JP2019048743A - Modification method of hydrocarbon-containing gas, modification system of hydrocarbon-containing gas, manufacturing method of organic oxide and manufacturing system of organic oxide - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化水素含有ガスの改質方法、炭化水素含有ガスの改質システム、有機酸素化物の製造方法及び有機酸素化物の製造システムに関する。 The present invention relates to a method for reforming a hydrocarbon-containing gas, a system for reforming a hydrocarbon-containing gas, a method for producing an organic oxygenate, and a system for producing an organic oxygenate.
近年、廃木材等の木質系のバイオマス、稲わら等の草本系のバイオマス等のセルロース系バイオマスからエタノール等の有機酸素化物を製造する技術がある。
バイオマスから有機酸素化物を製造する技術としては、バイオマスを水素及び一酸化炭素を含む混合ガスに変換し、この混合ガスを触媒に接触させて有機酸素化物を合成する方法がある。バイオマスを混合ガスに変換する方法としては、ガス化炉を用いる方法がある。しかし、得られた混合ガスの組成が不適切であると、未反応原料が残存し、多くの副生成物が生成する。
In recent years, there is a technology for producing an organic oxygenated product such as ethanol from cellulosic biomass such as woody biomass such as waste wood and herbaceous biomass such as rice straw.
As a technology for producing organic oxygenates from biomass, there is a method of converting biomass into a mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide, contacting the mixed gas with a catalyst to synthesize organic oxygenates. As a method of converting biomass into mixed gas, there is a method of using a gasifier. However, if the composition of the obtained mixed gas is inadequate, unreacted raw materials remain and many byproducts are produced.
こうした問題に対し、特許文献1は、エタノール合成工程後に未反応原料(水素、一酸化炭素)及び炭化水素(メタン、エタン等)を分離し、分離したガスを改質して水素及び一酸化炭素とし、改質したガスをエタノール合成工程に循環する発明を開示している。特許文献1の発明は、炭化水素を水素及び一酸化炭素に改質し、これを原料として利用することで、エタノールの生産性の向上を図っている。 In order to address these problems, Patent Document 1 separates unreacted raw materials (hydrogen, carbon monoxide) and hydrocarbons (methane, ethane, etc.) after the ethanol synthesis step, reforms the separated gas and reforms the hydrogen and carbon monoxide. The invention discloses that the reformed gas is recycled to the ethanol synthesis step. The invention of Patent Document 1 improves the productivity of ethanol by reforming hydrocarbons into hydrogen and carbon monoxide and using them as a raw material.
エタノール合成工程後に分離したガスは、20〜40mol%の炭化水素を含むことがある。このため、炭化水素を有効に利用し、エタノール等の有機酸素化物の生産性をさらに高める必要がある。従来、炭化水素を水素及び一酸化炭素に改質する方法として、触媒を用いる方法がある。
しかしながら、触媒を用いる改質方法では、炭化水素の変換効率が低かった。加えて、高濃度の一酸化炭素の存在下では、触媒の性能が早期に低下してしまう。このため、従来技術は、炭化水素から水素及び一酸化炭素への変換効率を改善できていない。
さらに、炭化水素を改質する際には、高温の水蒸気を加え、750℃以上の温度条件で改質する。このため、従来技術は、多大な熱エネルギーを必要とする。
そこで、本発明は、有機酸素化物の生産性をさらに高めることを目的とする。
The gas separated after the ethanol synthesis step may contain 20 to 40 mol% of hydrocarbons. For this reason, it is necessary to use hydrocarbons effectively to further increase the productivity of organic oxygenates such as ethanol. Conventionally, there is a method of using a catalyst as a method of reforming hydrocarbons to hydrogen and carbon monoxide.
However, in the reforming method using a catalyst, the conversion efficiency of hydrocarbons was low. In addition, in the presence of high concentrations of carbon monoxide, the performance of the catalyst is reduced prematurely. For this reason, the prior art has not been able to improve the conversion efficiency of hydrocarbons to hydrogen and carbon monoxide.
Furthermore, when reforming hydrocarbons, high temperature steam is added, and reforming is performed at a temperature condition of 750 ° C. or higher. For this reason, the prior art requires a great deal of heat energy.
Then, an object of the present invention is to further improve the productivity of organic oxygenates.
本発明者らは、鋭意検討した結果、以下の知見を得た。
水素及び一酸化炭素の存在下で、炭化水素及び水蒸気から水素及び一酸化炭素を合成しようとしても、変換効率が高まらない。これは、炭化水素及び水蒸気から水素及び一酸化炭素への合成反応が可逆的なためである。
水素濃度を低めた状態で、炭化水素及び酸素から二酸化炭素を合成し、次いで二酸化炭素と炭化水素から一酸化炭素を合成することで、効率的に炭化水素を一酸化炭素に変換できる。
本発明は、上記知見に基づき完成されたものである。
As a result of intensive studies, the present inventors obtained the following findings.
Attempts to synthesize hydrogen and carbon monoxide from hydrocarbons and steam in the presence of hydrogen and carbon monoxide do not increase the conversion efficiency. This is because the synthesis reaction from hydrocarbon and steam to hydrogen and carbon monoxide is reversible.
Hydrocarbons can be efficiently converted to carbon monoxide by synthesizing carbon dioxide from hydrocarbons and oxygen at a low hydrogen concentration and then synthesizing carbon monoxide from carbon dioxide and hydrocarbons.
The present invention has been completed based on the above findings.
本発明は、以下の態様を有する。
[1]水素及び炭化水素を含む炭化水素含有ガスから水素を分離して、水素を含む第一の分離ガスと、炭化水素を含む第二の分離ガスとし、前記第二の分離ガスを改質して、二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスとし、前記二酸化炭素含有ガスを改質して、水素及び一酸化炭素を含む改質ガスを得る、炭化水素含有ガスの改質方法。
[2]水素及び一酸化炭素を含む混合ガスを合成触媒に接触させて、有機酸素化物、水素及び炭化水素を含む生成ガスとし、前記生成ガスから前記有機酸素化物を分離して、残部を水素及び炭化水素を含む炭化水素含有ガスとし、前記炭化水素含有ガスから水素を分離して、水素を含む第一の分離ガスと、炭化水素を含む第二の分離ガスとし、前記第二の分離ガスを改質して、二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスとし、前記二酸化炭素含有ガスを改質して、水素及び一酸化炭素を含む改質ガスとし、前記改質ガスを前記合成触媒に接触させる、有機酸素化物の製造方法。
[3]前記第二の分離ガスから炭化水素の一部を分離し、分離した炭化水素及び前記二酸化炭素含有ガスを改質して、前記改質ガスとする、[2]に記載の有機酸素化物の製造方法。
[4]前記混合ガスから二酸化炭素を分離し、分離した二酸化炭素を前記二酸化炭素含有ガスと共に改質して、前記改質ガスとする、[2]又は[3]に記載の有機酸素化物の製造方法。
[5]前記第一の分離ガスを前記合成触媒に接触させる、[2]〜[4]のいずれかに記載の有機酸素化物の製造方法。
The present invention has the following aspects.
[1] Hydrogen is separated from a hydrocarbon-containing gas containing hydrogen and hydrocarbons to form a first separated gas containing hydrogen and a second separated gas containing hydrocarbons, and the second separated gas is reformed And a carbon dioxide-containing gas containing carbon dioxide, and reforming the carbon dioxide-containing gas to obtain a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide.
[2] A mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide is brought into contact with a synthesis catalyst to form a product gas containing an organic oxygenate, hydrogen and a hydrocarbon, the organic oxygenate is separated from the product gas, and the balance is hydrogen And a hydrocarbon-containing gas containing hydrocarbon, hydrogen is separated from the hydrocarbon-containing gas, and a first separated gas containing hydrogen and a second separated gas containing hydrocarbon, the second separated gas Is reformed into a carbon dioxide-containing gas containing carbon dioxide, and the carbon dioxide-containing gas is reformed into a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide, and the reformed gas is brought into contact with the synthesis catalyst , Methods of producing organic oxygenates.
