JP7280718B2 - Gasification method of carbonaceous material - Google Patents

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本発明は、炭素質材料、特に褐炭等の比較的石炭化度の低い低品位炭のガス化方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for gasifying carbonaceous materials, particularly low-rank coal with a relatively low degree of coalification such as lignite.

石炭の中でも石炭化度の低い褐炭、亜炭は水分量が多く運搬が難しく、乾燥すると発火する恐れもあることから、燃料としての利用が難しい場合が多く、活用されていないものが多くある。特許文献1には、このような低品位炭を加熱して脱水するとともに、重質油を吸着含有させて自然発火性の低い固形燃料とする方法が開示されている。このような改質された固形燃料とすることで、石炭化度の低い低品位炭を利用しやすくすることは可能であるが、石炭は燃焼利用した場合の単位発熱量当たりの二酸化炭素の排出量が多い問題もある。 Among coals, lignite and lignite, which have a low degree of coalification, are difficult to transport due to their high water content, and may ignite if dried. Patent Literature 1 discloses a method of heating and dehydrating such low-grade coal and adsorbing heavy oil to make a solid fuel with low spontaneous combustion. By using such a modified solid fuel, it is possible to make it easier to use low-rank coal with a low degree of coalification, but coal emits carbon dioxide per unit calorific value when used for combustion. There is also the issue of volume.

石炭を部分燃焼等の方法によりガス化して、水素と一酸化炭素を主成分とするガスを得、これを触媒上でメタン化反応によりメタンを得るプロセスも知られている(非特許文献1,2)。この方法では、石炭はメタンと二酸化炭素に変換されるので、二酸化炭素を分離して地中に隔離することにより、化石燃料の中で最も単位発熱量当たりの二酸化炭素の排出量が少ない天然ガスと同様の環境負荷の低い燃料として使用することが可能となる。 A process is also known in which coal is gasified by a method such as partial combustion to obtain a gas containing hydrogen and carbon monoxide as main components, and this is subjected to a methanation reaction on a catalyst to obtain methane (Non-Patent Document 1, 2). In this method, coal is converted into methane and carbon dioxide, so by separating the carbon dioxide and sequestering it underground, natural gas has the lowest carbon dioxide emissions per unit calorific value among fossil fuels. It can be used as a fuel with low environmental impact similar to

しかし、部分燃焼法による石炭のガス化には通常1000℃以上の高温が必要であり、設備コストが高価になる。また、高温でガス化した場合には、生成するガスは一酸化炭素と水素が主となるため、メタン化反応によりメタンを生成する際に、熱量の20%程度が発熱により失われる。 However, the gasification of coal by the partial combustion method usually requires a high temperature of 1000° C. or more, and the equipment cost is high. Further, when gasified at a high temperature, the generated gas is mainly carbon monoxide and hydrogen, so about 20% of the heat is lost due to heat generation when methane is generated by the methanation reaction.

炭素(石炭)の水蒸気によるガス化反応(反応式1)は吸熱反応であるのに対して、メタン化反応(反応式2)は発熱反応である。炭素を水蒸気によりガス化して、水素、一酸化炭素および二酸化炭素を主成分とするガスを得て、これをメタン化反応によりメタンとした場合、総括反応としてはほぼ熱的に中性である。ガス化とメタン化を同時に行うことができれば、メタン化による発熱で、ガス化の吸熱を賄うことができて効率よくガス化することができる。しかし、一般的にガス化は有効な反応速度を得るのに高温を要するのに対して、メタン化は平衡的に低温でなければ進行しないため、ガス化とメタン化を併発させて断熱的に反応させることは極めて難しい。 The gasification reaction of carbon (coal) with water vapor (reaction formula 1) is an endothermic reaction, whereas the methanation reaction (reaction formula 2) is an exothermic reaction. When carbon is gasified with water vapor to obtain a gas mainly composed of hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide, and this is converted to methane by a methanation reaction, the general reaction is almost thermally neutral. If gasification and methanation can be performed simultaneously, the heat generated by methanation can cover the endothermic heat of gasification, and efficient gasification can be achieved. However, while gasification generally requires a high temperature to obtain an effective reaction rate, methanation proceeds only at equilibrium low temperatures. It is extremely difficult to react.

C+HO(g)→CO+H ΔH=+131.3kJ/mol(吸熱)(1)
CO+3H→CH+HO(g) ΔH=-206.2kJ/mol(発熱)(2)
C + H 2 O (g) → CO + H 2 ΔH = +131.3 kJ/mol (endothermic) (1)
CO+3H 2 →CH 4 +H 2 O (g) ΔH=−206.2 kJ/mol (exothermic) (2)

触媒を用いることにより、水蒸気をガス化剤として700℃程度の比較的低い温度で石炭をガス化できることが知られている(非特許文献3)。Kなどのアルカリ金属、Caなどのアルカリ土類金属、Fe,Co,Niなどの遷移金属がガス化に有効であることが知られている。 It is known that by using a catalyst, coal can be gasified at a relatively low temperature of about 700° C. using water vapor as a gasifying agent (Non-Patent Document 3). It is known that alkali metals such as K, alkaline earth metals such as Ca, and transition metals such as Fe, Co and Ni are effective for gasification.

特許文献2には、流動石油コークスの水蒸気を用いた触媒ガス化において、反応温度を593℃~816℃の範囲に変えて、生成ガスのメタン濃度を比較しており、593℃では38.3%であったメタン濃度は、704℃では27.5%に、816℃では14.1%まで低下することを示している。触媒として、KCO,LiCO,CaCOの使用が開示されている。 In Patent Document 2, in the catalytic gasification of fluidized petroleum coke using steam, the reaction temperature was changed in the range of 593 ° C. to 816 ° C., and the methane concentration of the produced gas was compared. %, decreases to 27.5% at 704°C and to 14.1% at 816°C. The use of K 2 CO 3 , Li 2 CO 3 , CaCO 3 as catalysts is disclosed.

特許文献3には、約30%の揮発分を含む粘結性瀝青炭の水蒸気ガス化に際して、前記瀝青炭をNa,KもしくはLiの水酸化物と、Ca,MgもしくはBaの水酸化物もしくは炭酸塩を含む水溶液と混合して、150~375℃で水熱処理してからガス化に供することで、ガス化温度675℃において原料石炭の825℃でのガス化と同等のガス化速度が得られたことが示されている。しかし、具体的なガス化性能(反応時間とガス化率)については記載がない。 In Patent Document 3, in the steam gasification of coking bituminous coal containing about 30% of volatile matter, the bituminous coal is treated with a hydroxide of Na, K or Li and a hydroxide or carbonate of Ca, Mg or Ba. By mixing with an aqueous solution containing and hydrothermally treating at 150 to 375 ° C and then subjecting it to gasification, a gasification rate equivalent to the gasification of raw coal at 825 ° C at a gasification temperature of 675 ° C was obtained. is shown. However, there is no description of specific gasification performance (reaction time and gasification rate).

特許文献4では、704℃(1300°F)における瀝青炭の水蒸気ガス化における、K、NaおよびCaの効果を比較している。それによれば、KCOを石炭に対し10および15重量%用いた場合、時間当たりのガス化率はそれぞれ72,100%、NaCOを石炭に対し5重量%用いた場合は21%、Ca(OH)を2.9重量%(CaO換算)用いた場合は41%であったのに対し、NaCOを石炭に対し5重量%とCa(OH)を8重量%(CaO換算)併せて用いた場合は、47~89%となって、NaあるいはCaの単独でのガス化促進効果は小さいが、NaとCaを併用することによりKに近いガス化効果が得られることを示している。Kと比較して、NaやCaは一般に安価であるため、触媒コストの低減の観点では意義がある。 US Pat. No. 5,300,003 compares the effects of K, Na and Ca on steam gasification of bituminous coal at 704° C. (1300° F.). It shows that when K2CO3 is used at 10 and 15% by weight of coal, the gasification rate per hour is 72,100% respectively, and when Na2CO3 is used at 5% by weight of coal, it is 21 % . %, 41% when using 2.9% by weight of Ca(OH) 2 ( calculated as CaO), whereas 5% by weight of Na2CO3 and 8% by weight of Ca(OH) 2 based on coal % (calculated as CaO) when used together, the result is 47 to 89%, and the gasification promoting effect of Na or Ca alone is small, but the combined use of Na and Ca has a gasification effect close to that of K. It shows what you get. Since Na and Ca are generally cheaper than K, they are significant from the viewpoint of reducing catalyst costs.

非特許文献3には、水酸化カルシウム触媒を用いた各種石炭(無水無灰基準の炭素含有率66.5%~83.6%)の水蒸気ガス化を600~700℃で行った結果が示されている。それによれば、700℃における水蒸気ガス化では、炭素含有率75%以下の石炭ではCa触媒の効果は大きく、1時間で95%以上のガス化率が得られたのに対し、炭素含有率が75%を超えるものでは、1時間後のガス化率は60%程度にとどまっている。
またガス化温度を650℃ないし600℃に低下するとガス化率が大きく低下することも示されている。
Non-Patent Document 3 shows the results of steam gasification of various coals (carbon content of 66.5% to 83.6% on an anhydrous ashless basis) using a calcium hydroxide catalyst at 600 to 700 ° C. It is According to it, in steam gasification at 700 ° C, the effect of the Ca catalyst was large for coal with a carbon content of 75% or less, and a gasification rate of 95% or more was obtained in 1 hour. For those exceeding 75%, the gasification rate after 1 hour remains at about 60%.
It is also shown that lowering the gasification temperature to 650°C to 600°C significantly reduces the gasification rate.

非特許文献4には、鉄、コバルト、ニッケルを触媒とする650℃における水蒸気ガス化の結果が示されているが、コバルトおよびニッケルは、1時間で80%を超えるガス化率を示したのに対し、鉄ではこれらより低い70%にとどまっている。しかし、コバルトやニッケルは鉄よりもはるかに高価であるため、実用は難しい。 Non-Patent Document 4 shows the results of steam gasification at 650 ° C. with iron, cobalt, and nickel as catalysts, but cobalt and nickel showed a gasification rate of over 80% in 1 hour. On the other hand, in iron, it remains at 70%, which is lower than these. However, cobalt and nickel are much more expensive than iron, making them difficult to use.

