(57)【要約】本発明は、炭化水素（１）から合成ガス（３）を製造するための方法およびプラントに関する。この方法では、第１の工程において、高温のプラズマガスを用いて炭化水素を水素（６）と炭素（５）に分解する。前記生成物は、蒸気（８）および二酸化炭素（９）と混合され、炭素（５）は、８００℃〜１７００℃の温度範囲でほぼ完全に水素および一酸化炭素に変換される。変換を最大化するため、熱（１０）が供給される。次いで、生成物がクエンチされる（１３）。合成ガス（３）は、部分的に（３ａ）をフィードバックしてプラズマガスとして使用することができる。フィッシャー・トロプシュ合成のようなさらなるステップでは、合成ガス（３）をさらに変換し、次いで種々のフラクションに分離される。
2018502804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程：
a)プラズマを用いて炭化水素(1)を炭素(5)および水素(6)に分解すること、
b)蒸気(8)を、主成分である炭素(5)および水素(6)を含むa)で得られた生成物の少なくとも一部と混合することであって、好ましくは800℃〜1700℃の範囲の温度で、分解により得られた炭素(5)の一部を蒸気(8)を用いて一酸化炭素および水素に変換すること、
c)二酸化炭素(9)を、主成分である炭素(5)および水素(6)を含むa)で得られた生成物の少なくとも一部と混合することであって、好ましくは800℃〜1700℃の範囲の温度で、分解により得られた(5)の一部を二酸化炭素(9)を用いて一酸化炭素に変換すること、
d)炭素(5)の最大変換を保証するために、b)およびc)の各工程に熱(10)を供給すること、および
e)工程b)およびc)の生成物流をクエンチ(13)すること、を含む、合成ガスの製造方法。
【請求項２】
工程1c)が工程1b)の前に行われる、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
熱(10)の供給d)が、炭化水素の電気加熱および/または共燃焼によって行われる、請求項1または2に記載の方法。
【請求項４】
工程e)において、生成物流が400℃未満の温度にクエンチされる、先行する請求項の一項に記載の方法。
【請求項５】
工程e)におけるクエンチ(13)が、水(63)の注入、吸熱反応による熱放散、または熱交換器における熱伝達(64)によって実施され、ここで、後者の場合、クエンチ(13)後のガス混合物の温度は、露点温度よりも低下しない、先行する請求項の一項に記載の方法。
【請求項６】
水素対一酸化炭素の生成物比が、蒸気(8)と二酸化炭素(9)の供給比によって調節される、先行する請求項の一項に記載の方法。
【請求項７】
水素対一酸化炭素の比が1.75：1から1.95：1の範囲に設定される、請求項6に記載の方法。
【請求項８】
工程b)およびc)において、温度が900℃〜1500℃の範囲内である、先行する請求項の一項に記載の方法。
【請求項９】
工程a)が、1bar〜50barの範囲の作動圧力で1つまたは複数のHCコンバータ(2)内で実施される、先行する請求項の一項に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１がさらに工程f)：
f)請求項1に記載の方法の工程e)において形成された合成ガス(3)の少なくとも一部から、合成の官能化および/または非官能化の炭化水素(91,19)を製造すること、
を含む、先行する請求項の一項に記載の方法。
【請求項１１】
官能化および/または非官能化の炭化水素(91,19)が、以下の物質：
パラフィン、ディーゼル燃料、ガソリン燃料、ケロシン、メタノール、メタン、液化ガス
の1つまたは複数を含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
以下：
炭化水素(1)含有流体の少なくとも1つの入口ならびに炭素(5)および水素(6)の少なくとも1つの共通出口を有するプラズマ作動式HCコンバータ(2)；
炭素(5)および水素(6)の少なくとも1つの入口、水(8)の少なくとも1つの入口、および二酸化炭素(9)の少なくとも1つの入口、ならびに合成ガス(3)の少なくとも1つの出口を有するCコンバータ(=炭素コンバータ)(7)を含み、
ここで、Cコンバータ(7)の炭素(5)および水素(6)の少なくとも1つの入口が、HCコンバータ(2)の炭素(5)および水素(6)の出口に接続ラインを介して接続されている、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法を実施するためのプラント。
【請求項１３】
Cコンバータ(7)から流出するガス(3,48)の組成が1.75：1から1.95：1の範囲にある水素対一酸化炭素の構成比を示すように、Cコンバータ(7)から流出するガス混合物(3,48)の組成を分析して、それに基づいてCコンバータ(7)に入る二酸化炭素(9)および水(8)の流れの体積流量、つまり、二酸化炭素(9)対水(8)の体積比を調節する調節装置(71)をさらに含む、請求項12に記載のプラント。 
【請求項１４】
プラントの構成要素の、HCコンバータ(2)、Cコンバータ(7)およびクエンチ(13)の少なくとも2つが、一体型装置ハウジング(30)内に配置される、請求項12または13に記載のプラント。
【請求項１５】
少なくとも1つのCOコンバータ(14)をさらに含み、当該コンバータが、SMDSコンバータ、ベルギウス-ピア(Bergius-Pier)コンバータ、ピア(Pier)コンバータ、Mtlコンバータ、またはそれらの組み合わせのタイプから選択されるフィッシャー・トロプシュコンバータを含み、請求項12から14のいずれか一項に記載のプラントによって合成の官能化および/または非官能化の炭化水素を製造するためのプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて炭化水素、二酸化炭素、および水から合成ガスを製造するための方法およびプラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
合成ガスは、主成分である一酸化炭素と水素とからなる工業的に製造されたガス混合物を指す。合成ガスを製造するために広く使用されている方法では、固体、液体または気体の形態であり得る炭素または炭化水素(HC)を含む出発物質を水、二酸化炭素または酸化剤と反応させる。これに必要な熱量は、例えば燃焼熱またはプラズマによって、プロセスに供給される。
【０００３】
米国特許第2566936号は、合成ガスを製造するための不連続プロセスを開示している。第1のプロセス工程では、予熱された炭化水素ガスが、炭化水素ガスが分解される温度に加熱された反応器に存在する耐火材料と接触させられる。炭化水素としてメタンを例にとると、反応式は次のようになる。
CH4 → C + 2 H2     + 74.9 kJ/mol      (1)
【０００４】
固体炭素は耐火材料上に堆積し、水素は一時的に少量の未反応メタンと一緒に貯蔵される。第2のプロセス工程において、耐火材料上に堆積した炭素は、蒸気、メタン、およびCO、H2、CO2およびメタンを含む再循環廃ガスからなるガス混合物と接触させられる。依然として比較的高い温度では、メタンが蒸気と反応する蒸気改質が最初に起こる：
CH4 + H2O → CO + 3 H2     + 206.2 kJ/mol      (2)
【０００５】
以下の反応は、入力ガスが熱を吸収するにつれてより低い温度で起こり、不均一WGS反応と略称される不均一な水性ガスシフト反応を含む：
C + H2O → CO + H2         + 131.3 kJ/mol      (3)
【０００６】
この炭素は、いわゆるブードア(Boudouard)反応において、二酸化炭素とさらに反応する：
C + CO2 → 2 CO         + 172.5 kJ/mol      (4)
【０００７】
反応(2)〜(4)で生成された合成ガスの組成は、エダクト成分の割合を、約２：１であるH2対COの好ましい比にすることにより調整することができる。合成ガスは、中間貯蔵ユニットを介して、合成反応器に供給される。最終プロセス工程では、水素の燃焼反応、合成反応器からの残留ガス、追加のメタン、および第1のプロセス工程で貯蔵された空気によって反応器内の耐火材料が初期温度に戻される。
【０００８】
EP0219163A2は、不均一WGS反応を用いる方法を開示している。この場合、流入するガスの組成を変えながら流通方向を複数回反転させる、より簡単な設計の固定床反応器で、その方法を実施する。あるいは、摺動床反応器を用いた連続運転も開示されており、耐火性固体は反応器の底部から排出され、次いで反応器の頂部に再循環される。
【０００９】
合成ガスの連続製造のためのさらなる方法は、DE2413558Aから知られているが、この場合、炭素源として添加されたHCは分解されず、熱源としてプラズマトーチを使用して二酸化炭素および蒸気と直接反応する。合成ガスは還元ガスとして使用され、好ましくは冶金プロセス用であり、また、保護ガスまたは浸炭ガスとしての使用が意図される。この場合、還元ガスを循環させることが好ましい。それは、二酸化炭素と水を生成しながら酸化鉄を還元する。この後、炭化水素は回路に供給され、プラズマトーチ内で再び反応して、続く混合チャンバ内で、前に生成された二酸化炭素および水と反応して還元ガスを形成する。炭化水素の一例としてプロピレンを用いると、反応式は以下のようになる。
3 CO2 + C3H6 → 6 CO + 3 H2       (5)
3 H2O + C3H6 → 3 CO + 6 H2       (6)
【００１０】
