JPH11513974A - 合成ガスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、炭化水素処理技術、更に詳細には、炭化水素ガス原料から合成ガスを製造することに関する。本発明の目的は、合成ガスの改良された製造方法であって、炭化水素原料と空気の混合物α＝０.５〜０.８を燃焼しかつ改良内燃機関のシリンダ内のピストンの圧縮ストローク時に炭化水素を酸化する工程、下死点へのピストンストローク中に生成物を拡張および冷却する工程、上死点へのピストンストローク時に反応体積から合成ガスを含む生成物を取出す工程、および下死点へのピストンストローク時に動作混合物の一部を新たに導入する工程を含み、２００〜４５０℃に予熱した炭化水素原料と空気の混合物が改良内燃機関のシリンダ内に供給され、自己発火が起こるまで該混合物が圧縮されかつ１３００〜２３００℃の温度が１０^-2〜１０^-3sの時間維持され、サイクルが３５０min^-1を超える頻度で反復される方法を提供することである。本方法の構成においては、原料として、特に、随伴ガスからの広範囲の低級炭化水素部分の分離によって得られたメタン、エタンおよび他の炭化水素ガスの使用は、製油および処理の領域において生態学的事情を改善することを可能にする。本方法の比生産性は、既知の方法に比べて〜２.５倍高い。

Description

【発明の詳細な説明】 合成ガスの製造方法 発明の領域 本発明は、炭化水素処理技術、更に詳細には、炭化水素ガス原料から合成ガス を製造することに関する。 従来技術の説明 炭化水素原料から合成ガスを製造する方法であって、該原料混合物と酸化剤、 酸素または含酸素ガス、または水蒸気とを混合する工程、該混合物を反応部に該 混合物の自己発火点未満でない９３℃の温度においてフレームフラッシュバック 速度を超える乱流速度で供給する工程、およびモノリス触媒の存在下に該混合物 を変換する工程を含む方法は、フランス特許第1,831,468号，Danster，M．& Kor nchak，D.，Method of producing synthesis gas from hydrocarbon raw，Byul ．Izobret.，1993，no.28，Int．Cl.，COlB3/38に開示されている。 上記の方法は、特殊な触媒反応器の生成および選択触媒の使用を必要とする。 使用した炭化水素原料を不完全酸化して合成ガスを製造する他の方法も既知で ある。例えば、 ＣＨ₄＋０.５Ｏ₂＝ＣＯ＋２Ｈ₂ 本発明と最も似ている方法は、(Kazarnovskii，Ya.S.，Derevyanko，I.G.，St ezhinskii，A.I．& Kobozev，N.I.，Exlosive methane conversion．Trudy of S tate Research Institute of Nitrogen Industry,モスクワ，1957，vol．VIII,p p.89-104)に開示された合成ガスの製造方法である。前記方法は、炭化水素原料 と酸素を多く含んだ空気α＝０.５〜０.８または酸素を多く含まない空気α＝０ .８２７〜１.２から構成されたガス混合物を燃焼する工程、内燃機関のシリンダ 内で炭化水素を爆発部分酸化する工程、エンジンのピストンが下死点へ移動する ときに生成物を拡張および冷却する工程、ピストンが上死点へ移動するときに反 応体積から合成ガスを含む生成物を取出す工程、およびピストンが下死点へ移動 するときに動作混合物の一部を新たに導入する工程を含んでいる。酸化炭素とメ タンとエチレンを主に含む、コークス製造からのエンリッチガスが炭化水素原料 として常に用いられている。前記原料と空気の混合物は内燃機関のシリンダ内に 供給され、爆発部分酸化の前に混合物の強制発火が行われている。炭化水素原料 に対するプロセスの比生産性は約７００kg/m³hである。 合成ガスの製造は、電力の発生と組合わされている。 天然ガス自体ではなくコークス製造のエンリッチガス、天然ガス処理の生成物 の使用は、コークス製造設備に縛られた合成ガス製造になる。 更に、その方法が酸素を多く含まない空気α＝０.８２７〜１.２を用いる場合 、ＣＯ₂含量はＣＯより１.５〜２倍高くかつ水素含量は合成要求を満たさず、α ＞１では水素は全く存在しない。従って、酸素を多く含まない空気α＝０.８２ ７の場合、Ｈ₂／ＣＯ比は０.７６であり、ある例では、メタノール合成において 通常許容される２.０値に達しない。 該方法が酸素を多く含む空気α＝０.５〜０.８（上記のα値の酸素含量は各々 ２９％および５０％である）で行われる場合、Ｈ₂／ＣＯ比は接触合成の要求を 満たさない（ある例では、その割合は１未満である）。α＝０.