SYNTHESEGAS. Patentdatenbank. Aenert. September 2022
Zusammenfassung
Synthesegas oder Synthesegas, das überwiegend eine Mischung aus H2 und CO ist, kann aus praktisch jedem Kohlenwasserstoff oder organischen Material gewonnen werden, einschließlich Erdgas, Kohle, Biomasse oder Siedlungsabfällen. Zur Herstellung von Synthesegas wird das Ausgangsmaterial Hochtemperaturverfahren ausgesetzt, die zur Zersetzung komplexer Moleküle organischer Substanzen zu einer Mischung aus elementarem Wasserstoff und Kohlenmonoxid führen. Im nächsten Schritt können daraus Methanol und eine Reihe seiner Derivate synthetisiert werden, die vor allem in der chemischen Industrie ein breites Anwendungsspektrum haben. Mit Fischer-Tropsch-Verfahren können hochwertige synthetische Kraftstoffe hergestellt werden. Die Syngas-Methanisierung ermöglicht die Produktion von Synthesegas als Ersatz für Erdgas. Die führenden Akteure auf diesem Markt sind die englisch-niederländische Shell, das südafrikanische Sasol, die kanadische Methanex Corporation, das dänische Haldor Topsoe, die japanische Toyo Technology Corporation, American Air Products, Lurgi Chemie GmbH, Linde plc, Air Liquide und andere Unternehmen.
Abhängig von der Art des verwendeten Rohstoffs wurden die Synthesegasproduktionsprozesse mit anschließender Synthese von flüssigem Brennstoff als Gas to Liquid (GTL), Coal to Liquid (CTL) und Biomass to Liquid (BTL) bezeichnet. Jede dieser Technologien weist ihre eigenen grundlegenden Besonderheiten auf, die es oft nicht ermöglichen, sie gemeinsam anzugehen. Dennoch basiert jedes von ihnen auf der Synthesegasproduktion, was die Einbeziehung verwandter Prozesse impliziert.
Die Herstellung flüssiger Kraftstoffe aus Erdgas ist ein seit langem etablierter industrieller Prozess. Dieses Verfahren basiert auf einer zweistufigen Technologie zur Herstellung von Synthesegas und anschließender Umwandlung in organische Flüssigkeiten mithilfe der Fischer-Tropsch-Methode. Neben der Deckung des regionalen Bedarfs an flüssigen Brennstoffen ermöglicht die GTL-Technologie je nach Marktsituation die Regulierung der Versorgung mit Flüssiggas oder umgekehrt einer Reihe flüssiger Kohlenwasserstoffe. Die größten Anlagen, Pearl GTL und Oryx GTL, mit einer Gesamtkapazität von mehr als 170.000 bpd, befinden sich in Katar, das über große Erdgasreserven verfügt und der größte Produzent von Flüssigerdgas (LNG) ist.
Ein Szenario zur Implementierung von GTL-Technologien beinhaltet die Verwendung spezieller Mikrokanalgeräte. Mikrokanaltechnologien zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe gelten vor allem als die vielversprechendsten Optionen für die sinnvolle Nutzung von Erdölbegleitgas in Ölfeldern. Im Gegensatz zu GTL-Technologien mit großer Kapazität, die in der Praxis weit verbreitet sind, handelt es sich bei Mikrokanalinstallationen um die Anordnung von Metallblechen, die mit Kanälen für die Hauptreaktionen und Kühlung durchzogen sind.
Mikrokanalreaktoren werden zur Herstellung von Synthesegas und flüssigen Kohlenwasserstoffen über die Fischer-Tropsch-Reaktion verwendet. Die Hauptvorteile von Mikrokanalreaktoren sind die geringe Tonnage der Ausrüstung, die Modularität (modulare Mikro-GTL-Einheiten) und die Möglichkeit, sie direkt vor Ort einzusetzen. Zu den Nachteilen zählen der lokale Einsatz der Produkte, höhere Kosten und Energiekosten sowie Schwierigkeiten bei der Umsetzung der Technologie. Derzeit ist die Produktion von Mikrokanaleinheiten in großem Maßstab noch nicht etabliert und Beispiele für die praktische Anwendung dieser Technologie beschränken sich auf Demonstrationsprojekte. Daher wird der Großteil des Erdölbegleitgases noch immer direkt auf den Feldern abgefackelt oder wieder in die Lagerstätte eingespeist.