合成ガスを製造するためのプロセスにおけるプラズマトーチの使用は、GB2499604Aからさらに公知である。この方法は、共同廃棄物のためのプラズマ支援ガス化方法に関する。第1の工程では、出発材料をガス化装置で熱処理して、合成ガスを生成する。第2の工程では、第1の工程で生成された合成ガスを、二酸化炭素の存在下でプラズマで処理する。これにより、ガス化等の異物による微粒子成分が除去される。二酸化炭素は、第1または第2工程で添加することができる。結果は処理された合成ガスである。ガス化およびプラズマ処理は、追加の二酸化炭素、酸素、および蒸気の存在下で行うことができる。二酸化炭素が酸素/蒸気の一部分と交換されるので、反応条件を制御するために不活性ガスとして二酸化炭素が添加される。この目的は、可能な限り高いエネルギー含有量および最小の不純物を有する合成ガスを得ることである。それは、二酸化炭素を生成するためにWGS反応に供され得る。100℃未満の温度の噴霧水をプラズマ処理装置に噴霧する。これは、水素と一酸化炭素を生成しながら、特に水と炭素との吸熱反応によって、プラズマ装置で生成される合成ガスを冷却する。プロセスガスに含まれる二酸化炭素は、捕捉され、循環ガスとしてプロセスに再循環される。
【００１１】
AT396366Bは、プラズマ発生装置を用いて合成ガスを製造する方法を提示している。この場合、プラズマ発生器で加熱された空気とともに、炭素および/または炭化水素を含む原料物質と、酸化剤、二酸化炭素および水を、HCが分解される還元室内に同時に供給する。ここで、プロセスガス中のCO2およびH2Oの含有量は最大5％である。次いで、プロセスガスは、石灰石またはドロマイト充填物を通って供給され、硫黄が除去され、残留HCが分解され、酸化剤との反応が達成される。
【００１２】
US 2009/0064581 A1は、3ゾーン反応器を有する共同廃棄物用のプラズマ支援ガス化プラントを開示している。ここで使用されるガス化方法は、一般に、高温において石炭またはバイオマスなどの炭素質燃料が、不完全燃焼および還元によって主に一酸化炭素、水素、メタンおよび不活性ガスからなる合成ガスに変換される発熱性熱化学プロセスである。US 2009/0064581 A1で使用されているプラズマトーチは、中間および最終の第3のゾーンに配置され、蒸気、二酸化炭素を用いて運転され、これらの物質が廃棄物と直接反応して合成ガスを形成することができる。次いで、合成ガスをクエンチ装置で約800℃に冷却し、次いで熱回収装置で約110℃に冷却し、最終的にガススクラバーで3番目および最終段階で約50℃に冷却する。ガス化プラントは、既知の蒸気改質の変形であり、例えば上記の反応式(2)に記載されているように、蒸気の影響下で炭素質エネルギー源が合成ガスに変換される。提示された方法では、使用されるプラズマトーチは、酸素、酸素富化空気、蒸気、または二酸化炭素の同時供給を用いて、ガス化される炭素質廃棄物に反応熱を提供するためにのみ役立つ。プラズマトーチ内の炭化水素の分解は行われない。
【００１３】
US 2014/0239232 A1は、同様のガス化システムに関する。このシステムは、合成ガスを製造するための複数のプラズマトーチに基づいた炭化水素の熱分解ユニットである。必要とされる反応熱は、プラズマガスとして二酸化炭素、蒸気、酸素および/または再循環合成ガスを用いた複数のプラズマトーチにより供給される。プラズマトーチによって供給される体積流量は、調節システムによって調節される。エダクトガス混合物は、複数の別個の供給場所で熱分解ユニットに供給され、当該混合物は、ガス状、液体または固体の炭素質物質からなり、場合により二酸化炭素、蒸気または水も含有する。後続の合成ガス−液体プロセスのための最適合成ガス組成を保証するために、流量およびエダクトの組成もまた調節される。合成ガスは、サイクロン、冷却、および濾過ユニットに供給される。合成ガス冷却の詳細についてはここでは説明しない。
【００１４】
上述の文献から、プラズマトーチは、ガス化反応、熱分解反応、および合成ガス精製のための吸熱反応における熱入力の手段として主に使用されることが分かる。この場合、密接な時間的または空間的な接続において、追加の蒸気、二酸化炭素、酸素および/または再循環合成ガスと直接反応して合成ガスを形成する、炭化水素および/または炭化水素含有原料が分解される。
【００１５】
炭化水素を最初に中間生成物として炭素および水素に分解する、空間的および/または時間的に別個のプロセス工程の使用下での合成ガスの製造は、例えば上記文献US 2566936AまたはEP 0219163A2から公知である。この目的に必要な熱量は、燃焼プロセスによって提供される。
【００１６】
これとは対照的に、クバーナー(Kvaerner)法では、上記反応式(1)に従って炭化水素を約1600℃のプラズマトーチ内で純粋な炭素と水素に分解する。 DE 69319621 T2は、この方法の可能な実施形態を提示している。他の方法と比較して、主な利点は、二酸化炭素の代わりに純粋な炭素が生成され、生成物の高エネルギー含量および生成された過熱蒸気の高温が、実質的に100％の効力をもたらすことであり、この効力は、水素に対して約48％、炭素に対して約40％、過熱蒸気に対して10％である。更なる利点は、一次エネルギー源に加えて、冷却剤および電気のみが必要とされることである。後処理を必要とする副産物や有害物質は生成されない。要求される電気エネルギーは、生成物の電気への部分的変換によって供給することができ、過熱蒸気に含まれるエネルギーは、使用されるHCを加熱するために使用することができる。
【００１７】
HCのプラズマ支持分解を有するさらなる反応器は、EP0616559A1から公知である。この目的のために使用可能なプラズマトーチは、EP0616753A1またはEP0616754A1に記載されている。この場合に発生する電気の消費は、少量のメタンをプラズマガスと混合してEP0635043A1による方法を用いることで、低減することができる。
【００１８】
DE102012010542A1は、EP0219163A2と同様に、炭化水素を最初に熱分解した後、反応式(3)に従って蒸気を加えて炭素を合成ガスに変換する、合成ガスを製造する方法を開示している。しかし、実質的な違いは、第1にHCがプラズマ中で分解していることである。 第2に、プラズマは、そのような高温を、微細なカーボンブラック粒子の形態で水素流中に存在する炭素に最初から付与し、それ以上のエネルギー入力は必要ないことである。したがって、反応器は、もはや炭素を捕捉するための耐火性担体を含有せず、燃焼プロセスによる熱の追加ももはや必要ではない。必須の反応式は、前述のプロセスから既に知られている。第1のプロセス工程では、炭化水素が、例えば、
CH4 → C + 2 H2         + 74.9 kJ/mol         (1) 
【００１９】
第2のプロセスでは、生成された炭素は、不均一WGS反応において水と反応する：
C + H2O → CO + H2         + 131.3 kJ/mol         (3) 
【００２０】
均一WGS反応を含む、主に並行して起こる多くの二次的な反応もあり、これらは主反応に影響を及ぼす：
CO + H2O → CO2 + H2         - 41.2 kJ/mol         (7)
【００２１】
発熱反応特性のために、より高い温度は反応平衡を左にシフトさせる。逆に、低い温度では、有害な方法でCO2の生成が起こりやすい。式(4)による発熱反応を低減し、合成ガス中の一酸化炭素の含有量を最適化するために、第2のプロセス工程は好ましくは1000℃〜1200℃の範囲の高温で実施される。
【００２２】
こうして生成された二酸化炭素は、ブードア反応を介して炭素と平衡状態にある：
C + CO2 → 2 CO         + 172.5 kJ/mol         (4) 
【００２３】
式(4)によるブードア平衡反応では、平衡は高温で右にシフトする。これにより、当業者に知られている平衡分布が得られ、例えば、１bara で以下の表に従う。
【表１】
2018502804.tif 000003
ブードア平衡表
【００２４】
プロセスにおいて、最終生成物の合成ガス中の水素対一酸化炭素の比は、顕著な量の二酸化炭素を生成することなく、幅広い激怒にわたって変化させることができる。この目的のために、第1の工程の後に、水の添加量を変更してもよいし、水素は少なくとも部分的に分けてもよく、従って、第2のプロセス工程からのガスを添加して、水素対一酸化炭素の所望の比が確立してもよい。合成ガスに含まれる熱エネルギーは、供給された水を予熱するために部分的に使用される。
【００２５】
DE102012015314A1には同様の方法が記載されているが、主な生成物は一酸化炭素であり、水ではなく、二酸化炭素がプロセスに添加されるという違いがある。関連する反応式は同じであるが、化学平衡は水の代わりに二酸化炭素を添加するために異なる。ここでも同様に、一酸化炭素と水素が別々の工程で生成される。生成された一酸化炭素および/または水素に含まれる熱エネルギーは、CO2を予熱するための熱交換器を通して使用することもできる。
【００２６】
先行技術の方法の欠点は、合成ガス中の水素/一酸化炭素(H2/CO)の比が、追加の水素を添加することなく、過剰の一酸化炭素を他の場所で使用すること、または不連続操作で運転することによって調整することができないことである。有害な副生成物の同時生成が最小限に抑えられる液体HCを製造するための望ましいH2/CO比および温度制御についての最適条件に関するデータも不足している。
【発明の概要】
【００２７】
本発明の目的は、副産物をほとんど含まない、より柔軟かつ効率的な方法で、H2：COの調整可能な比を有する合成ガスを製造することである。特に、本発明の目的は、炭化水素化合物を分解し、得られた生成物の水素および炭素を、従来技術で知られているものよりも高い効率および柔軟性を有する方法によって合成ガスに変換することである。一方では最適な反応制御が保証され、他方では冷却剤が最大エネルギー量を有するようにプロセスガスの温度を制御することも本発明の目的である。本発明のさらなる目的は、下流のフィッシャー・トロプシュ合成に関して最適な組成を得るために、プロセスガス中のCOに対するH2の比を狭い範囲内で調節できるように反応条件を調整することである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明によれば、この目的は、請求項1に記載の方法および請求項12に記載のプラントによって達成される。本発明による工程は、炭化水素化合物が水素と炭素に分解される第1の工程と、ブードア反応および不均一WGS反応が起こり、続いてこれらの工程の生成物流をクエンチする第2の工程との組合わせを含む。
