JP2013532670A - 合成ガスからメタン含有ガスを製造する方法並びに該方法を実施するためのメタン製造装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、合成ガスからメタン含有ガスを製造するための方法に関し、その際、一酸化炭素及び水素を含む合成ガスが、メタン化のために触媒材料を有する反応装置系（１）に供給され、その際、該反応装置系（１）を出るプロセスガス流が、生成物ガス流と再循環ガス流とに分割され、そして、その際、圧力損失を相殺するために再循環ガス流がエジェクター（５）によって輸送され、そして冷却のために合成ガスと共に反応装置系（１）中へ導入される。本発明によれば、生成物ガス流は、反応装置系（１）に供給される合成ガスの圧力よりも大きい圧力に圧縮される。圧縮された生成物ガス又は有益ガス配管系（９）からの有益ガスのいずれか一方が、駆動媒体としてエジェクター（５）に供給される。本発明の対象は、該方法を遂行するためのメタン製造装置でもある。

Description

本発明は、合成ガスからメタン含有ガスを製造する方法に関し、
その際、一酸化炭素及び水素を含む合成ガスが、触媒を有する反応装置系によりメタン化（Ｍｅｔｈａｎｉｓｉｅｒｕｎｇ）するために供給され、
その際、該反応装置系を出るプロセスガス流は、生成物ガス流と再循環ガス流とに分割され、
その際、該再循環ガス流はエジェクター（Ｅｊｅｋｔｏｒ）によって送られ、そして冷却のために反応装置系（１）中へ導入される。

該方法により、例えば、石炭、木材及びわらの形態のバイオマッスのような固形物質、並びに、様々な液状の炭素含有抽出物を、天然ガス輸送網中へ供給可能な合成天然ガスに変換することができる。

一酸化炭素及び水素のメタンへの転化は、一方では、次の方程式により行われる。
ＣＯ＋３Ｈ_２→ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ
さらに、次の平衡反応も考慮すべきであり、
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ⇔ＣＯ_２＋Ｈ_２
その結果、次の反応によるメタンの生成が更に起こる。
ＣＯ_２＋４Ｈ_２→ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ
触媒でのメタン化（Ｍｅｔｈａｎｉｓｉｅｒｕｎｇ）は、全体として激しく発熱的に起こる。その際に、反応平衡のために、温度の上昇に伴ってメタン収率が減少するという欠点を招く。それゆえに、反応装置系を冷却するために、その反応装置系を出るプロセスガス流を、生成物ガス流と再循環ガス流とに分割することが知られており、その際、事前に冷却された再循環ガス流は、反応装置系のインレットに再び供給される。再循環ガスのフィードバックの際、発生する圧力損失を相殺しなければならない。その目的のために圧縮機が採用される場合、反応装置系を出るプロセス流が、慣習的に大幅に冷却され、その際、そのプロセスガス流中に含まれる水の圧縮も生じるという問題を招くため、相当の手間暇によらなければその圧縮機を高められた約３００℃の温度用に設計することはできない。

英国特許第１５１６３１９号（特許文献１）からは、再循環ガス流を運搬し、そして圧力損失を相殺するための、エジェクターとも呼ばれるエジェクターポンプを使用することが知られている。エジェクターは簡単に構築され、そして、例えば３００℃の高められた温度においても、更なる手間暇をかけることなく、簡単に運転できる。エジェクターの駆動媒体として、反応装置系に供給される合成ガス又は水蒸気が提供される。駆動媒体として合成ガスが投入される際、エジェクター中で該ガスは圧力損失を受け、その結果、反応装置系におけるメタン化は低下した圧力で行われることになる。メタン化反応の平衡に基づいて、圧力の低下によってメタン収率もまた低下し、その結果、方法の効率自体が低減する。水蒸気を駆動媒体として使用することは、それにより慣用的な触媒材料の老化プロセスが加速されるために不利である。

英国特許第１５１６３１９号

この背景に対して、本発明は、高められた効率及び低減された費用で実施できる、合成ガスからのメタン含有ガスの製造方法を示すことに基礎を置いている。

冒頭で説明した特徴を有する方法から出発して、上記の課題は本発明によって、生成物ガス流を、反応装置系に供給される合成ガスの圧力よりも大きい圧力に圧縮し、その際、そのように圧縮された生成物ガス、あるいは有益ガス配管系からの有益ガスのいずれか一方を駆動媒体としてエジェクターに供給することにより、解決される。

生成物ガスを更に利用するために圧縮することが企図され、その際、本発明の第一の実施形態によれば、この圧縮された生成物ガスの一部がエジェクターの駆動媒体として提供される。従来技術の場合に生じる欠点、すなわち、合成ガスの圧力低下又は触媒材料の加速された老化は、それによって低減できる。

