JP2015503497A - 合成ガスの生成方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
Cコンバーター9内で、次の反応が起こる:
C + H2O → CO + H2 +131.38kJ/mol 吸熱反応
CO + H2O → CO2 + H2 −41.19kJ/mol 発熱反応
ブドワール平衡において、次の反応が起こる:
2C + O2 → 2CO +172.58kJ/mol 吸熱反応
CnHm + エネルギー → nC + m/2H2
C + H2O → CO + H2; ΔH = +131.38kJ/mol
それゆえ、例えば、a)合成ガスのみを排出すること、b)水素のみを排出すること、c)COと水素の合成ガス混合物を排出すること、またはd)水性ガスの流れ、水素の流れ、および合成ガス混合物(COと水素との間のいずれの比率でもよい)または一酸化炭素と水素の異なった比率を持った各種の合成ガスの流れを排出することが可能である。
nCO +(2n+1)H2→ CnH2n+2 + nH2O アルカン用
nCO +(2n)H2→ CnH2n + nH2O アルケン用
nCO +(2n)H2→CnH2n+1OH +(n−1)H2O アルコール用
この炭素は、ゴム工業における充填材、カラー印刷、インク、塗料用の色のついたすすとして、または例えば、亜鉛炭素電池、及び陰極または陽極の生成用の電気部品の生成のための出発原料として使用可能である工業的に重要な生成物である。余剰の水素は化学工業のために転用可能であり、また、電気(燃焼によってまたは燃料電池によって)を発生するために使用可能である。ここで、低温炭化水素コンバーター3bは、好ましくは低温炭化水素コンバーター3bが必要な付加的な水素を提供するのみであるように操作される。
例1
メタン1部を炭化水素コンバーターで分解する場合、1部の炭素と2部の水素が得られる。Cコンバーターにおいて、炭素は1部の水と反応し、1部の一酸化炭素と1部の水素を形成する。1.1部の水素を加えた後、合成ガスがCOコンバーターで反応しパラフィン(炭化水素化合物)へと変換される。その後、依然として充分な水素はパラフィンを更なる工程でディーゼル、オットー燃料またはケロシンに分解するために利用される。
例2
プロパン(ブタン)1部を炭化水素コンバーターで分解する場合、3(4)部のカーボンと4(5)部の水素が得られる。Cコンバーターにおいて炭素は3(4)部の水と反応し、3(4)部の一酸化炭素と3(4)部の水素を形成する。3.3(4.4)部の水素を加えた後、合成ガスがCOコンバーターで反応しパラフィンへと変換される。いずれの場合においても、残留する水素の量はパラフィンを更なる工程でディーゼル、オットー燃料またはケロシンに分解するためにまさに充分である。
例3
1部の重油(例えばC20H42)を炭化水素コンバーターで分解する場合、20部の炭素と21部の水素が得られる。Cコンバーターで炭素は20部の水と反応し、20部の一酸化炭素と20部の水素を形成する。21部の水素を加えた後、合成ガスが別のCOコンバーターにおいて反応し20部のメタノールに変換される。
ヨーロッパ特許公開公報EP0219163Aは、炭化水素を第一反応室で分解し炭素と水素を生成し、炭素を第二反応室に搬送し水と接触反応させる合成ガスの生成方法を開示している。
国際公開公報WO00/06671A1は、第一反応室において空気の存在下で生物学的物質を炭素と水蒸気やCO 2 等の廃ガスに変換し、第二反応室において合成ガスが前記炭素と水蒸気から生成される合成ガスの生成方法を開示している。
Claims (31)
- エネルギーを導入することによって炭化水素を含んだ流体を炭素と水素に分解し、エネルギーの少なくとも一部は熱によって提供され、炭素と水素は分解工程の後に少なくとも200℃の温度を有し、
水を前記分解工程によって生成された炭素の少なくとも一部と800℃から1700℃の温度で接触させ、炭素を水と接触させる際には、分解工程で得られた炭素は前記分解工程後、その温度の50%以下の温度(℃)だけ冷却する状態であり、
前記分解工程で得られた炭素と水の少なくとも一部を合成ガスに変換することを特徴とする合成ガス生成方法。 - 分解工程は1000℃以上の温度で起こり、炭素は少なくとも1000℃の温度、特に1000℃から1200℃の温度で水と接触することを特徴とする請求項1に記載の合成ガス生成方法。
