JP2022552476A - ガスの精製と使用のための方法と装置 - Google Patents

ガスの精製と使用のための方法と装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2022552476A
JP2022552476A JP2022521341A JP2022521341A JP2022552476A JP 2022552476 A JP2022552476 A JP 2022552476A JP 2022521341 A JP2022521341 A JP 2022521341A JP 2022521341 A JP2022521341 A JP 2022521341A JP 2022552476 A JP2022552476 A JP 2022552476A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
catalytic
catalyst
zone
reactor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022521341A
Other languages
English (en)
Inventor
エサ・クルケラ
イルッカ・ヒルツネン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus
Original Assignee
Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus filed Critical Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus
Publication of JP2022552476A publication Critical patent/JP2022552476A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/02—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment
    • C10K3/023—Reducing the tar content
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/864—Removing carbon monoxide or hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/386—Catalytic partial combustion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/40—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts characterised by the catalyst
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/58—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/82—Gas withdrawal means
    • C10J3/84—Gas withdrawal means with means for removing dust or tar from the gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20715—Zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/025—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step
    • C01B2203/0261—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step containing a catalytic partial oxidation step [CPO]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1052—Nickel or cobalt catalysts
    • C01B2203/1058—Nickel catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1064—Platinum group metal catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1082—Composition of support materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0903—Feed preparation
    • C10J2300/0909—Drying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0916—Biomass
    • C10J2300/092—Wood, cellulose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0983—Additives
