JP2013503239A - 原油またはその画分からの低沸点燃料の生産のための非分画方法 - Google Patents

Abstract

液体と、および流動石油画分に浸漬され鉄枠上に支持される遷移金属の巻線から形成される金属触媒グリッドと、中温で接触させるためにメタン含有ガスを反応槽に供給して、ガス状反応生成物を生産し、これを凝縮して燃料を形成する方法において、該ガスを原油または流動石油画分と反応させることによって、炭化水素の改質された混合物を有するクリーン燃焼燃料を生産する。この燃料は、輸送目的のための原油への添加物としての働きを含む様々な用途を有する。

Description

１．発明の分野
本発明は、原油、原油輸送、および原油由来の液体燃料の分野に属する。

２．従来技術の説明
原油は世界中で最大かつ最も広く使用されている動力の供給源である。原油由来燃料は、自動車機関および家庭暖房のための燃料等の民生用途から、ボイラー、炉、精錬ユニットおよび発電装置のための燃料等の商業および工業用途までの広範囲に亘る有用性を有する。原油は、分子量、沸点および融点、反応性ならびに加工のしやすさが大きく異なる炭化水素の混合物である。混合物は、即時に有用である軽質成分と、殆どまたは全く有用性を有さない重質成分の両方、ならびに精製産物に持ち越された場合には環境に有害となる硫黄等の成分を含む。より重い成分、または重合もしくはさもなければ凝固しがちなもの、特に、オレフィン、芳香族化合物、ならびにナフタレン誘導体、インダン誘導体およびインデン誘導体、アントラセン誘導体およびフェナントラセン誘導体（phenanthracene）等の縮合環化合物を除去、希釈または変換することにより、原油を改質するための多くの工業的方法が開発されてきた。

原油は、多数の遠隔地を含む世界のいろいろな地域で発見されている。原油を加工するためには、したがって、しばしば原油を長い距離を越えて加工場所へ輸送する必要がある。輸送の主要な様式の1つは、米国およびカナダの他、世界のその他の地域に構築されているネットワークであるパイプラインによるものである。しかしながら、原油のパイプライン輸送はある種の困難を示す。中でも目立つのは、緩やかな温度でさえもポンピングを困難にし、特に寒冷な気候では特に、ポンピングを困難にする油の高粘度である。原油を、低粘度油または精製カット等の添加物とブレンドすることによって粘度を減らすことができるが、これは、比較的大量のこれらの添加物を必要とし、かつ同じ場所または近くに軽油田または製油所がある場合にのみ実行できる。重油の粘度はまた加熱によっても減らすことができる。しかしながら、これを達成するためには、パイプラインに加熱器具および断熱を備え付けるための大規模な資本支出に加えて、かなりの量の熱が必要とされる。油の流動性を増加させるさらなる別の方法は、パイプラインを通してポンピングする前に乳濁液に変換するために、油に水を添加することである。目的地に到達した後、乳濁液は沈降タンク中で油と水に分離される。しかしながら、経済的に実行可能であるためには、容易に形成されるがまた安定である乳濁液を生産し、かつ原油埋蔵物中にしばしば存在する塩分中で、かつ埋蔵物から油を抽出するのに利用される高温中で機能する乳化剤の助けによって乳濁液は形成されなければならない。乳化剤はまた、油の割合が高い乳濁液を安定化でき、かつ目的地で乳濁液が分離されることを可能にしなければならない。乳化剤中の成分はしばしば最終の燃料中に保持されるので、乳化剤はまた、燃料が燃焼された場合に環境に有害でないものでなければならない。

多くの原油埋蔵物は、原油と共に埋蔵物から放出される天然ガス、および一般的に「石油ガス」と呼ばれる他のガス状炭化水素を含む。これらのガスは、既にポンプで排出された油田からの油の抽出を容易にするために水、蒸気または不活性ガスを埋蔵物に注入した際に、特に大量に放出される。この石油ガスの現地利用がない限り、これは廃棄問題を引き起こす。どちらも環境問題を起こすが、ガスを大気中にガス抜きすることによって、またはガスをフレアとして燃焼させることにより、廃棄は一般に達成される。

低沸点成分の割合が液体原料油よりも実質的により大きい炭化水素混合物を達成するために、メタン、およびメタンを含有するガス混合物が、原油または流動石油画分からなる液体原料油を改質するのに利用できることが現在発見されている。この変換は、メタンを中位の温度および圧力で、液体原料油と固体金属触媒の両方を含む反応装置に通し、反応装置からガス状産物を抜き取り、かつガス状産物を液体形状に凝縮することにより達成される。本発明のある態様では、外部から課された電位により開始されることなくまたは補われることなく、反応装置中で自然に電位が生成される。電位は金属グリッド上の部位の間で検出することができる。特に、鉄枠上の、導電性金属の巻線、または2つまたはそれ以上の遷移金属、かつ好ましくはまたアルミニウム等の導電性金属の組合せの巻線からなるグリッドでは、電位は、巻線と鉄枠との間で測定することができる。電位の変動は、一般的に振幅と振動数の両方が不規則であるが、グリッドを通る気体流が不在の場合の浸漬された触媒グリッド上の同じ部位の間に存在するそのようないずれの電位の値を、少なくとも10倍有意に超える時間平均値である。

