JP5850831B2 - 合成ガスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｈ_２及びＣＯを含有する合成ガスの製造方法に関する。

合成ガスは、合成反応に使用されそして主として一酸化炭素及び水素からなるガス混合物である。いくつかのＣＯ／Ｈ_２の組み合わせには、それらの由来又はそれらの使用に基づき、水性ガス、クラックガス、メタノール合成ガス又はオキソガス（Ｏｘｏｇａｓ）といった特別な名称が定着している。合成ガスは、液体燃料の製造のための出発材料混合物として使うことができる。合成ガスは、例えば、フィッシャー−トロプシュ法でディーゼル動力用燃料を製造するのに使用されている。ガソリン動力用燃料は、ＭＴＧ法（メタノール・ツー・ガソリン）に従って製造することができ、その場合、合成ガスはまずメタノールに転化され、そのメタノールは更なる工程段階でガソリンに転化される。

原則的には、全ての炭素含有物質を合成ガス製造に使用することができる。そのために、化石燃料の石炭、石油及び天然ガスだけでなく、合成樹脂、泥炭、木材、又は都市のもしくは農業の廃棄物のようなその他のバイオマスのような供給原料もその一つとみなされる。固形物質が使用される場合、部分酸化又は水蒸気解離によって粗製合成ガスを製造できるようにするためには、最初に手間をかけてこれを細かく粉砕しなければならない。その後、その粗製合成ガスは更なる段階で処理される。これらの処置全てによって投資費用が高くなり、このことは、合成ガスからの液体動力用燃料製造の障害となっている。

欧州特許出願公開第０２００８８０Ａ２号明細書（特許文献１）からは、高炉プロセスからの高いＣＯ割合を有する転炉ガス及び高い水素含有量を有するコークス炉ガスを混合し、そしてメタノール合成のための合成ガスとして利用することが知られている。その公知の方法の場合、コークス炉ガスは、最初に圧力変動吸着装置に供給され、そこでコークス炉ガス中に含まれる水素の約８３％が分離される。炭化水素含有の残ガスは圧縮され、浄化段階で触媒毒が取り除かれ、その後転化され、そして蒸気改質機で水蒸気を使ってＣＯ、ＣＯ_２及びＨ_２に分解される。分解ガスは、事前に分離された水素及び化学量論の合成ガスを製造するのに必要な量の転炉ガスと混合されて、メタノール合成ガスとして利用される。上述のコークス炉ガスの処理のためには、追加の装置が必要であり、それに相当する投資費用並びに運転費用も必要となる。

欧州特許出願公開第０２００８８０Ａ２号明細書

本発明の課題は、合成ガス製造のプラント技術費用だけでなく、その運転費用をも低減することである。

本発明の対象及び上記課題の解法は、請求項１に記載のＨ_２及びＣＯを含有する合成ガスの製造方法である。本発明により、コークス炉プロセスからのコークス炉ガスが、水素と、炭化水素含有残ガス流とに分離される。そのコークス炉ガスから分離された水素は、高炉プロセスの高炉ガスから得られたＣＯリッチの合成ガス流に供給され、そして炭化水素含有残ガス流は供給原料として高炉プロセスに供給される。

高炉プロセス中にフィードバックされる残ガス流とは、メタン及びＣＯリッチガスである。炭化水素は燃料として高炉プロセスにおいて利用される。残ガスと一緒に高炉プロセス中へ供給されるＣＯ分は、合成ガスの製造に利用される高炉から抜き出される高炉ガスを増加させる。本発明の方法はエネルギー効率が良く、かつ、追加の処理工程や装置を必要としない。

コークス炉には石炭が供給され、該石炭は、空気の排除下で１０００℃超まで加熱される。その際に、該石炭の揮発性成分は追い出される。それら成分がコークス炉ガスを形成する。複数のコークス炉が使用される場合、発生した粗製ガスは、収集ラインを介して一つにまとめられる。コークス炉ガスは、更なる利用の前に、すなわち、水素及び炭化水素含有残ガスに分離される前に脱タール及び脱硫され、並びにアンモニア、芳香族化合物及びナフタレンが取り除かれる。浄化されたコークス炉ガス（石炭ガス）は、好ましくは圧力変動吸着装置（ＰＳＡ装置）に供給され、そこで残ガスからの水素の分離が行われる。圧力変動吸着装置は、真空ＰＳＡ装置（ＶＰＳＡ）としても構成することができる。吸着装置の加圧面上では純粋な水素が得られる。放圧時に残ガスが放出し、それはメタン及び一酸化炭素を含有しており、そして供給原料として高炉プロセスに供給される。

高炉プロセスは、合成ガス製造のために調整される。高炉には、鉄鉱石及び炭素含有還元剤が装填され、その際、高炉プロセスで使用される炭素含有還元剤の量は、鉄製造に必要な燃料の量よりも多い。更に、鉄を得るために及び高炉ガスとして抜き出されるＣＯリッチの合成ガスを製造するために、工業的に純粋な酸素が高炉に供給される。高炉を出る高炉ガスのＣＯ／Ｈ_２比を制御するために、追加的に、ＣＯ_２及び／又は水蒸気を高炉に供給することができ、その際、以下の反応が進行し得る。

本発明の、コークス炉ガスと高炉プロセスの高炉ガスとの組み合わせによる合成ガスの製造は、コークス炉中で水素リッチの粗製ガスが、そして高炉中で一酸化炭素リッチの粗製ガスが生成されることを有利に利用するものである。それに加えて、高炉プロセスにコークスが必要とされるため、通常の場合、高炉の付近にコークス製造プラントが設置される。コークス炉ガス及び高炉プロセスの高炉ガスからの合成ガスの製造によって、コークス製造時及び鉄製造時に生じるガス状の副生成物を、的確に材料として使用するのが可能となる。

Claims (4)

1. Ｈ_２及びＣＯを含有する合成ガスの製造方法であって、
   その際、コークス炉プロセスからのコークス炉ガスが、水素と、メタン及びＣＯ含有残ガス流とに分離され、
   その際、高炉には、鉄鉱石及び炭素含有還元剤が装填され、そして、鉄を得るために及び高炉ガスとして抜き出されるＣＯリッチの合成ガスを製造するために、工業的に純粋な酸素が該高炉に供給され、
   その際、前記高炉中に投入される炭素含有還元剤の量が、鉄製造に必要な燃料の量よりも多く、
   その際、前記コークス炉ガスから分離された水素がＣＯリッチの合成ガス流に供給され、そして
   その際、前記残ガス流が、高炉プロセスに供給原料としてフィードバックされ、それにより、前記残ガス流の炭化水素が高炉プロセスにおける燃料として利用され、そして、該残ガス流と一緒に高炉プロセス中へ供給されたＣＯ分は、合成ガスの製造に利用される高炉から抜き出される高炉ガスを増加させる、上記の方法。
2. 前記コークス炉ガスが、水素及び炭化水素含有残ガス流への前記分離の前に脱タール及び脱硫され、かつアンモニア、芳香族化合物及びナフタレンが取り除かれる、請求項１に記載の方法。
3. 前記コークス炉ガスが、圧力変動吸着装置を用いて水素及び該残ガス流に分離される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記高炉を出る高炉ガスのＣＯ／Ｈ_２比を制御するために、該高炉にＣＯ_２及び／又は水蒸気が追加的に供給される、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。