非特許文献5には、アルカリ金属(Na,K)、アルカリ土類金属(Mg,Ca)、Alおよび遷移金属(Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Mo)を触媒とする炭素質材料の水蒸気および水素-水蒸気条件でのガス化を検討している。2種あるいは3種の成分を用いた2元系、3元系の触媒の効果についても検討されており、Na+Ca,Ca+Fe,Na+FeおよびNa+Ca+Feが水蒸気、二酸化炭素またはそれらの混合ガスによるガス化に有効であること、Fe+CaおよびFe+Ca+Naが水素によるガス化に有効であることを明らかにしている。ただし、検討された触媒の担持量は各成分とも0.25%~1%程度と低く、またガス化温度は800℃と高いことから、これらがメタン生成に有利となる700℃以下、特に550~650℃程度の低温域で実用的なガス化速度が得られるかどうかは不明である。 Non-Patent Document 5 describes alkali metals (Na, K), alkaline earth metals (Mg, Ca), Al and transition metals (Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo) catalyzed by steam and hydrogen-steam gasification of carbonaceous materials. The effects of binary and ternary catalysts using two or three components have also been studied, and Na + Ca, Ca + Fe, Na + Fe and Na + Ca + Fe are effective for gasification with water vapor, carbon dioxide or a mixed gas thereof. , and that Fe+Ca and Fe+Ca+Na are effective for gasification with hydrogen. However, the supported amount of the investigated catalyst is as low as about 0.25% to 1% for each component, and the gasification temperature is as high as 800°C. It is unclear whether a practical gasification rate can be obtained at a low temperature range of about 650°C.

また、石炭に触媒成分となるアルカリ金属やアルカリ土類金属を担持する方法としては、含浸法、イオン交換法のほか、単に石炭と触媒成分を含む金属塩を混合するなど種々の方法が知られている。たとえば非特許文献3では、Ca(OH)を含むスラリーに石炭を加えて、混練により均一化したのち乾燥する方法が示されている。 In addition, various methods such as impregnation, ion exchange, and simply mixing coal with metal salts containing catalyst components are known as methods for supporting alkali metals and alkaline earth metals, which serve as catalyst components, on coal. ing. For example, Non-Patent Document 3 discloses a method in which coal is added to a slurry containing Ca(OH) 2 , homogenized by kneading, and then dried.

特許文献4では、飽和Ca(OH)溶液中に石炭を浸漬して、石炭中にカルシウムイオンをイオン交換により取り込ませたのち、乾燥し、次いでNaCOと混合する方法が開示されている。本文献では、NaCOは単にCaをイオン交換で担持した石炭と混合されているだけだが、Caイオンは炭酸イオンと共存すると容易に炭酸カルシウムの沈殿を生じるので、NaCOを水溶液では担持できなかったとも考えられる。 Patent Document 4 discloses a method in which coal is immersed in a saturated Ca(OH) 2 solution to incorporate calcium ions into the coal by ion exchange, dried, and then mixed with Na 2 CO 3 . there is In this document, Na 2 CO 3 is simply mixed with coal carrying Ca by ion exchange. It is conceivable that it could not support

特許文献5では、触媒成分としてアルカリ金属を用い、触媒成分の50%超が石炭の酸官能基によりイオン交換担持されている触媒担持石炭組成物が開示されている。 Patent Document 5 discloses a catalyst-supporting coal composition in which an alkali metal is used as a catalyst component, and more than 50% of the catalyst component is ion-exchange-supported by the acid functional groups of coal.

しかし、700℃以下、特に550~650℃程度の低温域で実用的なガス化速度を得るに際して、どのような担持方法が好適であるのかは不明である。 However, it is unclear what kind of supporting method is suitable for obtaining a practical gasification rate at a low temperature range of 700° C. or less, especially about 550 to 650° C.

特開平7-233383号公報JP-A-7-233383 特開昭47-23658号公報JP-A-47-23658 特開昭51-122103号公報JP-A-51-122103 特開昭54-122304号公報JP-A-54-122304 国際公開第2009/018053号WO2009/018053

Perry M, Eliason D. “C02 recovery and sequestration at Dakota Gasification Company Inc.”, Technical report, Gasification Technology Conference, 2004.Perry M, Eliason D.; "C02 recovery and sequence at Dakota Gasification Company Inc.", Technical report, Gasification Technology Conference, 2004. Kopyscinskiほか、フュエル(Fuel)、第89巻、2010年,p.1763-1783Kopyscinski et al., Fuel, Vol. 89, 2010, p. 1763-1783 Yasuo OhtsukaおよびKenji Asami、エネルギー アンド フュエルズ(Energy and Fuels),第9巻,1995年,p.1038-1042Yasuo Ohtsuka and Kenji Asami, Energy and Fuels, Vol. 9, 1995, p. 1038-1042 Yasuo Ohtsukaほか、エネルギー アンド フュエルズ(Energy and Fuels),第1巻,1987年,p.32-36Yasuo Ohtsuka et al., Energy and Fuels, Vol. 1, 1987, p. 32-36 Tetsuya Hagaほか、アプライド キャタリシス(Applied Catalysis),第67巻,1991年,p.189-202Tetsuya Haga et al., Applied Catalysis, Vol. 67, 1991, p. 189-202

本発明の課題は、安価な触媒を用いて、化学平衡的にメタン生成が有利となる700℃以下の低温域において、水蒸気をガス化剤として低品位炭のような炭素質材料を高い反応速度でガス化することにより、高効率で経済的な低品位炭のガス化方法を提供することにある。 The object of the present invention is to use an inexpensive catalyst, and at a low temperature range of 700 ° C. or less where methane production is advantageous in terms of chemical equilibrium, using water vapor as a gasification agent, a carbonaceous material such as low-rank coal at a high reaction rate. To provide a highly efficient and economical gasification method for low-rank coal by gasifying at.

本発明は、下記に示すとおりの炭素質材料のガス化方法を提供するものである。 The present invention provides a method for gasifying a carbonaceous material as described below.

本発明に係る炭素質材料のガス化方法の第二の特徴構成は、無水無灰基準で60~75
質量%の炭素を含む炭素質材料のガス化方法であって、前記炭素質材料を、カルシウムの
水溶性塩を含む水溶液、ナトリウムの水溶性塩を含む水溶液、および鉄の水溶性塩を含む
水溶液に、同時にまたは順次に接触させて、前記炭素質材料に前記炭素質材料(乾燥質量)に対する質量比で1.5%~6%のカルシウム、前記炭素質材料(乾燥質量)に対する質量比で1.5%~6%のナトリウム、および前記炭素質材料(乾燥質量)に対する質量比で1.5%~6%の鉄を担持する担持工程と、カルシウム、ナトリウム、および鉄を担持した前記炭素質材料を、550~700℃の温度条件下で水蒸気を含むガス化剤と接触させるガス化工程と、を含み、前記ガス化工程によって得られるガスが、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、および、メタン、を含む点にある。
The second characteristic configuration of the method for gasifying a carbonaceous material according to the present invention is 60 to 75 on an anhydrous and ashless basis.
A method for gasifying a carbonaceous material containing mass % carbon, wherein the carbonaceous material is an aqueous solution containing a water-soluble salt of calcium, an aqueous solution containing a water-soluble salt of sodium, and an aqueous solution containing a water-soluble salt of iron. Then, simultaneously or sequentially, the carbonaceous material is added with calcium in a mass ratio of 1.5% to 6% with respect to the carbonaceous material (dry mass) and 1 in a mass ratio with respect to the carbonaceous material (dry mass). a supporting step of supporting 5% to 6% sodium and 1.5% to 6% iron in mass ratio to said carbonaceous material (dry mass); a gasification step of contacting the material with a gasifying agent containing water vapor under a temperature condition of 550 to 700° C., wherein the gases obtained by the gasification step are hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, and It is in that it contains methane.

本発明に係る炭素質材料において、炭素質材料の炭素含有率が上記の範囲であると、ガス化速度および生成ガスの後処理の観点で有利である。また、ガス化温度が上記の範囲であると、ガス化速度および生成ガスの組成の観点で有利である。さらに、本発明に係る炭素質材料のガス化方法においては、比較的安価なカルシウムおよびナトリウムを用いるため、従来のガス化方法に比べて安価に実行できる点で有利である。 In the carbonaceous material according to the present invention, if the carbon content of the carbonaceous material is within the above range, it is advantageous from the viewpoint of the gasification rate and post-treatment of the produced gas. Further, when the gasification temperature is within the above range, it is advantageous from the viewpoint of the gasification rate and the composition of the produced gas. Furthermore, the method for gasifying a carbonaceous material according to the present invention uses relatively inexpensive calcium and sodium, which is advantageous in that it can be performed at a lower cost than conventional gasification methods.

本発明に係る炭素質材料において、カルシウムおよびナトリウムに加えて鉄を含む触媒を用いると、特に600℃以下の低温でのガス化が促進される点、および、COシフト反応に対する鉄の活性が高いことから生成ガス中のCO濃度を低減できる点、で有利である。 In the carbonaceous material according to the present invention, when a catalyst containing iron in addition to calcium and sodium is used, gasification is promoted especially at low temperatures of 600 ° C. or less, and the activity of iron for the CO shift reaction is high. Therefore, it is advantageous in that the CO concentration in the produced gas can be reduced.

本発明の第二の特徴構成に係る炭素質材料のガス化方法の更なる特徴構成は、前記担持工程は、カルシウムの水溶性塩、ナトリウムの水溶性塩、および鉄の水溶性塩を含む水溶液に、前記炭素質材料を含浸する含浸ステップを有する点にある。 A further characteristic configuration of the carbonaceous material gasification method according to the second characteristic configuration of the present invention is that the supporting step includes an aqueous solution containing a water-soluble salt of calcium, a water-soluble salt of sodium, and a water-soluble salt of iron. Second, it has an impregnation step of impregnating the carbonaceous material.

本発明に係るガス化方法において、含浸ステップを有する担持工程を用いると、担持量の制御が容易である点で有利である。 In the gasification method according to the present invention, the use of a loading step having an impregnation step is advantageous in that the loading amount can be easily controlled.

本発明の炭素質材料のガス化方法は、低品位炭のような安価な炭素質材料を700℃以下の低温域で速やかにガス化するので、高い効率で経済的に代替天然ガスを得ることができる。 The method for gasifying carbonaceous materials of the present invention rapidly gasifies inexpensive carbonaceous materials such as low-grade coal in a low temperature range of 700° C. or less, so that alternative natural gas can be obtained economically with high efficiency. can be done.