反応により生産された液体凝縮物は、燃料と添加物の両方を含む広範囲に亘る応用において有用であり、また、製油所において、または同型触媒存在下、同じ反応装置構成中でのさらなるメタンとの反応の第二期液体媒質のどちらかにおいて、出発液体原料油に代えてのさらなる加工のために有用である。生産物は従って天然ガス由来または他のメタンの供給源由来であり、ガス状副産物の廃棄が殆どまたは全く必要ない。液体原料油が原油である場合、舗装もしくは屋根葺き、または他の類似の応用にしかそうでなければ有用でない、原油の重質残留成分から炭化水素値は抽出される。重原油はこのように、より効率的な分画のため、改質された精製原料油に変換され得、かつ原油の分画をすることなく、自動車燃料を原油およびメタンから直接得ることができる。メタンを消費することにより、本発明は、油田における石油ガスの廃棄、または油田におけるガスの回収および回収されたガスを消費のために離れた目的地への輸送する必要を排除する。本発明の工程により生じる炭化水素混合物の多くの用途のうちの一つは、原油の粘度を低下させ、かつそれにより長距離パイプラインを通したポンピングのためにその流動性を増加させる、原油のための調合剤(blending agent)としての用途である。低粘度ブレンドは、供給源における高価な添加物、または供給源におけるもしくはパイプライン中の加熱器具、または目的地での解乳化および分離を必要とすることなく形成され、かつ油田から抽出される材料のみから形成され得る。

これらおよびその他の本発明の特色、対象および利点は続いての記載より明らかであろう。

本発明の実施の一例を具体的に表現する工程系統図である。 本発明の実施の二番目の例を具体的に表現する工程系統図である。 図1および2の工程系統図中に示される反応装置中で使用される触媒グリッドの上面図である。

発明の詳細な説明および好ましい態様
本発明のある態様において使用される原油は、種々のグレードの原油のいずれかを含み、特に、重質原油および超重質原油に関心が向けられる。本明細書中で使用される場合、「重質原油」という用語は、0.934よりも大きい比重および7.778lb/US gal（932kg/m³）よりも大きい密度と同等である、API比重が20°未満であるいずれの流動石油を指し、かつ「超重質原油」という用語は、API比重が15°未満（0.96よりも大きい比重、および、8.044lb/US galまたは964kg/m³よりも大きい密度）かつ1,000〜10,000センチポイズおよびそれより高い（100,000センチポイズまで）粘度の流動石油を指す。重質原油は、カナダのアルバータ州およびサスカチュワン州、ならびにまた、カリフォルニア、メキシコ、ベネズエラ、コロンビアおよびエクアドルの他、中央および東部アフリカに見出される。超重質石油は、ベネズエラおよびカナダに見出される。

石油画分を使用する態様のために、これらの画分は、化石燃料、原油画分、およびこれらの供給源由来の多くの成分を含む。当技術分野において公知であるが、化石燃料は、石油、石炭およびその他の天然起源材料由来の炭素質液体であり、かつさらに、軽油、ならびに流動接触分解ユニット、水素化分解ユニット、熱分解ユニットおよびコーカー製品等の加工燃料を含む。これらの炭素質液体には、ガソリン、ディーゼル燃料、ジェット燃料およびロケット燃料等の自動車燃料と同じく、バンカー燃料および残留油を含む石油残油ベースの燃料油が含まれる。「ディーゼル油」という用語は、直留ディーゼル油、フィードラックディーゼル油（ガソリンスタンドで消費者にとって市販されており入手可能なディーゼル燃料）、ライトサイクルオイル、ならびに直留ディーゼル油およびライトサイクルオイルのブレンド等の、ディーゼルの種類の画分または生産物を意味する。「原油画分」という用語は、原油から、常圧蒸留または減圧蒸留のどちらかにより生産される種々のいずれかの精製所産物と同じく、水素化分解、接触分解、熱分解またはコーキングにより処置された画分、および脱硫されたものを含む。ディーゼル油以外の原油画分の例は、軽質直留ナフサ、重質直留ナフサ、軽質水蒸気分解ナフサ、軽質熱分解ナフサ、軽質接触分解ナフサ、重質熱分解ナフサ、改質ナフサ、アルキル化ナフサ、灯油、水素化処理灯油、ガソリンおよび軽質直留ガソリン、常圧軽油、軽質減圧軽油、重質減圧軽油、残油、減圧残油、軽質コッカーガソリン、コッカー蒸留物、FCC（流動接触分解）サイクルオイル、およびFCCスラリー油である。反応媒質に好ましい液体は、鉱油、ディーゼル油、ナフサ、灯油、軽油およびガソリンである。より好ましいのは、ディーゼル油、灯油およびガソリンであり、最も好ましいのは灯油およびディーゼル油である。