Coal-to-Liquid-Technologien ermöglichen die Herstellung hochwertiger synthetischer Kraftstoffe aus Kohle, dem günstigsten fossilen Brennstoff. Allerdings zeichnen sich diese Technologien durch geringe wirtschaftliche Leistungsfähigkeit und Umweltprobleme aus. Aktuelle Patente, die in führenden Patentämtern auf der ganzen Welt veröffentlicht wurden, befassen sich mit diesen Problemen. Darunter sind insbesondere Methoden zur sparsamen Nutzung von CO2, zur Reduzierung des Wasserverbrauchs, zur Entwicklung wirksamer und erschwinglicher Katalysatoren auf Eisenbasis, zur Verbesserung der Sauerstoffproduktionstechnologien und zur Anwendung rationeller Methoden zur Verarbeitung des Endprodukts hervorzuheben.
Die unterirdische Kohlevergasung ist eine Art CTL-Technologie, bei der große Hochtemperaturprozesse direkt in den Kohleflözen durchgeführt werden, wodurch die Kosten für teure Ausrüstung minimiert und die ökologischen Auswirkungen gemindert werden.
Die Nutzung umweltfreundlicher Energiearten hat zu einem erhöhten Interesse der modernen Gesellschaft an verschiedenen Methoden der erneuerbaren Energieerzeugung, wie beispielsweise der Biomassevergasung, geführt. Derzeit gibt es verschiedene Arten von Vergasern, die zur Biomassevergasung eingesetzt werden. Zu den gebräuchlichsten gehören Gegenstrom-Festbettbetten, bei denen ein Festbett aus kohlenstoffhaltigem Brennstoff mit Dampf, Sauerstoff oder Luft behandelt wird, die im Gegenstrom durchströmt werden. Gleichstrom-Festbett, das ein Vergasungsgas verwendet, das im Gleichstrom mit dem Brennstoff strömt; Wirbelschicht, bei der der Brennstoff in Sauerstoff und Dampf oder Luft verwirbelt wird; oder Flugstrom, bei dem das Ausgangsmaterial im Gleichstrom mit Sauerstoff oder Luft vergast wird. Für diesen Prozess eignen sich eine Vielzahl unterschiedlicher Biomasse- und Abfallrohstoffe, darunter Hackschnitzel, Altholz, landwirtschaftliche Abfälle, Rutenhirse und erntebedingte Rückstände. Dies kann jedoch auch zu Problemen führen, da unterschiedliche Einsatzstoffe unterschiedliche Vergasertypen und Anlagengrößen erfordern. Unterschiedliche Rohstoffe können auch unterschiedliche Heizwerte und Feuchtigkeitsgehalte haben.
Bei der Vergasung ist die Teerbildung eines der größten Probleme, die beispielsweise zu Geräteblockaden, schlechter Gasausstoßqualität und erhöhtem Wartungsaufwand führt. Zu den Umweltproblemen im Zusammenhang mit der Biomassevergasung gehört die Emission giftiger Gase wie CO, Sechs, NOx.