[3] The organic oxygen according to [2], wherein a portion of hydrocarbon is separated from the second separated gas, and the separated hydrocarbon and the carbon dioxide-containing gas are reformed to be the reformed gas Manufacturing method of
[4] The organic oxygenate according to [2] or [3], wherein carbon dioxide is separated from the mixed gas, and the separated carbon dioxide is reformed together with the carbon dioxide-containing gas to obtain the reformed gas. Production method.
[5] The method for producing an organic oxygenate according to any one of [2] to [4], wherein the first separated gas is brought into contact with the synthesis catalyst.
[6]水素及び炭化水素を含む炭化水素含有ガスから水素を分離して、水素を含む第一の分離ガスと、炭化水素を含む第二の分離ガスとする第一の分離装置と、前記第二の分離ガスを改質して、二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスとする第一の改質装置と、前記二酸化炭素含有ガスを改質して、水素及び一酸化炭素を含む改質ガスとする第二の改質装置とを備える、炭化水素含有ガスの改質システム。
[7]水素及び一酸化炭素を含む混合ガスを合成触媒に接触させて、有機酸素化物、水素及び炭化水素を含む生成ガスとする合成装置と、前記生成ガスから前記有機酸素化物を分離して、残部を水素及び炭化水素を含む炭化水素含有ガスとする酸素化物分離装置と、前記炭化水素含有ガスから水素を分離して、水素を含む第一の分離ガスと、炭化水素を含む第二の分離ガスとする水素分離装置と、前記第二の分離ガスを改質して、二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスとする第一の改質装置と、前記二酸化炭素含有ガスを改質して、水素及び一酸化炭素を含む改質ガスとする第二の改質装置と、前記改質ガスを前記合成装置に供給する配管と、を備える有機酸素化物の製造システム。
[8]前記第二の分離ガスから炭化水素の一部を分離する炭化水素分離装置と、分離した炭化水素及び前記二酸化炭素含有ガスを前記第一の改質装置に供給する配管とを備える、[7]に記載の有機酸素化物の製造システム。
[9]前記混合ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離装置と、分離した二酸化炭素を前記第二の改質装置に供給する配管とを備える、[7]又は[8]に記載の有機酸素化物の製造システム。
[10]前記第一の分離ガスを前記合成装置に供給する配管を備える、[7]〜[9]のいずれか一項に記載の有機酸素化物の製造システム。
[6] A first separation device for separating hydrogen from a hydrocarbon-containing gas containing hydrogen and hydrocarbon to obtain a first separated gas containing hydrogen and a second separated gas containing hydrocarbon, (B) reforming the separated gas into a carbon dioxide-containing gas containing carbon dioxide, and reforming the carbon dioxide-containing gas into a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide And a second reformer for reforming a hydrocarbon-containing gas.
[7] A synthesis apparatus for contacting a mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide with a synthesis catalyst to form a product gas containing organic oxygenate, hydrogen and hydrocarbon, and separating the organic oxygenate from the product gas An oxygenate separation device using hydrogen and a hydrocarbon containing gas containing hydrocarbon, hydrogen separated from the hydrocarbon containing gas, a first separated gas containing hydrogen, and a second containing hydrocarbon A hydrogen separation device serving as a separated gas, a first reforming device serving as a carbon dioxide-containing gas by reforming the second separated gas, and a carbon dioxide-containing gas; A system for producing an organic oxygenate, comprising: a second reformer configured to be a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide; and a pipe for supplying the reformed gas to the synthesis apparatus.
[8] A hydrocarbon separation apparatus for separating a part of hydrocarbons from the second separated gas, and a pipe for supplying separated hydrocarbons and the carbon dioxide-containing gas to the first reforming apparatus. The manufacturing system of the organic oxygenate as described in [7].
[9] The organic oxygen according to [7] or [8], comprising: a carbon dioxide separator for separating carbon dioxide from the mixed gas; and a pipe for supplying the separated carbon dioxide to the second reformer. Manufacturing system.
[10] The system for producing an organic oxygenate according to any one of [7] to [9], including a pipe for supplying the first separated gas to the synthesis apparatus.
本稿において、「有機酸素化物」は、酢酸、エタノール、アセトアルデヒド、メタノール、プロパノール、蟻酸メチル、蟻酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル等、炭素原子と水素原子と酸素原子からなる分子である。
本稿において、「CO転化率」は、「混合ガス中のCOのモル数のうち、消費されたCOのモル数が占める百分率」である。
In the present invention, "organic oxygenate" is a molecule consisting of carbon atom, hydrogen atom and oxygen atom, such as acetic acid, ethanol, acetaldehyde, methanol, propanol, methyl formate, ethyl formate, methyl acetate, ethyl acetate and the like.
As used herein, “CO conversion” is “the percentage of the number of moles of CO in the mixed gas that is occupied by the number of moles of CO consumed”.
本発明の有機酸素化物の製造方法によれば、有機酸素化物の生産性をさらに高められる。 According to the method for producing an organic oxygenate of the present invention, the productivity of the organic oxygenate can be further enhanced.
本発明の炭化水素含有ガスの改質システム(以下、単に「改質システム」ということがある)は、水素分離装置と、第一の改質装置と、第二の改質装置とを備える。
本発明の有機酸化物の製造システム(以下、単に「製造システム」ということがある)は、水素及び一酸化炭素を含む混合ガスを合成触媒に接触させて、有機酸素化物、水素及び炭化水素を含む生成ガスとする合成装置と、第一の分離装置とを備える。
以下、本発明の一実施形態に係る改質システム及び製造システムについて、図面を参照して説明する。
The system for reforming a hydrocarbon-containing gas of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as "reforming system") comprises a hydrogen separator, a first reformer, and a second reformer.
The organic oxide production system of the present invention (hereinafter sometimes referred to simply as “production system”) comprises contacting a mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide with a synthesis catalyst to produce organic oxygenates, hydrogen and hydrocarbons. A synthesis apparatus is used as a product gas to be contained, and a first separation apparatus.
Hereinafter, a reforming system and a manufacturing system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1の製造システム1は、改質システム2を備える。
製造システム1は、ガス化装置10と、二酸化炭素分離装置20と、合成装置30と、酸素化物分離装置40と、水素分離装置50と、炭化水素分離装置60と、第一の改質装置70と、第二の改質装置80とを備える。加えて、製造システム1は、酸素化物貯留装置45と、酸素供給源75とを備える。
製造システム1は、配管12、配管22、配管24、配管32、配管42、配管44、配管52、配管54、配管62、配管64、配管72、配管74、配管82を備える。
配管12は、ガス化装置10と二酸化炭素分離装置20とを接続している。配管22は、二酸化炭素分離装置20と合成装置30とを接続している。配管24は、二酸化炭素分離装置20と第二の改質装置80とを接続している。配管32は、合成装置30と酸素化物分離装置40とを接続している。配管42は、酸素化物分離装置40と水素分離装置50とを接続している。配管44は、酸素化物分離装置40と酸素化物貯留装置45とを接続している。配管52は、水素分離装置50と炭化水素分離装置60とを接続している。配管54は、水素分離装置50と合成装置30とを接続している。配管62は、炭化水素分離装置60と第一の改質装置70とを接続している。配管64は、炭化水素分離装置60と第二の改質装置80とを接続している。配管72は、第一の改質装置70と第二の改質装置80とを接続している。配管74は、第一の改質装置70と酸素供給源75とを接続している。配管82は、第二の改質装置80と合成装置30とを接続している。
本実施形態において、改質システム2は、水素分離装置50と、配管52と、炭化水素分離装置60と、配管62と、配管64と、第一の改質装置70と、配管72と、配管74と、酸素供給源75と、第二の改質装置80とを備える。
The manufacturing system 1 of FIG. 1 includes a reforming
The manufacturing system 1 includes a
The manufacturing system 1 includes the
The
In the present embodiment, the reforming
ガス化装置10は、水素及び一酸化炭素を含む混合ガスを生成する装置である。ガス化装置10は、例えば、一般廃棄物、産業廃棄物等を燃料とするガス化炉等である。
The
二酸化炭素分離装置20は、二酸化炭素分離膜を備える分離機(膜式分離機)、圧力変動吸着ガス分離機(PSA)、温度変動吸着ガス分離機(TSA)、アミン吸着型除去装置等である。中でも、膜式分離機が好ましい。なお、アミン吸着型除去装置は、例えば、アミン水溶液に二酸化炭素を溶解させるスクラバー等である。
The carbon
合成装置30は、混合ガスを合成触媒に接触させて、有機酸素化物を含む生成ガスを得る装置である。
合成装置30は、例えば、合成触媒の反応床を有する反応塔である。反応床は、固定床でも、流動床でもよい。
合成触媒は、混合ガスから有機酸素化物を合成できる触媒であればよい。合成触媒は、例えば、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金から選択される1種以上の白金族元素を含む金属触媒である。
The
The
The synthesis catalyst may be any catalyst that can synthesize organic oxygenates from a mixed gas. The synthesis catalyst is a metal catalyst containing, for example, one or more platinum group elements selected from ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium and platinum.
