JP2011026578A - Method for producing mixed gas - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、混合ガスの製造方法に関し、詳しくは、無触媒下において、水蒸気と二酸化炭素とを供給するガス化反応により、石炭からメタノール、ジメチルエーテル、メタン、その他アルカンなどの化学原料、化学品及び液体燃料の製造原料を一段階で製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a mixed gas, and more specifically, a chemical raw material such as methanol, dimethyl ether, methane, and other alkanes from a coal by a gasification reaction in which water vapor and carbon dioxide are supplied in the absence of a catalyst, The present invention relates to a method for producing a raw material for producing liquid fuel in one stage.
石炭から、液体燃料や化学品を製造するプロセスとして、フィッシャートロプッシュ合成プロセス(以下、FT合成プロセスともいう。)が、従来から行なわれてきた。 As a process for producing liquid fuel and chemicals from coal, a Fischer-Tropsch synthesis process (hereinafter also referred to as FT synthesis process) has been conventionally performed.
FT合成プロセスは、一酸化炭素と水素から触媒反応を用いて液体炭化水素を合成する一連の過程であり、現在行われている主要なプロセスである。FT合成プロセスの問題点は、定まった比率で一酸化炭素と水素を含有する、原料となる混合ガスを製造しなければならないことである。具体的には、ジメチルエーテル(DME)を製造するには、混合ガス中のH2/CO比が1でなければならず、メタノールを製造するには、該比が2でなければならず、メタンを製造するには、該比が3でなければならない。 The FT synthesis process is a series of processes for synthesizing liquid hydrocarbons from carbon monoxide and hydrogen using a catalytic reaction, and is the main process currently being performed. The problem with the FT synthesis process is that a raw mixed gas containing carbon monoxide and hydrogen in a fixed ratio must be produced. Specifically, to produce dimethyl ether (DME), the H 2 / CO ratio in the mixed gas must be 1, and to produce methanol, the ratio must be 2 and methane The ratio must be 3.
しかし、H2/CO比が望ましい値に制御された混合ガスを製造できさえすれば、FT合成プロセスによりメタノール、ジメチルエーテル(DME)、メタン、その他アルカンなどの化学品や液体燃料を効率よく製造することができる。 However, as long as it is possible to produce a mixed gas whose H 2 / CO ratio is controlled to a desirable value, chemicals such as methanol, dimethyl ether (DME), methane, and other alkanes and liquid fuels can be efficiently produced by the FT synthesis process. be able to.
前記FT合成プロセスの原料となる混合ガスは、石炭のガス化反応により製造することができる。
しかし、従来の石炭ガス化反応では、一段階での望ましい混合ガスの製造は不可能であった。すなわち、石炭ガス化の商業的プロセスでは1200℃以上の温度を必要とすることから、得られる典型的なガス組成は、H2/CO比が0.7であり、300〜400℃での水シフト反応でその組成を1や、2や、3に調節しなければならなかった。そのために、従来の石炭ガス化反応によるFT合成プロセス用の混合ガスの製造においては、2段階プロセスが必要であり、大量のエネルギーを消費しなければならないので、低エネルギー効率が低かった。そのために、経済性が悪く商業化には問題があった。
The mixed gas used as the raw material of the FT synthesis process can be produced by a coal gasification reaction.
However, in the conventional coal gasification reaction, it is impossible to produce a desirable mixed gas in one stage. That is, since the commercial process of coal gasification requires a temperature of 1200 ° C. or higher, the typical gas composition obtained has a H 2 / CO ratio of 0.7 and water at 300-400 ° C. The composition had to be adjusted to 1, 2, or 3 by a shift reaction. Therefore, in the production of the mixed gas for the FT synthesis process by the conventional coal gasification reaction, a two-stage process is required, and a large amount of energy must be consumed, so that the low energy efficiency is low. For this reason, there was a problem in commercialization due to poor economic efficiency.
この問題を解決するために、本発明者等は、700℃における石炭ガス化反応を試みた。しかし、700℃での反応速度が低下することから、商業化が可能な速度で混合ガスを製造することができなかった。この反応速度が遅くなるという問題は、触媒を用いれば解決することができる。例えば、特許文献1においては、650℃における触媒ガス化反応により水素を製造することが開示されている。 In order to solve this problem, the present inventors tried a coal gasification reaction at 700 ° C. However, since the reaction rate at 700 ° C. is reduced, the mixed gas cannot be produced at a rate that allows commercialization. This problem of a slow reaction rate can be solved by using a catalyst. For example, Patent Document 1 discloses that hydrogen is produced by a catalytic gasification reaction at 650 ° C.
しかし、触媒を用いてガス化反応を促進させる方法には、石炭中の鉱物質と触媒との相互作用によって触媒活性が失活してしまい、触媒の再生循環使用が困難になるという問題が新たに発生した。この触媒活性の失活を解決するために、特許文献1においては、パシール亜瀝青炭やムリア褐炭の原炭を有機溶剤による溶剤抽出法により脱灰して得られる、一般にハイパーコールとも呼ばれる無炭炭を用いることが提案されている。 However, the method of promoting the gasification reaction using the catalyst has a new problem that the catalyst activity is deactivated due to the interaction between the mineral matter in the coal and the catalyst, making it difficult to recycle and use the catalyst. Occurred. In order to solve this deactivation of the catalytic activity, in Patent Document 1, uncharcoal coal, generally called hypercoal, obtained by deashing raw coal of Pasir subbituminous coal and muria lignite by a solvent extraction method using an organic solvent. It has been proposed to use
特許文献1の方法によれば、650℃での水素の製造における製造プロセスの長期運転が可能になり、触媒の再生プロセスを省略することができるようになった。しかし、触媒を用いることなく商業化が可能な1段の石炭ガス化反応を実現することができ、しかも無灰炭を用いないでも製造プロセスの長期運転ができれば、より効率良く、低コストでFT合成プロセスの原料を製造することが可能になる。 According to the method of Patent Document 1, a long-term operation of a production process in hydrogen production at 650 ° C. is possible, and a catalyst regeneration process can be omitted. However, if a one-stage coal gasification reaction that can be commercialized without using a catalyst can be realized, and if the production process can be operated for a long time without using ashless coal, FT can be performed more efficiently and at low cost. It is possible to produce raw materials for the synthesis process.