    • C10J2300/0986—Catalysts

Abstract

本発明は、ガスを精製するための方法および装置に関し、少なくともタールおよび／または望ましくない炭化水素を含むガス（１）が触媒を有する少なくとも１つの触媒要素（９）を含む少なくとも１つの触媒ゾーン（３）を備える触媒処理反応器（２）に供給され、酸素ガス（４）が触媒処理反応器の触媒ゾーン（３）の触媒要素に供給され、触媒要素を通り供給され、ガス（１）は、触媒ゾーン（３）に流れるように配置され、かつ酸素ガス（４）および触媒に接触するように配置され、精製ガス（５）は、触媒処理反応器（２）から排出される。

Description

本出願は、不純物を含むガスを精製するための、請求項１に記載の方法および請求項１２に記載の装置に関する。さらに、本出願は、請求項１７に記載の方法の使用に関する。
従来技術から知られているのは、ガス化装置で異なるバイオマスおよび廃棄物原料をガス化し、ガス化ガスを生成することである。さらに、ガス化ガスには、タール、一部の炭化水素、その他の化合物などの不純物が含まれていることが知られている。さらに、従来技術とは異なるガス洗浄方法が知られている。ガス化ガスは、多くの洗浄工程を経て洗浄することができる。ただし、軽質炭化水素は洗浄では分離できない。さらに、ガス化ガスは、タールと炭化水素を生成物に変換することができる接触改質器によって洗浄することができる。しかし、接触改質には貴金属やニッケル触媒などの特定の触媒が必要であり、改質器の構造はいくつかの異なる層と触媒で複雑になる。さらに、ガス化ガスは、不安定なタールが高温で分解される熱分解によって洗浄することができる。しかし、接触改質と熱分解の間に多環芳香族炭化水素（ＰＡＨ）とカーボンブラックが形成される。
目的は、上記の問題を解決することである。さらに、合成ガスなどのガスを精製するための新しいタイプの方法と装置を開示することを目的としている。さらなる目的は、ガスからタールと不要な炭化水素を除去することである。さらに、合成ガスを処理するための新しいタイプの方法と装置を開示することを目的としている。さらに、合成ガスの品質を向上させることが目的である。
方法および装置および使用は、特許請求の範囲に提示されるものによって特徴付けられる。
この方法および装置において、少なくともタールおよび／または望ましくない炭化水素を含むガスは、触媒ゾーンを含む触媒処理反応器で処理される。
本発明のさらなる理解を提供し、本明細書の一部を構成するために含まれる添付の図面は、本発明のいくつかの実施形態を示し、説明とともに、本発明の原理を説明するのに役立つ。
一実施形態によるプロセスのフローチャート図である。 別の実施形態によるプロセスのフローチャート図である。 別の実施形態によるプロセスのフローチャート図である。 一実施形態による触媒要素を示している。
例えば合成ガスなどのガスを精製するための方法において、不純物として少なくともタールおよび／または望ましくない炭化水素を含むガス（１）は、触媒を有する少なくとも１つの触媒要素を含む少なくとも１つの触媒ゾーン（３）を含む触媒処理反応器（２）に供給され、酸素ガス（４）は、触媒処理反応器内の触媒ゾーン（３）の触媒要素に供給され、酸素ガスは、触媒要素を通り供給される。ガス（１）は、触媒ゾーン（３）に流れるように配置され、酸素ガス（４）および触媒ゾーン内の触媒と接触するように配置され、ガスは、触媒上で部分酸化されることによって酸素ガスと反応し、精製ガス（５）が生成される。精製ガス（５）は、触媒処理反応器から排出される。一実施形態では、酸素ガスは、触媒要素の中央に供給され、触媒要素の中央から要素の表面に流れるように構成されている。
ガスを精製するための装置は、不純物として少なくともタールおよび／または望ましくない炭化水素を含むガス（１）が供給される少なくとも１つの触媒処理反応器（２）を備える。触媒処理反応器（２）は、触媒を有する少なくとも１つの触媒要素を含む少なくとも１つの触媒ゾーン（３）を備える。さらに、装置は、触媒処理反応器内の触媒ゾーン（３）の触媒要素に酸素ガス（４）を供給し、触媒要素を通して酸素ガスを供給するための少なくとも１つの供給装置を備える。反応器（２）において、ガス（１）は、触媒ゾーン（３）に流れるように配置され、酸素ガス（４）および触媒ゾーン内の触媒と接触して、精製ガスを形成するように配置される。一実施形態では、供給装置は、触媒要素の中央に酸素ガスを供給するように配置され、酸素ガスが触媒要素の中央から要素の表面に流れるように配置されている。
方法および装置の一実施形態を図１に示す。他の方法と装置の実施例を図２および図３に示す。触媒ゾーンの触媒要素の一実施形態を図４に示す。
この文脈において、ガス（１）は、合成ガス、ガス化ガス、コークス炉ガスまたは他のガスなどの任意のガスを意味し、少なくともタールおよび／または不純物として重質および／または軽質炭化水素などの望ましくない炭化水素を含む。ガスは、１または複数の主成分で構成され得る。ガスは、二酸化炭素、一酸化炭素、および／または水素を主成分とすることができる。さらに、ガスは、不活性成分、ほこり、粒子状物質および／または水などの他の成分も含むことができる。さらに、ガスは他の不純物を含む可能性がある。一実施形態では、本方法により少なくともタールが除去される。一実施形態では、少なくとも望ましくない炭化水素、例えばベンゼン、トルエンおよび／またはフェノールが、本方法で除去される。一実施形態では、ガスはガス化装置からの流れである。