生成物ガスの駆動媒体として使用されない部分は、加圧後、例えば、圧力タンク中で貯蔵されるか、又は有益ガス配管系に供給することができる。それ故、本発明の範囲内において、特に、合成天然ガスを生産することができ、該ガスは、追加的な圧縮後に天然ガス輸送網中へ輸送される。慣習的に、そのような有益ガス配管系における圧力は６０〜８０バールの間で動く一方で、メタン化するために反応装置系中へ導入された合成ガスは、一般に、３０〜５０バールの圧力で存在する。相当な圧力差に基づいて、そのために再循環ガス流の圧力損失を相殺できるようにするのに、比較的少量の駆動媒体だけが必要とされる。

生成物ガス流が、追加の圧縮後に有益ガス配管系中へ導入されるとき、その生成物ガス流の一部の代わりに、有益ガス配管系からの有益ガスをエジェクターの駆動媒体として供給するという可能性も存在する。とりわけ、有益ガス配管系が天然ガス輸送網であるとき、駆動媒体としてエジェクターに供給される有益ガスの精密脱硫（Ｆｅｉｎｅｎｔｓｃｈｗｅｆｅｌｕｎｇ）は、触媒材料を損傷から保護するために合目的的に行われる。有益ガス配管系からの有益ガスがエジェクターのための駆動媒体として使用される場合、装置の始動にもエジェクターが利用できることが追加の利点として判明している。

本発明の対象は、前述の方法を遂行するためのメタン製造装置でもある。メタン製造装置は、メタン化（Ｍｅｔｈａｎｉｓｉｅｒｕｎｇ）のための触媒材料を含む反応装置系を含み、合成ガスのための供給管のインレットが該系に連結され、その際、その反応装置系のアウトレット側には配管系が接続される。フィードバック配管中にはエジェクターが設けられ、その際、そのエジェクターの吸い込み側は配管系に、そしてエジェクターの圧力側は反応装置系のインレットに接続される。再循環ガスを適した温度に冷却するために少なくとも一つに冷却器が設けられ、該冷却器はフィードバック配管、又は好ましくは、反応装置系と配管系中のエジェクターとの間に配置される。とりわけ、反応装置系を出るプロセスガス流の全部を、水蒸気を生成するために設けられた冷却器を介して導入することが企図できる。

本発明によれば、配管系は、流れの方向に見てフィードバック配管の分岐の後に圧縮機を含み、その際、エジェクターの駆動手段入口中へ流れ込む駆動手段管が、流れの方向に見て圧縮機の後で、配管系、又はその配管系に接続されたメタン含有ガスのための有益ガス配管系、特に、天然ガス輸送網に連結される。

個々の反応装置においては、化学平衡に起因して、制限された、例えば、２０％のメタン転化率しか達成されないため、反応装置系は、便宜的に、相前後して連結された多数の反応装置段を有し、該反応装置段はいずれも触媒材料を有する。本発明の範囲内には、生成物ガスが、個々の反応装置段の間で冷却されることもまた包含される。用途に応じて、合成ガスの更なる処理段階、例えば、ガス乾燥及びＣＯ_２の除去を設けることができ、その際、この処理段階は、反応装置系の内部又は該反応装置系とは別に実現することができる。

以下に、本発明を、実施形態を示す図面に関連して説明する。

図１は、合成ガスからメタン含有ガスを製造するためのメタン製造装置を示す図である。 図２は、図１に示されたメタン製造装置の変形を示す図である。

図１及び図２は、一酸化炭素及び水素を含有する合成ガスをメタン化するための、触媒材料を含む反応装置系１を有するメタン製造装置を示している。反応装置系１のインレットには、該合成ガスのための導管２が連結されており、その際、反応装置系１のアウトレット側には、配管系３が連結されている。反応装置系１を出るプロセスガス流は、生成物ガス流と再循環ガス流とに分割され、その際、再循環ガス流は、エジェクター５を使ってフィードバック管４を通って反応装置系１のインレットへフィードバックされる。そのためにエジェクター５は、吸い込み側で配管系３に、そして圧力側で反応装置系１のインレットに連結される。反応装置系１とエジェクター５との間には、冷却器６が配管系３中に配置される。

配管系３は、流れの方向に見てフィードバック管４の分岐の後に圧縮機７を含み、該圧縮機は、生成物ガス流をさらに圧縮する。フィードバック管４の分岐と圧縮機７との間には、少なくとも一つの更なる冷却器６’が配置される。それについて、これは、高温に対して圧縮機７の特別な設計が必要とされない限り、生成物ガス流の温度を低下させるのに利用される。

