物(たとえば、アルデヒドやカルボン酸
など)への変換をなくすことができる。しかしながら、
燃焼による発熱が反応場において生じないため、反応場
において所望の反応条件を確保するために、なんらかの
形で反応場に熱を供給する必要がある。熱を供給する方
法としては、たとえば、(1)反応場に供給する水およ
び/または二酸化炭素を過熱水蒸気および/または過熱
二酸化炭素として供給し、それらの顕熱を利用する方法
や、(2)ガス化反応器5の壁を通して外熱によって反
応場に熱を供給する方法、(3)それらを組み合わせる
方法などが挙げられる。(1)については、化石燃料供
給装置3および二酸化炭素供給装置4などから水、二酸
化炭素を供給する際に外部ヒーターなどを用いてそれら
を所望の温度(たとえば、800〜1500℃程度)ま
で加熱することにより行うことができ、(2)について
は、ガス化反応器内の温調が可能なガス化反応器を用い
ることで行うことができる。
In a preferred embodiment of the gas producing method and the gas producing apparatus of the present invention, no oxidizing agent, for example, pure oxygen or oxygen-enriched air is supplied to the fossil fuel in the reaction field. In such a case, gasification is performed in the absence of oxygen other than the oxygen originally contained in the fossil fuel. According to this aspect, it is possible to eliminate problems caused by supplying the oxidizing agent to the reaction field, for example, conversion of undesired products (for example, aldehydes and carboxylic acids) due to oxidation of fossil fuels. However,
Since heat generated by combustion does not occur in the reaction field, it is necessary to supply heat to the reaction field in some form in order to secure desired reaction conditions in the reaction field. As a method of supplying heat, for example, (1) a method of supplying water and / or carbon dioxide to be supplied to a reaction field as superheated steam and / or superheated carbon dioxide and utilizing the sensible heat thereof, and (2) There are a method of supplying heat to the reaction field by external heat through the wall of the gasification reactor 5, (3) a method of combining them, and the like. Regarding (1), when water and carbon dioxide are supplied from the fossil fuel supply device 3 and the carbon dioxide supply device 4 or the like, they are heated to a desired temperature (for example, about 800 to 1500 ° C.) using an external heater or the like. (2) can be performed by using a gasification reactor capable of controlling the temperature in the gasification reactor.

【0031】ガス化反応器5内では、二酸化炭素が超臨
界状態(温度:31℃以上、二酸化炭素分圧:7.3M
Pa以上)あるいは亜臨界状態(温度:31℃以上、二
酸化炭素分圧:5MPa以上)となるように圧力および
温度が制御される。かかる二酸化炭素は、反応初期にお
いては主として二酸化炭素供給装置4から供給される二
酸化炭素からなり、ガス化反応開始後においては、前記
二酸化炭素供給装置4から供給される二酸化炭素、該化
石燃料がガス化し、その際発生する二酸化炭素および液
化二酸化炭素循環ライン16を介してガス化反応器5内
に循環される二酸化炭素からなる。一方、反応初期にお
いては、主として化石燃料と共に、あるいは単独にて、
反応の途中においては、さらに凝縮水循環ライン15を
介して循環される水がガス化反応器5内に供給され、二
酸化炭素の超臨界状態あるいは亜臨界状態において水蒸
気が共存する雰囲気下で化石燃料の少なくとも一部がガ
ス化されることになる。かかる条件下、ガス化反応器5
内においては、二酸化炭素によるガス化、共存する水蒸
気によるガス化が生じ、化石燃料のガス化が進行するこ
とになる。また、水蒸気に由来する水素による水素化分
解および/または水素化脱硫も生じ、化石燃料に含まれ
る酸素、硫黄、窒素などを含む不純物が水素添加分解さ
れることになる。
In the gasification reactor 5, carbon dioxide is in a supercritical state (temperature: 31 ° C. or higher, carbon dioxide partial pressure: 7.3M).
The pressure and temperature are controlled so as to be in a subcritical state (temperature: 31 ° C. or more, carbon dioxide partial pressure: 5 MPa or more) or a subcritical state. Such carbon dioxide mainly consists of carbon dioxide supplied from the carbon dioxide supply device 4 at the beginning of the reaction, and after the start of the gasification reaction, the carbon dioxide supplied from the carbon dioxide supply device 4 and the fossil fuel It is composed of carbon dioxide generated at that time and carbon dioxide circulated in the gasification reactor 5 via the liquefied carbon dioxide circulation line 16. On the other hand, in the early stage of the reaction, mainly with fossil fuels or alone,
During the reaction, water circulated through the condensed water circulation line 15 is further supplied into the gasification reactor 5, and the fossil fuel is converted into an atmosphere in which water vapor coexists in a supercritical state or subcritical state of carbon dioxide. At least a portion will be gasified. Under such conditions, the gasification reactor 5
Inside, gasification by carbon dioxide and gasification by coexisting water vapor occur, and gasification of fossil fuel proceeds. In addition, hydrocracking and / or hydrodesulfurization using hydrogen derived from steam also occurs, and impurities including oxygen, sulfur, nitrogen, and the like contained in the fossil fuel are hydrocracked.

【0032】このように、本発明においては、二酸化炭
素の超臨界状態または亜臨界状態において、水蒸気の共
存下に化石燃料の少なくとも一部をガス化させることか
ら、ガス化を低温度で行うことが可能となり窒素酸化物
や硫黄酸化物などの生成が抑えられ、また、反応容器材
質の腐食および触媒劣化を防ぐことができ、さらに本発
明にかかるガスを高効率に製造することができるという
優れた効果が得られる。また、窒素酸化物などやその分
解物が効率的に抽出され得、それらを反応場より凝縮水
などと共に容易に除去することも可能となる。
As described above, in the present invention, in the supercritical state or subcritical state of carbon dioxide, at least a part of the fossil fuel is gasified in the coexistence of water vapor. The generation of nitrogen oxides and sulfur oxides is suppressed, the corrosion of the reaction vessel material and the deterioration of the catalyst can be prevented, and the gas according to the present invention can be produced with high efficiency. The effect is obtained. In addition, nitrogen oxides and the decomposition products thereof can be efficiently extracted, and they can be easily removed together with condensed water and the like from the reaction site.