この文脈において、酸素ガス（４）は、酸素を含む、反応ガスなどの任意の酸素含有ガスを意味する。酸素ガスは、１または複数の主成分で構成され得る。一実施形態では、酸素ガスは空気を含む。一実施形態では、酸素ガスは、酸素および水蒸気を含む。一実施形態では、酸素ガスは酸素および二酸化炭素を含む。一実施形態では、酸素ガスは、酸素、水蒸気および二酸化炭素を含む。一実施形態では、酸素ガスは、触媒処理反応器（２）の反応物として使用される。
一実施形態では、触媒は、酸化ジルコニウムなどのジルコニウムベースの材料、またはドロマイトなどのカルシウム含有材料、またはニッケルまたは貴金属などの金属を含む材料から選択される。あるいは、任意の適切な触媒を触媒として使用することができる。
一実施形態では、触媒処理反応器（２）は、１つの触媒ゾーン（３）を含む。一実施形態では、触媒処理反応器は、２つ以上の触媒ゾーン（３）を含む。
一実施形態では、触媒ゾーン（３）は、１つの触媒要素を含む。一実施形態では、触媒ゾーン（３）は、２つ以上の触媒要素を含む。一実施形態では、触媒要素は、１または複数の触媒を含む。一実施形態では、触媒要素は、ガス供給物を供給することができる触媒床または触媒層を含む。一実施形態では、触媒要素は、触媒要素の表面上に少なくとも１つの触媒を含み、ガス供給物は、触媒要素の横または触媒要素の側に流れるように構成することができる。
一実施形態では、触媒は形成された粒子である。一実施形態では、触媒床または触媒層は、触媒粒子から形成される。一実施形態では、触媒は、キャリア表面などの所望の基材上のコーティングとして配置されて、触媒表面を形成する。一実施形態では、基材は、プレート、パイプ、チューブなどの表面であり得る。一実施形態では、触媒は、金属基材上のコーティングとして配置され、金属は、例えば、鋼、アルミニウム、その他の金属またはそれらの組み合わせなどの任意の金属であり得る。一実施形態では、触媒は、セラミック基材上のコーティングとして配置される。一実施形態では、触媒は、金属面またはセラミック面へのウォッシュコーティングとして基材上のコーティングとして配置される。一実施形態では、触媒要素は、触媒でコーティングされたコーティングされた要素から形成される。一実施形態では、触媒要素の表面、例えば、要素の内面および／または外面は、触媒表面から形成される。一実施形態では、触媒要素は、触媒または触媒粒子から形成される。一実施形態では、触媒要素は触媒で満たされている。
一実施形態では、触媒要素（９）は、酸素ガスを供給するための分配管（１０）、分配管の周りに装填される触媒（１１）、および分配管（１０）および触媒（１１）を取り囲む有孔支持構造（１２）を備える。一実施形態では、酸素ガス（４）は、有孔管または複数のノズル穴を備えた管である分配管（１０）を介して、触媒要素（９）の中心に注入される。一実施形態では、触媒（１１）の粒状触媒粒子が酸素分配管の周りに充填されて、触媒層を形成する。一実施形態では、酸素ガス（４）は、分配管（１０）を介して触媒要素（９）の中心に注入され、酸素ガスは、触媒要素の中心から触媒層を通って流れ、触媒層の、触媒表面上の、または触媒の細孔内のガス （１）と出会う。
一実施形態では、触媒ゾーン（３）は、触媒処理反応器（２）の所望の部分に配置される。
この文脈において、触媒処理反応器（２）は、少なくとも１つの触媒ゾーンを含む任意の反応器を意味する。触媒処理反応器（２）は、別個の装置または別の装置の一部、例えばガス化装置の一部、熱分解の第一の部分、改質器の一部、または予備改質装置とすることができる。一実施形態では、触媒反応器は、ガス化装置の上部であり、例えば、固定床ガス化装置である。一実施形態では、触媒処理反応器は、濾過装置の前に配置される。一実施形態では、触媒処理反応器（２）は、管反応器または管状反応器である。
酸素ガス（４）を触媒処理反応器（２）に供給するための供給装置は、任意の供給装置、機器または他の適切な装置であり得る。一実施形態では、供給装置は、圧縮機、予熱ユニット、噴射装置、インジェクター、分配器、分割装置、管、パイプ、他の適切な供給装置およびそれらの組み合わせを含む群から選択することができる。
一実施形態では、装置は、酸素ガス（４）を触媒ゾーン（３）および触媒要素に供給するための少なくとも１つの酸素ガス供給入口を備える。一実施形態では、酸素ガス（４）は、１つの酸素ガス供給入口によって触媒ゾーン（３）の触媒要素に供給される。一実施形態では、酸素ガスは、少なくとも２つの酸素ガス供給入口によって触媒ゾーンに供給される。一実施形態では、酸素ガスは、少なくとも２つの酸素ガス供給入口によって少なくとも２つの触媒ゾーンに供給される。酸素ガスは常に触媒処理反応器（２）の触媒要素に供給され、触媒を介して供給されることが好ましい。一実施形態では、酸素ガスは、触媒要素の触媒床または層に供給される。
一実施形態では、装置は、ガス（１）を触媒処理反応器（２）に供給するための少なくとも１つのガス供給入口を備える。一実施形態では、ガス（１）は、触媒処理反応器（２）の触媒ゾーンの外側の空間に供給される。一実施形態では、ガス供給入口は、触媒処理反応器（２）の触媒ゾーン（３）の前に配置されている。一実施形態では、ガス（１）は、触媒処理反応器の触媒ゾーン（３）に供給される。ガス（１）は、触媒処理反応器内の酸素ガスと同じ供給点に供給されず、酸素ガスと共に供給されないことが好ましい。