本発明の実施に使用されるメタンは、メタン自体と、いずれの天然、都市、農学的、生態的または工業的供給源からのメタンを含むガス混合物の両方を含む。メタンを含むガス混合物の一例は、「炭鉱メタン」および「放棄された炭鉱メタン」としても知られる「炭層メタン」である。別の例は、メタンが主要成分であり、その他の成分としてエタン、プロパン、プロピレン、ブタン、イソブタン、ブチレン、および他のC₄+軽質炭化水素を含む石油ガスである。ある場合においては、水素、二酸化炭素、硫化水素、および硫化カルボニルもまた存在する。さらなる例としては、その約40〜60％をメタンが構成し、残りが主に二酸化炭素であるランドフィルガスがある。さらに別の例は、工業的供給源からのメタンであり、その例は、一般廃棄物処理プラントである。ランドフィルガスは、一般的に埋立てゴミ処理地中の細菌活動で引き出されるのに対し、一般廃棄処理プラントは細菌活動または熱で引き出される。少なくとも約50％のメタンを含有するガスが好ましく、70％またはそれ以上のメタンのガスがより好ましく、かつ少なくとも85％のメタンのガスがさらにより好ましい。90％から100％のメタンを含むガスが特に注目される。これは、典型的にはそのおよそ95モルパーセントがメタンを構成する天然ガスを含む。天然ガスが使用される場合、好ましくは、他のガスを補うことなく、かつ特に有意量の、水素または一酸化炭素なしで、好ましくは各々1％容量未満で使用される。この段落における全てのパーセントは、別に述べていない限り容量パーセントである。

本発明の実施に使用される触媒は、遷移金属触媒であり、かつ金属塩、純金属または合金のいずれかである、単一の遷移金属または遷移金属の組合せから成り得る。本発明の使用に好ましい触媒は金属および合金である。23から79の範囲の原子番号を有する遷移金属が好ましく、かつ24から74の範囲の原子番号の物がより好ましい。特に組合せでの、コバルト、ニッケル、タングステン、鉄およびクロムが最も好ましい。遷移金属は、遷移金属以外の金属との組合せで使用され得る。このような付加的な金属の一例はアルミニウムである。

触媒は、固体形体で使用され、かつ原油中に浸漬しても、原油の上のヘッドスペースに位置させても、またはその両方であってもよい。どちらの場合でも、メタン含有ガスは油を通して、および連続したフロー反応で触媒を通ってまたは通り越して、バブリングされる。触媒は、メタンと原油の両方との密接な接触を可能にし、かつ触媒を越えかつそれを通り越しての気体の自由な流れを可能にする、いずれの形体をとってもよい。触媒の好適な形体の例は、ペレット、顆粒、ワイヤ、メッシュスクリーン、多孔板、桿および小片である。鋼もしくは鉄ウール等の板またはメッシュマトリックスを横切って吊られている顆粒およびワイヤが、その比較的接近しやすい広い表面積のため好ましい。顆粒が使用される場合、顆粒は、反応媒質中に液体化された状態で、または固定層の形体で定常的に保たれてもよい。触媒の好ましい形体は金属グリッドであり、この用語は本明細書中、ガスがグリッドを通ることを可能とする間隙または孔を含む、金属触媒のあらゆる固定形体を指すよう用いられている。従って、この用語は充填層、スクリーン、目の粗い織目のワイヤネットワークおよびその他いずれの上記の形体を包含する。金属は露出した形体でも、または不活性な土台上に被覆として支持されていても、またはセラミック基板上の薄膜であってもよい。反応装置の幅に及ぶ単一の触媒グリッドを用いてもよいし、または2つもしくはそれ以上のこのようなグリッドを反応装置内の垂直の積重ねとして、場合により、隣接するグリッド間に小さなギャップを設けて配置してもよい。2つまたはそれ以上の触媒グリッドが使用される場合、少なくとも一つのグリッドは、好ましくは液位の上のヘッドスペース中に存在する。ある場合には、液体を通してのメタン含有ガスのバブリングが反応中に液体をはねさせることがあるので、最下部のグリッドは断続的に接触していることがあるものの、グリッドの全積み重ねがヘッドスペース中に存在する。

触媒がワイヤの形体である場合、例えばおよそ同等の直径および長さである、単独のコバルト、ニッケル、アルミニウム、クロム、およびタングステンのワイヤを、鋳鉄、銑鉄、灰鉄、または可鍜鋳鉄の枠を横切って通して、反応装置内部に支持できる目の粗いメッシュのネットワークを形成してもよい。ワイヤは、枠上に直接、または枠に付けられたペグに巻きつけて支持されていてもよく、ペグは、巻線と枠の両方の電気抵抗よりも実質的に高い電気抵抗を有する材料から形成されている。ペグが使用される場合、好ましいペグは、100℃で少なくとも約15×10^-8オームメートルの電気抵抗を持つものである。クロムおよびクロム合金はこの記述に当てはまる材料の例である。反応装置は、反応装置の大きさに依存して、この方法でワイヤが刺された単一の枠、または2つもしくはそれ以上のこのような枠を含んでもよい。さらに別のバリエーションでは、触媒ワイヤは、入ってくるガスのガス分配器として働く管の周りもしくはその上の、コイルまたは他の上包みとして、巻き付けられてもよい。