本発明は、ジメチルエーテル、メタノール、メタン、その他アルカンなどの化学原料、化学品及び液体燃料を製造するためのFT合成プロセス用混合ガスを、低圧で、触媒を用いないでも一段階の石炭ガス化反応により製造することができ、更に無灰炭を用いないでも、製造プロセスの長期運転が可能な混合ガスの製造方法を提供することを、その課題とする。 In the present invention, a mixed gas for FT synthesis process for producing chemical raw materials such as dimethyl ether, methanol, methane, and other alkanes, chemicals, and liquid fuel is a one-stage coal gasification reaction at low pressure without using a catalyst. It is an object of the present invention to provide a method for producing a mixed gas that can be produced by the above-described method and can be operated for a long time without using ashless coal.
本発明によれば、以下に示す混合ガスの製造方法が提供される。
[1]
石炭の無触媒ガス化反応による混合ガスの製造方法であって、ガス化温度を800〜1000℃とし、二酸化炭素及び/又は水蒸気を供給すると共に、二酸化炭素に対する水蒸気の体積比(H2O/CO2比)を制御することにより、得られる混合ガス中の一酸化炭素に対する水素のモル比(H2/CO比)を制御することを特徴とする混合ガスの製造方法。
[2]
大気圧下で無触媒ガス化反応を行わせることを特徴とする請求項1に記載の混合ガスの製造方法。
[3]
ガス化温度を800〜1000℃の範囲内に設定し、二酸化炭素に対する水蒸気の体積比(H2O/CO2比)を、0.3〜2.5の範囲内でガス化温度に対応させて設定することにより、ジメチルエーテル合成用の混合ガスを製造することを特徴とする請求項1又は2に記載の混合ガスの製造方法。
[4]
ガス化温度を800〜1000℃の範囲内に設定し、二酸化炭素に対する水蒸気の体積比(H2O/CO2比)を、2.2〜5.2の範囲内でガス化温度に対応させて設定することにより、メタノール合成用の混合ガスを製造することを特徴とする請求項1又は2に記載の混合ガスの製造方法。
[5]
ガス化温度を800〜1000℃の範囲内に設定し、二酸化炭素に対する水蒸気の体積比(H2O/CO2比)を、3.8〜19.3の範囲内でガス化温度に対応させて設定することにより、メタン合成用の混合ガスを製造することを特徴とする請求項1又は2に記載の混合ガスの製造方法。
[6]
亜瀝青炭又は褐炭を用いることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の混合ガスの製造方法。
[7]
石炭を炉内へ供給して水蒸気及び二酸化炭素と接触させ、発生した気体と残存する石炭残留物とから気体を分離することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の混合ガスの製造方法。
[8]
ガス化炉にフィッシャートロプッシュ合成装置が直結された装置を用いて、請求項1〜7のいずれかに記載の製造方法により得られる混合ガスを用いてジメチルエーテル、メタノール又はメタンを製造することを特徴とする混合ガスの製造方法。
According to this invention, the manufacturing method of the mixed gas shown below is provided.
[1]
A method for producing a mixed gas by a non-catalytic gasification reaction of coal, wherein the gasification temperature is set to 800 to 1000 ° C., carbon dioxide and / or water vapor is supplied, and the volume ratio of water vapor to carbon dioxide (H 2 O / by controlling the CO 2 ratio), the production method of the mixed gas and controlling the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide in the mixed gas obtained (H 2 / CO ratio).
[2]
The method for producing a mixed gas according to claim 1, wherein the noncatalytic gasification reaction is performed under atmospheric pressure.
[3]
The gasification temperature is set within a range of 800 to 1000 ° C., and the volume ratio of water vapor to carbon dioxide (H 2 O / CO 2 ratio) is made to correspond to the gasification temperature within a range of 0.3 to 2.5. The mixed gas production method according to claim 1 or 2, wherein the mixed gas for synthesizing dimethyl ether is produced by setting.
[4]
The gasification temperature is set within the range of 800 to 1000 ° C., and the volume ratio of water vapor to carbon dioxide (H 2 O / CO 2 ratio) is made to correspond to the gasification temperature within the range of 2.2 to 5.2. The method for producing a mixed gas according to claim 1 or 2, wherein a mixed gas for methanol synthesis is produced by setting.
[5]
The gasification temperature is set within the range of 800 to 1000 ° C., and the volume ratio of water vapor to carbon dioxide (H 2 O / CO 2 ratio) is made to correspond to the gasification temperature within the range of 3.8 to 19.3. The method for producing a mixed gas according to claim 1 or 2, wherein a mixed gas for methane synthesis is produced by setting.
[6]
Subbituminous coal or lignite is used. The method for producing a mixed gas according to any one of claims 1 to 5.
[7]
The mixed gas according to any one of claims 1 to 6, wherein coal is supplied into a furnace and brought into contact with water vapor and carbon dioxide, and gas is separated from generated gas and residual coal residue. Production method.
[8]
Using a device in which a Fischer-Tropsch synthesizer is directly connected to a gasification furnace, dimethyl ether, methanol or methane is produced using a mixed gas obtained by the production method according to any one of claims 1 to 7. A method for producing a mixed gas.
