СИНТЕЗ ГАЗ. Патентная база данных. Aenert. сентябрь 2022
Краткое содержание
Синтез-газ или синтез-газ, который преимущественно представляет собой смесь H2 и CO, можно получить практически из любого углеводородного или органического материала, включая природный газ, уголь, биомассу или бытовые отходы. Для производства синтез-газа сырье подвергается высокотемпературным методам воздействия, приводящим к разложению сложных молекул органических веществ до смеси элементарного водорода и оксида углерода. На следующем этапе из них можно синтезировать метанол и ряд его производных, имеющих широкий спектр применения, прежде всего в химической промышленности. Процессы Фишера-Тропша позволяют производить высококачественное синтетическое топливо. Метанизация синтез-газа обеспечивает производство синтез-газа в качестве заменителя природного газа. Ведущими игроками на этом рынке являются англо-голландская Shell, южноафриканская Sasol, канадская Mthanex Corporation, датская Haldor Topsoe, японская Toyo Technology Corporation, American Air Products, Lurgi Chemie GmbH, Linde plc, Air Liquide и другие компании.
В зависимости от типа используемого сырья процессы получения синтез-газа с последующим синтезом жидкого топлива получили названия «Газ в жидкость» (GTL), «Уголь в жидкость» (CTL), «Биомасса в жидкость» (BTL). Каждая из этих технологий имеет свои принципиальные отличительные особенности, что зачастую не позволяет рассматривать их в совокупности. Тем не менее, каждый из них основан на производстве синтез-газа, что предполагает участие сопутствующих процессов.
Производство жидкого топлива из природного газа – давно сложившийся промышленный процесс. В основе этого процесса лежит двухстадийная технология производства синтез-газа с последующим его преобразованием в органические жидкости методом Фишера-Тропша. Помимо удовлетворения региональных потребностей в жидком топливе, технология GTL позволяет регулировать поставки сжиженного газа или, наоборот, набора жидких углеводородов в зависимости от ситуации на рынке. Крупнейшие заводы Pearl GTL и Oryx GTL общей мощностью более 170 000 баррелей в сутки расположены в Катаре, который обладает большими запасами природного газа и является крупнейшим производителем сжиженного природного газа (СПГ).
Один из сценариев внедрения технологий GTL предполагает использование специализированного микроканального оборудования. Микроканальные технологии производства синтетического топлива рассматриваются прежде всего как наиболее перспективные варианты полезного использования попутного нефтяного газа на месторождениях нефти. В отличие от крупнотоннажных технологий GTL, которые широко используются на практике, микроканальные установки предполагают сборку металлических листов с чередованием каналов для основных реакций и охлаждения. Микроканальные реакторы используются для производства как синтез-газа, так и жидких углеводородов посредством реакции Фишера-Тропша. Основными преимуществами микроканальных реакторов являются малотоннажность оборудования, модульность (модульные установки микро-ГТЛ) и возможность использования их непосредственно в полевых условиях. К недостаткам относятся локальное использование продуктов, более высокие затраты и затраты на электроэнергию, а также трудности во внедрении технологии. В настоящее время крупносерийное производство микроканальных блоков не налажено, а примеры практического применения этой технологии ограничиваются демонстрационными проектами. Поэтому большая часть попутного нефтяного газа по-прежнему сжигается непосредственно на месторождениях или закачивается обратно в пласт.
Технологии преобразования угля в жидкость позволяют производить высококачественное синтетическое топливо из угля, который является самым дешевым видом ископаемого топлива. Однако эти технологии характеризуются низкой экономической эффективностью и экологическими проблемами. Недавние патенты, опубликованные в ведущих патентных ведомствах мира, посвящены этим вопросам. Среди них, в частности, следует выделить методы экономной утилизации СО2, снижения потребления воды, разработки эффективных и доступных катализаторов на основе железа, совершенствования технологий получения кислорода, применения рациональных методов переработки конечного продукта. Подземная газификация угля представляет собой разновидность технологии CTL, при которой основные высокотемпературные процессы осуществляются непосредственно в угольных пластах, что позволяет минимизировать затраты на дорогостоящее оборудование и снизить воздействие на окружающую среду.
