JP5886443B2 - Syngas production method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、炭化水素及び水から合成ガスを生成する方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to a method and apparatus for producing synthesis gas from hydrocarbons and water.
世界経済の重要な部分は、原料またはエネルギー源としての原油に基礎を置いている。これゆえ、個人及び品物の輸送用のオットーディーゼル燃料、船舶用及び電気プラント用燃料としての重油及び家庭の暖房用の軽油は、原油から製造される。また、化学工業用の多くの原料は、直接的にまたは間接的に原油に由来している。現在、原油から製造される製品を他の原料または別のプロセスで代用するために多大な努力が払われている。エネルギー分野において、天然ガス及び再生可能なエネルギーは発電所の運転において原油の代わりに用いられている。電気エンジン、天然ガスエンジン及び水素燃料電池を運輸に適用するために試験がなされているが、それらは商業的には確立されてはいない。 An important part of the global economy is based on crude oil as a raw material or energy source. Otto diesel fuel for personal and goods transport, heavy oil as marine and electric plant fuel and light oil for domestic heating are therefore produced from crude oil. Also, many raw materials for the chemical industry are derived directly or indirectly from crude oil. Currently, great efforts are being made to substitute products made from crude oil with other raw materials or other processes. In the energy field, natural gas and renewable energy are used in place of crude oil in the operation of power plants. Although electric engines, natural gas engines and hydrogen fuel cells have been tested for transportation applications, they have not been established commercially.
工業的なスケールで天然ガスまたは石炭から油脂製品を生産する試みがなされている。例えば、天然ガスを液体燃料に変換するプロセスが知られている(いわゆるガス液化プロセスまたはGTLプロセス)。それにもかかわらず、これらのプロセスは、一般的に相当量のCO2放出を伴い、かつ、高いコストを伴う。加えて、これらのプロセスは、通常、COまたはCO2と独立して水素を提供することはできない。それ故、これらの試みは経済的及び生態学的な理由から幾つかの孤立した適用に限られている。 Attempts have been made to produce fat products from natural gas or coal on an industrial scale. For example, a process for converting natural gas to liquid fuel is known (so-called gas liquefaction process or GTL process). Nevertheless, these processes generally involve a significant amount of CO 2 emissions and are associated with high costs. In addition, these processes are generally not able to provide independently hydrogen and CO or CO 2. These attempts are therefore limited to some isolated applications for economic and ecological reasons.
合成ガス(Synthesis gas)、略してシンガス(syngas)は、二酸化炭素をも含むことができる一酸化炭素と水素の気体混合物である。例えば、合成ガスは、炭素含有燃料を所定の発熱量を有したガス状生成物、すなわち合成ガスにガス化することによって生成される。合成ガスは天然ガスのエネルギー密度の約50%である。合成ガスは燃焼可能であり、これゆえ燃料源として使用可能である。合成ガスは、他の化学製品の生成における中間生成物としても使用することができる。例えば、合成ガスは石炭または廃棄物のガス化によって生成することができる。合成ガスの生成の際、炭素は水と反応することが可能であり、また炭化水素は酸素と反応することが可能である。工業ガス、肥料、化学製品及び他の化学製品を生成するために合成ガスを処理するための商業的に利用可能な技術がある。しかしながら、合成ガスの生成及び変換のためのもっとも知られている技術(例えば、水性シフト反応)は、必要量の水素を合成することによってより多量の余分なCO2を発生させ、このCO2が気候に悪影響を与えるガスとして最終的に大気に放出されるという問題がある。合成ガスを製造する別の公知の技術である、2CH4 + O2 → 2CO + 4H2 という反応式によるメタンの部分酸化は、H2とCOの最大比が2.0に到達することができる。しかしながら、不利な点は、強力なエネルギーである純酸素を使用することである。
ヨーロッパ特許公開公報EP0219163Aは、炭化水素を第一反応室で分解し炭素と水素を生成し、炭素を第二反応室に搬送し水と接触反応させる合成ガスの生成方法を開示している。
国際公開公報WO00/06671A1は、第一反応室において空気の存在下で生物学的物質を炭素と水蒸気やCO 2 等の廃ガスに変換し、第二反応室において合成ガスが前記炭素と水蒸気から生成される合成ガスの生成方法を開示している。
Synthesis gas, or syngas for short, is a gaseous mixture of carbon monoxide and hydrogen that can also contain carbon dioxide. For example, the synthesis gas is generated by gasifying a carbon-containing fuel into a gaseous product having a predetermined calorific value, that is, synthesis gas. Syngas is about 50% of the energy density of natural gas. Syngas is combustible and can therefore be used as a fuel source. Syngas can also be used as an intermediate in the production of other chemical products. For example, syngas can be generated by coal or waste gasification. During the production of synthesis gas, carbon can react with water and hydrocarbons can react with oxygen. There are commercially available technologies for treating synthesis gas to produce industrial gases, fertilizers, chemical products and other chemical products. However, the best known techniques for syngas production and conversion (eg, aqueous shift reactions) generate larger amounts of extra CO 2 by synthesizing the required amount of hydrogen, which CO 2 There is a problem that it is finally released into the atmosphere as a gas that adversely affects the climate. Partial oxidation of methane by the reaction formula 2CH 4 + O 2 → 2CO + 4H 2 , which is another known technique for producing synthesis gas, can reach a maximum ratio of H 2 and CO of 2.0. . However, the disadvantage is the use of pure oxygen, a powerful energy.
European Patent Publication No. EP0219163A discloses a method for producing synthesis gas in which hydrocarbons are decomposed in a first reaction chamber to produce carbon and hydrogen, and the carbon is transported to the second reaction chamber and contacted with water.
International Publication No. WO 00/06671 A1 converts a biological material into waste gas such as carbon and water vapor or CO 2 in the presence of air in a first reaction chamber, and synthesis gas is converted from the carbon and water vapor in a second reaction chamber. A method for producing the produced synthesis gas is disclosed.
それゆえ、本発明により解決すべき第一の問題点は、大量のCO2を発生することなく、炭化水素含有流体を可変の水素含有量を有する合成ガスに変換することである。 Therefore, the first problem to be solved by the present invention is to convert a hydrocarbon-containing fluid into a synthesis gas having a variable hydrogen content without generating large amounts of CO 2 .
上記問題点は請求項1、2及び13に係る方法及び請求項17,18及び26に係る装置によって解決される。また、実施形態は、従属の請求項に由来している。
The above problems are solved by the method according to
特に、合成ガス生成方法は、少なくとも一部は熱によって提供されるエネルギーの導入によって炭化水素含有流体を炭素と水素に分解することで成り立ち、炭素と水素は分解工程後に少なくとも200℃の温度を有する。分解工程によって発生する炭素の一部は800℃から1700℃の間の温度で水と接触し、分解工程後、炭素が水と接触する際に、分解工程によって生成された炭素はその温度の50%以下の温度(℃)だけ冷却する。ここで、水の少なくとも一部は、分解プロセスによって生成した炭素とともに合成ガスに変換される。この方法によって、相当量のCO2を発生させることなく、炭素含有流体を可変の水素含有量を有した合成ガスに変換することが可能である。有利な方法では、(炭化水素の分解によって)炭素を得るために必要なエネルギーの少なくとも一部は、変換のための熱の形で導入される。加えて、水素と様々な異なった形態の炭素が副生成物として生成可能である。 In particular, the synthesis gas production method comprises at least partially decomposing a hydrocarbon-containing fluid into carbon and hydrogen by introduction of energy provided by heat, the carbon and hydrogen having a temperature of at least 200 ° C. after the decomposition step. . A portion of the carbon generated by the cracking process comes into contact with water at a temperature between 800 ° C. and 1700 ° C. When the carbon comes into contact with water after the cracking process, the carbon produced by the cracking process has a temperature of 50 Cool only at a temperature (° C) of less than Here, at least a portion of the water is converted into synthesis gas along with the carbon produced by the cracking process. By this method, it is possible to convert a carbon-containing fluid into a synthesis gas having a variable hydrogen content without generating a significant amount of CO 2 . In an advantageous manner, at least part of the energy necessary to obtain carbon (by cracking hydrocarbons) is introduced in the form of heat for conversion. In addition, hydrogen and various different forms of carbon can be produced as by-products.
分解工程が1000℃以上の温度で起こり、少なくとも1000℃の温度で、特に1000℃から1200℃の温度で、炭素が水と接触する場合には、変換のために提供される付加的な熱が必要でないか、又は、ほんのわずかな付加的な熱のみを必要とする。好ましくは、変換のために800℃から1700℃(特に1000℃から1200℃)の温度に到達することが必要な熱は、炭化水素含有流体の分解のために用いられる熱によって基本的に、且つ、完全に提供される。ここで、基本的、且つ、完全にとは、必要とされる熱の少なくとも80%、特に少なくとも90%は分解工程から生ずるということを意味する。 If the cracking process occurs at a temperature of 1000 ° C. or higher and the carbon is in contact with water at a temperature of at least 1000 ° C., particularly at a temperature of 1000 ° C. to 1200 ° C., the additional heat provided for the conversion It is not necessary or only requires a little additional heat. Preferably, the heat required to reach a temperature of 800 ° C. to 1700 ° C. (especially 1000 ° C. to 1200 ° C.) for conversion is essentially dependent on the heat used for the cracking of the hydrocarbon-containing fluid, and Provided completely. Here, basic and complete means that at least 80%, in particular at least 90%, of the required heat comes from the decomposition process.
一実施形態では、分解工程で得られた炭素及び分解工程で得られた水素はともに水と接触する。水素は変換には影響を与えず、付加的な熱伝達物質として機能することが可能である。これは、炭素と水素が1000℃(好ましい変換温度)以上の温度を有している場合に特に有利である。この場合、変換後のガスは純粋な水性ガスではなく異なった混合比を有した合成ガスである。 In one embodiment, the carbon obtained from the cracking process and the hydrogen obtained from the cracking process are both in contact with water. Hydrogen does not affect the conversion and can function as an additional heat transfer material. This is particularly advantageous when the carbon and hydrogen have a temperature of 1000 ° C. (preferred conversion temperature) or higher. In this case, the gas after conversion is not pure water gas but syngas having a different mixing ratio.
また、分解工程で得られた炭素は、炭素を水と接触させる工程の前に分解工程で得られた水素と分離することが可能である。 Further, the carbon obtained in the decomposition step can be separated from the hydrogen obtained in the decomposition step before the step of bringing the carbon into contact with water.