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

本発明の炭素質材料のガス化方法は、無水無灰基準で60~75質量%の炭素を含む炭素質材料のガス化方法であって、前記炭素質材料を、カルシウムの水溶性塩を含む水溶液およびナトリウムの水溶性塩を含む水溶液に、同時にまたは順次に接触させて、前記炭素質材料にカルシウムおよびナトリウムを担持する担持工程と、カルシウムおよびナトリウムを担持した前記炭素質材料を、550~700℃の温度条件下で水蒸気を含むガス化剤と接触させるガス化工程と、を含み、前記ガス化工程によって得られるガスが、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、および、メタン、を含むことを特徴とする。 The method for gasifying a carbonaceous material of the present invention is a method for gasifying a carbonaceous material containing 60 to 75% by mass of carbon on an anhydrous and ashless basis, wherein the carbonaceous material contains a water-soluble salt of calcium. A supporting step of supporting calcium and sodium on the carbonaceous material by simultaneously or sequentially contacting an aqueous solution and an aqueous solution containing a water-soluble salt of sodium; and a gasification step of contacting with a gasification agent containing water vapor under a temperature condition of ° C., wherein the gas obtained by the gasification step contains hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, and methane. Characterized by

本発明の炭素質材料のガス化方法は、一態様として、無水無灰基準で60~75質量%の炭素を含む炭素質材料のガス化方法であって、前記炭素質材料に、カルシウムの水溶性塩およびナトリウムの水溶性塩を含む水溶液を含浸する含浸工程(担持工程の例)と、前記水溶液に含浸した前記炭素質材料を、550~700℃の温度条件下で水蒸気を含むガス化剤と接触させるガス化工程と、を含み、前記ガス化工程によって得られるガスが、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、および、メタン、を含むことを特徴とする。 The method for gasifying a carbonaceous material of the present invention is, as one aspect, a method for gasifying a carbonaceous material containing 60 to 75% by mass of carbon on an anhydrous and ashless basis, wherein the carbonaceous material is added with calcium in a water solution. an impregnating step (an example of a supporting step) of impregnating the carbonaceous material with an aqueous solution containing an aqueous salt and a water-soluble salt of sodium; and a gasification step, wherein the gas obtained by the gasification step contains hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, and methane.

本発明の炭素質材料のガス化方法は、一態様として、無水無灰基準で60~75質量%の炭素を含む炭素質材料のガス化方法であって、前記炭素質材料を、カルシウムの水溶性塩を含む水溶液およびナトリウムの水溶性塩を含む水溶液に浸漬した後にろ過により液を分離したのち乾燥する吸着工程(担持工程の例)と、カルシウムおよびナトリウムを担持した前記炭素質材料を、550~700℃の温度条件下で水蒸気を含むガス化剤と接触させるガス化工程と、を含み、前記ガス化工程によって得られるガスが、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、および、メタン、を含むことを特徴とする。なお、吸着工程において、カルシウムの水溶性塩およびナトリウムの水溶性塩を含む混合水溶液に炭素材料を浸漬した後にろ過および乾燥を行ってもよいし、カルシウムの水溶性塩を含む水溶液およびナトリウムの水溶性塩を含む水溶液について、別々に、浸漬、ろ過、および乾燥を行ってもよい。 The method for gasifying a carbonaceous material of the present invention is, as one aspect, a method for gasifying a carbonaceous material containing 60 to 75% by mass of carbon on an anhydrous and ashless basis, wherein the carbonaceous material is dissolved in an aqueous solution of calcium. An adsorption step (example of a supporting step) of immersing the carbonaceous material in an aqueous solution containing an aqueous salt and an aqueous solution containing a water-soluble salt of sodium, separating the liquid by filtration, and then drying, and the carbonaceous material supporting calcium and sodium, a gasifying step of contacting with a gasifying agent containing water vapor under a temperature condition of ~700°C, wherein the gas obtained by the gasifying step comprises hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, and methane. It is characterized by In the adsorption step, the carbon material may be immersed in a mixed aqueous solution containing a water-soluble salt of calcium and a water-soluble salt of sodium and then filtered and dried. The aqueous solution containing the organic salt may be soaked, filtered and dried separately.

また、本発明の炭素質材料のガス化方法では、一態様として、前記水溶液がさらに鉄の水溶性塩を含むことが好ましい。鉄はCOシフト反応に対して活性が高いので、生成ガス中のCO濃度を低減するのに有効であるほか、低温でのガス化も促進される。 In one aspect of the carbonaceous material gasification method of the present invention, the aqueous solution preferably further contains a water-soluble iron salt. Since iron is highly active in the CO shift reaction, it is effective in reducing the CO concentration in the produced gas and promotes gasification at low temperatures.

炭素質材料としては、無水無灰基準で60~75質量%の炭素を含む常温で固形の炭素質材料であればよいが、通常褐炭ないし亜炭である。このほか木材等のバイオマスを不活性ガス雰囲気下で250~400℃程度で熱処理(半炭化処理)して、前記の炭素含有量範囲としたものも同様に用いることができる。 As the carbonaceous material, any carbonaceous material containing 60 to 75% by mass of carbon on an anhydrous and ashless basis and solid at room temperature may be used, but brown coal or lignite is usually used. In addition, biomass such as wood may be heat-treated (semi-carbonized) at about 250 to 400° C. in an inert gas atmosphere to adjust the carbon content to the range described above.

炭素含有量がこれよりも高い炭素質材料では、ガス化速度が遅くなって、実用的な速度でガス化することが困難になる。逆に、炭素含有量がこれよりも低い炭素質材料、たとえば半炭化処理をしない木材などでは、ガス化速度は速いものの、ガス化に際して多量のタールが発生するなどして生成ガスの後処理が必要になる。 A carbonaceous material with a higher carbon content will have a slower gasification rate, making it difficult to gasify at a practical rate. Conversely, carbonaceous materials with a lower carbon content, such as wood that has not been semi-carbonized, gasify quickly, but produce a large amount of tar during gasification, making post-treatment of the product gas difficult. become necessary.

ガス化温度は、550~700℃とする。550℃より低い温度では、高活性な触媒を用いても実用的な速度でガス化することが困難になる。一方、700℃よりも高い温度では、高圧下でガス化した場合でも平衡的にメタンが生成しなくなり、メタン化による発熱でガス化反応の吸熱を補うことができなくなって、外部から加熱しなければガス化を進行できなくなる。また、700℃よりも高い温度であれば、本発明に開示される触媒ではなく、従来から知られているカリウム等の触媒でもガス化反応自体は進行させることができる。なお、ガス化温度の下限は好ましくは600℃であり、より好ましくは650℃である。 The gasification temperature is 550-700°C. At temperatures below 550° C., it becomes difficult to gasify at a practical rate even with a highly active catalyst. On the other hand, if the temperature is higher than 700°C, methane will not be generated in equilibrium even when gasification is performed under high pressure, and the heat generated by methanation cannot compensate for the endothermic heat of the gasification reaction, so external heating is required. gasification cannot proceed. Moreover, if the temperature is higher than 700° C., the gasification reaction itself can proceed not only with the catalyst disclosed in the present invention but also with a conventionally known catalyst such as potassium. The lower limit of the gasification temperature is preferably 600°C, more preferably 650°C.

本発明の炭素質材料のガス化方法では、ガス化を促進する触媒としてカルシウム塩およびナトリウム塩を併用する。これらは、炭素質材料に含浸担持されて、ガス化触媒として作用する。具体的には、硝酸塩、炭酸塩などの水溶性化合物を用いてカルシウム塩およびナトリウム塩を含む混合水溶液を調製し、これに炭素質材料を浸漬し、乾燥して触媒を担持した炭素質材料を得る。これを所定の温度で、水蒸気を含むガス化剤に接触させることにより、水素、一酸化炭素、二酸化炭素およびメタンを含むガスを得る。 In the carbonaceous material gasification method of the present invention, a calcium salt and a sodium salt are used in combination as catalysts for promoting gasification. These are impregnated and supported on carbonaceous materials and act as gasification catalysts. Specifically, a mixed aqueous solution containing calcium salts and sodium salts is prepared using water-soluble compounds such as nitrates and carbonates. obtain. A gas containing hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and methane is obtained by contacting this with a gasifying agent containing water vapor at a predetermined temperature.

炭素質材料に対する触媒成分の担持量は、公知の方法によって制御できるが、たとえば、次に例示する方法で制御できる。第一に例示される平衡吸着法を用いる場合には、担持させたい成分を含む水溶液を調製し、これに炭素質材料を浸漬したのち、ろ過により液を分離したのち乾燥する方法(イオン交換法)によって、触媒を担持した炭素質材料が得られる。この場合、担持量は炭素質材料を浸漬する水溶液の濃度および水溶液を浸漬する時間に依存する。そのため、含浸工程においてこれらの条件を制御することによって、任意の量の触媒を担持させた炭素質材料が得られる。なお、本発明において、カルシウムおよびナトリウムは、同時に担持させてもよく、順次担持させてもよい。同時に担持させる場合は、上記の水溶液としてカルシウム塩およびナトリウム塩を含む混合水溶液を用いる。順次担持させる場合は、上記の水溶液としてカルシウム塩またはナトリウム塩の一方の塩を含む水溶液を用いて当該一方の金属を担持させた後、他方の塩を含む水溶液を用いて当該他方の金属を担持させる。同様に、3種類以上の成分を担持させる場合、すべての成分を同時に担持させてもよく、一部または全ての成分を順次担持させてもよい。 The amount of catalyst component supported on the carbonaceous material can be controlled by a known method, for example, by the method exemplified below. When the equilibrium adsorption method exemplified first is used, an aqueous solution containing the component to be supported is prepared, the carbonaceous material is immersed in this, the liquid is separated by filtration, and then dried (ion exchange method ) yields a catalyst-supported carbonaceous material. In this case, the supported amount depends on the concentration of the aqueous solution in which the carbonaceous material is immersed and the duration of immersion in the aqueous solution. Therefore, by controlling these conditions in the impregnation step, a carbonaceous material carrying an arbitrary amount of catalyst can be obtained. In the present invention, calcium and sodium may be supported simultaneously or sequentially. When simultaneously supported, a mixed aqueous solution containing a calcium salt and a sodium salt is used as the above aqueous solution. In the case of sequential loading, an aqueous solution containing either a calcium salt or a sodium salt is used as the above aqueous solution to load one of the metals, and then an aqueous solution containing the other salt is used to load the other metal. Let Similarly, when three or more components are supported, all components may be supported simultaneously, or some or all of the components may be supported sequentially.

第二に例示される蒸発乾固法を用いる場合には、カルシウム塩およびナトリウム塩を含む混合水溶液を調製し、これに炭素質材料を浸漬したのち、水分を蒸発によって除く方法によって、触媒を担持した炭素質材料が得られる。この場合、担持量は水溶液中に含まれる金属(カルシウムおよびナトリウム)の量で決まる。 When the evaporation to dryness method exemplified second is used, a mixed aqueous solution containing calcium salts and sodium salts is prepared, the carbonaceous material is immersed in this, and then the water is removed by evaporation to support the catalyst. A carbonaceous material is obtained. In this case, the supported amount is determined by the amount of metals (calcium and sodium) contained in the aqueous solution.

