JP2023517560A - 廃棄物および／またはバイオマスから有用な製品を製造する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、変動する組成特性の炭素質供給原料から有用な製品を製造する方法を提供し、この方法は、変動する組成特性の炭素質供給原料をガス化ゾーンに連続的に供給する工程と、ガス化ゾーンで炭素質供給原料をガス化して原料合成ガスを得る工程と、ガス化ゾーンから原料合成ガスの少なくとも一部を回収して、回収した原料合成ガスの少なくとも一部を部分酸化ゾーンに供給する工程と、部分酸化ゾーンで原料合成ガスのＨ２：ＣＯ比を平衡化し、平衡合成ガスを得ること；部分酸化ゾーンから平衡合成ガスの少なくとも一部を回収し、ガスを処理して不純物を除去し、上質合成ガスを生成すること；上質合成ガスの少なくとも一部のＨ２：ＣＯ比を場合により調整して、調整された上質合成ガスを得ること；および場合により調整された上質合成ガスを、使用率を必要とするさらなる化学反応で有用物に変換すること；ここで、上質合成ガスのＨ２：ＣＯ比は使用率を下回り、上質合成ガスのＨ２：ＣＯ比の少なくとも一部の場合による調整は、上質合成ガス中のＨ２：ＣＯ比を使用率のレベル、それに近い値またはそれ以上に高めるのに有効であり、ここで原料合成ガスのＨ２：ＣＯ比は、炭素質原料の組成特性の変動の結果としてプロセスの運転中に±ｘのパーセンテージで変動し、平衡合成ガスのＨ２：ＣＯ比は、プロセスの運転中に変動しないか、炭素質原料の組成特性の変動の結果としてプロセスの運転中に±ｙのパーセンテージで変動し、ｙはｘより低い割合である。【選択図】なし

Description

技術分野
本発明は、廃棄物および／またはバイオマスから有用な製品、例えば合成燃料を製造するための化学工学プロセスに関し、従来のタイプのプロセスと比較して、効率を向上させ、プロセスの複雑さを低減させる方法である。

背景
廃棄物および／またはバイオマスから合成燃料のような有用な製品を製造することは、当技術分野で広く知られている。このような製造方法を、ＷＴＬ(Waste-to-Liquids)プロセスおよびＢＴＬ(Biomass-to-Liquids)プロセスと呼ぶことがある。
典型的なＷＴＬおよびＢＴＬプロセスでは、廃棄物やバイオマス原料を水蒸気改質によってガス化し、生の合成ガスを生成する。このガスは、化学反応に入る前にさまざまな方法で処理・精製され、有用な製品を生成することができる。

有用な生成物が合成燃料の場合、化学反応装置は通常、フィッシャー・トロプシュ（ＦＴ）反応装置で構成される。ＦＴプロセスは、一酸化炭素と水素から燃料を生成するために広く使用されており、以下の式で表すことができる。
（２ｎ ＋ １）Ｈ_２ ＋ ｎＣＯ → Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２ ＋ ｎＨ_２Ｏ

いわゆる使用量比は、化学反応系列に必要な化学量論的性質を示すものである。ＦＴプロセスでは、上式でｎが大きな数値のとき、使用比率は理想的には２に近似する。例えば、ｎ＝１００の場合、比率は２．０１となる。複雑な反応ネットワークでは副反応が起こり、その場合全体の使用比率と一次反応の化学量論は同義ではなく、さらにこれらの両方は反応に利用できる反応物の比率とは異なる場合があることは理解されよう。例えば、ＦＴの場合、現実の使用比率は通常２．０４から２．１４の範囲であるが、フィード中のＨ_２：ＣＯ比は大きく変化し得る。
今日まで、ＷＴＬまたはＢＴＬプロセスの効率を高め、複雑さを軽減するために、供給Ｈ_２：ＣＯ比を使用比率以下に制御する方法については、ほとんど検討されていないようである。
ＷＴＬおよびＢＴＬプロセスは当技術分野で非常によく知られており、自治体やバイオマス廃棄物などの資源から燃料を製造するための特定のプロセスが検討されてきた。