Использование экологически чистых видов энергии привело к повышенному интересу современного общества к различным методам производства возобновляемой энергии, таким как газификация биомассы. В настоящее время существует несколько типов газификаторов, используемых для газификации биомассы. Одними из наиболее распространенных являются противоточный неподвижный слой, при котором неподвижный слой углеродистого топлива обрабатывается паром, кислородом или воздухом, проходящим через него в противоточной конфигурации; прямоточный неподвижный слой, в котором используется газ-агент газификации, который течет в прямоточной конфигурации с топливом; псевдоожиженный слой, где топливо подвергается псевдоожижению в кислороде, паре или воздухе; или увлеченный поток, когда сырье газифицируется кислородом или воздухом в прямоточном потоке. Для этого процесса подходит большое разнообразие различных видов биомассы и сырья, полученного из отходов, включая древесную щепу, древесные отходы, сельскохозяйственные отходы, просо и остатки сельскохозяйственных культур. Однако это также может вызвать проблемы, поскольку для различного сырья требуются газификаторы разных типов и размеров. Разное сырье также может иметь разную теплотворную способность и содержание влаги.
Во время газификации образование смол является одной из самых серьезных проблем, которые приводят, например, к блокировке оборудования, низкому качеству выпуска газа и увеличению затрат на техническое обслуживание. Экологические проблемы, связанные с газификацией биомассы, включают выбросы токсичных газов, таких как CO, Six, NOx.
Предлагаемая база данных включает в себя коллекцию патентов и патентных заявок, раскрывающих различные аспекты производства синтез-газа. В базу данных включены документы, которые связаны с производством синтез-газа, но могут относиться и к другим технологическим областям. В нем рассматриваются традиционные виды сырья, такие как природный газ, уголь, биомасса и другое сырье. Патентная документация базы данных охватывает такие технологические процессы, как «Подготовка сырья», «Основные технологии производства синтез-газа», «Производство синтез-газа в целом», «Микроканальное производство синтез-газа», «Подземная газификация угля», «Другие способы получения синтез-газа», «Очистка синтез-газа». Каждый патентный документ в базе данных отмечен специальными символами, позволяющими выделить из всего массива нужную группу изобретений в зависимости от требований пользователя. Помимо обычных показателей, представляющих библиографические данные патентного документа (идентификационный номер, дата публикации, патентное ведомство, имена авторов и заявителей, индексы МПК, данные семейства патентов и т. д.), база данных предоставляет технологические показатели, представляющие, например, исходное сырье. вид материала (GTL, CTL и т. д.), тип технологического процесса (подготовка сырья, основной процесс, микроканальные технологии, обработка продукта и т. д.), проблемы, на решение которых направлено изобретение, раскрытое в патентном документе (высокие затраты, низкие эффективность и т.д.) и тип изобретения (способ, устройство, состав). Кроме того, для подавляющего большинства патентных документов патентный рейтинг рассчитывается с использованием оригинального программного обеспечения.
База данных включает более 19 500 патентных документов, опубликованных в общедоступных источниках по всему миру в течение 1990 и 2022 годов. Общую методологию составления патентной базы данных и статистическую оценку, использованную в этом продукте, можно найти на сайте aenert.com.
Ключевые моменты
Статистический анализ за 20-летний период с 2002 по 2021 год включает:
Изобретений: 18679
Офисов: 72
Страны: 57
Претендентов: 4114
Отдельные подгруппы МПК: 2921
Всего назначено подгрупп МПК: 65049
Всего по данному обзору найдено 6385 патентов и 12294 патентных заявки. Наиболее активная регистрация патентных заявок происходила в 2014-2018 годах. Наиболее популярными патентными ведомствами среди заявителей были USPTO (США), CNIPA (Китай), ЕПВ и IP Australia (Австралия). В процессе патентования приняли участие представители 57 стран мира. Наибольшее количество патентов получили жители США, Китая, Германии, Японии и Франции. Наибольшее количество патентных заявок за последние пять лет подали жители Китая и США. Наибольшее количество патентов нерезидентам выдали USPTO (США), CNIPA (Китай) и ЕПВ.
