JP7374120B2 - 合成反応に使用するための一酸化炭素および二酸化炭素を含むガス混合物を生成するための方法 - Google Patents
合成反応に使用するための一酸化炭素および二酸化炭素を含むガス混合物を生成するための方法 Download PDFInfo
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Description
-固体酸化物電解セル(SOEC)中のCO2の少なくとも一部をCOを含む第1のガス流とO2を含む第2のガス流に電解すること、
-CO2が完全に変換される未満に操業するか、または、またはCO2を含むガスで片方または両者のガス流を掃き取ることにより、または、電気分解セルと酸化的カルボニル化反応器の間のある段階で、CO2を含むガスで片方または両者のガス流を希釈することにより、CO2を含む第1および第2のガス流または両ガス流の組成を調節すること、
-第1および第2のプロセス流を反応段階に導入し、第1および第2のプロセス流を組み合わせるか、またはプロセス供給流に含まれるCOおよびO2との酸化的カルボニル化反応により化学化合物に基質と連続して反応させることにより、第1および第2のプロセス流を反応させることを含む。
2CO2(カソード)→2CO(カソード)+O2(アノード)(1)
H2O(カソード)→H2(カソード)+1/2O2(アノード)(2)
H2(カソード)+CO2(カソード)<->
H2O(カソード)+CO(カソード)(3)
-任意選択で、水を蒸発させ水蒸気とする工程、
-任意の水蒸気と所望のモル比により二酸化炭素を混合する工程、
-前記セルまたはセルスタックが作動するのに十分な温度において、固体酸化物電解セル(SOEC)またはSOECスタックに得られたガスを供給する一方で、前記セルまたはセルスタックに電流を供給して、二酸化炭素の一酸化炭素への部分的な変換、および、任意選択で、蒸気の水素への部分的な変換を行う工程
-任意選択で、原料ガス流を冷却することによって、水蒸気の少なくとも一部を液体水として凝縮させ、残った生成物ガスを液体から分離することによって、残った水蒸気の一部または全部を原料ガス流から、除去する工程、および
-SOECへとCO2を再利用しながら、反応物の一つとして一酸化炭素を利用し、COとCO2を含むガス混合物が液相合成反応のために使用される工程。
CO2電気分解
75個のセルからなるSOECスタックを、50Aの電解電流を加えながら、流速100Nl/分のCO2でカソードに供給しながら、平均700℃で作動する。上記の式(5)に基づいて、このような条件下でのCO2の変換率は26%である。すなわち、スタックのカソード側から出るガスは、26%のCOと74%のCO2で構成される。
H2O電気分解
75個のセルからなるSOECスタックを、50Aの電解電流を加えながら、流速100Nl/分の水蒸気(約80g/分の液体水流速に相当する)でカソードに供給しながら、平均700℃で作動する。上記の式(4)に基づいて、このような条件下でのHOの変換は26%である。すなわち、スタックのカソード面から出るガスは、26%のH2Oと74%のH2から成る。
共電解
75個のセルからなるSOECスタックを、水蒸気とCO2の混合物をカソードに1:1のモル比で供給しながら、総流速100Nl/分で、50Aの電解電流を加えつつ、平均温度700℃で作動する。スタックでは、水蒸気は上記(2)の反応に従って電気化学的にH2に変換される。反応(1)によるCO2の電気化学的変換は無視できると仮定すると、供給された水蒸気の52%は電気化学的に水素に変換される。RWGS反応が存在しない場合、スタックから出るガスは以下の組成を有するであろう:0%CO、50%CO2、26%H2および24%H2Oである。しかし、RWGS反応のため、生成された水素の一部がCOを生成するために使用されるであろう。したがって、スタックから出るガスは実際に次の組成を有するであろう:10.7%CO、39.3%CO2、15.3%H2および34.7%H2Oである。生成物ガス中のCO:H2の比率は1:1.43である。
共電解
75個のセルからなるSOECスタックを、水蒸気とCO2の混合物を、総流速100Nl/分でモル比41:59でカソードに供給しながら、50Aの電解電流を加えつつ、平均温度700℃で操作する。スタックでは、水蒸気は上記(2)の反応に従って電気化学的にH2に変換される。反応(1)によるCO2の電気化学的変換は無視できると仮定すると、供給された水蒸気の64%は電気化学的に水素に変換される。RWGS反応が存在しない場合、スタックから出るガスは以下の組成を有するであろう:0%CO、59%CO2、26%H2、15%H2O。ただし、RWGS反応のため、生成された水素の一部がCOの生成に使用される。したがって、スタックから出るガスは、実際には、13.2%CO、45.8%CO2、13.0%H2、28.0%H2Oの構成になる。生成物ガスのCO:H2の比率は1.015:1である。