【００２９】
合成ガスを製造するための本発明による方法では、プロセス工程a)において、炭化水素を最初にプラズマを用いて炭素および水素に分解する。プラズマは、炭化水素コンバータ(HCコンバータ)内に配置された1つまたは複数のプラズマ発生器で生成される。この場合、炭化水素を炭素と水素に分解する方法として、クバーナー(Kvaerner)カーボンブラック＆水素(kcb＆h)法の名称でクバーナー社(現Aker Solutions)によって開発されたプラズマアーク法を用いることができる。このプロセスでは、エネルギー密度の高い過熱ガス(プラズマ)を供給することにより、炭化水素化合物を分解する。この目的のために、先行技術またはその適合した実施形態から知られるプラズマトーチが使用される。
【００３０】
プロセス工程b)では、蒸気をガス流に添加し、主成分炭素および水素を有するa)で得られた生成物の少なくとも一部と、好ましくは800℃〜1700℃の範囲の温度で反応させる。別のプロセス工程c)では、二酸化炭素をガス流に添加し、主成分炭素および水素を有するa)で得られた生成物の少なくとも一部と反応させる。ここで、分解により得られた炭素の一部は、好ましくは800℃〜1700℃の範囲の温度で、二酸化炭素と反応して一酸化炭素を生成する。
【００３１】
この場合、炭素の変換は炭素コンバータにおいて起こる。使用されるHCの種類は特に限定されないが、天然ガス、メタン、SNG(合成天然ガス)および/または重油が好ましい。これらの物質の1つのタイプまたは複数の混合物のいずれかをCコンバータに供給することができる。
【００３２】
プロセス工程b)およびc)は両方とも吸熱反応である。必要な添加される熱量は、主にプラズマトーチで生成される。この場合、一般に熱量は反応が完了するのに十分なほど大きくはない。したがって、炭素の最大変換を保証するために吸熱反応がある程度進行した後に追加の熱を供給することが必要である。この追加の熱量は、反応混合物の温度が800℃未満に低下しない程度に十分高いことが好ましい。
【００３３】
所望の変換率および所望の水素対一酸化炭素比が達成されると、プロセス工程b)およびc)からの反応またはプロセスガスが本発明に従ってクエンチされる。反応ガスがクエンチされない場合、エネルギーレベルは非常に高く保たれ、多くの化学反応が平衡状態にとどまり、望ましくない逆反応を生じる。上記のブードア平衡表参照。
【００３４】
クエンチ後、プロセスガスは、さらなる熱交換器によって、さらなる処理工程のための最適温度に至らせることができる。さらなる精製状態が必要により提供される。すべての冷却装置および場合により精製段階は、単一または複数の部分から構成することができる。さらに、プロセスガスが機能的および非機能的炭化水素を製造するためのフィッシャー・トロプシュ反応器(FT反応器)に供給される場合、プロセスガスは、FT反応器に入る前に任意にさらに条件を整えることができる。
【００３５】
上述のクバーナー法と、ブードア反応および炭素ガス化の不均一反応との組み合わせは、一酸化炭素および水素に加えて、少量の望ましくない副産物しか含まないので、再利用を単純化する高品位の合成ガスを提供する。
【００３６】
多くの工業プロセスにおいて、燃焼プロセスを備えたパワープラントでは、大量の二酸化炭素(気候を破壊する物質であると考えられる)が生成される。従って、炭化水素を製造するためにこのガスを使用することは、気候を保護することに寄与する。本発明による方法は、二酸化炭素がエネルギー集約的手段によってサイクルから除去されるのみであり、しかし本当に消失している訳ではないCCS(炭素捕捉および貯蔵)方法のような持続不可能な方法を含む他の方法よりも効率的である。これに関し、これらのCCSプラントの運転は、本発明による方法によって前記プラントが本発明による方法のための中間貯蔵ユニットとして役立つという点で最適化することができる。本発明による方法において、このアプローチは、原料の二酸化炭素に関する供給の安全性をさらに向上させるであろう。
【００３７】
本発明による方法は連続法であるので、既存の連続法に比較的容易に統合することができ、また、そのような方法においても非常に効率的に作用することができる。
【００３８】
この方法はまた、使用されるHCのタイプに関して柔軟性がある。例えば、石油生産における付随するガスなど、未使用では廃棄されるであろうHC供給源の利用に特に適している。プラズマトーチ内での分解は常に、同じ生成物、炭素および水素を生じさせ、その比率のみが変化する。
【００３９】
本発明による特徴の効果は、後続の特徴によって有利に補完され、強化されることができる。
【００４０】
原則として、二酸化炭素と蒸気の流路を同じ流路セクションで加えることができる。添加部位の領域で反応器を少なくとも2つの別々の流路チャンネルに分けることも可能である。しかしながら、二酸化炭素および蒸気を好ましくは連続的に添加して、プロセス工程c)を最初に実施し、二酸化炭素を添加することができる。二酸化炭素が炭素と大部分反応して一酸化炭素を形成した後にのみ、プロセス工程b)が実行され、蒸気が添加される。このアプローチは、2つの理由から好ましい。まず、蒸気を炭素に添加することによる炭素ガス化の目的は、水素含有量を増加させることである。第1に、蒸気は前記反応の炭素と競合するので、蒸気はプロセス工程c)における反応を妨げることになる。したがって、プロセス工程c)による反応は、最初に、所望の変換率が達成されるまで進行させられ、プロセス工程b)による反応に十分な炭素が残るようにする。第二に、c)による反応はより高い温度で起こり、次いで反応が進行するにつれて減少し、これは反応が低温で起こるので反応b)を促進する。HC分解、COを生成するCO2添加、およびCOおよびH2を生成するためのH2O添加の連続工程を伴う本発明による方法は、したがって炭化水素含有出発物質を熱的に分解させる従来のガス化方法とは根本的に異なり、いくつかの場合にはプラズマの作用下で生成され、次いで蒸気と二酸化炭素の同時の関与を伴って合成ガスに変換される。
【００４１】
この場合、プロセス工程b)のための最適な反応条件がもはや存在しない程度に、前の吸熱反応によって反応ガスが冷却された場合には、蒸気の添加前に反応ガスを追加的に加熱する必要があり得る。
【００４２】
別の実施形態では、プロセス工程c)およびb)を連続して複数回、必要に応じて適切な部位での熱供給下、実行することも可能である。
【００４３】
プラズマ中で生成された熱の量がその後の吸熱反応を実施するのに十分ではない場合、追加の熱が反応ガスに供給される。これは様々な方法で行うことができる。第1に、添加された二酸化炭素および/または水のそれぞれの量を対応する方法で予熱することができる。他の可能性は、熱交換器、電気ヒーター、またはバーナーによって操作されるヒーターを用いた反応器内部への熱入力である。実施形態に応じて、熱は対流または放射によって伝達される。ビルトインヒータを使用する場合、そのようなヒータは、好ましくは、ガス流に含まれるカーボンブラック粒子の堆積が防止されるように設計される。いずれにしても、それぞれの反応に必要な温度が維持されることを保証するために調節装置が使用され、炭素の変換率を可能な限り高くすることを確実とする。
【００４４】
熱入力の別の可能性は、反応器に供給される炭化水素の部分の同時燃焼である。この部分酸化は、純粋な酸素の供給を必要とする。空気中に含まれる窒素は、高い反応温度で反応して、下流の精製段階で複雑な方法によって除去されなければならない望ましくない有毒な化合物を形成する可能性があるので、酸素を含む空気の供給は不適切である。純粋な酸素の量は、温度の過度の上昇を防ぐために正確に計量されなければならない。メタン燃焼の反応生成物はCO2およびH2Oである。これらの物質は、既に計画されているプロセスのエダクトであり、したがって悪影響はない。これらの2つの物質だけは、本発明によるその添加において考慮に入れなければならない。
【００４５】
工程e)において、工程b)およびc)の生成物流は、好ましくは400℃または400℃未満の温度に急冷される。
【００４６】
上記のブードア平衡表では、ブードア反応の化学平衡が温度の関数として示されている。これらの平衡は、温度がゆっくりと変化するときに確立される。したがって、この例では、目標生成物一酸化炭素は、約400℃の範囲の低温で二酸化炭素にほぼ完全に反応して戻る。この逆反応は、化学反応がもはや起こらないレベルまで急激に温度を上昇させることによって防止することができる。このようにして、高温レベルにある混合物組成物は限界温度以下のままである。この急速冷却は、クエンチとも呼ばれる。この場合の温度変化率は、それぞれのプロセスに依存する。
【００４７】
反応が停止することが確実であるのは400℃未満の温度のみである。400℃の温度レベルはまた、プラントの蒸気網内におけるさらなる使用のために非常にエネルギー効率に優れた高蒸気圧を生成することができる点で有利である。第1の冷却工程において、生成ガスの温度は、好ましくは300℃〜400℃または400℃よりわずかに低い温度の範囲の温度、特に好ましくは350℃〜400℃または400℃よりわずかに低い温度の範囲の温度に急冷される。これらの温度より低い温度で急冷する場合、過熱蒸気のエネルギー含量は着実に低くなり、クエンチに使用される熱交換器はますます大きくなるはずである。
【００４８】
いくつかの方法をクエンチに使用することができる。第1の可能性は、液体水による直接冷却であり、熱は気化する水の気化熱によって反応ガスから抜き出される。この種の急冷は、単純な設計によって達成することができる。この場合、添加された水は、例えば、下流のFTプロセスにおいて有害であるので、コンデンサーによって除去されなければならない。さらなる可能性は、吸熱反応における熱放散によって温度を低下させることにある。この目的のために、対応する反応物をガス混合物に混合する。第3の可能性は、特に高い移送可能な熱流を有する熱交換器であり、この場合、急冷後のガス混合物の温度は露点温度を下回らない。関連する設計上の考慮事項は、当業者には知られており、ここではさらに詳細には提示しない。