К концу рассматриваемого периода доля нерезидентов среди заявителей существенно снизилась. Количество заявлений к общему количеству документов по годам в 2017-2021 годах составляло 0,61-0,52. При этом соотношение стартовых заявок к общему количеству заявок по годам находилось на высоком уровне (0,46-0,29 в 2017-2021 годах). По состоянию на конец 2021 года более 80% патентов относились к патентным семействам (три и более патентных документа). 12 патентных семейств включали более 30 патентных документов. Среднее время ожидания патента в последние годы составляло 48-51 месяц.
Всего в рассматриваемой патентной базе данных выявлена 2921 отдельная подгруппа МПК, которым присвоено 65049 раз, и 2270 групп идентичных унифицированных показателей. Среди подгрупп МПК наиболее популярными были C01B3/38 (Синтез-газ из углеводородов, с использованием катализаторов), C10J3/46 (Газификация гранулированного или пылевидного топлива в суспензии) и C10J3/72 (Синтез-газ из углеводородов, другие характеристики). Среди патентов и патентных заявок значительно выросла популярность подгрупп МПК C01B3/38 и C10J3/72. В патентах 413 документам одновременно присвоено три и более различных раздела МПК (более 6,4%). Ежегодное количество новых подгрупп МПК, присвоенных патентным документам, в последние годы значительно возросло.
В патентах и патентных заявках чаще всего упоминались технологические категории «Уголь в жидкости». В большинстве случаев в качестве проблем, на решение которых направлены технические решения, раскрытые в патентах и патентных заявках, авторы указали Низкую эффективность основных процессов и Высокие эксплуатационные расходы/обслуживание. В подавляющем большинстве случаев изобретения были связаны с устройствами или методами.
В список топ-10 самых результативных заявителей по количеству патентов вошли:
Shell Internationale Research Maatschappij BV (Нидерланды)
Хальдор Топсе А/С (Дания)
L'air Liquide, Société Anonyme Pour L'etude et L'exploitation Des Procédés Жоржа Клода (Франция)
Шелл Ойл Компани (США)
Velocys Inc (США)
IFP Energies Nouvelles (Франция)
Уханьская компания генерального научно-исследовательского института инженерных технологий Кайди (CN)
Air Products and Chemicals, Inc. (США)
Дженерал Электрик (США)
Джонсон Матти Plc (Великобритания)
Заключительная часть анализа включает расчетные данные, которые позволяют выявить возникающие в результате тенденции патентования и сделать основные выводы. Здесь же представлены такие диаграммы, как отношение количества заявок к числу патентов по годам, соотношение количества единичных заявок к общему количеству по годам и другие.
Бесплатную демо-версию этой базы данных можно скачать здесь:
В демо-версии представлены первые сто патентных документов, а также некоторая статистическая информация.
Кому нужна эта база данных?
Предлагаемая патентная база данных позволяет своевременно отслеживать существующие тенденции на рынке интеллектуальной собственности указанного промышленного сектора. Патентная база данных предназначена для изобретателей, инженеров, исследователей, менеджеров и бизнес-администраторов, занимающихся разработкой технологий производства синтез-газа.
Отказ от ответственности
Настоящая патентная база данных подготовлена компанией EnerTechUp и ее партнерами. Патентная база данных включает в себя патентные документы, тщательно собранные из общедоступных источников и, по мнению авторов, в наибольшей степени представляют новейшие инновации в конкретной энергетической отрасли на момент составления патентной базы. Подробную информацию о методологии поиска и обработки патентных документов можно получить на сайте Advanced Energy Technologies (www.aenert.com). Учитывая трудности, связанные с составлением перечней международных патентных документов, в том числе связанные со сроками, национальными и терминологическими барьерами, а также принимая во внимание высокую трудоемкость сбора необходимой аналитической информации и выполнения ее качественной интерпретации, авторы патентная база данных не может гарантировать абсолютную полноту и точность представленных материалов и снимает с себя любую ответственность за их использование. EnerTechUp представляет этот материал «как есть» и отказывается от любых претензий и обязательств, возникающих в связи с использованием опубликованных в нем данных, включая, помимо прочего: компенсацию любого вида финансового ущерба, упущенную выгоду или компенсацию морального вреда. Эти положения также относятся к сотрудникам, акционерам, агентам и поставщикам данных EnerTechUp.