CO転化率をさらに高める観点から、合成触媒は、白金族元素以外の金属(任意触媒金属)を含有してもよい。任意触媒金属は、例えば、水素化活性金属、助活性金属である。 From the viewpoint of further increasing the CO conversion, the synthesis catalyst may contain a metal other than a platinum group element (optional catalyst metal). The optional catalyst metal is, for example, a hydrogenation active metal or co-active metal.
水素化活性金属は、例えば、アルカリ金属、周期表の第6〜10族に属する元素から選ばれる1種以上の元素である。
アルカリ金属は、例えば、リチウム、ナトリウムである。第6族に属する元素は、例えば、クロム、モリブデンである。周期表の第7族に属する元素は、例えば、マンガン、レニウムである。周期表の第8族に属する元素は、例えば、ルテニウムである。周期表の第9族に属する元素(ただし、白金族元素を除く)は、例えば、コバルトである。周期表の第10族に属する元素(ただし、白金族元素を除く)は、例えば、ニッケルである。
これらの水素化活性金属は、1種単独でもよいし、2種以上を組み合わされてもよい。また、これらの水素化活性化金属の一部又は全部は、酸化物又は硫化物でもよい。
The hydrogenation active metal is, for example, one or more elements selected from alkali metals and elements belonging to Groups 6 to 10 of the periodic table.
The alkali metal is, for example, lithium or sodium. The element which belongs to 6th group is chromium and molybdenum, for example. The elements belonging to Group 7 of the periodic table are, for example, manganese and rhenium. An element belonging to Group 8 of the periodic table is, for example, ruthenium. An element belonging to Group 9 of the periodic table (except for platinum group elements) is, for example, cobalt. An element belonging to Group 10 of the periodic table (except for platinum group elements) is, for example, nickel.
These hydrogenation active metals may be used alone or in combination of two or more. Also, some or all of these hydrogenation activation metals may be oxides or sulfides.
助活性金属は、例えば、チタン、バナジウム、クロム、ホウ素、マグネシウム、ランタノイド及び周期表の第13族に属する元素から選択される1種以上である。中でも助活性金属としては、チタン、マグネシウム、バナジウムが好ましく、チタンがより好ましい。 The auxiliary metal is, for example, one or more selected from titanium, vanadium, chromium, boron, magnesium, a lanthanoid and an element belonging to Group 13 of the periodic table. Among them, titanium, magnesium and vanadium are preferable as the auxiliary metal, and titanium is more preferable.
合成触媒は、金属を担持する担体を有してもよい。担体の種類は特に限定されず、従来の触媒に用いられている担体を適用できる。担体としては、多孔質担体が好ましい。
多孔質担体の材質は、例えば、シリカ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、アルミナ、ゼオライト等である。多孔質担体としては、シリカが好ましい。市場では、比表面積や細孔直径が異なる種々のシリカを入手できる。
多孔質担体の好適な大きさは、例えば、粒子径0.5〜5000μmである。
多孔質担体の好適な全細孔容積は、例えば、0.01〜1.0mL/gである。
多孔質担体の好適な平均細孔直径は、例えば、0.01〜20nmである。
多孔質担体の好適な比表面積は、例えば、1〜1000m2/gである。
The synthesis catalyst may have a metal-supported carrier. The type of support is not particularly limited, and supports used in conventional catalysts can be applied. As a carrier, a porous carrier is preferred.
The material of the porous carrier is, for example, silica, zirconia, titania, magnesia, alumina, zeolite or the like. As the porous carrier, silica is preferred. In the market, various silicas having different specific surface areas and pore diameters are available.
The preferred size of the porous carrier is, for example, a particle size of 0.5 to 5000 μm.
The suitable total pore volume of the porous carrier is, for example, 0.01 to 1.0 mL / g.
A suitable average pore diameter of the porous carrier is, for example, 0.01 to 20 nm.
The suitable specific surface area of the porous carrier is, for example, 1 to 1000 m 2 / g.
担体100質量部に対する白金族元素の担持量は、例えば、0.5〜10質量部である。
水素化活性金属の担持量は、白金族元素と水素化活性金属との合計が多孔質担体100質量部に対して、例えば、1〜10質量部である。
助活性金属の好適な担持量は、例えば、担体100質量部に対して0.01〜20質量部である。
The supported amount of the platinum group element with respect to 100 parts by mass of the carrier is, for example, 0.5 to 10 parts by mass.
The supported amount of the hydrogenation active metal is, for example, 1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the porous support in total of the platinum group element and the hydrogenation active metal.
The suitable loading amount of the auxiliary metal is, for example, 0.01 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carrier.
好ましい合成触媒の一例は、下記(I)式で表され、(A)成分:ロジウムと、(B)成分:マンガンと、(C)成分:アルカリ金属と、(D)成分:チタンとを含む触媒である。この触媒は、担体に前記(D)成分を担持させて一次担持体とした後、前記一次担持体に前記(A)〜(C)成分を担持させた触媒である。
aA・bB・cC・dD ・・・・(I)
[(I)式中、Aは(A)成分を表し、Bは(B)成分を表し、Cは(C)成分を表し、Dは(D)成分を表し、a、b、c及びdはモル分率を表し、a+b+c+d=1、a=0.05〜0.98、b=0.0005〜0.67、c=0.0005〜0.51、d=0.002〜0.95である。]
An example of a preferable synthesis catalyst is represented by the following formula (I), and contains (A) component: rhodium, (B) component: manganese, (C) component: alkali metal, and (D) component: titanium It is a catalyst. This catalyst is a catalyst in which the components (A) to (C) are supported on the primary support after the support (D) is supported on a carrier to form a primary support.
aA, bB, cC, dD ... (I)
[Wherein A represents component (A), B represents component (B), C represents component (C), D represents component (D), a, b, c and d Represents a mole fraction, a + b + c + d = 1, a = 0.05 to 0.98, b = 0.0005 to 0.67, c = 0.0005 to 0.51, d = 0.002 to 0.95 It is. ]
酸素化物分離装置40は、生成ガスから有機酸素化物を分離して、炭化水素含有ガスとする装置である。
酸素化物分離装置40は、例えば、冷却器、熱交換器、凝縮器、デミスター等の気液分離装置、活性炭を有する吸着装置、蒸留装置又はこれらの組み合わせである。酸素化物分離装置40としては、有機酸素化物を可及的に分離できる装置が好ましい。このため、酸素化物分離装置40としては、2種以上の気液分離装置の組み合わせ、2種以上の気液分離装置と吸着装置との組み合わせが好ましい。酸素化物分離装置40としては、例えば、熱交換器とデミスターとの組み合わせ、熱交換器とデミスターと吸着装置との組み合わせが好ましい。
The
The
酸素化物貯留装置45は、酸素化物分離装置40で分離した有機酸素化物を貯留する装置である。
酸素化物貯留装置45は、例えば、ボンベ等の耐圧容器、貯留槽等である。
The
The
水素分離装置50は、炭化水素含有ガスから水素を分離して、水素を含む第一の分離ガスと、炭化水素を含む第二の分離ガスとする装置である。
水素分離装置50は、例えば、水素分離膜を備える膜分離装置、気液分離装置、PSA、TSA等である。
The
The
炭化水素分離装置60は、第二の分離ガスから炭化水素の一部を分離する装置である。
炭化水素分離装置60は、例えば、気液分離装置、活性炭吸着槽、PSA、TSAである。
The
The
第一の改質装置70は、第二の分離ガスを改質して、二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスとする装置である。
第一の改質装置70は、例えば、燃焼炉である。燃焼炉は、酸素存在下で、対象物質を酸化する。
The
The
第二の改質装置80は、二酸化炭素含有ガスを改質し、水素及び一酸化炭素を含む改質ガスとする装置である。
第二の改質装置80は、例えば、改質炉である。改質炉は、高温、還元雰囲気下で対象物を改質する。
The
The
酸素供給源75は、第一の改質装置70に酸素を供給する。
酸素供給源は、例えば、酸素ボンベ、液化酸素貯留槽、大気を取り込むファン等である。
The
The oxygen supply source is, for example, an oxygen cylinder, a liquefied oxygen storage tank, a fan for taking in air, or the like.