【００４９】
本発明による方法では、分解されたHCである蒸気および二酸化炭素が添加され、両方とも生成された炭素と反応する。この場合、二酸化炭素は主に一酸化炭素を生成し、蒸気は主に一酸化炭素および水素を生成する。これらの決定的影響因子は、二酸化炭素に対する蒸気の供給比によって生成物である水素と一酸化炭素の比が調節される、本発明による方法の基礎を形成する。しかしながら、記載された実質的な反応方程式のみを用いると、圧力および温度にも依存する一連の二次反応が起こるので、得られる反応平衡のみが、ほぼ決定することができる。したがって、調節システムが使用され、蒸気および二酸化炭素の個々の質量流量を精密に供給し、反応器の出口においてガス組成が測定される個々の質量流量がそれに基づいて調節されることが好ましい。ここで、調節システムは、供給されたHCの量に対する蒸気と二酸化炭素の合計の比率も考慮に入れている。
【００５０】
供給材料である二酸化炭素および水の選択的調節およびプロセスの最適温度制御のために、この方法は使用されるHCのタイプとはほとんど無関係であり、特に水素対二酸化炭素の比が特定されている後続の合成反応に関して、生成ガスの最適組成を達成することが可能である。エダクトはほぼ完全に変換されている。望ましくない副生成物の形成が最小限に抑えられ、これにより対応する処理工程が簡略化され、方法がより経済的になる。
【００５１】
液体炭化水素を製造するための合成ガス中の水素対一酸化炭素の最適比は2：1であることが多くの文献に示されている。これらの合成反応において、官能基を有することができる種々の長鎖炭化水素の混合物が常に得られる。好ましくは燃料として使用される炭化水素の製造において、短鎖化合物の存在は、意図された目的には使用できないか、または本方法の原料と同一であるので、望ましくない。それらは、別のプロセスで製品から分離しなければならず、それらの対応する用途が見出されなければならない。この場合、最も単純な使用の可能性は、合成ガス製造における再循環である。驚くべきことに、合成ガス中の水素対一酸化炭素の比が1.5：1〜2.1：1、好ましくは1.75：1〜1.95：1、特に好ましくは1.85：1〜1.90：1の範囲に調整されると、メタンまたはエタンのような望ましくない短鎖炭化水素の生成が大きく阻害されることが見出された。この反応挙動の理由は、水素の分子サイズが小さく、拡散速度が速くなり、水素がFTプロセスにおける触媒表面の反応に優先的に関与することにある。顕微鏡的観点からは、これは、化学量論に基づいて巨視的に要求されるよりも少ない水素が必要であることを意味する。
【００５２】
生成された合成ガスの一部は、好ましくは、プラズマガスとして使用される。その高いエネルギー密度のために、比較的少量のガスが必要とされる。例えば、炭化水素であるメタンに対する再循環合成ガスの含有率は、5％〜30％、好ましくは8％〜15％の範囲である。
【００５３】
この方法を実施するための装置(以下、反応器ともいう)を始動させるために、圧縮ガスタンク内に設けられた水素が過渡的に使用される。不活性ガスの使用も可能であるが、高コストのためにそれほど好ましくない傾向がある。反応器に入る前に、プラズマガスは、二酸化炭素のような電極に有害であり得る任意の成分から精製されなければならない。
【００５４】
反応器内の吸熱プロセスに最適な反応条件を提供するために、エダクトHC、二酸化炭素および蒸気は、反応器に入る前に予熱されるか、または蒸気へと気化される。原則として、熱を放出しなければならない方法の全ての流路、例えば、後続のFTプロセスからのHC流路、合成ガス反応器のクエンチ領域、またはプラズマ電極用の冷却剤を、予熱することができる。
【００５５】
生成される合成ガスは、合成目的のためだけでなく、電気エネルギーを生成するための公知の方法で使用することもできる。例えば、この電気エネルギーは、プラズマトーチを動作させるために使用することができる。この目的のために、合成ガスの熱エネルギーの一部を用いて蒸気タービンを作動させるための蒸気を生成することができ、または合成ガスを直接燃焼させてガスタービンを作動させることができる。
【００５６】
合成ガスの製造方法におけるHCの分解は、好ましくは、900℃〜1500℃の範囲の温度で実施される。
【００５７】
この方法は、高圧でも使用され、これは、プラズマによるHC分解のための反応器において現在まで知られていない方法である。
【００５８】
本方法の好ましい実施形態では、請求項1の工程a)は、1bara〜200 bara、好ましくは1 bara〜50 baraの範囲の作動圧で、特に好ましくは10 bara〜25 baraの範囲の圧力で、1つまたは複数のHCコンバータで実施され、行われる。関連する反応式(1)〜(4)を見ると、気体状反応物のモル含有量はおよそ2倍であることに留意されたい。高圧はまた、一般に、それぞれの順方向反応の進行を妨げる。 クバーナー反応器における炭化水素の分解は、通常数barの圧力で行われる。本発明による方法では、2つのプロセスは、好ましくは通常の圧力チャンバ内で実施され、その結果、HC分解もまた高圧で行われる。このアプローチは、生成された合成ガスがもはや凝縮される必要がないか、または、容量が小さいコンデンサーのみが、高圧が反応平衡に有利な効果をもつ下流のFT反応器に合成ガスを導入するために、必要とされる点において有利である。
【００５９】
関連する特定のプロセス制御のために、本発明による方法で製造された合成ガスは、下流のFTプロセスでの使用のために最適化される。この方法の有利な使用は、合成の官能化および/または非官能化の、炭化水素の製造にある。ここで、官能化されている炭化水素は、少なくとも1つの官能基が付加された炭化水素であると理解される。
【００６０】
下流のFTプロセスにおける官能化および/または非官能化の炭化水素の製造では、目的生成物に加えて、少量であるためにまたは経済的使用がないために、プロセスの価値がない、副生成物がしばしば生成される。これらの物質は、有利には、エダクトとしてHCコンバータの入口に再循環することができ、またはエダクトを予熱するための加熱装置用の燃料として使用することができる。
【００６１】
下流のFTプロセスのタイプには特に制限はない。例えば、本発明による方法で製造された合成ガスは、SMDS法、ベルギウス-ピア(Bergius-Pier)法、Mtl法、またはこれらの方法の組み合わせで使用することができる。
【００６２】
本発明による方法は、パラフィン、ディーゼル燃料、ガソリン燃料、ケロシン、メタノール、メタン、または液化ガスの製造に特に適している。
【００６３】
合成ガスを製造するための本発明による方法は、好ましくは、以下のものを含むプラントで実施される：
HC含有流体の少なくとも1つの入口および少なくとも1つの炭素および水素の共通の出口を有するプラズマ作動式炭化水素コンバータとならびに、炭素および水素の少なくとも1つの入口、二酸化炭素の少なくとも1つの入口、水または蒸気の少なくとも1つの入口、および合成ガスの少なくとも1つの出口を有する炭素コンバータであって、接続ラインによって、炭化水素コンバータの炭素および水素の出口に接続されている、炭素コンバータ。
【００６４】
さらに、プラントは有利には調節装置を有し、これはCコンバータに供給される二酸化炭素流と水の体積流量に基づいてCコンバータから流入するガス混合物の組成を分析し、プロセスにおいてCコンバータから流出するガスの組成が水素対一酸化炭素の成分の比が1.75：1〜1.95：1の範囲にあるように、二酸化炭素の水に対する体積比を調節する。このようにして、Cコンバータから流れるガスが所望の組成を有することを保証する。
【００６５】
合成ガスを製造するプラントは、好ましくは、クバーナー反応器として構成されたプラズマトーチを有するHCコンバータを含む。
【００６６】
好ましい実施形態では、プラントの構成要素のHCコンバータ、Cコンバータ、およびクエンチの少なくとも2つが組み合わされて、一体型の装置ハウジングに組み込まれる。これは、炭化水素、プラズマガス、二酸化炭素、および蒸気の少なくとも1つの入口および合成ガスの少なくとも1つの出口を提供する。あるいは、炭化水素とプラズマガスの入口を組み合わせることができる。
【００６７】
合成の官能化および/または非官能化の炭化水素を製造するための合成ガスコンバータ(COコンバータ)は、好ましくは、合成ガスを製造するための本発明のプラントに接続される。このコンバータは、SMDSコンバータ、ベルギウス-ピアコンバータ、Mtlコンバータ、またはこれらのコンバータの少なくとも2つの組み合わせとして構成されたFT反応器を含むことができる。
【００６８】
合成ガスが純粋であることを保証するために、原材料の特性に依存するさらなる精製工程が必要とされ得る。精製工程は、原料の反応器への投入前または反応器からの生成物ガスの排出後に行うことができる。
【００６９】
原則として、反応混合物は、反応器を通して頂部から底部に、または底部から頂部に供給することができる。しかしながら、この場合には、堆積物の排出は重力によって助長されるので、流れは好ましくは上から下に流れるべきである。好ましい実施形態では、本発明による方法を実施するための反応器は、その端部が湾曲した底部によって封止された円筒形ケーシングを含む。反応器の内径およびその長さは、圧力、温度および滞留時間に基づいて決定される。二酸化炭素および蒸気の添加部位に関する軸方向位置または位置に依存して、反応器内の軸流速は0.05m/s〜1.3m/sの範囲にある。
【００７０】