- 変換のための800℃から1700℃の温度に到達することが必要な熱は、炭化水素を含んでいる流体を分解するために提供された熱から本質的に、且つ、完全に生ずることを特徴とする請求項1または2記載の合成ガス生成方法。
- 前記分解工程で得られた炭素及び前記分解工程で得られた水素は共に水と接触することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の合成ガス生成方法。
- 炭素を水と接触させる工程の前に、前記分解工程で得られた炭素は前記分解工程で得られた水素と分離されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の合成ガス生成方法。
- 分解工程によって得られた炭素の少なくとも一部及び/又は分解工程によって得られた水素の一部の熱の少なくとも一部は、水を炭素と接触させる前に水を加熱するために用いられ及び/又は水が炭素と接触するプロセス室を加熱するために用いられることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の合成ガス生成方法。
- 合成ガスは変換後に800℃から1700℃の温度を有し、合成ガスの熱の少なくとも一部は水及び/又はプロセスのために用いられる他の媒体を予熱するために使用されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の合成ガス生成方法。
- 分解工程によって得られた炭素の少なくとも一部及び/又は分解工程によって得られた水素の一部及び/又は合成ガスの一部の熱の少なくとも一部は、発電のために用いられ、電気は、特に、炭化水素を含有する流体を分解するためのエネルギーを導入するエネルギーキャリアーとして提供されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の合成ガス生成方法。
- 炭化水素含有流体を分解するエネルギーは主としてプラズマによって導入されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の合成ガス生成方法。
- 分解工程はクバーナー反応器によって行われることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の合成ガス生成方法。
- 付加的な水素及び/又は一酸化炭素が変換によって発生した合成ガスに加えられることを特徴とする合成ガス生成方法。
- 付加的な水素は、少なくとも部分的には熱によるエネルギーの導入によって炭化水素含有流体を炭素と水素に分解することによって発生することを特徴とする請求項11に記載の合成ガス生成方法。
- 付加的な水素の少なくとも一部は、1000℃以下の温度、特に、600℃以下の温度でマイクロ波プラズマによって炭化水素含有流体を分解することによって発生することを特徴とする請求項12に記載の合成ガス生成方法。
- 合成ガス中のCOと水素の比率は1:1から1:3の値、特に約1:2.1の値を有することを特徴とする請求項11乃至13のいずれか1項に記載の合成ガス生成方法。
- 官能基を有する及び/又は官能基を有さない合成炭化水素生成方法であって、
請求項1乃至14のいずれか1項に記載の方法により合成ガスを最初に発生させ、合成ガスを官能基を有する及び/又は官能基を有さない合成炭化水素に変換するために、合成ガスを適当な触媒と接触させ、触媒及び/又は合成ガスの温度は所定範囲の温度に開ループ制御又は閉ループ制御されることを特徴とする官能基を有する及び/又は官能基を有さない合成炭化水素生成方法。 - 合成ガスの変換はフィッシャー・トロプシュプロセス、特にSMDSプロセスによって実施されることを特徴とする請求項15に記載の官能基を有する及び/又は官能基を有さない合成炭化水素生成方法。
- 合成ガスの変換はベルギウス・ピアプロセス、ピアプロセス又はピアプロセスとMtLプロセスの組み合わせによって実施されることを特徴とする請求項15に記載の官能基を有する及び/又は官能基を有さない合成炭化水素生成方法。