金属触媒のワイヤが使用される場合、ワイヤは好ましくは、反応が起こっている際、ワイヤと鉄枠との間に電位が生じるような方法で、枠上に巻き付けられる。巻線上の部位と枠上の部位との間の電位が測定される距離により、およびある場合には部位の場所自体によって、電位は変わる。一般に、距離が離れる程、電位は高くなる。枠の外径が、円形で、外回りに補強する棒または桿を有し、かつ巻線が枠の中心に収束している場合、電位は、中心の巻線と、中心から放射状に例えば、枠の半径のおよそ半分と同等な距離移された枠上の場所との間で最も効率的に測定される。時間当たり50標準立法フィート（standard cubic feet per hour）(SCFH）またはそれより大きい反応装置へのガス供給速度では、これらの点の間の電位は、少なくとも約100mV、好ましくは約100mVから約10V、最も好ましくは、約300mVから約3Vの時間平均値、および約30Hxから約300Hzの平均変動周波数であろう。約10,000立法フィート／時間から約100,000SCFHの範囲内のガス供給速度では、これらの点の間の時間平均電位は、約100mVから約200ｍV、最大値は約１Vから約５Vであり得、かつ周波数は約50秒^-1から約1,000秒^-1であり得る。

メタン含有ガスは好ましくは、一つまたはそれ以上のガス分配器を介して反応装置に供給されて、液位よりも下における反応槽への放出のためにガス流を小さな泡に変換する。円形断面の反応装置では、分配器は、ホイールとスポーク形状、または一列の開口を持つ中空管のネットワークを含むどのような他の形であってもよい。散布をさらに増幅するために、これらの管または少なくとも開口を、上記に列挙される種々の金属のワイヤと組み合わせたスチールメッシュまたはスチールウールで覆って、ガスの泡を遮りかつ反応媒質中にそれらが入る前にさらにその大きさを縮めてもよい。

反応は、液体原料油を液体状態に維持し、かつ液体原料油からの成分の蒸発および反応槽からの生産物との未反応形体での漏出を阻止または少なくとも最小限にするために、非沸騰条件下で行われる。高められた温度、即ち、周囲温度より高い温度、好ましくは約80℃または約80℃超の温度、より好ましくは約100℃から約250℃の範囲内の温度、最も好ましくは約150℃から約200℃の範囲内の温度が使用される。操業圧力もまた多様であり得、かつ大気圧、大気圧よりも低い、または大気圧より高い圧力のいずれであってもよい。方法は、大気圧または大気圧よりもやや高い圧力のどちらかで容易かつ最も好都合に行われる。好ましい操業圧力は、約1気圧から約2気圧の範囲内の圧力、最も好ましくは約1気圧から約1.5気圧の範囲内の圧力である。

反応装置中へのガス導入の流量は、多様であり得、かつ本発明において決定的なものではない。多くの場合、経済操業の製品品質の見地からの最も良い結果は、反応装置中の原油1米ガロン当たり約60から約500、かつ好ましくは約100から約300SCFH（油1リットル当たり、ガスおよそ106から893、かつ好ましくは178から535リットル／分）のガス導入量で得られるであろう。反応は、ゆっくりとした速度での原油容量の消耗を起こし、反応装置中に実質的に一定容量の液体を維持するための新しい原油の補充により補正され得る。これを達成するのに必要とされる補充量は、タンク中の液位の簡単な観測により容易に決定され、かつ多くの場合、連続的な定常状態運転のためには、反応装置に最初に供給した10容量部に対して、1時間当たり、約0.5から約4.0容量部の範囲内であろう。現時点で好ましい運転では、消費された原油容量当たりの凝縮された液体生産物の容積生産は、約0.5から約5.0、好ましくは約1.0から約3.0の範囲であり、かつ本特許の出願日時点で入手可能な試験データは、この比についておよそ2.0の値を示している。

反応装置から出てくるガス状産物は、その蒸留曲線が液体原料油のそれとは異なり、下向きにシフトされている、液体に凝縮される。液体原料油が原油または石油である場合、凝縮産物は、石油に関して約100摂氏温度またはそれ以上下向きにシフトされた蒸留曲線を持つ。凝縮産物は直接、燃料、精製原料油、パイプライン輸送のための調合剤、またはプラント外の種々のその他のいずれの用途として使用できる。代わりに、凝縮産物は、より高いグレードの二次凝縮物を産生するために、第一反応物と同じ供給源からのガス状反応物との第二期反応中の液層として、同じまたは類似の触媒における液層として、および同じまたは類似の反応条件における液層として使用できる。二次凝縮物はより増幅された特性を有し、上記に挙げた種々の最終用途の各々にさらにより好適となるであろう。

本明細書に添付される図面は、生産施設において本発明を実施するためのプロセスフロー図の例を示す。図1のフロー図は、それぞれが密閉された円形のタンクである、反応槽11および生産物槽12を含む。反応槽11は、上記のいずれかの液体原料油13を供給されており、液体原料油は、槽の内部容量の一部を占め、液位の上にガスのヘッドスペース14を残している。液位は、槽内の一対のフロート弁により作動されるレベル制御15により維持される。レベル制御15は、槽の基部のドレン管路17上のモーター弁16を支配する。

天然ガスまたはその他のメタン含有ガスが、液位の下において反応槽11に、約3psigから約20psigの入口ガス圧力で、反応槽内の2つのガス分配器21、22の間に分配されるガス入口ライン18を介して供給され、各分配器は槽の全断面に広がっている。供給ガス分配器の数は多様であり得、かつ示されている2つよりも多くても、または少なくてもよい。抵抗加熱器23が反応装置中のガス分配器の上に配置され、かつ第三のガス分配器24が抵抗加熱器の上に配置される。第三のガス分配器24は、以下に説明する通り、生産物受入槽12から戻るガスを受け取る。