【0033】水および/または水蒸気の供給量は、化石
燃料中の炭素分子1モルに対して、0.1〜500モル
が好ましく、1〜50モルがより好ましい。また、反応
場においては、共存させる水蒸気をモル比で二酸化炭素
1に対して0.01〜100とするのが好ましく、0.
1〜10とするのがより好ましい。反応温度としては、
400℃〜1600℃が好ましく、450℃〜1000
℃がより好ましく、500〜800℃が特に好ましい。
なお、反応温度はガス化反応器5の出口温度として測定
する。かかる条件は、本発明にかかるガスが高効率で得
られ、ガス化反応器5の腐食が少ない比較的マイルドな
反応条件であるという観点から好ましい。また、ガス化
反応器5の二酸化炭素分圧は、好ましくは5MPa〜3
0MPa、より好ましくは6MPa〜20MPaの中か
ら適宜選択される。かかる範囲内では、超臨界の効果が
十分であり、経済的観点からも好ましい。また、二酸化
炭素の超臨界状態あるいは亜臨界状態中に共存させる水
蒸気の水蒸気分圧は、二酸化炭素分圧に対して、好まし
くは0.01〜100、より好ましくは0.1〜10の
比率の中から適宜選択される。かかる範囲内では、ガス
化反応が良好に行われるという観点と共に、経済的な観
点からも好ましい。また、全体圧力としては、好ましく
は8MPa〜40MPa、より好ましくは10MPa〜
30MPaの中から適宜選択される。かかる反応温度、
反応圧力下において反応は自発的に進行するが、所望に
より前記金属塩触媒、金属酸化物触媒、金属触媒などの
ガス化触媒を適宜用いても良い。このようにして、二酸
化炭素の超臨界状態あるいは亜臨界状態において、水蒸
気の共存下に化石燃料の少なくとも一部をガス化するこ
とにより、マイルドな反応条件でガス化することができ
る。
The supply amount of water and / or steam is preferably from 0.1 to 500 mol, more preferably from 1 to 50 mol, per mol of carbon molecules in the fossil fuel. In the reaction field, the coexisting water vapor is preferably in a molar ratio of 0.01 to 100 with respect to 1 of carbon dioxide.
More preferably, it is 1 to 10. As the reaction temperature,
400 ° C to 1600 ° C, preferably 450 ° C to 1000 ° C
C is more preferable, and 500 to 800 C is particularly preferable.
The reaction temperature is measured as the outlet temperature of the gasification reactor 5. Such conditions are preferable from the viewpoint that the gas according to the present invention is obtained with high efficiency and the reaction conditions are relatively mild with little corrosion of the gasification reactor 5. The partial pressure of carbon dioxide in the gasification reactor 5 is preferably 5 MPa to 3 MPa.
It is appropriately selected from 0 MPa, more preferably 6 MPa to 20 MPa. Within such a range, the supercritical effect is sufficient, which is preferable from an economic viewpoint. Further, the water vapor partial pressure of water vapor coexisting in a supercritical state or a subcritical state of carbon dioxide is preferably 0.01 to 100, more preferably 0.1 to 10 with respect to the carbon dioxide partial pressure. It is appropriately selected from among them. Within such a range, it is preferable from the viewpoint of economical as well as the viewpoint that the gasification reaction is favorably performed. In addition, the total pressure is preferably 8 MPa to 40 MPa, more preferably 10 MPa to
It is appropriately selected from 30 MPa. Such reaction temperature,
The reaction proceeds spontaneously under the reaction pressure, but if desired, a gasification catalyst such as the above-mentioned metal salt catalyst, metal oxide catalyst, or metal catalyst may be used as appropriate. In this way, in the supercritical state or subcritical state of carbon dioxide, by gasifying at least a part of the fossil fuel in the presence of water vapor, gasification can be performed under mild reaction conditions.

【0034】なお、ガス化反応器5の平均滞留時間は、
選択された反応温度および反応圧力下で、ガス組成が平
衡に達する時間以上であれば特に限定はされないが、経
済的な観点からは短い方が好ましい。通常、好ましくは
0.1秒〜5時間、より好ましくは1秒〜1時間の間で
適宜選択される。
The average residence time of the gasification reactor 5 is as follows:
There is no particular limitation so long as the gas composition reaches the equilibrium time under the selected reaction temperature and reaction pressure, but a shorter one is preferable from an economic viewpoint. Usually, it is appropriately selected from the range of preferably 0.1 second to 5 hours, more preferably 1 second to 1 hour.

【0035】ガス化反応器5の材質は特に制限はされ
ず、前記反応温度および反応圧力に耐えうるものであれ
ば良い。たとえば、ハステロイ合金、チタン合金、Mo
合金、Ni−Cr合金、ステンレス鋼、ステンレスクラ
ッド鋼、ハステロイクラッド鋼、セラミックライニング
鋼などがあり、耐熱性、耐食性、経済性のバランスの観
点から、ステンレス鋼、ステンレスクラッド鋼、ハステ
ロイクラッド鋼およびセラミックライニング鋼が好まし
い。本発明においては、二酸化炭素の超臨界状態または
亜臨界状態において水蒸気の共存下に化石燃料の少なく
とも一部をガス化させる工程を行うため、反応容器材質
の腐食は問題とならず、超臨界水あるいは亜臨界水を用
いた場合には用いることが難しいステンレス鋼をも使用
することができる。また、ガス化反応器5の形状は特に
限定されず、管型、槽型などを使用することができる。
The material of the gasification reactor 5 is not particularly limited as long as it can withstand the above-mentioned reaction temperature and reaction pressure. For example, Hastelloy alloy, titanium alloy, Mo
Alloy, Ni-Cr alloy, stainless steel, stainless clad steel, Hastelloy clad steel, ceramic lining steel, etc., from the viewpoint of balance between heat resistance, corrosion resistance and economy, stainless steel, stainless clad steel, Hastelloy clad steel and ceramic Lining steel is preferred. In the present invention, in the supercritical state or subcritical state of carbon dioxide, a step of gasifying at least a part of the fossil fuel in the presence of water vapor is performed. Alternatively, stainless steel, which is difficult to use when subcritical water is used, can also be used. Further, the shape of the gasification reactor 5 is not particularly limited, and a tube type, a tank type, or the like can be used.

