JP2021512782A - ガス流から構成成分を濾過するための統合プロセス - Google Patents
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Abstract
【選択図】図3
Description
本出願は、2018年2月12日および2018年4月12日にそれぞれ出願された米国仮出願第62/629,160号および同第62/656,813号の利益を主張し、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
別段の定めがない限り、本明細書全体で使用される以下の用語は、以下のように定義される。
CO2および/もしくはCOを生成物に変換すること、または
CO2および/もしくはCOを長期貯蔵に好適な物質に変換すること、または
CO2および/もしくはCOを長期貯蔵に好適な物質中に閉じ込めること、または
これらのプロセスの組み合わせのいずれかを指す。
7Bに位置するDeutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH(DSMZ)に2010年6月7日に寄託され、受託番号DSM23693を付与された、2010年6月7日に寄託されたClostridium autoethanogenum LZ1561である。この株については、国際特許出願第PCT/NZ2011/000144号に記載されており、WO2012/015317として公開されている。
発明者らは、驚くべきことに、様々なモジュールを正確な順序で一緒に組み込むことにより、段階的に、ガス流から様々なガス構成成分を変換および/または除去でき、構成成分が下流のモジュールに有害である可能性がある場合、これらのモジュールから上流で除去および/または変換され、次に後続の他のガス構成成分を除去させ、後に発酵性ガス流をバイオリアクターに供給して、微生物をガス発酵させることによってガスを処理して有用な生成物を生成することができることを発見した。これらの構成成分の変換および/または除去は、所望の化合物を消費することなく、および他の望ましくない化合物を生成することなく達成される。特定の実施形態では、発酵性ガス流は、貯蔵のために炭素捕捉手段に送ってもよい。
シアン化水素(HCN)と硫化カルボニル(COS)は、ガス流から正常に除去する前に、まず水との化学反応を必要とする2つの予想される構成成分である。発明者らは、高硫黄ガス流が利用される用途では、多くの商業的プロセスがCOSの形で硫黄を効率的に除去できないので、COSを硫化水素(H2S)に変換する必要があり得ることを発見した。この変換は、次の反応に従って行われる。
酸性ガスの除去とは、硫化水素(H2S)および/または二酸化炭素(CO2)、ならびにその他の酸性ガスをガス流から分離するプロセスを指す。
アセチレン(C2H2)は微生物阻害剤として作用する。アセチレンを除去するために、接触水素化モジュールを利用することができる。接触水素化は、これらに限定されないがニッケル、パラジウム、または白金などの触媒の存在下での水素による処理である。アセチレンの水素化に適した汎用触媒は一つもない。触媒の選択は、ガスの組成と運転条件に大きく依存する。特定の実施形態では、パラジウムが触媒として使用される。特定の実施形態では、アルミナ上のパラジウム(Pd/Al2O3)が触媒として使用される。そのような触媒の例はBASF(商標)R 0−20/47である。
酸素(O2)は微生物阻害剤である。したがって、ガス流内の酸素は、許容レベルまで減らす必要がある。ガス流中の酸素レベルを低減するために、脱酸素モジュールを利用できる。酸素レベルの低減は、任意の適切な手段を通じて達成され得る。特定の実施形態では、脱酸素モジュールは、酸素(O2)が二酸化炭素(CO2)または水(H2O)のいずれかに還元される触媒プロセスを利用する。特定の実施形態では、脱酸素モジュールで使用される触媒は銅含有である。そのような触媒の例は、BASF PURISTAR商標R 3.15またはBASF CU 0226Sである。
プロセスを管理、維持、および最適化するには、堅牢な分析的監視および制御技術が必要となり得る。このような機器には、ガスサンプリングシステム、およびデータログ/レポートソフトウェアツールが含まれるが、これらに限定されない。
驚くべきことに、本発明者らは、アルミナ上に担持された銅を含む特殊触媒のみを利用することにより、発酵性ガス流を様々なガス供給源から首尾よく生成できることを見出した。そのようなガスは、全体的または部分的に、1種以上の産業プロセスからのガス、合成ガス、および/または発生炉ガスの組み合わせから誘導され得る。具体的には、この特殊触媒は、酸素、アセチレン、シアン化水素を低減して、発酵性ガス流内の酸素を100ppm未満、アセチレンを1ppm未満、シアン化水素を1ppm未満にできることがわかった。様々な場合において、この触媒に使用された銅は銅(I)であった。様々な場合において、この触媒に使用された銅は還元銅であった。