例えば、ＷＯ２０１７０１１０２５Ａ１及びＷＯ２０１７０３９７４１Ａ１は、自治体固形廃棄物（ＭＳＷ）由来の高生物起源炭素濃度フィッシャー・トロプシュ（Ｆ－Ｔ）液、及び再生可能有機原料供給源由来の高生物起源含有燃料を製造するためのシステムに関するものである。
ＥＰ２３５０２３３Ａ１は、固体バイオマスから液体炭化水素質製品を製造する方法に関し、この方法は、固体バイオマスをガス化して原料合成ガスを生成し、原料合成ガスを調整して精製合成ガスを得、精製ガスをフィッシャートロプシュ合成に付すことを含んでいる。
ＷＯ２０１８０２６３８８には、１つ以上の炭素含有原料を炭化水素に変換することが記載されている。
ＵＳ２０１９０１１８１５７Ａ１は、原料合成ガスの部分酸化とその後の酸化によって、生成ガス成分比（Ｈ_２：ＣＯおよびＣＯ：ＣＯ_２の両方）を制御および調整する合成ガス製造方法に関するものである。本開示は、部分酸化装置からの生成ガスとガス化炉からの生成ガスを結合し、結合した流れを酸素含有ガスと反応させて、部分酸化装置またはガス化炉からの生成ガスのいずれかより低い成分比を生成することを提案する。
ＥＰ３３８１９９７Ａ１およびＥＰ２６９４４３２Ａ２は、合成ガス製造におけるＣＯ：ＣＯ_２比に主に関係しているようで、Ｈ_２：ＣＯ比についてはほんの少ししか言及していません。
ＥＰ２６９４６２４Ｂ１も同様に、ＣＯ：ＣＯ_２の比率にとらわれている。
Ｈ_２：ＣＯ比の重要性はＥＰ２５３０１３６Ａ１で認識されており、７００～９５０℃で運転されるガス化炉は従来、原料に応じて約０．５～１．４のＨ_２：ＣＯ比を生成することが開示されている。この文献は、フィッシャー・トロプシュ反応器から炭化水素を含むオフガスを回収し、それらのガス状炭化水素から水素を別途製造し、こうして製造された水素の少なくとも一部を清浄合成ガスに供給して、前記清浄合成ガスの水素／一酸化炭素比を増大させることを教示している。
Ｈ_２：ＣＯ比の多くの考察は、ＥＰ２８６５７３２Ａにも提供されており、バイオマスガス化炉からの原料合成ガスと水素リッチガスを混合して混合ガスを得、ここで原料合成ガスに対する水素リッチガスの体積比は０．７と２．１の間であり、次にその原料合成ガスからＨ_２：ＣＯ体積比が１．８と３．０の間の上質合成ガスを生成することに着目したものである。
フィッシャー・トロプシュは、成分ガス比を考慮することで恩恵を受ける唯一の合成では決してない。例えば、ＥＰ１９３４３１１Ａ１では、使用比率を「化学量論的数」（ＳＮ）の観点から論じており、メタノール合成で使用するためにＳＮを適切な値に調整することを教示している。

また、例えば、Taherzadeh, Mohammad & Chandolias, Konstantinos & Richards, Tobias. (2018). Combined Gasification-Fermentation Process in Waste Biorefinery. 10.1016/B978-0-444-63992-9.00005-7によれば、ガス化に関する異なる原料は、Ｈ_２：ＣＯ比に関しても含めて、異なる組成の合成ガスを生成することも、公知である。
ＵＳ２０１５／０２９９５８９は、水性ガスシフト反応を用いて、水素と一酸化炭素のモル比（Ｈ_２：ＣＯ）を増加させ、合成ガスの品質を向上させる合成ガスの処理方法を記載している。
ＷＯ２００８／０１７７４１には、バイオマス、石炭、褐炭、または重質石油残渣などの重質チャージを部分酸化し、Ｈ_２／ＣＯ比が＜１の合成ガスＳＧ１を製造することを含む液体炭化水素の製造方法について記載されている。最大４個の炭素原子を有する炭化水素を含む軽質チャージを水蒸気改質し、Ｈ_２／ＣＯ比＞３である合成ガスＳＧ２と、ＳＧがＨ_２／ＣＯ比１．２から２．５である割合で少なくとも１部のＳＧ１および少なくとも１部のＳＧ２の混合物を液体炭化水素にフィッシャートロプシュ変換する工程である。
ＵＳ２００９／００１２１８８は、バイオマス、石炭、褐炭、石油残渣、メタン、及び天然ガスの群からの少なくとも１つの素原料を含む原料から液体炭化水素を製造するプロセスであって、原料を部分酸化及び／又は水蒸気改質によってガス化し、合成ガスＳＧを生成するための少なくとも１段階のａ）を含むプロセスを記載し、このプロセスは、次の段階を含む：ＳＧからＣＯ_２を分離するための段階ｂ）および後続の段階ｃ）の流出物の一部；分離されたＣＯ_２の一部をＨ_２／ＣＯ比が３以上のガスと混合する段階；反応に従って前記第１の混合物に存在するＣＯ_２を熱または熱触媒により水素で部分変換するための段階ｃ）であって、以下のものを含む：前記ガス化ゾーンまたはゾーンから分離された特定の反応ゾーンにおいて、ＣＯ_２＋Ｈ_２－＞ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ；少なくとも一部のＳＧと、ＣＯ_２の水素への変換によって生じた少なくとも一部のＣＯとを含む合成ガスでフィッシャートロプシュ合成を行う段階ｄ）を有する。
ＵＳ４１１０３５９は、２～１２の範囲のモル比Ｈ_２：ＣＯを有するクリーンな精製合成ガスの流れと、ＣＯリッチガスの別の流れを同時に製造する連続プロセスを記載している。
ＷＯ２００８／０１０９９４には、水蒸気水素化反応器（ＳＨＲ）から直接生成ガスとして原料を得る水蒸気メタン改質器（ＳＭＲ）から得られる合成ガス組成を制御するための方法が記載されている。

これらの文献には、ＷＴＬまたはＢＴＬプロセスの効率を高め、複雑さを軽減するために、原料中のＨ_２：ＣＯ比を使用比率以下に制御するための満足のいく手段は含まれていないようである。特に、組成が変動する原料をどのように扱うかについて、満足のいく教示を含むものはない。
本発明の目的は、廃棄物および／またはバイオマスから合成燃料などの有用な製品を製造するための改良されたプロセスを提供することであり、その際、従来のそのようなプロセスと比較して、効率を高め、複雑さを軽減するために、フィード中のＨ_２：ＣＯ比を使用比率未満に制御することである。