一実施形態では、装置は、精製ガス（５）を触媒処理反応器（２）から排出するための少なくとも１つの出口を備える。
酸素ガス供給入口およびガス供給入口は、パイプ、ポートなどそれ自体が知られている任意の適切な入口であり得る。出口は、パイプ、出口ポートなどそれ自体が知られている任意の適切な出口とすることができる。
一実施形態では、ガス（１）の温度は、ガスが触媒処理反応器（２）に供給される場合に、約３００℃～９００℃、一実施形態では３００℃～８００℃、一実施形態では３００℃～６００℃である。一実施形態では、精製ガス（５）の温度は、精製ガスが触媒処理反応器（２）から排出される場合に、約８００℃～１０００℃である。触媒処理反応器では、酸素ガス（４）を触媒から供給してガス（１）と接触させることにより、ガス（１）を加熱し、ガス（１）の温度を上げることができる。一実施形態では、ガスの温度レベルは、段階的に、またはガスの温度から反応温度まで段階的に上昇することによって上昇させることができる。さらに、カーボンブラックは生成されない。
精製ガス（５）は、触媒処理反応器（２）で生成される。一実施形態では、ガスのタール含有量および／または望ましくない炭化水素含有量は、反応中に減少させることができる。一実施形態では、タールの７０重量％以上、好ましくは８０重量％以上が、反応中に分解または変換され得る。一実施形態では、精製ガス（５）のタール含有量は、１０ｇ／ｍ３未満であり、一実施形態では５ｇ／ｍ３未満であり、一実施形態では２ｇ／ｍ３未満である。一実施形態では、６０重量％を超える、好ましくは７０重量％を超える、より好ましくは８０重量％を超える、望ましくない炭化水素が、反応中に分解または変換され得る。
一実施形態では、精製ガス（５）は、触媒処理反応器（２）の後に処理される、後処理される、または次のプロセスまたは次のプロセスステップに供給される。一実施形態では、精製ガスは濾過される。一実施形態では、精製ガスは、例えば、炭化水素を形成するため所望の処理プロセスに供給することができる。
一実施形態では、装置は、２つ以上の触媒処理反応器（２）を含む。一実施形態では、少なくとも２つ以上の反応器が並列に配置されている。一実施形態では、少なくとも２つ以上の反応器が連続して配置されている。
一実施形態では、さらに、ガスは、熱処理、例えば、触媒ゾーン（３）の後の熱処理ゾーン（７）での熱分解など熱処理によって処理され、ガスは熱処理で１０００℃～１３００℃の温度で処理される。一実施形態では、装置は、例えば触媒ゾーン後の熱分解などの熱処理ゾーン（７）を備え、ガスは、熱処理ゾーンで１０００℃～１３００℃の温度での熱処理によってさらに処理される。一実施形態では、追加の酸素ガス（６）が、熱処理ゾーン（７）の前または熱処理ゾーンに供給される。
一実施形態では、この方法は、連続プロセスに基づく。一実施形態では、装置は、連続装置である。一実施形態では、この方法は、バッチプロセスに基づく。一実施形態では、装置は、バッチ装置である。
一実施形態では、方法および装置は、ガスの精製、合成ガスの製造、合成ガスの精製、炭化水素の製造、燃料の製造、またはそれらの組み合わせにおいて使用および利用することができる。
本発明のおかげで、合成ガスなどのガスを精製することができ、タールおよび／または望ましくない炭化水素、例えば、ベンゼンは、簡単かつ効果的に分解または変換することができる。その後、精製ガスを問題なく濾過することができる。さらに、タールを除去するために後処理を行う必要はない。さらに、煤の発生のリスクなしにガスの温度を上げることができる。
この方法および装置は、精製されたガス流を形成する可能性を提供し、また、良好な特性を有する製品を容易に、そしてエネルギーおよび費用効果的に提供する。例えば、従来技術の改質器に比べて触媒の量が少ない。本発明は、不純物を含むガスを処理するための工業的に適用可能で、単純で、手頃な方法を提供する。製造工程との関連で、方法や装置を簡単かつ簡単に実現できる。
例１
図１は、タールおよびベンゼンなどの望ましくない炭化水素を含む、合成ガスなどのガスを精製するための方法および装置を示す。
装置は、タールおよび望ましくない炭化水素を含むガス（１）が供給される触媒処理反応器（２）を備える。触媒処理反応器（２）は、２つの垂直触媒要素を有する触媒ゾーン（３）を備える。各触媒要素には、少なくとも１つの触媒成分を含む同じ触媒が配置されている。さらに、装置は、分割装置を介して酸素ガス（４）を触媒ゾーンに供給するための少なくとも１つの供給装置を備える。酸素ガスは、触媒ゾーンの触媒要素を通り供給される。反応器（２）において、ガス（１）は、触媒ゾーン（３）に流れるように構成され、酸素ガス（４）および触媒ゾーン内の触媒と接触するように構成されている。次に、ガスは、触媒要素の触媒部分酸化によって酸素ガスと反応する。反応中に精製ガス（５）が発生し、反応器（２）から精製ガスが排出される。
例２
図２は、タールおよびベンゼンなどの望ましくない炭化水素を含む、合成ガスなどのガスを精製するための方法および装置を示す。