Die vorgeschlagene Datenbank umfasst eine Sammlung von Patenten und Patentanmeldungen, die verschiedene Aspekte der Synthesegasproduktion offenlegen. Die Datenbank umfasst Dokumente, die einen Bezug zur Herstellung von Synthesegas haben, aber auch einen Bezug zu anderen Technologiefeldern haben können. Es berücksichtigt konventionelle Arten von Rohstoffen wie Erdgas, Kohle, Biomasse und andere Rohstoffe. Die Auswahl von Patentdokumenten in der Datenbank umfasst technologische Prozesse wie die Rohstoffaufbereitung, Primärtechnologien der Synthesegasproduktion, Synthesegasproduktion im Allgemeinen, Mikrokanal-Synthesegasproduktion, unterirdische Kohlevergasung, andere Methoden der Synthesegasproduktion und die Behandlung von Synthesegas. Jedes Patentdokument in der Datenbank ist mit speziellen Symbolen gekennzeichnet, die es ermöglichen, je nach Benutzeranforderungen eine gewünschte Gruppe von Erfindungen aus der Gesamtheit auszusortieren. Zusätzlich zu herkömmlichen Indikatoren, die bibliografische Daten eines Patentdokuments darstellen (ID-Nummer, Veröffentlichungsdatum, Patentamt, Namen von Autoren und Anmeldern, IPC-Indizes, Patentfamiliendaten usw.), stellt die Datenbank technologische Indikatoren bereit, die beispielsweise den Rohstoff darstellen Art des Materials (GTL, CTL usw.), Art des technologischen Verfahrens (Vorbereitung des Ausgangsmaterials, Hauptprozess, Mikrokanaltechnologien, Behandlung des Produkts usw.), Probleme, die die in einem Patentdokument offenbarte Erfindung lösen soll (hohe Kosten, niedrige Kosten). Effizienz usw.) und Art der Erfindung (Methode, Gerät, Zusammensetzung). Außerdem wird die Patentbewertung für die überwiegende Mehrheit der Patentdokumente mithilfe von Originalsoftware berechnet.
Die Datenbank umfasst mehr als 19.500 Patentdokumente, die in den Jahren 1990 und 2022 in allgemein zugänglichen Quellen auf der ganzen Welt veröffentlicht wurden. Allgemeine Methoden zur Erstellung von Patentdatenbanken und zur statistischen Auswertung, die in diesem Produkt verwendet werden, finden Sie unter aenert.com.
Schlüssel-Höhepunkte
Die statistische Analyse für den 20-Jahres-Zeitraum zwischen 2002 und 2021 umfasst:
Erfindungen: 18679
Büros: 72
Länder: 57
Bewerber: 4114
Einzelne IPC-Untergruppen: 2921
Gesamtzahl der zugewiesenen IPC-Untergruppen: 65049
Insgesamt wurden für die vorliegende Überprüfung 6385 Patente und 12294 Patentanmeldungen gefunden. Die aktivste Registrierung von Patentanmeldungen fand in den Jahren 2014-2018 statt. Die beliebtesten Patentämter bei den Anmeldern waren USPTO (USA), CNIPA (China), EPO und IP Australia (AU). Am Patentierungsprozess beteiligten sich Vertreter aus 57 Ländern weltweit. Die meisten Patente wurden den Einwohnern der Vereinigten Staaten, Chinas, Deutschlands, Japans und Frankreichs erteilt. Die meisten Patentanmeldungen wurden in den letzten fünf Jahren von Einwohnern Chinas und der Vereinigten Staaten eingereicht. Die meisten Patente wurden von USPTO (USA), CNIPA (China) und EPA an Nichtansässige erteilt.
Der Anteil der Ausländer unter den Antragstellern nahm gegen Ende des Betrachtungszeitraums deutlich ab. Die Anzahl der Anträge im Verhältnis zur Gesamtzahl der Dokumente pro Jahr betrug im Zeitraum 2017–2021 0,61–0,52. Gleichzeitig lag die Zahl der Startbewerbungen im Verhältnis zur Gesamtzahl der Bewerbungen pro Jahr auf einem hohen Niveau (0,46-0,29 im Zeitraum 2017-2021). Ende 2021 waren mehr als 80 % der Patente Mitglieder von Patentfamilien (drei und mehr Patentdokumente). 12 Patentfamilien umfassten mehr als 30 Patentdokumente. Die durchschnittliche Patentanmeldezeit betrug in den letzten Jahren 48–51 Monate.
Insgesamt wurden in der betrachteten Patentdatenbank 2921 einzelne IPC-Untergruppen identifiziert, die 65049 Mal zugeordnet wurden, und 2270 Gruppen identischer einheitlicher Indikatoren. Unter den IPC-Untergruppen waren C01B3/38 (Synthesegas aus Kohlenwasserstoffen unter Verwendung von Katalysatoren), C10J3/46 (Vergasung körniger oder pulverförmiger Brennstoffe in Suspension) und C10J3/72 (Synthesegas aus Kohlenwasserstoffen, andere Merkmale) die beliebtesten. Bei Patenten und Patentanmeldungen hat die Beliebtheit der IPC-Untergruppen C01B3/38 und C10J3/72 erheblich zugenommen. In Patenten wurden 413 Dokumenten gleichzeitig drei und mehr verschiedene IPC-Abschnitte zugeordnet (mehr als 6,4 %). Die jährliche Anzahl neuer IPC-Untergruppen, die Patentdokumenten zugewiesen werden, ist in den letzten Jahren erheblich gestiegen.