本発明の混合ガスの製造方法においては、無触媒下、石炭(原炭)に水蒸気と二酸化炭素とをガス化剤として供給し、800〜1000℃で反応させることにより、低エネルギーで商業化が可能な速度で混合ガスを製造することができる。また、二酸化炭素に対する水蒸気の体積比(H2O/CO2比)を制御することにより得られる混合ガス中の一酸化炭素に対する水素のモル比(H2/CO比)を制御することができる。この方法により、低圧下800〜1000℃での1段触媒ガス化反応で、H2/CO比を1近傍、2近傍、3近傍にすることができるので、ジメチルエーテル、メタノール、メタン製造用の混合ガスを1段階のガス化反応プロセスで得ることができる。
本発明においては、触媒を用いないでも商業化が可能な反応速度でガス化させることができるので、触媒の失活という問題が起きないことから、長時間の連続運転が容易である。また、石炭(原炭)をそのまま用いるので、低コストでのガス化が可能である。
更に、これらの効果が組み合わされることにより、FT合成反応によるジメチルエーテル、メタノール、メタンの製造を一の装置で連続して製造できる。
In the method for producing a mixed gas of the present invention, steam and carbon dioxide are supplied as gasification agents to coal (raw coal) as non-catalytic, and reacted at 800 to 1000 ° C., thereby allowing commercialization at low energy. A mixed gas can be produced at a possible rate. Further, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide (H 2 / CO ratio) in the mixed gas obtained by controlling the volume ratio of water vapor to carbon dioxide (H 2 O / CO 2 ratio) can be controlled. . By this method, the H 2 / CO ratio can be made close to 1, close to 2, close to 3 in a one-stage catalytic gasification reaction at a low pressure of 800 to 1000 ° C., so that mixing for producing dimethyl ether, methanol, and methane is possible. The gas can be obtained in a one-stage gasification reaction process.
In the present invention, gasification can be carried out at a reaction rate at which commercialization is possible without using a catalyst, so that there is no problem of deactivation of the catalyst, and long continuous operation is easy. Moreover, since coal (raw coal) is used as it is, gasification at a low cost is possible.
Furthermore, by combining these effects, the production of dimethyl ether, methanol, and methane by the FT synthesis reaction can be continuously produced with one apparatus.
以下、本発明の混合ガスの製造方法について詳細に説明する。
本発明のガス化反応による混合ガスの製造方法においては、ガス化温度を800〜1000℃とし、水蒸気及び/又は二酸化炭素からなるガス化剤を供給して、無触媒下で石炭(原炭)のガス化反応が行われる。更に、本発明においては後述するように、二酸化炭素に対する水蒸気の体積比(H2O/CO2比)を制御することにより、一酸化炭素に対する水素のモル比(H2/CO比)の制御が行われる。
なお、水蒸気を供給しないと、熱分解だけが進行し、その結果多量のチャー(石炭残留分)、タール、ガスが生成し、ジメチルエーテル、メタノール、メタン製造用の混合ガスを得ることはできない。
Hereinafter, the manufacturing method of the mixed gas of this invention is demonstrated in detail.
In the method for producing a mixed gas by the gasification reaction of the present invention, the gasification temperature is set to 800 to 1000 ° C., a gasifying agent composed of water vapor and / or carbon dioxide is supplied, and coal (raw coal) is used without catalyst. The gasification reaction is performed. Furthermore, in the present invention, as will be described later, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide (H 2 / CO ratio) is controlled by controlling the volume ratio of water vapor to carbon dioxide (H 2 O / CO 2 ratio). Is done.
If steam is not supplied, only thermal decomposition proceeds, and as a result, a large amount of char (coal residue), tar, and gas are generated, and a mixed gas for producing dimethyl ether, methanol, and methane cannot be obtained.
本発明におけるガス化温度は800〜1000℃であり、好ましくは800℃超1000℃以下であり、より好ましくは850〜1000℃、更に好ましくは850〜950℃である。この温度範囲内であれば、触媒を用いなくても商業化可能な速度でガス化が起きるので、長時間の連続運転を容易に行なうことができる。ガス化温度が低すぎると、触媒を用いなければ商業化可能な反応速度を確保することができなくなる。その結果、無灰炭を用いないと長時間の連続運転を行なうことができなくなるので、コストアップに繋がる虞がある。一方、ガス化温度が高すぎると、エネルギーを大量に消費しなければならない上に、生産効率が悪くなり、コストアップに繋がる虞がある。 The gasification temperature in this invention is 800-1000 degreeC, Preferably it is more than 800 degreeC and 1000 degrees C or less, More preferably, it is 850-1000 degreeC, More preferably, it is 850-950 degreeC. Within this temperature range, gasification occurs at a commercially viable rate without using a catalyst. Therefore, continuous operation for a long time can be easily performed. If the gasification temperature is too low, a commercially viable reaction rate cannot be secured unless a catalyst is used. As a result, if ashless coal is not used, continuous operation for a long time cannot be performed, which may lead to an increase in cost. On the other hand, if the gasification temperature is too high, a large amount of energy must be consumed, and the production efficiency may deteriorate, leading to an increase in cost.
図1(a)に、原炭について、ガス化温度900℃、無触媒の条件下、H2O/CO2比(体積比)を100/0、85/15、70/30、50/50、0/100に変化させた場合におけるガス化反応を測定した結果を示す。横軸はガス化時間であり、縦軸は転換率である。なお、図1(b)に、前記の各々の場合における、得られた混合ガスの組成(単位重量の原炭当りから得られた成分ガスのモル数)を示す。
また、図2(a)に、原炭について、ガス化温度800℃、無触媒の条件下、H2O/CO2比(体積比)を100/0、70/30、0/100に変化させた場合におけるガス化反応を測定した結果を示す。なお、図2(b)に、前記の各々の場合における、得られた混合ガスの組成を示す。横軸は、供給したガス化剤のH2O/CO2比、縦軸は得られた混合ガスの組成である(単位重量の原炭当りから得られた成分ガスのモル数)。
また、図3(a)に、原炭について、ガス化温度1000℃、無触媒の条件下、H2O/CO2比(体積比)を100/0、70/30、0/100に変化させた場合におけるガス化反応を測定した結果を示す。なお、図3(b)に、前記の各々の場合における、得られた混合ガスの組成を示す(単位重量の原炭当りから得られた成分ガスのモル数)。
図1(a)、図2(a)、図3(a)から、原炭に水蒸気及び/又は二酸化炭素を供給することにより、800〜1000℃、好ましくは850〜1000℃、より好ましくは850〜950℃の温度範囲で一酸化炭素と水素の混合ガスを工業化可能な速度で得ることができることが判る。
In FIG. 1 (a), H 2 O / CO 2 ratio (volume ratio) is 100/0, 85/15, 70/30, 50/50 under conditions of gasification temperature of 900 ° C. and no catalyst for raw coal. The result of having measured the gasification reaction when changing to 0/100 is shown. The horizontal axis is the gasification time, and the vertical axis is the conversion rate. FIG. 1B shows the composition of the obtained mixed gas (number of moles of component gas obtained from the unit weight of raw coal) in each of the above cases.