各配管は、例えば、ステンレス製の配管等である。 Each pipe is, for example, a pipe made of stainless steel or the like.
本発明の炭化水素含有ガスの改質方法(以下、単に改質方法ということがある)は、水素分離工程と、第一の改質工程と、第二の改質工程とを有する。
本発明の有機酸素化物の製造方法(以下、単に製造方法ということがある)は、合成工程と、酸素化物分離工程と、前記の改質方法で炭化水素含有ガスを改質する工程とを有する。
以下、本発明の改質方法及び製造方法について、製造システム1を用いた有機酸素化物の製造方法を例にして説明する。
The method for reforming a hydrocarbon-containing gas of the present invention (hereinafter sometimes referred to simply as the reforming method) has a hydrogen separation step, a first reforming step, and a second reforming step.
The method for producing an organic oxygenate of the present invention (hereinafter sometimes referred to simply as the production method) comprises a synthesis step, an oxygenate separation step, and a step of reforming a hydrocarbon-containing gas by the above-mentioned reforming method. .
Hereinafter, the method for producing an organic oxygenate using the production system 1 will be described as an example of the reforming method and the production method of the present invention.
まず、ガス化装置10で、水素及び一酸化炭素を含む混合ガスを得る(ガス化工程)。混合ガスを調製する方法は、例えば、バイオマス、天然ガス、石炭をガス化して、混合ガスを調製する方法等である。
バイオマスをガス化する方法は、例えば、粉砕したバイオマスを水蒸気の存在下で加熱する方法である。加熱温度は、例えば、800〜1000℃である。
First, a mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide is obtained by the gasifier 10 (gasification step). The method of preparing a mixed gas is, for example, a method of gasifying biomass, natural gas, and coal to prepare a mixed gas.
The method of gasifying biomass is, for example, a method of heating pulverized biomass in the presence of water vapor. The heating temperature is, for example, 800 to 1000 ° C.
ガス化工程で得られる混合ガスは、水素及び一酸化炭素を含んでいればよい。
混合ガス中の水素と一酸化炭素との合計は、50体積%以上が好ましく、80体積%以上がより好ましく、90体積%以上がさらに好ましい。水素と一酸化炭素との含有量が多いほど、酸素化物の生成量をより高められ、酸素化物をより効率的に製造できる。
混合ガス中の水素/一酸化炭素で表される体積比(以下、H2/CO比ということがある)は、0.1〜10が好ましく、0.5〜3がより好ましく、1.5〜2.5がさらに好ましい。上記範囲内であれば、後述する合成工程において、化学量論的に適正な範囲となり、酸素化物をより効率的に製造できる。
通常、バイオマスから得られる混合ガスは、二酸化炭素、窒素、硫化水素、シアン化水素及び炭化水素から選ばれる1種以上の任意成分を含む。
混合ガス中の任意成分の含有量は、例えば、10〜40体積%が好ましく、10〜20体積%がより好ましい。
The mixed gas obtained in the gasification step may contain hydrogen and carbon monoxide.
50 volume% or more is preferable, as for the sum total of hydrogen and carbon monoxide in mixed gas, 80 volume% or more is more preferable, and 90 volume% or more is further more preferable. The higher the content of hydrogen and carbon monoxide, the higher the amount of oxygenated products produced, and the more efficiently oxygenated products can be produced.
The volume ratio represented by hydrogen / carbon monoxide mixed gas (hereinafter sometimes referred to as
Usually, the mixed gas obtained from biomass contains one or more optional components selected from carbon dioxide, nitrogen, hydrogen sulfide, hydrogen cyanide and hydrocarbons.
As for content of the arbitrary components in mixed gas, 10-40 volume% is preferable, for example, 10-20 volume% is more preferable.
ガス化工程で生成した混合ガスは、配管12を経由し二酸化炭素分離装置20に流入する。
二酸化炭素分離装置20は、受け入れた混合ガスから二酸化炭素を分離する(二酸化炭素分離工程)。二酸化炭素分離工程を経た混合ガス中の二酸化炭素の含有量は、16.7mol%未満が好ましく、5.0mol%未満がより好ましい。混合ガス中の二酸化炭素の含有量が上記上限値未満であれば、後述する水素分離工程での水素分離性能を高められる。
The mixed gas generated in the gasification step flows into the
The
分離された二酸化炭素(分離二酸化炭素)は、配管24を経由して第二の改質装置80に流入する。
二酸化炭素分離装置20を経た混合ガスは、配管22を経由して合成装置30に流入する。
The separated carbon dioxide (separated carbon dioxide) flows into the
The mixed gas having passed through the
合成装置30に流入した混合ガスは、反応床を通流し、合成触媒と接触する。この間、合成触媒は、水素及び一酸化炭素から、エタノール等のアルコール、アセトアルデヒド等のアルデヒド類等の有機酸素化物を合成する反応を触媒する(合成工程)。こうして、合成工程は、混合ガスを、有機酸素化物を含む生成ガスとする。
The mixed gas that has flowed into the
合成工程における反応温度は、例えば、150〜450℃が好ましく、200〜400℃がより好ましく、250〜350℃がさらに好ましい。反応温度が上記下限値以上であれば、反応速度を十分に高め、酸素化物をさらに効率的に合成できる。反応温度が上記上限値以下であれば、酸素化物の合成反応を主反応とし、酸素化物をさらに効率的に製造できる。 150-450 degreeC is preferable, for example, 200-400 degreeC is more preferable, and, as for the reaction temperature in a synthetic | combination process, 250-350 degreeC is further more preferable. If the reaction temperature is equal to or higher than the above lower limit, the reaction rate can be sufficiently increased, and oxygenates can be synthesized more efficiently. If the reaction temperature is equal to or lower than the above upper limit value, the oxygenated compound can be produced more efficiently by mainly using the synthesis reaction of the oxygenated compound.
合成工程における反応圧力は、例えば、0.5〜10MPaが好ましく、1〜7.5MPaがより好ましく、2〜5MPaがさらに好ましい。反応圧力が上記下限値以上であれば、触媒反応の速度を十分に高め、酸素化物をさらに効率的に合成できる。反応圧力が上記上限値以下であれば、酸素化物の合成反応を主反応とし、酸素化物をさらに効率的に合成できる。 The reaction pressure in the synthesis step is, for example, preferably 0.5 to 10 MPa, more preferably 1 to 7.5 MPa, and still more preferably 2 to 5 MPa. If the reaction pressure is equal to or higher than the above lower limit value, the rate of the catalytic reaction can be sufficiently increased to synthesize oxygenate more efficiently. If the reaction pressure is equal to or lower than the above upper limit, the oxygenated compound can be synthesized more efficiently by mainly using the reaction of synthesizing the oxygenated compound.
反応床における混合ガスの空間速度(単位時間当たりのガスの供給量を触媒量(体積換算)で除した値=SV)は、標準状態換算で10〜100000L/h/L−触媒が好ましく、3000〜12000L/h/L−触媒がより好ましい。SVが上記範囲内であれば、CO転化率を高められる。
目的とする酸素化物に適した反応圧力、反応温度及び混合ガスの組成を勘案して、SVを適宜調整する。
The space velocity of the mixed gas in the reaction bed (the value obtained by dividing the supply amount of gas per unit time by the amount of catalyst (volume conversion) = SV) is preferably 10 to 100000 L / h / L-catalyst in terms of standard condition, -12000 L / h / L- catalyst is more preferred. If SV is in the above range, the CO conversion can be increased.