堆積物を防止するために、組み込み部品は好ましくは回避されるか最小限に抑えられる。堆積物を防止するための他の措置は、プラズマガスを反応器の上部に供給することを含む。この場合、プラズマトーチは、円形のプラズマジェットが生成され、HC流がその中心を通って導かれるように構成されることが好ましい。これは、HCとプラズマガスとの義務的接触をもたらし、事実上完全な分解のための最適条件を提供する。生成されたプラズマ流において、2000℃〜20,000℃の範囲のピーク温度が生成され、これは、混合比に応じて、HC流との混合後に800℃〜1700℃の範囲の混合温度に低下する。
【００７１】
反応の次の段階で添加されるエダクトの二酸化炭素および蒸気は、反応器の外側に配置されたリングラインによって円周上に均一に分配される。接続線によって、エダクトは円周上に均一に分布した複数のノズルに分配され、これらを介して反応器の内部空間に細かく分配され、主蒸気と混合される。混合は、スタティックミキサーによってさらに改善することができる。円形の分配ラインは、反応器ハウジングに直接溶接することもできるし、または半円形のラインとして構成することもできる。好ましい実施形態では、反応器の内部に通じる分配ノズルは、渦流を生成するために、主流に対して傾斜可能かつ接線方向に変位可能である。
【００７２】
吸熱反応は、反応器の流れの進行に沿って温度を低下させる。プラズマの温度は、加えられる熱の量が意図される反応の全てを実施するのに十分であるほど十分に高くない。したがって、前記反応器の適切な軸方向部位に追加の熱を反応器に供給することが必要である。この目的のために、黒鉛電気ヒーターが好ましく使用される。この材料は温度と腐食に強い。さらに、そのようなヒーターの出力を調節することができ、プロセスの最適な調節が可能になる。
【００７３】
全てのガス、エダクトおよび生成物の両方は水素を含む。したがって、接触するすべての部品は耐水素性材料からなる。問題の部品は、完全に水素耐性材料から構成されることができるか、または当該材料でメッキすることができる。高温のために、反応器はその内側が耐火材料で裏打ちされている。ライニングの厚さは、局所的に支配的な温度に依存する。300〜800mmの範囲のライニング厚さが好ましい。これにより、反応器ハウジングの温度を150℃〜400℃、好ましくは180℃〜250℃の比較的低い温度に制限することが可能になる。運転中、反応器内部の温度が800℃〜1700℃の範囲にあるため、反応器の異なる領域で異なる熱膨張が起こる。これは、対応する設計措置、例えば、可動層を有する耐火ライニングを構成することによって考慮される。使用する耐火材の種類は特に限定されないが、約2500℃まで耐熱性で耐腐食性があり黒鉛が好ましい。
【００７４】
特に、反応器の始動時に、装置の構成要素に内部破損が発生し、これが故障する可能性がある。このため、反応器を運転する前に、まず、十分に低い加熱速度で制御された方法で加熱する。この場合、加熱速度は実質的に反応器の寸法および材料特性によって決定される。好ましい実施形態では、反応器は、その外側に、加熱目的のために熱伝達媒体が供給される複数の加熱チャネルを備えている。これらの同じ加熱チャネルは、反応器の修理または保守作業が行われたときに、反応器の制御されたシャットダウンに使用することもできる。この場合、対応して温度制御された熱伝達媒体は冷却剤として働く。操作の種類に応じて、蒸気または水が熱伝達媒体として使用されることが好ましい。反応器は、熱損失を回避するために、当業者に公知の基準に従って断熱される。
【００７５】
本発明は、図面に示された例示的な実施形態によって、さらに詳細に説明される。数字は次のとおりである。
Ｆｉｇ．１  本発明による方法の例示的な実施形態のフローチャートである；
Ｆｉｇ．２  中間生成物として合成ガスを用いて炭化水素中間蒸留物を製造するためのさらなるプロセス工程を有する、図1のフローチャートである。；
Ｆｉｇ．３  本発明によるプラントの一実施形態の縦断面図であり、個々のプラント構成要素は一体の装置ハウジング内に配置されている；
Ｆｉｇ．４  線IV-IVに沿った図３のプラントの断面である；
Ｆｉｇ．５  炭化水素を製造するための本発明によるプラントの一実施形態のフローチャートである。
【００７６】
詳細には、図1は、複数の連続した工程で合成ガスを製造するための本発明による方法の例示的な実施形態を示す。この場合、まず炭化水素(HC)1が炭化水素コンバータ(HCコンバータ)2に供給される。
【００７７】
同時に、プロセスで生成された合成ガス3の一部3aがHCコンバータ2に再循環される。電気エネルギー4を使用して、プラズマ(図示せず)が再循環合成ガス3aから生成され、供給されたHC1を炭素5と水素6とに分解するために使用される。2つの分解生成物である炭素5と水素6は別々のラインで炭素コンバータ(Cコンバータ)7に供給される。
【００７８】
蒸気8と二酸化炭素9がCコンバータ7に供給され、その順序は入れ替え可能であり、同時に供給することもできる。
【００７９】
図1に示す例示的な実施形態において、蒸気8はまずCコンバータ7に供給される。これは主成分である炭素5および水素6を含有するHCコンバータ2におけるHC分解によって得られた生成物5,6の少なくとも一部と混合される。このプロセスにおいて、分解5によって得られた炭素の一部は、好ましくは800℃〜1700℃の範囲の温度で、蒸気8によって一酸化炭素と水素に変換される。反応ガス混合物の温度が800℃未満に低下しないように、熱10をこの部分的プロセスに供給する。また、二酸化炭素9もCコンバータ7に供給される。この二酸化炭素は、主成分である炭素5および水素6を含むHCコンバータ2において、HC分解により得られた生成物5,6の少なくとも一部と混合される。このプロセスでは、分解5によって得られた炭素の一部は、好ましくは800℃〜1700℃の範囲の温度で、二酸化炭素9と一酸化炭素とに変換される。反応ガス混合物の温度が800℃未満に低下しないように、熱10もこの部分的プロセスに供給される。
【００８０】
次いで、熱12は、400℃未満の温度に達するまで、Cコンバータ7の生成物流11からクエンチ13に排出される。この場合、選択された冷却速度は、化学反応を確実に防止するのに十分の大きさである。このようにして、Cコンバータ7、すなわち合成ガス3から流れるプロセスガスの生成物組成が維持される。部分流3aは、クエンチ13から流れる合成ガス3から引き抜かれ、プラズマガスとしてHCコンバータ2の入口に再循環される。
【００８１】
図2は、図1に示す方法の拡張を示す。HC1をHCコンバータ2に添加する方法の最初の部分は、生成された合成ガス3がクエンチ13を出るまで、HCコンバータ2とCコンバータ7との間での炭素5の引き抜きを除き、図1に記載した方法と同一である。引き抜かれた炭素5aは、別の工業的用途に供給される。炭素5の回収は、HCコンバータ2によってCコンバータ7に供給される水素6の相対量を増加させる。
【００８２】
クエンチ13から流れる合成ガス3はCOコンバータ14に供給される。これは好ましくはフィッシャー・トロプシュコンバータとして構成される。このコンバータにおいて、合成の官能化および/または非官能化の炭化水素は、前のプロセス工程の合成ガス3の少なくとも一部から生成される。この場合に発生する発熱反応で発生した熱15は、COコンバータ14から排出される。これは、プラントの他の部分、例えば、合成ガス3を製造するためのプロセス部分において、エダクトの蒸気8、二酸化炭素9、またはプラズマガスとして使用される再循環合成ガス3aを余熱するために使用することができる。 COコンバータ14のプロセスガス16は複数の異なるHCおよび水17を実質的に含む。この例では、この水17はCOコンバータ14自体に捕捉されて排出される。このようにして得られた混合物は、熱20の供給下、精錬装置18で異なる平均沸点を有する異なるHC留分に分けられる。ここで特に注目されるのは、排出された中間留出物19であり、組成およびその割合は、供給される合成ガス3の組成およびCOコンバータ14におけるプロセス制御に依存する。中間留出物19から分離されたHCは、ここでは示していないが、エダクトとしてHCコンバータ2を介して合成ガスの生産に再循環できる。これは原材料を節約し、廃棄物処理の問題を解決する。
【００８３】
一例として、図3は、HCコンバータ2、Cコンバータ7、およびクエンチ13を共通の装置すなわち反応炉30の上から順に配置した実施形態を示している。
【００８４】
HCコンバータ2は、円錐状のケーシング31、(上部の)円筒状のケーシング32、電極ホルダ33および電極ホルダ33を跨ぐアッパーフード34を備えている。下端の広い端部には下方に伸びる下部円筒形ケーシング35の上端に接続されていて、最初にCコンバータ7のケーシング35aを形成し、次にクエンチ13のケーシング35bを形成する。反応器30は、下部円筒形ケーシング35の下端に接続された下部フード36を形成する。
【００８５】
円錐ケーシング31および円筒形ケーシング32,35ならびに共通リアクタ30の下側フード36には、高温に対する保護のための内側耐火ライニング37が設けられている。耐火ライニング37は、通常、例えば石またはセラミックをベースとした材料で構成されている。しかしながら、黒鉛が、特に好ましい材料として少なくとも部分的に使用される。
【００８６】
HCコンバータ2の円錐形ケーシング31は、その上部のテーパー状の端部がHCコンバータ2の円筒状ケーシング32の下端に接続されている。このケーシング32の上端には電極ホルダ33が取り付けられている。
【００８７】
複数の供給ライン39,40によって供給されている、プラズマ発生器38が電極ホルダ33に取り付けられている。プラズマ発生器38は、電極ホルダ33に取り付けられた内側リング電極41および外側リング電極42と、同心円状に配置され、互いに電気的に絶縁されており、HCコンバータ2の円筒形ケーシング32の下端までほぼ垂直に延びている。電極ホルダー33は、好ましくは平板として構成されている。これにより、これに接続された部品の取り付けが容易になる。プラズマガス43は、プラズマガス供給ライン39を介して上部フード34を通って、内側リング電極41と外側リング電極42との間の環状空間45内の分配器44を介して均一に分配される。リング電極41の下端部、42において放電が起こり、供給されたプラズマガス43からプラズマが生成されるプラズマアーク46が形成される。従来のプラズマガスは、不活性ガスまたは水素である。しかしながら、これらのガスは非常に高価であり、したがって、原則として反応器30を始動させるためだけに使用される。静止運転の場合、反応器30で生成される合成ガス3の小部分3aは、好ましくは、HCコンバータ2の入口にプラズマガス43として再循環される。