3つのガス分配器21、22、24および抵抗加熱器23の上ではあるが、依然として液位より下に配置されるのは、積み重ねて配置された一連の触媒グリッド25である。各グリッドは、枠を横切って金属性の触媒ワイヤが張られた円形の枠である。例えば、直径が1mmのワイヤについては、および各金属について単独のワイヤについては、枠当たり各金属ワイヤ2ポンド、または枠当たり全部で8ポンドを使用できる。好ましい態様においては、各々が同じ数および重量のワイヤで巻かれた、7つの枠が使用される。ガスの泡の大きさをさらに小さくするため、隣接する板の間に、ワイヤメッシュのスクリーンを設置する。40メッシュ（米国ふるいシリーズ(U.S. Sieve Series)）のステンレス鋼またはアルミニウムスクリーンを使用できる。

反応槽11のヘッドスペース14から生産物のガスは、引き抜かれ、反応槽の触媒グリッド25と同じ触媒材料の追加触媒床に通される。示される図では、同一の構造および触媒組成の2つのこのような追加触媒床31、32が並行して配置される。本態様中の追加触媒床は、反応槽11中の触媒グリッド25のそれと類似した金属ワイヤスクリーン、グリッド、または多孔板である。追加触媒は、反応槽から引き抜かれた生産物のガスと共に持ち越されたあらゆる未反応材料について、反応槽11で起こるのと同じ反応を促進する。追加触媒床から出る生産物のガスは、凝縮器33に通され、かつ得られた凝縮物34は、生産物槽中の液位よりも下に導入される、生産物槽12へ向けられる。

生産物槽12中の液位は、槽内の一対のフロート弁により作動され、かつ槽の基部の液体生産物放出ライン43上のモーター弁42を支配するレベル制御41により制御される。液位よりも上には慣用の充填タワーの充填層44がある。ラシヒリング、ポールリングおよびインタロックスサドルがその例であり、その他の例は、蒸留塔および充填カラムに馴染みのある者には容易に判るであろう。充填材料は、システムの反応物質および生産物に対して不活性であるか、または少なくとも実質的にそうであり、かつガス層中に存在する可能性がある液滴を捕捉し、かつ捕捉した液体を槽の低い部分中のバルク液体に戻すよう機能する。未反応ガス45は充填層の上のヘッドスペース46からガスポンプ47により引き抜かれる。ポンプ出口は、チェックバルブ48に通され、かつその後、反応槽11へ向けられ、抵抗加熱器23と触媒グリッド25との間に位置するガス分配器24を介して反応槽へ入る。

図2における生産設備は、触媒グリッド51が、反応槽52中、液位53の上の高さに備え付けられている以外は、図1と同じである。メタン含有ガスは、図1にある通り、液位の下において反応槽52に、同じ圧力で、かつ同様に配置されるガス分配器54、55を介して供給され、かつ生産物受入槽61からのガスは、同じく液位よりも下の第三のガス配布板56を介して反応槽52に入る。反応槽中、図1の抵抗加熱器と同じ場所に、抵抗加熱器57が配置される。図1と同様、生産物のガスは、反応槽52の触媒グリッド51の上のヘッドスペース58から引き抜かれる。生産物受入槽61、追加触媒床62、63、ならびにそれらに伴う部分、接続ライン、およびバルブを含むフロー図の残りのユニットは、図1のそれらと同一である。

図3は、図2の触媒グリッド51と同一である、図1の触媒グリッド25の一つの上面図である。図3の図は、枠71、および、巻線72の一部のみを示す（実際の構造では、巻線は枠の全周囲を覆うように続いている）。さらには、巻線がその周りに巻きつけられたペグ73が示される。上記で議論した電位は、グリッドの中心74に集められた巻線と中心から半径のおよそ半分の長さの距離の枠上の部位75との間で測定できる。

上記のおよび図中に示されるユニットの代替物は、熟練した化学工学者には容易に判るであろう。例えば、抵抗加熱器は、蒸気もしくは他の伝熱流体を用いた加熱マントル、加熱コイル、または輻射ヒーターにより置換され得る。反応槽の加熱はまた、凝縮器の冷却材側および反応槽の間の伝熱流体の再循環によっても達成され得る。入口供給および再循環ガスのガス分配器は、多孔板、キャップ型分配器、パイプ分配器、または当技術分野において公知の他の構造であり得る。液位制御は、フロートにより作動する装置、静水頭を測定する装置、電気により作動する装置、温度により作動する装置、または音波装置により達成され得る。凝縮器は、水平もしくは垂直形の多管凝縮器、または板枠式凝縮器であり得、かつ並流または向流である。凝縮器は、空冷式であり得、水冷式であり得、または自動車用不凍剤もしくは他のグリコールベースの冷却材等の有機冷却材媒体により冷却され得る。