SV is appropriately adjusted in consideration of the reaction pressure, reaction temperature and composition of the mixed gas suitable for the target oxygen compound.
合成工程では、水素及び一酸化炭素の全てを有機酸素化物に変換し得ない。加えて、合成工程では、有機酸素化物以外の化合物を合成する。有機酸素化物以外の化合物は、例えば、メタン等の炭素数1〜5の炭化水素である。このため、合成工程で得られる生成ガスは、有機酸素化物、未反応の水素及び一酸化炭素、炭化水素、反応に寄与しない窒素等を含む。 In the synthesis process, not all hydrogen and carbon monoxide can be converted to organic oxygenates. In addition, in the synthesis step, compounds other than organic oxygenates are synthesized. Compounds other than organic oxygenates are C1-C5 hydrocarbons, such as methane, for example. Therefore, the product gas obtained in the synthesis step contains organic oxygenates, unreacted hydrogen and carbon monoxide, hydrocarbons, nitrogen which does not contribute to the reaction, and the like.
生成ガスは、配管32を経由して酸素化物分離装置40に流入する。酸素化物分離装置40は、生成ガスから有機酸素化物を分離し、残部を、水素及び炭化水素を含む炭化水素含有ガスとする(酸素化物分離工程)。
炭化水素含有ガス中の有機酸素化物の含有量は、0.1mol%未満が好ましく、0.05mol%未満がより好ましく、0.02mol%未満がさらに好ましい。上記上限値未満であれば、第一の改質工程における改質効率を有意に高められる。炭化水素含有ガス中の有機酸素化物の含有量下限は、通常0.01mol%である。
有機酸素化物を分離する条件は、酸素化物分離装置40の種類に応じて、適宜決定する。
The product gas flows into the
The content of the organic oxygenate in the hydrocarbon-containing gas is preferably less than 0.1 mol%, more preferably less than 0.05 mol%, and still more preferably less than 0.02 mol%. If it is less than the said upper limit, the reforming efficiency in the first reforming step can be significantly enhanced. The lower limit of the content of organic oxygenates in the hydrocarbon-containing gas is usually 0.01 mol%.
The conditions for separating the organic oxygenate are appropriately determined according to the type of the
分離した有機酸素化物は、配管44を経由して酸素化物貯留装置45に流入する。炭化水素含有ガスは、配管42を経由して水素分離装置50に流入する。水素分離装置50は、炭化水素含有ガスから水素を分離して、水素を含む第一の分離ガスと、炭化水素を含む第二の分離ガスとする(水素分離工程)。
第一の分離ガスにおける水素の含有量は、第二の分離ガスにおける水素の含有量よりも多い。第二の分離ガスにおける炭化水素の含有量は、第一の分離ガスにおける炭化水素の含有量よりも多い。
第一の分離ガスは、炭化水素の含有量よりも水素の含有量の方が多い。第二の分離ガスは、水素の含有量よりも炭化水素の含有量の方が多い。
The separated organic oxygenate flows into the
The content of hydrogen in the first separated gas is higher than the content of hydrogen in the second separated gas. The content of hydrocarbons in the second separated gas is higher than the content of hydrocarbons in the first separated gas.
The first separated gas has a hydrogen content greater than the hydrocarbon content. The second separated gas has a higher content of hydrocarbons than a content of hydrogen.
第一の分離ガスにおける水素の含有量は、88.5〜97.7mol%が好ましく、90.5〜97.7mol%がより好ましい。第一の分離ガスにおける水素の含有量が上記下限値以上であれば、水素を効率よく再利用できる。上記上限値以下であれば、水素分離装置50への負担が過度になりにくい。
第二の分離ガスにおける水素の含有量は、23mol%未満が好ましく、11.5mol%未満がより好ましい。第二の分離ガスにおける水素の含有量が上記上限値未満であれば、第一の改質工程において炭化水素を効率よく改質できる。第二の分離ガスにおける水素の下限値は、通常9.5mol%である。
第二の分離ガスにおける炭化水素の含有量は、10mol%以上が好ましく、19mol%以上がより好ましい。第二の分離ガスにおける炭化水素の含有量が上記下限値以上であれば、第一の改質工程で炭化水素を効率よく改質できる。第二の分離ガスにおける炭化水素の含有量の上限値は、通常20mol%である。
第一の分離ガスにおける炭化水素の含有量は、10mol%未満が好ましく、3mol%未満がより好ましい。第一の分離ガスにおける炭化水素の含有量が上記上限値未満であれば、水素を効率よく再利用できる。第一の分離ガスにおける炭化水素の下限値は、通常2.5mol%である。
The content of hydrogen in the first separated gas is preferably 88.5 to 97.7 mol%, more preferably 90.5 to 97.7 mol%. If the content of hydrogen in the first separated gas is equal to or more than the above lower limit value, hydrogen can be efficiently reused. If it is below the said upper limit, the burden to the
The content of hydrogen in the second separated gas is preferably less than 23 mol%, more preferably less than 11.5 mol%. If the content of hydrogen in the second separated gas is less than the upper limit value, hydrocarbons can be efficiently reformed in the first reforming step. The lower limit of hydrogen in the second separated gas is usually 9.5 mol%.
10 mol% or more is preferable and, as for content of the hydrocarbon in 2nd separated gas, 19 mol% or more is more preferable. If the content of hydrocarbons in the second separated gas is equal to or more than the above lower limit value, the hydrocarbons can be efficiently reformed in the first reforming step. The upper limit of the content of hydrocarbons in the second separated gas is usually 20 mol%.
The content of hydrocarbons in the first separated gas is preferably less than 10 mol%, more preferably less than 3 mol%. If the content of hydrocarbons in the first separated gas is less than the above upper limit, hydrogen can be efficiently reused. The lower limit value of hydrocarbons in the first separated gas is usually 2.5 mol%.
第一の分離ガスは、配管54を経由して合成装置30に流入する。合成装置30は、第一の分離ガス中の水素を有機酸素化物の合成に利用する。
The first separated gas flows into the
第二の分離ガスは、配管52を経由して炭化水素分離装置60に流入する。炭化水素分離装置60は、第二の分離ガス中の炭化水素の一部を分離して、これを分離炭化水素ガスとする(炭化水素分離工程)。炭化水素の一部が分離された第二の分離ガスを第二の分離ガス残部ということがある。
The second separated gas flows into the
炭化水素分離工程において、第二の分離ガス残部/分離炭化水素ガスで表される分配比率は、1/1〜10/1(体積流量比)が好ましく、3/1〜7/1がより好ましい。即ち、分配比率は、[配管64を流れるガス量]/[配管62を流れるガス量](体積流量比)である。分配比率が上記範囲内であれば、第二の改質工程における一酸化炭素への変換効率がさらに高まる。 In the hydrocarbon separation step, the distribution ratio represented by the second separated gas residue / separated hydrocarbon gas is preferably 1/1 to 10/1 (volume flow ratio), more preferably 3/1 to 7/1. . That is, the distribution ratio is [the amount of gas flowing through the pipe 64] / [the amount of gas flowing through the pipe 62] (volume flow ratio). If the distribution ratio is within the above range, the conversion efficiency to carbon monoxide in the second reforming step is further enhanced.
分離炭化水素ガスは、配管64を経由して第二の改質装置80に流入する。第二の分離ガス残部は、配管62を経由して第一の改質装置70に流入する。
酸素は、酸素供給源75から配管74を経由して第一の改質装置70に流入する。
The separated hydrocarbon gas flows into the
Oxygen flows from the
第一の改質装置70は、第二の分離ガス残部と酸素とから二酸化炭素を合成する(第一の改質工程)。第一の改質工程では、例えば、下記(a)式の反応を生じる。
The
CH4+2O2⇒CO2+2H2O …(a) CH 4 + 2O 2 COCO 2 + 2H 2 O (a)
第一の改質工程における反応温度は、例えば、600〜850℃が好ましく、750〜850℃がより好ましい。反応温度が上記範囲内であれば、二酸化炭素への変換効率をさらに高められる。
第一の改質工程における反応圧力は、例えば、0.1〜0.9MPaが好ましく、0.5〜0.9MPaがより好ましい。反応圧力が上記範囲内であれば、二酸化炭素への変換効率をさらに高められる。
600-850 degreeC is preferable, for example, and, as for the reaction temperature in a 1st reforming process, 750-850 degreeC is more preferable. If the reaction temperature is within the above range, the conversion efficiency to carbon dioxide can be further enhanced.