【0036】ガス連結ライン6を介してガス化反応器5
と接続されている水蒸気凝縮装置7では、反応ガス中の
水蒸気を熱交換器により冷却し、水蒸気を凝縮水として
分離する。該水蒸気凝縮装置7で分離した凝縮水には、
硫黄酸化物、窒素酸化物、重金属などの有害物質が含ま
れることがあり、有害物質排出ライン17により除去す
ることができる。また、少なくとも一部の凝縮水はガス
化反応器5内に循環される。循環される凝縮水量は、上
記有害物質がガス化反応器5内で濃縮されない程度に制
限され、不足する水は、たとえば化石燃料あるいは単独
で、ガス化反応器5内に供給すればよい。
The gasification reactor 5 is connected via a gas connection line 6.
In the steam condensing device 7 connected to the steam, the steam in the reaction gas is cooled by a heat exchanger, and the steam is separated as condensed water. The condensed water separated by the steam condensing device 7 includes:
Toxic substances such as sulfur oxides, nitrogen oxides, and heavy metals may be contained and can be removed by the toxic substance discharge line 17. At least a part of the condensed water is circulated in the gasification reactor 5. The amount of condensed water circulated is limited to such an extent that the harmful substances are not concentrated in the gasification reactor 5, and the insufficient water may be supplied into the gasification reactor 5 by, for example, fossil fuel or alone.

【0037】水蒸気凝縮装置7に供給される冷却媒体と
しては、たとえば、水道水、工業用水、海水、再冷水、
地下水、チラー水などが挙げられる。かかる冷却媒体の
温度は、操作圧力で水蒸気の飽和温度以下であれば、特
に制限はされない。また、水蒸気凝縮装置7の形態は特
に制限されず、シェル&チューブ型、Uチューブ型、ス
パイラル型などを使用することができる。
The cooling medium supplied to the steam condensing device 7 includes, for example, tap water, industrial water, seawater, recooled water,
Groundwater, chiller water and the like can be mentioned. The temperature of the cooling medium is not particularly limited as long as it is equal to or lower than the saturation temperature of steam at the operating pressure. The form of the steam condenser 7 is not particularly limited, and a shell & tube type, a U-tube type, a spiral type, or the like can be used.

【0038】凝縮水の少なくとも一部のガス化反応器5
内への循環は、凝縮水ライン11を介して水蒸気凝縮装
置7に接続されている凝縮水循環ポンプ13により凝縮
水循環ライン15を介して行われる。凝縮水のpHの調
整は特に必要ではなく、過度に酸性である場合などにお
いては適宜中和すれば良い。凝縮水循環ポンプ13の形
態は特に制限はされず、プランジャータイプ、ダイヤフ
ラムタイプ、ギアータイプ、ロータリータイプ、渦巻き
タイプなどを使用できる。また、熱効率を向上させるた
めに、ガス連結ライン6と凝縮水循環ライン15との間
に熱交換器(図示せず)を備えることもできる。
Gasification reactor 5 for at least part of condensed water
The circulation into the inside is performed through a condensed water circulation line 15 by a condensed water circulation pump 13 connected to the steam condensing device 7 through a condensed water line 11. Adjustment of the pH of the condensed water is not particularly necessary, and it may be appropriately neutralized when the acidity is excessively acidic. The form of the condensed water circulation pump 13 is not particularly limited, and a plunger type, a diaphragm type, a gear type, a rotary type, a spiral type, and the like can be used. In addition, a heat exchanger (not shown) may be provided between the gas connection line 6 and the condensed water circulation line 15 to improve thermal efficiency.

【0039】ガス連結ライン8を介して水蒸気凝縮装置
7と接続されている二酸化炭素凝縮装置9では、反応ガ
ス中の二酸化炭素を熱交換器により冷却し、二酸化炭素
を液化二酸化炭素として分離する。二酸化炭素凝縮装置
9に供給される冷却媒体としては、たとえば、ドライア
イス、液化窒素、冷却ブライン、チラー水、工業用水、
地下水、水道水などが挙げられる。かかる冷却媒体の温
度は、操作圧力で二酸化炭素の飽和温度以下であれば、
特に制限はされない。また、二酸化炭素凝縮装置9の形
態は特に制限されず、シェル&チューブ型、Uチューブ
型、スパイラル型などを使用することができる。
In the carbon dioxide condensing device 9 connected to the steam condensing device 7 via the gas connection line 8, the carbon dioxide in the reaction gas is cooled by a heat exchanger, and the carbon dioxide is separated as liquefied carbon dioxide. Examples of the cooling medium supplied to the carbon dioxide condenser 9 include dry ice, liquefied nitrogen, cooling brine, chiller water, industrial water,
Groundwater, tap water and the like can be mentioned. If the temperature of the cooling medium is below the saturation temperature of carbon dioxide at the operating pressure,
There is no particular limitation. The form of the carbon dioxide condensing device 9 is not particularly limited, and a shell & tube type, a U-tube type, a spiral type, or the like can be used.