蒸発乾固法では、用いた金属のすべてが担持されるので、担持量の制御が容易である。一方、担持された金属の分散度は一般に平衡吸着法のほうが高くなるので、蒸発乾固法により触媒成分を担持させた場合と同等の担持量であっても、より高い触媒効果が得られやすい。 In the evaporation to dryness method, all of the metal used is supported, so the amount of support can be easily controlled. On the other hand, the degree of dispersion of supported metals is generally higher in the equilibrium adsorption method, so even if the amount of catalyst components supported is the same as when the catalyst component is supported by the evaporation to dryness method, a higher catalytic effect is likely to be obtained. .

ここで、炭素質材料に対する触媒成分の担持量が少なすぎるとガス化促進の効果がなく、多すぎると費用に見合う効果が得られないため、カルシウムおよびナトリウムとも、炭素質材料(乾燥質量)に対する各金属成分の質量比で1.5%~10%とするのが好ましく、1.5%~6%とするのがより好ましく、2%~6%とするのがさらに好ましく、2~5%とするのが特に好ましい。また、上記のカルシウムおよびナトリウムに加え、さらに鉄を担持する場合は、炭素質材料(乾燥質量)に対する各金属成分の質量比で1.5%~6%とするのが好ましく、2%~6%とするのがさらに好ましく、2~5%とするのが特に好ましい。 Here, if the amount of the catalyst component supported on the carbonaceous material is too small, there is no effect of promoting gasification. The mass ratio of each metal component is preferably 1.5% to 10%, more preferably 1.5% to 6%, even more preferably 2% to 6%, and 2 to 5%. is particularly preferred. In addition to the above calcium and sodium, when iron is further supported, the mass ratio of each metal component to the carbonaceous material (dry mass) is preferably 1.5% to 6%, preferably 2% to 6%. %, and particularly preferably 2 to 5%.

なお、平衡吸着法(イオン交換法)により炭素質材料に触媒成分を担持させる場合、前述の通り蒸発乾固法により担持させる場合より高い触媒効果が得られやすいため、好ましい担持量の下限はより小さな値となる。具体的には、平衡吸着法(イオン交換法)による場合は、カルシウムおよびナトリウムとも、炭素質材料(乾燥質量)に対する各金属成分の質量比で0.1~10%とするのが好ましく、0.2~10%とするのがより好ましい。 When the catalyst component is supported on the carbonaceous material by the equilibrium adsorption method (ion exchange method), a higher catalytic effect is likely to be obtained than when the catalyst component is supported by the evaporation to dryness method, as described above. small value. Specifically, when the equilibrium adsorption method (ion exchange method) is used, the mass ratio of each metal component to the carbonaceous material (dry mass) for both calcium and sodium is preferably 0.1 to 10%. .2 to 10% is more preferable.

ガス化反応の圧力は、特に制限はないが、高圧ほど平衡的にメタン生成が有利となる。
従って、メタン生成を目的とする場合は、好ましくは0.5MPa以上、より好ましくは1MPa以上とする。
The pressure of the gasification reaction is not particularly limited, but the higher the pressure, the more advantageous the methane production in equilibrium.
Therefore, when the purpose is to generate methane, the pressure is preferably 0.5 MPa or higher, more preferably 1 MPa or higher.

ガス化剤としての水蒸気の量は、少なすぎるとガス化反応が十分な速度で進行しない一方で、多すぎるとメタンの水蒸気改質反応が平衡的に有利となるためにガス化後のガス中のメタン濃度が低下してメタン収率が低下すること、加えて水蒸気を生成するためのエネルギーを余分に必要とすることからガス化のエネルギー効率が低下する問題がある。従って、一般的には石炭中の炭素原子の物質量Cに対する水蒸気(水)Sのモル比(S/C)として1~10であることが好ましく、より好ましくは1.5~5.0とする。 If the amount of water vapor as a gasifying agent is too small, the gasification reaction will not proceed at a sufficient rate, while if it is too large, the steam reforming reaction of methane will be favored in equilibrium. There is a problem that the energy efficiency of gasification decreases because the methane concentration in the gas decreases and the yield of methane decreases, and additional energy is required to generate steam. Therefore, in general, the molar ratio (S/C) of steam (water) S to the substance amount C of carbon atoms in coal is preferably 1 to 10, more preferably 1.5 to 5.0. do.

以下、実施例を示し、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

〔触媒担持炭素質材料の作成とガス化率の評価〕
以下に示すように試料A~Uを作成し、試料A~Uについてガス化率の評価を行った。
なお、カルシウムおよびナトリウムを担持して調製した試料A、I、M、N、O、R、S、およびT、ならびに、カルシウム、ナトリウム、および鉄、を担持して調製した試料B、J、および、P、は、本発明の実施例である。また、カリウムを含む触媒を担持して調製した試料G、H、および、Lは本発明の参考例であり、上記の他の試料C、D、E、F、K、Q、およびUは、本発明の比較例である。
[Preparation of catalyst-supporting carbonaceous material and evaluation of gasification rate]
Samples A to U were prepared as shown below, and the gasification rate was evaluated for the samples A to U.
Note that samples A, I, M, N, O, R, S, and T prepared by supporting calcium and sodium, and samples B, J and prepared by supporting calcium, sodium, and iron, and , P are examples of the present invention. Samples G, H, and L prepared by supporting a catalyst containing potassium are reference examples of the present invention, and the other samples C, D, E, F, K, Q, and U are It is a comparative example of the present invention.

《試料A》
炭素質材料としてオーストラリア産のLoy Yang褐炭(褐炭X)を用いた。この褐炭Xの工業分析結果は、水分59.3%、揮発分22.1%、固定炭素18.2%、灰分0.4%(いずれも質量ベース、以下も同様)であった。また、無水無灰基準の元素組成は、C:70.9%、H:4.56%、O:23.7%、N:0.63%、S:0.26%であった。
<<Sample A>>
Australian Loy Yang brown coal (brown coal X) was used as the carbonaceous material. The industrial analysis results of this lignite X were 59.3% moisture, 22.1% volatile matter, 18.2% fixed carbon, and 0.4% ash (all on a mass basis, the same applies below). In addition, the elemental composition based on the anhydrous ashless standard was C: 70.9%, H: 4.56%, O: 23.7%, N: 0.63%, and S: 0.26%.

この褐炭を、水分が17%になるまで乾燥し、粉砕し、53~150μmに分級した。
次に、蒸発乾固法を用いて、乾燥褐炭に触媒を担持した。具体的には、硝酸カルシウムと硝酸ナトリウムの混合水溶液を調製し、これに前記の分級した褐炭Xを混合して、よく混ぜ合わせ、室温で減圧乾燥し、さらに窒素流通下107℃で2時間乾燥して、試料Aを得た。なおこのとき、混合水溶液に含まれるCaおよびNaの乾燥褐炭の質量に対する量が、Caが5.1%、Naが5.3%、になるように、硝酸カルシウムおよび硝酸ナトリウムの濃度を調整した。
The brown coal was dried to a moisture content of 17%, pulverized and classified to 53-150 μm.
The dry brown coal was then loaded with the catalyst using the evaporation to dryness method. Specifically, a mixed aqueous solution of calcium nitrate and sodium nitrate is prepared, mixed with the above-mentioned classified brown coal X, mixed well, dried under reduced pressure at room temperature, and further dried at 107° C. for 2 hours under nitrogen flow. Then, sample A was obtained. At this time, the concentrations of calcium nitrate and sodium nitrate were adjusted so that the amounts of Ca and Na contained in the mixed aqueous solution relative to the mass of dry brown coal were 5.1% Ca and 5.3% Na. .

試料Aを酸分解したのち、ICP分析によって担持量を定量した。試料AのCaおよびNa担持量(乾燥褐炭の単位質量あたりの金属換算の担持量)はCa5.1%、Na5.3%であった。 After acidolysis of sample A, the supported amount was quantified by ICP analysis. The amounts of Ca and Na carried by sample A (the amount of metals carried per unit mass of dry brown coal) were 5.1% Ca and 5.3% Na.

示差熱天秤(株式会社リガク製TG-DTA/HUM-1)を用いて試料Aのガス化評価を行った。試料Aを約20mg装填し、水蒸気20%と残部窒素からなるガスを300mL/分の流量で流通しながら、所定温度(550℃、600℃、650℃、700℃)まで10℃/分の昇温速度で昇温したのち、所定温度に維持して、1時間後の質量減少率(水分、灰分、触媒成分を控除した試料量に対する)をもってガス化率とした。 Gasification evaluation of sample A was performed using a differential thermal balance (TG-DTA/HUM-1 manufactured by Rigaku Corporation). About 20 mg of sample A is loaded, and a gas consisting of 20% steam and the balance nitrogen is circulated at a flow rate of 300 mL / min, and the temperature is increased by 10 ° C. / min to a predetermined temperature (550 ° C., 600 ° C., 650 ° C., 700 ° C.). After the temperature was raised at a temperature rate, the temperature was maintained at a predetermined temperature, and the mass reduction rate (with respect to the sample amount excluding moisture, ash, and catalyst components) after 1 hour was taken as the gasification rate.

表1に示す通り、550℃、600℃、650℃、700℃におけるガス化率は、それぞれ58.6%、79.8%、95.3%、94.2%となった。 As shown in Table 1, the gasification rates at 550°C, 600°C, 650°C and 700°C were 58.6%, 79.8%, 95.3% and 94.2%, respectively.

《試料B》
試料Aの調製時と同じ褐炭Xを用い、硝酸カルシウムと硝酸ナトリウムの混合水溶液に代えて、硝酸カルシウム、硝酸ナトリウムおよび硝酸鉄(III)の混合水溶液を用いたほかは同様にして試料Bを得た。試料BのCa、NaおよびFe担持量(乾燥褐炭の単位質量あたりの金属換算の担持量)はCa5.7%、Na6.0%、Fe5.9%であった。
<<Sample B>>
Sample B was obtained in the same manner except that the same brown coal X as in the preparation of sample A was used, and a mixed aqueous solution of calcium nitrate, sodium nitrate and iron (III) nitrate was used instead of the mixed aqueous solution of calcium nitrate and sodium nitrate. rice field. The amounts of Ca, Na, and Fe carried in sample B (the amount of metals carried per unit mass of dry brown coal) were 5.7% Ca, 6.0% Na, and 5.9% Fe.

試料Bについて、試料Aと同様にしてガス化評価を行った。 Regarding sample B, gasification evaluation was performed in the same manner as sample A.

表1に示す通り、550℃、600℃、650℃、700℃におけるガス化率は、それぞれ65.5%、84.7%、96.5%、95.4%となった。 As shown in Table 1, the gasification rates at 550°C, 600°C, 650°C and 700°C were 65.5%, 84.7%, 96.5% and 95.4%, respectively.