特定の実施形態では、発酵性ガス流は、C1固定微生物を含むバイオリアクターに供給される。これらのC1固定微生物は、C1を含むガス流を、ガス発酵によって有用な化学物質や生成物に変換することができる。非阻害性の発酵性ガス流をバイオリアクターに提供するために、ガス流は所定のレベルの構成成分を含む必要がある。特定の実施形態では、関係する構成成分には、酸素(O2)、シアン化水素(HCN)、アセチレン(C2H2)、BTEX(ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン)、および硫黄(H2SおよびCOS)が含まれる。様々な実施形態では、酸素(O2)レベルは、所定のレベルであるために、百万分の100(100ppm)未満である必要がある。様々な実施形態では、シアン化水素(HCN)は、所定のレベルであるために、百万分の1(1ppm)未満である必要がある。好ましくは、シアン化水素(HCN)は、所定のレベルにあるために十億分の100(100ppb)未満である。様々な実施形態では、アセチレン(C2H2)は、所定のレベルになるために、百万分の1(1ppm)未満である必要がある。様々な実施形態では、BTEXは、所定のレベルになるために百万分の30(30ppm)未満である必要がある。様々な実施形態では、硫黄(H2SおよびCOS)は、所定のレベルになるために、百万分の1(1ppm)未満である必要がある。特定の実施形態では、すべての構成成分は、所定のレベルの構成成分を構成するために、それらの所定のレベルでなければならない。
混合ガス流を受け取るようにガス浄化システムを構成した。混合ガス流は、製鋼所から受け取った流れを表すように設計されている。ガス浄化システムは、次のモジュールを次の順序で組み込んだ:(i)加水分解モジュール、(ii)酸性ガス除去モジュール、(iii)接触水素化モジュール、および(iv)脱酸素モジュール。加水分解モジュール、γ−アルミナ吸着剤(BASF F−200)床から構成されている。酸性ガス除去モジュール、酸化亜鉛吸着剤(RCI ZOP−116)床から構成されている。接触水素化モジュール、パラジウム/アルミナ触媒(BASF R0−20/47)から構成されている。脱酸素モジュール、銅触媒(BASF CU0226S)から構成されている。
実施例1と同様のガス浄化システムは、混合ガス流を受け取るように構成された。混合ガス流は、製鋼所から受け取った流れを表すように設計されている。ガス浄化システムは、次のモジュールを次の順序で組み込んだ:(i)加水分解モジュール、(ii)酸性ガス除去モジュール、および(iii)脱酸素モジュール。加水分解モジュール、γ−アルミナ吸着剤(BASF F−200)床から構成されている。酸性ガス除去モジュール、酸化亜鉛吸着剤(RCI ZOP−116)床から構成されている。脱酸素モジュール、銅触媒(BASF CU0226S)から構成されている。
混合ガス流を受け取るようにガス浄化システムを構成した。混合ガス流は、製鋼所から受け取った流れを表すように設計されている。ガス浄化システムには、次のモジュールを次の順序で組み込んだ:(i)加水分解モジュール、(ii)酸性ガス除去モジュール、(iii)接触水素化モジュール、(iv)脱酸素モジュール、(v)有機化合物除去モジュール。加水分解モジュール、γ−アルミナ吸着剤(BASF F−200)床から構成されている。酸性ガス除去モジュール、酸化亜鉛吸着剤(RCI ZOP−116)床から構成されている。接触水素化モジュール、パラジウム/アルミナ触媒(BASF R0−20/47)から構成されている。脱酸素モジュール、銅触媒(BASF Cu0226S)から構成されている。
ガス浄化システムは、実施例3と同様に、混合ガス流を受け取るように構成された。混合ガス流は、製鋼所から受け取った流れを表すように設計されている。ガス浄化システムは、次のモジュールを次の順序で組み込んだ:(i)加水分解モジュール、(ii)酸性ガス除去モジュール、(iii)脱酸素モジュール、および(iv)有機化合物除去モジュール。加水分解モジュール、γ−アルミナ吸着剤(BASF F−200)床から構成されている。酸性ガス除去モジュール、酸化亜鉛吸着剤(RCI ZOP−116)床から構成されている。脱酸素モジュール、銅触媒(BASF Cu0226S)から構成されている。
COの出口濃度は26.2%であった。この出口濃度は、入力COの4.9%消費に対応し、これは最大推奨消費量である10%をはるかに下回っている。
実施例2と同様のガス浄化システムは、混合ガス流を受け取るように構成された。混合ガス流は、微生物阻害剤の濃度が高くなっている。濃度はバイオマスまたは都市固形廃棄物のガス化または処理済みコークス炉ガスから予想される範囲内である。ガス浄化システムは、次のモジュールを次の順序で組み込んだ:(i)加水分解モジュール、(ii)酸性ガス除去モジュール、(iii)脱酸素モジュール、および(iv)有機化合物除去モジュール。加水分解モジュール、γ−アルミナ吸着剤(BASF F−200)床から構成されている。酸性ガス除去モジュール、酸化亜鉛吸着剤(RCI ZOP−116)床から構成されている。脱酸素モジュール、銅触媒(BASF Cu 0226S)から構成されている。
混合ガス流を受け取るようにガス浄化システムを構成した。混合ガス流は、製鋼所から受け取った流れを表すように設計されている。ガス浄化システムは1つのモジュールのみが組み込まれた。モジュールは銅触媒(BASF Cu0226S)で構成された。