The reaction pressure in the first reforming step is, for example, preferably 0.1 to 0.9 MPa, and more preferably 0.5 to 0.9 MPa. If the reaction pressure is within the above range, the conversion efficiency to carbon dioxide can be further enhanced.
二酸化炭素含有ガスは、配管72を経由して、第二の改質装置80に流入する。加えて、二酸化炭素分離装置20で分離された分離二酸化炭素は、配管24を経由して、第二の改質装置80に流入する。第二の改質装置80は、分離炭化水素ガス、二酸化炭素含有ガス及び分離二酸化炭素から、水素及び一酸化炭素を合成する(第二の改質工程)。第二の改質工程では、例えば、下記(b)式の反応を生じる。
The carbon dioxide-containing gas flows into the
CH4+CO2⇔2CO+2H2 …(b) CH 4 + CO 2 ⇔2CO + 2H 2 (b)
第二の改質工程における反応温度は、例えば、750〜1000℃が好ましく、900〜1000℃がより好ましい。反応温度が上記範囲内であれば、二酸化炭素への変換効率をさらに高められる。
第二の改質工程における反応圧力は、例えば、0.5〜1.5MPaが好ましく、0.9〜1.0MPaがより好ましい。反応圧力が上記範囲内であれば、二酸化炭素への変換効率をさらに高められる。
The reaction temperature in the second reforming step is, for example, preferably 750 to 1000 ° C., and more preferably 900 to 1000 ° C. If the reaction temperature is within the above range, the conversion efficiency to carbon dioxide can be further enhanced.
The reaction pressure in the second reforming step is, for example, preferably 0.5 to 1.5 MPa, and more preferably 0.9 to 1.0 MPa. If the reaction pressure is within the above range, the conversion efficiency to carbon dioxide can be further enhanced.
第二の改質工程で得られた改質ガスは、水素及び一酸化炭素を含む。
改質ガス中の水素の含有量は、20〜40mol%が好ましく、30〜40mol%がより好ましい。
改質ガス中の一酸化炭素の含有量は、20〜40mol%が好ましく、30〜40mol%がより好ましい。
改質ガス中のH2/CO比は、0.1〜10が好ましく、0.5〜3がより好ましく、1.5〜2.5がさらに好ましい。
The reformed gas obtained in the second reforming step contains hydrogen and carbon monoxide.
The content of hydrogen in the reformed gas is preferably 20 to 40 mol%, and more preferably 30 to 40 mol%.
20-40 mol% is preferable and, as for content of the carbon monoxide in reformed gas, 30-40 mol% is more preferable.
Reforming H 2 / CO ratio in the gas is preferably from 0.1 to 10, more preferably from 0.5 to 3, more preferably 1.5 to 2.5.
改質ガスは、配管82を経由して、合成装置30に流入する。
合成装置30に流入する混合ガス100体積部に対し、改質ガスと分離水素ガスとの合計量(原料再利用量)は、100〜1000体積部が好ましく、300〜500体積部がより好ましい。即ち、混合ガスに対する原料再利用量は、1〜10倍が好ましく、3〜5倍がより好ましい。
The reformed gas flows into the synthesizing
The total amount of the reformed gas and the separated hydrogen gas (raw material recycling amount) is preferably 100 to 1000 parts by volume, and more preferably 300 to 500 parts by volume with respect to 100 parts by volume of the mixed gas flowing into the synthesizing
合成装置30は、受け入れた改質ガス及び分離水素ガスを有機酸素化物の合成に利用する。
The
本実施形態において、改質方法は、水素分離工程と、炭化水素分離工程と、第一の改質工程と、第二の改質工程とを有する。 In the present embodiment, the reforming method includes a hydrogen separation step, a hydrocarbon separation step, a first reforming step, and a second reforming step.
本実施形態の改質方法は、第一の改質工程で炭化水素を二酸化炭素に変換し、第二の改質工程で二酸化炭素及び炭化水素を水素及び一酸化炭素に変換している。このため、炭化水素を一酸化炭素に変換する改質触媒が不要である。本実施形態は、改質触媒の性能低下の問題を生じない。
加えて、第一の改質工程及び第二の改質工程において、高温の水蒸気が不要である。このため、水蒸気を供給するための熱エネルギーが不要である。
さらに、水素分離工程を有するため、第二の改質工程に供給する各種ガスにおける水素の含有量は少ない。このため、第二の改質工程において、水素及び一酸化炭素を生成する速度が進み、一酸化炭素を効率的に合成できる。
In the reforming method of the present embodiment, hydrocarbons are converted to carbon dioxide in a first reforming step, and carbon dioxide and hydrocarbons are converted to hydrogen and carbon monoxide in a second reforming step. For this reason, a reforming catalyst for converting hydrocarbons to carbon monoxide is unnecessary. The present embodiment does not cause the problem of performance degradation of the reforming catalyst.
In addition, high temperature steam is not necessary in the first reforming step and the second reforming step. For this reason, the thermal energy for supplying water vapor is unnecessary.
Furthermore, since the hydrogen separation step is provided, the content of hydrogen in various gases supplied to the second reforming step is small. For this reason, in the second reforming step, the rate at which hydrogen and carbon monoxide are produced is advanced, and carbon monoxide can be efficiently synthesized.
本実施形態の製造方法は、上記の改質方法を有するため、未反応の水素及び一酸化炭素、副生物である炭化水素を効率的に再利用できる。このため、有機酸素化物の生産性を高められる。
加えて、本実施形態の製造方法は、二酸化炭素分離工程で分離した二酸化炭素を再利用できる。このため、資源の有効利用を図れる。
さらに、本実施形態の製造方法は、反応装置に供給するガスの水素濃度及び一酸化炭素濃度を高い濃度に維持できる。このため、有機酸素化物の生産性をさらに高められる。
Since the manufacturing method of the present embodiment has the above-described reforming method, it is possible to efficiently reuse unreacted hydrogen and carbon monoxide, and a by-product hydrocarbon. Therefore, the productivity of organic oxygenates can be enhanced.
In addition, the manufacturing method of the present embodiment can reuse carbon dioxide separated in the carbon dioxide separation step. Therefore, effective use of resources can be achieved.
Furthermore, the manufacturing method of the present embodiment can maintain the hydrogen concentration and the carbon monoxide concentration of the gas supplied to the reactor at a high concentration. Therefore, the productivity of organic oxygenates can be further enhanced.
本発明は、上述の実施形態に限定されない。
改質システムは、炭化水素分離装置を備えなくてもよい。ただし、第二の改質装置における熱エネルギーを補うために、改質システムは、炭化水素分離装置を備えることが好ましい。
The invention is not limited to the embodiments described above.
The reforming system may not include a hydrocarbon separator. However, in order to compensate for the thermal energy in the second reformer, the reforming system preferably comprises a hydrocarbon separator.
製造システムは、ガス化装置を備えなくてもよい。例えば、製造システムは、混合ガスの供給源を備えていればよい。 The manufacturing system may not include the gasifier. For example, the manufacturing system may be provided with a mixed gas supply source.
製造システムは、第一の分離ガスを放出してもよい。ただし、有機酸素化物の生産性のさらなる向上を図るためには、第一の分離ガスを合成装置に供給することが好ましい。 The manufacturing system may release the first separation gas. However, in order to further improve the productivity of organic oxygenates, it is preferable to supply the first separated gas to the synthesis apparatus.
