JPH11240701A

JPH11240701A - 水素―ｃｏ―ガス混合物を含有する合成ガスの製造法

Info

Publication number: JPH11240701A
Application number: JP10370231A
Authority: JP
Inventors: Baldur Dr Eliasson; エリアソンバルデュル; Ulrich Dr Kogelschatz; コーゲルシャッツウルリッヒ; Li-Ming Dr Zhou; チョウリ−ミン
Original assignee: ABB RES Ltd
Current assignee: ABB RES Ltd
Priority date: 1997-12-27
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 1999-09-07
Also published as: AU9701598A; CA2256957A1; DE19757936A1; DE19757936B4; US6284157B1

Abstract

(57)【要約】【課題】望ましくない温室ガスおよび水素含有ガスま
たは蒸気からの燃料および／または動力用燃料を有効に
取得する場合に、後接続された液体容器の出口側で予め
設定することが可能な合成ガス体積比を十分良好に維持
する。【解決手段】ＣＨ_４−ＣＯ_２−ガス混合物を放電反応
器１に導通させ、この放電反応器中で交流電源９からの
弱電流によりガス放電装置を誘電体２上で操作すること
により、前記ガス混合物を含有する入口ガス７からＨ_２
−ＣＯ−ガス混合物を含有する合成ガス８を製造する方
法の場合に、含量Ｖ＝（ＣＯ_２／（ＣＯ_２＋ＣＨ_４））
・１００の合成ガス８中でＣＯ_２の予め設定することが
可能な合成ガス体積比Ｒ＝Ｈ_２／ＣＯを所定の関数ｆに
応じて調節し、これから引き出すことができる所属して
いる関数値を±２０％以下で偏倚させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明の場合には、請求項１
記載の上位概念に記載の水素（Ｈ_２）−ＣＯ−ガス混合
物を製造するための方法から出発する。

【０００２】

【従来の技術】請求項１記載の上位概念によれば、本発
明は、ＷＯ９７／２９８３３から公知の技術水準に関
連するものである。このＷＯ９７／２９８３３の記載
によれば、望ましくない温室ガス、特に窒素ガスまたは
笑気および水素含有ガスまたは蒸気からの燃料および／
または動力用燃料を有効に取得するために、前記ガスに
は、第１反応器中で静電気放電が行なわれる。この場
合、励起されたかまたはイオン化された原子および／ま
たは分子は、銅含有の第１触媒を有する触媒反応器中で
Ｈ_２および場合によってはＣＯに変換される。放電弁を
介して、液体容器中で液体は燃料および／または動力用
燃料から分離される。液体容器から逃出するガスは、第
２触媒を有する熱反応器上に導かれ、かつ放圧弁を介し
て放圧される。後接続された液体容器中で、例えばＣＨ
_３ＯＨは、望ましい動力用燃料の液体として分離され
る。出口側で予め設定することが可能な合成ガス−体積
比Ｒ＝Ｈ _２／ＣＯを維持するために、入口ガスのＣＯ_２
の含量が反応器に必要であるという教示は、前記のＷＯ
９７／２９８３３からは認めることができない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明には、前記に記
載されたような課題が課された。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１に定
義されているように、冒頭に記載された種類のＨ_２−Ｃ
Ｏ−ガス混合物を製造する方法を、合成ガス−体積比Ｒ
＝Ｈ_２／ＣＯの予め設定することが可能な値に対して入
口ガスでＣＯ_２の必要とされる含量を規定することがで
きるようにさらに進展させることである。

【０００５】本発明の好ましい実施態様は、係属してい
る請求項２から６までのいずれか１項に記載されてい
る。

【０００６】本発明の利点は、合成ガスを望ましい組成
で効果的に取得することができることにある。入口ガス
の定義された組成の場合には、僅かな炭素が形成され、
この炭素は、望ましくない導電性の被膜として放電反応
器の反応室中で沈殿しうるかまたは若干量でその中に収
納された触媒を損傷させうる。前記の利点は、特にガス
混合物のＣＯ_２含量が５０％を上廻る場合に著しい。付
加的に、入口ガスに水蒸気が混合していることは、好ま
しく、この場合この水蒸気は、炭素形成の減少のために
貢献する。

【０００７】他の１つの利点は、反応温度が１００℃以
下であることにある。合成は、入口ガスの圧力、その温
度および通過量とは全く関係がない。

【０００８】また、触媒なしに運転させることができる
製造方法によって、電気エネルギーは、化学的に変換さ
せることができ、蓄積させることができ、かつ容易に運
搬することができる。入口側での動力用燃料は、安価に
提供される。空気中の望ましくないＣＯ_２含量は、減少
させることができる。