装置は、タールおよび望ましくない炭化水素を含むガス（１）が供給される触媒処理反応器（２）を備える。触媒処理反応器（２）は、２つの垂直触媒要素を有する触媒ゾーン（３）を備える。各触媒要素には、少なくとも１つの触媒成分を含む同じ触媒が配置されている。さらに、装置は、分割装置を介して酸素ガス（４）を触媒ゾーンに供給するための少なくとも１つの供給装置を備える。酸素ガスは、触媒ゾーンの触媒要素を通り供給される。反応器（２）において、ガス（１）は、触媒ゾーン（３）に流れるように構成され、酸素ガス（４）および触媒ゾーン内の触媒と接触するように構成される。次に、ガスは、触媒要素の触媒部分酸化によって酸素ガスと反応する。触媒ゾーンの温度は、約８００℃～１０００℃である。
さらに、この装置は、熱分解などの熱処理ゾーン（７）を備え、このゾーンでは、ガスは、約１０００℃～１３００℃の温度での熱処理によってさらに処理される。追加の酸素ガス（６）が熱処理ゾーン（７）の前に供給される。
触媒ゾーン（３）と熱処理ゾーン（７）での反応中に精製ガス（５）が生成され、精製ガス（５）が反応器（２）から排出される。
例３
図３は、タールおよびベンゼンなどの望ましくない炭化水素を含む、ガス化ガスなどのガスを精製するための方法および装置を示す。
この装置は、固定床ガス化装置（８）および触媒処理反応器（２）の組み合わせである。触媒処理反応器は、固定床ガス化装置の一部である。タールおよび望ましくない炭化水素を含むガス化ガス（１）は、ガス化装置（８）のガス化部から触媒処理反応器（２）に供給される。触媒処理反応器（２）は、３つの水平触媒要素を有する触媒ゾーン（３）を備え、これらの要素は、図４の要素とすることができる。各触媒要素には、少なくとも１つの触媒成分を含む同じ触媒が配置されている。さらに、装置は、分割装置を介して酸素ガス（４）を触媒ゾーンに供給するための少なくとも１つの供給装置を含む。酸素ガスは触媒要素に供給され、酸素ガスは、触媒要素を通り供給され、酸素ガスは触媒要素の中央に供給され、触媒要素の中央から要素の表面に流れるように構成される。触媒処理反応器（２）では、ガス（１）は、触媒ゾーン（３）に流れるように構成され、酸素ガス（４）および触媒ゾーン内の触媒要素の触媒と接触するように構成されている。次に、ガスは、触媒要素内および／または触媒要素上での触媒部分酸化によって酸素ガスと反応する。反応中に精製ガス（５）が発生し、反応器（２）から精製ガスが排出される。
例４
この例では、タールと望ましくない炭化水素を含むガス化ガス（１）が触媒処理反応器（２）に供給される。触媒処理反応器（２）は、水平触媒要素（９）を有する触媒ゾーン（３）を備える。図４は、ガス化ガスを浄化するための触媒要素の１つを示している。
酸素含有ガス（４）は、有孔管または複数のノズル穴を備えた管である分配管（１０）を介して触媒要素（９）の中心に注入される。粒状の触媒粒子（１１）が酸素分配管の周りに充填されて触媒層を形成し、構造全体が有孔支持構造（１２）の内部に構築される。酸素含有ガスは中央管から触媒層を通って流れ、すでに触媒層、触媒表面、または触媒の細孔にあるガス化ガス成分と出会う。このように、酸化反応は煤を形成することなく行われ、ガス化ガスの温度が上昇し、熱反応と触媒反応の複合効果によりタール含有量が減少する。断面積を最適にカバーするように複数の触媒要素が編成され、高い圧力損失を発生することなくガスと触媒の十分な接触を実現することができる。後続のいくつかの触媒要素を使用して、複数の段階で温度を上昇させ、タールの分解を改善することができる。
例５
この例では、ガス化ガス（１）は、実施例１による別個の触媒処理反応器（２）で精製された。
触媒処理反応器は、２つの分離装置、例えばガスからほこりや粒子を分離するガス化装置後のサイクロンおよび濾過装置の後に配置された。触媒処理反応器は、垂直触媒要素を有する管状反応器であった。酸素および窒素を含む酸素ガスは、触媒要素の中央に供給され、要素の中央から要素の表面に流れるように構成されていた。触媒要素は、ステンレス鋼構造で支持された粒状の多孔質触媒粒子で形成されていた。触媒要素中で接触酸化反応が起こり、煤は発生しなかった。
２つのテストが実行された。テストＡでは、ガス化装置のガス化ガスには、５．３ ｔｉｌ－％ＣＨ４、１．１ｔｉｌ－％Ｃ２Ｈ４および０．２ｔｉｌ－％Ｃ２Ｈ６、８．０ｇ／ｍ３ｎベンゼンおよび３．８ｇ／ｍ３タール（１．１ｇ／ｍ３タール＜ナフタレン、１．８ｇ／ｍ３ナフタレン、０．９ｇ／ｍ３より重いタール）が含まれていました。触媒処理反応器後の精製ガスには、２．７ｔｉｌ－％ＣＨ４、０．３ｔｉｌ－％Ｃ２Ｈ４および０．０７ｔｉｌ－％Ｃ２Ｈ６、４．１ｇ／ｍ３ｎベンゼンおよび１．０ｇ／ｍ３タール（０．２ｇ／ｍ３タール＜ナフタレン、０．７ｇ／ｍ３ナフタレンおよび０．１ｇ／ｍ３より重いタール）が含まれていた。触媒処理反応器への供給時のガス化ガス温度は５７０℃、精製ガス温度は８５０℃であった。
テストＢでは、ガス化装置への供給に燃料と蒸気の比率を高くした。したがって、ガス化ガスの炭化水素やタールの含有量が多かった。テストＢでは、ガス化装置のガス化ガスには、６．８ｔｉｌ－％ＣＨ４、１．４ｔｉｌ－％Ｃ２ Ｈ４および０．３ｔｉｌ－％Ｃ２Ｈ６、および８．３ｇ／ｍ３ｎベンゼンおよび１０．４ｇ／ｍ３タール（４．８ｇ／ｍ３タール＜ナフタレン、２．１ｇ／ｍ３ナフタレンおよび３．５ｇ／ｍ３より重いタール）が含まれていた。触媒処理反応器後の精製ガスには、３．２ｔｉｌ－％ＣＨ４、０．３ｔｉｌ－％Ｃ２Ｈ４および０．０９ｔｉｌ－％Ｃ２ Ｈ６、４．２ｇ／ｍ３ｎベンゼンおよび２．３ｇ／ｍ３タール（０．８ｇ／ｍ３タール＜ナフタレン、０．９ｇ／ｍ３ナフタレンおよび０．６ｇ／ｍ３より重いタール）が含まれていた。触媒処理反応器への供給時のガス化ガス温度は５７０℃、精製ガス温度は８６０℃であった。