発明の要約
本発明によれば、下記の方法が提供される：
原料物質から合成ガスを製造し、その後、特定のＨ_２：ＣＯ使用比率を有する変換プロセスにおいて合成ガスを有用な製品に変換することにより、廃棄物および／またはバイオマスから有用な製品を製造する方法であって、下記の工程：
廃棄物および／またはバイオマスを含む、またはそれらに由来する第１の炭素質原料物質を、第１の期間の間、選択すること；
ガス化ゾーンにおいて、第１の炭素質原料物質の少なくとも一部をガス化し、第１の原料合成ガスＨ_２：ＣＯの比率を有する第１の原料合成ガスを生成すること；
部分酸化ゾーンにおいて、第１の原料合成ガスの少なくとも一部を部分酸化し、変換プロセスの使用Ｈ_２：ＣＯ比未満になるように制御された第１の平衡合成ガスＨ_２：ＣＯ比を有する第１の平衡合成ガスを生成すること；
第１の平衡合成ガスの少なくとも一部を処理して、不純物を除去し、第１の上質合成ガスを生成すること；および
第１の上質合成ガスの少なくとも一部を、有用な生成物を生成するのに有効な変換プロセス反応条件に付すこと；
廃棄物および／またはバイオマスに由来する第２の炭素質原料物質を、第２の期間の間、選択し、第２の炭素質原料物質は、第１の炭素質原料物質とは組成上の特性が異なること；
ガス化ゾーンにおいて、第２の炭素質原料物質の少なくとも一部をガス化し、第２の原料合成ガスＨ_２：ＣＯの比率を有する第２の原料合成ガスを生成すること；
部分酸化ゾーンにおいて、第２の原料合成ガスの少なくとも一部を部分酸化し、第２の平衡合成ガスＨ_２：ＣＯ比が変換プロセスの使用Ｈ_２：ＣＯ比未満となるように制御された第２の平衡合成ガスを生成すること；
第２の平衡合成ガスの少なくとも一部を処理して、不純物を除去し、第２の上質合成ガスを生成すること；
及び、
第２の上質合成ガスの少なくとも一部を、有用な生成物を生成するのに有効な変換処理反応条件に付すこと；
を含み、
しかも第２の原料合成ガスＨ_２：ＣＯ比は、第１の原料合成ガスＨ_２：ＣＯ比とパーセンテージで±ｘ異なり、第２の平衡合成ガスＨ_２：ＣＯ比は、第１の平衡合成ガスＨ_２：ＣＯ比と同じ、または第１の平衡合成ガスＨ_２：ＣＯ比とパーセンテージで±ｙ異なり、ｙはｘより低い割合である、前記方法。

典型的には、ｘは約１から約３００の範囲のパーセンテージである。
典型的には、ｙは０から約２０の範囲内のパーセンテージである。
本発明のプロセスでは、ｙはｘよりかなり低いことが好ましく、例えば少なくとも約１０％低く、好ましくは少なくとも約２５％低く、より好ましくは少なくとも約４０％低く、最も好ましくは少なくとも約５０％低い。
このプロセスは、第１の平衡合成ガスの少なくとも一部のＨ_２：ＣＯ比を調整して、調整されたＨ_２：ＣＯ比を有する調整された第１の平衡合成ガスを生成することを含んでいてもよい。
このプロセスは、第１の上質合成ガスの少なくとも一部のＨ_２：ＣＯ比を調整して、調整されたＨ_２：ＣＯ比を有する調整された第１の上質合成ガスを生成することを含んでいてもよい。
このプロセスは、第２の平衡合成ガスの少なくとも一部のＨ_２：ＣＯ比を調整して、調整されたＨ_２：ＣＯ比を有する調整された第２の平衡合成ガスを生成することを含んでいてもよい。
このプロセスは、第２の上質合成ガスの少なくとも一部のＨ_２：ＣＯ比を調整して、調整されたＨ_２：ＣＯ比を有する調整された第２の上質合成ガスを生成することを含んでいてもよい。

