JPS6349719B2 - - Google Patents

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JPS6349719B2
JPS6349719B2 JP54089932A JP8993279A JPS6349719B2 JP S6349719 B2 JPS6349719 B2 JP S6349719B2 JP 54089932 A JP54089932 A JP 54089932A JP 8993279 A JP8993279 A JP 8993279A JP S6349719 B2 JPS6349719 B2 JP S6349719B2
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potassium
gasification
lithium
carbonaceous feedstock
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JP54089932A
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Jei Rangu Robaato
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Exxon Research and Engineering Co
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、油、石油残油、石炭及び類似物の如
き炭素質原料のガス化に関し、更に具体的には、
アルカリ金属含有触媒の存在下に実施される接触
ガス化操作に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to the gasification of carbonaceous feedstocks such as oil, petroleum residues, coal and the like, and more particularly to the
It relates to a catalytic gasification operation carried out in the presence of an alkali metal-containing catalyst.

石炭及び他の炭素質固形物の如き炭素質物質の
ガス化を触媒するのにある種のアルカリ金属化合
物を使用できることは長い間認められている。研
究によれば、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭
酸セリウム及び炭酸リチウムは、スチーム、水
素、二酸化炭素、酸素等が歴青炭、亜歴青炭、亜
炭、石油コークス、有機廃棄物及び同様の炭素質
固形物と反応してメタン、一酸化炭素、水素、二
酸化炭素及び他のガス状生成物を生成する際の速
度を実質上促進することが示されている。しかし
ながら、アルカリ金属塩化物の如き他のアルカリ
金属塩は、対応する炭酸塩と比較すると低い触媒
活性を有する。炭酸セリウムの比較的高いコスト
並びに炭酸リチウム及びナトリウムの低い有効性
の故に、過去において実施されたこの分野の実験
研究の大半は、炭酸カリウムの使用に向けられて
いた。
It has long been recognized that certain alkali metal compounds can be used to catalyze the gasification of carbonaceous materials such as coal and other carbonaceous solids. Studies have shown that potassium carbonate, sodium carbonate, cerium carbonate and lithium carbonate can be extracted from steam, hydrogen, carbon dioxide, oxygen, etc. from bituminous coal, subbituminous coal, lignite, petroleum coke, organic waste and similar carbonaceous materials. It has been shown to substantially accelerate the rate of reaction with solids to produce methane, carbon monoxide, hydrogen, carbon dioxide and other gaseous products. However, other alkali metal salts, such as alkali metal chlorides, have lower catalytic activity compared to the corresponding carbonates. Due to the relatively high cost of cerium carbonate and the low effectiveness of lithium and sodium carbonates, most of the experimental work in this field conducted in the past has been directed to the use of potassium carbonate.

炭素質物質のガス化用触媒として個々のアルカ
リ金属塩を使用する他に、アルカリ金属塩の混合
物を用いることが提案された。かゝるアルカリ金
属塩の混合物を用いて炭素質供給原料のガス化を
促進するときには、混合物は、活性の高い方のア
ルカリ金属化合物を等量で単独で用いる場合より
もガス化反応を少なく促進し、また活性の低い方
のアルカリ金属塩を等量で用いる場合よりもガス
化反応を多く促進することが予期される。
In addition to the use of individual alkali metal salts as catalysts for the gasification of carbonaceous materials, it has been proposed to use mixtures of alkali metal salts. When mixtures of such alkali metal salts are used to promote the gasification of carbonaceous feedstocks, the mixture promotes less of the gasification reaction than when equal amounts of the more active alkali metal compound are used alone. However, it is also expected that the gasification reaction will be promoted more than when an equal amount of the less active alkali metal salt is used.

アルカリ金属含有触媒を用いるガス化プロセス
では、触媒の費用は、生成物ガスの全コストを決
定する際の重要な因子である。炭酸カリウムは、
比較的高価である。
In gasification processes using alkali metal-containing catalysts, the cost of the catalyst is an important factor in determining the total cost of the product gas. Potassium carbonate is
Relatively expensive.

塩化カリウム、硫酸カリウム、炭酸ナトリウ
ム、塩化ナトリウム及び硫酸ナトリウムの如き他
のアルカリ金属化合物のコストは炭酸カリウムよ
りもかなり安価であるが、しかしこれらの化合物
は炭酸カリウムが示す触媒活性の数分の1を示す
に過ぎない。もし上記の化合物及び他の豊富で安
価なカリウム及びナトリウム化合物をガス化触媒
として有効に使用し、これによつて、触媒に要す
る初期の投資費用を実質上減少することができ且
つ触媒の準備量を所要レベルに維持するのに要求
される補給アルカリ化合物の量を減少するために
費用のかゝる二次的な回収技術の必要性を排除す
ることができれば極めて望ましいだろう。
Other alkali metal compounds such as potassium chloride, potassium sulfate, sodium carbonate, sodium chloride, and sodium sulfate are significantly less expensive than potassium carbonate, but these compounds exhibit a fraction of the catalytic activity of potassium carbonate. It only shows that. If the above-mentioned compounds and other abundant and inexpensive potassium and sodium compounds are effectively used as gasification catalysts, the initial investment cost of the catalyst can be substantially reduced and the amount of catalyst available It would be highly desirable to eliminate the need for costly secondary recovery techniques to reduce the amount of make-up alkaline compound required to maintain the required levels of alkaline compounds.

本発明は、炭素質供給原料の接触ガス化のため
の改良法を提供する。こゝに本発明に従えば、安
価なカリウム化合物とナトリウム化合物との混合
物を触媒として用いることによつて、油、石油残
油、歴青炭、亜歴青炭、亜炭、有機廃棄物、石油
コークス及び他の炭素質供給原料のガス化間に招
かれる触媒費用を有意義に減少でき、同時に予想
外に高いガス化速度を得ることができることが分
つた。実験室的試験によれば、石炭、塩化カリウ
ム又は硫酸カリウム及び炭酸ナトリウム又は硫酸
ナトリウムの混合物を反応帯域に注入しその後に
石炭をガス化すると、驚くほど高いガス化速度が
得られることが示された。これらのガス化速度
は、炭酸カリウムと比較して個々のカリウム及び
ナトリウム化合物の低い活性に基いて予期される
よりも実質上高い。これは、重要で且つ予想外の
発見である。何故ならば、実測されるガス化速度
は、実質的に高価な炭酸カリウムの代わりにこれ
らの安価なカリウム及びナトリウム塩の混合物を
ガス化触媒として使用するのを可能にするのに十
分なだけ高いからである。接触ガス化操作におい
て要求される触媒の量の故に、本発明によつて大
規模なガス化プラントで可能にされる総節約はか
なりのものとなろう。
The present invention provides an improved method for catalytic gasification of carbonaceous feedstocks. According to the present invention, oil, petroleum residue, bituminous coal, subbituminous coal, lignite, organic waste, petroleum It has been found that the catalyst costs incurred during the gasification of coke and other carbonaceous feedstocks can be significantly reduced, while at the same time unexpectedly high gasification rates can be obtained. Laboratory tests have shown that surprisingly high gasification rates can be obtained by injecting a mixture of coal, potassium chloride or sulfate, and sodium carbonate or sulfate into the reaction zone and then gasifying the coal. Ta. These gasification rates are substantially higher than expected based on the lower activity of the individual potassium and sodium compounds compared to potassium carbonate. This is an important and unexpected finding. This is because the observed gasification rates are sufficiently high to allow mixtures of these inexpensive potassium and sodium salts to be used as gasification catalysts instead of the substantially more expensive potassium carbonate. It is from. Because of the amount of catalyst required in catalytic gasification operations, the total savings enabled by the present invention in large scale gasification plants may be significant.