【００８８】
分解されるHC1は、中心線40を介して、プラズマ発生器38の内側リング電極41の内側空間47に供給される。この中心線40は既知の方法で構成されており、例えば分解反応の最適条件を得るためにここには図示されていない方法で軸方向にシフトさせることもできる。
【００８９】
中心線40とリング電極41,42の両方を、一体化された冷却チャネルによって冷却することができる。しかしながら、中心線40とリング電極41,42の両方の壁は、好ましくは中実の構成を有する。
【００９０】
HC流1をプラズマガス43と混合した後、反応ガス48は、900℃〜1700℃の範囲の温度T1を有する。
【００９１】
外側環状電極42と耐火ライニング37との間に安全余裕があり、外側環状空間49を生じている。場合によってこの外側環状空間49内に炭素堆積物をもたらす、プラズマガス43の逆流を最小限にするために、この空間は保護ガス50で洗い流すことができる。不活性ガスまたは水素を保護ガス50として使用することができる。しかしながら、図3に示すように、HCコンバータ2に供給されるプラズマガス43のごく一部が、1つまたは複数の保護ガスライン51を介して外側環状空間49に引き込まれて供給されることが好ましい。
【００９２】
HCコンバータ2は、円錐ケーシング31または移行部と合わさって、Cコンバータ7となる。断面積の拡大は、流量を遅くし、それに応じて滞留時間を増加させる。
【００９３】
HC 1の多くが炭素5と水素6とに分解される熱吸収分解反応では、温度はT2の値まで低下する。炭素コンバータ(Cコンバータ)7の入口の近くで、予熱された二酸化炭素9が、Cコンバータ7の周囲に分布する複数の分配ノズル52を介して供給される。この目的のために、二酸化炭素ガス9が、Cコンバータ7をトーラス状に取り囲むリング状分配器53に供給される。この分配器から複数の分配ライン54が下部円筒形ケーシング35を通ってCコンバータの内部に向けられた分配ノズル52に分岐する。分配ノズル52は、Cコンバータまたは反応器軸線55を直接指し示すことができる。しかしながら、好ましい実施形態では、これらは(後述の水または蒸気の分配ノズル56と同様に)、リアクタ軸線55に対して角度αで傾斜して配置され、傾斜の角度が0°〜35°の範囲であり、好ましくは0°〜20°の範囲である。さらに好ましい実施形態では、分配ノズル52は、図4に示すように、装置軸線55に対して0°から30°の範囲の角度βで、好ましくは0°から15°の範囲の角度で偏心して配置されている。分配ノズル52,56,65は、堆積物、流れの影響、および/または磨耗を最小にするために、反応器の内部に最小限にだけ延在する。反応器の内部へのそれらの延在の長さは0〜50mmである。分配ノズルは、好ましくは内壁と面一である。
【００９４】
分配ノズル52から流れるガス9は、反応器軸線55に沿って流れる主ガス流57よりも急速に流れる。主ガス流57の速度は、0.05〜1.3m/sの範囲であり、好ましくは、0.1m/s〜0.7m / sである。分散ノズル流の速度は、0.8m/s〜10m/sの範囲である。主ガス流57の速度と比較して分散ノズル流の速度が急激に高いため、追加の混合装置を省くことができる。円周上に分布する分配ノズル52の数は、Cコンバータ7の内径に依存する。ここで、分配ノズル52の他の1つからの円周方向の距離は、30〜200mmの範囲内である。これはまた、出てくるガス９が通過する角度にも依存する。分配ノズル52は、ここでは図示されていない2つの軸方向に離間されたレベルに配置されてもよく、ここで、主流方向の分配ノズル52は互い違いに配置される。分配ノズル52を備えた層の間の軸方向距離は、好ましくは20〜200mmの範囲である。温度および添加された二酸化炭素8の量に依存して、反応ガス48はT3の温度を有する。
【００９５】
その後の吸熱ブードア反応に最適な条件を提供するために、熱10が電気ヒーター58によって反応ガス48に供給される。加熱要素59は好ましくは黒鉛からなる。熱10は、主として熱放射によって供給され、二次的に対流によって供給される。この反応工程の後、反応ガスは温度T4にある。この時点で、反応ガス48は、一酸化炭素、水素、未変換炭素、および少量の未反応二酸化炭素を実質的に含み、ある場合には、少量のメタンを含む。
【００９６】
第2の添加ステーションでは、飽和蒸気または好ましくは過熱蒸気としての蒸気8が、分配ノズル56を介して反応ガス48に加えられ、主ガス流57に供給される。添加装置は、リングライン60、分配ライン61および二酸化炭素9の添加のための上記の装置と同様の分配ノズル56を含む。主ガス流57を蒸気8と混合した後、反応混合物は温度T5を有する。
【００９７】
その後の吸熱不均一WGS反応に最適な反応条件を提供するために、二酸化炭素9の添加後の上記のヒーターと同様に構成された別の電気ヒーター58によって熱が反応混合物に供給される。この反応工程後、反応ガスはT6の温度を有する。この時点で、反応ガスは実質的に一酸化炭素および水素を含む。
【００９８】
反応の完了後、反応混合物48をクエンチする。これは、液体水63の注入による直接冷却62によって、または、その代わりにあるいは組合わせてクエンチ熱交換器64のいずれかの方法によって行われる。直接冷却を実施するために、クエンチ13は、Cコンバータ7の水8の添加装置56、60、61と同様に構成されている注入装置65、66、67を備えている。クエンチ13の周囲のリングライン66から、複数の分配ライン67が下部円筒ケーシング35からクエンチ13の内部に向けられた分配ノズル65に供給される。
【００９９】
示された例示的な実施形態では、クエンチ熱交換器64は、直接冷却62の下流に配置される。
【０１００】
クエンチ後、反応混合物48は400℃以下の温度T7を有し、反応がもはや起こらない。合成ガス3、48は、一酸化炭素および水素を実質的に含有する。頂部領域では、下部フード36は、合成ガス3、48および必要により水が放出される出口接続部68を含む。
【０１０１】
合成ガス3、48は、それ自体は公知のCOコンバータ14、特に官能化および/または非官能化の炭化水素を製造するためのフィッシャー・トロプシュコンバータに供給される。
【０１０２】
反応器30は、反応器30の制御された加熱または冷却のための加熱または冷却チャネル69をさらに備えている。この場合に使用される熱伝達媒体は、好ましくは液体または気体の水であるが、熱媒油のような他の適切な熱伝達媒体もまた使用される。
【０１０３】
反応器30の出口には、生成ガス48のガス組成物、すなわち合成ガス3が分析される分析ユニット70がある。分析結果は、二酸化炭素9の調節弁72と蒸気8の調節弁73とによりCコンバータ7の二酸化炭素9と蒸気8の添加量の比率を調節する調節装置71に送られる。この場合、供給されるHC1に対する二酸化炭素9と蒸気8との合計の割合も考慮される。
【０１０４】
反応器30の全ての個々の構成要素は、2〜50baraの範囲、好ましくは10〜25baraの範囲の内圧に設計されている。水素ガスが反応器30を通って供給されるので、これらのガスと接触する成分の少なくとも全ては耐水素性材料からなる。耐水素ステンレス鋼が好ましく用いられる。これは、基材上にめっきすることができ、または反応器壁31、32、34、35、36および電極ホルダ33は、完全にこの材料で構成されている。分かりやすくするために、支持構造、断熱、電位均一化、保守および測定機器の接続片、熱伝達媒体のためのコネクタ、検査プラットフォームまたは電気設備などの通常のさらなる設計の一部である反応器30のさらなる装置の特徴は示していない。
【０１０５】
図4は、図3に示す反応器30の断面を示す。ここでは、蒸気8の注入ノズルまたは分配ノズル56の中心配置が示されている。注入ノズル56は、半径方向に、すなわち反応炉軸線55を通る直線に対して角度βだけオフセットされて配置されている。反応器を取り囲む分配器60およびそこから分岐する分配ライン61も示されている。
【０１０６】
本発明の方法を使用して液体炭化水素を製造するためのプラント80全体のフローチャートを図５に示す。このプラント80全体は、HCコンバータ2からのプロセスガス5,6の入口、二酸化炭素9の入口、蒸気8の入口および、生成合成ガス３の出口を備えた、HCコンバータ2およびCコンバータ7を含む。Cコンバータ7の下流領域には、熱伝達媒体を個々に循環させて様々なプラント構成要素に熱を供給するマルチパートクエンチ13がある。Cコンバータ7のクエンチ13を出ると、冷却器81を通過した後の合成ガス3は、まず、精製段階82に送られる。精製された合成ガス3の主要部分は、次いで、上記冷却器81を通じて、高圧コンデンサー83を介して供給され、ここでそれはCコンバータ7から流入した合成ガス3を冷却することで加熱されている。次いで、合成ガス3は、ここではFT反応器として構成されているCOコンバータ14に供給される。精製段階82から来る合成ガス3の小部分流3aは、ヒーター85を介して別のコンデンサー84によって再循環されて、HCコンバータ2に戻されプラズマガスとして使用される。
【０１０７】
個々のプラント構成要素またはプロセス段階のパラメータは、実施例により以下で詳細に説明される。20 baraの圧力で操作されるHCコンバータ2に、HC1として16 kg/sに相当する1.0 kmol/sのモル流のメタンが供給される。プラズマトーチまたはプラズマ発生器は、1.07 kg/sの質量流の再循環合成ガス3aを受ける。2つの質量流は、450℃の入口温度であるT11およびT12にHCコンバータ2に入る前に別個に予熱される。反応式(1)に従ってメタンを約97％の変換率で分解するために、72.5MWの反応エネルギー4が必要である。熱損失を考慮すると、HCコンバータ2の出口までに反応ガス混合物を1600℃の温度T13に加熱(86)するためにさらに119.5MWが必要であるので、HCコンバータの総エネルギー必要量は192 MWである。これは、反応ガス混合物の総C含有量に対する4.6kWh / kgCの比エネルギー要求量に相当する。