この方法のエネルギー効率を増すために、分解工程で得られた炭素の少なくとも一部及び/又は水素の一部の熱の少なくとも一部は、水を炭素と接触させる工程の前に水を加熱するために使用することが可能である、及び/又は、水が炭素と接触するプロセス室を加熱するために使用することが可能である。この意味で、変換後に合成ガスが800℃から1700℃の温度を有し、且つ、その合成ガスの熱の少なくとも一部を、水を炭素と接触させる工程の前に水を予熱するために使用することが可能である、ということに留意すべきである。分解工程で得られた炭素の少なくとも一部及び/又は水素の一部の熱の少なくとも一部、及び/又は、変換後の合成ガスの一部は、炭化水素含有流体の分解工程用のエネルギーを導入するためのエネルギーキャリアーとして使用することが可能である電気を発生させるために使用することも可能である。 To increase the energy efficiency of this method, at least a portion of the carbon and / or at least a portion of the heat obtained from the cracking step heats the water prior to contacting the water with the carbon. And / or can be used to heat a process chamber in which water is in contact with carbon. In this sense, after conversion, the synthesis gas has a temperature of 800 ° C. to 1700 ° C. and at least part of the heat of the synthesis gas is used to preheat the water before the step of contacting the water with carbon. It should be noted that it is possible to do. At least a portion of the heat and / or a portion of the heat of the carbon obtained in the cracking step and / or a portion of the converted synthesis gas may be used as energy for the cracking of the hydrocarbon-containing fluid. It can also be used to generate electricity that can be used as an energy carrier for introduction.
好ましくは、炭化水素を分解するためのエネルギーは主としてプラズマを介して導入される。これはエネルギーを導入するために、特に直接的で、且つ、効率的な方法である。好ましくは、分解工程は、炭化水素の流れを連続的に分解することが可能なクバーナー反応器で行われる。 Preferably, the energy for cracking the hydrocarbons is introduced mainly via plasma. This is a particularly direct and efficient way to introduce energy. Preferably, the cracking step is carried out in a Kburner reactor capable of continuously cracking the hydrocarbon stream.
合成ガスを発生するための方法において、付加的な水素及び/又は一酸化炭素及び/又は別の合成ガスを、所望の組成を得るために合成ガスに加えることが可能である。炭素と水素の両方を水と接触させる場合、CO/H2比を減らすため、付加的な一酸化炭素を合成ガスに加えることが特に有効である。基本的に純粋な炭素を水と接触させるための工程の間、CO/H2比を増加させるために付加的な一酸化炭素を加えることが有効である。特に、CO/H2の所望の混合比を得るために上述した方法(炭素と水素の事前分離を行う方法、炭素と水素の事前分離を行わない方法)によって別々に発生した二つの合成ガスの流れを混合することが可能である。 In the method for generating synthesis gas, additional hydrogen and / or carbon monoxide and / or another synthesis gas can be added to the synthesis gas to obtain the desired composition. When contacting both carbon and hydrogen with water, it is particularly effective to add additional carbon monoxide to the synthesis gas to reduce the CO / H 2 ratio. During the process for contacting essentially pure carbon with water, it is useful to add additional carbon monoxide to increase the CO / H 2 ratio. In particular, in order to obtain the desired mixing ratio of CO / H 2 , the two syngas generated separately by the above-described methods (method of performing pre-separation of carbon and hydrogen, method of not performing pre-separation of carbon and hydrogen) It is possible to mix the streams.
好ましくは、熱によって少なくとも部分的に行われるエネルギーの導入によって炭化水素含有流体を炭素と水素に分解する工程から付加的な水素が発生する。それゆえ、分解工程は、一つの工程で、C・H2O変換のために必要な炭素及び必要な水素を提供することが可能である。一実施形態では、水素の少なくとも一部は、マイクロ波プラズマによって、1000℃以下の温度、特に600℃以下の温度で、炭素含有流体を分解する工程によって生成される。 Preferably, additional hydrogen is generated from the step of cracking the hydrocarbon-containing fluid into carbon and hydrogen by introduction of energy at least partly by heat. Therefore, the decomposition process can provide the necessary carbon and the necessary hydrogen for C · H 2 O conversion in one step. In one embodiment, at least a portion of the hydrogen is generated by the process of decomposing the carbon-containing fluid with a microwave plasma at a temperature of 1000 ° C. or less, particularly 600 ° C. or less.
付加的な水素(C・H2O変換のために必要な炭素の生成によって得られる量以上の水素)が合成ガスの特定の混合比を得るために必要な場合、炭化水素含有流体から低温でエネルギー効率が良い前記水素を生成することが好ましい。好ましくは、合成ガス中のCOの水素に対する比率(CO:H2)は1:1から1:3の間の値、特に1:2.1の値に調整される。 If additional hydrogen (more hydrogen than is obtained by the production of carbon required for C · H 2 O conversion) is needed to obtain a specific mixing ratio of the synthesis gas, it can be It is preferable to generate the hydrogen having high energy efficiency. Preferably, the ratio of CO to hydrogen (CO: H 2 ) in the synthesis gas is adjusted to a value between 1: 1 and 1: 3, in particular a value of 1: 2.1.
官能基を有する及び/又は官能基を有さない合成炭化水素を生成する方法において、第1工程では、上述したように、合成ガスが生成され、合成ガスを官能基を有する及び/又は官能基を有さない合成炭化水素に変換するために合成ガスを適当な触媒と接触させる。ここで、触媒及び/又は合成ガスの温度は所定の温度範囲に設定又は調整される。このようにして、合成ガスを触媒と接触させる前、或いは、接触させる時に、COを水素と混合することによって合成ガスを生成することが可能である。 In the method for producing a synthetic hydrocarbon having a functional group and / or having no functional group, in the first step, as described above, a synthesis gas is produced, and the synthesis gas has a functional group and / or a functional group. The synthesis gas is contacted with a suitable catalyst for conversion to a synthetic hydrocarbon free of benzene. Here, the temperature of the catalyst and / or the synthesis gas is set or adjusted within a predetermined temperature range. In this way, it is possible to generate synthesis gas by mixing CO with hydrogen before or when contacting the synthesis gas with the catalyst.
一つの実施形態では、合成ガスの変換はフィッシャー・トロプシュプロセス、特にSMDSプロセスによって行われる。また、合成ガスの変換はベルギウス・ピア(Bergius−Pier)プロセス、ピアプロセス又はピアプロセスとMtLプロセスの組み合わせによって行うことが可能である。官能基を有する及び/又は官能基を有さない合成炭化水素の性質を大きく決定するのはプロセスの選択である。 In one embodiment, the synthesis gas conversion is performed by a Fischer-Tropsch process, in particular an SMDS process. Also, the synthesis gas can be converted by a Bergius-Pier process, a peer process, or a combination of a peer process and an MtL process. It is the process choice that largely determines the nature of the synthetic hydrocarbons with and / or without functional groups.
好ましくは、分解すべき炭化水素含有流体は、天然ガス、メタン、湿性ガス、重油又はそれらを混合したガスである。 Preferably, the hydrocarbon-containing fluid to be cracked is natural gas, methane, wet gas, heavy oil or a gas mixture thereof.
合成ガス生成装置は炭化水素含有流体を炭素と水素に分解する炭化水素コンバーターを備え、炭化水素コンバーターは炭化水素含有流体用の少なくとも一つの入口及び炭素及び/又は水素用の少なくとも一つの出口を有した少なくとも一つのプロセス室と、少なくとも部分的に熱から成るエネルギーをプロセス室に導入する少なくとも一つのユニットとを備えている。また、装置は水と炭素の変換用のCコンバーターを備え、Cコンバーターは水用の少なくとも一つの入口、少なくとも炭素用の少なくとも一つの入口及び少なくとも一つの出口を有した少なくとも一つの付加的なプロセス室を備え、少なくとも炭素用の入口は炭化水素コンバーターの少なくとも一つの出口に直接的に接続されている。ここで、用語「直接的に接続」とは、Cコンバーターへの途中で、炭素を加熱するために付加的なエネルギーを使用することなく、炭化水素コンバーターから排出される炭素が、その炭素の温度(℃)の50%以上は冷却せず、好ましくは20%以下の温度(℃)分しか温度が下がらない、ということを意味する。炭素を水素から分離する分離ユニットは、分解工程の位置と炭化水素コンバーターの少なくとも一つの出口との間に設けることが可能である。このユニットは炭化水素コンバーターの一部を形成することが可能であるか又は分離ユニットとして炭化水素コンバーターの外側に位置することが可能である。炭化水素コンバーターの出口とCコンバーターの入口との間の分離ユニットは、上記条件に適合する限りにおいて、直接接続の邪魔にはならない。 The syngas generator comprises a hydrocarbon converter that decomposes the hydrocarbon-containing fluid into carbon and hydrogen, the hydrocarbon converter having at least one inlet for the hydrocarbon-containing fluid and at least one outlet for carbon and / or hydrogen. At least one process chamber and at least one unit for introducing at least partly heat energy into the process chamber. The apparatus also comprises a C converter for water and carbon conversion, the C converter having at least one additional process having at least one inlet for water, at least one inlet for at least carbon and at least one outlet. And at least a carbon inlet is directly connected to at least one outlet of the hydrocarbon converter. Here, the term “directly connected” means that the carbon discharged from the hydrocarbon converter on the way to the C converter without using any additional energy to heat the carbon, It means that 50% or more of (° C.) is not cooled, and the temperature is preferably lowered by a temperature (° C.) of 20% or less. A separation unit for separating carbon from hydrogen can be provided between the location of the cracking step and at least one outlet of the hydrocarbon converter. This unit can form part of the hydrocarbon converter or it can be located outside the hydrocarbon converter as a separation unit. The separation unit between the outlet of the hydrocarbon converter and the inlet of the C converter does not interfere with the direct connection as long as the above conditions are met.
好ましくは、エネルギーをプロセス室に導入するための少なくとも一つのユニットは、そのユニットが1000℃以上の温度、特に1500℃以上の温度を少なくとも局部的に発生することが可能であるように構成されている。一実施形態においては、エネルギーをプロセス室に導入するための少なくとも一つのユニットはプラズマユニットである。特に、分解温度が1000℃以下に保たれる場合には、エネルギーをプロセス室に導入するための少なくとも一つのユニットはマイクロ波プラズマユニットからなる。 Preferably, at least one unit for introducing energy into the process chamber is configured such that the unit can at least locally generate a temperature of 1000 ° C. or higher, in particular 1500 ° C. or higher. Yes. In one embodiment, at least one unit for introducing energy into the process chamber is a plasma unit. In particular, when the decomposition temperature is maintained at 1000 ° C. or lower, at least one unit for introducing energy into the process chamber comprises a microwave plasma unit.
装置の特に単純な実施形態にとっては、Cコンバーターのプロセス室は、水用の供給パイプに接続されている炭化水素コンバーターの出口パイプによって形成されている。 For a particularly simple embodiment of the device, the C converter process chamber is formed by a hydrocarbon converter outlet pipe connected to a water supply pipe.
本発明の一つの実施形態においては、分解によって発生する炭素と水素を分離するための分離ユニットは炭化水素コンバーターの近くに設けられており、分離ユニットからの別々の出口は分離された物質のために設けられており、炭素用の出口はCコンバーターに接続されている。 In one embodiment of the invention, a separation unit for separating carbon and hydrogen generated by cracking is provided near the hydrocarbon converter, and a separate outlet from the separation unit is for the separated material. The outlet for carbon is connected to the C converter.