Further, in FIG. 2 (a), for the raw coal, the H 2 O / CO 2 ratio (volume ratio) is changed to 100/0, 70/30, and 0/100 under conditions of a gasification temperature of 800 ° C. and no catalyst. The result of having measured the gasification reaction in the case where it was made to show is shown. FIG. 2B shows the composition of the obtained mixed gas in each of the above cases. The horizontal axis represents the H 2 O / CO 2 ratio of the supplied gasifying agent, and the vertical axis represents the composition of the obtained mixed gas (number of moles of component gas obtained from per unit raw coal).
Further, in FIG. 3 (a), the H 2 O / CO 2 ratio (volume ratio) is changed to 100/0, 70/30, and 0/100 for the raw coal under a gasification temperature of 1000 ° C. and no catalyst. The result of having measured the gasification reaction in the case where it was made to show is shown. In addition, in FIG.3 (b), the composition of the obtained mixed gas in each of the above-mentioned cases is shown (number of moles of component gas obtained from per unit weight of raw coal).
From FIG. 1 (a), FIG. 2 (a), and FIG. 3 (a), by supplying steam and / or carbon dioxide to the raw coal, it is 800 to 1000 ° C., preferably 850 to 1000 ° C., more preferably 850. It can be seen that a mixed gas of carbon monoxide and hydrogen can be obtained at a speed that can be industrialized in a temperature range of ˜950 ° C.
また、図4(a)に、原炭について、ガス化温度700℃、無触媒の条件下、H2O/CO2比(体積比)を100/0、50/50、0/100に変化させた場合におけるガス化反応を測定した結果を示す。なお、図4(b)に、前記の各々の場合における、得られた混合ガスの組成を示す。
図4(a)から、700℃では、H2O/CO2比にかかわらず、ガス化速度が遅くなるので、700℃は商業化に適していない温度であることが判る。
Further, in FIG. 4 (a), the H 2 O / CO 2 ratio (volume ratio) of raw coal is changed to 100/0, 50/50, and 0/100 under a gasification temperature of 700 ° C. and no catalyst. The result of having measured the gasification reaction in the case where it was made to show is shown. FIG. 4B shows the composition of the obtained mixed gas in each of the above cases.
FIG. 4A shows that 700 ° C. is not suitable for commercialization because the gasification rate is slow at 700 ° C. regardless of the H 2 O / CO 2 ratio.
なお、得られる混合ガスには二酸化炭素が含まれることがあるが、それはガス化剤として使用した二酸化炭素の一部であり、原料である石炭のガス化により生成した二酸化炭素ではない。 In addition, although the mixed gas obtained may contain carbon dioxide, it is a part of the carbon dioxide used as a gasifying agent, and is not the carbon dioxide produced | generated by gasification of the coal which is a raw material.
ガス化温度を700〜1000℃に維持する手段は、バッチ式や連続式などの反応方式を考慮することにより、適宜選定されるが、たとえば副生炭(抽出残渣)の燃焼熱などの外部熱源による加熱方法を採用することが好ましい。
また、昇温速度は特に制限はなく、例えば20〜1000℃/分であり、反応時間は、例えば1〜120分が好ましく、30〜60分が更に好ましい。
Means for maintaining the gasification temperature at 700 to 1000 ° C. is appropriately selected in consideration of a reaction system such as a batch system or a continuous system. For example, an external heat source such as combustion heat of by-product coal (extraction residue) It is preferable to employ the heating method according to the above.
Moreover, there is no restriction | limiting in particular in temperature rising rate, For example, it is 20-1000 degreeC / min, For example, 1-120 minutes are preferable and, as for reaction time, 30-60 minutes are still more preferable.
本発明のガス化反応は、好ましくは大気圧下で行われる。但し、本発明の目的を損なわない程度の圧力をかけることもできる。其の場合、製造装置の製造が容易であることから、10気圧以下が好ましく、順に5気圧以下、3気圧以下、2気圧以下、1.5気圧以下がより好ましい。
但し、本発明における大気圧とは、意図的に加圧しなくても、石炭から発生するガスが装置内部で急激に膨張することにより、加圧されることを含む意味である。
The gasification reaction of the present invention is preferably performed under atmospheric pressure. However, it is also possible to apply a pressure that does not impair the object of the present invention. In that case, since manufacture of a manufacturing apparatus is easy, 10 atmospheres or less are preferable, and 5 atmospheres or less, 3 atmospheres or less, 2 atmospheres or less, and 1.5 atmospheres or less are more preferable in order.
However, the atmospheric pressure in the present invention means that the gas generated from coal is pressurized by abrupt expansion inside the apparatus without intentional pressurization.