《試料C》
試料Aの調製時と同じ褐炭Xを、触媒を担持することなく用いた(試料Cとする)。
<<Sample C>>
The same lignite X as in the preparation of sample A was used without supporting a catalyst (referred to as sample C).

試料Cについて、試料Aと同様にしてガス化評価を行った。 Regarding sample C, gasification evaluation was performed in the same manner as sample A.

表1に示す通り、600℃、650℃、700℃におけるガス化率は、それぞれ47.5%、54.2%、57.4%となった。触媒を担持しない場合のガス化率は低いことがわかる。褐炭Xの揮発分は乾燥ベースで55%程度であるから、得られた結果は無触媒の場合は700℃であっても固定炭素分のガス化はほとんどできないことを示している。 As shown in Table 1, the gasification rates at 600°C, 650°C and 700°C were 47.5%, 54.2% and 57.4%, respectively. It can be seen that the gasification rate is low when no catalyst is supported. Since the volatile content of lignite X is about 55% on a dry basis, the obtained results show that the fixed carbon content can hardly be gasified even at 700° C. in the absence of a catalyst.

《試料D》
試料Aの調製時と同じ褐炭Xを用い、硝酸カルシウムと硝酸ナトリウムの混合水溶液に代えて、炭酸ナトリウムの水溶液を用いたほかは同様にして試料Dを得た。試料DのNa担持量は4.9%であった。
<<Sample D>>
Sample D was obtained in the same manner except that the same lignite X as in the preparation of Sample A was used, and an aqueous solution of sodium carbonate was used instead of the mixed aqueous solution of calcium nitrate and sodium nitrate. The amount of Na supported on sample D was 4.9%.

試料Dについて、試料Aと同様にしてガス化評価を行った。表1に示す通り、600℃、650℃、700℃におけるガス化率は、それぞれ60.3%、88.1%、94.0%となった。 Regarding sample D, gasification evaluation was performed in the same manner as sample A. As shown in Table 1, the gasification rates at 600°C, 650°C and 700°C were 60.3%, 88.1% and 94.0%, respectively.

《試料E》
試料Aの調製時と同じ褐炭Xを用い、硝酸カルシウムと硝酸ナトリウムの混合水溶液に代えて、硝酸カルシウムの水溶液を用いたほかは同様にして試料Eを得た。試料EのCa担持量は5.1%であった。
<<Sample E>>
Sample E was obtained in the same manner except that the same lignite X as in the preparation of sample A was used, and an aqueous solution of calcium nitrate was used instead of the mixed aqueous solution of calcium nitrate and sodium nitrate. The amount of Ca supported on sample E was 5.1%.

試料Eについて、試料Aと同様にしてガス化評価を行った。表1に示す通り、600℃、650℃、700℃におけるガス化率は、それぞれ64.2%、86.9%、97.4%となった。 Regarding sample E, gasification evaluation was performed in the same manner as sample A. As shown in Table 1, the gasification rates at 600°C, 650°C and 700°C were 64.2%, 86.9% and 97.4%, respectively.

《試料F》
試料Aの調製時と同じ褐炭Xを用い、硝酸カルシウムと硝酸ナトリウムの混合水溶液に代えて、硝酸鉄(III)の水溶液を用いたほかは同様にして試料Fを得た。試料FのFe担持量は5.5%であった。
<<Sample F>>
Sample F was obtained in the same manner except that the same lignite X as in the preparation of sample A was used, and an aqueous solution of iron (III) nitrate was used instead of the mixed aqueous solution of calcium nitrate and sodium nitrate. The amount of Fe supported on sample F was 5.5%.

試料Fについて、試料Aと同様にしてガス化評価を行った。表1に示す通り、600℃、650℃、700℃におけるガス化率は、それぞれ53.4%、64.8%、80.8%となった。 Regarding sample F, gasification evaluation was performed in the same manner as sample A. As shown in Table 1, the gasification rates at 600°C, 650°C and 700°C were 53.4%, 64.8% and 80.8%, respectively.

《試料G》
試料Aの調製時と同じ褐炭Xを用い、硝酸カルシウムと硝酸ナトリウムの混合水溶液に代えて、炭酸カリウムの水溶液を用いたほかは同様にして試料Gを得た。試料GのK担持量は4.8%であった。
<<Sample G>>
Sample G was obtained in the same manner except that the same lignite X as in the preparation of sample A was used, and an aqueous solution of potassium carbonate was used instead of the mixed aqueous solution of calcium nitrate and sodium nitrate. The amount of K carried in sample G was 4.8%.

試料Gについて、試料Aと同様にしてガス化評価を行った。表1に示す通り、600℃、650℃、700℃におけるガス化率は、それぞれ70.0%、95.2%、97.7%となった。 Regarding sample G, gasification evaluation was performed in the same manner as sample A. As shown in Table 1, the gasification rates at 600°C, 650°C and 700°C were 70.0%, 95.2% and 97.7%, respectively.

《試料H》
試料Aの調製時と同じ褐炭Xを用い、硝酸カルシウムと硝酸ナトリウムの混合水溶液に代えて、硝酸カリウムの水溶液を用いたほかは同様にして試料Hを得た。試料HのK担持量は5.1%であった。
<<Sample H>>
Sample H was obtained in the same manner except that the same lignite X as in the preparation of sample A was used, and an aqueous solution of potassium nitrate was used instead of the mixed aqueous solution of calcium nitrate and sodium nitrate. The amount of K carried in sample H was 5.1%.

試料Hについて、試料Aと同様にしてガス化評価を行った。表1に示す通り、600℃、650℃、700℃におけるガス化率は、それぞれ73.0%、97.1%、97.1%となった。 For sample H, gasification evaluation was performed in the same manner as for sample A. As shown in Table 1, the gasification rates at 600°C, 650°C and 700°C were 73.0%, 97.1% and 97.1%, respectively.

以上の結果を比較すると、本発明の方法、すなわちカルシウムおよびナトリウムの両方を担持して触媒とすると、650℃ではカリウムと同程度のガス化速度が得られ、それよりも低い温度ではカリウムよりもガス化を促進する効果が高いことがわかる。また、カルシウム、ナトリウムないし鉄を単独で用いた場合は、ガス化の促進効果は小さいことがわかる。 Comparing the above results, the method of the present invention, in which both calcium and sodium are supported as catalysts, gives a gasification rate similar to that of potassium at 650°C, and faster than that of potassium at lower temperatures. It can be seen that the effect of promoting gasification is high. It is also found that when calcium, sodium or iron is used alone, the effect of promoting gasification is small.

《試料I》
炭素質材料としてオーストラリア産のLoy Yang褐炭(褐炭Y)を用いた。この褐炭Yの工業分析結果は、水分61.3%、揮発分20.2%、固定炭素17.8%、灰分0.7%(いずれも質量ベース、以下も同様)であった。また、無水無灰基準の元素組成は、C:66.8%、H:5.30%、O:26.9%、N:0.57%、S:0.35%であった。
<<Sample I>>
Australian Loy Yang brown coal (brown coal Y) was used as the carbonaceous material. Industrial analysis results of this lignite Y were 61.3% moisture, 20.2% volatile matter, 17.8% fixed carbon, and 0.7% ash (both on a mass basis, the same below). In addition, the elemental composition based on the anhydrous ashless standard was C: 66.8%, H: 5.30%, O: 26.9%, N: 0.57%, and S: 0.35%.

褐炭Xに代えて褐炭Yを用いたほかは、試料Aと同様にして試料Iを調製した。試料IのCaおよびNa担持量(乾燥褐炭の単位質量あたりの金属換算の担持量)はCa5.6%、Na5.6%であった。 Sample I was prepared in the same manner as sample A, except that lignite Y was used instead of lignite X. The amount of Ca and Na supported in sample I (the amount supported in terms of metal per unit mass of dry brown coal) was 5.6% Ca and 5.6% Na.

試料Iについて、試料Aと同様にしてガス化評価を行った。表1に示す通り、550℃、600℃、700℃におけるガス化率は、それぞれ59.4%、76.7%、98.0%となった。 Sample I was evaluated for gasification in the same manner as Sample A. As shown in Table 1, the gasification rates at 550°C, 600°C and 700°C were 59.4%, 76.7% and 98.0%, respectively.

《試料J》
試料Iの調製時と同じ褐炭Yを用い、硝酸カルシウムと硝酸ナトリウムの混合水溶液に代えて、硝酸カルシウム、硝酸ナトリウムおよび硝酸鉄(III)の混合水溶液を用いたほかは同様にして試料Jを得た。試料JのCa、NaおよびFe担持量はCa5.5%、Na5.5%、Fe5.3%であった。
《Sample J》
Sample J was obtained in the same manner except that the same lignite Y as in the preparation of sample I was used, and a mixed aqueous solution of calcium nitrate, sodium nitrate and iron (III) nitrate was used instead of the mixed aqueous solution of calcium nitrate and sodium nitrate. rice field. The amounts of Ca, Na and Fe supported on sample J were 5.5% Ca, 5.5% Na and 5.3% Fe.

試料Jについて、試料Aと同様にしてガス化評価を行った。表1に示す通り、550℃、600℃、700℃におけるガス化率は、それぞれ64.5%、82.9%、96.8%となった。 Regarding sample J, gasification evaluation was performed in the same manner as sample A. As shown in Table 1, the gasification rates at 550°C, 600°C and 700°C were 64.5%, 82.9% and 96.8%, respectively.

《試料K》
試料Iの調製時と同じ褐炭Yを用い、硝酸カルシウムと硝酸ナトリウムの混合水溶液に代えて、硝酸ナトリウムの水溶液を用いたほかは同様にして試料Kを得た。試料KのNa担持量は4.8%であった。
《Sample K》
Sample K was obtained in the same manner as in the preparation of Sample I, except that the same lignite Y as in the preparation of Sample I was used, and an aqueous solution of sodium nitrate was used instead of the mixed aqueous solution of calcium nitrate and sodium nitrate. The amount of Na carried in sample K was 4.8%.

試料Kについて、試料Aと同様にしてガス化評価を行った。表1に示す通り、600℃、650℃および700℃におけるガス化率は、それぞれ66.3%、90.3%、95.4%となった。 Regarding sample K, gasification evaluation was performed in the same manner as sample A. As shown in Table 1, the gasification rates at 600°C, 650°C and 700°C were 66.3%, 90.3% and 95.4%, respectively.