一般的に言つて、炭酸カリウムと比較して比較
的低い触媒活性を有するカリウム化合物と、反応
帯域において反応条件下に弱酸塩に転化されるナ
トリウム又はリチウムの強酸塩及びナトリウム又
はリチウムの弱酸塩よりなる群から選定されるナ
トリウム又はリチウム化合物との混合物と一緒に
炭素質供給原料を反応帯域に導入すると、予想外
に高いガス速度が得られる。ある種の比較的無触
媒のカリウム及びナトリウム化合物の混合物につ
いて言えば、得られるガス化速度は、混合物と同
じアルカリ金属対炭素原子比を生じる量で炭酸カ
リウム単独を供給原料と共に反応帯域に導入する
ときに得られる速度とほゞ同じ大きさである。明
らかに、ナトリウム又はリチウム化合物は、触媒
活性の低いカリウム化合物を活性化し、これによ
つて炭素質供給原料のガス化速度に実質的な触媒
効果を及ぼす。
Generally speaking, potassium compounds with relatively low catalytic activity compared to potassium carbonate, and stronger salts of sodium or lithium and weaker salts of sodium or lithium, which are converted to weaker salts under the reaction conditions in the reaction zone. Unexpectedly high gas velocities are obtained when the carbonaceous feedstock is introduced into the reaction zone together with a mixture of sodium or lithium compounds selected from the group consisting of: For certain relatively uncatalyzed mixtures of potassium and sodium compounds, the gasification rates obtained are such that potassium carbonate alone is introduced into the reaction zone with the feedstock in an amount that produces the same alkali metal to carbon atomic ratio as the mixture. The speed is approximately the same as that obtained when Apparently, the sodium or lithium compounds activate the less catalytically active potassium compounds, thereby exerting a substantial catalytic effect on the gasification rate of the carbonaceous feedstock.

本発明に従えば、安価なカリウム及びナトリウ
ム化合物の混合物を含有する触媒の使用は、初期
の触媒費用及び補給触媒の費用を減少し同時に高
いガス化速度の達成を可能にする。また、かゝる
混合物の使用は、費用のかゝる二次的な触媒回収
操作の必要性を排除する。その結果として、本発
明は、ガス化操作におけるかなりの節約を可能に
し且つ通常の場合よりもかなり低いコストで生成
物ガスの製造を可能にする。
According to the present invention, the use of a catalyst containing a mixture of inexpensive potassium and sodium compounds reduces initial catalyst costs and make-up catalyst costs while at the same time making it possible to achieve high gasification rates. The use of such mixtures also eliminates the need for costly secondary catalyst recovery operations. As a result, the present invention allows for considerable savings in gasification operations and the production of product gas at significantly lower costs than would normally be the case.

こゝで添付図面を説明すると、第1図に示され
る方法は、添加されたナトリウム及びカリウム化
合物の存在下における歴青炭、亜歴青炭、亜炭、
有機廃棄物又は類似の炭素質固形物のガス化法で
ある。本発明は、この特定のガス化法に限定され
ずに、スチーム、水素、二酸化炭素又は類似のガ
ス化剤と炭素質供給原料との反応を促進するのに
アルカリ金属化合物を使用しそして炭化物(チヤ
ー)、コークス又はアルカリ金属残渣を含有する
他の固体生成物を回収するような様々な固定床、
移動床及び流動床式ガス化操作のどれにおいても
使用できることが理解されよう。多くのかゝる操
作は技術文献に記載されており、当業者には周知
である。
Referring now to the accompanying drawings, the method illustrated in FIG.
It is a method of gasifying organic waste or similar carbonaceous solids. Although not limited to this particular gasification method, the present invention utilizes an alkali metal compound to promote the reaction of steam, hydrogen, carbon dioxide, or similar gasifying agent with a carbonaceous feedstock and a carbide ( various fixed beds, such as those that recover coke or other solid products containing alkali metal residues;
It will be appreciated that it can be used in both moving bed and fluidized bed gasification operations. Many such operations are described in the technical literature and are well known to those skilled in the art.

図示される方法では、粉砕されそして米国ふる
い基準で約8メツシユ又はそれよりも小さい粒度
にふるい分けられた歴青炭、亜歴青炭、亜炭又は
類似物の如き固体炭素質供給原料は、石炭調製プ
ラント又は貯蔵設備(図示せず)から管路10を
経て系に供給される。管路10を経て導入される
固形物はホツパー又は類似の容器12に供給さ
れ、そこからそれらは管路13を経て原料調製帯
域14に送られる。図示される原料調製帯域は、
モーター16によつて付勢されるスクリユーコン
ベヤ又は類似装置(図示せず)と、固形物をコン
ベヤによつて調製帯域内を移動させるときにそれ
らの上に管路18を経て導入される可溶性アルカ
リ金属化合物の溶液を吹付けるための一連の噴霧
ノズル又は類似装置17と、固形物を加熱し且つ
水分を駆逐するために管路20からのスチーム調
製帯域に導入するためのノズル又は類似物19と
を含む。管路18を経て供給されるアルカリ金属
溶液は、管路22及び23によつてそれぞれ示さ
れるように可溶性ナトリウム及びカリウム塩又は
他のナトリウム及びカリウム化合物を混合容器2
1に導入しそしてこれらを経て導入される水又は
他の適当な溶剤溶液中に溶解させることによつて
調製される。また、以下に記載するように触媒回
収帯域から管路25を経て再循環されるアルカリ
金属溶液を用いることもできる。調製帯域14か
ら管路28を経てスチームが抜き出されるが、こ
れは、通常、熱及び凝縮物(これは補給水又は類
似物として使用することができる)の回収のため
に凝縮器又は熱交換器(図示せず)に送られる。
In the illustrated method, a solid carbonaceous feedstock, such as bituminous coal, subbituminous coal, lignite, or the like, which has been crushed and sieved to a particle size of about 8 mesh or smaller by U.S. sieve standards, is used to prepare the coal. The system is supplied via line 10 from a plant or storage facility (not shown). The solids introduced via line 10 are fed into a hopper or similar vessel 12 from where they are passed via line 13 to a raw material preparation zone 14. The illustrated raw material preparation zones are:
A screw conveyor or similar device (not shown) powered by a motor 16 and a soluble material introduced via line 18 onto the solids as they are moved through the preparation zone by the conveyor. A series of spray nozzles or similar devices 17 for spraying the solution of the alkali metal compound and nozzles or the like 19 for introducing the steam into the preparation zone from line 20 to heat the solids and drive out the moisture. including. The alkali metal solution supplied via line 18 is mixed with soluble sodium and potassium salts or other sodium and potassium compounds as indicated by lines 22 and 23, respectively, in a mixing vessel 2.
1 and dissolved in water or other suitable solvent solution introduced through these. It is also possible to use an alkali metal solution recycled from the catalyst recovery zone via line 25 as described below. Steam is withdrawn from the preparation zone 14 via line 28, typically in a condenser or heat exchanger for recovery of heat and condensate, which can be used as make-up water or the like. (not shown).

管路23を経て混合容器に導入されるカリウム
化合物は、通常、炭酸カリウムと比較して比較的
低い触媒活性を有する安価な化合物である。本明
細書における用語「炭酸カリウムと比較して比較
的低い触媒活性」とは、約0.03又はそれよりも大
きいカリウム陽イオン対炭素原子の原子比を生じ
るのに十分な量のカリウム化合物の存在下に炭素
質物質をガス化することから得られるガス化速度
即ち同じ物質を等量の炭酸カリウムの存在下にガ
ス化することによつて得ることができる速度の約
半分又はそれ以下の速度を意味する。かゝるカリ
ウム化合物の例は、塩化カリウム、硫酸カリウム
及び強酸の同様のカリウム塩を包含する。本明細
書における用語「強酸」は、25℃において約1×
10-3よりも大きいイオン化定数を有する有機又は
無機酸を意味する。
The potassium compound introduced into the mixing vessel via line 23 is typically an inexpensive compound with relatively low catalytic activity compared to potassium carbonate. As used herein, the term "relatively low catalytic activity compared to potassium carbonate" refers to the presence of a potassium compound in an amount sufficient to produce an atomic ratio of potassium cations to carbon atoms of about 0.03 or greater. gasification rate obtained from gasifying a carbonaceous material in do. Examples of such potassium compounds include potassium chloride, potassium sulfate and similar potassium salts of strong acids. The term "strong acid" as used herein refers to approximately 1×
means an organic or inorganic acid with an ionization constant greater than 10 -3 .