好ましくは、炭化水素コンバーターは、長い操作期間の間、炭素含有流体を連続的に分解するために必要な温度を提供することが出来るクバーナー反応器である。 Preferably, the hydrocarbon converter is a Kuberner reactor that can provide the temperature necessary to continuously decompose the carbon-containing fluid over a long period of operation.
装置は、可変の混合比を有する合成ガスの単純で効率的な生成のために、水素及び/又は炭素及び/又は分離された合成ガスをCコンバーター又は下流の混合室に供給するための少なくとも一つの分離供給パイプを備えることが可能である。 The apparatus provides at least one for supplying hydrogen and / or carbon and / or separated synthesis gas to the C converter or downstream mixing chamber for simple and efficient production of synthesis gas having a variable mixing ratio. It is possible to provide two separate supply pipes.
一つの実施形態では、合成ガス生成用の装置は、炭化水素含有流体を炭素と水素に分解する少なくとも一つの付加的な炭化水素コンバーターを備えている。少なくとも一つの付加的な炭化水素コンバーターは、また炭化水素含有流体用の少なくとも一つの入口を有した少なくとも一つのプロセス室と、少なくとも部分的に熱からなるエネルギーをプロセス室に導入するための少なくとも一つのユニットと、分解によって得られた炭素と水素とを分離する分離ユニットとを備え、分離ユニットは炭素と水素用の個別の出口を有し、水素用の出口は水素用の分離供給パイプに接続されている。エネルギー効率の理由から、少なくとも一つの付加的な炭化水素コンバーターは、マイクロ波プラズマによって1000℃以下の温度、特に600℃以下の温度で分解を行うタイプのものが好ましい。 In one embodiment, the apparatus for syngas production comprises at least one additional hydrocarbon converter that decomposes the hydrocarbon-containing fluid into carbon and hydrogen. The at least one additional hydrocarbon converter also includes at least one process chamber having at least one inlet for the hydrocarbon-containing fluid and at least one for introducing energy comprising at least partially heat into the process chamber. One unit and a separation unit that separates carbon and hydrogen obtained by cracking, the separation unit has separate outlets for carbon and hydrogen, and the outlet for hydrogen is connected to a separation supply pipe for hydrogen Has been. For energy efficiency reasons, the at least one additional hydrocarbon converter is preferably of the type that decomposes at a temperature of 1000 ° C. or less, in particular 600 ° C. or less, by microwave plasma.
合成ガスを官能基を有する及び/又は官能基を有さない炭化水素に変換する装置は、上記特定のタイプの合成ガスを発生する装置及びCOコンバーターを備えている。COコンバーターは、触媒を装備したプロセス室と、合成ガスを触媒と接触させる手段と、触媒及び/又は合成ガスの温度を所定の温度に制御又は調整する制御ユニットとを備えている。こうして、合成ガスを発生する装置の部分はCOコンバーター、例えば、CO及び付加的な水素、炭素及び/又は別の合成ガス用の混合室に組み込むことが可能である。一実施形態では、COコンバーターはフィッシャー・トロプシュコンバーター、特にSMDSコンバーターを備えている。また、COコンバーターはベルギウス・ピアコンバーター、ピアコンバーター又はピアコンバーターとMtLコンバーターの組み合わせを備えている。同一タイプ又は異なったタイプの幾つかのCOコンバーターが装置に含まれることも可能である。 An apparatus for converting a synthesis gas into a hydrocarbon having a functional group and / or having no functional group includes an apparatus for generating the specific type of synthesis gas and a CO converter. The CO converter includes a process chamber equipped with a catalyst, means for bringing synthesis gas into contact with the catalyst, and a control unit for controlling or adjusting the temperature of the catalyst and / or synthesis gas to a predetermined temperature. Thus, the part of the apparatus for generating synthesis gas can be incorporated into a CO converter, for example a mixing chamber for CO and additional hydrogen, carbon and / or another synthesis gas. In one embodiment, the CO converter comprises a Fischer-Tropsch converter, in particular an SMDS converter. The CO converter includes a Bergius-Peer converter, a peer converter, or a combination of a peer converter and an MtL converter. It is also possible that several CO converters of the same type or of different types are included in the device.
好ましくは、装置はCOコンバーター内の合成ガスの圧力を制御又は調整する制御ユニットを備えている。 Preferably, the apparatus comprises a control unit that controls or regulates the pressure of the synthesis gas in the CO converter.
以下、本発明を実施形態及び図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings.
以下の説明において、頂部、底部、右及び左等の用語、及びこれらに類似した用語は、図面において示される方向及び配置に関するものであり、実施形態の説明のためにのみに意味されるものとして留意すべきである。これらの用語は好ましい対応を示すが限定するものではない。また、異なった図面において、同一の符号は同一または類似した部分を説明するために使用される。 In the following description, terms such as top, bottom, right and left, and similar terms, relate to the direction and arrangement shown in the drawings, and are meant only for the description of the embodiments. It should be noted. These terms indicate preferred correspondence, but are not limiting. In the different drawings, the same reference numerals are used to describe the same or similar parts.
以下の明細書において「ホット」材料を取り扱う、または、「ホット」プロセスを実施する方法及び装置を説明する。この詳細な説明において、語句「ホット」は200℃以上の温度、好ましくは300℃以上の温度を意味する。 In the following specification, methods and apparatus for handling “hot” materials or performing “hot” processes are described. In this detailed description, the phrase “hot” means a temperature of 200 ° C. or higher, preferably 300 ° C. or higher.
合成ガスは、主として一酸化炭素及び水素からなるいずれのガスであっても良い。一酸化炭素と水素がほぼ等しい分量(1:1)からなるガス(合成ガス)は水性ガスと呼ばれる。ここで用いられる語句「合成ガス」は、合成ガスの特定の混合物としての水性ガスを包含する。 The synthesis gas may be any gas mainly composed of carbon monoxide and hydrogen. A gas (synthetic gas) consisting of carbon monoxide and hydrogen in an approximately equal amount (1: 1) is called water gas. As used herein, the phrase “syngas” includes water gas as a particular mixture of syngas.
図1は合成ガスを生成するプラント1を示す。図1は、またこの詳細な説明による合成ガスの生成のための基本的な生成工程を明示する。
FIG. 1 shows a
合成ガスを生成するプラント1は、炭化水素入口4及び第1炭素出口5、任意の水素出口6及び任意の第2炭素出口7を有した炭化水素コンバーター3を備えている。合成ガスの生成用のプラント1は、水入口10、炭素出口11(C入口とも称す)及び合成ガス出口12を有したCコンバーター9を備えている。炭化水素コンバーター3及びCコンバーター9は、炭化水素コンバーター3の炭素出口5が直接接続部8を介してCコンバーター9の炭素入口11に接続されるように配置されており、出口5はCコンバーター9の炭素入口11を直接に形成している。こうして、炭素を炭化水素コンバーター3からCコンバーター9に直接に輸送することが可能である。
The
炭化水素コンバーター3は、導入された炭化水素を炭素と水素に変換または分解することができる炭化水素コンバーターであればいずれのコンバーターであっても良い。炭化水素コンバーター3は炭化水素含有流体用の入口、分解エネルギーを流体に導入する少なくとも1つのユニットと、少なくとも1つの出口とを備えたプロセスチャンバーからなっている。分解エネルギーは、少なくとも部分的に例えばプラズマによってもたらされる熱によって提供される。それにもかかわらず、分解エネルギーは、他の手段によっても提供可能であり、分解が主に熱によって起こる場合には、流体は1000℃以上に加熱されるべきであり、特に1500℃以上の温度に加熱されるべきである。
The
説明される実施形態においては、クバーナー反応器が用いられ、このクバーナー反応器は必要とされる熱をプラズマアークによって提供する。しかしながら、より低い温度で特に1000℃以下の温度で作動し、例えばマイクロ波プラズマによって熱に加えて付加的なエネルギーを炭化水素に導入する他の反応器が知られている。以下に更に説明するように、本発明は、両方のタイプの反応器(プラズマ無しに作動する反応器も)を考慮しており、特に両タイプの反応器を併用することも考慮している。1000℃以上の温度で作動する炭化水素コンバーターは高温反応器と称するのに対し、1000℃以下の温度、特に200℃から1000℃の温度で作動するコンバーターは低温反応器と称する。 In the described embodiment, a Kuburner reactor is used, which provides the required heat by a plasma arc. However, other reactors are known which operate at lower temperatures, in particular below 1000 ° C., and introduce additional energy into the hydrocarbon in addition to heat, for example by microwave plasma. As described further below, the present invention contemplates both types of reactors (including reactors that operate without plasma), and particularly contemplates the combined use of both types of reactors. Hydrocarbon converters that operate at temperatures above 1000 ° C. are referred to as high temperature reactors, whereas converters that operate at temperatures below 1000 ° C., particularly temperatures from 200 ° C. to 1000 ° C., are referred to as low temperature reactors.
炭化水素コンバーター内で、炭化水素(CnHm)は熱及び/またはプラズマによって水素と炭素に分解される。炭化水素は、好ましくはガスとして反応器に導入される。標準状態で液体の炭化水素は、反応器への導入前に気化することが可能であり、又は炭化水素は微小液滴として導入することが可能である。いずれの形態も以下において流体と示される。 Within the hydrocarbon converter, hydrocarbons (C n H m ) are broken down into hydrogen and carbon by heat and / or plasma. The hydrocarbon is preferably introduced into the reactor as a gas. In standard conditions, liquid hydrocarbons can be vaporized prior to introduction into the reactor, or the hydrocarbons can be introduced as microdroplets. Both forms are designated as fluids below.
炭化水素の分解は、酸化炭素または水の形成を抑制するために、可能であれば酸素が存在しない状態でなされるべきである。それにもかかわらず、炭化水素とともに導入される可能性のある少量の酸素はプロセスに害にはならない。 Hydrocarbon decomposition should be done in the absence of oxygen if possible to suppress the formation of carbon oxides or water. Nevertheless, the small amount of oxygen that can be introduced with the hydrocarbons does not harm the process.