テストから、タールと望ましくない炭化水素、例えばエチレンとベンゼンは、触媒処理反応器での反応中に効果的に分解することができた。例えば、触媒処理反応器での反応中に、重質タールの８３～８９％、エチレンの７３～７９％が分解された。さらに、精製ガスにはカーボンブラックや粒子が含まれていないことが確認された。さらに、試験後、装置の表面がきれいであることが観察された。
例６
この例では、ガス化ガス（１）は、実施例３に従って精製された。プロセスは、加圧固定床ガス化装置および触媒処理反応器を含むパイロット規模の組み合わせでテストされた。触媒処理反応器は、図４のように４つの水平触媒要素（９）を備える。ガス化装置の下部は、向流固定床反応器として運転され、一次酸素、蒸気、二酸化炭素が固定床の底部に供給され、バイオマスが床の上部に供給され、そこから乾燥、熱分解、ガス化および酸化ゾーンを介して下向きに流れる。形成された原料ガスは、通常、約５０～１００ｇ／ｍ３ｎのタールを含み、２００～６００℃の温度で一次ガス化段階を離れた。このタール含有原料ガスは、触媒処理で８００～９００℃まで徐々に加熱され、通常の方法に特有の煤の発生問題なくタールの大部分が分解された。松のおがくず、樹皮、森林残渣、ひまわりの殻でできた木質チップとペレットを使って、１週間のテストを４回実施した。テストしたすべての原料で正常に動作し、タールや煤でフィルターを塞ぐことなく、発生したガスをダスト粒子からろ過し、最先端の接触改質法で残留タールや炭化水素ガスから改質することができた。ガスの後流はさらに汚染物質のサブｐｐｍレベルまで洗浄され、フィッシャー・トロプシュ合成の供給ガスとして使用された。
テスト結果の２つの例を以下に示す。
テストＡでは、木材チップを１４．２ｇ／ｓの供給速度で使用し、原料ガスは５８０℃の温度で一次ガス化ゾーンを出た。ガス化装置は２．５バールの圧力で運転された。酸素含有ガスを４段階の触媒要素に供給し、温度を８６２℃に上げた。触媒元素の触媒には、ジルコニアと少量の貴金属を含むセラミック触媒ペレットが使用された。４週間の試験期間すべてで同じ触媒を使用し、活性の低下や煤やほこりによるブロッキングは確認されなかった。触媒処理後のドライガス分析は、１４．７％ＣＯ、２０．３％Ｈ２、３４．４％のＣＯ２、５．８％のＣＨ４、０．７％のＣ２－炭化水素ガス、および２４．２％のＮ２であった。ベンゼン含有量は６．０ｇ／ｍ３ｎ、タールの総含有量は１．７ｇ／ｍ３ｎであった。このガスは、ガスクーラーを通ってフィルターユニットに導かれ、温度５０３℃、８９ｍｂａｒの安定した圧力降下でろ過された。その後のガス洗浄装置、ガスコンプレッサー、ＦＴ合成は問題なく作動した。
テストＢでは、樹皮ペレットを原料として使用した。供給速度は１３．５ｇ／ｓ、動作圧力は２．５ｂａｒであった。原料ガスの温度は、触媒元素前は４４６℃、触媒元素後は８６２℃であった。触媒処理後の乾燥ガス分析は、ＣＯが１６．３％、Ｈ２７．６％、ＣＯ２が３１．９、ＣＨ４が６．２％、Ｃ２－炭化水素ガスが０．９％、 Ｎ２が７．０％であった。ベンゼン含有量は９．５ｇ／ｍ３ｎ、タールの総含有量は６．４ｇ／ｍ３ｎであった。この原料は、木材チップ（試験Ａ）よりも硫黄分が多く、触媒の改質活性が低下していた。しかし、ガスは温度５２９℃、９７ｍｂａｒの安定した圧力降下でうまく濾過された。その後のガス洗浄装置、ガスコンプレッサー、ＦＴ合成は問題なく作動しました。
テスト１および２は、タール濃度を５０～１００ｇ／ｍ３ｎのレベルから約２～６ｇ／ｍ３に下げることができることを証明した。これは、固定床式ガス化装置の原料ガス洗浄のために、さらなるガス洗浄装置を使用することができるほど十分に低いものであった。
これらの実施例で使用されるプロセスのガス化装置、反応器、供給装置、および出口装置は、それ自体が当技術分野で知られており、したがって、これらは、この文脈ではこれ以上詳細に説明されない。
この方法および装置は、合成ガスなどのガスを精製するため、および精製ガスを形成するための異なる実施形態に適している。
本発明は、単に上記の実施例に限定されるものではない。代わりに、特許請求の範囲によって定義される本発明のアイデアの範囲内で多くの変形が可能である。
１ ガス
２ 触媒処理反応器
３ 触媒ゾーン
４ 酸素ガス
５ 精製ガス
６ 追加の酸素ガス
７ 熱処理ゾーン
８ 固定床ガス化装置
９ 触媒要素
１０ 分配管
１１ 触媒
１２ 有孔支持構造

Claims (17)

  1. ガスを精製する方法であって、
    少なくともタールおよび／または望ましくない炭化水素を含むガス（１）が触媒を有する少なくとも１つの触媒要素（９）を含む少なくとも１つの触媒ゾーン（３）を備える触媒処理反応器（２）に供給され、
    酸素ガス（４）が前記触媒処理反応器の前記触媒ゾーン（３）の前記触媒要素に供給され、前記触媒要素を通り供給され、
    前記ガス（１）は、前記触媒ゾーン（３）に流れるように配置され、かつ前記酸素ガス（４）および前記触媒に接触するように配置され、
