JPS6117401A - 石炭或は炭化水素を用いた水蒸気転化の方法及びその装置 - Google Patents

石炭或は炭化水素を用いた水蒸気転化の方法及びその装置

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JPS6117401A
JPS6117401A JP60140660A JP14066085A JPS6117401A JP S6117401 A JPS6117401 A JP S6117401A JP 60140660 A JP60140660 A JP 60140660A JP 14066085 A JP14066085 A JP 14066085A JP S6117401 A JPS6117401 A JP S6117401A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水素含有の反応混合物の発生の下で、及び特
にメタン−水蒸気分離と水蒸気−石炭ガス化による水性
ガスの或いは合成ガスの製造に基づく、石炭或いは炭化
水素を用いた水蒸気の転化の方法及びその装置に関する
とのCH4と水蒸気のCo 、H2及びCO2への転化
は、在来の水蒸気−リホーミング装置において、700
〜850℃及び20〜40バールの圧のもとで行われ、
H2,CO,CO2,H20及び(乾性ガスを基準とし
て)約8〜18体積パーセントのCH4を内容とする生
成ガスが発生する。
この高吸熱性の0J(4/H20転化は、口径的90〜
180mmの外部加熱の管内で、N1含有の触媒に接し
て熱力学的平衡近くで進行する。転化しない残留メタン
−抽出メタンの30〜40%−は次のガス反応の際に一
般に望ましくなく、その上多くの場合で、不利である。
それは、今日用いられている装置の場合、概ね、残留メ
タンのひき続いての転化を、酸素を用いて約1200℃
のもとで二次的リホーミング装置において行わなければ
ならないからである。反応混合物のメタン含有量は、そ
の際1%以下になる。
ここで、ひき続いての主要方法段階として、合成ガスが
その本来の用途に供給されうるに先だち、転換、C02
−洗浄及び場合によって低温分解が行われる。
本発明の目的は、それゆえ出発混合物の著しく程度の高
い転化を惹起し、したがって場合によっては引き続いて
の取扱いさえも行わなくてよいようなガス反応の形成に
ある。
この目的は本発明に依如、生成水素を連続的に(少くと
も大部)選択的な水素透過性の仕切り壁を通して反応空
間から分離することによって達成される。
このやり方に基いて、転化率の増加とガス調製の簡易化
を達成する。何となれば− CH4/H20転化の例で考察すると一連続した反応空
間からの選択的水素分離によって全体でより多くのメタ
ンを転化し、その結果確実な一層高い水素収率が達成せ
られ得るからである。これによって従来性われている方
法の著しい簡易化とこれに伴ってコスト的に有利な方法
工程が生ずる。
水素のその場での分離(In−S itu−Abtre
nnung)は、反応管内に生成水素が発生後直ちに除
去されるように収容されている水素透過性膜を介して行
われる。
詳細で厳密かつ処理技術的な分析で、驚くべきことに次
のことが明らかになった。即ち、高吸熱性になる水素発
生プロ、セスの反応速度は必要不可欠な熱供給(CH4
/H20転化の場合、約70kW/m2)によって支配
されることとこのとき生成される水素が膜を経て流出し
うろことである。
その膜の面積は必要不可欠な伝熱面積Oそれと同じオー
ダである。
膜の材料として、すべての選択的水素透過性の材料が適
する。それらは均質にするか有孔性にすることができ、
高温度の場合十分に水素を透過させる。この水素透過は
原子状に一均質膜の場合−並びに分子状に一有孔性膜の
場合−行われる。この膜は、例えばpd箔あるいはTi
H4箔(厚さ5〜100μm)から成り、圧力差の受は
入れのため支持構造物、例えば支持網によってこの膜が
補強される。有孔性の膜として、例えば、金層性の又は
セラミック性の化合物から成る微孔性(オングストロー
ムの範囲)の表面層或いは分離層が有効である。ここで
透過はクヌーセン拡散によって、前に述べた場合にはフ
ィックの法則によって決定される。
膜の適機な成形によって、その表面を幾何学的凹凸のな
い面の数倍に拡大しうる。膜を例えば波状にしたりひだ
状にして設けるか或いは任意の断面を有する多数の管で
反応空間を仕切ることも考えられる。