実施例１
本実施例は、メタン含有ガスとして天然ガスを、および流動石油画分としてディーゼル油を適用した本発明を示す。使用された設備は図1に示される通りで、反応槽は、容積1,000ガロン（3,785リットル）および直径6.5フィート（2メートル）のタンクであった。タンクは最初600ガロン（2,270リットル）の温度290°F（143℃）および圧力6psig（143kPa）に維持されたディーゼル燃料が供給され、かつ反応器に20,000SCFHの速度で天然ガスをその中へバブリングした。触媒グリッドは、灰鉄枠上のニッケルワイヤ、タングステンワイヤ、コバルトワイヤ（およそ50％コバルト、10％ニッケル、20％クロム、15％タングステン、1.5％マンガンおよび2.5％鉄を含む合金）ならびにアルミニウムワイヤからなっていた。一度完全に開始すると、反応器は、1時間当たり200ガロン（1時間760リットル）の速度で液体生産物、および、消費された反応媒質1ガロン当たり2ガロンの生産物を生産した。本明細書中に記載される全てのガロンは米ガロンである。

生産物は標準ASTMプロトコルにより分析され、かつ結果は表1に列記されている。

（表１）生産物試験の結果

電気的測定値は、枠の中心の巻線と、中心および外縁の間の枠の中間点との間で採った。定常状態では、一つの時間点における測定値は表2に示される通りであった。

（表２）発生電圧

生産物は、F-150フォード社製ピックアップトラックの燃料として米国ネバタ州レノでの市街地走行に使用され、14マイル／ガロンの燃費を達成した。同じピックアップトラックは通常、ガソリンでは10マイル／ガロンである。生産物はまた、メルセデスベンツ320S自動車の燃料として米国ネバタ州レノでの市街地走行に使用され、30マイル／ガロンの燃費を達成した。市販のディーゼル燃料では、同じ乗り物で18マイル／ガロンであった。生産物はさらにハマー1自動車の米国ネバタ州レノでの市街地走行に使用され、12マイル／ガロンの燃費を達成した。市販のディーゼル燃料では、同じ乗り物で7マイル／ガロンであった。

実施例２
本実施例は、本発明に従って製造された2つの試験燃料についての排ガス検査の結果を提供し、これらの結果を市販されており入手可能なNo.2超低硫黄ディーゼル（ULSD)燃料について得られた結果と比較している。全ての試験は、EPA過渡運転高負荷試験プロトコルを用いて、高馬力オンロードディーゼルエンジンで行った。2つの試験燃料は、灯油を第一試験燃料の流動石油画分として、およびNo.2 ULSDを第二試験燃料の流動石油画分として、および天然ガス（95％メタン）を両方のためのメタン含有ガスとして、実施例１と同じ条件下および同じ設備で製造された。

試験に使用された高馬力試験エンジンは、1990年式キャタピラーディーゼルエンジン、モデル番号3406Bであった。試験プロトコルは、米国において、40CFR§86.1333に従って現在高馬力オンロードエンジンの排ガス検査に使用されているものである。試験は、一晩駐車した後のコールドスタートで開始し、続いてのアイドリング、加速、および減速期があり、かつ乗り物の走行を模擬実験するために、コンピューター制御された自動エンジン動力計で順番付けられた多種多様な速度および負荷にエンジンをさらす。幾つかの安定化された走行状態が存在し、平均負荷率は、ある速度において利用できる最大馬力の約20％から25％である。試験サイクルの持続時間は20分であり、かつそのような2つのサイクルが行われ、第一のサイクルはコールドスタートからで、かつ第二は第一のサイクル終了から20分後からのホットスタートである。等しい平均速度は約30km/hであり、かつ各サイクルで等しい移動距離は10.3kmである。継続的に測定され、かつ毎秒記録された排気ガスは、全炭化水素（THC）、メタン（CH₄）、非メタン炭化水素（NMHC＝THC- CH₄）、一酸化炭素（CO）、二酸化炭素（CO₂）、窒素酸化物（NO_x）、および亜酸化窒素（NO₂）を含んでいた。燃料消費は重量測定により測定され、かつグラム／ブレーキ馬力／時間（g/bhp-hr）で報告された。粒子状物質（PM）は全試験サイクルに亘って単一濾過材上に捕捉し、かつ重さを測った。COおよびCO₂を測定するために非分散型赤外分析計を用い、THCおよびCH₄を測定するために水素炎イオン化検出器を用い、NO_xおよびNOを測定するために加熱化学発光検出器を用い、かつPMはAVL Powertrain Engineering, Inc.のModel SPC-472 Smart Sampler中での一次希釈トンネル法に続く二次希釈トンネル法により測定した。生データは、温度、気圧および湿度、ならびに希釈空気中に存在するいずれの炭化水素および一酸化炭素についてコンピューターで補正し、かつグラム／ブレーキ馬力／時間で表した。