《試料L》
試料Iの調製時と同じ褐炭Yを用い、硝酸カルシウムと硝酸ナトリウムの混合水溶液に代えて、硝酸カルシウム、硝酸カリウムの混合水溶液を用いたほかは同様にして試料Lを得た。試料LのCaおよびK担持量は、それぞれ5.1%、4.8%であった。
<<Sample L>>
Sample L was obtained in the same manner except that the same lignite Y as in the preparation of sample I was used, and a mixed aqueous solution of calcium nitrate and potassium nitrate was used instead of the mixed aqueous solution of calcium nitrate and sodium nitrate. The Ca and K loadings of sample L were 5.1% and 4.8%, respectively.

試料Lについて、試料Aと同様にしてガス化評価を行った。表1に示す通り、600℃および700℃におけるガス化率は、それぞれ78.8%、97.0%となった。試料Iとの比較から、CaとKの二元系触媒のガス化性能はCaとNaとほとんど変わらず、Kよりも安価なNaを用いる本発明の方法が有利である。 Regarding sample L, gasification evaluation was performed in the same manner as sample A. As shown in Table 1, the gasification rates at 600°C and 700°C were 78.8% and 97.0%, respectively. From the comparison with sample I, the gasification performance of the two-component catalyst of Ca and K is almost the same as that of Ca and Na, and the method of the present invention using Na, which is cheaper than K, is advantageous.

《試料M~P》
試料Iの調製時と同じ褐炭Yを用い、Ca、NaおよびFeの担持量を変えた試料M、N、O、Pを調製して、ガス化性能を評価した。
<<Samples M to P>>
Samples M, N, O, and P were prepared by using the same lignite Y as in the preparation of sample I, but with different loadings of Ca, Na, and Fe, and the gasification performance was evaluated.

表1に示す通り、600℃でのガス化率は69.5~74.9%となり、Naのみを4.8%担持した試料Kよりも高く、本発明のカルシウムとナトリウムを複合化した触媒が高いガス化性能を示すことが明らかである。 As shown in Table 1, the gasification rate at 600° C. is 69.5 to 74.9%, which is higher than the sample K supporting 4.8% of Na alone, and the catalyst of the present invention composited with calcium and sodium. It is clear that the gasification performance is high.

《試料Q》
試料Iの調製時と同じ褐炭Yを、触媒を担持することなく用いた(試料Qとする)。
<<Sample Q>>
The same lignite Y as in the preparation of Sample I was used without supporting a catalyst (Sample Q).

試料Qについて、試料Aと同様にしてガス化評価を行った。表1に示す通り、550℃におけるガス化率は45.7%となった。試料Iおよび試料Jの結果と比較すると、触媒を担持した場合には、550℃という低い温度であっても固定炭素のガス化が進行することがわかる。 For sample Q, gasification evaluation was performed in the same manner as for sample A. As shown in Table 1, the gasification rate at 550°C was 45.7%. Comparing the results of sample I and sample J, it can be seen that gasification of fixed carbon proceeds even at a low temperature of 550° C. when the catalyst is supported.

《試料R》
試料Iの調製時と同じ褐炭Yを室温で減圧乾燥して、53~150μmに分級した。この石炭30gに対して、300mLの硝酸ナトリウム水溶液(0.222mol/L)中で3時間煮沸処理を行って石炭にNaをイオン交換担持し、その後ろ過してNaイオン交換炭を回収した。次いで3gのCa(OH)を300mLのイオン交換水に懸濁した溶液を調製し、ここに前記のNaイオン交換炭を加えた。1日に数回、各1時間程度撹拌しながら、3日かけてCaイオン交換を行った。ろ過によりCa-Naイオン交換炭を回収した。室温で乾燥し、さらに減圧乾燥し、107℃で2時間減圧乾燥を行って、53~150μmに分級し試料Rを得た。試料RのNa担持量は0.24%、Ca担持量は5.1%であった。
<<Sample R>>
The same lignite Y as in the preparation of sample I was dried under reduced pressure at room temperature and classified to 53 to 150 μm. 30 g of this coal was boiled in 300 mL of an aqueous sodium nitrate solution (0.222 mol/L) for 3 hours to carry Na ion-exchanged on the coal, and then filtered to recover Na ion-exchanged coal. Next, a solution was prepared by suspending 3 g of Ca(OH) 2 in 300 mL of ion-exchanged water, and the Na ion-exchanged carbon was added thereto. Ca ion exchange was performed over 3 days while stirring several times a day for about 1 hour each time. Ca—Na ion-exchanged carbon was recovered by filtration. It was dried at room temperature, further dried under reduced pressure, dried under reduced pressure at 107° C. for 2 hours, and classified to 53 to 150 μm to obtain Sample R. Sample R had an Na-supported amount of 0.24% and a Ca-supported amount of 5.1%.

試料Rについて、試料Aと同様にしてガス化評価を行った。表1に示す通り、600℃におけるガス化率は79.2%となった。試料Iおよび試料Nの結果と比較すると、イオン交換法を用いた場合、ごく少ないNa担持量でも、ガス化が効率的に進行することがわかる。 For sample R, gasification evaluation was performed in the same manner as for sample A. As shown in Table 1, the gasification rate at 600°C was 79.2%. Comparing the results of sample I and sample N, it can be seen that gasification proceeds efficiently even with a very small amount of Na supported when the ion exchange method is used.

《試料S》
試料Iの調製時と同じ褐炭Yを室温で減圧乾燥して、53~150μmに分級した。3gのCa(OH)を懸濁した300mLの硝酸ナトリウム水溶液(0.222mol/L)を調製し、ここに前記の石炭30gを加えた。1日に数回、各1時間程度撹拌しながら、3日かけてCaおよびNaイオン交換を行った。ろ過によりCa-Naイオン交換炭を回収した。室温で乾燥し、さらに減圧乾燥し、107℃で2時間減圧乾燥を行って、53~150μmに分級し試料Sを得た。試料SのNa担持量は1.0%、Ca担持量は4.8%であった。
<<Sample S>>
The same lignite Y as in the preparation of sample I was dried under reduced pressure at room temperature and classified to 53 to 150 μm. A 300 mL sodium nitrate aqueous solution (0.222 mol/L) in which 3 g of Ca(OH) 2 was suspended was prepared, and 30 g of the above coal was added thereto. Ca and Na ion exchange was performed over 3 days while stirring several times a day for about 1 hour each time. Ca—Na ion-exchanged carbon was recovered by filtration. It was dried at room temperature, further dried under reduced pressure, dried under reduced pressure at 107° C. for 2 hours, and classified to 53 to 150 μm to obtain Sample S. Sample S had an Na-supported amount of 1.0% and a Ca-supported amount of 4.8%.

試料Sについて、試料Aと同様にしてガス化評価を行った。表1に示す通り、600℃におけるガス化率は81.9%となった。試料Iおよび試料Nの結果と比較すると、イオン交換法を用いた場合、少ないNa担持量でも、ガス化が効率的に進行することがわかる。試料Rと比較すると、必要なNa量は増えるが、NaとCaを同時にイオン交換しているので、工程としては簡単であるというメリットがある。 Regarding sample S, gasification evaluation was performed in the same manner as sample A. As shown in Table 1, the gasification rate at 600°C was 81.9%. Comparing the results of sample I and sample N, it can be seen that gasification proceeds efficiently even with a small amount of Na supported when the ion exchange method is used. Although the required amount of Na is increased compared to the sample R, there is an advantage that the process is simple because Na and Ca are simultaneously ion-exchanged.

《試料T》
試料Iの調製時と同じ褐炭Yを室温で減圧乾燥して、53~150μmに分級した。2.4gのCa(OH)をイオン交換水240mLに懸濁した溶液を調製し、ここに前記の石炭24gを加えた。1日に数回、各1時間程度撹拌しながら、3日かけてCaイオン交換を行った。ろ過によりCaイオン交換炭を回収した。室温で乾燥したCaイオン交換炭を、硝酸ナトリウム水溶液とよく混ぜ合わせ、室温で減圧乾燥し、さらに減圧下107℃で2時間乾燥して、試料Tを得た。なおこのとき、硝酸ナトリウム水溶液に含まれるNaが乾燥褐炭に対する質量比が5%になるように、硝酸ナトリウムの濃度を調整した。試料TのNa担持量は4.7%、Ca担持量は4.6%であった。
<<Sample T>>
The same lignite Y as in the preparation of sample I was dried under reduced pressure at room temperature and classified to 53 to 150 μm. A solution was prepared by suspending 2.4 g of Ca(OH) 2 in 240 mL of ion-exchanged water, and 24 g of the above coal was added thereto. Ca ion exchange was performed over 3 days while stirring several times a day for about 1 hour each time. Ca ion-exchanged coal was recovered by filtration. Ca ion-exchanged charcoal dried at room temperature was thoroughly mixed with an aqueous sodium nitrate solution, dried under reduced pressure at room temperature, and further dried under reduced pressure at 107° C. for 2 hours to obtain sample T. At this time, the concentration of sodium nitrate was adjusted so that the mass ratio of Na contained in the sodium nitrate aqueous solution to the dry brown coal was 5%. Sample T had an Na-supported amount of 4.7% and a Ca-supported amount of 4.6%.

試料Tについて、試料Aと同様にしてガス化評価を行った。表1に示す通り、550℃におけるガス化率は67.8%、600℃におけるガス化率は87.5%となった。試料Iおよび試料Nの結果と比較すると、まずCaをイオン交換法によって担持し、次いでNaを含浸法で担持した場合には、低温でも極めて高いガス化性能を示すことが分かる。 Regarding sample T, gasification evaluation was performed in the same manner as sample A. As shown in Table 1, the gasification rate at 550°C was 67.8% and the gasification rate at 600°C was 87.5%. Comparing the results of sample I and sample N, it can be seen that extremely high gasification performance is exhibited even at low temperatures when Ca is supported first by the ion exchange method and then Na is supported by the impregnation method.

《試料U》
試料Aの調製時と同じ褐炭Xを、室温で自然乾燥し、さらに減圧乾燥したのち、粉砕して、53~150μmに分級した。蒸留水20mLに0.2gのCa(OH)を加えて撹拌した。ここに前記の乾燥した褐炭2gを投入して、室温で18時間撹拌して、イオン交換を行った。
<<Sample U>>
The same lignite X as in the preparation of sample A was air-dried at room temperature, dried under reduced pressure, pulverized, and classified to 53 to 150 μm. 0.2 g of Ca(OH) 2 was added to 20 mL of distilled water and stirred. 2 g of the dried lignite was added thereto and stirred at room temperature for 18 hours to perform ion exchange.