上述したクバーナー反応器はプラズマ燃焼器内で炭化水素含有流体を高温で純炭素(例えば、活性炭、カーボンブラック、グラファイト、工業用すすとして)と水素、および場合により不純物に分解する。炭化水素コンバーター3用の出発原料として用いられる炭化水素含有流体は、例えばメタン、天然ガス、バイオガス、湿性ガスまたは重油である。しかしながら、合成の官能基を有する及び/または官能基を有さない炭化水素も炭化水素コンバーター3用の出発原料として用いることが可能である。最初の分解工程の後、元素は、通常、混合物として、特にエアロゾルの形で存在する。この混合物は、後述するように、この形で別のプロセスに導入することが可能であるか、または混合物は分離ユニット(図示せず)において個々の元素に分離可能である。分離ユニットは個別のユニットとして構成されるけれども、本件特許出願においては、そのような分離ユニットは炭化水素コンバーター3の一部として考えられる。分離ユニットが設けられていない場合には、炭素出口5は炭化水素コンバーター3の唯一の出口であり、炭素と水素の混合物(エアロゾル)を直接にCコンバーター9に導く。分離ユニットを設ける場合には、少なくとも部分的に水素から分離される炭素を炭素出口5を用いてCコンバーター9に導入することが可能である。分離された水素、および場合により付加的な炭素は、任意の出口6および7によって排出可能である。
The above-described Kuburner reactor decomposes a hydrocarbon-containing fluid at high temperatures into pure carbon (eg, activated carbon, carbon black, graphite, industrial soot) and hydrogen, and possibly impurities, in a plasma combustor. The hydrocarbon-containing fluid used as starting material for the
Cコンバーター9は、炭素(C)および水(H2O)から合成ガスを生成することができるものであれば、どんなCコンバーターであってもよい。図1の実施形態において、Cコンバーター9内で、H2Oは炭素上を通過するか、または水蒸気は炭素と水素の流れの中に導入され、その流れと混合され、それによって化学式 C + H2O → CO + H2 のように変換される。
Cコンバーター9内で、次の反応が起こる:
C + H2O → CO + H2 +131.38kJ/mol 吸熱反応
CO + H2O → CO2 + H2 −41.19kJ/mol 発熱反応
ブドワール平衡において、次の反応が起こる:
2C + O2 → 2CO +172.58kJ/mol 吸熱反応
The
Within the
C + H 2 O → CO + H 2 + 131.38 kJ / mol endothermic reaction CO + H 2 O → CO 2 + H 2 −41.19 kJ / mol The following reaction takes place in an exothermic reaction Budoir equilibrium:
2C + O 2 → 2CO + 172.58 kJ / mol endothermic reaction
全ての3つの反応は互いに平衡であるので、Cコンバーター9内のプロセスは、好ましくは800℃から1700℃の高温、より好ましくは1000℃から1200℃の高温で起こる。というのは、第2の反応が低温で優位的であるからである。上記温度に達するのに必要な熱は炭化水素コンバーター3から生ずる物質によって主として提供される。この点については以下に詳細に説明する。これらの条件の下でCコンバーター9内の水(H2O)は蒸気であり、水は蒸気として既に導入可能である。操作中の水の供給は、強力な冷却を避けるために余剰の水の倍数を避けるように制御される。Cコンバーター9内で過剰な冷却がなされる場合、上記反応2が優位的である。
Since all three reactions are in equilibrium with each other, the process in
発熱性水性シフト反応 CO + H2O → CO2 + H2 を抑制して合成ガス内の一酸化炭素の割合を最適化するために、Cコンバーター9は1000℃から1200℃の高温で作動することが最良である。Cコンバーター9内の反応は当業者には公知であり、これ故ここでは更には説明しない。
C-
合成ガスの発生用のプラント1の操作を図1を参照して以下に説明する。以下において、炭化水素コンバーター3はクバーナータイプの高温反応器であるとする。炭化水素含有流体(特にガス状)は炭化水素入口4を介して炭化水素コンバーター3に導入される。炭化水素が、例えば、メタン(CH4)である場合、1モルのメタンから1モルの炭素と2モルの水素が発生する。炭化水素は炭化水素コンバーター3のプラズマトーチ内で約1600℃で以下の反応式によって変換される。ここで、導入されるエネルギーは電気エネルギーによってプラズマ内で発生する熱である。
CnHm + エネルギー → nC + m/2H2
The operation of the
C n H m + energy → nC + m / 2H 2
適切なプロセスコントロールによって、クバーナー反応器はほぼ100%の炭化水素を連続した操作でその構成要素に変換することが可能である。 With proper process control, the Kuburner reactor can convert nearly 100% of hydrocarbons to their constituents in continuous operation.
以下において、炭素と水素は炭化水素コンバーター3内で分離され、大部分は分離された状態で排出されると考えられる。しかしながら、分離されず、炭素と水素が混合物として排出されてCコンバーター9に導入されることも可能である。水素はCコンバーター9内での変換プロセスの障害にはならず、付加的な熱伝達物質として機能する。炭素は少なくとも一部は炭素出口5からCコンバーター9の炭素入口11に直接に導かれる。炭化水素コンバーター3の出口5からCコンバーター9の炭素入口11に「直接」導くということは、導かれる物質の温度が50%以上(好ましくは20%以上)の冷却を受けないような全ての変形を含んでいる。炭化水素コンバーター3から排出された炭素は高温であり、好ましくは1000℃以上であるので、炭素が持っている熱エネルギーは例えば約1000℃の温度で作動するCコンバーター9における変換プロセスに必要な温度を維持するために使うことができる。
In the following, it is considered that carbon and hydrogen are separated in the
炭化水素コンバーター3とCコンバーター9とを接続する接続部8は、炭素が炭化水素コンバーター3からCコンバーター9に行く間にあまり冷却されない(温度に関して50%以下、好ましくは20%以下)ように設計されている。例えば、接続部8は特別に絶縁されるか及び/または積極的に加熱され、装置は好ましくは付加的な熱が供給されず、すなわち炭化水素コンバーター3における熱導入に加えて付加的な熱が供給されることはない。炭化水素コンバーター3内の操作温度のために、炭化水素コンバーター3で発生する水素も熱エネルギーを持っている。それゆえ、接続部8を加熱する1つの可能性としては、炭化水素コンバーター3とCコンバーター9間の接続部8を熱交換器ユニットを介して直接的にまたは間接的に加熱するために、水素出口6から排出される水素の熱エネルギーを使用することである。
The
Cコンバーター内に、Cコンバーター9の水入口10を通して導入される水、特に蒸気の形で導入される水は、ホット炭素上に導かれ及び/又はホット炭素と混合される。Cコンバーターは高温で操作されるのが最良である。というのは、Cコンバーター9内の反応は吸熱反応であり、それに対し、水性シフト反応が発熱反応だからである。反応が圧力と温度に依存することは当業者には公知であるので詳細には説明しない。Cコンバーター9に導入される水の量または炭素の量は、いずれも適切な手段によって制御可能である(開ループ)及び/又は調整可能である(閉ループ)。
C + H2O → CO + H2; ΔH = +131.38kJ/mol
In the C converter, water introduced through the
C + H 2 O → CO + H 2; ΔH = + 131.38kJ / mol
またここで、ブドワール平衡は限定された要素である。これは、1000℃以上の温度でかつ余剰な水が存在しない状態では、混合物はほぼ一酸化炭素および水素で構成されるためである。Cコンバーター9は、好ましくは、温度>1000℃で作動するので、Cコンバーター9の水入口10に導入される水を予熱することが有利である。例えば、水の予熱は熱交換器ユニットを介して直接的にまたは間接的にホット水素中に含まれる熱エネルギーを用いて行うことが可能である。好ましくは、炭素中に含まれる熱は水を所望の温度に加熱するためには十分である。炭化水素コンバーター3で発生する熱が約1000℃の所望の変換温度に到達するために十分でない場合のみにおいて、Cコンバーター9またはCコンバーター内に含まれる元素を加熱するための任意の付加的な加熱ユニットを設けることが可能である。そのようなユニットは、水または炭素用の供給ラインの近くに予熱ユニットとして設けることも可能である。そのようなユニットは、装置が所望の温度状態により早く到達するようにCコンバーター9またはプラントの媒体を含んでいる部分を開始温度にするためにプラントの立ち上げ段階のためのみに設けることが可能である。炭化水素コンバーター3で発生する熱を介して全ての媒体を含んでいる部分をもっぱら加熱することは最初は長い時間がかかる可能性がある。
Also here, the boudoir equilibrium is a limited factor. This is because the mixture is substantially composed of carbon monoxide and hydrogen at a temperature of 1000 ° C. or higher and no excess water is present. Since the
ホット合成ガス(CO + H2)は1000℃より高い温度(Cコンバーター9の作動温度による)でCコンバーター9から排出される。Cコンバーター9から排出される合成ガスは、水入口10に導入される水を熱交換器ユニット(図1では図示せず)を介して直接にまたは間接的に予熱するために用いることが可能である熱エネルギーを保有している。適切な操作パラメーター、すなわち1000℃から1200℃の温度(および炭化水素コンバーター3における水素と炭素の分離)によって、合成ガスは生成され、合成ガス中のCOとH2は1:1の比を有し、この合成ガスは水性ガスと呼ばれる。炭化水素コンバーター3において水素と炭素を分離することなくかつCコンバーター9においてそれぞれ適切な操作パラメーターとすることなく、すなわち1000℃から1200℃の温度に調整しない場合には、約1:3のCO/H2比を有した合成ガスが生成される。
Hot synthesis gas (CO + H 2 ) is discharged from the
上述したように、炭化水素コンバーター3は炭素を排出するための第2炭素出口7を備えることが可能である。炭化水素コンバーター3で生成される炭素は、CとH2各々の分離の後に(またはC−H2混合物として)第1炭素出口5および第2炭素出口7を介して異なった割合で排出することが可能である。第2炭素出口7は、生成された炭素のうち合成ガスを発生させるためにCコンバーター9で使用されない炭素の一部を排出するために使用される。使用されない炭素の量は、Cコンバーター9から排出されるであろう合成ガスの所望の組成に依存する。第2炭素出口7を通して排出される炭素は、活性炭、グラファイト、カーボンブラックもしくはカーボンコーンやカーボンディスク等の別の形態として排出することが可能である。排出された炭素の形態及び品質に応じて、排出された炭素は化学工業またはエレクトロニクス工業用の原料として使用することが可能である。例えば半導体の製造、タイヤ、インク、トナーまたは類似の製品の製造に使用することが可能である。炭化水素コンバーター3によって生成された炭素は極めて良好に処理可能である高純度の原料である。
As described above, the
合成ガスを生成するための上述の方法によって、温水または熱水によりCコンバーター9において炭化水素コンバーター3から出たホット炭素を外部エネルギー供給が無い状態であるいは少なくとも相当量の外部エネルギー供給が無い状態で合成ガスに変換することが可能である。好ましくは変換温度に到達するのに必要な熱の少なくとも80%、特に少なくとも90%は炭化水素コンバーター3から発生する熱によることができる。
With the above-described method for generating synthesis gas, hot carbon or hot water from the
図2は合成ガスを生成するためのプラント20を示し、プラント20は合成ガスを生成するためのプラント1の上述の要素および混合室21を備えている。混合室21は合成ガスを導入するための合成ガス入口22、水素を導入するためのH2入口23、および合成ガスを排出するための合成ガス出口24を備えている。合成ガス入口22はCコンバーター9の合成ガス出口12に接続されている。混合室21のH2入口23は炭化水素コンバーター3のH2出口6に接続されている。当業者にとって明らかなように、C−H2混合物を炭素出口5を介してCコンバーター9に導入する実施例では、約1:3のC−H2の混合比を有する合成ガスが自動的に生成される。そのような場合、混合室21は無くてもよいかまたは混合室21は異なった混合比を生成するために使用しても良いし、または合成ガスのH2含有量を減らすためにCOを混合室に導入しても良い。
FIG. 2 shows a
混合室21はガスを混合するために適切な装置であればいずれの装置であっても良く、単純な場合には混合室21は適切な入口および出口を有したパイプの形状をしていても良い。混合室21によって、および、特に混合ユニット21のH2入口23及び/又はCO源(図示せず)及び/又は第2合成ガス源に接続された入口(図示せず)を介して導入される(付加的な)水素量を制御/調整(開/閉ループ)することによって、合成ガス出口24での合成ガスの混合物は、後続のプロセスに適合した組成が得られるように影響されうる。特に、第2合成ガス源は第1Cコンバーターに並行して操作される第2Cコンバーター9であっても良い。両Cコンバーター9には、通常共用される炭化水素コンバーター3または別のコンバーターユニットから炭素及び/又は水素が供給される。特に第1コンバーターにはほぼ純粋な炭素(水素分離後の)が供給可能であり、第2コンバーターには炭素と水素が供給可能である。ここで、第1Cコンバーターは約1:1のCO:H2の混合比を有する実質的に水性ガスを生成し、第2Cコンバーターは約1:3のCO:H2の混合比を有する合成ガスを生成する。これら2つの合成ガスを組み合わせることによって約1:2のCO:H2の混合比を生じさせ、(第1Cコンバーターに導入する前の分離工程からの)余剰の水素は混合比をさらに増加させるために利用される。
The mixing
多くのプロセスのために、たとえば、フィッシャー・トロプシュ合成のために、COに対する水素の比は高くあるべきである。混合室21によって、COに対する水素の所望の比率、例えば、水性ガスに対応する1:1の比率が、合成ガス出口24で達成することができる。合成ガスの一部及び/又は水素の一部のみは混合室21に供給され、混合室に導入されない合成ガスおよび水素の一部が各々純ガスとしてプロセスから排出されるということが考えられる。
それゆえ、例えば、a)合成ガスのみを排出すること、b)水素のみを排出すること、c)COと水素の合成ガス混合物を排出すること、またはd)水性ガスの流れ、水素の流れ、および合成ガス混合物(COと水素との間のいずれの比率でもよい)または一酸化炭素と水素の異なった比率を持った各種の合成ガスの流れを排出することが可能である。
For many processes, for example for Fischer-Tropsch synthesis, the ratio of hydrogen to CO should be high. By means of the mixing
Thus, for example, a) exhausting only synthesis gas, b) exhausting only hydrogen, c) exhausting a CO and hydrogen synthesis gas mixture, or d) water gas stream, hydrogen stream, And synthesis gas mixtures (any ratio between CO and hydrogen) or various synthesis gas streams with different ratios of carbon monoxide and hydrogen can be discharged.