管路22を経て混合容器21に導入されるナト
リウム化合物は、通常、カリウム化合物の存在下
にガス化条件を施したときにナトリウムの弱酸塩
に一時的に又は永久的に転化される強酸のナトリ
ウム塩又は弱酸のナトリウム塩のどちらかであ
る。本明細書における用語「弱酸」は、25℃にお
いて約1×10-3よりも小さいイオン化定数を有す
る有機又は無機酸を意味する。弱酸の塩である好
適なナトリウム化合物の例は、水酸化ナトリウ
ム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、硫化ナ
トリウム、しゆう酸ナトリウム、酢酸ナトリウム
等を包含する。弱酸塩に一時的に又は永久的に転
化されるために硫酸カリウムと組合せて使用する
ことのできる強酸のナトリウム塩の例は、塩化ナ
トリウム、硫酸ナトリウム及び硝酸ナトリウムを
包含する。使用される実用的なナトリウム化合物
は、その入手容易性、コスト、溶解度及び使用さ
れるカリウム化合物に通常左右される。
The sodium compound introduced into the mixing vessel 21 via line 22 is typically a strong acid sodium which is temporarily or permanently converted to a weak acid salt of sodium when subjected to gasification conditions in the presence of a potassium compound. salt or the sodium salt of a weak acid. The term "weak acid" as used herein means an organic or inorganic acid having an ionization constant of less than about 1x10 -3 at 25°C. Examples of suitable sodium compounds that are salts of weak acids include sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium bicarbonate, sodium sulfide, sodium oxalate, sodium acetate, and the like. Examples of sodium salts of strong acids that can be used in combination with potassium sulfate to be temporarily or permanently converted to weaker acid salts include sodium chloride, sodium sulfate, and sodium nitrate. The practical sodium compound used usually depends on its availability, cost, solubility and the potassium compound used.

驚いたことに、上記のカリウム化合物及びナト
リウム化合物の混合物を炭素質供給原料と一緒に
接触ガス化帯域に注入して該帯域でガス化する
と、当業者によつて通常予期されるよりもずつと
高いガス化速度が得られることが分つた。明らか
に、触媒活性の低いカリウム化合物をナトリウム
化合物によつて活性化すると、これは、炭素質供
給原料のガス化速度に対して実質的な触媒効果を
もたらす。通常、1.0のナトリウム対カリウムモ
ル比を生じるのに十分な濃度のナトリウム化合物
がカリウム化合物を完全に活性化する。しかしな
がら、ある混合物では、それよりも少量のナトリ
ウム化合物を使用して、多くの活性損失なしにカ
リウム化合物を活性化することができる。
Surprisingly, when the mixture of potassium and sodium compounds described above is injected into the catalytic gasification zone together with the carbonaceous feedstock and gasified in the zone, the mixture of potassium and sodium compounds described above, when injected into the catalytic gasification zone and gasified in the zone, reacts more slowly than would normally be expected by one skilled in the art. It was found that a high gasification rate could be obtained. Apparently, when a potassium compound with low catalytic activity is activated by a sodium compound, this has a substantial catalytic effect on the gasification rate of the carbonaceous feedstock. Typically, a concentration of sodium compound sufficient to produce a sodium to potassium molar ratio of 1.0 will fully activate the potassium compound. However, in some mixtures, smaller amounts of the sodium compound can be used to activate the potassium compound without much loss of activity.

ナトリウム化合物が炭素質供給原料の存在下に
且つガス化条件下にカリウム化合物を活性化する
実際の機構は完全には理解されていない。しかし
ながら、化合物間である種の相互作用が生じ、こ
れによつて触媒活性の低いカリウムの強酸塩が触
媒的に活性の弱酸塩に変換されると思われる。例
えば、次の式が、用いるカリウム化合物が硫酸カ
リウムで用いるナトリウム化合物が炭酸ナトリウ
ムであるときに生じる反応を表わすものと思われ
る。
The actual mechanism by which sodium compounds activate potassium compounds in the presence of carbonaceous feedstock and under gasification conditions is not completely understood. However, it is believed that certain interactions occur between the compounds, which convert the less catalytically active strong salt salt of potassium into the catalytically active weaker salt salt. For example, the following equation would represent the reaction that occurs when the potassium compound used is potassium sulfate and the sodium compound used is sodium carbonate.

式(1)及び(2)において分るように、カリウム化合
物に結合する陰イオン及びナトリウム化合物に結
合する陰イオンが互いに交換してK2CO3及び
Na2SO4を生成し、そしてこれは炭素、水素又は
一酸化炭素の存在下にガス化条件下にNa2Sに還
元される。次いで、Na2SはK2SO4とイオン交換
を受けてK2S及び追加的なNa2SO4を生成し、そ
してこれも亦Na2Sに還元される。これらの反応
の正味の結果は、カリウムの強酸塩である触媒活
性の低いK2SO4がカリウムの弱酸塩である触媒的
に活性のK2CO3及びK2Sへ転化されることであ
る。また、生成されるNa2Sも触媒的に活性であ
り、そしてこれは元の組合せで得られる全触媒活
性を増加すると思われる。弱酸塩であるK2CO3
K2S及びNa2Sは酸性炭素質固形物と反応してア
ルカリ金属―炭化物“塩”(これは、ガス化に際
して活性箇所となると思われる)を生成すると思
われる。かくして、カリウム化合物がK2SO4でナ
トリウム化合物がNa2CO3であるような場合で
は、カリウム及びナトリウム陽イオンの両方が炭
素質固形物のガス化の触媒作用を完結する。
As can be seen in formulas (1) and (2), the anion bound to the potassium compound and the anion bound to the sodium compound exchange with each other to form K 2 CO 3 and
Na 2 SO 4 is produced, which is reduced to Na 2 S under gasification conditions in the presence of carbon, hydrogen or carbon monoxide. Na2S then undergoes ion exchange with K2SO4 to produce K2S and additional Na2SO4 , which is also reduced to Na2S . The net result of these reactions is that the catalytically less active K 2 SO 4 , a strong acid salt of potassium, is converted to the catalytically active K 2 CO 3 and K 2 S, which are weak acid salts of potassium. . The Na 2 S produced is also catalytically active and this appears to increase the total catalytic activity obtained with the original combination. K 2 CO 3 , which is a weak acid salt;
K 2 S and Na 2 S are believed to react with the acidic carbonaceous solids to form alkali metal-carbide "salts" which would be the active sites during gasification. Thus, in cases where the potassium compound is K 2 SO 4 and the sodium compound is Na 2 CO 3 , both the potassium and sodium cations complete the catalysis of the gasification of the carbonaceous solids.

もしカリウム化合物が硫酸カリウムでそしてナ
トリウム化合物が硫酸ナトリウムであるならば、
次の式が生じる反応を表わすものと思われる。
If the potassium compound is potassium sulfate and the sodium compound is sodium sulfate, then
The following equation appears to represent the reaction that occurs.

上に例示した場合には、K2SO4とNa2SO4との
間では陰イオン交換が起ることができない。何故
ならば、陰イオンが同種であるからである。しか
しながら、強酸塩であるNa2SO4は炭素、一酸化
炭素又は水素の存在下にガス化条件下に弱酸塩
Na2Sに還元され次いでこれがK2SO4と陰イオン
交換を受けてK2S及びNa2SO4を生成すると理論
づけられる。かくして生成されたNa2SO4も亦、
炭素、一酸化炭素又は水素の存在下にNa2Sに還
元される。これらの反応の正味の結果は触媒的に
活性のK2S及びNa2Sの生成であり、それ故に、
上記の式(1)及び(2)に例示される例と同様に、カリ
ウム及びナトリウム陽イオンの両方が炭素質固形
物のガス化の触媒作用を完結する。
In the case illustrated above, anion exchange cannot occur between K 2 SO 4 and Na 2 SO 4 . This is because the anions are of the same type. However, Na 2 SO 4 , which is a strong acid salt, becomes a weak acid salt under gasification conditions in the presence of carbon, carbon monoxide or hydrogen.
It is theorized that it is reduced to Na 2 S, which then undergoes anion exchange with K 2 SO 4 to form K 2 S and Na 2 SO 4 . The Na 2 SO 4 thus produced also
Reduced to Na 2 S in the presence of carbon, carbon monoxide or hydrogen. The net result of these reactions is the production of catalytically active K 2 S and Na 2 S, and therefore
Similar to the examples illustrated in equations (1) and (2) above, both potassium and sodium cations complete the catalysis of the gasification of carbonaceous solids.

下に示す式(5)及び(6)は、硫酸カリウムが塩化ナ
トリウムによつて活性化される機構を表わすもの
と思われる。
Equations (5) and (6) shown below appear to represent the mechanism by which potassium sulfate is activated by sodium chloride.