【0040】液化二酸化炭素の少なくとも一部のガス化
反応器5内への循環は、液化二酸化炭素ライン12を介
して二酸化炭素凝縮装置9に接続されている液化二酸化
炭素循環ポンプ14により液化二酸化炭素循環ライン1
6を介して行われる。液化二酸化炭素循環ポンプ14の
形態は特に制限はされず、プランジャータイプ、ダイヤ
フラムタイプ、ギアータイプ、ロータリータイプ、渦巻
きタイプなどを使用できる。また、熱効率を向上させる
ために、ガス連結ライン8と液化二酸化炭素循環ライン
16との間に熱交換器(図示せず)を備えることもでき
る。
At least a part of the liquefied carbon dioxide is circulated into the gasification reactor 5 by a liquefied carbon dioxide circulation pump 14 connected to a carbon dioxide condenser 9 through a liquefied carbon dioxide line 12. Circulation line 1
6 is performed. The form of the liquefied carbon dioxide circulation pump 14 is not particularly limited, and a plunger type, a diaphragm type, a gear type, a rotary type, a spiral type and the like can be used. Further, a heat exchanger (not shown) may be provided between the gas connection line 8 and the liquefied carbon dioxide circulation line 16 in order to improve thermal efficiency.

【0041】このように、化石燃料をガス化させる工程
では、ガス化反応器5内に、水蒸気凝縮装置7で凝縮さ
れた水の少なくとも一部が、あるいは、二酸化炭素凝縮
装置9で凝縮された液化二酸化炭素の少なくとも一部と
共に、凝縮水循環ライン15、あるいは凝縮水循環ライ
ン15および液化二酸化炭素循環ライン16それぞれを
介して循環され、さらに、反応に不足する水については
化石燃料と共に、または単独で供給され、二酸化炭素の
超臨界状態または亜臨界状態に水蒸気を共存させた雰囲
気とすることができる。
As described above, in the step of gasifying the fossil fuel, at least a part of the water condensed by the steam condensing device 7 or the carbon dioxide condensing device 9 is condensed in the gasification reactor 5. The condensed water is circulated together with at least a part of the liquefied carbon dioxide through the condensed water circulation line 15, or each of the condensed water circulation line 15 and the liquefied carbon dioxide circulation line 16, and water insufficient for the reaction is supplied together with the fossil fuel or alone. Thus, an atmosphere in which water vapor coexists in a supercritical state or a subcritical state of carbon dioxide can be obtained.

【0042】最終的に、二酸化炭素凝縮装置9に接続さ
れたガス排出ライン10より、水蒸気および二酸化炭素
を除去した水素、メタンおよび一酸化炭素からなる群よ
り選ばれる少なくとも1種を含有するガスを得ることが
できる。かかるガスの製造方法および製造装置によれ
ば、ガス化率を好ましくは20〜100%、より好まし
くは40〜100%とすることができる。なお、ガス化
率(%)は、以下の式:
Finally, a gas containing at least one selected from the group consisting of hydrogen, methane and carbon monoxide from which water vapor and carbon dioxide have been removed is supplied from a gas discharge line 10 connected to the carbon dioxide condenser 9. Obtainable. According to such a gas production method and production apparatus, the gasification rate can be preferably 20 to 100%, more preferably 40 to 100%. The gasification rate (%) is calculated by the following equation:

【0043】[0043]

【数1】 (Equation 1)

【0044】により求めることができる。式中、ガス化
後の化石燃料(g)とは残存炭素量をいい、一方、化石
燃料にアッシュ分が含まれる場合には、残存炭素量およ
びアッシュ分量の合計量をいう。
Can be obtained by In the formula, the fossil fuel (g) after gasification refers to the residual carbon content, and when the fossil fuel contains ash, it refers to the total amount of the residual carbon content and the ash content.

【0045】本発明のガスの製造方法のさらなる一態様
としては、化石燃料に含まれる酸素以外の酸素の非存在
下に該化石燃料の一部をガス化させた後、該化石燃料の
残渣を二酸化炭素の超臨界状態または亜臨界状態におけ
るガス化の工程に供する。すなわち、化石燃料の乾留を
行ってから、前記のようにして化石燃料の少なくとも一
部をガス化させる工程を行う。本態様によれば、より効
率的に所望のガスを得ることができる。
As a further embodiment of the gas production method of the present invention, after a part of the fossil fuel is gasified in the absence of oxygen other than the oxygen contained in the fossil fuel, the residue of the fossil fuel is removed. The carbon dioxide is subjected to a gasification step in a supercritical state or a subcritical state. That is, after carbonizing the fossil fuel, the step of gasifying at least a part of the fossil fuel as described above is performed. According to this aspect, a desired gas can be obtained more efficiently.

【0046】本態様の実施に好適な製造装置の全体を概
略的に図2に示す。かかる装置は、図1に例示する装置
に、さらに、化石燃料の一部を該化石燃料に含まれる酸
素以外の酸素の非存在下にガス化させる反応器(乾留反
応器)を備えてなり、化石燃料供給装置から供給される
化石燃料の一部を予めガス化させた後、ガス化反応器へ
供給することを可能としたものである。なお、乾留を別
途行い図1に示される装置を用いてガスを製造してもよ
い。
FIG. 2 schematically shows an entire manufacturing apparatus suitable for carrying out this embodiment. The apparatus further includes a reactor (a dry distillation reactor) for gasifying a part of the fossil fuel in the absence of oxygen other than oxygen contained in the fossil fuel, in addition to the apparatus illustrated in FIG. A part of the fossil fuel supplied from the fossil fuel supply device is gasified in advance and then supplied to the gasification reactor. In addition, gas may be produced by performing dry distillation separately and using the apparatus shown in FIG.