製造システムは、二酸化炭素分離装置を備えなくてもよい。ただし、混合ガス中に二酸化炭素が存在すると、水素分離装置での水素分離性能が低下するおそれがある。このため、製造システムは、二酸化炭素分離装置を備えることが好ましい。
製造システムは、二酸化炭素分離装置で分離した二酸化炭素を放出してもよい。ただし、有機酸素化物の生産性のさらなる向上を図れる点で、分離した二酸化炭素を第二の改質装置に供給することが好ましい。
同様の理由により、製造方法は、二酸化炭素分離工程を有することが好ましい。
The manufacturing system may not include the carbon dioxide separator. However, if carbon dioxide is present in the mixed gas, the hydrogen separation performance in the hydrogen separator may be degraded. For this reason, the production system preferably comprises a carbon dioxide separator.
The manufacturing system may emit carbon dioxide separated by the carbon dioxide separator. However, it is preferable to supply separated carbon dioxide to the second reformer in that the productivity of organic oxygenates can be further improved.
For the same reason, the production method preferably has a carbon dioxide separation step.
改質システムは、炭化水素分離装置を備えなくてもよい。ただし、有機酸素化物の生産性のさらなる向上を図るためには、炭化水素分離装置を備えることが好ましい。
同様の理由により、製造方法は、炭化水素分離工程を有することが好ましい。
The reforming system may not include a hydrocarbon separator. However, in order to further improve the productivity of organic oxygenates, it is preferable to include a hydrocarbon separator.
For the same reason, the production method preferably has a hydrocarbon separation step.
改質システムは、二酸化炭素分離装置以外に、混合ガス中の不純物を分離する装置を備えてもよい。不純物を分離する装置は、例えば、活性炭又はイオン交換樹脂を備える吸着塔、イオン交換膜、脱硫装置、水洗スクラバー等である。これらの装置の配置場所は特に限定されない。 The reforming system may be equipped with an apparatus for separating impurities in the mixed gas, in addition to the carbon dioxide separator. The apparatus for separating the impurities is, for example, an adsorption tower provided with activated carbon or ion exchange resin, an ion exchange membrane, a desulfurization apparatus, a water washing scrubber or the like. The arrangement place of these devices is not particularly limited.
(合成触媒の製造)
チタンラクテートアンモニウム塩(Ti(OH)2[OCH(CH3)COO−]2(NH4+)2)を含む水溶液を粒子径1〜2mmの球形シリカゲルに滴下して含浸させた。これを110℃にて3時間乾燥し、450℃にて3時間焼成して一次担持体とした。塩化ロジウム三水和物(RhCl3・3H2O)と、塩化リチウム一水和物(LiCl・H2O)と、塩化マンガン四水和物(MnCl2・4H2O)とを含む水溶液を一次担持体に滴下して含浸した。これを110℃にて3時間乾燥し、400℃にて3時間焼成して触媒粒子αを得た。
(Manufacture of synthetic catalyst)
Titanium lactate ammonium salt (Ti (OH) 2 [OCH (CH 3) COO -] 2 (NH 4+) 2) was impregnated by dropping an aqueous solution to the spherical silica gel having a particle diameter of 1~2mm including. The resultant was dried at 110 ° C. for 3 hours and calcined at 450 ° C. for 3 hours to obtain a primary carrier. Rhodium chloride trihydrate (RhCl 3 · 3H 2 O) , and lithium chloride monohydrate (LiCl · H 2 O), the aqueous solution containing
触媒粒子αを充填したステンレス製の円筒型反応器に、常圧で還元ガス(水素濃度30体積%、窒素濃度70体積%)を6000L/h/L−触媒で通流させながら、320℃で2時間加熱し、合成触媒に還元処理を施した。合成触媒を構成するロジウム、マンガン、リチウム及びチタンの比率は、Rh:Mn:Li:Ti=1.00:0.750:0.275:0.143(モル比)であった。また、ロジウム担持率=3質量%/SiO2であった。
At 320 ° C. while flowing reducing gas (
(実施例1)
図1の製造システム1と同様の製造システムを作製した。
本例の製造システムにおいては、ガス化装置に代えて、廃棄物焼却施設から生じた燃焼ガスを充填したガスボンベを用いた。また、各装置を下記の仕様とした。
以下、本例における有機酸素化物の製造方法を説明する。
まず、ガスボンベから混合ガスを二酸化炭素分離装置20に供給した。二酸化炭素分離装置20で二酸化炭素を分離した(二酸化炭素分離工程)。分離した二酸化炭素を大気中に放出した。二酸化炭素分離装置20で処理された混合ガスを合成装置30に供給した。合成装置30は、有機酸素化物を含む生成ガスを生成した(合成工程)。生成ガスを酸素化物分離装置40へ供給した。酸素化物分離装置40は、生成ガスを有機酸素化物と残部(炭化水素含有ガス)とに分離した(酸素化物分離工程)。有機酸素化物を酸素化物貯留装置45に供給した。炭化水素含有ガス(炭化水素の含有量=20.3mol%)を水素分離装置50に供給した。水素分離装置50は、炭化水素含有ガスを第一の分離ガスと第二の分離ガスとに分離した(水素分離工程)。第一の分離ガスを合成装置30に供給した。第二の分離ガス(水素の含有量=9.5mol%)を炭化水素分離装置60に供給した。炭化水素分離装置60は、第二の分離ガスを分離炭化水素ガスと第二の分離ガス残部とに分離した。分離炭化水素ガスを第二の改質装置80に供給した。第二の分離ガス残部を第一の改質装置70に供給した。酸素供給源75から酸素を第一の改質装置70に供給した。第一の改質装置70は、第二の分離ガス残部を改質し、二酸化炭素含有ガス(二酸化炭素の含有量=40mol%)とした。二酸化炭素含有ガスを第二の改質装置80に供給した。第二の改質装置80は、二酸化炭素含有ガスを改質し、改質ガスとした。改質ガスを合成装置30に供給した。
その結果、混合ガス1m3N当たり、27.3gのアセトアルデヒドと、3.2gのエタノールを得た。
本例の製造条件は、下記製造条件の通りである。
Example 1
A production system similar to the production system 1 of FIG. 1 was produced.
In the production system of this example, a gas cylinder filled with combustion gas generated from a waste incineration facility was used instead of the gasifier. Moreover, each apparatus was made into the following specification.
Hereinafter, the method for producing the organic oxygenate in the present example will be described.
First, mixed gas was supplied to the
As a result, 27.3 g of acetaldehyde and 3.2 g of ethanol were obtained per 1 m 3 of mixed gas.
The production conditions of this example are as follows.
<製造システムの仕様>
・二酸化炭素分離装置:アミン吸収型除去装置。
・合成装置:上記合成触媒の製造方法で得られた合成触媒を充填した反応塔。
・酸素化物分離装置:冷却器。
・水素分離装置:水素分離膜(宇部興産社製)を備えた分離装置。
・炭化水素分離装置:活性炭吸着槽。
・第一の改質装置:燃焼炉。
・第二の改質装置:改質炉。
<Specification of manufacturing system>
-Carbon dioxide separation device: amine absorption type removal device.
Synthesizer: A reaction tower packed with the synthesis catalyst obtained by the method for producing a synthesis catalyst described above.
・ Oxygen separator: Cooler.
-Hydrogen separation device: A separation device equipped with a hydrogen separation membrane (manufactured by Ube Industries, Ltd.).
・ Hydrocarbon separator: Activated carbon adsorption tank.
First reformer: combustion furnace.
Second reformer: Reformer.
<製造条件>
・混合ガス:H2/CO比=50.1/25.2。二酸化炭素の含有量=10mol%。
・合成工程:反応温度280℃、反応圧力2.0MPa、SV=3000L/h/L−触媒。
・分配比率:3/1。
・第一の改質工程:反応温度=35℃、反応圧力=1.6MPa。
・第二の改質工程:反応温度=800℃、反応圧力=0.5MPa。
・原料再利用量:6倍。
<Manufacturing conditions>
Mixed gas: H 2 / CO ratio = 50.1 / 25.2. Carbon dioxide content = 10 mol%.
Synthesis step: reaction temperature 280 ° C., reaction pressure 2.0 MPa, SV = 3000 L / h / L-catalyst.
・ Distribution ratio: 3/1.
First reforming step: reaction temperature = 35 ° C., reaction pressure = 1.6 MPa.