本発明においては、二酸化炭素に対する水蒸気の体積比(H2O/CO2比)を変化させることにより、得られる混合ガス中の一酸化炭素に対する水素のモル比(H2/CO比)の制御を行うことができる。即ち、図1(b)、図2(b)、図3(b)に示されているように、800〜1000℃のガス化温度において、H2O/CO2比が小さくなると、得られる混合ガス中の水素の含有量が少なくなって、H2/CO比が小さくなる傾向がある。例えば、900℃において、水蒸気/二酸化炭素比=100/0の時、水素の含有量が最大であり、70/30,60/40,50/50,30/70と水蒸気量を少なくすると、得られる混合ガス中の水素の割合が減り、一酸化炭素が増える。そして、水蒸気/二酸化炭素比=0/100では、ほとんどの生成ガスが一酸化炭素となり、H2/CO比が0に近くなる。 In the present invention, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide (H 2 / CO ratio) in the mixed gas obtained is controlled by changing the volume ratio of water vapor to carbon dioxide (H 2 O / CO 2 ratio). It can be performed. That is, as shown in FIGS. 1 (b), 2 (b), and 3 (b), it is obtained when the H 2 O / CO 2 ratio becomes small at a gasification temperature of 800 to 1000 ° C. There is a tendency that the hydrogen content in the mixed gas decreases and the H 2 / CO ratio decreases. For example, at 900 ° C., when the water vapor / carbon dioxide ratio = 100/0, the hydrogen content is maximum, and when the water vapor amount is reduced to 70/30, 60/40, 50/50, 30/70, it can be obtained. The proportion of hydrogen in the mixed gas is reduced and carbon monoxide is increased. When the water vapor / carbon dioxide ratio = 0/100, most of the product gas is carbon monoxide, and the H 2 / CO ratio is close to zero.
この特性を利用することにより、ガス化剤中の水蒸気/二酸化炭素体積比(H2O/CO2比)を変化させることで、生成混合ガス中の水素/一酸化炭素モル比を制御(H2/CO比)することが可能である。 By utilizing this characteristic, the hydrogen / carbon monoxide molar ratio in the produced mixed gas is controlled by changing the water vapor / carbon dioxide volume ratio (H 2 O / CO 2 ratio) in the gasifying agent (H 2 / CO ratio).
図5に、ガス化温度900℃における、石炭に供給する水蒸気と二酸化炭素のH2O/CO2比(横軸)と、得られる混合ガスのH2/CO比(縦軸)の関係を示す。図5は前記図1(b)を基に作成したグラフである。図5から原炭に供給する、二酸化炭素に対する水蒸気の体積比(H2O/CO2比)を変化させることにより、ガス化温度900℃において得られる混合ガス中の一酸化炭素に対する水素のモル比(H2/CO比)を制御できることが判る。 FIG. 5 shows the relationship between the H 2 O / CO 2 ratio (horizontal axis) of water vapor and carbon dioxide supplied to coal at a gasification temperature of 900 ° C. and the H 2 / CO ratio (vertical axis) of the resulting mixed gas. Show. FIG. 5 is a graph created based on FIG. The molar ratio of hydrogen to carbon monoxide in the mixed gas obtained at a gasification temperature of 900 ° C. by changing the volume ratio of water vapor to carbon dioxide (H 2 O / CO 2 ratio) supplied to the raw coal from FIG. It can be seen that the ratio (H 2 / CO ratio) can be controlled.
また、図6(a)に、ガス化温度800℃における、原炭に供給する水蒸気と二酸化炭素のH2O/CO2比(横軸)と、得られる混合ガスのH2/CO比(縦軸)の関係を示す。図6(a)は前記図2(b)を基に作成したグラフである。図6(a)から、800℃においても、H2O/CO2比を100/0から70/30に変化させると、得られるガス中のH2/CO比が12.6から2.1に大きく変化し、0/100に変化させるとH2/CO比が0.1になることから、H2O/CO2比を変化させることにより、得られる混合ガス中の一酸化炭素に対する水素のモル比(H2/CO比)を制御できることが判る。 Further, in FIG. 6 (a), the gas temperature 800 ° C., steam is supplied to the raw coal and H 2 O / CO 2 ratio of carbon dioxide (horizontal axis), H 2 / CO ratio of the mixed gas obtained ( The vertical axis). FIG. 6A is a graph created based on FIG. From FIG. 6 (a), even at 800 ° C., varying the H 2 O / CO 2 ratio from 100/0 to 70/30, H 2 / CO ratio in the resulting gas from 12.6 2.1 When the ratio is changed to 0/100, the H 2 / CO ratio becomes 0.1. Therefore, by changing the H 2 O / CO 2 ratio, hydrogen to carbon monoxide in the obtained mixed gas It can be seen that the molar ratio (H 2 / CO ratio) can be controlled.
また、図6(b)に、ガス化温度1000℃における、原炭に供給する水蒸気と二酸化炭素のH2O/CO2比(横軸)と、得られる混合ガスのH2/CO比(縦軸)の関係を示す。図6(b)は前記図3(b)を基に作成したグラフである。図6(b)から、1000℃においても、H2O/CO2比を100/0から70/30に変化させると、得られるガス中のH2/CO比が3.3から1.7に変化し、0/100に変化させるとH2/CO比が0.04になることから、H2O/CO2比を変化させることにより、得られる混合ガス中の一酸化炭素に対する水素のモル比(H2/CO比)を制御できることが判る。 FIG. 6B shows the H 2 O / CO 2 ratio (horizontal axis) of water vapor and carbon dioxide supplied to the raw coal at a gasification temperature of 1000 ° C., and the H 2 / CO ratio ( The vertical axis). FIG. 6B is a graph created based on FIG. From FIG. 6 (b), even at 1000 ° C., when the H 2 O / CO 2 ratio is changed from 100/0 to 70/30, the H 2 / CO ratio in the obtained gas is changed from 3.3 to 1.7. When the ratio is changed to 0/100, the H 2 / CO ratio becomes 0.04. By changing the H 2 O / CO 2 ratio, the hydrogen to carbon monoxide in the obtained mixed gas It can be seen that the molar ratio (H 2 / CO ratio) can be controlled.
なお、700℃の反応においても、図7に示すように、H2O/CO2比が小さくなると、得られる混合ガス中の水素の含有量が少なくなって、H2/CO比が小さくなる傾向がある。図7は前記図4(b)を基に作成したグラフである。 Even in the reaction at 700 ° C., as shown in FIG. 7, when the H 2 O / CO 2 ratio is decreased, the hydrogen content in the obtained mixed gas is decreased and the H 2 / CO ratio is decreased. Tend. FIG. 7 is a graph created based on FIG.