したがって、本発明のプロセスは、可変炭素質フィードストックから一貫して効率的に有用な生成物を生成することの実用性に関わるものである。例えば、供給原料は、バイオマスと廃棄物の間で変化し得る。廃棄物原料の中でも、プラスチック、紙、食品廃棄物の量に関して、バッチごとに、また季節ごとに、材料組成が大きく変化することがある。廃棄物および／またはバイオマスから得られる混合原料を扱う化学プロセスプラントでは、原料の性質、特にガス化後にそのような原料から生成される生の合成ガス中のＨ_２：ＣＯ比に関して、固有の大きなばらつきがある。このような原料合成ガスは、生産サイクルの異なる時期に異なる原料から発生するため、下流での処理が困難である。原料合成ガスのＨ_２：ＣＯ比に大きなばらつきがあるため、選択した下流反応系列に適合するように、一貫して効率的にその比を調整することが問題となる。特に、原料のばらつきが大きく、下流反応の好ましい使用比率を超えるＨ_２：ＣＯ比が時々発生するような場合、この問題は顕著である。その場合、上質合成ガスを生成するためにＨ_２：ＣＯ比を下方修正する必要があり、例えば水性ガスシフト反応によってＨ_２を追加する（使用率を上げる）のではなく、例えば膜分離装置によって原料合成ガスからＨ_２を除去するのに有効なプラント構成が必要となる。
したがって、「その組成特性が異なる」とは、第１および第２の炭素質供給原料（原料物質）の間の組成の変動が、例えば、異なるタイプの商業または産業廃棄物の間、または異なるタイプのバイオマスの間のように、あるいはバイオマスから商業または産業廃棄物、または両方の供給原料の組み合わせに変化しても、２成分の比率が変化して、時間的にかなりのものになるかもしれないという意味である。
第１及び第２の上質合成ガスＨ_２：ＣＯ比は、本発明のプロセスにおける使用比率を下回っている。第１及び／又は第２の上質合成ガスＨ_２：ＣＯ比の少なくとも一部の任意の調整は、第１及び／又は第２の上質合成ガス中のＨ_２：ＣＯ比を使用比率のレベル、上記又はそれに近いレベルまで上昇させるのに有効である場合がある。一般に、このような調整は、Ｈ_２：ＣＯ比を使用比率のレベルまたはそれに近いレベルまで上げることが好ましい。しかし、所望または許容される場合には、使用比率を超えることができる。要は、第１および／または第２の上質合成ガスのＨ_２：ＣＯ比率の任意の調整は、Ｈ_２：ＣＯ比率を上げるためにのみ有効であり、下げるために有効であってはならない、ということである。
したがって、有用な生成物を生成するのに有効な反応条件が、フィード中のＨ_２：ＣＯの所望の比率を含む場合、本発明に従って、任意の調整前に、反応へのフィードとして機能する平衡合成ガスＨ_２：ＣＯ比率が反応のための標準使用比率以下であることが要求される。
「供給物中」（「原料物質中」）とは、有用な生成物を生成する反応装置への供給物、すなわち反応装置に入る第１および／または第２の上質合成ガスを意味し、そのＨ_２：ＣＯ比は、反応装置への通過前に、必要な使用比率になるかそれに近づくように上方向に場合により調整することが可能である。
本発明のプロセス（方法）では、原料合成ガスの部分酸化が、運転サイクル中にプラントに入ってくる異なる原料から生じる原料合成ガス中のＨ_２：ＣＯ比が大きく変化する場合であっても、Ｈ_２：ＣＯ比を大きく平衡化するために有効に利用される。

したがって、本発明はまた、変動する組成特性の炭素質供給原料から有用な製品を製造する方法を提供し、該プロセスは以下の工程を含む：
変動する組成特性を有する炭素質原料をガス化ゾーンに連続的に供給すること；
ガス化ゾーンで炭素質原料をガス化し、合成ガスの原料を得る；
ガス化ゾーンから原料合成ガスの少なくとも一部を回収し、回収された原料合成ガスの少なくとも一部を部分酸化ゾーンに供給すること；
部分酸化ゾーンで原料合成ガスのＨ_２：ＣＯ比を平衡化し、平衡合成ガスを得る；
部分酸化ゾーンから平衡合成ガスの少なくとも一部を回収すること；
場合により、平衡合成ガスの少なくとも一部のＨ_２：ＣＯ比を調整し、調整された平衡合成ガスを得る；
場合により調整された平衡合成ガスを処理して、不純物を除去し、上質合成ガスを生成する；
場合により、上質合成ガスの少なくとも一部のＨ_２：ＣＯ比を調節して、調節された上質合成ガスを得ること；および
場合により調整された上質合成ガスを、特定の使用比率でさらに化学反応させ、有用な生成物に変換する；
ここで、上質合成ガスＨ_２：ＣＯ比は使用比率未満であり、上質合成ガスＨ_２：ＣＯ比の少なくとも一部の場合による調整は、上質合成ガス中のＨ_２：ＣＯ比を使用比率のレベル、それに近いレベルまたはそれ以上に高めるためにのみ有効であり；
ここで、原料合成ガスのＨ_２：ＣＯ比は、炭素質供給原料の変動する組成特性の結果として、プロセスの運転中に±ｘの割合で変動する；および
平衡合成ガスのＨ_２：ＣＯ比は、プロセスの運転中に変動しないか、または炭素質供給原料の変動する組成特性の結果としてプロセスの運転中にパーセンテージ±ｙで変動し、ｙはｘより低い割合である。

場合により調整された上質合成ガスを有用な生成物に変換するためのさらなる化学反応は、Ｈ_２：ＣＯの所望の供給比率を必要とし、平衡合成ガスのＨ_２：ＣＯ比はその所望の供給比率より常に低い場合がある。
場合により調整された上質合成ガスの変換による更なる化学反応で生成される有用な生成物は、ある種のＨ_２：ＣＯの使用比率に対応し、平衡合成ガスのＨ_２：ＣＯ比率はその使用比率未満に一貫して存在することができる。
場合により調整された上質合成ガスの転化による更なる化学反応で生成される有用物は、一定のＨ_２：ＣＯ使用比率に対応し、場合により調整された上質合成ガス中のＨ_２：ＣＯ比率は、その使用比率の上下２０％以内で一定であってもよい。
上記と同様に、典型的には、ｘは約１～３００の範囲の百分率（パーセンテージ）であり、ｙは典型的には０～約２０の範囲の百分率である。また、上記のように、ｙは、好ましくはｘよりもかなり低く、例えば、少なくとも約１０％低く、好ましくは少なくとも約２５％低く、より好ましくは少なくとも約４０％低く、最も好ましくは少なくとも約５０％低い。
好ましくは、本発明のプロセスは、廃棄物および／またはバイオマスに由来するものであればどのような性質のものであっても、炭素質原料をガス化ゾーンに連続的に供給し、原料をガス化させる連続プロセスである。本発明のプロセスは、炭素質原料の組成構成に関係なく、原料合成ガス中のＨ_２：ＣＯ比を平衡化するのに有効である。