【０００９】次に、本発明を実施例につき詳説する。

【００１０】

【実施例】図面には、同じ部分は、同じ参照符号で示さ
れている。

【００１１】石英からなる誘電管（２）、その中に配置
された、耐蝕性金属または金属合金または導電性層から
なる内部電極（３）、同時に外部電極として使用され
る、アースされた金属容器もしくは鋼製管（４）、およ
び反応室（６）中で誘電管（２）と鋼製管（４）との間
に配置された触媒（５）を備えた触媒反応器もしくは放
電反応器もしくは反応器（１）の反応室（６）中に左側
から入口ガス（７）を供給する。入口ガス（７）として
動力用燃料のメタンＣＨ_４および二酸化炭素ＣＯ _２を使
用し、この動力用燃料を反応器（１）中でＨ_２−ＣＯ−
ガス混合物からなる反応ガスもしくは出口ガスもしくは
合成ガスに変換し、矢印の方向で右向きに放出する。入
口ガス（７）は、付加的に水蒸気を含有することができ
る。鋼製管（４）は５４ｍｍの内径を有し、石英管
（２）は５２ｍｍの外径を有し、この場合肉厚は、２.
５ｍｍである。石英管（２）の外側円筒体表面と反応器
（１）の鋼製管の内側円筒体表面との間の距離は、０.
５ｍｍ〜３ｍｍの範囲内、特に１ｍｍである。反応室
（６）の長さは、３１０ｍｍであり、その体積は、約５
０ｍｌである。

【００１２】内部電極（３）は、端部側で５ｋＶ〜５０
ｋＶの範囲内、特に２０ｋＶの交流電圧および５０Ｈｚ
〜１ＭＨｚの範囲内、特に３０ｋＨｚの周波数を有する
交流電圧源（９）と電気接続されている。交流電圧源
（９）の効率は、１００Ｗ〜１ｋＷの範囲内にある。

【００１３】触媒（５）は、ガラスフリースもしくはガ
ラス繊維フリースからなるガス透過性および蒸気透過性
の担持材料もしくは触媒担体を有し、この上には、１ｍ
ｍ未満の直径を有する触媒材料もしくは触媒粉末もしく
は触媒粒子が均一に分散されている（図示されていな
い）。放電反応器（１）は、触媒（５）なしに運転され
てもよい。

【００１４】外側には、少なくとも鋼製管（４）の範囲
の周囲にサーモスタットもしくは発熱体または加熱装置
（１０）が設けられており、これを用いて反応室（６）
は、１００℃以上の予め設定することが可能な反応温度
に維持されることができる。地上の大気を加熱するため
の望ましくない温室効果に貢献しうる動力用燃料ガスＣ
Ｈ_４およびＣＯ_２は、図示されていない高圧瓶からガス
量調節装置（１１）もしくは（１３）および弁（１２）
もしくは（１４）を介して放電反応器（１）に入口ガス
（７）として供給される。ＣＯ_２は、主に発電所の煙道
ガスおよび天然ガス鉱区からのＣＨ_４から取得される。
ガス量調節装置（１１）もしくは（１３）を通るガス通
過量は、圧力および温度の標準条件に対して０.１ｌ
／分〜４ｌ／分の範囲内にある。

【００１５】出口側で反応器（１）は、１０６Ｐａの圧
力のための放圧弁（１５）により反応室（６）中で凝縮
分離器または液体容器（１６）と結合しており、これら
凝縮分離器または液体容器は、液体窒素で冷却されてい
てもよい。反応室（６）中の反応温度は、加熱装置（１
０）により、例えば３５０℃までの予め設定することが
可能な温度に一定に維持することができる。

【００１６】ガスを放圧弁（１５）の後方で放圧するこ
とによって、液体容器（１６）中で反応生成物、例えば
メタノール等からなる反応液体（１７）は、炭化水素化
合物と分離され、この炭化水素化合物は、燃料として利
用されうる。液体容器（１６）から退出するＨ_２−ＣＯ
−ガス混合物は、ガス通過量測定装置（１８）に供給さ
れ、このガス通過量測定装置を用いて発生された量の合
成ガス（８）は、検出させることができる。

【００１７】入口ガス（７）には、不純物として別のガ
スおよび／または蒸気、例えばＨ_２Ｏ、ＳＯ_２、ＣＯ、
ＮＯ_ｘ、Ｈ_２ＳおよびＯ_２が１０％までの体積分で混合
されていてもよい。

【００１８】記載された放電反応器（１）を用いた場合
には、４６％までのＨ_２濃度および１４％までのＣＯ濃
度は、ＣＨ_４：ＣＯ_２＝８：２の比で達成されることが
でき、この場合には、ＣＨ_４の６４％およびＣＯ_２の５
４％が変換されていた。ＣＯに対するＣ選択度は、３０
％であり、即ち入口ガス（７）からの炭素Ｃ３０％が合
成ガス（８）中の反応生成物に移行する。Ｈ_２の選択度
は、５０％である。４：１までの合成ガスの体積比Ｒ＝
Ｈ_２／ＣＯに関しては、それに属するＣＨ_４／ＣＯ_２の
量比を記載することができる。合成ガスの体積比Ｒが１
以下であることは、接触的方法、例えば酢酸の製造にと
って特に経済的に重要なことである。