また、図2において合成ガスを生成するプラント20は、C熱交換器ユニット25、合成ガス熱交換器ユニット26およびH2熱交換器ユニット27を備えている。C熱交換器ユニット25は、炭化水素コンバーター3とCコンバーター9との間の接続部8と熱的に伝導して接触状態にあり、必要な場合には、Cコンバーター9において変換温度に到達するために必要とされない余分な熱を接続部から引き出すようになっているか、または必要であればプラントの他の領域から熱を導入するようになっている。
In FIG. 2, the
合成ガス熱交換器ユニット26は、Cコンバーター9と混合室21との間の接続部と熱的に伝導して接触しており、余分な熱を接続部から引き出しおよびホット合成ガスに含まれる余分な熱を引き出すようになっている。引き出された熱は、例えばCコンバーター9に導入される水を予熱するために使用可能である。この熱移送のためには、当該技術分野で知られているように、いわゆる向流熱交換器ユニットが特に適切である。
The synthesis gas
H2熱交換器ユニット27は炭化水素コンバーター3と混合室21との間の接続部と熱的に伝導して接触状態にあり、余分な熱を接触部から引き出し、これゆえ接触部内にあるホット水素から引き出すようになっている。熱交換器ユニット25、26または27の1つで引き出された熱は、プラントの他の領域を加熱するために使用され、特にCコンバーターを保温するため、またはCコンバーターに導入される水を予熱するために使用可能である。前記熱交換器ユニットで引き出された熱の一部は、例えば蒸気発生器および蒸気タービンまたは他の適切な装置によって電気に変換することが可能である。
The H 2
プラント20により合成ガスを生成する操作は、炭化水素コンバーター3およびCコンバーター9の操作に関して、図1によるプラント1の上述の操作に類似している。合成ガスを発生するプラント20において、水素とCOの所望の混合比率は、合成ガスの所望の組成によって混合室内で設定され、且つ、混合室21の合成ガス出口24を介して排出される。好ましくは、しかしながら必ずしもそうではないが、水素は、上述したように、炭化水素コンバーター3によってもたらされる。他の水素源も考えられ、特に第2炭化水素コンバーター3、特に低温炭化水素コンバーターが考えられる。合成ガスの得られる量の全体及び/又はH2の得られる量の全体を使わない場合には、混合室で混合されないガス、例えば、合成ガス及び/又はH2の一部は別途処理可能である。
The operation of generating synthesis gas by the
図3は官能基を有する及び/または官能基を有さない合成炭化水素の生成用のプラント30を示し、プラント30は(図1に示すような)水性ガス生成用のプラントおよびCOコンバーター31を備えている。図1に対応するプラントの構成要素は重複した説明を避けるために説明しない。COコンバーター31はCコンバーター9の下流に位置しており、COコンバーター31は合成ガスを導入するための合成ガス入口32、水素を導入するためのH2入口33、および官能基を有する及び/または官能基を有さない合成炭化水素を排出するための炭化水素出口34を備えている。COコンバーター31の合成ガス入口32は合成ガス接続部35によってCコンバーター9の合成ガス出口12に接続されている。COコンバーター31のH2入口33はH2接続部36によって炭化水素コンバーター3のH2出口6に接続されている。
FIG. 3 shows a
COコンバーター31のH2入口33およびH2接続部36は任意の構成要素である、ということを留意すべきである。Cコンバーター9から排出される合成ガスの組成によって及びCOコンバーター31で生成される官能基を有した及び/または官能基を有さない合成炭化水素によって、合成ガスがCコンバーター9の合成ガス出口12から排出されるときに、合成ガスはCOコンバーター31による更なる処理のために適正な組成を既に有している。この場合、水素をH2接続部36を介して導入することは必要ではない。任意ではあるが、H2接続部36は別の物質、例えば合成ガスのH2含有量を減らすためのCOまたはアルデヒド(ヒドロホルミル化)の合成用のアルケンを導入する機能を果たすことも可能である。
It should be noted that the H 2 inlet 33 and the H 2 connection 36 of the
随意的に炭化水素を生成するためのプラント30もまたプラント20(図2)に関連して説明した熱交換器ユニット25,26,27を備えており、すなわち、プラント30もまたC熱交換器25、合成ガス熱交換器26およびH2熱交換器27を備えており、全ての動作は上述した通りである(図2の説明参照)。
The
COコンバーター31は官能基を有した及び/または官能基を有さない合成炭化水素を生成するためのCOコンバーターであればいずれのCOコンバーターであっても良い。図3に示す実施形態においては、適切な触媒および温度及び/又は圧力用の制御ユニットを備えたCOコンバーターは、好ましくはフィッシャー・トロプシュコンバーター、ベルギウス・ピアコンバーターまたはピアコンバーターである。
The
1つの実施形態ではCOコンバーター31はフィッシャー・トロプシュコンバーターからなる。フィッシャー・トロプシュコンバーターは、触媒的に合成ガスを炭化水素と水に変換する。フィッシャー・トロプシュ反応器およびフィッシャー・トロプシュプロセスの幾つかの実施形態は当業者には公知であるので説明しない。主たる反応式は以下の様である:
nCO +(2n+1)H2→ CnH2n+2 + nH2O アルカン用
nCO +(2n)H2→ CnH2n + nH2O アルケン用
nCO +(2n)H2→CnH2n+1OH +(n−1)H2O アルコール用
In one embodiment, the
nCO + (2n + 1) H 2 → C n H 2n + 2 + nH 2 O nCO for alkane + (2n) H 2 → C n H 2n + nH 2 O nCO for alkene + (2n) H 2 → C n H 2n + 1 OH + (N-1) For H 2 O alcohol
フィッシャー・トロプシュプロセスは高温プロセスまたは低温プロセスとして実行可能であり、プロセス温度は通常200℃から400℃の範囲である。フィッシャー・トロプシュプロセスの公知の変形例は、高負荷合成、シントール合成およびシェル社のSMDSプロセス(SMDS=Shell Middle Distillate Synthesis)である。フィッシャー・トロプシュコンバーターは典型的には湿性ガス(プロパン、ブタン)、ガソリン、ケロシン、軟パラフィン、固形パラフィン、メタン、ディーゼル燃料またはこれら幾つかのガスを混合した炭化水素混合物を生成する。フィッシャー・トロプシュ合成が発熱反応であるということは当業者には公知である。フィッシャー・トロプシュプロセスからの反応熱は、例えば、熱交換器ユニット(図示せず)によって水を予熱するために使用可能である。例えばCコンバーター9に導入される水を2段予熱するプロセスが考えられ、この場合、第1予熱工程はCOコンバーター31の予熱によって実現され(フィッシャー・トロプシュコンバーターの実施形態において)、そして熱交換器ユニット25,26,27の1つ以上からの熱によって水を加熱する次の工程がある。
The Fischer-Tropsch process can be performed as a high temperature process or a low temperature process, and the process temperature is typically in the range of 200 ° C to 400 ° C. Known variants of the Fischer-Tropsch process are high-load synthesis, Sintole synthesis and Shell's SMDS process (SMDS = Shell Middle Distillate Synthesis). Fischer-Tropsch converters typically produce wet gases (propane, butane), gasoline, kerosene, soft paraffin, solid paraffin, methane, diesel fuel, or a mixture of these hydrocarbons. It is known to those skilled in the art that Fischer-Tropsch synthesis is an exothermic reaction. The reaction heat from the Fischer-Tropsch process can be used, for example, to preheat water by a heat exchanger unit (not shown). For example, a process of preheating water introduced into the
別の実施形態では、COコンバーター31はベルギウス・ピアコンバーターまたはMtLコンバーター(MtL=Methanol−to−Liquid)とピアコンバーターの組み合わせからなっている。
In another embodiment, the
ベルギウス・ピアコンバーターにおいて、当業者に周知であるベルギウス・ピアプロセスが実行され、炭化水素は炭素を水素により水素化することによって発熱的化学反応で発生する。ベルギウス・ピアプロセスからの生成物の範囲は反応条件と反応プロセスの制御に依存する。主として液体の生成物が得られ、この液体の生成物は燃料、例えば重油とミーディアムオイル(中粘度油)として使うことが可能である。ベルギウス・ピアプロセスの公知の変形例としては、例えば、コンソールプロセスおよびH−coalプロセスがある。 In the Bergius-Pier converter, the Bergius-Pier process, well known to those skilled in the art, is performed, where hydrocarbons are generated in an exothermic chemical reaction by hydrogenating carbon with hydrogen. The range of products from the Bergius Pier process depends on the reaction conditions and control of the reaction process. A predominantly liquid product is obtained, which can be used as fuel, for example heavy oil and medium oil (medium viscosity oil). Known variants of the Bergius Pier process include, for example, a console process and an H-coal process.