図１によれば、圧縮された生成物ガス流の一部は、圧縮機７の下流で外部に移され、そして、駆動管８によってエジェクター５の駆動入口へ誘導される。導管２中の合成ガスが、典型的に、３０〜５０バールの圧力で反応装置系１中へ導入される一方で、圧縮機の下流における生成物ガスの圧力は、好ましくは６０〜８０バールに達する。明らかにより高い圧力に基づいて、再循環ガス流を輸送し、そして相当する圧力損失を相殺可能にするには、生成物ガス流のわずかな部分で十分である。図１によれば、駆動媒体として利用されない生成物ガスの部分は、制限されることなく更に利用するために、蓄圧器又は有益ガス配管系に誘導される。

図２は、図１とは異なり、全生成物ガスが、圧縮機７による圧縮後に有益ガス配管系９、例えば、天然ガス輸送網へ供給される実施形態を示している。その際に、駆動管８は、有益ガス配管系９に連結されている。図示されているメタン製造装置を用いることにより、例えば、合成の天然ガス（ＳＮＧ）を天然ガス輸送網へ輸送することができる。また、駆動管８をメタン製造装置を始動させるのにも利用できる、という利点がもたらされる。反応装置系１を、有益ガス中に含有され得る硫黄成分から保護するために、図２により、駆動管８中に精密脱硫（Ｆｅｉｎｅｎｔｓｃｈｗｅｆｅｌｕｎｇ）するための装置１０が設けられる。

Claims (7)

1. 合成ガスからメタン含有ガスを製造する方法であって、
   その際、一酸化炭素及び水素を含む合成ガスが、メタン化するために触媒材料を有する反応装置系（１）に供給され、
   その際、該反応装置系（１）を出るプロセスガス流が、生成物ガス流と再循環ガス流とに分割され、
   その際、該再循環ガス流が、エジェクター（５）によって輸送され、そして冷却のために反応装置系（１）中へ導入される、該方法であって、
   該生成物ガス流が、反応装置系（１）に供給される合成ガスの圧力よりも大きい圧力に圧縮され、そして、圧縮された生成物ガスが駆動媒体として該エジェクター（５）に供給されることを特徴とする、上記の方法。
2. 合成ガスからメタン含有ガスを製造する方法であって、
   その際、一酸化炭素及び水素を含む合成ガスが、メタン化するために触媒材料を有する反応装置系（１）に供給され、
   その際、該反応装置系（１）を出るプロセスガス流が、生成物ガス流と再循環ガス流とに分割され、
   その際、該再循環ガス流が、エジェクター（５）によって輸送され、そして冷却するために該反応装置系（１）中へ導入される、該方法であって、
   該生成物ガス流が、該反応装置系（１）に供給される合成ガスの圧力よりも大きい圧力に圧縮され、該生成物ガス流が、有益ガス配管系（９）中へ導入され、そして、該有益ガス配管系（９）からの有益ガスが駆動媒体として該エジェクター（５）に供給されることを特徴とする、上記の方法。
3. 前記エジェクター（５）に駆動媒体として供給された有益ガスが、精密脱硫（Ｆｅｉｎｅｎｔｓｃｈｗｅｆｅｌｕｎｇ）に供されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記有益ガス配管系（９）が天然ガス輸送網であることを特徴とする、請求項２又は３に記載の方法。
5. 前記合成ガスが、３０〜５０バールの圧力で前記反応装置系（１）に供給されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
6. 前記生成物ガス流が、６０〜８０バールの圧力に圧縮されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法を実施するためのメタン製造装置であって、
   合成ガスのための導管（２）のインレットが連結された、メタン化のための触媒材料を含む反応装置系（１）、
   該反応装置系（１）のアウトレット側に連結された配管系（３）、
   フィードバック管（４）中のエジェクター（５）であって、その際、該エジェクター（５）の吸い込み側は配管系（３）に、そして該エジェクター（５）の圧力側は該反応装置系（１）のインレットに連結される、該エジェクター、
   少なくとも一つの冷却器（６）であって、該フィードバック管（４）中に、又は配管系（３）中における該反応装置系（１）と該エジェクター（５）との間に配置される、該冷却器、
   を有する、該装置であって、
   該配管系（３）が、流れの方向に見て該フィードバック管（４）の分岐の後に圧縮機（７）を含み、その際、該エジェクター（５）の駆動入口中へ流れ込む駆動管（８）が、流れの方向に見て該圧縮機（７）の後で、該配管系（３）又は該配管系（３）と接続されたメタン含有ガスのための有益ガス配管系（９）に連結されることを特徴とする、上記の装置。

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