【００１９】放電反応器（１）中での入口ガス（７）の
化学的変換は、エネルギー供給下に次の方程式により進
行する：ＣＯ_２＋ＣＨ_４→２・ＣＯ＋２・Ｈ_２この場合、１モル当たりのエンタルピー差ΔＨは、２２
３．５ｋＪである。従って、この方法は、エネルギーの
蓄積およびエネルギーの輸送に使用されることができ、
この場合電気的エネルギーは、化学的に変換される。

【００２０】図２には、縦座標にプロットされている体
積％での入口ガス（７）のＣＯ_２含量：Ｖ＝（ＣＯ_２／（ＣＯ_２＋ＣＨ_４））・１００と横座標にプロットされている合成ガスの体積比Ｒ＝Ｈ
_２／ＣＯとの関係が関数曲線（ｆ）で示されている。右
側には、体積％での入口ガス（７）のＣＨ_４含量がプロ
ットされている。入口ガス（７）のＣＨ_４含量は、ＣＯ
_２含量で補償されることによって１００となる。合成ガ
スの体積比Ｒに、例えばメタノールの製造に必要とされ
るような２の値が望ましい場合、関数曲線（ｆ）には、
約２０体積％の入口ガス（７）のＣＯ_２含量が取られ
る。メタンの製造には、Ｒ＝３等が必要とされる。望ま
しいＲ値に応じて、関数曲線（ｆ）から入口ガス（７）
の必要とされるＣＯ_２含量を読取ることができる。所定
の合成ガス体積比Ｒに対する入口ガス（７）のＣＨ_４−
ＣＯ_２−ガス混合物が、それに属する値もしくはＣＯ_２
含量の±２０％以下、特に±５％以下だけ関数曲線
（ｆ）から偏倚していることは、重要なことである。

【００２１】Ｒの所定の値について、入口ガス（７）の
ＣＯ_２の試験された含量Ｖは、関数曲線ｆ（Ｖ，Ｒ）か
ら次の方程式により得られる：Ｖ＝−４.７６・Ｒ^３＋３７.５７・Ｒ^２−９９.１３・
Ｒ＋１０５.３９。

【００２２】放電反応器（１）中での反応は、室温で実
施されることができ、このことは、エネルギーの節約と
なる。

【００２３】入口ガス（７）への水蒸気の付加は、変換
プロセスにプラスに作用する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガス入口管およびガス出口管を備えた放電反応
器を示す略図。

【図２】入口ガスのＣＯ_２含量に依存する合成ガス体積
比Ｒ＝Ｈ_２／ＣＯを表わす関数曲線を示す線図。

【符号の説明】１反応器、２誘電体、３内部電極、４外
部電極、５触媒、６反応室、７入口ガス、
８出口ガス、９交流電圧源、１０発熱体、１
１ＣＨ_４用ガス量調節装置、１２弁、１３Ｃ
Ｏ_２用ガス量調節装置、１４弁、１５放圧
弁、１６液体容器、１７反応生成物、１８
ガス通過量測定装置、ｆ関数曲線、Ｒ合成ガス
体積比Ｈ_２／ＣＯ、Ｖ％での入口ガス（７）のＣＯ
_２含量

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ａ）ＣＨ_４−ＣＯ_２−ガス混合物を放電
反応器（１）に導通させ、この放電反応器中で交流電源
（９）からの弱電流によるガス放電を誘電体（２）上で
操作することにより、ＣＨ_４−ＣＯ_２−ガス混合物を含
有する入口ガス（７）からＨ_２−ＣＯ−ガス混合物を含
有する合成ガス（８）を製造する方法において、ｂ）合成ガス（８）中の予め設定することが可能な合成
ガス体積比Ｒ＝Ｈ_２／ＣＯに関連して入口ガス（７）の
ＣＯ_２の含量Ｖ＝（ＣＯ_２／（ＣＯ_２＋ＣＨ_４））・１
００を所定の関数（ｆ）に応じて調節し、これから引き
出すことができる所属している関数値を±２０％以下で
偏倚させることを特徴とする、Ｈ_２−ＣＯ−ガス混合物
を含有する合成ガスの製造法。
【請求項２】入口ガス（７）中のＣＯ_２の含量を関数
曲線（１９）から引き出すことができる関数値から±５
％以下で偏倚させる、請求項１記載の方法。
【請求項３】所定の関数（ｆ）を次の方程式：Ｖ＝−４.７６・Ｒ^３＋３７.５７・Ｒ^２−９９.１３・
Ｒ＋１０５.３９によって定義する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】反応温度を放電反応器（１）中で１００
℃以下に維持する、請求項１から３までのいずれか１項
に記載の方法。
【請求項５】入口ガス（７）中のＣＨ_４−ＣＯ_２−ガ
ス混合物の含量が少なくとも９０％である、請求項１か
ら４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】入口ガス（７）が水蒸気を含有してい
る、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。