【０１０８】
反応器の第2の部分、Cコンバータ7において、炭素5が変換される。この目的のために、17.7 kg/sの二酸化炭素(CO2)9および12.7 kg/sの蒸気(H2O)8の流れがプロセスに供給される。この場合、発電プラントに由来する二酸化炭素9は、プロセス圧力20 baraに圧縮後、414℃の温度T14を有する。蒸気8はまず400℃の温度T15に過熱され、次いで下流のCコンバータ7に注入される。HCコンバータ2からの生成ガス5,6の、二酸化炭素9および蒸気8の２つのエダクト流との混合が1122℃の混合温度T16をもたらす。
【０１０９】
ブードア反応と不均一WGS反応の両方が吸熱的である。炭素の完全な変換を仮定すると、これは140.6MWの要求される反応熱を与える。これは、反応ガス混合物の熱出力によって部分的に提供される。最大の炭素変換を保証するために、1000℃の最低温度T17まで低下させることが可能である。122℃の温度差は、15.8MWの顕熱に相当する。「顕熱」は、相変化をもたらさない熱変化の量を指すと理解される。完全な炭素変換に必要な124.8MWの残りの反応熱は、電気的に操作されるグラファイトヒーター58、59によってプロセスに供給される。炭素変換の完了後、47.5 kg/sのプロセスガスの質量流は、Cコンバータ7における、複数のクエンチ段階13a、13bによって、215℃の温度T19へと対流冷却され、ここで、2つのクエンチ段階13aと13bの間の温度部分87は301℃の温度T18である。この温度段階87まで、冷却速度は非常に速く、1000℃における反応混合物中の逆反応が大きく阻害される。
【０１１０】
この生成物または合成ガス3は冷却器81で136℃の温度T20まで冷却され、次いで精製段階82に供給される。この段階を出る38.2 kg/sの質量流を有する精製合成ガス3は以下の組成を有する：
【表２】
2018502804.tif 000004
【０１１１】
精製段階82の後、合成ガス3は圧力20baraで約20℃の温度T21を有する。精製段階82において、水88が捕捉される。その他のエネルギー含有成分89は、プラントの他の部分においてエネルギー的にさらに使用される。上述した合成ガス3の1.07kg/sの部分流3aは、HCコンバータ2のプラズマ発生器38に再循環される。合成ガス3の主要部分の圧力は、高圧コンデンサー83によって20baraから40baraに上昇する。このプロセスにおいて、温度T22が96℃に上昇する。Cコンバータ7から流出する反応混合物すなわち合成ガス3のための上述した冷却器81において、それは冷媒として機能し、温度T23は190℃に上昇する。
【０１１２】
後続のフィッシャー・トロプシュ(FT)反応器14における特別なプロセスでは、H2対COの比が2：1であることが必要で、この比がここで達成されている。このフィッシャー・トロプシュ合成では、約200℃の温度レベルT24で158kJ/molの反応熱90が放出される。この熱は、プロセスに供給されるか、または電気エネルギーを生成するための廃熱管理に使用される。上記の質量流に関して、172.3MWの熱量が発生する。この場合、相当するフィッシャー・トロプシュ・プロセスで90％の変換を達成するために、複数のシステムが直列に接続されている。その後、生成されたHC91は、精錬装置18で燃料、液体ガス等に分離される。このプロセスでは、50％のケロシン、25％のナフサ、および25％のディーゼルを有する中間留出物19が生成される。これにより、以下の使用可能な質量流が得られる。
【表３】
2018502804.tif 000005
【０１１３】
生成されたさらなる水92は、FT反応器から排出される。
図2に関連して既に述べたように、精錬装置18で中間留出物19から分離されたHC93は、HCコンバータ2へのエダクトとして部分的に再循環させることができる。
【０１１４】
この特別なプラントでは、精錬装置18で生成されたプロパン94aと、FT反応器14で生成された少量のプロパン94bがバーナー95に供給され、そこでこれらはバーナー95で大気酸素96で燃焼される。燃焼熱は、HCコンバータ2においてプラズマガスとして使用され、ヒーター85において合成ガス3の部分流3aに放出され、450℃の温度で前記コンバータに入る。バーナーで発生した廃ガスは、廃ガスライン97を介して排出される。
【０１１５】
エネルギーの観点からは、メタン800.2MW、トータルの電力277.7MW、ガス精製のために26.0MWが消費され、305.7MWのケロシン、149.7MWのディーゼル、150.0MWのナフサ、147.9MWのプロパンが得られる。メタンの化学エネルギーを電気エネルギーに変換するための費用便益比率をみてパワープラントにおける60％の変換率を考慮すると、これは問題の化学エネルギーに関して58.4％の効率をもたらす。
【０１１６】
本発明の本質的な態様を以下に要約する。
【０１１７】
１．以下の工程：
a)プラズマを用いて炭化水素1を炭素5と水素6とに分解すること、
b)蒸気8を主成分である炭素5および水素6を有するa)で得られた生成物の少なくとも一部と混合することであって、好ましくは800℃〜1700℃の温度で、分解によって得られた炭素5の一部を蒸気8を用いて一酸化炭素および水素に変換すること、
c)二酸化炭素9を主成分である炭素5および水素6を有するa)で得られた生成物の少なくとも一部と混合することであって、好ましくは800℃〜1700℃の温度で、分解により得られた炭素5の一部を二酸化炭素9を用いて一酸化炭素に変換すること、
d)炭素5の可能な限り高い変換率を保証するために、b)およびc)の各工程に熱10を供給すること、および
e)工程b)およびc)の生成物流を好ましくは400℃未満の温度にクエンチ13することを含む、合成ガスの製造方法。
【０１１８】
２．蒸気8b)および二酸化炭素9c)の供給が、一緒に、別々に、または互い違いに実施され得る、実施形態1に記載の合成ガスの製造方法。
【０１１９】
３．熱の供給10d)が電気加熱によるが、炭化水素の同時燃焼によっても実施され得る、実施形態1または2に記載の合成ガスの製造方法。
【０１２０】
４．工程e)におけるクエンチ13が、水63の注入、吸熱反応による熱放散、または熱交換器64における熱伝達によって行われ得て、クエンチ13が熱交換器64で行われる場合にはクエンチ13後の温度は露点温度以下に低下しない、先の実施形態の1つに記載の合成ガスの製造方法。
【０１２１】
５．生成物の水素と一酸化炭素との比が、蒸気8対二酸化炭素9の供給比によって制御され得る、先の実施形態の1つに記載の合成ガスの製造方法。
【０１２２】
６．プロセスに再循環される生成された合成ガス3の一部3a、水素、または不活性ガスをプラズマガス43として使用することができる、先の実施形態の1つに記載の合成ガスの製造方法。
【０１２３】
７．a)からの生成物流の顕熱によって二酸化炭素9および/または水8の予熱/気化を行うことができる、先の実施態様の1つに記載の合成ガスの製造方法。
【０１２４】
８．炭素5および/または水8の予熱/気化が、合成ガス3の顕熱によって(炭素変換後)行うことができる、先の実施形態の1つに記載の合成ガスの製造方法。
【０１２５】
９．プラズマガス43の予熱は、合成ガス3の顕熱(炭素変換後)によって行うことができる、先の実施形態の1つに記載の合成ガスの製造方法。
【０１２６】
１０．合成ガス3の顕熱の一部が電気エネルギー4を生成するために使用される、先の実施形態の1つに記載の合成ガスの製造方法。
【０１２７】
１１．工程a)が、クバーナー反応器または改変クバーナー反応器で行われる、先の実施態様の1つに記載の合成ガスの製造方法。
【０１２８】
１２．工程a)が、高温のHCコンバータ中で、好ましくは1000℃を超える温度で、プラズマによって行われることを特徴とする、先の実施態様の1つに記載の合成ガスの製造方法。
【０１２９】
１３．工程a)が複数のHCコンバータで同時に行われ、かつ一部が1000℃以上の作動温度を有する高温コンバータとして構成されることができ、他の部分が、動作温度が1000℃未満の低温コンバータとして構成されることができる、先の実施態様の1つに記載の合成ガスの製造方法。
【０１３０】
１４．工程a)が1bar〜200barの作動圧力で操作され得る1つまたは複数の炭素コンバータ7において行われ得る、先の実施形態の1つに記載の合成ガスの製造方法。
【０１３１】
１５．工程a)における炭化水素1が、天然ガス、メタン、液化ガス、および/または重油ならびに在来型または非在来型の天然ガスの流れからなる、先の実施形態の1つに記載の合成ガスの製造方法。
【０１３２】
１６．工程a)において生成された炭素5の一部が、活性炭、グラファイト、カーボンブラック、またはカーボンコーンあるいはカーボンディスクなどの他の改質剤として本方法から取り出される、先の実施形態の1つに記載の合成ガスの製造方法。
【０１３３】
１７．以下の工程：
g)実施形態1〜16のうちの1つに記載の方法の工程c)で生成された合成ガス3の少なくとも一部から合成の官能化および/または非官能化の炭化水素を製造すること
を含む、合成の官能化および/または非官能化の炭化水素の製造方法。
【０１３４】
１８．工程g)における炭化水素の生成が、実施形態1〜13の1つに記載の方法の工程a)において製造された水素6の少なくとも一部を用いてさらに行われる、実施形態17に記載の合成の官能化および/または非官能化の炭化水素の製造方法。
【０１３５】
１９．工程g)で製造された合成炭化水素の一部が工程a)において供給炭化水素として使用される、実施形態17または18に記載の合成の官能化および/または非官能化の炭化水素の製造方法。
【０１３６】