上記から分るように、カリウム及びナトリウム
化合物は陰イオンを交換し、これによつてKcl及
びNa2SO4を生成する。次いで、Na2SO4はガス
化条件下に且つ炭素、水素又は一酸化炭素の存在
下にNa2Sに還元されるが、これはKclと陰イオ
ン交換を受けて触媒的に活性のK2S及び触媒的に
不活性のNaCl(これは最初の反応体のうちの1つ
である)を生成する。かくして、上の式(1)〜(4)に
例示される例とは違つて、カリウム陽イオンのみ
がガス化反応の触媒作用を完結する。
As can be seen from the above, potassium and sodium compounds exchange anions, thereby producing Kcl and Na 2 SO 4 . Na 2 SO 4 is then reduced to Na 2 S under gasification conditions and in the presence of carbon, hydrogen or carbon monoxide, which undergoes anion exchange with Kcl to form catalytically active K 2 S and catalytically inactive NaCl (which is one of the first reactants) is produced. Thus, unlike the examples illustrated in equations (1) to (4) above, only potassium cations complete the catalytic action of the gasification reaction.

先に述べたように、ナトリウムの任意の弱酸塩
を用いて比較的無毒のカリウム化合物を活性化で
きるが、しかしこの目的に対してはある種の強酸
ナトリウム塩のみが有効である。一般的に言つ
て、ガス化条件下に且つ活性化しようとするカリ
ウム化合物の存在下に一時的に又は永久的に弱酸
ナトリウム塩に転化されるナトリウムの強酸塩の
みを用いることができる。上記の式(3)〜(6)によつ
て例示される例は、弱酸塩に転化される強酸ナト
リウム塩によつて比較的無触媒のK2SO4を活性化
する2つの場合を表わす。式(3)及び(4)によつて例
示される例では、強酸ナトリウム塩Na2SO4は還
元を受け、これによつて弱酸塩Na2Sに永久的に
転化される。式(5)及び(6)によつて例示される例で
は、強酸塩NaClは二段階プロセスで弱酸塩Na2S
に転化される。先ず、NaClがK2SO4との陰イオ
ン交換に関与して強酸塩Na2SO4を生成し、次い
で24が還元を受けてNa2Sになる。しかしなが
ら、Na2Sは次いでKclと陰イオンを交換して強
酸塩Naclを再形成する。それ故に、この例は、
強酸ナトリウム塩が一時的にだけ弱酸塩に転化さ
れる場合を表わす。ガス化条件下でK2SO4の存在
下に一時的にも又は永久的にも弱酸ナトリウム塩
に転化されず、それ故にK2SO4を活性化しないナ
トリウムの強酸塩の例はNa3PO4である。
As previously mentioned, any weak acid salt of sodium can be used to activate the relatively non-toxic potassium compound, but only certain strong acid sodium salts are effective for this purpose. Generally speaking, only strong acid salts of sodium can be used which are temporarily or permanently converted to weak acid sodium salts under gasification conditions and in the presence of the potassium compound to be activated. The examples illustrated by equations (3)-(6) above represent two cases of activation of relatively uncatalyzed K 2 SO 4 by a strong acid sodium salt that is converted to a weak acid salt. In the example exemplified by equations (3) and (4), the strong acid sodium salt Na 2 SO 4 undergoes reduction and is thereby permanently converted to the weak acid salt Na 2 S. In the example illustrated by equations (5) and (6), the strong salt NaCl is converted to the weak salt Na2S in a two-step process.
converted into. First, NaCl participates in anion exchange with K 2 SO 4 to form the strong salt Na 2 SO 4 and then 24 undergoes reduction to Na 2 S. However, Na2S then exchanges anions with Kcl to reform the strong salt Nacl. Therefore, this example
This represents the case where a strong acid sodium salt is only temporarily converted to a weak acid salt. An example of a strong acid salt of sodium that is neither temporarily nor permanently converted to a weak acid sodium salt in the presence of K 2 SO 4 under gasification conditions and therefore does not activate K 2 SO 4 is Na 3 PO It is 4 .

使用されるナトリウム及びカリウム化合物の総
量は、通常、約0.03:1を越えた総アルカリ金属
対炭素原子比を提供するのに十分であるべきであ
る。一般的に言つて、石炭又は他の炭素質供給原
料を基にして約5重量%〜約50重量%のナトリウ
ム及びカリウム化合物が使用される。約10〜約35
重量%が一般に好ましい。供給原料の鉱物分が高
い程、通常使用されるべきナトリウム及びカリウ
ム化合物が多くなる。
The total amount of sodium and potassium compounds used should generally be sufficient to provide a total alkali metal to carbon atomic ratio of greater than about 0.03:1. Generally speaking, about 5% to about 50% by weight sodium and potassium compounds are used based on the coal or other carbonaceous feedstock. about 10 to about 35
Weight percent is generally preferred. The higher the mineral content of the feedstock, the more sodium and potassium compounds usually have to be used.

再び第1図を説明すると、原料調製帯域14に
おいてナトリウム及びカリウム化合物を含浸され
た原料固形物は、管路30を経て引出されそして
供給ホツパー又は類似の容器31に送られる。こ
こから、それらは、管路34を経て系に導入され
るスチーム、再循環生成物ガス、不活性ガス又は
他のキヤリアガスの流れ中へのそれらの連行を可
能にするのに十分な高められた圧力で管路33の
星形ホイールフイーダー又は類似の装置32を経
て排出される。キヤリアガス及び連行固形物は、
管路35を経てマニホルド36に送られそして多
供給管37及びノズル(図示せず)を経てガス化
器38に供給される。ホツパー31及び星形ホイ
ールフイーダー32の代わりに又はその他に、用
いられる供給系としては、平行ロツクホツパー、
加圧ホツパー、連続して操作される通気式立て
管、又は流入する原料固形物流れを所要の圧力レ
ベルに上げるための他の装置を挙げることができ
る。
Referring again to FIG. 1, the feed solids impregnated with sodium and potassium compounds in feed preparation zone 14 are withdrawn via line 30 and sent to a feed hopper or similar vessel 31. From here, they are sufficiently elevated to allow their entrainment into the stream of steam, recycled product gas, inert gas or other carrier gas that is introduced into the system via line 34. It is discharged under pressure through a star wheel feeder or similar device 32 in line 33. The carrier gas and entrained solids are
It is routed via line 35 to manifold 36 and fed to gasifier 38 via multiple feed lines 37 and nozzles (not shown). In place of or in addition to the hopper 31 and star wheel feeder 32, feed systems that may be used include parallel lock hoppers,
Mention may be made of pressurized hoppers, continuously operated vented standpipes, or other devices for raising the incoming raw solids stream to the required pressure level.

ガス化器38は、内部格子又は同様の分配装置
(図示せず)より上方で延在する炭素質固形物の
流動床を収容する耐火剤張りの容器からなる。固
形物は、マニホルド41に連結された底部流入管
39及び多ノズル40を経て注入されるスチーム
と酸素との混合物によつてガス化器内で流動状態
に維持される。流動床を約1200〜約2000〓の範囲
内の温度に維持するのに十分な酸素が管路42を
経てスチームに加えられる。ガス化器圧は、通
常、約100〜約2000psigの間である。これらの条
件下では、加えられたナトリウム及びカリウム化
合物は、スチームガス化反応に対して予期されな
い且つ実質的な触媒効果を及ぼし、これによつて
水素、一酸化炭素及び二酸化炭素より主としてな
るガスの生成をもたらす。他の反応も亦起こり、
そしてガス化反応によつてはいくらかのメタンが
通常生成される。
Gasifier 38 consists of a refractory lined vessel containing a fluidized bed of carbonaceous solids extending above an internal grate or similar distribution device (not shown). The solids are maintained in a fluid state within the gasifier by a mixture of steam and oxygen injected through a bottom inlet tube 39 and multiple nozzles 40 connected to the manifold 41. Sufficient oxygen is added to the steam via line 42 to maintain the fluidized bed at a temperature within the range of about 1200 to about 2000°C. Gasifier pressure is typically between about 100 and about 2000 psig. Under these conditions, the added sodium and potassium compounds have an unexpected and substantial catalytic effect on the steam gasification reaction, thereby increasing the concentration of gases consisting primarily of hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide. bring about generation. Other reactions also occur,
And some methane is usually produced depending on the gasification reaction.