８ではＣＯ₂とＣ Ｏの含量は等しい。 発明の開示 本発明の目的は、接触処理において有用な合成ガスの製造方法を提供すること である。 本方法は、わずかに改良した市販の内燃機関において合成ガスの製造を可能に する。本発明は、圧縮自己発火および外部混合調製を利用するものである。 随伴ガスからの広範囲の低級炭化水素成分を含む、原料としてメタン、エタン および他の炭化水素ガスの使用は、製油および処理の領域において生態学的事情 を改善することを可能にする。本方法の比生産性は、工程管理および原料組成に よっては上記の方法より２.５〜３倍高くかつＨ₂／ＣＯ体積比＝１〜２である。 このことは、合成ガス製造の効率が自動車用合成燃料製造の経費節減に著しく影 響することが既知であることから特に重要である(Lykov，O.P.，Chemistry and Technology of Fuels and Oils，1996，no.3，pp.15-24)。 本発明の目的は、原料炭化水素と空気との混合物を燃焼しかつ改良内燃機関の シリンダ内のピストンの圧縮ストローク時に炭化水素を酸化する工程、下死点へ のピストンストローク中の生成物を拡張および冷却させる工程、上死点へのピス トンストローク時に反応体積から合成ガスを含む生成物を取出す工程、下死点へ のピストンストローク時に動作混合物の一部を新たに導入する工程を含み、２０ ０〜４５０℃に予熱した炭化水素原料と空気との混合物α＝０.５〜０.８が改良 内燃機関のシリンダ内に供給され、自己発火が起こるまで混合物が圧縮されかつ １３００〜２３００℃の温度が１０^-2〜１０^-3ｓの時間維持され、サイクルが３ ５０min^-1を超える頻度で反復される改良法を提供することである。 空気と炭化水素原料の混合物が２００℃より低い温度に予熱される場合、改良 内燃機関のシリンダ内で自己発火は起こらない。混合物を予熱する上限温度の選 択（４５０℃）は、反応体積に達する前の混合物の可能な自己発火に関する安全 性の配慮に基づいている。 炭化水素との混合物中の空気の含量がα＜０.５に相当する場合、カーボンブ ラックの強い生成が起こり、合成ガスの品質が悪くなる。α＞０.８に相当する 空気含量では排気中のＣＯ₂分がＣＯより大きくなる。これによっても合成ガス の品質が低下する（Kazarnovskii，Ya.S.，Derevyanko，I.G.，Stezhinskii.，A .I.& Kobozev，N.I.，Exlosive methane conversion．Trudy of State Research Institute of Nitrogen Industry，モスクワ，1957，vol．VIII，pp.89-104） 。 炭化水素原料の部分酸化において高い変換を行わせるように下限温度（１３０ ０℃）が選ばれる。主張した低いα値でのブラックカーボンの生成を排除しかつ 取出しバルブの残存性を与えるように上限温度（２３００℃）が選ばれる。 サイクル頻度は、圧縮が遅いと自己発火が起こらないことから３５０min^-1を 超えなければならない。 部分酸化が上記の温度で＞１０^-2sの時間行われる場合、標的生成物の収量は 減少する。 上記の温度で＜１０^-3sの時間行われる部分酸化には、慣性荷重が強度の配慮 に対して許容されるものより高いレベルに上昇するようなエンジンの回転速度の 増加が必要である。 本方法は、次のように行われる。 １．炭化水素原料を空気と予備混合してα＝０.５〜０.８を得る。 ２．調製した混合物を２００〜４５０℃に加熱する。 ３．予熱した混合物を、下死点へのピストン運動中に改良内燃機関型のシリンダ 内に流す。 ４．炭化水素の部分酸化はシリンダ内の混合物を混合物の自己発火が起こるまで 上死点へのピストンストロークによって圧縮することにより行われ、１２００〜 ２３００℃の温度を１０^-2〜１０^-3sの時間維持する。 ５．生成物を、下死点へのピストンストローク中の拡張により冷却する。 ６．合成ガスを含むプロセス生成物を、上死点へのピストンストローク中にシリ ンダから取り出す。 ７．サイクルを３５０min^-1を超える頻度で反復させる。 ８．エンジン運動の運動エネルギーを用いてエンジンシャフトに接続した発電機 にエネルギーを発生させる。 装置の概略図を示す添付の図面に関して合成ガスの製造方法を更に詳細に述べ る。 装置は、改良内燃機関に基づく化学圧縮反応器からなる。ピストン２が配置さ れる密閉反応体積を表すシリンダ１、該シリンダ１の上死点部に配置されかつ酸 化剤と炭化水素原料の混合物を送るものでありかつ原料の前記成分のミキサー５ と接続された前記混合物が予熱される反応器４と配管で接続された取入れバルブ ３、および該シリンダ１の上死点部に配置されかつ生成物を取り出すものである 取出しバルブ６が含まれる。