- 分解される炭化水素含有流体は天然ガス、メタン、湿性ガス、重油又はそれらの混合物であることを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載の合成ガス生成方法。
- 合成ガス生成装置であって、
炭化水素含有流体を炭素と水素に分解する炭化水素コンバーターを備え、
炭化水素コンバーターは、炭化水素含有流体用の少なくとも一つの入口と炭素及び/又は水素用の少なくとも一つの出口と、少なくとも部分的に熱からなるエネルギーをプロセス室に導入するための少なくとも一つのユニットとを有した少なくとも一つのプロセス室を備え、
水と炭素の変換用のCコンバーターを備え、
Cコンバーターは、水用の少なくとも一つの入口と、少なくとも炭素用の少なくとも一つの入口と、少なくとも一つの出口とを有した少なくとも一つの別のプロセス室を備え、
少なくとも炭素用の入口は、炭化水素コンバーターの少なくとも一つの出口に直接的に接続されていることを特徴とする合成ガス生成装置。 - エネルギーをプロセス室に導入するための少なくとも一つのユニットは、そのユニットが少なくとも局部的に1000℃以上の温度を発生することができるように設計されていることを特徴とする請求項19に記載の合成ガス生成装置。
- エネルギーをプロセス室に導入するための少なくとも一つのユニットは、プラズマユニット、特にマイクロ波プラズマユニットからなることを特徴とする請求項19又は20に記載の合成ガス生成装置。
- Cコンバーターのプロセス室は炭化水素コンバーターの出口パイプによって形成され、出口パイプは水用の入口に接続されていることを特徴とする請求項19乃至21のいずれか1項に記載の合成ガス生成装置。
- 分解によって得られた炭素と分解によって得られた水素とを分離する分離ユニットを更に備え、この分離ユニットは分離ユニットから排出される分離された物質用の個別の出口を有し、炭素用の出口はCコンバーターに接続されていることを特徴とする請求項19乃至22のいずれか1項に記載の合成ガス生成装置。
- 炭化水素コンバーターはクバーナー反応器からなることを特徴とする請求項19乃至23のいずれか1項に記載の合成ガス生成装置。
- Cコンバーター又はCコンバーターの下流に位置する混合室に水素又は一酸化炭素を導くための少なくとも一つの個別の入口パイプを更に備えることを特徴とする合成ガス生成装置。
- 炭化水素含有流体を炭素と水素に分解する少なくとも一つの付加的な炭化水素コンバーターを有し、前記炭化水素コンバーターは、
炭化水素含有流体用の少なくとも一つの入口を有した少なくとも一つのプロセス室と、
少なくとも部分的に熱からなるエネルギーをプロセス室に導入するための少なくとも一つのユニット、
分解によって得られた炭素と分解によって得られた水素とを分離する分離ユニットとを備え、
分離ユニットは炭素と水素用の個別の出口を有し、水素用の出口は水素用の別の入口に接続されていることを特徴とする請求項25に記載の合成ガス生成装置。 - 少なくとも一つの付加的な炭化水素コンバーターは1000℃以下の温度、特に600℃以下の温度でマイクロ波プラズマによって分解を実行するタイプであることを特徴とする請求項26に記載の合成ガス生成装置。
- 合成ガスを官能基を有する及び/又は官能基を有さない合成炭化水素に変換する装置であって、
請求項25乃至27のいずれか1項に記載の装置と、
触媒が位置するプロセス室と、合成ガスを触媒に接触させる手段と、触媒の温度及び/又は合成ガスの温度を所定の温度に開ループ制御又は閉ループ制御する制御ユニットとを有したCOコンバーターとを備えたことを特徴とする合成ガスの炭化水素への変換装置。 - COコンバーターはフィッシャー・トロプシュコンバーター、特にSMDSコンバーターからなることを特徴とする請求項28に記載の合成ガスの炭化水素への変換装置。
- COコンバーターはベルギウス・ピアコンバーター、ピアコンバーター又はピアコンバーターとMtLコンバーターの組み合わせからなることを特徴とする請求項28に記載の合成ガスの炭化水素への変換装置。
- COコンバーター内の合成ガスの圧力を開ループ制御又は閉ループ制御する制御ユニットを更に備えたことを特徴とする請求項28乃至30のいずれか1項に記載の合成ガスの炭化水素への変換装置。
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