２０．炭化水素の生成の工程g)が、フィッシャー・トロプシュ法、特にSMDS法を用いて行われる、実施態様17〜19の１つに記載の合成の官能化および/または非官能化の炭化水素の製造方法。
【０１３７】
２１．官能化および/または非官能化炭化水素の製造の工程g)が、ベルギウス-ピア法、ピア(Pier)法、またはピア法とMtl法の組み合わせを使用する、実施態様17〜19の1つに記載の合成の官能化および/または非官能化の炭化水素の製造方法。
【０１３８】
２２．工程g)で製造された官能化および/または非官能化炭化水素が以下の物質を含む、実施形態17〜21の1つに記載の合成の官能化および/または非官能化の炭化水素の製造方法：
パラフィン、ディーゼル燃料、ガソリン燃料、ケロシン、メタノール、メタン、液化ガス。
【０１３９】
２３．炭化水素を含む流体の少なくとも1つの入口、炭素の少なくとも1つの出口、および水素の少なくとも1つの出口を有するプラズマ作動式HCコンバータ2を含む、合成ガスを製造するためのプラント。
【０１４０】
２４．炭化水素1を含む流体の少なくとも1つの入口および炭素5と水素6の少なくとも1つの共通出口を有するプラズマ作動式HCコンバータ2；
水8の少なくとも1つの入口、炭素5の少なくとも1つの入口、および1つの二酸化炭素9の入口、ならびに合成ガス3の少なくとも1つの出口を有するCコンバータ(=炭素コンバータ)7
を含み、
Cコンバータ7の炭素5の少なくとも1つの入口は、C接続によってHCコンバータ2の炭素5の出口に接続されている、合成ガスを製造するためのプラント。
別の実施形態では、前述の反応ユニットを装置30に組み合わせる。これにより、炭化水素1、プラズマガス43、二酸化炭素9、蒸気8の少なくとも1つの入口、および合成ガス3の少なくとも1つの出口が得られる。代替的に、炭化水素1およびプラズマガス43の入口を一緒に構成することができる。
【０１４１】
２５．HCコンバータ2が、プラズマトーチ38、特にクバーナー反応器または改変クバーナー反応器で操作されるコンバータを含む、実施形態23および24の1つに記載の合成ガスを製造するためのプラント。
【０１４２】
２６．グラファイト、カーボンブラック、またはカーボンコーンあるいはカーボンディスクのような他の改質剤として使用する、合成ガス3を製造するためにCコンバータ7で使用されない生成された炭素5の部分5aを除去するための少なくとも1つの出口が存在する、実施形態23〜25の1つに記載の合成ガスを製造するためのプラント。
【０１４３】
２７．実施形態23〜26の1つに記載のプラント;および合成ガス3の少なくとも1つの入口と合成の官能化および/または非官能化炭化水素91の少なくとも1つの出口を有するCOコンバータ14を含み、COコンバータ14の合成ガス3の少なくとも1つの入口はCコンバータ7の合成ガス3の出口に接続する、合成の官能化および/または非官能化炭化水素を製造するためのプラント。
【０１４４】
２８．COコンバータ14は炭化水素コンバータ2の水素6の出口に接続された水素の少なくとも1つの入口6を含む、実施形態27に記載の合成の官能化および/または非官能化の炭化水素を製造するためのプラント。
【０１４５】
２９．COコンバータ14がフィッシャー・トロプシュコンバータ、特にSMDSコンバータを含む、実施形態27または28に記載の合成の官能化および/または非官能化の炭化水素を製造するためのプラント。
【０１４６】
３０．COコンバータ14が、ベルギウス-ピアコンバータ、ピアコンバータ、またはMtlコンバータとピアコンバータの組み合わせを含む、実施形態27または28に記載の合成の官能化および/または非官能化の炭化水素を製造するためのプラント。
【０１４７】
３１．複数のCOコンバータ14を含み、個々のCOコンバータ14は、フィッシャー・トロプシュコンバータ、特にSMDSコンバータもしくはベルギウス-ピアコンバータ、ピアコンバータ、またはMtlコンバータとピアコンバータの組み合わせを含む、実施形態27または28に記載の合成の官能化および/または非官能化の炭化水素を製造するためのプラント。
【０１４８】
３２．COコンバータ14の合成の官能化および/または非官能化の炭化水素の少なくとも1つの出口91が、炭化水素コンバータ2の炭化水素1の入口に接続されている、実施形態27〜31の1つの合成の官能化および/または非官能化の炭化水素を製造するためのプラント。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年4月8日(2016.4.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程：
a)プラズマを用いて炭化水素(1)を炭素(5)および水素(6)に分解すること、
b)蒸気(8)および二酸化炭素(9)を、主成分である炭素(5)および水素(6)を含むa)で得られた生成物の少なくとも一部と混合することであって、分解により得られた炭素(5)の一部が、好ましくは800℃〜1700℃の範囲の温度において、蒸気(8)との吸熱反応で一酸化炭素と水素に変換され、かつ、分解により得られた炭素(5)の一部が、好ましくは800℃〜1700℃の範囲の温度において、二酸化炭素(9)との別の吸熱反応で、一酸化炭素に変換され、ここで、炭素(5)の最大変換を保証するために熱(10)を吸熱反応に供給すること、および
c)工程b)の生成物流をクエンチ(13)すること、を含む、合成ガスの製造方法。
【請求項２】
工程b)において、二酸化炭素(9)を混合することが、蒸気(8)を混合することの前に行われる、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
工程b)において、熱(10)の供給が、炭化水素の電気加熱および/または共燃焼によって行われる、請求項1または2に記載の方法。
【請求項４】
工程c)において、生成物流が400℃または400℃未満の温度にクエンチされる、先行する請求項の一項に記載の方法。
【請求項５】
工程c)におけるクエンチ(13)が、水(63)の注入、吸熱反応による熱放散、または熱交換器における熱伝達(64)によって実施され、ここで、後者の場合、クエンチ(13)後のガス混合物の温度は、露点温度よりも低下しない、先行する請求項の一項に記載の方法。
【請求項６】
水素対一酸化炭素の生成物比が、蒸気(8)と二酸化炭素(9)の供給比によって調節される、先行する請求項の一項に記載の方法。
【請求項７】
水素対一酸化炭素の比が1.75：1〜1.95：1の範囲に設定される、請求項6に記載の方法。
【請求項８】
工程b)において、温度が900℃〜1500℃の範囲内である、先行する請求項の一項に記載の方法。
【請求項９】
工程a)が、1bar〜50barの範囲の作動圧力で1つまたは複数の炭化水素コンバータ(2)内で実施される、先行する請求項の一項に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１がさらに工程d)：
d)請求項1に記載の方法の工程c)において形成された合成ガス(3)の少なくとも一部から、合成の官能化および/または非官能化の炭化水素(91,19)を製造すること、
を含む、先行する請求項の一項に記載の方法。
【請求項１１】
官能化および/または非官能化の炭化水素(91,19)が、以下の物質：
パラフィン、ディーゼル燃料、ガソリン燃料、ケロシン、メタノール、メタン、液化ガス
の1つまたは複数を含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
以下：
炭化水素(1)含有流体の少なくとも1つの入口ならびに炭素(5)および水素(6)の少なくとも1つの共通出口を有するプラズマ作動式炭化水素コンバータ(2)；
炭素(5)および水素(6)の少なくとも1つの入口、水(8)の少なくとも1つの入口、および二酸化炭素(9)の少なくとも1つの入口、ならびに合成ガス(3)の少なくとも1つの出口を有するCコンバータ(炭素コンバータ)(7)
(ここで、Cコンバータ(7)の炭素(5)および水素(6)の少なくとも1つの入口が、
炭化水素コンバータ(2)の炭素(5)および水素(6)の出口に接続ラインを介して接続されている)、
工程b)において熱を供給するための加熱装置、ならびに
工程b)の生成物流を急冷するためのクエンチ(13)
を含む、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法を実施するためのプラント。
【請求項１３】
Cコンバータ(7)から流出するガス(3,48)の組成が1.75：1〜1.95：1の範囲にある水素対一酸化炭素の構成比を示すように、Cコンバータ(7)から流出するガス混合物(3,48)の組成を分析して、それに基づいてCコンバータ(7)に入る二酸化炭素(9)および水(8)の流れの体積流量、つまり、二酸化炭素(9)対水(8)の体積比を調節する調節装置(71)をさらに含む、請求項12に記載のプラント。 
【請求項１４】
プラントの構成要素の、炭化水素コンバータ(2)、Cコンバータ(7)およびクエンチ(13)の少なくとも2つが、一体型装置ハウジング(30)内に配置される、請求項12または13に記載のプラント。
【請求項１５】
少なくとも1つのCOコンバータ(14)をさらに含み、当該コンバータが、SMDSコンバータ、ベルギウス-ピア(Bergius-Pier)コンバータ、ピア(Pier)コンバータ、Mtlコンバータ、またはそれらの組み合わせのタイプから選択されるフィッシャー・トロプシュコンバータを含む、請求項12から14のいずれか一項に記載のプラントを用いた合成の官能化および/または非官能化の炭化水素を製造するためのプラント。
【国際調査報告】
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2018502804.tif 000013
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2018502804.tif 000016
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