    精製ガス（５）は、前記触媒処理反応器（２）から排出されることを特徴とする、方法。
  2. 前記酸素ガス（４）は、前記触媒要素（９）の中間に供給され、前記触媒要素の中央から前記要素の表面に流れるように配置されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 前記触媒ゾーン（３）が２つ以上の触媒を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記触媒要素が前記触媒でコーティングされたコーティングされた要素から形成されていることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記触媒要素が前記触媒で満たされていることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記触媒処理反応器（２）が２つ以上の触媒ゾーン（３）を備えることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記ガス（１）は、前記触媒要素の前記触媒の表面の、および／または前記触媒要素の前記触媒の細孔内の前記酸素ガス（４）と反応することを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記ガス（１）は、前記触媒処理反応器（２）の前記触媒ゾーン（３）内に供給されることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
  9. さらに前記ガスは、前記触媒ゾーン（３）の後の熱処理ゾーン（７）で熱処理によって処理され、前記ガスは、前記熱処理において１０００℃～１３００℃の温度で処理されることを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記精製ガス（５）は、前記触媒処理反応器（２）の後に処理される、後処理される、または次のプロセスステップに供給されることを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記精製ガス（５）が濾過されることを特徴とする、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
  12. ガスを精製するための装置であって、前記装置が
    少なくともタールおよび／または望ましくない炭化水素を含むガス（１）が供給される少なくとも１つの触媒処理反応器（２）であって、触媒を有する少なくとも１つの触媒要素（９）を含む少なくとも１つの触媒ゾーン（３）を備える少なくとも１つの触媒処理反応器（２）と、
    酸素ガス（４）を前記触媒処理反応器の前記触媒ゾーン（３）の前記触媒要素に供給し、前記触媒要素を通り供給するための少なくとも１つの供給装置と、
    を備え、
    前記反応器（２）において、前記ガス（１）は、前記触媒ゾーン（３）に流れるように配置され、かつ前記酸素ガス（４）および前記触媒と接触するように配置されることを特徴とする、装置。
  13. 前記装置が、２つ以上の触媒処理反応器（２）を備えることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
  14. 前記触媒処理反応器（２）が２つ以上の触媒ゾーン（３）を備えることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の装置。
  15. 前記触媒要素（９）が前記酸素ガスを供給する分配管（１０）と前記分配管の周りに装填された前記触媒（１１）と、前記分配管（１０）および前記触媒（１１）を囲む有孔支持構造（１２）とを備えることを特徴とする、請求項１２～１４のいずれか一項に記載の装置。
  16. 前記触媒要素が前記触媒でコーティングされたコーティングされた要素から形成されていることを特徴とする、請求項１２～１５のいずれか一項に記載の装置。
  17. 前記方法が、ガスの精製、合成ガスの製造、合成ガスの精製、炭化水素の製造、燃料の製造、またはこれらの組み合わせにおいて使用されることを特徴とする、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法の使用。
JP2022521341A 2019-10-08 2020-10-07 ガスの精製と使用のための方法と装置 Pending JP2022552476A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20195858 2019-10-08
FI20195858 2019-10-08
PCT/FI2020/050661 WO2021069798A1 (en) 2019-10-08 2020-10-07 Method and apparatus for purifying gas and use

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022552476A true JP2022552476A (ja) 2022-12-16

Family

