[发明专利]减少二氧化碳排放的气化方法

说明书

技术领域

本发明涉及例如煤炭、生物质（biomass）、石油焦（Pet coke）之类的含碳物质的气化方法，更详细的涉及在低温下使用催化剂，从而能够提高气化速度、减少二氧化碳的产生量的气化方法。

背景技术

随着20世纪以来持续的社会的急剧发展，能源的供需体系变得不稳定，面临地球变暖等环境问题，人们想要环境友好地利用化石能源的努力也在持续着，也正在活跃地进行用于生产完全无环境污染的燃料的制造工程的研究。尤其，与引起严重环境污染的煤炭的直接燃烧方式相比，利用煤炭转化为合成气等气体燃料形态而生产并利用此的努力正在持续进行（将此称为“气化”）。

即，气化是指将煤炭、石油焦、生物质等将碳作为基本成分含有的固体、液体燃料与氧气、水蒸气、二氧化碳和氢气之类的气体反应，生成CO、H₂和CH₄等可燃性气体。这些工序大部分为了是气化处理容量和效率的极大化而在高温、高压下进行，所生成的可燃性气体用作发电用燃料气体，或者通过甲醇制造工序、NH₃制造工序和费托合成工序，用作化学产品或合成石油，或者将氢气生产最大化而用作加氢脱硫（hydro-desulphurisation）和原油的加氢裂化（hydrocracking）工序中的氢气来源。

通常的气化系统是煤炭或其他含碳物质与蒸汽和氧气（或空气）进行反应而生成合成气。本发明中的“合成气”主要由氢气和一氧化碳构成，但不限于此，还可以进一步包含二氧化碳和甲烷等成分。

图3中概略地示出以往气化工序。

如图3所示，用气化器导入H₂O、氧气和含碳物质（例如，煤炭、石油焦、生物质等）。用气化器导入的含碳物质在催化剂等的存在下，与H₂O和氧反应生成包含H₂、CO、CO₂等的生成物。此时气化器中发生下列主要反应。

C+H₂O→CO+H₂

C+CO₂→2CO

C+O₂→CO₂

在气化器中产生的生成物经过除去粒子状物质、Hg和NO_X等的工序后，为了除去H₂S和CO₂而经过酸性气体除去工序。然后，所生成的气体选择性地经过如下的水煤气转化工序，用于F-T（Fisher-Tropsch）反应或MeOH反应，也可使用剩余的H₂其本身。

<水煤气转化工序（water gas shift reaction）>

CO+H₂O→H₂+CO₂

<F-T（Fisher-Tropsch）反应>

CO+2H₂→-(CH₂)_n-+H₂O

<甲烷合成>

CO+2H₂→CH₃OH

利用这种通常的蒸汽/氧气气化器时，碳的气化反应（C+H₂O→H₂+CO或C+CO₂→2CO）属于非常强的吸热反应，与此相当的热量要通过碳的燃烧反应（C+O₂→CO₂）而供给。从而，用作原料的烃中一部分在气化器内部或外部进行燃烧反应后转化为二氧化碳。气化后由气化器中产生的合成气经过水煤气转化工序，为了F-T合成或甲醇的生成而将化学计量所需的合成气的H₂/CO比例调整为2时，整个工序的理论上的碳效率不足49.8%，CO₂的生成量计算为0.502molCO₂/molC以上。此时碳效率如下定义。

碳效率（%）=（H₂/CO为2至2.1的合成气中一氧化碳的摩尔数和甲烷的摩尔数之和）×100/气化导入原料中碳的摩尔数

[表1]