ガス化器38の流動床を出るガスは、ガス化器
の上方部を通る。この上方部は、容器を出るガス
によつては重すぎて連行されない粒子が床に戻さ
れるところの分離帯域として働く。所望ならば、
この分離帯域は、ガスから比較的大きい粒子を除
去するための1個以上のサイクロン分離器又は類
似装置を含むことができる。ガス化器の上方部か
ら管路43を経て引出されるガスは、大きい微粉
を除去するためにサイクロン分離器又は類似の装
置44に送られる。次いでオーバーヘツドガスは
管路46を通つて第二分離器47に入り、そこで
より小さい粒子が除去される。固形物が分離され
たガスは分離器47から管路48を経てオーバー
ヘツドとして取出され、そして微粉はデツプレツ
グ45及び49を経て下方へ排出される。これら
の微粉は、以下で説明するようにガス化器に戻す
ことができ又はプロセスの触媒回収帯域に送るこ
とができる。粗生成物ガスから連行固形物を分離
した後、ガス流れは熱の回収のために適当な熱交
換装置を通しその後に更に処理するために下流側
へ送ることができる。
Gas exiting the fluidized bed of gasifier 38 passes through the upper part of the gasifier. This upper part serves as a separation zone where particles that are too heavy to be entrained by the gas leaving the vessel are returned to the bed. If desired,
The separation zone may include one or more cyclone separators or similar devices to remove relatively large particles from the gas. Gas withdrawn from the upper part of the gasifier via line 43 is sent to a cyclone separator or similar device 44 to remove large fines. The overhead gas then enters a second separator 47 through line 46 where smaller particles are removed. The gas from which the solids have been separated is taken out as overhead from the separator 47 via line 48, and the fine powder is discharged downward via depressures 45 and 49. These fines can be returned to the gasifier or sent to the catalyst recovery zone of the process, as described below. After separation of the entrained solids from the crude product gas, the gas stream can be passed through suitable heat exchange equipment for heat recovery and then sent downstream for further processing.

ガス化器38内の流動床の底部からは、炭素質
物質、灰分及びアルカリ金属残渣を含有する炭化
物(チヤー)粒子が管路50を経て連続的に引出
される。この粒子は、管路51を経て導入される
スチーム又は他の水簸用ガスの流れと向流して管
路50を通つて下方へと流れる。こゝで寸法及び
密度の相異に基いて固形物の予備的な分離が行わ
れる。比較的多量の炭素質物質を含有する軽い粒
子はガス化器に戻される傾向があり、そして比較
的多量の灰分及びアルカリ金属残渣を有する重い
粒子は管路52を通つて流動床引出し帯域53へ
と下方に流れ続ける。引出し帯域の底部には、床
を流動状態に維持するためにスチーム又は他の流
動用ガスが管路54を経て導入される。粒子を冷
却し且つそれらの更にの処理を容易にするために
管路55を経て水を導入することができる。引出
し速度は、オーバーヘツド管路57の絞り弁56
によつて帯域53内の圧力を調節することによつ
て制御される。管路57からのガスは、管路58
を経てガス化器に戻すことができ又は弁59を経
て排出されることもできる。容器53から、固形
物粒子は、弁61を含む管路60を経てホツパー
62に送られる。粗生成物ガスからデツプレツグ
45及び49を経て回収される炭化物粒子は、そ
れらを管路63によりホツパー62に送ることに
よつて、ガス化器から引出された炭化物粒子と合
流させることができる。
Char particles containing carbonaceous material, ash and alkali metal residues are continuously withdrawn from the bottom of the fluidized bed in gasifier 38 via line 50. The particles flow downwardly through line 50 in countercurrent to the flow of steam or other elutriating gas introduced via line 51. A preliminary separation of the solids is then carried out on the basis of size and density differences. Light particles containing relatively large amounts of carbonaceous material tend to be returned to the gasifier, and heavier particles containing relatively large amounts of ash and alkali metal residues are passed through line 52 to fluidized bed withdrawal zone 53. continues to flow downward. At the bottom of the withdrawal zone, steam or other fluidizing gas is introduced via line 54 to maintain the bed in a fluidized state. Water can be introduced via line 55 to cool the particles and facilitate their further processing. The withdrawal speed is determined by the throttle valve 56 of the overhead pipe 57.
is controlled by adjusting the pressure in zone 53 by. Gas from conduit 57 is transferred to conduit 58
can be returned to the gasifier via the gasifier or can be discharged via the valve 59. From container 53, the solid particles are conveyed to hopper 62 via line 60, which includes valve 61. Carbide particles recovered from the crude product gas via deplegs 45 and 49 can be combined with the carbide particles withdrawn from the gasifier by sending them via line 63 to hopper 62.

ホツパー62内の粒子は、水溶性及び水不溶性
ナトリウム及びカリウム化合物よりなるナトリウ
ム及びカリウム残渣を含有する。これらの粒子
は、ホツパー62から管路64を経て触媒回収装
置65に送られる。触媒回収装置は、ナトリウム
及びカリウム残渣を含有する粒子が管路66を経
て導入される水と向流接触されるところの多段向
流式抽出系から通常構成される。この装置からナ
トリウム及びカリウム化合物の水溶液が回収され
るが、これは管路67及び25を経て触媒調製装
置又は混合容器21に再循環させることができ
る。可溶性ナトリウム及びカリウム成分の実質上
全部が抽出された粒子は、触媒回収装置から管路
68を経て引出される。これらの固形物は、ナト
リウム及びカリウムアルミノシリケート並びに他
の水不溶性化合物の形態で存在する実質的量のナ
トリウム及びカリウムを通常含有する。これらの
化合物は、石炭及び他の供給原料中の灰分と、ガ
ス化反応を触媒するために加えたナトリウム及び
カリウム化合物との反応によつて一部分形成され
る。一般的に言つて加えたアルカリ金属成分の約
15%から50%ほどがアルカリ金属アルミノシリケ
ート及び他の水溶性化合物に転化される。高価な
炭酸カリウム及び他の周知触媒の代わりに本発明
の方法に従つて安価なカリウム及びナトリウム化
合物の混合物を用いることによつて、費用がかか
り且つ複雑な二次的回収法により水不溶性アルカ
リ金属残渣として結合されたナトリウム及びカリ
ウム化合物を回収し再使用する必要性が排除され
る。
The particles within the hopper 62 contain sodium and potassium residues consisting of water-soluble and water-insoluble sodium and potassium compounds. These particles are sent from the hopper 62 via a conduit 64 to a catalyst recovery device 65. Catalyst recovery equipment typically consists of a multistage countercurrent extraction system in which particles containing sodium and potassium residues are brought into countercurrent contact with water introduced via line 66. An aqueous solution of sodium and potassium compounds is recovered from this device, which can be recycled via lines 67 and 25 to the catalyst preparation device or mixing vessel 21. The particles, from which substantially all of the soluble sodium and potassium components have been extracted, are withdrawn from the catalyst recovery device via line 68. These solids usually contain substantial amounts of sodium and potassium present in the form of sodium and potassium aluminosilicates and other water-insoluble compounds. These compounds are formed in part by the reaction of ash in coal and other feedstocks with sodium and potassium compounds added to catalyze the gasification reaction. Generally speaking, the amount of added alkali metal component is approximately
As much as 15% to 50% is converted to alkali metal aluminosilicates and other water-soluble compounds. By using a mixture of inexpensive potassium and sodium compounds according to the process of the present invention in place of expensive potassium carbonate and other well-known catalysts, water-insoluble alkali metals can be recovered by costly and complicated secondary recovery methods. The need to recover and reuse bound sodium and potassium compounds as residue is eliminated.

先に記載の本発明の具体例では、供給原料固形
物は、ガス化器38へのそれらの導入に先立つて
ナトリウム及びカリウム化合物の混合物を含有す
る溶液で含浸される。ナトリウム及びカリウム化
合物をガス化帯域に導入する他の方法を使用でき
ることが理解されよう。例えば化合物を固体状態
で炭素質供給原料粒子と混合し、次いで混合物を
ガス化器に送ることができる。ある場合には、原
料固形物、ナトリウム化合物及びカリウム化合物
を別個の管路によりガス化器38に導入するのが
望ましい。この系にナトリウム及びカリウム化合
物を別個に導入するための他の方法は当業者には
明らかであろう。
In the embodiment of the invention described above, the feed solids are impregnated with a solution containing a mixture of sodium and potassium compounds prior to their introduction into the gasifier 38. It will be appreciated that other methods of introducing sodium and potassium compounds into the gasification zone can be used. For example, the compound can be mixed in the solid state with carbonaceous feedstock particles and then the mixture can be sent to a gasifier. In some cases, it may be desirable to introduce the feed solids, sodium compounds, and potassium compounds to gasifier 38 by separate lines. Other methods for separately introducing the sodium and potassium compounds into this system will be apparent to those skilled in the art.