【0047】図2の装置は、図1の装置において、化石
燃料供給装置3とガス化反応器5との間に乾留反応器1
8が設けられており、乾留反応器18は化石燃料供給ラ
イン1を介して化石燃料供給装置3に接続され、乾留反
応器18は化石燃料移送ライン19を介してガス化反応
器5に接続されている。また、乾留反応器18はガス連
結ライン20を介してガス排出ライン10に接続されて
いる。本装置では、化石燃料をガス化反応器5に供給す
る間に、化石燃料に含まれる酸素以外の酸素の非存在下
に該化石燃料をガス化させることができる。すなわち、
乾留反応器18により、液状および/または固形状の化
石燃料を熱分解によりガス化し、水素、メタンおよび一
酸化炭素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含有
するガスを得た後に、該熱分解ガス化の残査である液状
および/または固形状の化石燃料を、二酸化炭素の超臨
界状態あるいは亜臨界状態において水蒸気の共存下にガ
ス化させる工程を行い、水素、メタンおよび一酸化炭素
からなる群より選ばれる少なくとも1種を含有するガス
を得ることができる。この場合、乾留反応器18から排
出される熱分解ガスは、ガス化反応器5から排出される
ガスから水蒸気凝縮装置7にて水を、二酸化炭素凝縮装
置9にて二酸化炭素を除去した後のガスと混合し、目的
ガスとすることができる。
The apparatus of FIG. 2 is different from the apparatus of FIG. 1 in that a dry distillation reactor 1 is provided between a fossil fuel supply device 3 and a gasification reactor 5.
The dry distillation reactor 18 is connected to the fossil fuel supply device 3 via the fossil fuel supply line 1, and the dry distillation reactor 18 is connected to the gasification reactor 5 via the fossil fuel transfer line 19. ing. Further, the dry distillation reactor 18 is connected to the gas discharge line 10 via a gas connection line 20. In the present apparatus, while the fossil fuel is supplied to the gasification reactor 5, the fossil fuel can be gasified in the absence of oxygen other than oxygen contained in the fossil fuel. That is,
A liquid distillation reactor 18 gasifies a liquid and / or solid fossil fuel by pyrolysis to obtain a gas containing at least one selected from the group consisting of hydrogen, methane and carbon monoxide. Gasification of liquid and / or solid fossil fuel, which is the residue of gasification, in the supercritical or subcritical state of carbon dioxide in the presence of water vapor, consisting of hydrogen, methane and carbon monoxide A gas containing at least one selected from the group can be obtained. In this case, the pyrolysis gas discharged from the carbonization reactor 18 is obtained by removing water from the gas discharged from the gasification reactor 5 by the steam condenser 7 and removing carbon dioxide by the carbon dioxide condenser 9. The target gas can be mixed with the gas.

【0048】乾留反応器18内では、生成ガスの酸化を
防止するために酸素を含まない雰囲気下にて操作される
が、通常は、二酸化炭素あるいは窒素雰囲気下にて、熱
分解操作される。乾留反応器18内の操作圧力は特に限
定はされないが、経済的な観点からは低圧のほうが好ま
しく、通常1MPa以下の圧力が好適である。乾留反応
器内の操作温度は熱分解を開始する温度以上であれば特
に限定はされないが、経済的な観点からは低温のほうが
好ましく、通常1000℃以下の温度が好適である。
The inside of the dry distillation reactor 18 is operated in an atmosphere containing no oxygen in order to prevent oxidation of the produced gas. However, usually, thermal decomposition is performed in an atmosphere of carbon dioxide or nitrogen. The operating pressure in the dry distillation reactor 18 is not particularly limited, but from an economic viewpoint, a lower pressure is preferable, and a pressure of 1 MPa or less is generally preferable. The operating temperature in the carbonization reactor is not particularly limited as long as it is equal to or higher than the temperature at which thermal decomposition starts, but from an economic viewpoint, a lower temperature is preferable, and a temperature of usually 1000 ° C. or lower is usually preferable.

【0049】以上のようにして得られ得る、本発明にか
かるガスは、ボイラー燃料、ガスタービン燃料、ガスエ
ンジン燃料などに好適に使用される。
The gas according to the present invention, which can be obtained as described above, is suitably used for boiler fuel, gas turbine fuel, gas engine fuel and the like.

【0050】[0050]

【実施例】以下に本発明を実施例を挙げてさらに詳細に
説明する。実施例および比較例は図1に示す装置と同様
の装置を用いて実施した。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. The examples and comparative examples were carried out using the same apparatus as the apparatus shown in FIG.