詳細説明
原料合成ガス」、「平衡合成ガス」、「上質合成ガス」、「シフト合成ガス」および「合成ガス」という用語を含む他の語句は、主に水素と一酸化炭素を含むガスを意味すると解釈される。二酸化炭素、窒素、アルゴン、水、メタン、タール、酸性ガス、高分子量炭化水素、油、タール、揮発性金属、チャー、リン、ハロゲン化物、灰などの他の成分が存在することもある。存在する汚染物質および不純物の濃度は、プロセスの段階および炭素質原料の供給源に依存することになる。特に、上質合成ガス中の汚染物質及び不純物の濃度は、部分酸化ゾーンから平衡合成ガスの少なくとも一部を回収し、ガスを処理して不純物を除去して上質合成ガスを生成する工程（すなわち、クリーンアップ工程（ｓ））が、原料合成ガス及び平衡合成ガスの両方が生成される本発明のプロセスの段階でまだ実施されていないので、原料又は平衡合成ガス中のものよりも低く、典型的には非常にかなり低い。
合成ガスを説明するためのこのような用語の使用は、限定的にとらえられるべきではない。当業者であれば、各用語は、主に水素と一酸化炭素を含むガスを意味すると解釈される。
炭素質原料は、木質バイオマス、都市固形廃棄物及び／又は商業・産業廃棄物の少なくとも１つから構成されることができる。炭素質原料は、使用される原料の供給源および化学的性質に依存する変動する組成特性を有するであろう。
炭素質原料は、比較的大きな破片の形態であってもよい。炭素質原料は、大型のもの、リサイクル品、ＰＶＣなどのハロゲン性の高いプラスチック、金属、不活性なものを取り除くために処理されることがある。これらの品目は、合成ガスに変換できない、及び／又は、かなりの汚染物質負荷を与える可能性が高い（例えば、高ハロゲン性プラスチックの場合）ので、ガス化の前に当該品目を除去することが好ましい。また、リサイクルすることも可能である。
炭素質供給原料は、ガス化に適したサイズに縮小されてもよい。例えば、炭素質供給原料は、ガス化の前に、粉砕、細断、またはチップ化されてもよい。

いくつかの実施形態では、炭素質材料原料は、バイオマス、例えば、木質バイオマス原料である。適切な木質供給原料の例としては、木の長さの丸材、パルプ材の間伐材、全木、枝、頂部及び／又は廃材を挙げることができる。
一実施形態では、丸材は、５インチ～９インチの直径×１５フィートの長さの丸太として工場に供給される。別の実施形態では、木材チップは、６インチマイナスのチップとして工場に供給される。
シュレッダーは、炭素質材料をガス化ゾーンに適したサイズに縮小するために使用されてもよい。シュレッダーは、炭素質材料のサイズを約２５ｍｍの粒子に減少させてもよい。炭素質材料の少なくとも約８５重量％、少なくとも約９０重量％、少なくとも約９５重量％は、展開されるガス化技術の要件に応じて、体積で約１インチ^３以下であってもよい。
別の実施形態では、炭素質原料は、廃棄物、例えば、都市固形廃棄物および／または商業・産業廃棄物である。
炭素質原料は、水分を含んでいてもよい。好ましくは、その場合、炭素質供給原料は、ガス化の前に少なくともある程度まで乾燥される。
炭素質原料は、含水率を適切なレベルまで低下させるために乾燥機に搬送してもよい。含水率は、約２０重量％未満、約１５重量％未満、または約１０重量％未満に低減されてもよい。好ましくは、ガス化ゾーンに供給される炭素質供給原料は、導入されるガス化技術の要件に応じて、最大で１０重量％の含水率を有する。
廃棄物（上述）が炭素質原料源として使用される場合、原料は、ガス化ゾーンに入る前に乾燥する必要がない場合がある。この場合の廃棄物原料は、望ましくない成分を除去し、原料を原料処理に適したサイズに粉砕するための適切な前処理を行った後、ガス化炉に直接供給することができる。