混合ガス流を受け取るようにガス浄化システムを構成した。混合ガス流は、製鋼所から受け取った流れを表すように設計されている。ガス浄化システムは1つのモジュールのみが組み込まれた。モジュールは銅触媒(BASF Cu0226S)で構成された。
実施例7と同様のガス浄化システムは、混合ガス流を受け取るように構成された。混合ガス流は、より高濃度の微生物阻害剤を含んでいた。濃度は、バイオマスまたは都市固形廃棄物ガス化または処理済みコークス炉ガスから予想される範囲内である。ガス浄化システムは1つのモジュールのみが組み込まれた。モジュールは銅触媒(BASF Cu0226S)で構成された。
Claims (20)
- 入力ガス流から発酵性ガス流を生成するためのプロセスであって、前記入力ガス流は、CO、CO2、もしくはH2、またはそれらの組み合わせを含み、前記プロセスは、
a.前記入力ガス流を、前記ガス流の少なくとも1つの構成成分を除去および/または変換して加水分解後ガス流を提供する、加水分解モジュールに送ることと
b.前記加水分解後ガス流を、前記ガス流の少なくとも1つのさらなる構成成分を除去および/または変換して酸性ガス枯渇流を生成する、酸性ガス除去モジュールに送ることと、
c.前記酸性ガス枯渇流を、少なくとも1つのさらなる構成成分を除去および/または変換して発酵性ガス流を生成する、脱酸素モジュールに送ることと、を含む、プロセス。 - 除去および/または変換される少なくとも1つの構成成分が微生物阻害剤および/または触媒阻害剤である、請求項1に記載のプロセス。
- 前記加水分解モジュールによって除去および/または変換される前記構成成分のうちの少なくとも1つ以上が、硫化カルボニル(COS)および/またはシアン化水素(HCN)である、請求項1に記載のプロセス。
- 前記酸性ガス除去モジュールによって除去および/または変換される前記構成成分のうちの少なくとも1つ以上が、二酸化炭素(CO2)、硫化水素(H2S)、およびシアン化水素(HCN)からなる群から選択される、請求項1に記載のプロセス。
- 前記脱酸素モジュールによって除去および/または変換される前記構成成分のうちの少なくとも1つ以上が、酸素(O2)および/またはアセチレン(C2H2)である、請求項1に記載のプロセス。
- 前記加水分解モジュールが、全体的にまたは部分的にバイパスされ、前記入力ガス流が前記酸性ガス除去モジュールに送出される、請求項1に記載のプロセス。
- 前記プロセスが、前記脱酸素モジュールに送る前に、前記酸性ガス枯渇流を接触水素化モジュールに送ることを含み、前記脱酸素モジュールに送る前に前記酸性ガス枯渇流から少なくとも1つの構成成分を除去および/または変換する、請求項1に記載のプロセス。
- 前記接触水素化モジュールによって除去および/または変換される少なくとも1つの構成成分が、アセチレン(C2H2)である、請求項7に記載のプロセス。
- 前記プロセスが、前記ガス流中の構成成分のレベルを測定するために、各モジュールの前および/または後に配置される1つ以上の監視デバイスをさらに含む、請求項1に記載のプロセス。
- 前記プロセスが、前記ガス流中の1つ以上の構成成分の前記レベルと相関して1つ以上のモジュールをバイパスすることができる、請求項9に記載のプロセス。
- 前記プロセスが、前記発酵性ガス流からシアン化水素の少なくとも一部を除去するために、バイオリアクターに送る前に、前記発酵性ガス流をシアン化水素除去モジュールに送ることを含む、請求項9に記載のプロセス。
- 前記発酵性ガス流が、百万分の100(100ppm)以下の酸素(O2)、百万分の1(1ppm)以下のシアン化水素(HCN)、および百万分の1(1ppm)以下のアセチレン(C2H2)を含む、請求項1に記載のプロセス。
- 前記発酵性ガス流の少なくとも一部をバイオリアクターに送ることをさらに含み、前記バイオリアクターが発酵ブロスおよび1種以上の微生物を含む培養物を含有する、請求項1に記載のプロセス。
- 前記入力ガス流の少なくとも一部が合成ガスおよび/または発生炉ガスである、請求項1に記載のプロセス。
- 入力ガス流から、酸素、アセチレン、シアン化水素を除去するためのプロセスであって、前記入力ガス流を触媒と接触させることにより、前記酸素を100ppm未満に低減させ、前記アセチレンを1ppm未満に低減させ、前記シアン化水素を1ppm未満に低減させることを含み、前記触媒は、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ランタナ、炭素、シリカ−アルミナ、またはゼオライトに担持された銅を含む、プロセス。
- 前記入力ガス流が、最大7000ppmの酸素、最大700ppmのアセチレン、および最大60ppmのシアン化水素を含む、請求項15に記載のプロセス。
- 前記入力ガス流が、最大10000ppmの酸素、最大1500ppmのアセチレン、および最大500ppmのシアン化水素を含む、請求項15に記載のプロセス。
- 前記プロセスが、前記入力ガス流中10パーセント未満の一酸化炭素を消費する、請求項15に記載のプロセス。
- 前記プロセスが、少なくとも138kPagの圧力で行われる、請求項15に記載のプロセス。
- 前記触媒が、硫化されている、請求項15に記載のプロセス。
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