【0051】実施例1 化石燃料としては、オーストラリア産のニューランズ炭
(水分:8.42重量%、灰分12.28重量%、揮発
分25.96重量%、固定炭素53.34重量%)を用
いた。該ニューランズ炭を破砕機で100〜500μm
に粉砕して、常圧、107℃で1時間乾燥し、次いで6
50℃、2時間、0.5MPaにて窒素雰囲気下で乾留
することにより石炭チャーを調製した。さらに、該石炭
チャーをコロイドミルにて10μm〜100μmに微粉
砕した。かかる石炭チャー3.78gを、水18gにガ
ス化触媒として炭酸カリウム1.0gを溶解させた溶液
に分散し、石炭チャースラリー液を得た。ガス化反応器
は内径10mm、長さ300mm(内容積23.6cm
3 )のステンレス製(SUS316)のものを使用し
た。石炭チャースラリー液は、ピストンポンプにより、
2.28g/h(水1.8g/h、炭酸カリウム0.1
g/h、石炭チャー0.38g/h)の供給速度で、ヒ
ーターにより650℃に加熱しつつ、ガス化反応器内に
供給した。また、二酸化炭素は、液化二酸化炭素を容積
式ポンプにより、4.4g/hの供給速度で、ヒーター
により650℃に加熱しつつ、ガス化反応器内に供給し
た。ガス化反応器は、定常状態で、出口温度640℃〜
660℃、全体圧力17MPa〜19MPaに制御され
た。得られた反応ガスを水道水にて冷却し、凝縮水を分
離し、全量をパージした。凝縮水を分離した反応ガスを
ドライアイスにより冷却し、二酸化炭素を液化二酸化炭
素として分離した。水および二酸化炭素を相分離した後
の反応ガスは、減圧弁で常圧にし、ガス流量計にて流量
を測定した。系内に残存する固形分は、連続実験終了後
に、分離した凝縮水および液化二酸化炭素中に存在する
固形分から揮発分を蒸発することにより測定した。ガス
化反応器に投入した0.38g/hの石炭チャーのう
ち、43%(0.163g/h)がガス化(ガス化率)
し、そのガス組成は、メタン31モル%、水素20モル
%、一酸化炭素17モル%、二酸化炭素32モル%(液
化二酸化炭素として分離した)となった。また、窒素酸
化物や硫黄酸化物は、このガスには検出されなかった。
残存する固形分は、0.317g/hとなり、そのう
ち、残存炭素は0.163g/h、アッシュ分0.05
4g/h、炭酸カリウム0.1g/hとなった。反応ガ
ス中のモル分率の推定より、ガス化反応器の平均滞留時
間は60分であり、二酸化炭素分圧は8.5MPa〜
9.5MPa(二酸化炭素の超臨界状態)と計算され
た。なお、約100時間稼働させた後のガス化反応器の
腐食の有無を調べたが、該反応器の腐食は認められなか
った。
Example 1 As a fossil fuel, Australian Newlands coal (water: 8.42% by weight, ash content: 12.28% by weight, volatile matter: 25.96% by weight, fixed carbon: 53.34% by weight) was used. Using. The Newlands charcoal is crushed by 100-500 μm
And dried at 107 ° C. for 1 hour at normal pressure.
Coal char was prepared by dry distillation under a nitrogen atmosphere at 0.5 MPa at 50 ° C. for 2 hours. Further, the coal char was finely pulverized to 10 μm to 100 μm by a colloid mill. 3.78 g of the coal char was dispersed in a solution of 1.0 g of potassium carbonate as a gasification catalyst in 18 g of water to obtain a coal char slurry. The gasification reactor has an inner diameter of 10 mm and a length of 300 mm (internal volume 23.6 cm
3 ) Stainless steel (SUS316) was used. Coal char slurry liquid is supplied by a piston pump.
2.28 g / h (water 1.8 g / h, potassium carbonate 0.1
g / h, coal char 0.38 g / h) and fed into the gasification reactor while heating to 650 ° C. with a heater. Carbon dioxide was supplied into the gasification reactor while liquefied carbon dioxide was heated to 650 ° C. by a heater at a supply rate of 4.4 g / h by a positive displacement pump. The gasification reactor has a steady state at an outlet temperature of 640 ° C.
The temperature was controlled at 660 ° C. and the total pressure was 17 to 19 MPa. The obtained reaction gas was cooled with tap water, condensed water was separated, and the whole amount was purged. The reaction gas from which the condensed water was separated was cooled with dry ice, and carbon dioxide was separated as liquefied carbon dioxide. The reaction gas after phase separation of water and carbon dioxide was adjusted to normal pressure with a pressure reducing valve, and the flow rate was measured with a gas flow meter. The solid content remaining in the system was measured by evaporating volatiles from the solid content present in the separated condensed water and liquefied carbon dioxide after the end of the continuous experiment. Of the 0.38 g / h coal char charged into the gasification reactor, 43% (0.163 g / h) was gasified (gasification rate).
The gas composition was 31 mol% of methane, 20 mol% of hydrogen, 17 mol% of carbon monoxide, and 32 mol% of carbon dioxide (separated as liquefied carbon dioxide). Also, nitrogen oxides and sulfur oxides were not detected in this gas.
The remaining solid content was 0.317 g / h, of which 0.163 g / h of residual carbon and 0.05 of ash content
4 g / h and potassium carbonate 0.1 g / h. From the estimation of the mole fraction in the reaction gas, the average residence time of the gasification reactor was 60 minutes, and the partial pressure of carbon dioxide was 8.5 MPa to
It was calculated to be 9.5 MPa (supercritical state of carbon dioxide). In addition, when the gasification reactor was operated for about 100 hours and checked for corrosion, no corrosion of the reactor was found.

【0052】比較例1 全体圧力を5MPa〜6MPaとした以外は実施例1の
条件と同条件にて実験を実施し、反応ガスを得た。ガス
化反応器に投入した0.38g/hの石炭チャーのう
ち、6.8%(0.026g/h)がガス化し、そのガ
ス組成は、メタン28モル%、水素23モル%、一酸化
炭素19モル%、二酸化炭素30モル%(液化二酸化炭
素として分離した)となった。残存する固形分は、0.
454g/hとなり、そのうち、残存炭素は0.30g
/h、アッシュ分は0.054g/h、炭酸カリウムは
0.1g/hとなった。反応ガス中のモル分率の推定よ
り、ガス化反応装置の平均滞留時間は100分であり、
二酸化炭素分圧は2.5MPa〜3MPa(二酸化炭素
の亜臨界状態および超臨界状態でない)と計算された。
Comparative Example 1 An experiment was carried out under the same conditions as in Example 1 except that the total pressure was 5 MPa to 6 MPa, and a reaction gas was obtained. Of the 0.38 g / h coal char charged to the gasification reactor, 6.8% (0.026 g / h) was gasified, and the gas composition was methane 28 mol%, hydrogen 23 mol%, monoxide. It became 19 mol% of carbon and 30 mol% of carbon dioxide (separated as liquefied carbon dioxide). The remaining solid content is 0.
454 g / h, of which 0.30 g was residual carbon.
/ H, ash content was 0.054 g / h, and potassium carbonate was 0.1 g / h. From the estimation of the mole fraction in the reaction gas, the average residence time of the gasification reactor was 100 minutes,
The carbon dioxide partial pressure was calculated to be 2.5 MPa to 3 MPa (not the subcritical and supercritical states of carbon dioxide).