炭素質原料は、ガス化ゾーンに連続的に供給することができる。
本発明の方法（プロセス）は、炭素質原料をガス化ゾーンでガス化することにより、原料合成ガスを得るものである。ガス化は、水蒸気および酸素の存在下で起こってもよい。ガス化ゾーンは、単列、二列、または複数列から構成されてもよい。好ましくは、ガス化ゾーンは、プラントの稼働率に対する中断の影響を最小にするために、複数のトレインから構成される。
市販のガス化炉には、主に固定・移動床式、噴流式、流動床式の３種類がある。ガス化ゾーンは、間接的に加熱されたガス化容器に原料および蒸気を供給する間接ガス化ゾーンであってもよい。あるいは、ガス化ゾーンは、原料、蒸気および酸素含有ガスをガス化容器に供給して直接燃焼させ、ガス化に必要な熱を供給する直接ガス化ゾーンであってもよい。また、当技術分野で知られており、本発明のプロセスで使用するのに適しているのは、ハイブリッド型ガス化炉、および部分酸化ユニットを組み込んだガス化炉である。その場合、本発明のプロセスでは、ガス化ゾーンと部分酸化ゾーンは、単一の容器の別々のゾーンであってもよいことが理解されよう。
一実施形態では、ガス化ゾーンは、主に、乾式灰除去モードで動作する間接加熱深層流動床と、炭素質材料の最大変換のための二次ガス化炉とから構成される。別の実施形態では、ガス化ゾーンは、一次間接加熱流動床のみから構成されてもよい。
流動床の動作温度は、炭素質原料の組成特性によって変化してもよい。流動床の動作温度は、約４００～１０００℃の間、好ましくは約５００～９００℃の間、より好ましくは約６００～８００℃の間であってもよい。
このような流動床の温度範囲では、構成する灰が軟化して床材とクリンカーを形成することを避けることができることが分かっている。
流動床反応器には、シリカサンドやアルミナなどの不活性床媒体を予め入れておいてもよい。不活性床媒体は、過熱水蒸気と酸素で流動化させることができる。過熱水蒸気と酸素は、別々のパイプノズルから導入することができる。

ガス化の際、流動床は乾燥（または脱水）、脱揮（または熱分解）およびガス化を受けることがある。また、燃焼、水性ガスシフト、メタン化反応も起こることがある。
ガス化ゾーン内の圧力は、下流工程での圧縮の必要性を最小にすることが望ましい。したがって、ガス化ゾーンは、高くなければ少なくとも約３．５バール、例えば約４バール以上の圧力を有することが好ましい。１０バール以上のようなさらに高い圧力で作動するガス化ゾーンは、当技術分野で知られている。同様に、より低い圧力、例えば約１．５バール以下で作動するガス化ゾーンも当業界では知られている。いずれも本発明のプロセスで使用するのに適している。
ガス化ゾーンを出る原料合成ガスは、少なくとも約６００℃の、少なくとも約７００℃の、または少なくとも約８００℃の出口温度を有していてもよい。好ましくは、ガス化ゾーンを出る原料合成ガスは、約７００℃から約７５０℃の出口温度を有する。
ガス化ゾーンから排出される主な生成物は、通常、蒸気と、水素と一酸化炭素（ＣＯ）（合成ガスの必須成分）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、メタン、および少量の窒素とアルゴンを含む生の合成ガスである。さらにベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレンなどのタール、高級炭化水素、ワックス、オイル、灰、すす、床材成分、その他の不純物が存在する場合がある。
ガス化で発生する二酸化炭素、硫黄、スラグ、その他の副産物や不純物は、回収、収集、再利用が可能な場合がある。
サイクロンは、原料の合成ガスから望ましくない固形物を除去するために使用されることがある。
ガス化プロセスの運転中、ベッド材から重い汚染物質を除去するために、トランプ排出システムを使用することができる。
使用する原料の供給源によって、合成ガス中に存在する主成分と不純物の比率が異なり、原料合成ガスの一酸化炭素に対する水素の比率が大きく変動する可能性がある。特に、廃棄物原料を原料として使用する場合、組成化学の揺らぎや存在する水分の変動により、原料合成ガスの一酸化炭素に対する水素の比率の変動が大きくなる。また、バイオマス由来の原料は、種類によって異なる場合がある。例えば、籾殻ｖｓ松材ｖｓユーカリｖｓナッツ殻のガス組成は、原料合成ガス中の水素と一酸化炭素の比率を変化させることができる（Taherzadeh, Mohammad & Chandolias, Konstantinos & Richards, Tobias. (2018). Combined Gasification-Fermentation Process in Waste Biorefinery. 10.1016/B978-0-444-63992-9.00005-7を参照）。

フィード中の水素／一酸化炭素比および／または用語「フィード比」は、関連するフィード流中の一酸化炭素の体積あたりの水素の体積として解釈されるものとする。
水素／一酸化炭素使用率および／または用語「使用率」は、有用な生成物を生成するためにさらなる変換プロセスまたは化学反応（上記の発明の記述で言及したとおり）で使用される一酸化炭素の体積当たりの反応で消費される水素の体積と解釈される。
不純物の存在は、下流工程の処理条件に影響を与える可能性があり、存在する不純物を除去するためにさらなる工程が必要となる場合がある。本発明による原料合成ガス中の水素／一酸化炭素比の変動を制御することは、従来の方法と比較して、全体的な性能、製品収率および最適化を向上させるために望ましいことである。本発明者らは、フィード（原料合成ガス）中の水素／一酸化炭素比の変動を制御することにより、プロセスを最適化し不純物を除去するための追加の工程を下流に含める必要がなくなることを見出し、これを望ましいとした。
炭素質原料の供給源やガス化技術にもよりますが、原料合成ガスは、他の不純物や汚染物質に加えて、約３～４０％の二酸化炭素を含んでいる場合がある。
合成などの下流工程で原料として必要な高品質のガスを得るためには、不純物を除去する必要がある。適切な合成の非限定的な例としては、フィッシャー・トロプシュ（ＦＴ）合成、アンモニア合成、メタノール合成がある。
ガス化ゾーンから排出される原料合成ガスの水素／一酸化炭素比は、下流の合成反応に最適でない場合がある。合成反応によって必要とされる水素／一酸化炭素供給比率が異なるため、最大の効率と収率を得るためには、水素／一酸化炭素供給比率に影響を与えることが望ましいとされている。
非限定的な例として、下流の合成工程がフィッシャー・トロプシュ反応の場合、原料合成ガスの水素／一酸化炭素比が使用比率より著しく低い場合は、増加させることが望まれる。
ガス化ゾーンを出る原料合成ガスは、約５００ｐｐｍ未満、約４００ｐｐｍ未満、約３００ｐｐｍ未満、約２００ｐｐｍ未満の硫黄濃度を含んでいてもよい。好ましくは、原料合成ガスは、約２００ｐｐｍ未満の硫黄濃度を含む。