ID=73020234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022521341A Pending JP2022552476A (ja) 2019-10-08 2020-10-07 ガスの精製と使用のための方法と装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220364003A1 (ja)
EP (1) EP4041850A1 (ja)
JP (1) JP2022552476A (ja)
CA (1) CA3156311A1 (ja)
WO (1) WO2021069798A1 (ja)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2727827C (en) * 2008-06-25 2015-04-28 Nexterra Systems Corp. Generating clean syngas from biomass
DE102008032166A1 (de) * 2008-07-08 2010-01-14 Karl-Heinz Tetzlaff Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von teerfreiem Synthesgas aus Biomasse
US9677019B2 (en) * 2012-10-31 2017-06-13 Thermochem Recovery International, Inc. System and method for processing raw gas with in-situ catalyst regeneration

Also Published As

Publication number Publication date
US20220364003A1 (en) 2022-11-17
WO2021069798A1 (en) 2021-04-15
CA3156311A1 (en) 2021-04-15
EP4041850A1 (en) 2022-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8562701B2 (en) Gasification apparatus and method for generating syngas from gasifiable feedstock material
US8834834B2 (en) Use of char particles in the production of synthesis gas and in hydrocarbon reforming
US8541637B2 (en) Process and system for thermochemical conversion of biomass
AU2008327916B2 (en) Process for producing a purified synthesis gas stream
FI118647B (fi) Menetelmä tervamaisia epäpuhtauksia sisältävän kaasun reformoimiseksi
EP2542654B1 (en) Method of reforming gasification gas
JP5011127B2 (ja) 水素源からの水素含有ストリーム中の水素の管理
US10822560B2 (en) Method and apparatus for gasifying raw material and gaseous product
KR20220151690A (ko) 폐기물 및/또는 바이오매스로부터 유용한 제품을 제조하는 방법
CA2846936C (en) Method of reforming gasification gas
WO2013052655A1 (en) Apparatus and methods for saturating and purifying syngas
US8026290B2 (en) Methods and apparatus for continuous removal of carbon dioxide from a mixture of reacting gases
JP2022552476A (ja) ガスの精製と使用のための方法と装置
EP2927305A1 (en) A fluidized bed gasifier system with freeboard tar removal
US20220403266A1 (en) Method and apparatus for removing impurities from gasification gas and use
JPS60248794A (ja) 重質油の熱分解法
CN108300504B (zh) 一种提高重油品质和轻油产率的方法
EP1165727B1 (en) Method and process for cleaning a productgas of a gasification reactor
CN117701306A (zh) 一种基于膜分离净化的集成式生物质/有机固废转化制合成气方法及装置
JP2023502555A (ja) 水素富化圧縮天然ガスおよびカーボンナノチューブの同時製造

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230920