ピアコンバーターとMtLコンバーターの上述の組み合わせにおいて、最初に合成ガスはピアプロセスによってメタノールに変換される。MtLコンバーターはメタノールをガソリンに変換するコンバーターである。広く行き渡ったプロセスはエクソンモービル社またはエッソ社のMtLプロセスである。MtLコンバーターの出発原料は、典型的にはメタノールであり、例えばピアコンバーターからのメタノールである。MtLコンバーターによって生成する出口生成物はガソリンであり、このガソリンはオットーエンジンの運転のために適切である。 In the above combination of peer converter and MtL converter, first the synthesis gas is converted to methanol by a peer process. The MtL converter is a converter that converts methanol into gasoline. A widespread process is the MtL process of ExxonMobil or Esso. The starting material for the MtL converter is typically methanol, for example methanol from a peer converter. The exit product produced by the MtL converter is gasoline, which is suitable for Otto engine operation.
要約すると、上述した動作原理にかかわらず、COコンバーター31は、出力物すなわち最終生成物として、COとH2から官能基を有する及び/または官能基を有さない合成炭化水素を生成するということができる。熱交換器ユニットによって、COコンバーター31における発熱性の変換反応の間に生成されるプロセス熱は、プラントの異なった部分を加熱するために用いることが可能であり、または上述のプラントの効率を増加するための電気を発生するために用いることが可能である。
In summary, regardless of the operating principle described above, the
分離及び精製後の最終生成物として直接に更に処理することができない又は収益性の高い販売ができない炭化水素の混合物がCOコンバーター31の出口生成物として得られる限りにおいて、これらの炭化水素、例えばメタンまたは短鎖アルカンは上述したプロセスにおいて再利用することが可能である。この目的のために、プラント30は、合成的に生成された炭化水素の一部を炭化水素コンバーター3の炭化水素入口4に返送することができるリサイクル接続部39を備えている。再利用される合成的に生成された炭化水素の組成によって不適当な炭化水素が炭化水素入口4に導入されないように、不適当な炭化水素の処理または分離工程が実施される。
As long as a mixture of hydrocarbons is obtained as the outlet product of the
図4は官能基を有する及び/又は官能基を有さない合成炭化水素を生成するためのプラント40の別の実施形態を示す。プラント40は合成ガスを生成するための上述したプラント20および図3の実施形態で説明したCOコンバーター31を備えている。混合室21の合成ガス出口24はCOコンバーター31の合成ガス入口32に接続されている。混合室21は、使用中のCOコンバーター31のニーズに適合している合成ガスを合成ガス出口24で提供するように設定されている。プラント40の他の構成要素は、上述したものと同様であり、個々の構成要素の動作は上述した方法と同様である。
FIG. 4 shows another embodiment of a
プラントのサイズによって、所望の変換能力を得るために複数の炭化水素コンバーターを並列に運転することが考えられる。上述したように、炭化水素コンバーターは高温炭化水素コンバーター及び/又は低温炭化水素コンバーターとして構成することが可能である。高温炭化水素コンバーターは1000℃以上の温度で作動し、低温炭化水素コンバーターは200°から1000℃の温度で作動する。ここで、炭化水素のカーボンおよび水素への分解を行うため、付加的なエネルギー源、例えばマイクロ波ユニットを、エネルギーを炭化水素に直接に入力するために設けることが可能である。 Depending on the size of the plant, it is conceivable to operate a plurality of hydrocarbon converters in parallel to obtain the desired conversion capacity. As described above, the hydrocarbon converter can be configured as a high temperature hydrocarbon converter and / or a low temperature hydrocarbon converter. High temperature hydrocarbon converters operate at temperatures above 1000 ° C., and low temperature hydrocarbon converters operate at temperatures from 200 ° to 1000 ° C. Here, an additional energy source, for example a microwave unit, can be provided to input energy directly into the hydrocarbon in order to decompose the hydrocarbon into carbon and hydrogen.
複数の並列して作動する炭化水素コンバーターを有したプラントの例として、図5は官能基を有する及び/又は官能基を有さない合成炭化水素を生成するためのプラント30の別の実施形態を示す。図5は同一または類似した構成要素が説明されている限りにおいて先の実施形態と同一の参照符合を用いている。図5で示される実施形態において、高温炭化水素コンバーター3aと低温炭化水素コンバーター3bの組み合わせが単一の炭化水素コンバーター3の代わりに示されている。
As an example of a plant having a plurality of hydrocarbon converters operating in parallel, FIG. 5 shows another embodiment of a
高温炭化水素コンバーター3aは炭化水素入口4a、炭素を排出する第1出口5aおよび水素を排出する第2出口6aを備えている。また、単一の出口5aは炭素と水素の混合物(特にエアロゾル)のために設けることが可能である。第1出口5aは接続部8によってCコンバーター9のC入口11に接続されている。高温炭化水素コンバーター3aの任意の第2出口6aはCOコンバーター31のH2入口33に接続されている。高温炭化水素コンバーター3aは炭素用の別の出口(図5では図示せず)を任意的に備えることが可能である。
The high
低温炭化水素コンバーター3bは、炭化水素入口4bを有したプロセス室、炭素を排出する第1出口5b、水素を排出する第2出口6b、および炭素を排出する任意の第3出口7bを備えている。好ましくは、低温炭化水素コンバーター3bは、分解後に水素と炭素を分離し、且つ、水素とカーボンを各々の出口に導くための分離ユニットを備えている。第1出口5bは、任意的に接続部8を介してCコンバーター9のC入口11に接続されているが、炭素集積ユニットにも接続されている。低温炭化水素コンバーター3bの第2出口6bはCOコンバーター31のH2入口33に接続されている。任意の第3出口7bは炭素集積ユニットに接続され、この炭素集積ユニットから集積された炭素を例えばカーボンブラック、活性炭または別の形態で引き出すことが可能である。
The low
上述したように、H2接続部36a,36bを介して水素を導入することが必要でない場合には、COコンバーター31のH2入口33およびH2接続部36a、36bは任意的な構成要素となる。
As described above, when it is not necessary to introduce hydrogen through the H 2 connection portions 36a and 36b, the H 2 inlet 33 and the H 2 connection portions 36a and 36b of the
炭化水素入口4aに導入された炭化水素および炭化水素入口4bに導入された炭化水素は同一の炭化水素であってもよく、また、異なった炭化水素であってもよい。第1炭化水素源からの炭化水素は炭化水素入口4aに導入してもよく、例えば天然ガス源から天然ガスを炭化水素入口4aに導入してもよい。しかしながら、例えば、合成的に生成された官能基を有する及び/又は官能基を有さない炭化水素は、例えば先に説明した任意のリサイクル接続部39を介して低温炭化水素コンバーター3bの炭化水素入口4bに導入することが可能である。幾つかの並行に運転される炭化水素コンバーター3,3a,3bを利用するために、プラント30は、その規模を簡単に大きくしたり小さくしたり、より制御が簡単であり、且つ、異なった種類の炭素を生成可能である。
The hydrocarbon introduced into the
また、高温炭化水素コンバーター3aはCコンバーター9における変換プロセスのために好ましくは1000℃以上の温度でホット炭素を生成するために有利に使用可能である。特に、分解によって得られるC−H2混合物は直接的にCコンバーターに導入可能であるので、高温炭化水素コンバーター3aは分離ユニットが無くても動作可能である。この場合、Cコンバーター9は出口で、例えば、約1:1のC−H2混合比を有した合成ガスを生成する。
Also, the high
しかしながら、低温炭化水素コンバーター3bは、COコンバーター31において合成ガス生成用又は1:3より大きなC−H2混合比を有するC−H2混合物生成用の付加的な水素を提供するために主として使用される。低温炭化水素コンバーター3bから次のプロセスへの熱伝達は必要ではないため、低温炭化水素コンバーター3bは1000℃以下の温度好ましくは可能な限り最も低い温度で有利に操作可能である。
However, low
これゆえ、炭化水素コンバーター3a,3b(好ましくは高温炭化水素コンバーター3a)において生成される炭素の一部は、プラント30の運転中にCコンバーター9に導入可能であるのに対し、別の一部の炭素(好ましくは低温炭化水素コンバーター3bからの一部)は、更なる生成物を生成するための原料としてプロセスから転用することも可能である。そのような生成物は、例えば、カーボンブラックまたは工業用すす、活性炭、カーボンディスクやカーボンコーンといった、黒い粉末状固形物として得られる特殊炭素等である。
この炭素は、ゴム工業における充填材、カラー印刷、インク、塗料用の色のついたすすとして、または例えば、亜鉛炭素電池、及び陰極または陽極の生成用の電気部品の生成のための出発原料として使用可能である工業的に重要な生成物である。余剰の水素は化学工業のために転用可能であり、また、電気(燃焼によってまたは燃料電池によって)を発生するために使用可能である。ここで、低温炭化水素コンバーター3bは、好ましくは低温炭化水素コンバーター3bが必要な付加的な水素を提供するのみであるように操作される。
Thus, some of the carbon produced in the
This carbon is used as a colored soot for fillers, color printing, inks, paints in the rubber industry or as a starting material for the production of, for example, zinc-carbon batteries and electrical components for the production of cathodes or anodes. It is an industrially important product that can be used. Excess hydrogen can be diverted for the chemical industry and can be used to generate electricity (either by combustion or by fuel cells). Here, the low
図6は官能基を有する及び/又は官能基を有さない合成炭化水素を生成するための上記プラント40の別の実施形態を示し、この別の実施形態においては複数の並行に運転される高温及び/又は低温炭化水素コンバーターが同様に設けられている。図6に示す炭化水素を生成するプラント40は、混合室21がCOコンバーター31の上流に位置している点で図5に示すプラント30とは異なっている。混合室21はCOコンバーター31に特に適合する合成ガスを混合し、COコンバーター31に合成ガスを送る。図6に示す構成要素は既に説明しており、上述した原理に従って作動する。それゆえ、重複した説明を避けるために詳細な説明は省略する。
FIG. 6 shows another embodiment of the
図7及び8はプラント20及び30の実施形態を示し、プラント20及び30はC熱交換器ユニット25、合成ガス熱交換器ユニット26及びH2熱交換器ユニット27を備えており、各熱交換器ユニットはエンジン/発電機装置45に接続されている。エンジン/発電機装置45はプラントの異なった部分からの余剰の熱から少なくとも部分的に電気を発生するために適当であり、前記電気は高圧線配線網に供給することが可能であるか又はプラント20、特に炭化水素コンバーターを運転するために使うことが可能である。また、エンジン/発電機装置45は熱交換器ユニット(図8では図示せず)に接続可能であり、この熱交換器ユニットはCOコンバーター31内で起こる発熱性変換プロセスによって発生する熱を放散する。これゆえ、一方では、COコンバーターを制御され調整された方法で冷却することが可能であり、このことはプロセスの操作のためには有利であり、他方では電気を発生させることが可能である。エンジン/発電機装置45は熱エネルギーを電気に変えるために適当である装置であればいずれの装置でもあってもよく、例えば蒸気タービンと発電機の組み合わせ又はピストンエンジンと発電機の組み合わせ等である。
7 and 8 show embodiments of
運転中、エンジン/発電機装置45はプラントの余剰の熱を電気に変換し、すなわち、炭素−水変換に必要でない熱を電気に変換する。
During operation, the engine /
エンジン/発電機装置45及び熱交換器ユニット25,26及び27は上述した全てのプラントで使用することが可能な任意の構成要素である。各々の炭化水素コンバーター3,3a,3bにおける作動温度によって、各第2炭素出口7,7a,7bから排出された炭素は相当量の熱エネルギーを含んでいる。排出された炭素の所望の温度によって、大量の熱エネルギーを熱交換器ユニット(図示せず)によって放散することが可能であり、この熱はここで説明されるプロセスで再利用することが可能であり及び/又はエンジン/発電機装置45を用いて電気に変換することが可能である。