反応空間から拡散する水素は特に膜の後側に連続的に流
出する。それによって場合によっては条件つきの、反応
空間と水素透過壁の水素流出側での−ないしは複数の空
間との間の圧力差は、通常、拡散の促進のためできるだ
け薄い状態に[7である膜の支持を水素流出側に必要と
する。その場合に、仕切り壁を通って水素流出路に適す
るよう、大体において単に水素圧力差が標準的となるの
で、付随的側で反応空間内のガス圧に相応する不活性ガ
ス圧も亦維持されうる。
追加的にまた水素流入側で、通常装入される触媒で被覆
加工したラシヒリングの代わりに触媒で被覆加工した支
持構造物が水素透過性の壁に隣接して設けられる。この
目的のために、例えば金銅布であってもよい原材料を、
Al2O5か他の適当な担体材料を用い、例えばプラズ
マ射出で被覆加工する。この担体材料は、その際、微細
に分割された触媒作用の活性元累をとりつける。触媒作
用の活性は純ニツケル網布かニッケル被覆した特殊鋼ネ
ットでは得ることができない。それは、ニッケルは高温
度の場合表面上で半融し粗粒が形成されるからである。
それによって触媒作用の活性が甚しく弱められる。ラシ
ヒリングの代用品で、付加的に分解ガスへの熱伝達は著
しく改善される。その結果リホーミング装置′が適当な
管で比較的小規模に作ることができる。
付随的例の水素収量は膜の後方の選択された圧(例えば
1〜5バールにしうる)次第で従来性われている方法と
全く同様の最か或いはそれより多くなる。分離さ力、な
い残留ガスはその際付加的に水蒸気リホーミング管の加
熱用に用いられうる。付随的リホーミング装置とガス分
離装置は提案方法に従えばもはや必要としないので、多
くのコスト利益が期待される。
本発明に依る反応空間からの水素分離は、核与熱の水蒸
気−石炭ガス化で著しい利益をもも/Cらす。このJ、
S;l、合、どりわけ進行したガス化の場合にtl、再
び存在する水素によって否定的に影響を与えられる。動
力学の理由から、C−転化が制限される。本発明に依る
ガス発生炉かちの水素除去(及びそれと共に、とシわけ
付随的側でできるだけ僅かのH2圧或いは分圧がもたら
されるときにはH2濃度の減少)は著しく改善された水
蒸気−石炭ガス化の動力学に行き着く。このようにして
核エネルギーの高温熱の単カップリングと全ガス化工程
にとっての比較的有利な諸条件が生ずる。
以下に本発明の機能態様の説明のだめの実施例を、添付
図面と共に記載する。
実施例 a)推せん実験 オートクレーブ内で、CH4/H20混合物(モル比1
:8)を700℃に加熱する平衡圧は約10パールであ
る。オートクレーブ内に水蒸気リホーミングプロセスに
使用されると同様の、Al2O3上にNiが存する構成
の触媒層がある。最終温度に到達して約1時間後、ガス
検査を行い、その分析結果を表1の第三欄に掲げる。明
らかになったガス組成は、700℃でかつ、所定の条件
において水蒸気リホーミングプロセスを実現した概ねの
ガス組成のもとで装入された物質の熱力学的平衡に著し
く対応している。
b)水素分離を伴う実験 別の実験において、反応管(長さ約40cm。
口径5cm)内に水素透過膜−厚さ60μmのパラジウ
ムから成る−を、生じた水素がこれまた同様に触媒層で
充たされた反応空間から転化中に、流出されうるように
取り付けられる。原理上の配置を第1図に示す。反応空
間1から第2番目の容量空間2は、Pd膜3によって分
離される。反応空間と膜との間の圧力差(膜の背後で平
均1.5バール)を吸収するために、膜を2枚の孔のあ
いた円盤で補強する。CH4−H20の割合はこれまた
同様に1:8になる。水素の流出に依って、700℃の
下で実験を行い、そのガス組成を表1の第四欄及び第五
欄に掲げる。生じた水素は、概ね提案の方法に従って直
接高純度の構成で回収される。現在の水蒸気リホーミン
グプロセスのもとで高純度の水素の発生のだめのその他
の必須のガス分離操作は適用できない。装入物質の水素
への転化は、提案の方法で約50%に高められ、そこか
ら再び約2/8が高純度で存在することとなる。残って
いる残留ガスはほんの少量の装入物質CH4だけを含ん
でいる。
実験から、その場での分離によって水素はこれ以上の処
理をしないで、直接水蒸気リホーミング装置からとり出
すことができることが判明する。
第2図において、リホーミング管4内で膜5゛ によっ
て水素流出箇所6が分離される。7の位置のところで、
出発混合物は下方のガス収集室から伸展補足管8を経て
触媒含有の反応空間9内へ導かれる。生成物は、水素が