原料の合成ガスに含まれる硫黄の濃度は、下流で採用されるプロセス条件に影響する。
ガス化ゾーンからの原料合成ガスの少なくとも一部は回収され、回収された原料合成ガスの少なくとも一部は部分酸化ゾーンに供給される。部分酸化ゾーンの原料合成ガスは、部分酸化反応を起こす。
当技術分野における従来の部分酸化ゾーンは、典型的には触媒式または非触媒式（熱式）である。
部分酸化ゾーンは、下流の合成装置からのテールガス及び／又は天然ガスを、予熱された酸素及び／又は水蒸気で部分的に燃焼させることができる。部分酸化ゾーンは、高温の酸素の流れを生成するバーナーから構成されてもよい。
部分酸化ゾーンは、原料合成ガスの温度を上昇させ、存在するタール、ナフタレン、高級炭化水素、メタンの少なくとも一部を炭素酸化物、水素、水に変えるのに十分な効果がある。
部分酸化ゾーンは、少なくとも約１１００℃、少なくとも約１２００℃、少なくとも約１３００℃の温度で作動してもよい。好ましくは、部分酸化ゾーンの動作温度は、少なくとも約１３００℃、最も好ましくは約１２００℃から約１３５０℃の範囲である。
部分酸化ゾーンでは、残留するメタン、ナフタリン、高級炭化水素、タール成分を、炭素酸化物、水素、水に変換することができる。部分酸化ゾーンを出る合成ガスは、平衡合成ガスと解釈してよい。
部分酸化ゾーンを出た平衡合成ガスは高温になるので、水蒸気を発生させて冷却してもよい。プロセス効率を向上させるために、過熱蒸気および／または飽和高圧蒸気を発生させることが好ましい。冷却された平衡合成ガスは、水および灰や煤のような微粒子を除去するためにベンチュリースクラバーに通すことができる。さらに、アンモニア、ハロゲン化物、亜酸化窒素および残留微粒子などの他の不純物を除去するために苛性洗浄を行うことができる。
部分酸化ゾーンは、ガス化ゾーンの圧力よりもわずかに、またはいくらか低い圧力で動作してもよい（中間圧縮の必要性を回避するため）。部分酸化ゾーンは、例えば約３．５ｂａｒで作動するガス化プロセスに対して、約２～３ｂａｒの圧力で作動してもよい。

本発明者らは、驚くべきことに、本発明によるプロセス内に部分酸化ゾーンを含めることにより、柔軟性が得られ、ガス化ゾーンに、変動する組成特性を有する広範囲の原料の処理能力を与えることを見出した。本発明者らは、部分酸化ゾーンの使用が、例えば、部分酸化ゾーンの下流であって有用な生成物を生成する反応の上流での水性ガスシフト反応、または他の供給源からの水素の添加などの単一または直接的なプロセス工程で場合により比率をさらに調整する前に、原料合成ガスの水素／一酸化炭素比率を使用比率未満の一定の方向に平衡化できることを予想外に発見している。
本発明者らは、本発明による部分酸化ゾーンの使用により、多種多様な炭素質原料源のガス化から得られる原料合成ガス中の水素／一酸化炭素比を平衡化し、有用な生成物を形成するために選択した下流反応の使用比率以下のより一貫した値を得られることを予想外に発見している。部分酸化ゾーンは、使用される炭素質原料のソースに関係なく、部分酸化ゾーンに入る原料合成ガスのＨ_２：ＣＯ比を使用比率未満の一定範囲に平衡化することが見出されている。これは、廃棄物および／またはバイオマス原料を使用する場合に特に有利である。従来の原料に比べて化学組成の変動が大きいため、原料合成ガスのＨ_２：ＣＯ比の変動が大きくなるためである。
特定の合成反応では、合成が行われる化学反応器への供給物のＨ_２：ＣＯ比が所望の範囲内にあることが求められ、典型的には使用比率よりも低くなる。使用比率は、合成反応条件と目的とする製品に依存する。
非限定的な例として、有用な生成物を生成するための反応としてフィッシャー・トロプシュ反応を採用する場合、場合により調整した上質合成ガス中のＨ_２：ＣＯの比率が使用比率を大幅に超えると、反応速度が増大し、その後に熱暴走の状況をもたらす制御されない反応につながる可能性があるので望ましくないとされている。
あるいは、場合により調整された上質合成ガス中のＨ_２：ＣＯ比が使用比率を著しく下回る場合、有用な生成物を得るための反応が行われる反応ゾーンにおいて、触媒床の出口に向かって水素が枯渇する可能性があり、結果として、好ましくない炭素質種の析出の可能性に伴う失活が促進される。
したがって、場合により調整された上質合成ガス中のＨ_２：ＣＯ比が、使用比率以下またはそれ以上であり、有意に上または下にならない、所望の範囲であることが非常に重要である。「有意でない」とは、２０％以下であることを意味する。