ろ過して回収した固形分を、室温で自然乾燥、次いで減圧乾燥し、さらに窒素流通下107℃で2時間乾燥して、試料Uを得た。試料UのCa担持量は5.1%であった。
試料Uについて、試料Aと同様にしてガス化評価を行った。表1に示す通り、600℃におけるガス化率は63.9%となった。試料Uと試料Eの結果を比較すると、両者のガス化率に大きな差はない。すなわち、Caの担持方法をイオン交換に変更しただけでは、ガス化率はほとんど向上しないことが分かる。また、試料Tと試料Uの結果を比較すると、CaとNaがともに担持されていることが、高いガス化性能を得るためには必要となることが分かる。
The solid content collected by filtration was dried naturally at room temperature, then dried under reduced pressure, and further dried at 107° C. for 2 hours under nitrogen flow to obtain sample U. The amount of Ca supported on sample U was 5.1%.
For sample U, gasification evaluation was performed in the same manner as for sample A. As shown in Table 1, the gasification rate at 600°C was 63.9%. Comparing the results of sample U and sample E, there is no significant difference in gasification rate between the two. That is, it can be seen that the gasification rate is hardly improved simply by changing the method of supporting Ca to ion exchange. Further, when comparing the results of sample T and sample U, it can be seen that both Ca and Na are required to be supported in order to obtain high gasification performance.

Figure 0007280718000001
Figure 0007280718000001

〔ガス化試験〕
以下に示すようにガス化試験1~7を行った。カルシウムおよびナトリウムを担持して調製した試料I(前述)を用いたガス化試験1、2、および、4、カルシウム、ナトリウム、および、鉄、を担持して調製した試料J(前述)を用いたガス化試験5、ならびに、カルシウムおよびナトリウムを担持して調製した試料R(前述)を用いたガス化試験8は、本発明の実施例である。また、カリウムを担持して調製した試料V(後述)を用いたガス化試験3および6は、本発明の参考例であり、金属触媒を担持することなく調製した試料Q(前述)を用いたガス化試験7は、本発明の比較例である。
[Gasification test]
Gasification Tests 1-7 were performed as shown below. Gasification Tests 1, 2, and 4 using Sample I (described above) prepared with calcium and sodium supported, and Sample J (described above) prepared with calcium, sodium, and iron supported. Gasification Test 5 and Gasification Test 8 using Sample R (described above) prepared with loaded calcium and sodium are examples of the present invention. In addition, gasification tests 3 and 6 using sample V (described later) prepared by supporting potassium are reference examples of the present invention, and sample Q (described above) prepared without supporting a metal catalyst was used. Gasification Test 7 is a comparative example of the present invention.

《ガス化試験1 試料I》
試料Iを用いて、流動床でのガス化試験を行った。流動床反応器はステンレス製で、流動部の内径は22mm、高さ50mm、容積20mLであり、その上部はテーパー状に内径が拡大して、流動部と合わせて高さ110mm、容積80mLの部分までが所定温度に加熱されるようになっている。反応器の底部のステンレスフィルターを介して、水蒸気および窒素の混合ガスがガス化剤として導入される。一方、反応器の上部にはスクリューフィーダーを備えて、石炭試料が連続的に導入される。スクリューフィーダー部への結露を防止するため、スクリューフィーダー部にも少量の窒素ガスが導入されるように構成されている。ガス化して生成したガスは、氷水(2段)およびドライアイス(1段)のトラップを経て、流量計およびガスクロマトグラフに導入され、分析される。
<<Gasification Test 1 Sample I>>
Using Sample I, a fluidized bed gasification test was performed. The fluidized bed reactor is made of stainless steel, and the fluidized portion has an inner diameter of 22 mm, a height of 50 mm, and a volume of 20 mL. is heated to a predetermined temperature. A mixed gas of steam and nitrogen is introduced as a gasification agent through a stainless steel filter at the bottom of the reactor. On the other hand, the upper part of the reactor is equipped with a screw feeder, and coal samples are continuously introduced. In order to prevent dew condensation on the screw feeder section, a small amount of nitrogen gas is also introduced into the screw feeder section. The gas produced by gasification is introduced into a flowmeter and a gas chromatograph through traps of ice water (second stage) and dry ice (first stage) and analyzed.

反応管内部温度を700℃に制御して、試料Iを毎分51.9mg(炭素の供給速度として1.91mmol/分)の投入速度で150分間連続して流動床反応器に投入した。
ガス化剤として、水を74.1mg/分の流量で、窒素40mL/分と混合して導入した。またスクリューフィーダー部からも窒素48mL/分を導入した。水は試料Iの投入終了後引き続いて60分投入を継続した。また窒素は水の投入後もさらに反応管内のガスの置換が完了するまで流通し、ガス化したガスをすべて回収した。表2に示すように、生成ガスは、水素314mmol、一酸化炭素(CO)53mmol、二酸化炭素(CO)159mmol、メタン6.0mmol、C2(エタンおよびエチレン)2.7mmol、C3(プロパンおよびプロピレン)0.6mmolを含んでいた。炭素基準のガス化率は78.2%であった。なお、この試験でのS/C((試料中の水分およびガス化剤として供給された水蒸気)/(試料中の炭素)のモル比)は3.08であった。
The internal temperature of the reaction tube was controlled at 700° C., and the sample I was fed into the fluidized bed reactor continuously for 150 minutes at a feeding rate of 51.9 mg/min (1.91 mmol/min as carbon feed rate).
As a gassing agent, water was introduced at a flow rate of 74.1 mg/min mixed with 40 mL/min of nitrogen. Nitrogen was also introduced at 48 mL/min from the screw feeder. Water was continuously added for 60 minutes after the end of adding sample I. After the addition of water, nitrogen continued to flow until the replacement of the gas in the reaction tube was completed, and all the gasified gas was recovered. As shown in Table 2, the product gases were 314 mmol hydrogen, 53 mmol carbon monoxide (CO), 159 mmol carbon dioxide ( CO2 ), 6.0 mmol methane, 2.7 mmol C2 (ethane and ethylene), 2.7 mmol C3 (propane and propylene ) contained 0.6 mmol. The carbon-based gasification rate was 78.2%. The S/C ((moisture content in the sample and water vapor supplied as a gasification agent)/(carbon in the sample) molar ratio) in this test was 3.08.

《ガス化試験2 試料I》
試料Iを用いて、以下を除いてガス化試験1と同様に流動床でのガス化試験を行った。
試料Iの投入速度:毎分54.7mg(炭素の供給速度として2.02mmol/分)、ガス化剤としての水の流量:108.2mg/分。
<<Gasification Test 2 Sample I>>
Using Sample I, a gasification test in a fluidized bed was conducted in the same manner as gasification test 1 except for the following.
Input rate of sample I: 54.7 mg/min (2.02 mmol/min as carbon supply rate), flow rate of water as gasifying agent: 108.2 mg/min.

表2に示すように、生成ガスは、水素355mmol、一酸化炭素47mmol、二酸化炭素184mmol、メタン6.6mmol、C2(エタンおよびエチレン)2.8mmol、C3(プロパンおよびプロピレン)0.7mmolを含んでいた。炭素基準のガス化率は80.5%であった。なお、この試験でのS/C((試料中の水分およびガス化剤として供給された水蒸気)/(試料中の炭素)のモル比)は4.24であった。 As shown in Table 2, the product gas contained 355 mmol hydrogen, 47 mmol carbon monoxide, 184 mmol carbon dioxide, 6.6 mmol methane, 2.8 mmol C2 (ethane and ethylene), 0.7 mmol C3 (propane and propylene). board. The carbon-based gasification rate was 80.5%. In this test, S/C (molar ratio of (moisture in the sample and water vapor supplied as a gasifying agent)/(carbon in the sample)) was 4.24.

《ガス化試験3 試料V》
試料Iの調製時と同じ褐炭Yを用い、硝酸カルシウムと硝酸ナトリウムの混合水溶液に代えて、硝酸カリウムの水溶液を用いたほかは同様にして試料Vを得た。試料VのK担持量は、4.1%であった。
<<Gasification Test 3 Sample V>>
Sample V was obtained in the same manner except that the same lignite Y as in Sample I was used, and an aqueous solution of potassium nitrate was used in place of the mixed aqueous solution of calcium nitrate and sodium nitrate. The amount of K carried in sample V was 4.1%.

試料Vを用いて、以下を除いてガス化試験1と同様に流動床でのガス化試験を行った。
試料Vの投入速度:毎分44.5mg(炭素の供給速度として2.15mmol/分)、ガス化剤としての水の流量:69.2mg/分。
Using Sample V, a gasification test in a fluidized bed was conducted in the same manner as gasification test 1 except for the following.
Input rate of sample V: 44.5 mg/min (2.15 mmol/min as carbon supply rate), flow rate of water as gasifying agent: 69.2 mg/min.

表2に示すように、生成ガスは、水素356mmol、一酸化炭素67mmol、二酸化炭素162mmol、メタン8.2mmol、C2(エタンおよびエチレン)3.3mmol、C3(プロパンおよびプロピレン)0.8mmolを含んでいた。炭素基準のガス化率は76.5%であった。なお、この試験でのS/C((試料中の水分およびガス化剤として供給された水蒸気)/(試料中の炭素)のモル比)は2.55であった。 As shown in Table 2, the product gas contained 356 mmol hydrogen, 67 mmol carbon monoxide, 162 mmol carbon dioxide, 8.2 mmol methane, 3.3 mmol C2 (ethane and ethylene), 0.8 mmol C3 (propane and propylene). board. The carbon-based gasification rate was 76.5%. The S/C ((moisture content in the sample and water vapor supplied as a gasification agent)/(carbon in the sample) molar ratio) in this test was 2.55.

《ガス化試験4 試料I》
試料Iを用いて、以下を除いてガス化試験1と同様に流動床でのガス化試験を行った。
反応管内部温度:650℃、試料Iの投入速度:毎分45.5mg(炭素の供給速度として1.68mmol/分)、ガス化剤としての水の流量:65.0mg/分。
<<Gasification Test 4 Sample I>>
Using Sample I, a gasification test in a fluidized bed was conducted in the same manner as gasification test 1 except for the following.
Temperature inside the reaction tube: 650° C., input rate of sample I: 45.5 mg/min (1.68 mmol/min as carbon supply rate), flow rate of water as gasifying agent: 65.0 mg/min.

表2に示すように、生成ガスは、水素231mmol、一酸化炭素27mmol、二酸化炭素126mmol、メタン5.3mmol、C2(エタンおよびエチレン)1.9mmol、C3(プロパンおよびプロピレン)0.5mmolを含んでいた。炭素基準のガス化率は65.1%であった。なお、この試験でのS/C((試料中の水分およびガス化剤として供給された水蒸気)/(試料中の炭素)のモル比)は3.08であった。 As shown in Table 2, the product gas contained 231 mmol hydrogen, 27 mmol carbon monoxide, 126 mmol carbon dioxide, 5.3 mmol methane, 1.9 mmol C2 (ethane and ethylene), 0.5 mmol C3 (propane and propylene). board. The carbon-based gasification rate was 65.1%. The S/C ((moisture content in the sample and water vapor supplied as a gasification agent)/(carbon in the sample) molar ratio) in this test was 3.08.