11の位置で流出する間に、上のガス収集室10を経由
して反応空間から離れる。
第3a図から第8d図までに、リホーミング管の種々の
形態が横断面で示されている。即ち第8a図は、リホー
ミング管4内に、両側から支持網12によって支えられ
る膜5のある簡単な構造を示している。追加的にリホー
ミング管4とJ15との間の空間に充填触媒を設けるこ
とも可能である。膜の水素流入側に境を接する支持網の
いずれか一方を触媒で被覆加工することもまた可能であ
り、その゛際大体において反応空間が埋められる。
第8b図では、M5は波形状に又はひだ状にその面積を
拡張し且つ水素の通る路を反応速度に適応させるために
設けられる。配置全体の力学的補強に用いられる支持3
J13が追加されている。
第8c図と第8d図はリホーミング管4の横断面を示す
。その内側空間は、多数の一般的に管状の膜14(内部
支持網を有している)・によって細分される。この膜管
は触媒含有の支持網或いは触媒で被覆加工された支持網
で取囲1れる。膜の表面は、例えば示された横断面に応
じて係数組1〜100だけ拡大されうる。CH4/H2
0リホーミングの場合、必要不可欠々膜の面積は、熱技
術的根拠から必吸とされる面積と大体同じ大きさの程度
である。
第4図と第5図に概略で示した石炭ガス化反応器は、水
素透過性の仕切Ilを介して112収集室と結合してい
るガス発生炉15を包含している。ガス発生炉15には
16及び17の位置でそれぞれ水蒸気及び石炭が装入さ
れる。生成ガスは18の位置から出る。19は熱加熱部
(Wffirmeeinkopplung)を、−20
は灰の排出を表わす。
【図面の簡単な説明】
第1図は簡略化した実験構造図、第2図はリホーミング
管の一般的構造図、第8 a −d図は種々の反応器横
断面図、第4図及び第5図は石炭ガス化用装置図を示す
。 8.5・・・膜 4・・eリホーミング管 10・・・ガス収集室 13・・・支持環

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)水素含有の反応混合物の発生下で石炭或は炭化水
    素を用いて水蒸気を転化するための方法において、生成
    水素を連続的に(少くとも大部)選択的な水素透過性の
    仕切り壁を通して反応空間から分離することを特徴とす
    る方法。
  2. (2)500〜1000℃の温度の下で実施することを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法。
  3. (3)C_4H_4/H_2Oリホーミング又は水性ガ
    スの発生のもとで反応空間から水素の除去を行うことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載の方法
  4. (4)水素含有の反応混合物の発生下で石炭或は炭化水
    素を用いて水蒸気を転化するため、生成水素を連続的に
    (少くとも大部)選択的な水素透過性の仕切り壁を通し
    て反応空間から分離する方法を実施するための装置にお
    いて、槽内部で反応空間(1)から水素透過性の壁(3
    )によって分離され、かつ水素搬出のための手段に連結
    されている空間(2)を特徴とする装置。
  5. (5)水素透過性の壁が、支持構造物で支えられた薄い
    水素透過性の膜によって形成されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第4項記載の装置。
  6. (6)波形状にするかひだをつけることで膜の面積を増
    大したことを特徴とする特許請求の範囲第4項又は第5
    項記載の装置。
  7. (7)反応槽が筒状反応器であって、その内側空間が多
    くの一般的管状の水素流出空間で貫かれていることを特
    徴とする特許請求の範囲第4〜6項のいずれか1項に記
    載の装置。
  8. (8)水素透過性の壁に隣接せる反応空間が触媒で被覆
    加工した支持構造物を有することを特徴とする特許請求
    の範囲第4〜7項のいずれか1項に記載の装置。
JP60140660A 1984-06-30 1985-06-28 石炭或は炭化水素を用いた水蒸気転化の方法及びその装置 Pending JPS6117401A (ja)

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