The engine /
官能基を有する及び/又は官能基を有さない合成炭化水素を生成するためのプラント30及び40において、炭化水素コンバーター3,3a,3bからの水素の冷却及び/又はCコンバーター9からの合成ガスの冷却は、炭化水素及び水素の温度がCOコンバーター31の動作温度以下に低下しない範囲で行われる。COコンバーター31の動作温度は、選択されるプロセスによるが通常200℃から400℃の間である。
Cooling of hydrogen from
上述した全てのプラントにおいて、炭化水素コンバーター3は1000℃以上の温度で作動する高温反応器(例えば、クバーナー高温反応器)または200℃から1000℃の間の温度で作動する低温反応器(例えば、クバーナー低温反応器)である。現時点でテストされた低温反応器は400℃から900℃の温度で作動する。200℃から900℃の温度で作動する低温反応器の場合、Cコンバーター9が800℃から1700℃の間の温度、好ましくは1000℃から1200℃の間の温度で作動するので、導入された炭素は炭化水素コンバーター3とCコンバーター9の間の接続部8で予熱されると考えられる。高温コンバーター及び/又は低温コンバーターとの組み合わせは上述の全てのプラント1,20,30及び40において使用可能であるということは図7及び図8から明らかとなる。
In all the plants mentioned above, the
上述した全てのプラント1,20,30及び40において、炭化水素コンバーター3,3a,3bで生成する炭素の一部がプラント1,20,30及び40のCコンバーター9において転換されない限り、前記炭素の一部はカーボンブラック、活性炭或いは他の原料として転用可能である。上述したプラントの全てにおいて複数のCコンバーターが設けられるということが更に留意される。ここで、水が加えられる時に、これらCコンバーターの各々はカーボンの一部を合成ガスに転換することが可能である。また、望ましくない炭化水素を炭化水素コンバーター3の炭化水素入口4,4a,4bに供給することによって、COコンバーター31で生成される望ましくない官能基を有する及び/又は官能基を有さない合成炭化水素を任意的に再利用することは上記全てのプラント30及び40において実施することが可能である。
In all the
プラント1,20,30及び40において、また合成ガス及び/又は官能基を有する及び/又は官能基を有さない合成炭化水素を生成するための方法において、余剰の水素が生成可能である。余剰の水素は、例えば、低い水素含有量を有する合成ガスとともに残り、また、COコンバーター31で生成される合成炭化水素によっては、水素を混合室21又はCOコンバーター31に導入することは必要ではない。これらの場合、余剰の水素は燃焼によって直接に又は燃料電池によって電気に変換可能である。これゆえ、これらの方法は外部から電気的入力がなくても実質的に実施可能である。このことは、強力で一般的な高圧線配電網が得られない離れた場所で作動されるプラントには特に有利である。炭化水素コンバーター3で生成される水素の一部はプロセスから直接に取り出すことが可能であり、産物として市場に提供することが可能であるということに留意すべきである。
Surplus hydrogen can be produced in the
全てのプラントにおいて、コンバーター3,9,31と混合室21の間での炭素、合成ガス、水素及び外部COの各々の流れはバルブ、シャッター、スライダー等によって制御可能である。特に、合成ガス及び水素又はCOのCOコンバーター31への流入はバルブによって制御可能であると考えられる。そして、合成ガスと水素又は所望の割合でのCOの混合はCOコンバーター31内で直接に起こる。
In all plants, the flow of carbon, synthesis gas, hydrogen and external CO between the
上述の全てのプラントにおいて、COコンバーター31は複数のCOコンバーター(図示せず)から構成されてもよく、炭化水素コンバーター3,3a,3bで発生及び分離された水素とCコンバーター9で発生した合成ガスの総量は複数のCOコンバーターに任意に分配することが可能である。個々のCOコンバーターは上述のデザインの1つ及び動作モードを有している。COコンバーターは同一のデザインでも良いし又は異なったデザイン又は動作モードを持っていても良い。異なったCOコンバーターを有した実施形態においては、個々のCOコンバーターは、それぞれ異なって構成された合成ガスによって操作され、異なった最終生成物を生成する。
In all the above-mentioned plants, the
方法をさらに例証するため、幾つかの例を以下に示す:
例1
メタン1部を炭化水素コンバーターで分解する場合、1部の炭素と2部の水素が得られる。Cコンバーターにおいて、炭素は1部の水と反応し、1部の一酸化炭素と1部の水素を形成する。1.1部の水素を加えた後、合成ガスがCOコンバーターで反応しパラフィン(炭化水素化合物)へと変換される。その後、依然として充分な水素はパラフィンを更なる工程でディーゼル、オットー燃料またはケロシンに分解するために利用される。
例2
プロパン(ブタン)1部を炭化水素コンバーターで分解する場合、3(4)部のカーボンと4(5)部の水素が得られる。Cコンバーターにおいて炭素は3(4)部の水と反応し、3(4)部の一酸化炭素と3(4)部の水素を形成する。3.3(4.4)部の水素を加えた後、合成ガスがCOコンバーターで反応しパラフィンへと変換される。いずれの場合においても、残留する水素の量はパラフィンを更なる工程でディーゼル、オットー燃料またはケロシンに分解するためにまさに充分である。
例3
1部の重油(例えばC20H42)を炭化水素コンバーターで分解する場合、20部の炭素と21部の水素が得られる。Cコンバーターで炭素は20部の水と反応し、20部の一酸化炭素と20部の水素を形成する。21部の水素を加えた後、合成ガスが別のCOコンバーターにおいて反応し20部のメタノールに変換される。
To further illustrate the method, some examples are given below:
Example 1
When 1 part of methane is cracked with a hydrocarbon converter, 1 part of carbon and 2 parts of hydrogen are obtained. In the C converter, the carbon reacts with 1 part water to form 1 part carbon monoxide and 1 part hydrogen. After adding 1.1 parts of hydrogen, the synthesis gas reacts in a CO converter and is converted to paraffin (hydrocarbon compound). Thereafter, still enough hydrogen is utilized to break down the paraffin into diesel, otto fuel or kerosene in a further step.
Example 2
When 1 part of propane (butane) is cracked with a hydrocarbon converter, 3 (4) parts of carbon and 4 (5) parts of hydrogen are obtained. In the C converter, the carbon reacts with 3 (4) parts of water to form 3 (4) parts of carbon monoxide and 3 (4) parts of hydrogen. After adding 3.3 (4.4) parts of hydrogen, the synthesis gas reacts in a CO converter and is converted to paraffin. In any case, the amount of hydrogen remaining is just enough to break down the paraffin into diesel, otto fuel or kerosene in a further step.
Example 3
When cracking 1 part heavy oil (eg C 20 H 42 ) with a hydrocarbon converter, 20 parts carbon and 21 parts hydrogen are obtained. In the C converter, the carbon reacts with 20 parts of water to form 20 parts of carbon monoxide and 20 parts of hydrogen. After adding 21 parts of hydrogen, the synthesis gas reacts in another CO converter and is converted to 20 parts of methanol.
ここで説明された方法において、炭化水素コンバーター3で炭化水素を分解することによって生成された水素は分解工程で形成された炭素と分離され、低い水素含有量の合成ガスを形成した後に、分離した水素は、低い水素含有量の合成ガスに所望の比率で加えることが可能である。これゆえ、COに対する水素の比率の範囲は1.0から3.0の間で得られる。余剰の炭素を部分酸化することによって、比率<1.0となり、余剰の炭素を使用しないことによって、比率>3.0とすることができる。
In the method described here, the hydrogen produced by cracking the hydrocarbons in the
本発明を好ましい実施形態に関して詳細に説明したが、説明した実施形態の個々の特徴は、それらの特徴が両立できる限りにおいて自由に組み合わせることが可能である。また、上述した実施形態の個々の特徴は、それらの特徴が絶対に必要でない限りにおいて省くことができる。多くの変形が本発明の範囲から逸脱することなく当業者には明らかである。官能基を有する及び/又は官能基を有さない合成炭化水素を発生するプラントの特別の簡易な実施形態においては、Cコンバーターは単純なパイプとして(例えば、分離ユニットがなく、高温の炭化水素コンバーターの出口パイプとして)設計可能であり、水入口は前記パイプに通じる。水入口は、二つの媒体の流れが良好に混合しあうように前記パイプに合流するべきである。特に、操作の最初にパイプを動作温度に加熱するために、パイプは入口部分で断熱することが好ましく、加熱ユニットに接続しても良い。また、下流で、パイプは、余剰の熱を引き出して、プラントの他の部分を加熱するため及び/又は発電するため、この熱を使用するようになっている熱交換器に接続されることが好ましい。加えて、パイプは、同一のパイプがCコンバーターとして機能するのみならず、特定の混合比を有した合成ガスを生成するための混合室としても機能するように、水素用の入口パイプ(例えば、熱交換器の下流で)からなっていてもよい。水素用の入口パイプは低温炭化水素コンバーター(分離ユニットを備える)の水素用の出口から始まっても良い。この場合、所定の混合比を有した合成ガスが排出されるパイプの出力端はCOコンバーター内で終わってもよい。 Although the invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the individual features of the described embodiments can be freely combined as long as they are compatible. Also, individual features of the above-described embodiments can be omitted as long as those features are not absolutely necessary. Many variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the invention. In a particular simple embodiment of a plant that generates synthetic hydrocarbons with and / or without functional groups, the C converter is a simple pipe (for example, without a separation unit, a high temperature hydrocarbon converter As the outlet pipe), and the water inlet leads to said pipe. The water inlet should join the pipe so that the two media streams mix well. In particular, in order to heat the pipe to the operating temperature at the beginning of the operation, the pipe is preferably insulated at the inlet portion and may be connected to a heating unit. Also downstream, the pipe can be connected to a heat exchanger that uses this heat to draw excess heat and heat other parts of the plant and / or generate electricity. preferable. In addition, the pipe may be an inlet pipe for hydrogen (e.g., so that the same pipe functions not only as a C converter but also as a mixing chamber for producing synthesis gas having a specific mixing ratio). Or downstream of the heat exchanger. The inlet pipe for hydrogen may start from the outlet for hydrogen of the low temperature hydrocarbon converter (comprising a separation unit). In this case, the output end of the pipe from which the synthesis gas having a predetermined mixing ratio is discharged may end in the CO converter.