本発明は以下の項目を含む。
[項目1]
ヒドロホルミル化プラントまたはカルボニル化プラントに使用するための一酸化炭素、二酸化炭素および任意に水素を含むガス混合物の生成方法であって、以下の工程:
-任意選択で、水を蒸発させ水蒸気とする工程、
-前記の任意の水蒸気と所望のモル比により二酸化炭素を混合する工程、および
-セルまたはセルスタックが作動するのに十分な温度において、固体酸化物電解セル(SOEC)またはSOECスタックへ得られたガスを供給する一方で、前記セルまたはセルスタックに電流を供給して、二酸化炭素の一酸化炭素への部分的な変換、および任意選択に、水蒸気の水素への部分的な変換を行う工程、
-任意選択で、原料ガス流を冷却することによって、水蒸気の少なくとも一部を液体水として凝縮させ、残った生成物ガスをこの液体から分離することによって、残った水蒸気の一部または全部を原料ガス流から除去する工程、および
-SOECへとCO 2 を再利用しながら、反応物の一つとして一酸化炭素を利用し、COとCO 2 を含むガス混合物が液相合成反応のために使用される工程、
を含む前記方法。
[項目2]
水蒸気と二酸化炭素のモル比が、0~3の間、好ましくは0~2の間で、より好ましくは0~1.5の間である、項目1に記載の方法。
[項目3]
SOECまたはSOECスタック中のCO 2 の電解によりCOが生成される温度が、700℃付近である、項目1または2に記載の方法。
Claims (4)
- ヒドロホルミル化プラントまたはカルボニル化プラントに使用するための一酸化炭素、二酸化炭素および任意に水素を含むガス混合物の生成方法であって、以下の工程:
-水を蒸発させ水蒸気とする工程、
-前記水蒸気と所望のモル比により二酸化炭素を混合する工程、および
-セルまたはセルスタックが作動するのに十分な温度において、固体酸化物電解セル(SOEC)またはSOECスタックへ得られたガスを供給する一方で、前記セルまたはセルスタックに電流を供給して、二酸化炭素の一酸化炭素への部分的な変換、および任意選択に、水蒸気の水素への部分的な変換を行う工程(SOEC工程)、
-任意選択で、原料ガス流を冷却することによって、水蒸気の少なくとも一部を液体水として凝縮させ、残った生成物ガスをこの液体から分離することによって、残った水蒸気の一部または全部を原料ガス流から除去する工程、および
-COとCO 2 を含むガス混合物が液相ヒドロホルミル化またはカルボニル化反応のために使用されることで、ヒドロホルミル化またはカルボニル化の反応物の一つとして一酸化炭素が利用される工程を含み、
水蒸気と二酸化炭素のモル比が、0~3の間である、
前記方法。 - ヒドロホルミル化プラントまたはカルボニル化プラントに使用するための一酸化炭素、二酸化炭素および任意に水素を含むガス混合物の生成方法であって、以下の工程:
-水を蒸発させ水蒸気とする工程、
-前記水蒸気と所望のモル比により二酸化炭素を混合する工程、および
-セルまたはセルスタックが作動するのに十分な温度において、固体酸化物電解セル(SOEC)またはSOECスタックへ得られたガスを供給する一方で、前記セルまたはセルスタックに電流を供給して、二酸化炭素の一酸化炭素への部分的な変換、および任意選択に、水蒸気の水素への部分的な変換を行う工程(SOEC工程)、
-任意選択で、原料ガス流を冷却することによって、水蒸気の少なくとも一部を液体水として凝縮させ、残った生成物ガスをこの液体から分離することによって、残った水蒸気の一部または全部を原料ガス流から除去する工程、および
-SOEC工程におけるSOECまたはSOECスタックへとCO 2 を再利用する一方で、COとCO 2 を含むガス混合物が液相ヒドロホルミル化またはカルボニル化反応のために使用されることで、ヒドロホルミル化またはカルボニル化の反応物の一つとして一酸化炭素が利用される工程、
を含み、
水蒸気と二酸化炭素のモル比が、0~3の間である、
前記方法。 - 水蒸気と二酸化炭素のモル比が、0~2の間で、より好ましくは0~1.5の間である、請求項1または2に記載の方法。
- SOECまたはSOECスタック中のCO2の電解によりCOが生成される温度が、700℃である、請求項1~3のいずれか一つに記載の方法。
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