In Patenten und Patentanmeldungen wurden die Technologiekategorien „Coal-to-Liquids“ am häufigsten genannt. In den meisten Fällen gaben die Autoren eine geringe Effizienz der Hauptprozesse und einen hohen OPEX/Wartungsaufwand als Probleme an, die mit den in den Patenten und Patentanmeldungen offenbarten technischen Lösungen gelöst werden sollten. In den allermeisten Fällen standen die Erfindungen im Zusammenhang mit Geräten oder Methoden.
Die Liste der zehn produktivsten Anmelder nach Anzahl der Patente umfasst:
Shell Internationale Research Maatschappij B.V. (NL)
Haldor Topsoe A/S (DK)
L'air Liquide, Société Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procédés Georges Claude (FR)
Shell Oil Company (USA)
Velocys Inc (USA)
IFP Energies nouvelles (FR)
Wuhan Kaidi Engineering Technology Research General Institute Co., Ltd. (CN)
Air Products and Chemicals, Inc. (USA)
General Electric (USA)
Johnson Matthey Plc (GB)
Der abschließende Teil der Analyse umfasst berechnete Daten, die es ermöglichen, die daraus resultierenden Patentierungstrends aufzuzeigen und wesentliche Schlussfolgerungen zu ziehen. Hier werden auch Diagramme wie das Verhältnis der Zahl der Anmeldungen zur Zahl der Patente pro Jahr, das Verhältnis der Zahl der Einzelanmeldungen zur Gesamtzahl pro Jahr und andere dargestellt.
Eine kostenlose Demoversion dieser Datenbank kann hier heruntergeladen werden:
Die Demoversion präsentiert die ersten hundert Patentdokumente sowie einige statistische Informationen.
Wer braucht diese Datenbank?
Die vorgeschlagene Patentdatenbank ermöglicht die rechtzeitige Verfolgung der bestehenden Trends auf dem Markt für geistiges Eigentum des angegebenen Industriesektors. Die Patentdatenbank richtet sich an Erfinder, Ingenieure, Forscher, Manager und Betriebswirte, die an der Entwicklung von Synthesegas-Produktionstechnologien beteiligt sind.
Haftungsausschluss
Die vorliegende Patentdatenbank wurde von der Firma EnerTechUp und ihren Partnern erstellt. Die Patentdatenbank umfasst Patentdokumente, die sorgfältig aus öffentlich zugänglichen Quellen zusammengestellt wurden und laut den Autoren größtenteils die neuesten Innovationen in der jeweiligen Energiebranche zum Zeitpunkt der Erstellung der Patentdatenbank darstellen. Detaillierte Informationen zur Methodik der Suche und Bearbeitung von Patentdokumenten finden Sie bei Advanced Energy Technologies (www.aenert.com). Angesichts der Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Zusammenstellung von Listen internationaler Patentdokumente, einschließlich derjenigen im Zusammenhang mit Zeitrahmen, nationalen und terminologischen Barrieren, sowie unter Berücksichtigung der hohen Arbeitsintensität bei der Sammlung der erforderlichen analytischen Informationen und der Durchführung ihrer qualitativen Interpretation, haben die Autoren von Die Patentdatenbank kann keine absolute Vollständigkeit und Richtigkeit der dargestellten Materialien garantieren und lehnt jegliche Verantwortung für deren Verwendung ab. EnerTechUp stellt dieses Material „wie besehen“ dar und lehnt jegliche Ansprüche und Haftungen ab, die sich aus der Nutzung der darin veröffentlichten Daten ergeben, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: Entschädigung für finanzielle Schäden jeglicher Art, entgangenen Gewinn oder Entschädigung für moralische Verletzungen. Diese Bestimmungen gelten auch für Mitarbeiter, Aktionäre, Vertreter und Datenlieferanten von EnerTechUp.