Claims (22)
水を前記分解工程によって生成された炭素の少なくとも一部と800℃から1700℃の温度で接触させ、炭素を水と接触させる際には、分解工程で得られた炭素は前記分解工程後、その温度の50%以下の温度(℃)だけ冷却する状態であり、
前記分解工程で得られた炭素と水の少なくとも一部を合成ガスに変換する合成ガス生成方法であって、
前記分解工程で得られた炭素と前記分解工程で得られた水素を共に水と接触させることを特徴とする合成ガス生成方法。 The introduction of energy breaks down the hydrocarbon containing fluid into carbon and hydrogen, at least a portion of the energy is provided by heat, the carbon and hydrogen having a temperature of at least 200 ° C. after the cracking step;
When water is brought into contact with at least a part of the carbon produced in the decomposition step at a temperature of 800 ° C. to 1700 ° C. and carbon is brought into contact with water, the carbon obtained in the decomposition step is The temperature is cooled by 50% or less of the temperature (° C.),
A synthesis gas generation method for converting at least a part of carbon and water obtained in the decomposition step into synthesis gas,
A method for producing synthesis gas, comprising bringing carbon obtained in the decomposition step and hydrogen obtained in the decomposition step into contact with water.
水を前記分解工程によって生成された炭素の少なくとも一部と800℃から1700℃の温度で接触させ、炭素を水と接触させる際には、分解工程で得られた炭素は前記分解工程後、その温度の50%以下の温度(℃)だけ冷却する状態であり、
前記分解工程で得られた炭素と水の少なくとも一部を合成ガスに変換する合成ガス生成方法であって、
炭素を水と接触させる工程の前に、前記分解工程で得られた炭素の少なくとも一部は前記分解工程で得られた水素と分離され、
分離された水素の少なくとも一部は変換工程で生成された合成ガスに添加されることを特徴とする合成ガス生成方法。 The introduction of energy breaks down the hydrocarbon containing fluid into carbon and hydrogen, at least a portion of the energy is provided by heat, the carbon and hydrogen having a temperature of at least 200 ° C. after the cracking step;
When water is brought into contact with at least a part of the carbon produced in the decomposition step at a temperature of 800 ° C. to 1700 ° C. and carbon is brought into contact with water, the carbon obtained in the decomposition step is The temperature is cooled by 50% or less of the temperature (° C.),
A synthesis gas generation method for converting at least a part of carbon and water obtained in the decomposition step into synthesis gas,
Prior to the step of contacting the carbon with water, at least a portion of the carbon obtained in the cracking step is separated from the hydrogen obtained in the cracking step;
A method for producing synthesis gas, wherein at least a part of the separated hydrogen is added to the synthesis gas produced in the conversion step.
請求項1乃至9のいずれか1項に記載の方法により合成ガスを最初に発生させ、合成ガスを官能基を有する及び/又は官能基を有さない合成炭化水素に変換するために、合成ガスを適当な触媒と接触させ、触媒及び/又は合成ガスの温度は所定範囲の温度に開ループ制御又は閉ループ制御されることを特徴とする官能基を有する及び/又は官能基を有さない合成炭化水素生成方法。 A method for producing a synthetic hydrocarbon having a functional group and / or having no functional group,
A synthesis gas for first generating a synthesis gas by the method according to any one of claims 1 to 9 and converting the synthesis gas into a synthetic hydrocarbon with and / or without functional groups. A synthetic carbon with and / or without functional groups, characterized in that the catalyst and / or the synthesis gas temperature is open-loop controlled or closed-loop controlled to a temperature in a predetermined range. Hydrogen generation method.
炭化水素含有流体を炭素と水素に分解する炭化水素コンバーターを備え、
炭化水素コンバーターは、炭化水素含有流体用の少なくとも一つの入口と炭素及び/又は水素用の少なくとも一つの出口と、少なくとも部分的に熱からなるエネルギーをプロセス室に導入するための少なくとも一つのユニットとを有した少なくとも一つのプロセス室を備え、
水と炭素の変換用のCコンバーターを備え、
Cコンバーターは、水用の少なくとも一つの入口と、少なくとも炭素用の少なくとも一つの入口と、少なくとも一つの出口とを有した少なくとも一つの別のプロセス室を備え、
少なくとも炭素用の入口は、炭化水素コンバーターの少なくとも一つの出口に直接的に接続され、
炭化水素コンバーター、炭化水素コンバーターの少なくとも一つの出口、Cコンバーター、Cコンバーターの少なくとも一つの入口は、炭化水素コンバーター内で生成された炭素と水素を共にCコンバーターに導くように構成されていることを特徴とする合成ガス生成装置。 A syngas generator,
Equipped with a hydrocarbon converter that breaks hydrocarbon-containing fluids into carbon and hydrogen,
The hydrocarbon converter comprises at least one inlet for a hydrocarbon-containing fluid, at least one outlet for carbon and / or hydrogen, and at least one unit for introducing at least partly heat energy into the process chamber. Having at least one process chamber with
It has a C converter for water and carbon conversion,
The C-converter comprises at least one separate process chamber having at least one inlet for water, at least one inlet for at least carbon, and at least one outlet;
At least the inlet for carbon is directly connected to at least one outlet of the hydrocarbon converter;
The hydrocarbon converter, at least one outlet of the hydrocarbon converter, the C converter, and at least one inlet of the C converter are configured to direct both carbon and hydrogen generated in the hydrocarbon converter to the C converter. A synthesis gas generator characterized by the above.
炭化水素含有流体を炭素と水素に分解する炭化水素コンバーターを備え、
炭化水素コンバーターは、炭化水素含有流体用の少なくとも一つの入口と炭素及び/又は水素用の少なくとも一つの出口と、少なくとも部分的に熱からなるエネルギーをプロセス室に導入するための少なくとも一つのユニットとを有した少なくとも一つのプロセス室を備え、
水と炭素の変換用のCコンバーターを備え、
Cコンバーターは、水用の少なくとも一つの入口と、少なくとも炭素用の少なくとも一つの入口と、少なくとも一つの出口とを有した少なくとも一つの別のプロセス室を備え、
少なくとも炭素用の入口は、炭化水素コンバーターの少なくとも一つの出口に直接的に接続され、
分解により得られた炭素と分解により得られた水素を分離する分離ユニットを備え、前記分離ユニットは分離ユニットで分離した物質用の個別の出口を有し、炭素用の出口はCコンバーターと接続し、分離ユニットで分離された水素用の個別の入口パイプを備え、水素用の入口パイプは水素をCコンバーターまたはCコンバーターの下流に位置する混合室に導くことを特徴とする合成ガス生成装置。 A syngas generator,
Equipped with a hydrocarbon converter that breaks hydrocarbon-containing fluids into carbon and hydrogen,
The hydrocarbon converter comprises at least one inlet for a hydrocarbon-containing fluid, at least one outlet for carbon and / or hydrogen, and at least one unit for introducing at least partly heat energy into the process chamber. Having at least one process chamber with
It has a C converter for water and carbon conversion,
The C-converter comprises at least one separate process chamber having at least one inlet for water, at least one inlet for at least carbon, and at least one outlet;
At least the inlet for carbon is directly connected to at least one outlet of the hydrocarbon converter;
A separation unit for separating carbon obtained by cracking from hydrogen obtained by cracking, the separation unit having individual outlets for substances separated by the separation unit, and the outlet for carbon is connected to a C converter; A synthesis gas generator comprising a separate inlet pipe for hydrogen separated by a separation unit, wherein the inlet pipe for hydrogen guides hydrogen to a C converter or a mixing chamber located downstream of the C converter.
炭化水素含有流体用の少なくとも一つの入口を有した少なくとも一つのプロセス室と、
少なくとも部分的に熱からなるエネルギーをプロセス室に導入するための少なくとも一つのユニット、
分解によって得られた炭素と分解によって得られた水素とを分離する分離ユニットとを備え、
分離ユニットは炭素と水素用の個別の出口を有し、水素用の出口は水素用の別の入口に接続されていることを特徴とする請求項12乃至18のいずれか1項に記載の合成ガス生成装置。 Having at least one additional hydrocarbon converter to decompose the hydrocarbon-containing fluid into carbon and hydrogen, the hydrocarbon converter comprising:
At least one process chamber having at least one inlet for the hydrocarbon-containing fluid;
At least one unit for introducing at least partly heat energy into the process chamber,
A separation unit for separating carbon obtained by decomposition and hydrogen obtained by decomposition;
The synthesis according to any one of claims 12 to 18, characterized in that the separation unit has separate outlets for carbon and hydrogen, the outlet for hydrogen being connected to another inlet for hydrogen. Gas generator.
請求項12乃至20のいずれか1項に記載の装置と、
触媒が位置するプロセス室と、合成ガスを触媒に接触させる手段と、触媒の温度及び/又は合成ガスの温度を所定の温度に開ループ制御又は閉ループ制御する制御ユニットとを有したCOコンバーターとを備えたことを特徴とする合成ガスの炭化水素への変換装置。 An apparatus for converting synthesis gas into a synthetic hydrocarbon having a functional group and / or no functional group,
21. A device according to any one of claims 12 to 20,
A CO converter having a process chamber in which the catalyst is located, means for bringing the synthesis gas into contact with the catalyst, and a control unit for performing open-loop control or closed-loop control of the catalyst temperature and / or the synthesis gas temperature to a predetermined temperature. An apparatus for converting a synthesis gas into a hydrocarbon, comprising:
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