前記の関係を利用することにより、800〜1000℃における原炭の無触媒反応において、ジメチルエーテル合成用の混合ガス、メタノール合成用の混合ガス、メタン合成用の混合ガスを工業的に作り分けることができる。 By utilizing the above relationship, in a non-catalytic reaction of raw coal at 800 to 1000 ° C., a mixed gas for dimethyl ether synthesis, a mixed gas for methanol synthesis, and a mixed gas for methane synthesis can be produced industrially. it can.
表1に、ガス化温度800℃、900℃、1000℃の各温度において、ジメチルエーテル、メタノール、メタンを合成するために好適なH2O/CO2比の範囲を示す。表1に示す関係を利用することにより、800〜1000℃のガス化温度において、ジメチルエーテル合成用の混合ガス、メタノール合成用の混合ガス、メタン合成用の混合ガスを作り分けることができる。 Table 1 shows a range of H 2 O / CO 2 ratios suitable for synthesizing dimethyl ether, methanol, and methane at gasification temperatures of 800 ° C., 900 ° C., and 1000 ° C., respectively. By utilizing the relationship shown in Table 1, a mixed gas for synthesizing dimethyl ether, a mixed gas for synthesizing methanol, and a mixed gas for synthesizing methane can be created separately at a gasification temperature of 800 to 1000 ° C.
具体的には、ガス化温度を800〜1000℃の範囲内に設定し、二酸化炭素に対する水蒸気の体積比(H2O/CO2比)を、0.3〜2.5の範囲内でガス化温度に対応させて設定することにより、一酸化炭素に対する水素のモル比(H2/CO比)が1近傍のジメチルエーテル合成用の混合ガスを製造することができる。 Specifically, the gasification temperature is set within a range of 800 to 1000 ° C., and the volume ratio of water vapor to carbon dioxide (H 2 O / CO 2 ratio) is set within a range of 0.3 to 2.5. By setting the temperature corresponding to the crystallization temperature, a mixed gas for synthesizing dimethyl ether having a molar ratio of hydrogen to carbon monoxide (H 2 / CO ratio) in the vicinity of 1 can be produced.
また、ガス化温度を800〜1000℃の範囲内に設定し、二酸化炭素に対する水蒸気の体積比(H2O/CO2比)を、2.2〜5.2の範囲内でガス化温度に対応させて設定することにより、一酸化炭素に対する水素のモル比(H2/CO比)が2近傍のメタノール合成用の混合ガスを製造することができる。 In addition, the gasification temperature is set within a range of 800 to 1000 ° C., and the volume ratio of water vapor to carbon dioxide (H 2 O / CO 2 ratio) is set to the gasification temperature within a range of 2.2 to 5.2. By setting them in correspondence, it is possible to produce a mixed gas for synthesizing methanol in which the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide (H 2 / CO ratio) is around 2.
また、ガス化温度を800〜1000℃の範囲内に設定し、二酸化炭素に対する水蒸気の体積比(H2O/CO2比)を、3.8〜19.3の範囲内でガス化温度に対応させて設定することにより、一酸化炭素に対する水素のモル比(H2/CO比)が3近傍のメタン合成用の混合ガスを製造することができる。 Further, the gasification temperature is set within a range of 800 to 1000 ° C., and the volume ratio of water vapor to carbon dioxide (H 2 O / CO 2 ratio) is set within the range of 3.8 to 19.3. By setting it correspondingly, it is possible to produce a mixed gas for methane synthesis in which the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide (H 2 / CO ratio) is around 3.
本発明の混合ガスの製造方法においては、前記の通り、触媒を用いることなく800〜1000℃でガス化が行なわれる。従って、原炭を用いても触媒の失活という問題が起きないので、原炭の直接ガス化反応による混合ガスの製造を長時間にわたって連続して行なうことができる。更に、無灰炭を用いる必要がないので、溶剤抽出法による原炭の脱灰というプロセスを省略することにより、製造コストを下げることができる。 In the mixed gas production method of the present invention, as described above, gasification is performed at 800 to 1000 ° C. without using a catalyst. Therefore, even if raw coal is used, the problem of deactivation of the catalyst does not occur. Therefore, it is possible to continuously produce a mixed gas by direct gasification reaction of raw coal for a long time. Furthermore, since it is not necessary to use ashless coal, the manufacturing cost can be reduced by omitting the process of deashing raw coal by the solvent extraction method.
本発明においては、原炭として、亜瀝青炭または褐炭を用いることが好ましい。
ここで、亜瀝青炭とは、一般に、可燃分:55〜80%、水分:15〜45%からなる組成を有する低品位炭を意味する。このような亜瀝青炭としては、たとえば、パシール炭、ワイオミング炭、グニュンバヤン炭、MTBU炭、キタディン炭、ビニュンガン炭、ワイオダック炭、ロンコウ炭、K−プリマ炭、タニトハルム炭、マリナウ炭、太平洋炭が例示される。
In the present invention, it is preferable to use subbituminous coal or lignite as raw coal.
Here, subbituminous coal generally means low-grade coal having a composition comprising combustible content: 55-80% and moisture: 15-45%. Examples of such sub-bituminous coal include Pasir coal, Wyoming coal, Gunung Bayan coal, MTBU coal, Kitadine coal, Binungan coal, Wyodak coal, Ronkou coal, K-Prima coal, Tanitoharum coal, Marinau coal, and Pacific coal. The
また、褐炭とは、一般に、可燃分:35〜55%、水分:45〜65%からなる組成を有する低品位炭を意味する。このような褐炭としては、たとえば、ムリア炭、ロイヤング炭, ビューローザップ炭、ヤルーン炭、アダロ炭、ベラウ炭が例示される。 Moreover, lignite generally means low-grade coal having a composition comprising combustible content: 35 to 55% and moisture content: 45 to 65%. Examples of such lignite include mulia coal, roy young coal, bureau zap charcoal, yaroon charcoal, adaro charcoal, and bellau charcoal.