【0053】比較例2 石炭チャーを分散させる媒体を水18gから液体窒素2
8gに変更した以外は実施例1の条件と同条件にて実験
を実施し、反応ガスを得た。ガス化反応器に投入した
0.38g/hの石炭チャーのうち、1.6%(0.0
06g/h)がガス化し、そのガス組成は、一酸化炭素
80モル%、二酸化炭素20モル%(液化二酸化炭素と
して分離)であり、メタンおよび水素は検出されなかっ
た。残存する固形分は、0.474g/hとなり、その
うち、残存炭素は0.32g/h、アッシュ分は0.0
54g/h、炭酸カリウムは0.1g/hとなった。反
応ガス中のモル分率の推定より、ガス化反応器の平均滞
留時間は60分であり、二酸化炭素分圧は8.5MPa
〜9.5MPa(二酸化炭素の超臨界状態)と計算され
た。
Comparative Example 2 A medium for dispersing coal char was changed from 18 g of water to liquid nitrogen 2
An experiment was performed under the same conditions as in Example 1 except that the amount was changed to 8 g, and a reaction gas was obtained. 1.6% (0.0%) of the 0.38 g / h coal char charged into the gasification reactor
06 g / h), and the gas composition was 80 mol% of carbon monoxide and 20 mol% of carbon dioxide (separated as liquefied carbon dioxide), and methane and hydrogen were not detected. The remaining solid content was 0.474 g / h, of which 0.32 g / h of residual carbon and 0.02 g of ash
54 g / h and potassium carbonate were 0.1 g / h. From the estimation of the mole fraction in the reaction gas, the average residence time of the gasification reactor was 60 minutes, and the partial pressure of carbon dioxide was 8.5 MPa.
It was calculated to be 99.5 MPa (supercritical state of carbon dioxide).

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明によれば、有害な窒素酸化物など
の発生を抑え、水素、メタンおよび一酸化炭素からなる
群より選ばれる少なくとも1種を含有するガスを、反応
容器材質の腐食や触媒劣化を起こさないマイルドな条件
下で高効率に製造することができる。
According to the present invention, the generation of harmful nitrogen oxides and the like is suppressed, and a gas containing at least one selected from the group consisting of hydrogen, methane, and carbon monoxide is used to corrode the material of the reaction vessel, It can be manufactured with high efficiency under mild conditions that do not cause catalyst deterioration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、本発明のガスの製造装置の1例を示す
概略説明図である。
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing one example of a gas producing apparatus of the present invention.

【図2】図2は、本発明のガスの製造装置の1例を示す
概略説明図である。
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing one example of a gas producing apparatus of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 化石燃料供給ライン 2 二酸化炭素供給ライン 3 化石燃料供給装置 4 二酸化炭素供給装置 5 ガス化反応器 6 ガス連結ライン 7 水蒸気凝縮装置 8 ガス連結ライン 9 二酸化炭素凝縮装置 10 ガス排出ライン 11 凝縮水ライン 12 液化二酸化炭素ライン 13 凝縮水循環ポンプ 14 液化二酸化炭素循環ポンプ 15 凝縮水循環ライン 16 液化二酸化炭素循環ライン 17 有害物質排出ライン 18 乾留反応器 19 化石燃料移送ライン 20 ガス連結ライン REFERENCE SIGNS LIST 1 fossil fuel supply line 2 carbon dioxide supply line 3 fossil fuel supply device 4 carbon dioxide supply device 5 gasification reactor 6 gas connection line 7 steam condensation device 8 gas connection line 9 carbon dioxide condensation device 10 gas discharge line 11 condensed water line 12 liquefied carbon dioxide line 13 condensed water circulation pump 14 liquefied carbon dioxide circulation pump 15 condensed water circulation line 16 liquefied carbon dioxide circulation line 17 toxic substance discharge line 18 dry distillation reactor 19 fossil fuel transfer line 20 gas connection line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天野 耕治 神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町4−1 東 京電力株式会社エネルギー環境研究所内 (72)発明者 傳 慶一 京都府京都市下京区中堂寺南町17番地 株 式会社関西新技術研究所内 (72)発明者 阪井 敦 京都府京都市下京区中堂寺南町17番地 株 式会社関西新技術研究所内 (72)発明者 吉野 美子 京都府京都市下京区中堂寺南町17番地 株 式会社関西新技術研究所内 (72)発明者 宮保 淳 京都府京都市下京区中堂寺南町17番地 株 式会社関西新技術研究所内 Fターム(参考) 4G040 EA01 EA03 EA04 EA06 EA09 4G069 AA06 BB16B BC03B CC19 DA02 4G140 EA01 EA03 EA04 EA06 EA09 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Koji Amano 4-1 Egasakicho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Energy and Environment Laboratory, Tokyo Electric Power Co., Inc. 17 Kanagawa New Technology Research Institute, Teranimachi Co., Ltd. (72) Inventor Atsushi Sakai 17 Nakatsuji Minamimachi, Shimogyo-ku, Kyoto, Kyoto, Japan Inside Kansai New Technology Research Co., Ltd. 17 Kanno-ji Minamicho, Ward, Kansai New Technology Research Institute, Inc. EA09 4G069 AA06 BB16B BC03B CC19 DA02 4G140 EA01 EA03 EA04 EA06 EA09