Second reforming step: reaction temperature = 800 ° C., reaction pressure = 0.5 MPa.
-Raw material reuse amount: 6 times.
(比較例1)
図2の製造システム101と同様の製造システムを作製した。
以下、製造システム1と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。
製造システム101は、混合ガス供給源110と、二酸化炭素分離装置120と、合成装置30と、酸素化物分離装置40と、改質装置180と、排気装置125と、酸素化物貯留装置45と、水蒸気供給源185とを備える。
また、製造システム101は、配管12、配管22、配管126、配管32、配管44、配管142、配管182、配管184を備える。
配管12は、混合ガス供給源110と二酸化炭素分離装置120とを接続している。配管22は、二酸化炭素分離装置120と合成装置30とを接続している。配管126は、二酸化炭素分離装置120と排気装置125とを接続している。配管142は、酸素化物分離装置40と改質装置180とを接続している。配管182は、改質装置180と合成装置30とを接続している。配管184は、改質装置180と水蒸気供給源185とを接続している。
各装置を下記の仕様とした。
(Comparative example 1)
A manufacturing system similar to the
Hereinafter, the same components as those of the manufacturing system 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The
The
The
Each device has the following specifications.
まず、混合ガス供給源110から混合ガスを二酸化炭素分離装置120に供給した。二酸化炭素分離装置120で二酸化炭素を分離した。分離した二酸化炭素を排気装置125で大気中に放出した。二酸化炭素分離装置120で処理された混合ガスを合成装置30に供給した。有機酸素化物を含む生成ガスを合成装置30から配管32を経て酸素化物分離装置40へ供給した。酸素化物分離装置40は、有機酸素化物と残部(炭化水素含有ガス)を分離した。有機酸素化物を酸素化物貯留装置45に供給した。炭化水素含有ガス(炭化水素の含有量=25mol%)を改質装置180に供給した。水蒸気供給源185から改質装置180に水蒸気を供給した。改質装置180は、炭化水素含有ガスを改質し、改質ガスとした。改質ガスの水素の含有量は、36.5mol%であった。改質ガスの一酸化炭素の含有量は、17.2mol%であった。改質ガスを合成装置30に供給した。
その結果、混合ガス1m3N当たり、18.6gのアセトアルデヒドと、2.2gのエタノールを得た。
本例の製造条件は、下記製造条件の通りである。
First, the mixed gas was supplied from the mixed
As a result, 18.6 g of acetaldehyde and 2.2 g of ethanol were obtained per 1 m 3 of mixed gas.
The production conditions of this example are as follows.
<製造システムの仕様>
・混合ガス供給源:廃棄物焼却施設から生じた燃焼ガスを充填したガスボンベ。
・二酸化炭素分離装置:アミン吸収型除去装置。
・合成装置:上記合成触媒を充填した反応塔。
・酸素化物分離装置:冷却器。
・改質装置:改質炉。
<Specification of manufacturing system>
Mixed gas supply source: Gas cylinder filled with combustion gas generated from waste incineration facility.
-Carbon dioxide separation device: amine absorption type removal device.
Synthesizer: A reaction tower packed with the above synthesis catalyst.
・ Oxygen separator: Cooler.
-Reformer: Reformer.
<製造条件>
・混合ガス:H2/CO比=41.5/20.2。二酸化炭素の含有量=23mol%。
・合成工程:反応温度280℃、反応圧力2.0MPa、SV=3000L/h/L−触媒。
・改質装置:反応温度800℃、反応圧力0.9MPa。
・原料再利用量:6倍。
<Manufacturing conditions>
Mixed gas: H 2 / CO ratio = 41.5 / 20.2. Carbon dioxide content = 23 mol%.
Synthesis step: reaction temperature 280 ° C., reaction pressure 2.0 MPa, SV = 3000 L / h / L-catalyst.
Reformer: reaction temperature 800 ° C., reaction pressure 0.9 MPa.
-Raw material reuse amount: 6 times.
実施例1及び比較例1の結果から、本発明を適用することで有機酸素化物の生産性を高められることを確認した。 From the results of Example 1 and Comparative Example 1, it was confirmed that the productivity of organic oxygenates can be enhanced by applying the present invention.
1 有機酸素化物の製造システム
2 炭化水素含有ガスの改質システム
10 ガス化装置
20 二酸化炭素分離装置
30 合成装置
40 酸素化物分離装置
50 水素分離装置
60 炭化水素分離装置
70 第一の改質装置
80 第二の改質装置
12、22、24、32、42、44、52、54、62、64、72、74、82 配管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Organic
Claims (10)
前記第二の分離ガスを改質して、二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスとし、
前記二酸化炭素含有ガスを改質して、水素及び一酸化炭素を含む改質ガスを得る、炭化水素含有ガスの改質方法。 Hydrogen is separated from a hydrocarbon-containing gas containing hydrogen and hydrocarbons to form a first separated gas containing hydrogen and a second separated gas containing hydrocarbons;
The second separated gas is reformed into a carbon dioxide-containing gas containing carbon dioxide,
A method for reforming a hydrocarbon-containing gas, comprising reforming the carbon dioxide-containing gas to obtain a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide.
前記生成ガスから前記有機酸素化物を分離して、残部を水素及び炭化水素を含む炭化水素含有ガスとし、
前記炭化水素含有ガスから水素を分離して、水素を含む第一の分離ガスと、炭化水素を含む第二の分離ガスとし、
前記第二の分離ガスを改質して、二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスとし、
前記二酸化炭素含有ガスを改質して、水素及び一酸化炭素を含む改質ガスとし、
前記改質ガスを前記合成触媒に接触させる、有機酸素化物の製造方法。 Bringing a mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide into contact with a synthesis catalyst to form a product gas containing an organic oxygenate, hydrogen and a hydrocarbon,
Separating the organic oxygenate from the product gas, with the balance being hydrogen and a hydrocarbon-containing gas comprising hydrocarbons,
Hydrogen is separated from the hydrocarbon-containing gas into a first separated gas containing hydrogen and a second separated gas containing hydrocarbons;
The second separated gas is reformed into a carbon dioxide-containing gas containing carbon dioxide,
Reforming the carbon dioxide-containing gas into a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide,
A method for producing an organic oxygenate, comprising contacting the reformed gas with the synthesis catalyst.
前記第二の分離ガスを改質して、二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスとする第一の改質装置と、
前記二酸化炭素含有ガスを改質して、水素及び一酸化炭素を含む改質ガスとする第二の改質装置とを備える、炭化水素含有ガスの改質システム。 Separating hydrogen from a hydrocarbon-containing gas comprising hydrogen and hydrocarbons into a first separated gas comprising hydrogen and a first separator comprising a second separated gas comprising hydrocarbons;
A first reformer for reforming the second separated gas into a carbon dioxide-containing gas containing carbon dioxide;
And a second reformer for reforming the carbon dioxide-containing gas into a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide.
前記生成ガスから前記有機酸素化物を分離して、残部を水素及び炭化水素を含む炭化水素含有ガスとする酸素化物分離装置と、
前記炭化水素含有ガスから水素を分離して、水素を含む第一の分離ガスと、炭化水素を含む第二の分離ガスとする水素分離装置と、
前記第二の分離ガスを改質して、二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスとする第一の改質装置と、
前記二酸化炭素含有ガスを改質して、水素及び一酸化炭素を含む改質ガスとする第二の改質装置と、
前記改質ガスを前記合成装置に供給する配管と、を備える有機酸素化物の製造システム。 A synthesis apparatus for bringing a mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide into contact with a synthesis catalyst to form a product gas containing an organic oxygenate, hydrogen and a hydrocarbon;
An oxygenate separation device that separates the organic oxygenate from the product gas and uses the balance as a hydrocarbon-containing gas including hydrogen and a hydrocarbon;
Hydrogen is separated from the hydrocarbon-containing gas into a first separated gas containing hydrogen and a second hydrogen-containing separated gas containing hydrogen;
A first reformer for reforming the second separated gas into a carbon dioxide-containing gas containing carbon dioxide;
A second reformer which reforms the carbon dioxide-containing gas into a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide;
And a pipe for supplying the reformed gas to the synthesis apparatus.
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