触媒としてナトリウム及びカリウム化合物並び
にリチウム及びカリウム化合物のある種の組合せ
を用いることによつて予想外に高いガス化速度が
得られることを示す実験室的ガス化研究の結果に
よつて本発明の本質及び目的を更に例示する。す
べての試験において、米国ふるい基準で約30〜約
100メツシユに粉砕した約2gのイリノイNo.6石
炭を様々な量の微粉状アルカリ金属化合物及び
かゝる化合物の組合せと混合した。次いで、得ら
れた混合物を約1mlの蒸留水で湿らし、そしてレ
トルトにおいて不活性窒素雰囲気下に約1400〓で
約15分間熱分解した。得られた炭化物(約0.2〜
約0.5gの炭素を含有)の一部分を、次いで、実
験室的な卓上規模のガス化装置において約1300〓
の湿度及び本質上大気圧の圧力下でスチームガス
化した。各炭化物(チヤー)試料について得られ
たガス化速度を測定した。ガス化されない炭化物
を灰化して存在する炭素の量を測定し、次いでア
ルカリ金属陽イオン対炭素原子比を計算した。こ
れらの試験の結果を第2〜10図に示す。すべて
の場合において、ガス化速度は、0〜90%の炭素
軟化率の間隔にわたつて毎時当り存在する炭素%
の軟化重量平均速度として表わされる。
The essence of the present invention is demonstrated by the results of laboratory gasification studies showing that unexpectedly high gasification rates can be obtained by using certain combinations of sodium and potassium compounds and lithium and potassium compounds as catalysts. and further exemplify the purpose. Approximately 30 to approx. US sieve standards in all tests
Approximately 2 grams of Illinois No. 6 coal, ground to 100 meshes, was mixed with varying amounts of finely divided alkali metal compounds and combinations of such compounds. The resulting mixture was then moistened with about 1 ml of distilled water and pyrolyzed in a retort under an inert nitrogen atmosphere at about 1400 ml for about 15 minutes. The obtained carbide (approximately 0.2 ~
(containing about 0.5 g of carbon) is then processed in a laboratory bench-scale gasifier at about 1300 〓
steam gasification at a humidity of 500 mL and essentially atmospheric pressure. The gasification rate obtained for each char sample was measured. The amount of carbon present was determined by incinerating the ungasified carbide, and the alkali metal cation to carbon atomic ratio was then calculated. The results of these tests are shown in Figures 2-10. In all cases, the gasification rate is % carbon present per hour over the interval 0 to 90% carbon softening rate.
expressed as the weight average rate of softening.

第2図は、様々な濃度の炭酸カリウム、硫酸カ
リウム、炭酸ナトリウム及び硫酸カリウムと炭酸
ナトリウムとの混合物を含浸した炭化物から得ら
れたスチームガス化速度データを示す。第2図に
おいて、比較的高価な炭酸カリウムは、それより
も安価な硫酸カリウム及び炭酸ナトリウムよりも
ずつと大きいガス化速度をもたらし、それ故に後
者の2種の化合物のどちらよりもずつと活性なガ
ス化触媒であることが分る。
FIG. 2 shows steam gasification rate data obtained from char impregnated with varying concentrations of potassium carbonate, potassium sulfate, sodium carbonate, and mixtures of potassium sulfate and sodium carbonate. In Figure 2, the relatively expensive potassium carbonate produces a gasification rate that is significantly greater than the less expensive potassium sulfate and sodium carbonate, and is therefore significantly more active than either of the latter two compounds. It turns out that it is a gasification catalyst.

第2図におけるダツシユ線は、もしナトリウム
及びカリウムが等モル(Na/kモル=1.0)の炭
酸ナトリウムと硫酸カリウムとの混合物を触媒と
して使用したならば観察されることが予想される
ガス化速度を表わす。炭素原子当りアルカリ金属
陽イオン0.066の原子比をもたらすかような混合
物の予測ガス化速度は次の如くして計算した。
0.066のカリウム陽イオン/炭素原子の原子比を
もたらす硫酸カリウム濃度についての約9.0%炭
素/hrの実測速度に0.066ナトリウム陽イオン/
炭素原子の原子比をもたらす炭酸ナトリウム濃度
についての約51%炭素/hrの実測値を加え、そし
て得られた60%炭素/hrの値を2で割つて30%炭
素/hrの予期値を与えた。次いで、この速度を、
陽イオンの0.033がカリウム陽イオンで他の0.033
がナトリウム陽イオンである0.066陽イオン/炭
素原子の原子比に対してプロツトした。ナトリウ
ム及びカリウムが等モルであるがしかし他の値の
アルカリ金属陽イオン対炭素原子比をもたらす炭
酸ナトリウムと硫酸カリウムとの混合物について
の予測ガス化速度を上記と同じ態様で計算した。
The dash line in Figure 2 indicates the gasification rate expected to be observed if a mixture of sodium carbonate and potassium sulfate in which sodium and potassium are equimolar (Na/k mole = 1.0) was used as a catalyst. represents. The predicted gasification rate for such a mixture yielding an atomic ratio of 0.066 alkali metal cations per carbon atom was calculated as follows.
An observed rate of approximately 9.0% carbon/hr for a potassium sulfate concentration resulting in an atomic ratio of 0.066 potassium cations/carbon atoms to 0.066 sodium cations/hr.
Add the measured value of approximately 51% carbon/hr for the sodium carbonate concentration resulting in the atomic ratio of carbon atoms, and divide the resulting value of 60% carbon/hr by 2 to give the expected value of 30% carbon/hr. Ta. Then, this speed is
0.033 of the cations are potassium cations and the other 0.033
is plotted against the atomic ratio of 0.066 cation/carbon atom, which is the sodium cation. The predicted gasification rates for mixtures of sodium carbonate and potassium sulfate where the sodium and potassium were equimolar but yielded other values of alkali metal cation to carbon atomic ratios were calculated in the same manner as above.

第2図で分るように、硫酸カリウムと炭酸ナト
リウムとの混合物を使用して観察される実際のガ
ス化速度はダツシユ線によつて表わされるが、こ
れは等濃度の炭酸カリウムで得ることができる速
度に近い予測速度よりもずつと大きかつた。
0.066のカリウム及びナトリウム陽イオン/炭素
原子の原子比についての実測ガス化速度は、予測
される30%炭素/hrに比較して83%炭素/hrであ
つた。更に、0.066のカリウム及びナトリウム陽
イオン/炭素原子の原子比における混合物につい
ての83%炭素/hrの実測速度は、0.066のカリウ
ム陽イオン/炭素原子の原子比において硫酸カリ
ウムで得られた9.0%/hrよりもずつと大きく、
そして0.066のナトリウム陽イオン/炭素原子比
において炭酸ナトリウムで得られた51%炭素/hr
よりも亦大きい。上記にかんがみ、硫酸カリウム
と炭酸ナトリウムとの混合物を触媒として使用し
て得られるガス化速度は驚くべきことで且つ予想
外のことである。
As can be seen in Figure 2, the actual gasification rate observed using a mixture of potassium sulfate and sodium carbonate is represented by the dash line, which can be obtained with an equal concentration of potassium carbonate. It was significantly higher than the predicted speed, which is close to the possible speed.
The observed gasification rate for a potassium and sodium cation/carbon atom atomic ratio of 0.066 was 83% carbon/hr compared to the expected 30% carbon/hr. Additionally, the observed rate of 83% carbon/hr for a mixture at an atomic ratio of potassium and sodium cations/carbon atoms of 0.066 is greater than the 9.0%/hr obtained with potassium sulfate at an atomic ratio of potassium cations/carbon atoms of 0.066. Much larger than hr,
and 51% carbon/hr obtained with sodium carbonate at a sodium cation/carbon atomic ratio of 0.066.
greater than. In view of the above, the gasification rates obtained using a mixture of potassium sulfate and sodium carbonate as a catalyst are surprising and unexpected.