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 二酸化炭素の超臨界状態または亜臨界状
態において、水蒸気の共存下に化石燃料の少なくとも一
部をガス化させる工程を有することを特徴とする、水
素、メタンおよび一酸化炭素からなる群より選ばれる少
なくとも1種を含有するガスの製造方法。
1. A process comprising gasifying at least a part of a fossil fuel in the supercritical state or subcritical state of carbon dioxide in the presence of water vapor, comprising hydrogen, methane and carbon monoxide. A method for producing a gas containing at least one member selected from the group.
【請求項2】 化石燃料に含まれる酸素以外の酸素の非
存在下にガス化を行う請求項1記載の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein gasification is performed in the absence of oxygen other than oxygen contained in the fossil fuel.
【請求項3】 化石燃料のガス化を促進する触媒の存在
下にガス化を行う請求項1または2記載の製造方法。
3. The production method according to claim 1, wherein gasification is performed in the presence of a catalyst that promotes gasification of fossil fuel.
【請求項4】 化石燃料に含まれる酸素以外の酸素の非
存在下に該化石燃料の一部をガス化させた後、二酸化炭
素の超臨界状態または亜臨界状態におけるガス化の工程
に供する、請求項1〜3いずれか記載の製造方法。
4. After gasifying a part of the fossil fuel in the absence of oxygen other than oxygen contained in the fossil fuel, the gas is subjected to a gasification process in a supercritical state or a subcritical state of carbon dioxide. The method according to claim 1.
【請求項5】 水素、メタンおよび一酸化炭素からなる
群より選ばれる少なくとも1種を含有するガス中に含ま
れる水蒸気および二酸化炭素を冷却することにより凝縮
分離する、請求項1〜4いずれか記載の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein water vapor and carbon dioxide contained in a gas containing at least one selected from the group consisting of hydrogen, methane and carbon monoxide are condensed and separated by cooling. Manufacturing method.
【請求項6】 凝縮分離した水の少なくとも一部あるい
は凝縮分離した水の少なくとも一部および凝縮分離した
液化二酸化炭素の少なくとも一部を反応場に循環させる
ことにより、二酸化炭素の超臨界状態または亜臨界状態
に水蒸気を共存させた雰囲気とする、請求項5記載の製
造方法。
6. A method for circulating at least a part of water condensed and separated or at least a part of water condensed and separated and at least a part of liquefied carbon dioxide condensed and separated to a supercritical state or a subcritical state of carbon dioxide. The production method according to claim 5, wherein the atmosphere is made such that water vapor coexists in a critical state.
【請求項7】 化石燃料が、石炭、石炭チャー、コール
タール、重質油、天然ガスおよび天然ガスハイドレート
からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1
〜6いずれか記載の製造方法。
7. The fossil fuel is at least one selected from the group consisting of coal, coal char, coal tar, heavy oil, natural gas and natural gas hydrate.
7. The production method according to any one of claims 6 to 6.
【請求項8】 共存させる水蒸気がモル比で、二酸化炭
素1に対して0.01〜100である請求項1〜7いず
れか記載の製造方法。
8. The method according to claim 1, wherein the coexisting water vapor is in a molar ratio of 0.01 to 100 with respect to 1 carbon dioxide.
【請求項9】 ガス化反応器と、該ガス化反応器に化石
燃料を供給する化石燃料供給装置と、該ガス化反応器か
ら排出されるガス中の水蒸気を凝縮させる水蒸気凝縮装
置と、該水蒸気凝縮装置から排出されるガス中の二酸化
炭素を凝縮させる二酸化炭素凝縮装置と、該ガス化反応
器に二酸化炭素と水蒸気を供給する手段とを備えてな
り、該ガス化反応器内で二酸化炭素の超臨界状態または
亜臨界状態において水蒸気の共存下に化石燃料の少なく
とも一部をガス化させることを可能とした、水素、メタ
ンおよび一酸化炭素からなる群より選ばれる少なくとも
1種を含有するガスの製造装置。
9. A gasification reactor, a fossil fuel supply device for supplying a fossil fuel to the gasification reactor, a steam condensation device for condensing steam in gas discharged from the gasification reactor, A carbon dioxide condensing device for condensing carbon dioxide in gas discharged from the steam condensing device; and a means for supplying carbon dioxide and water vapor to the gasification reactor. A gas containing at least one selected from the group consisting of hydrogen, methane and carbon monoxide, capable of gasifying at least a portion of a fossil fuel in the supercritical state or subcritical state of water in the presence of water vapor Manufacturing equipment.
【請求項10】 さらに、化石燃料の一部を該化石燃料
に含まれる酸素以外の酸素の非存在下にガス化させる反
応器を備えてなり、化石燃料供給装置から供給される化
石燃料の一部を予めガス化させた後、ガス化反応器へ供
給することを可能とした、請求項9記載の製造装置。
10. A fossil fuel supplied from a fossil fuel supply device, further comprising a reactor for gasifying a part of the fossil fuel in the absence of oxygen other than oxygen contained in the fossil fuel. The production apparatus according to claim 9, wherein after the section has been gasified in advance, it can be supplied to a gasification reactor.
【請求項11】 ガス化反応器に水蒸気を供給する手段
が、化石燃料供給装置により化石燃料と共に水を該ガス
化反応器内に供給することである、請求項9または10
記載の製造装置。
11. The gasification reactor according to claim 9, wherein the means for supplying water vapor to the gasification reactor is to supply water into the gasification reactor together with fossil fuel by a fossil fuel supply device.
Manufacturing apparatus according to the above.
【請求項12】 ガス化反応器に二酸化炭素を供給する
手段が、液化二酸化炭素を該ガス化反応器内に供給する
ことである、請求項9〜11いずれか記載の製造装置。
12. The production apparatus according to claim 9, wherein the means for supplying carbon dioxide to the gasification reactor supplies liquefied carbon dioxide into the gasification reactor.
【請求項13】 ガス化反応器に水蒸気を供給する手段
が、水蒸気凝縮装置により凝縮分離された水の少なくと
も一部を該ガス化反応器内に循環させることである、請
求項9〜12いずれか記載の製造装置。
13. The gasification reactor according to claim 9, wherein the means for supplying steam to the gasification reactor circulates at least a part of the water condensed and separated by the steam condensation device into the gasification reactor. The manufacturing apparatus according to the above.
【請求項14】 ガス化反応器に二酸化炭素を供給する
手段が、二酸化炭素凝縮装置により凝縮分離された液化
二酸化炭素の少なくとも一部を該ガス化反応器内に循環
させることである、請求項9〜13いずれか記載の製造
装置。
14. The method for supplying carbon dioxide to a gasification reactor is to circulate at least a part of liquefied carbon dioxide condensed and separated by a carbon dioxide condenser into the gasification reactor. 14. The manufacturing apparatus according to any one of 9 to 13.
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