結果は表3および4に示され、「ベースライン」値は、市販から入手したNo.2ULSDディーゼル燃料について得られた結果を表す。

（表３）排ガス検査の結果−生データ

（表４）排ガス検査の結果−補正

実施例３
本実施例は、天然ガスおよびTrap Spring原油（Railroad Valley, Nye County, Nevada, USA）を利用した工程における本発明を説明する。使用された設備は図2の通りであり、反応槽として容積50ガロン（190リットル）を有するタンクがあった。タンクは最初に、12ガロン（45リットル）の原油が供給されており、かつ温度340°F(171℃)および圧力3.5psig（125kPa）に維持されていた。天然ガスは、210SCFHの速度で原油を通してバブリングされた。触媒グリッドは、灰鉄枠上のニッケルワイヤ、タングステンワイヤ、コバルトワイヤ（およそ50％コバルト、10％ニッケル、20％クロム、15％タングステン、1.5%マンガン、および2.5％鉄を含む合金）、ならびにアルミニウムワイヤからなっていた。一度完全に開始されると、タンクのヘッドスペースから引き抜かれた蒸気は凝縮されて、1時間に3.5ガロン（1時間に13.25リットル）で液体生産物を製造し、かつ消費された反応媒質1ガロンにつき、第一期生産物と呼ばれる液体生産物が2ガロン製造された。（本明細書中で表記される全てのガロンは米ガロンである。）残りの原油はその後タンクより除かれ、かつ第一期生産物12ガロンと置き換えられ、かつ工程が繰り返された。即ち、タンク中、タンクに原油が含まれていた場合と同じ条件下で、さらなる天然ガスが第一期生産物を通してバブリングされた。タンクのヘッドスペースから引き抜かれた蒸気は形成されると凝縮され、かつ凝縮物を第二期生産物として集めた。

初期原油および第一期生産物と第二期生産物の両方の試料についての、どちら場合も一時間作業後の試験結果が、表5に列記されている。

（表５）原料および生産物のデータ

⁽¹⁾初期沸点
⁽²⁾試料は回収率70％を超えては蒸留されない
⁽³⁾高周波往復運動試験機（High-Frequency Reciprocating Rig）

本明細書に添付された請求項中、「一つの（a）」および「一つの（an）」という用語は、「一つまたはそれ以上」を意味するよう意図される。「含む」、ならびに「含み」および「含んでいる」等のその変化形の用語は、工程または要素についての詳述に先立つ場合、さらなる工程または要素の付加が任意であり、かつ除外されないことを意味するよう意図される。本明細書中に挙げられる全ての特許、特許出願およびその他の公開された参考材料は、ここで、その全てが本明細書中に参照として含まれる。本明細書中で挙げられたいずれの参照材料と本明細書中に明示の教示との間のいずれの不一致も、本明細書中の教示の方を選んで解決されることが意図される。これは、当技術分野において理解される単語または言い回しの定義、および同じ単語または言い回しについての本明細書中に明白に提供される定義との間の不一致を含む。

Claims (42)