石炭に水蒸気と二酸化炭素(ガス化剤)を供給しながら連続的にガス化反応させる方法としては、原炭を流動層ガス化炉内へ供給して、水蒸気と二酸化炭素(ガス化剤)と熱風とを供給しながら原炭と水蒸気と二酸化炭素とをよく接触させながら石炭を燃焼させ、発生した気体と残存する石炭残留物とから気体を分離する方法が好ましく挙げられる。水蒸気と二酸化炭素と熱風とを供給することにより、原炭を細粒化し流動化状態にして(水蒸気と二酸化炭素と熱風とが流動化剤としても働く)ガス化を行うことができ、効率的にガス化反応を起こすことができる。更に、ガス化炉に供給する、水蒸気/二酸化炭素比を変えることにより、一段階のガス化で望ましい水素/一酸化炭素比の合成ガスが製造される。 As a method of continuously gasifying reaction while supplying steam and carbon dioxide (gasification agent) to coal, raw coal is supplied into a fluidized bed gasification furnace, and steam and carbon dioxide (gasification agent) Preferred is a method in which coal is burned while well contacting raw coal, water vapor, and carbon dioxide while supplying hot air, and the gas is separated from the generated gas and the remaining coal residue. By supplying steam, carbon dioxide, and hot air, the raw coal can be finely divided into a fluidized state (water vapor, carbon dioxide, and hot air also act as a fluidizing agent) and gasification can be performed efficiently. Gasification reaction can occur. Furthermore, by changing the steam / carbon dioxide ratio supplied to the gasification furnace, a synthesis gas having a desirable hydrogen / carbon monoxide ratio can be produced in one stage of gasification.
このような反応に用いる装置の例を図8に示す。図8に示す装置においては、ガス化プロセスで製造された二酸化炭素を回収し、水蒸気・二酸化炭素混合器6に供給して再利用するので、二酸化炭素の製造プロセスは不要である。また、ガス化剤のガス化に必要な熱は、高温の流動媒体をボイラー2(燃焼炉)からガス化炉3へ移動させることで供給される。 An example of an apparatus used for such a reaction is shown in FIG. In the apparatus shown in FIG. 8, since the carbon dioxide produced by the gasification process is recovered, supplied to the steam / carbon dioxide mixer 6 and reused, the carbon dioxide production process is unnecessary. The heat necessary for gasification of the gasifying agent is supplied by moving a high-temperature fluid medium from the boiler 2 (combustion furnace) to the gasification furnace 3.
図8において、1はフィーダーを、2はボイラーを、3はガス化炉を、4は媒体回収器を、5は熱交換器を、6は水蒸気・二酸化炭素混合器を、7は生成ガスクリーニング装置を、8はコンプレッサーを、9はFT合成装置を、10は排出ガスの排出器をそれぞれ示す。
In FIG. 8, 1 is a feeder, 2 is a boiler, 3 is a gasifier, 4 is a medium recovery unit, 5 is a heat exchanger, 6 is a steam / carbon dioxide mixer, and 7 is a generated gas cleaner. 8 is a compressor, 9 is an FT synthesizer, and 10 is an exhaust gas discharger.
本発明においては、図8に一例を示すように、ガス化炉にコンプレッサーを介してフィッシャートロプッシュ(FT)合成装置が直結された装置を用いて、前記触媒ガス化反応により得られる混合ガスから、ジメチルエーテルや、メタノールや、メタンを製造することが好ましい。このようにすると、1段のガス化反応で得られた混合ガスを用いて、直ちにFT反応が行われるので、ジメチルエーテルや、メタノールや、メタンを効率良く製造することができる。なお、二酸化炭素はFT合成の最終生成物で副生成物として回収されるので、それを水蒸気と混合してガス化炉でガス化剤としてリサイクル利用される。また、二酸化炭素は流動床ガス化炉の場合、流動化剤として働くことができる。 In the present invention, as shown in an example in FIG. 8, from a mixed gas obtained by the catalytic gasification reaction using a device in which a Fischer-Tropsch (FT) synthesizer is directly connected to a gasification furnace via a compressor. It is preferable to produce dimethyl ether, methanol, or methane. If it does in this way, since FT reaction is immediately performed using the mixed gas obtained by the gasification reaction of one step, dimethyl ether, methanol, and methane can be manufactured efficiently. Since carbon dioxide is recovered as a by-product in the final product of FT synthesis, it is mixed with water vapor and recycled as a gasifying agent in a gasification furnace. Carbon dioxide can also act as a fluidizing agent in the case of a fluidized bed gasifier.
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。但し、本発明は実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the examples.
実施例1〜5
大気圧下、亜瀝青炭(炭素72%)に水蒸気/二酸化炭素を供給して、H2O/CO2比(体積比)を100/0、85/15、70/30、50/50、0/100に変化させて、熱重量分析計(TGA)を用いたガス化試験を900℃で行った。結果を、図1(a)、図1(b)に示す。
Examples 1-5
Under atmospheric pressure, steam / carbon dioxide is supplied to subbituminous coal (carbon 72%), and H 2 O / CO 2 ratio (volume ratio) is 100/0, 85/15, 70/30, 50/50, 0 The gasification test using a thermogravimetric analyzer (TGA) was performed at 900 ° C. The results are shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).
比較例1〜3
大気圧下、亜瀝青炭(炭素72%)に水蒸気/二酸化炭素を供給して、H2O/CO2比(体積比)を100/0、50/50、0/100に変化させて、熱重量分析計(TGA)を用いたガス化試験を700℃で行った。結果を、図4(a)、図4(b)に示す。
Comparative Examples 1-3
Under atmospheric pressure, steam / carbon dioxide is supplied to subbituminous coal (carbon 72%) to change the H 2 O / CO 2 ratio (volume ratio) to 100/0, 50/50, 0/100, and heat. A gasification test using a gravimetric analyzer (TGA) was performed at 700 ° C. The results are shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b).