《ガス化試験5 試料J》
試料Jを用いて、以下を除いてガス化試験1と同様に流動床でのガス化試験を行った。
反応管内部温度:650℃、試料Jの投入速度:毎分57.0mg(炭素の供給速度として2.03mmol/分)、ガス化剤としての水の流量:77.0mg/分。
<<Gasification Test 5 Sample J>>
Using Sample J, a gasification test in a fluidized bed was conducted in the same manner as gasification test 1 except for the following.
Inner temperature of reaction tube: 650° C., input rate of sample J: 57.0 mg/min (carbon feed rate: 2.03 mmol/min), flow rate of water as gasifying agent: 77.0 mg/min.

表2に示すように、生成ガスは、水素276mmol、一酸化炭素31mmol、二酸化炭素161mmol、メタン5.3mmol、C2(エタンおよびエチレン)1.8mmol、C3(プロパンおよびプロピレン)0.5mmolを含んでいた。炭素基準のガス化率は66.0%であった。なお、この試験でのS/C((試料中の水分およびガス化剤として供給された水蒸気)/(試料中の炭素)のモル比)は3.00であった。 As shown in Table 2, the product gas contained 276 mmol hydrogen, 31 mmol carbon monoxide, 161 mmol carbon dioxide, 5.3 mmol methane, 1.8 mmol C2 (ethane and ethylene), 0.5 mmol C3 (propane and propylene). board. The carbon-based gasification rate was 66.0%. In this test, S/C (molar ratio of (moisture in the sample and water vapor supplied as a gasifying agent)/(carbon in the sample)) was 3.00.

ガス化試験4とガス化試験5とを比較すると、生成ガスに含まれる水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、C2(エタンおよびエチレン)、および、C3(プロパンおよびプロピレン)、の物質量合計に対する一酸化炭素の占める割合は、ガス化試験4において6.9%であり、ガス化試験5において6.5%であった。すなわち、Feを含まない触媒を用いたガス化試験4に比べて、Feを含む触媒を用いたガス化試験5の方が、生成ガス中の一酸化炭素濃度を低減することができた。 Comparing gasification test 4 and gasification test 5, the total amount of hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, C2 (ethane and ethylene), and C3 (propane and propylene) contained in the generated gas The ratio of carbon monoxide to gas was 6.9% in gasification test 4 and 6.5% in gasification test 5. That is, gasification test 5 using a catalyst containing Fe was able to reduce the carbon monoxide concentration in the generated gas more than gasification test 4 using a catalyst containing no Fe.

《ガス化試験6 試料V》
試料Vを用いて、以下を除いてガス化試験1と同様に流動床でのガス化試験を行った。
反応管内部温度:650℃、試料Vの投入速度:毎分51.8mg(炭素の供給速度として2.50mmol/分)、ガス化剤としての水の流量:95.0mg/分。
<<Gasification Test 6 Sample V>>
Using Sample V, a gasification test in a fluidized bed was conducted in the same manner as gasification test 1 except for the following.
Temperature inside the reaction tube: 650° C., input rate of sample V: 51.8 mg/min (2.50 mmol/min as carbon supply rate), flow rate of water as gasifying agent: 95.0 mg/min.

表2に示すように、生成ガスは、水素327mmol、一酸化炭素34mmol、二酸化炭素166mmol、メタン7.8mmol、C2(エタンおよびエチレン)2.7mmol、C3(プロパンおよびプロピレン)0.8mmolを含んでいた。炭素基準のガス化率は57.3%であった。なお、この試験でのS/C((試料中の水分およびガス化剤として供給された水蒸気)/(試料中の炭素)のモル比)は3.01であった。 As shown in Table 2, the product gas contained 327 mmol hydrogen, 34 mmol carbon monoxide, 166 mmol carbon dioxide, 7.8 mmol methane, 2.7 mmol C2 (ethane and ethylene), 0.8 mmol C3 (propane and propylene). board. The carbon-based gasification rate was 57.3%. In this test, S/C (molar ratio of (moisture in the sample and water vapor supplied as a gasifying agent)/(carbon in the sample)) was 3.01.

ガス化試験4および5とガス化試験6とを比較すると、650℃での炭素基準のガス化率ではガス化試験4および5のガス化方法がガス化試験6のガス化方法と比較して、顕著に高いガス化率を示すことが明らかである。 Comparing gasification tests 4 and 5 with gasification test 6, the gasification methods of gasification tests 4 and 5 performed better than that of gasification test 6 at the carbon-based gasification rate at 650°C. , showing a remarkably high gasification rate.

《ガス化試験7 試料Q》
試料Q(すなわち触媒成分を担持しない褐炭Y)を用いて、以下を除いてガス化試験1と同様に流動床でのガス化試験を行った。反応管内部温度:650℃、試料Qの投入速度:毎分36.9mg(炭素の供給速度として1.81mmol/分)、ガス化剤としての水の流量:87.1mg/分。
<<Gasification Test 7 Sample Q>>
A gasification test in a fluidized bed was carried out in the same manner as in gasification test 1, except for the following, using sample Q (that is, lignite Y with no catalyst component supported). Inner temperature of reaction tube: 650° C., input rate of sample Q: 36.9 mg/min (1.81 mmol/min as carbon feed rate), flow rate of water as gasifying agent: 87.1 mg/min.

表2に示すように、生成ガスは、水素40mmol、一酸化炭素12mmol、二酸化炭素30mmol、メタン6.4mmol、C2(エタンおよびエチレン)1.9mmol、C3(プロパンおよびプロピレン)0.6mmolを含んでいた。炭素基準のガス化率は19.4%であった。なお、この試験でのS/C((試料中の水分およびガス化剤として供給された水蒸気)/(試料中の炭素)のモル比)は3.87であった。触媒を担持しない場合のガス化率は極めて低いことが明らかである。 As shown in Table 2, the product gas contained 40 mmol hydrogen, 12 mmol carbon monoxide, 30 mmol carbon dioxide, 6.4 mmol methane, 1.9 mmol C2 (ethane and ethylene), 0.6 mmol C3 (propane and propylene). board. The carbon-based gasification rate was 19.4%. In this test, S/C (molar ratio of (moisture in the sample and water vapor supplied as a gasifying agent)/(carbon in the sample)) was 3.87. It is clear that the gasification rate is extremely low when no catalyst is supported.

《ガス化試験8 試料R》
試料Rを用いて、以下を除いてガス化試験1と同様に流動床でのガス化試験を行った。反応管内部温度:650℃、試料Rの投入速度:毎分39.6mg(炭素の供給速度として1.64mmol/分)、ガス化剤としての水の流量:64.8mg/分。
<<Gasification Test 8 Sample R>>
Using Sample R, a gasification test in a fluidized bed was conducted in the same manner as gasification test 1 except for the following. Temperature inside the reaction tube: 650° C., input rate of sample R: 39.6 mg/min (1.64 mmol/min as carbon supply rate), flow rate of water as gasifying agent: 64.8 mg/min.

表2に示すように、生成ガスは、水素234mmol、一酸化炭素27mmol、二酸化炭素116mmol、メタン9.5mmol、C2(エタンおよびエチレン)2.3mmol、C3(プロパンおよびプロピレン)1.2mmolを含んでいた。炭素基準のガス化率は65.6%であった。なお、この試験でのS/C((試料中の水分およびガス化剤として供給された水蒸気)/(試料中の炭素)のモル比)は3.20であった。試料Rは試料Iと比較すると、ナトリウム担持量が少ないが、ガス化率は試料Iと同等となった。 As shown in Table 2, the product gas contained 234 mmol hydrogen, 27 mmol carbon monoxide, 116 mmol carbon dioxide, 9.5 mmol methane, 2.3 mmol C2 (ethane and ethylene), 1.2 mmol C3 (propane and propylene). board. The carbon-based gasification rate was 65.6%. In this test, S/C (molar ratio of (moisture in the sample and water vapor supplied as a gasifying agent)/(carbon in the sample)) was 3.20. Compared with sample I, sample R had a smaller amount of sodium supported, but the gasification rate was equivalent to that of sample I.

Figure 0007280718000002
Figure 0007280718000002

Claims (2)

無水無灰基準で60~75質量%の炭素を含む炭素質材料のガス化方法であって、
前記炭素質材料を、カルシウムの水溶性塩を含む水溶液、ナトリウムの水溶性塩を含む
水溶液、および鉄の水溶性塩を含む水溶液に、同時にまたは順次に接触させて、前記炭素
質材料に前記炭素質材料(乾燥質量)に対する質量比で1.5%~6%のカルシウム、前
記炭素質材料(乾燥質量)に対する質量比で1.5%~6%のナトリウム、および前記炭
素質材料(乾燥質量)に対する質量比で1.5%~6%の鉄を担持する担持工程と、
カルシウム、ナトリウム、および鉄を担持した前記炭素質材料を、550~700℃の
温度条件下で水蒸気を含むガス化剤と接触させるガス化工程と、を含み、
前記ガス化工程によって得られるガスが、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、および、メ
タン、を含む炭素質材料のガス化方法。
A method for gasifying a carbonaceous material containing 60 to 75% by mass of carbon on an anhydrous and ashless basis, comprising:
The carbonaceous material is brought into contact with an aqueous solution containing a water-soluble salt of calcium, an aqueous solution containing a water-soluble salt of sodium, and an aqueous solution containing a water-soluble salt of iron, simultaneously or sequentially. calcium in a mass ratio of 1.5% to 6% relative to the carbonaceous material (dry mass), sodium in a mass ratio of 1.5% to 6% relative to the carbonaceous material (dry mass), and the carbonaceous material (dry mass ) to support 1.5% to 6% iron by mass ratio,
a gasification step of contacting the carbonaceous material supporting calcium, sodium, and iron with a gasifying agent containing water vapor under a temperature condition of 550 to 700° C.;
A method for gasifying a carbonaceous material, wherein the gas obtained by the gasification step contains hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, and methane.
前記担持工程は、カルシウムの水溶性塩、ナトリウムの水溶性塩、および鉄の水溶性塩
を含む水溶液に、前記炭素質材料を含浸する含浸ステップを有する請求項に記載の炭素
質材料のガス化方法。
2. The carbonaceous material gas according to claim 1 , wherein the supporting step comprises an impregnation step of impregnating the carbonaceous material with an aqueous solution containing a water-soluble salt of calcium, a water-soluble salt of sodium, and a water-soluble salt of iron. conversion method.
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