シリンダ１のピストン２は、クランクドライブと接 続される。ドライブ７のクランクシャフトは、装置の自律性の程度および作動条 件によっては電動機８あるいは他の種類のドライブと接続される。発電機９は、 内燃機関の同じシャフトに取り付けられる。 装置は、添加装置と測定器を含む、炭化水素原料と空気から動作混合物を調製 するシステムを備えている。動作混合物が予熱される反応器４は、ヒータまたは 復熱交換プレヒータを含み、生成物がエンジンシリンダ１から送られる。 装置の作動および本方法の実施は次のように進行する。 炭化水素原料と空気は、上記の割合でミキサ５へ供給される。混合物は反応器 ４へ送り込まれ、上記の温度に予熱される。予熱した混合物はバルブ３を介して シリンダ１へ供給され、混合物は上死点８へのピストン２の運動時に自己発火が 起こるまで圧縮されかつ１４００〜２３００℃の温度が１０^-2〜１０^-3sの時間 維持され、その間に動作混合物の燃焼および熱分解が達成される。 ピストン２がシリンダ内で下死点へ移動するとき、生成物は拡張、冷却および 急冷され、生成物の熱エネルギーは発電機９によって利用される運動メカニズム の機械的エネルギーに変換される。続いてピストン２の上死点へのストローク中 に生成物は取出しバルブ６を介してシリンダ１から取出される。ピストン２が下 死点へ移動するときに動作混合物が取入れバルブ３を介してシリンダ１へ送り込 まれる。シリンダ１内のピストン２の往復運動は、３５０min^-1未満でない頻度 で行われる。 本発明の実施例は表に示されている。本方法は、炭化水素原料を処理する有効 容積１.２４リットルをもつ改良Ｃｈ８,５／１１（１Ｒ２−６）二シリンダディ ーゼルエンジンを含む装置によって達成される。 表からわかるように、Ｈ₂／ＣＯ体積比は主張した範囲にある（１〜２）。燃 料、メタノールまたはジメチルエーテルを更に触媒製造するのに極めて適してい る。天然ガスの転化率は１００％に近い。更に、原料に対するプロセスの比生産 性は１４００〜２０００kg/m³hである。これは、既知の方法に比べて２.５〜３ 倍高い。 実施例６〜１０は、本方法の構成内の可能な技術的態様を示すものである。従 って、ある量のプロセスガスがシリンダ内に残る（水蒸気を含む）場合には取出 し口の圧力、予熱の温度および混合物発火相が制御される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 インスチテュート ネフテヒミチェスコゴ シンテザ ロッシイスコイ アカデミイ ナウク ロシア連邦 117912 モスコウ レニンス キー プロスペクト 29−１ (72)発明者 グルンヴァルド ウラディミール ロベル トヴィッチ ロシア連邦 115551 モスコウ シェピロ ヴスキー プロエズド 43−２−232 (72)発明者 ドリンスキー ユーリー ルヴォヴィツチ ロシア連邦 127411 モスコウ ヤフロム スカヤ ウリッサ ３−２−89 (72)発明者 ピスクノフ セメン エヴセエヴィッチ ロシア連邦 119620 モスコウ ウリッサ 50 １エト オクトヤブリャ ５−２− 15 (72)発明者 トルチンスキー レヴ ソロモノヴィッチ ロシア連邦 141400 モスコフスカヤ オ ブラスト ヒムキ ウリッサ ゼレナーヤ 17−54 (72)発明者 プラテ ニコライ アルフレドヴィッチ ロシア連邦 117334 モスコウ ウリッサ ゼリンスコゴ 38−８−95 (72)発明者 コルバノヴスキー ユーリー アブラモヴ ィッチ ロシア連邦 117330 モスコウ ユニヴェ ルシテツキー プロスペクト 23−３− 101 【要約の続き】 的事情を改善することを可能にする。本方法の比生産性 は、既知の方法に比べて〜２.５倍高い。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 合成ガスの製造方法であって、炭化水素原料と空気の混合物を燃焼しかつ内燃 機関のシリンダ内のピストンの圧縮ストローク中に炭化水素を部分酸化する工程 、下死点へのピストンストローク時に生成物を拡張および冷却する工程、上死点 へのピストンストローク時に反応体積から合成ガスを含む生成物を取出す工程、 および下死点へのピストンストローク時に動作混合物の一部を新たに導入する工 程を含み、２００〜４５０℃に予熱した炭化水素原料と空気の混合物α＝０.５ 〜０.８が圧縮型内燃機関のシリンダ内に供給され、自己発火が起こるまで該混 合物が圧縮されかつ１３００〜２３００℃の温度が１０^-2〜１０^-3sの時間維持 され、サイクルが３５０min^-1より大きい頻度で反復される方法。