第3〜5図に示されるデータは、硫酸カリウム
を炭酸ナトリウム以外の様々なナトリウム塩と組
合せて用いることによつても驚くほど高いガス化
速度を得ることができることを示す。第3図は、
カリウム及びナトリウムが等モルの硫酸カリウム
と硫酸ナトリウムとの混合物をガス化触媒として
用いて予想外に高い速度が得られることを示す。
第5図は、カリウム及びナトリウムが等モルの硫
酸カリウムと硝酸ナトリウムとの混合物について
の同様のことを示す。両方の図において、当業者
によつて予測される速度はダツシユ線によつて表
わされるが、これは第2図に関して先に記載の如
くして計算された。第4図は、カリウム及びナト
リウムが等モルの硫酸カリウムと塩化ナトリウム
との混合物を使用して驚くほど高いガス化速度が
得られることを示す。第4図において、硫酸カリ
ウム単独及び塩化ナトリウム単独に対するガス化
速度は同じ線上にある。それ故に、この線は、カ
リウム及びナトリウムが等モルの2種の塩の混合
物について予測されるガス化速度も表わす。
The data shown in Figures 3-5 show that surprisingly high gasification rates can also be obtained using potassium sulfate in combination with various sodium salts other than sodium carbonate. Figure 3 shows
We show that unexpectedly high rates can be obtained using a mixture of potassium and sodium sulfate with equimolar potassium and sodium as gasification catalysts.
Figure 5 shows the same for a mixture of potassium sulfate and sodium nitrate with equimolar potassium and sodium. In both figures, the speed expected by one skilled in the art is represented by the dash line, which was calculated as described above with respect to FIG. FIG. 4 shows that surprisingly high gasification rates are obtained using a mixture of potassium sulfate and sodium chloride with equimolar potassium and sodium. In FIG. 4, the gasification rates for potassium sulfate alone and sodium chloride alone are on the same line. Therefore, this line also represents the expected gasification rate for a mixture of two salts with equimolar potassium and sodium.

第6及び7図は、塩化カリウムと種々の安価な
ナトリウム塩のうちの1種との混合物よりなる触
媒では触媒濃度がある値よりも上であるときには
予測ガス化速度よりも高い測度がもたらされるこ
とを例示する。第6図は、約0.08のアルカリ金属
陽イオン/炭素原子よりも大きい原子比をもたら
すのに十分な濃度でカリウム及びナトリウムが等
モルの塩化カリウムと炭酸ナトリウムとの混合物
を用いるときに驚くほど高い速度が得られること
を示す。第7図は、カリウム及びナトリウムが等
モルの塩化ナトリウムと硫酸ナトリウムとの混合
物についての同様のことを示す。先の図における
ように、予測ガス化速度はダツシユ線によつて表
わされるが、これは第2図に関して記載の如くし
て計算された。
Figures 6 and 7 show that catalysts consisting of mixtures of potassium chloride and one of various inexpensive sodium salts result in higher than predicted gasification rates when the catalyst concentration is above a certain value. Illustrate this. Figure 6 shows that potassium and sodium are surprisingly high when using an equimolar mixture of potassium chloride and sodium carbonate in concentrations sufficient to yield an atomic ratio greater than about 0.08 alkali metal cation/carbon atom. Show that speed can be obtained. Figure 7 shows the same for a mixture of sodium chloride and sodium sulfate with equimolar potassium and sodium. As in the previous figure, the predicted gasification rate is represented by the dash line, which was calculated as described with respect to FIG.

第8図は、比較的無触媒のカリウム塩とリチウ
ム塩(ナトリウム塩の代わりに)との混合物より
なる触媒も予想外に高いガス化速度をもたらすこ
とを例示する。第8図において、カリウム及びリ
チウムが等モルの硫酸カリウムと硫酸リチウムと
の混合物の存在下に炭化物をガス化するときに驚
くほど高いガス化速度が得られることが分る。先
の図におけるように、ダツシユ線は、当業者によ
つて予測されるガス化速度を表わす。
FIG. 8 illustrates that a catalyst consisting of a relatively uncatalyzed mixture of potassium and lithium salts (instead of sodium salts) also provides unexpectedly high gasification rates. In FIG. 8 it can be seen that surprisingly high gasification rates are obtained when the carbide is gasified in the presence of a mixture of potassium and lithium sulfate with equimolar potassium and lithium. As in the previous figure, the dart line represents the gasification rate as expected by one skilled in the art.

第9図は、硫酸カリウムと様々な量の炭酸ナト
リウム、硫酸ナトリウム又は塩化ナトリウムのど
れかとの混合物よりなる触媒の存在下にイリノイ
No.6石炭炭化物をガス化したときに得られるガス
化速度を示す。すべての場合において、硫酸カリ
ウムは、カリウム陽イオン対炭素原子の原子比が
約0.051〜約0.057の範囲内となるような量で存在
した。炭素原子当り存在するナトリウム陽イオン
対カリウム陽イオンの比率が0.25〜1.0の範囲内
になるような範囲にわたつて特定のナトリウム塩
の存在量を変えた。この比(Na/k)は、図面
にプロツトされる各点の近くに示される。比較の
目的で、硫酸カリウム単独(Na/k=0)の使
用で得られた8%炭素/hrの速度も図面に示す。
プロツトしたデータから、硫酸カリウムと3種の
ナトリウム塩のうち1種との各々の組合せの場合
に、ごく少量のナトリウム塩(Na/k=0.25)
の存在はガス化速度においてナトリウム塩のゼロ
濃度の場合よりも著しい増大をもたらしたことが
分る。ガス化速度は、混合物中のナトリウム塩の
量を1.0のナトリウム対カリウム原子比まで増加
させるにつれて増大し続けた。
FIG.
The gasification rate obtained when No. 6 coal carbide is gasified is shown. In all cases, potassium sulfate was present in an amount such that the atomic ratio of potassium cations to carbon atoms was within the range of about 0.051 to about 0.057. The abundance of a particular sodium salt was varied over a range such that the ratio of sodium to potassium cations present per carbon atom was within the range of 0.25 to 1.0. This ratio (Na/k) is shown near each point plotted on the figure. For comparison purposes, a rate of 8% carbon/hr obtained using potassium sulfate alone (Na/k=0) is also shown in the figure.
The plotted data shows that for each combination of potassium sulfate and one of the three sodium salts, a very small amount of sodium salt (Na/k=0.25)
It can be seen that the presence of sodium salt resulted in a significant increase in the gasification rate over that of zero concentration of sodium salt. The gasification rate continued to increase as the amount of sodium salt in the mixture was increased to a sodium to potassium atomic ratio of 1.0.

第10図は、プロツト化したガス化速度が塩化
カリウムと様々な量の炭酸ナトリウムとの混合物
よりなる触媒に対してであることを除いて例9と
同様のプロツトである。比較の目的で塩化カリウ
ム単独(Na/k=0)の使用の場合の18%炭
素/hrの速度も図面に示す。図面において分るよ
うに、少量の炭酸ナトリウム(Na/k=0.26〜
0.49)はガス化速度を実質的には増大しない。ガ
ス化速度が急速に上昇するのは、混合物中の炭酸
ナトリウムの量が1.0又はそれ以上のナトリウム
対カリウム原子比を提供するのに十分であるとき
のみである。第9及び10図に示されるデータに
かんがみ、少量のある種のナトリウム化合物が触
媒活性の低い硫酸カリウムを触媒的に活性化し、
これに対して触媒活性の低い塩化カリウムを活性
化するにはそれよりも多量が必要であると結論づ
けることができる。
FIG. 10 is a plot similar to Example 9, except that the gasification rates plotted are for catalysts consisting of mixtures of potassium chloride and varying amounts of sodium carbonate. For comparison purposes, the rate of 18% carbon/hr using potassium chloride alone (Na/k=0) is also shown in the figure. As can be seen in the drawing, a small amount of sodium carbonate (Na/k = 0.26~
0.49) does not substantially increase the gasification rate. The rate of gasification increases rapidly only when the amount of sodium carbonate in the mixture is sufficient to provide a sodium to potassium atomic ratio of 1.0 or greater. In view of the data shown in Figures 9 and 10, it appears that small amounts of certain sodium compounds catalytically activate potassium sulfate, which has low catalytic activity;
On the other hand, it can be concluded that a larger amount is required to activate potassium chloride, which has a lower catalytic activity.