図1(a)と図4(a)の対比から、900℃は、H2O/CO2比にかかわらず、商業化が可能な速度でガス化反応が起きる温度であるのに対し、700℃は、ガス化速度が遅いので、商業化に適していない反応温度であることが判る。 From the comparison between FIG. 1 (a) and FIG. 4 (a), 900 ° C. is a temperature at which the gasification reaction occurs at a rate at which commercialization is possible regardless of the H 2 O / CO 2 ratio, whereas 700 ° C. Since the gasification rate is low, it can be seen that the reaction temperature is not suitable for commercialization.
図1(b)から、水蒸気/二酸化炭素比=100/0の時、生成ガスはほとんど水素であり、その比が85/15, 70/30, 50/50となるにつれて、水素が減少し、一酸化炭素が増加し、水蒸気/二酸化炭素比=0/100の時、ほぼすべて一酸化炭素となることが判る。 From FIG. 1 (b), when the water vapor / carbon dioxide ratio = 100/0, the product gas is almost hydrogen, and as the ratio becomes 85/15, 70/30, 50/50, the hydrogen decreases, It can be seen that when carbon monoxide increases and the water vapor / carbon dioxide ratio = 0/100, almost all carbon monoxide is obtained.
図5は図1(b)の結果に基づいて作製した、ガス化剤である水蒸気/二酸化炭素比の変化に対する生成ガス中の水素/一酸化炭素比の変化を示すグラフである。図5は、900℃のガス化反応において、水蒸気/二酸化炭素比=100/0, 5/15, 70/30, 50/50, 0/100の時、水素/一酸化炭素モル比が、4.2, 2.2, 1.6, 0.9、0.1となったことを示している。この結果から、ガス化剤である水蒸気/二酸化炭素比を変えることにより、生成ガスの水素/一酸化炭素比を制御できることが判る。即ち、ガス化剤である水蒸気/二酸化炭素比を変えることにより、一段階のガス化プロセスにおいて生成ガスの水素/一酸化炭素モル比を1〜4に制御できることを示している。水素/一酸化炭素比が1, 2, 3の時、それぞれDME、 メタノール、メタンおよびその他化学品製造のための合成ガスとして利用できる。 FIG. 5 is a graph showing the change in the hydrogen / carbon monoxide ratio in the product gas with respect to the change in the water vapor / carbon dioxide ratio, which is a gasifying agent, based on the result of FIG. FIG. 5 shows that in the gasification reaction at 900 ° C., when the water vapor / carbon dioxide ratio = 100/0, 5/15, 70/30, 50/50, 0/100, the hydrogen / carbon monoxide molar ratio is 4. .2, 2.2, 1.6, 0.9, 0.1. From this result, it can be seen that the hydrogen / carbon monoxide ratio of the product gas can be controlled by changing the water vapor / carbon dioxide ratio as the gasifying agent. That is, it is shown that the hydrogen / carbon monoxide molar ratio of the product gas can be controlled to 1 to 4 in a one-stage gasification process by changing the water vapor / carbon dioxide ratio as a gasifying agent. When the hydrogen / carbon monoxide ratio is 1, 2 and 3, they can be used as synthesis gas for producing DME, methanol, methane and other chemicals, respectively.
実施例6〜8
実施例1で用いた亜瀝青炭(炭素72%)を用いて、大気圧下、H2O/CO2比を100/0,70/30,0/100とし、反応温度を800℃に設定した他は、実施例1〜3と同様に、TGAを用いたガス化試験を行った。結果を図2(a)、図2(b)、図6(a)に示す。
Examples 6-8
Using subbituminous coal (carbon 72%) used in Example 1, the H 2 O / CO 2 ratio was 100/0, 70/30, 0/100 under atmospheric pressure, and the reaction temperature was set to 800 ° C. Others performed the gasification test using TGA similarly to Examples 1-3. The results are shown in FIGS. 2 (a), 2 (b) and 6 (a).
図2(a)から、800℃でも商業化が可能な速度で石炭のガス化反応が起きること、図6(a)から800℃においてもガス化剤の水蒸気/二酸化炭素比を変化させることで生成ガス水素/一酸化炭素比を制御できることが判る。 From FIG. 2 (a), the gasification reaction of coal occurs at a rate at which commercialization is possible even at 800 ° C., and by changing the water vapor / carbon dioxide ratio of the gasifying agent even at 800 ° C. from FIG. 6 (a). It can be seen that the product gas hydrogen / carbon monoxide ratio can be controlled.
実施例9〜11
実施例1で用いた亜瀝青炭(炭素72%)を用いて、大気圧下、H2O/CO2比を100/0,70/30,0/100とし、反応温度を1000℃に設定した他は、実施例1〜3と同様に、TGAを用いたガス化試験を行った。結果を図3(a)、図3(b)、図6(b)に示す。
Examples 9-11
Using subbituminous coal (carbon 72%) used in Example 1, the H 2 O / CO 2 ratio was set to 100/0, 70/30, 0/100 under atmospheric pressure, and the reaction temperature was set to 1000 ° C. Others performed the gasification test using TGA similarly to Examples 1-3. The results are shown in FIGS. 3 (a), 3 (b) and 6 (b).
図3(a)から、1000℃でも商業化が可能な制御可能な速度で石炭のガス化反応が起きること、図6(b)から1000℃においてもガス化剤の水蒸気/二酸化炭素比を変化させることで生成ガス水素/一酸化炭素比を制御できることが判る。 From Fig. 3 (a), the coal gasification reaction occurs at a controllable rate that can be commercialized even at 1000 ° C. From Fig. 6 (b), the steam / carbon dioxide ratio of the gasifying agent also changes at 1000 ° C. It can be seen that the product gas hydrogen / carbon monoxide ratio can be controlled.
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