1. 以下の工程を含む、少なくとも約50容量％のメタンを含むガスから液体燃料を生産する方法：
   (a)該ガスを、(i)原油または流動石油画分からなる、液体原料油、および(ii)金属触媒グリッドと、約80℃または約80℃超ではあるが該原油の沸点よりも低い温度において接触させる工程であって、該液体原料油と該金属触媒グリッドの両方が反応槽中に含まれ、該金属触媒グリッドが、鉄枠上に支持される遷移金属の巻線を含む、工程；
   (b)該反応槽中に形成されたガス状反応産物を回収する工程；ならびに
   (c)該ガス状反応産物を該液体燃料に凝縮する工程。
2. 前記ガスが少なくとも約70容量％のメタンを含有する、請求項1記載の方法。
3. 前記ガスが少なくとも約85容量％のメタンを含有する、請求項1記載の方法。
4. 前記ガスが天然ガスである、請求項1記載の方法。
5. 前記金属触媒グリッドが前記液体原料油に浸漬されている、請求項1記載の方法。
6. 前記液体原料油が原油である、請求項1記載の方法。
7. 前記液体原料油が、鉱油、ディーゼル油、ナフサ、灯油、軽油およびガソリンより選択される流動石油画分である、請求項1記載の方法。
8. 前記液体原料油が、ディーゼル油、灯油およびガソリンより選択される流動石油画分である、請求項1記載の方法。
9. ガスが天然ガスであり、かつ前記液体原料油が原油である、請求項1記載の方法。
10. ガスが天然ガスであり、かつ前記液体原料油がディーゼル油である、請求項1記載の方法。
11. 前記液体原料油が、前記反応槽の一部を占め、それにより、該反応槽中に液位を形成し、かつ該液位の上にヘッドスペースを形成し、前記金属触媒グリッドが該ヘッドスペース中に存在し、工程(a)が、該液位よりも下において該反応槽に前記ガスを供給することを含み、かつ工程(b)が、該ヘッドスペースから前記ガス状反応産物を回収することを含む、請求項1記載の方法。
12. 前記液体原料油が、前記反応槽の一部を占め、それにより、液位および該液位の上にヘッドスペースを形成し、該反応槽が前記金属触媒グリッドを複数含み、かつ該金属触媒グリッドの少なくとも1つが、該ヘッドスペース中に存在し、工程(a)が、該液位よりも下において該反応槽に前記ガスを供給することを含み、かつ工程(b)が、該ヘッドスペースから前記ガス状産物を回収することを含む、請求項1記載の方法。
13. 前記液体原料油が、前記反応槽の一部を占め、それにより、液位および該液位の上にヘッドスペースを形成し、該反応槽が、該ヘッドスペースに存在する前記金属触媒グリッドを複数含み、工程(a)が、該液位よりも下において該反応槽に前記ガスを供給することを含み、かつ工程(b)が、該ヘッドスペースから前記ガス状反応産物を回収することを含む、請求項1記載の方法。
14. 工程(a)が約100℃から約250℃の温度で行われる、請求項1または12記載の方法。
15. 工程(a)が約150℃から約200℃の温度で行われる、請求項1または12記載の方法。
16. 工程(a)が、約150℃から約200℃の温度および約1気圧から約1.5気圧の圧力で行われる、請求項1または12記載の方法。
17. 前記巻線が、該巻線と前記枠との間に変動電位を生じる形状で巻かれている、請求項1記載の方法。
18. 前記変動電位が、約100mVから約10Vの時間平均電圧、および約30Hzから約300Hzの周波数を有する、請求項17記載の方法。
19. 前記変動電位が、約300mVから約3Vの時間平均電圧、および約30Hzから約300Hzの周波数を有する、請求項17記載の方法。
20. 前記巻線が、複数の遷移金属の巻線である、請求項1または12記載の方法。
21. 前記複数の遷移金属の金属が、コバルト、ニッケルおよびタングステンを含む、請求項1または12記載の方法。
22. 前記複数の遷移金属の金属が、コバルト、ニッケル、タングステンおよびクロムを含む、請求項1または12記載の方法。
23. 前記触媒が、前記鉄枠に支持されるアルミニウムの巻線をさらに含む、請求項1または12記載の方法。
24. 前記触媒が、鉄枠上のコバルト、ニッケル、タングステン、クロムおよびアルミニウムの巻線を含む、請求項1または12記載の方法。
25. 以下の工程を含む、液体燃料を生産する方法：
    (a)請求項1記載の方法により、ガスおよび液体原料油を請求項1に記載される通りに反応させる工程であって、請求項1記載のガスが第一のガスとして定義され、請求項1記載のガス状反応産物が第一のガス状反応産物として定義され、かつ請求項1記載の液体燃料が第一の凝縮物と定義される、工程；
    (b)少なくとも約50容量％のメタンを含有する第二のガスを、該第一の凝縮物および金属触媒グリッドに通す工程であって、該第一の凝縮物と該金属触媒グリッドの両方が第二の反応槽中に含まれ、該第一の凝縮物が、約80℃または約80℃超ではあるが該第一の凝縮物の沸点よりは低い温度にあり、該金属触媒グリッドが、鉄枠上に支持される遷移金属の巻線を含む、工程；
    (c)該第二の反応槽から第二のガス状反応産物を回収する工程；
    (d)該第二のガス状反応産物を凝縮して、該液体燃料を形成する工程。
26. 前記液体原料油が、前記第一の反応槽の一部を占め、それにより、該第一の反応槽中に液位を形成し、かつ該液位の上にヘッドスペースを形成し；前記第一の凝縮物が、前記第二の反応槽の一部を占め、それにより、該第二の反応槽中に液位を形成し、かつ該液位の上にヘッドスペースを形成し；該第一の反応槽中の前記金属触媒グリッドが、該第一の反応槽における該ヘッドスペース中に存在し、かつ該第二の反応槽中の該金属触媒グリッドが、該第二の反応槽における該ヘッドスペース中に存在し、工程(a)と(d)の両方が、前記第一のガスおよび前記第二のガスを各々、該液位よりも下において該第一の反応槽および該第二の反応槽に供給することを含み、かつ工程(b)と(e)の両方が、該ヘッドスペースから前記ガス状反応産物を回収することを含む、請求項25記載の方法。
27. 前記第一のガスと前記第二のガスの両方が少なくとも約85容量％のメタンを含む、請求項25記載の方法。
28. 前記液体原料油が原油であり、かつ前記第一のガスと前記第二のガスの両方が天然ガスである、請求項25記載の方法。
29. 前記液体原料油がディーゼル油であり、かつ前記第一のガスと前記第二のガスの両方が天然ガスである、請求項25記載の方法。
30. 請求項1記載の方法により製造された、液体燃料。
31. 前記液体原料油が原油であり、かつ前記ガスが天然ガスである、請求項30記載の液体燃料。
32. 前記液体原料油がディーゼル油であり、かつ前記ガスが天然ガスである、請求項30記載の液体燃料。
33. 請求項12記載の方法により製造された、液体燃料。
34. 前記液体原料油が原油であり、かつ前記ガスが天然ガスである、請求項33記載の液体燃料。
35. 前記液体原料油がディーゼル油であり、かつ前記ガスが天然ガスである、請求項33記載の液体燃料。
36. 前記複数の遷移金属の金属が、コバルト、ニッケル、タングステンおよびクロムを含み、かつ前記触媒が、前記鉄枠上に支持されるアルミニウムの巻線をさらに含む、請求項33記載の液体燃料。
37. 以下の工程を含む、パイプラインを通して原油を輸送する方法：
    (a)該原油を請求項1記載の方法により製造された液体調合剤(liquid blending agent)とブレンドして、ブレンドを形成する工程；および
    (b)該ブレンドを、該パイプラインを通してポンピングする工程。
38. 液体原料油が原油であり、かつ前記ガスが天然ガスである、請求項37記載の方法。
39. 工程(a)が約150℃から約200℃の温度で行われる、請求項37記載の方法。
40. 工程(a)が、約150℃から約200℃の温度および約1気圧から約1.5気圧の圧力で行われる、請求項37記載の方法。
41. 前記複数の遷移金属の金属が、コバルト、ニッケル、タングステンおよびクロムである、請求項37記載の方法。
42. 前記触媒が、鉄枠上のコバルト、ニッケル、タングステン、クロムおよびアルミニウムの巻線を含む、請求項37記載の方法。

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