上記から、本発明は、安価なアルカリ金属塩の
混合物を触媒として使用し、同時に高価な炭酸カ
リウムの使用によつて得ることができるとほとん
ど同じ高さのガス化速度を得るのを可能にする炭
素質物質のガス化法を提供することが明らかであ
ろう。その結果として、生成物ガスの総原価を実
質的に減少させることができる。
From the above, it can be seen that the present invention makes it possible to use a mixture of inexpensive alkali metal salts as a catalyst and at the same time obtain gasification rates almost as high as can be obtained by the use of expensive potassium carbonate. It will be apparent that a method for gasifying carbonaceous materials is provided. As a result, the total cost of product gas can be substantially reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明に従つて実施される石炭のガ
ス化プロセスの概略流れ図である。第2図は、カ
リウム及びナトリウムが等モルの硫酸カリウムと
炭酸ナトリウムとの混合物を使用して炭素質物質
のガス化を触媒することによつて予想外に高いガ
ス化速度が得られることを示すプロツトである。
第3図は、カリウム及びナトリウムが等モルの硫
酸カリウムと硫酸ナトリウムとの混合物を使用し
て炭素質物質のガス化を触媒することによつて予
想外に高いガス化速度が得られることを示すプロ
ツトである。第4図は、カリウム及びナトリウム
が等モルの硫酸カリウムと塩化ナトリウムとの混
合物を使用して炭素物質のガス化を触媒すること
によつて予想外に高いガス化速度が得られること
を示すプロツトである。第5図は、カリウム及び
ナトリウムが等モルの硫酸カリウムと硝酸ナトリ
ウムとの混合物を使用して炭素質物質のガス化を
触媒することによつて予想外に高いガス化速度が
得られることを示すプロツトである。第6図は、
カリウム及びナトリウムが等モルの塩化カリウム
と炭酸ナトリウムとの混合物を使用して炭素質物
質のガス化を触媒することによつて予想外に高い
ガス化速度が得られることを示すプロツトであ
る。第7図は、カリウム及びナトリウムが等モル
の塩化カリウムと硫酸ナトリウムとの混合物を使
用して炭素質物質のガス化を触媒することによつ
て予想外に高いガス化速度が得られることを示す
プロツトである。第8図は、カリウムとリチウム
との混合物を使用して炭素質物質のガス化を触媒
することによつて予想外に高いガス化速度が得ら
れることを示すプロツトである。第9図は、様々
なナトリウム塩の少量の添加が比較的無触媒の硫
酸カリウムを活性化しこれによつて炭素質物質の
ガス化速度を急速に向上することを示すプロツト
である。第10図は、1.0又はそれ以上のナトリ
ウム対カリウムモル比を生じるのに十分な量で炭
酸ナトリウムを添加することによつて比較的無触
媒の塩化カリウムの接触ガス化活性を実質上向上
できることを示すプロツトである。 第1図において主要部を表わす参照数字は次の
如くである。14:原料調製帯域、21:触媒調
製帯域、38:ガス化器、53:流動床引出し帯
域、65:触媒回収装置。
FIG. 1 is a schematic flowchart of a coal gasification process carried out in accordance with the present invention. Figure 2 shows that unexpectedly high gasification rates can be obtained by using a mixture of potassium sulfate and sodium carbonate with equimolar potassium and sodium to catalyze the gasification of carbonaceous materials. It is a plot.
Figure 3 shows that unexpectedly high gasification rates are obtained by catalyzing the gasification of carbonaceous materials using a mixture of potassium and sodium sulfate with equimolar potassium and sodium. It is a plot. Figure 4 is a plot showing that unexpectedly high gasification rates can be obtained by catalyzing the gasification of carbon materials using a mixture of potassium sulfate and sodium chloride with equimolar potassium and sodium content. It is. Figure 5 shows that unexpectedly high gasification rates are obtained by using a mixture of potassium sulfate and sodium nitrate with equimolar potassium and sodium to catalyze the gasification of carbonaceous materials. It is a plot. Figure 6 shows
1 is a plot showing that unexpectedly high gasification rates can be obtained by using a mixture of potassium chloride and sodium carbonate with equimolar potassium and sodium to catalyze the gasification of carbonaceous materials. Figure 7 shows that unexpectedly high gasification rates are obtained by using a mixture of potassium chloride and sodium sulfate with equimolar potassium and sodium to catalyze the gasification of carbonaceous materials. It is a plot. FIG. 8 is a plot showing that unexpectedly high gasification rates can be obtained by using a mixture of potassium and lithium to catalyze the gasification of carbonaceous materials. FIG. 9 is a plot showing that the addition of small amounts of various sodium salts activates relatively uncatalyzed potassium sulfate, thereby rapidly increasing the rate of gasification of carbonaceous materials. Figure 10 shows that relatively uncatalyzed potassium chloride catalytic gasification activity can be substantially improved by adding sodium carbonate in an amount sufficient to produce a sodium to potassium molar ratio of 1.0 or greater. This is the plot shown. In FIG. 1, reference numerals representing main parts are as follows. 14: Raw material preparation zone, 21: Catalyst preparation zone, 38: Gasifier, 53: Fluidized bed withdrawal zone, 65: Catalyst recovery device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 約1×10-3よりも大きいイオン化定数を有す
る有機又は無機酸のカリウム塩と、反応帯域にお
いて弱酸ナトリウム又はリチウム塩に転化される
ナトリウム又はリチウムの強酸塩及びナトリウム
又はリチウムの弱酸塩よりなる群から選定されそ
して前記カリウム塩を活性化するのに十分な量の
ナトリウム又はリチウム化合物との混合物を含む
触媒に炭素質供給原料をガス化条件下に接触さ
せ、この場合に、カリウム塩及びナトリウム又は
リチウム化合物は少なくとも約0.25のナトリウム
又はリチウム対カリウム原子比を生じるのに十分
な濃度で存在し、且つカリウム塩及びナトリウム
又はリチウム化合物の総量は0.03:1よりも大き
い総カリウム及びナトリウム又はリチウム対炭素
質供給原料中の炭素の原子比を提供するのに十分
なものであることを特徴とする炭素質供給原料の
接触ガス化法。 2 炭素質供給原料が石炭からなることを更に特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 炭素質供給原料を反応帯域に導入するに先立
つて該炭素質供給原料にカリウム塩とナトリウム
又はリチウム化合物との水溶液を含浸させること
を更に特徴とする特許請求の範囲第1又は2項記
載の方法。 4 カリウム塩が硫酸カリウム、塩化カリウム及
びその混合物よりなる群から選定される塩からな
ることを更に特徴とする特許請求の範囲第1〜3
項のいずれかに記載の方法。 5 ナトリウム化合物を炭酸ナトリウム、重炭酸
ナトリウム、硫酸ナトリウム、水酸化ナトリウ
ム、塩化ナトリウム、硫化ナトリウム、硝酸ナト
リウム及びそれらの混合物よりなる群から選定す
ることを更に特徴とする特許請求の範囲第1〜3
項のいずれかに記載の方法。 6 炭素質供給原料をスチームでガス化すること
を更に特徴とする特許請求の範囲第1〜5項のい
ずれかに記載の方法。 7 炭素質供給原料を水素でガス化することを更
に特徴とする特許請求の範囲第1〜5項のいずれ
かに記載の方法。
Claims: 1. Potassium salts of organic or inorganic acids having an ionization constant greater than about 1×10 -3 and strong salts of sodium or lithium and sodium or lithium salts which are converted in the reaction zone to weak acid sodium or lithium salts. contacting the carbonaceous feedstock under gasification conditions with a catalyst selected from the group consisting of weak acid salts of lithium and comprising a mixture with a sodium or lithium compound in an amount sufficient to activate said potassium salt; the potassium salt and the sodium or lithium compound are present in a concentration sufficient to produce a sodium or lithium to potassium atomic ratio of at least about 0.25, and the total amount of the potassium salt and the sodium or lithium compound is greater than 0.03:1. A process for the catalytic gasification of a carbonaceous feedstock, characterized in that the atomic ratio of potassium and sodium or lithium to carbon in the carbonaceous feedstock is sufficient to provide. 2. The method of claim 1 further characterized in that the carbonaceous feedstock comprises coal. 3. The method according to claim 1 or 2, further comprising impregnating the carbonaceous feedstock with an aqueous solution of a potassium salt and a sodium or lithium compound prior to introducing the carbonaceous feedstock into the reaction zone. Method. 4. Claims 1 to 3 further characterized in that the potassium salt consists of a salt selected from the group consisting of potassium sulfate, potassium chloride, and mixtures thereof.
The method described in any of the paragraphs. 5. Claims 1 to 3 further characterized in that the sodium compound is selected from the group consisting of sodium carbonate, sodium bicarbonate, sodium sulfate, sodium hydroxide, sodium chloride, sodium sulfide, sodium nitrate, and mixtures thereof.
The method described in any of the paragraphs. 6. A method according to any one of claims 1 to 5, further comprising gasifying the carbonaceous feedstock with steam. 7. A method according to any one of claims 1 to 5, further comprising gasifying the carbonaceous feedstock with hydrogen.
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