原料や原料組成のばらつきによって、原料合成ガス（ガス化ゾーンから回収）中のＨ_２：ＣＯ比は、この望ましい範囲（および使用比率）より下になることも上になることもある。この水素／一酸化炭素比を所望の範囲にするために必要な処理工程は、その偏差の方向によって大きく異なる。原料合成ガス中のＨ_２：ＣＯ比が所望の範囲を下回っている場合－水性ガスシフト反応器を採用して、流れの水素含有量を増やすことができる。しかし、原料合成ガス中のＨ_２：ＣＯ比が所望の範囲を超えている場合、膜や圧力スイング吸着などの水素除去工程を導入する必要がある。これらの処理工程は非常に異なっており、別々の装置を必要とすることを考えると、原料合成ガス中のＨ_２：ＣＯの比率が所望の範囲に対して単一方向であることは、本発明のプロセスを実施するためのプラント建設における大きな運用柔軟性と資本コスト削減をもたらすことが可能である。例えば、季節的または供給源に基づく廃棄物組成の変化、または供給原料をバイオマスから廃棄物に切り替えた場合、原料合成ガス中の結果としてのＨ_２：ＣＯ比は所望の範囲以下から所望の範囲以上に変化し、その後、１セットの反応装置から別の装置に交代する必要がある（上述）。この場合、操作が複雑になり、両方の装置を設置し、原料ガスを受け入れるように設定する必要があるため、プラントが著しく複雑になり、また、プラントの敷設の資本コストという点で、追加の支出が必要になる。
しかしながら、本発明のプロセスにおいて部分酸化ゾーンによって与えられる平衡化工程を含むことにより、平衡合成ガス中のＨ_２：ＣＯ比は、所望の範囲（および使用比率）以下になることを余儀なくされる。したがって、設備は、平衡合成ガス中のＨ_２：ＣＯ比を、場合により調整された上質合成ガス中の正しい所望の範囲に調整するために、今や１セットの装置（例えば、上記の水性ガスシフト反応器）だけを必要とする。
部分酸化ゾーンは、窒素種、硫黄種およびリン種の取り扱いおよび除去をより容易にすることもできる。非限定的な例として、有機硫黄種はＣＯＳおよびＨ_２Ｓを形成してもよく、有機窒素種はＨＣＮを形成してもよく、リン種はＰ_２Ｏ_５、それらの有機対応物と比較して除去がより容易である。
部分酸化領域では、存在する灰分を溶かし、スラグを形成することができる。このスラグは、スラグ浴を経由して回収することができる。
本発明のプロセスでは、平衡合成ガスをさらに処理するために、以下の装置を選択することができる。
平衡合成ガスは、圧縮されてもよい。合成ガスの圧縮は、合成ガスが部分酸化ゾーンを出て、冷却された後に行われてもよい。

部分酸化ゾーンからの平衡合成ガスの少なくとも一部を水性ガスシフト（ＷＧＳ）ユニットに通してシフト合成ガスを得、残りの平衡合成ガスと混合して水素／一酸化炭素比を所望の範囲に調整してもよい。
「水性ガスシフト反応」または「ＷＧＳ」という用語は、一酸化炭素と水を水素と二酸化炭素に変換することを含む熱化学プロセスとして解釈される。ＷＧＳ反応後に得られる合成ガスは、シフトされた（すなわち調整された）合成ガスであると解釈される場合がある。
硫黄化合物の存在は，ＷＧＳ反応のためのＷＧＳ触媒の選択を検討する際に重要である．硫黄は、ＷＧＳプロセスの前にフィードから除去することができ、または硫黄耐性ＷＧＳ触媒を使用することができる（サワーシフト触媒）。好ましくは、硫黄はＷＧＳ工程の前にフィードから除去される。
一実施形態では、ＷＧＳユニットに入る合成ガスは、スイートシフトを可能にするために、本質的に低硫黄ガス（＜０．１ｐｐｍｖ）である。ＷＧＳユニットに入る合成ガスは、平衡合成ガスであってもよい。
本発明によるプロセスは、原料合成ガスからアンモニア性不純物、亜硫酸性不純物および二酸化炭素を順次除去することをさらに含むことができる。
原料合成ガスからアンモニア性不純物、亜硫酸性不純物、二酸化炭素を順次除去し、二酸化炭素を回収する工程は、ＷＧＳ反応の前に行われてもよい。得られた合成ガスは、脱硫された合成ガスと解釈してよい。
アンモニア性、亜硫酸性、二酸化炭素の不純物の除去は、物理的または化学的な吸収プロセスである場合がある。
本発明に従って、硫黄は上流工程で除去されてもよい。水性ガスシフトユニットに供給される平衡化ガスは、基本的に低硫黄ガスである。
水性ガスシフト反応には、スイートシフト触媒を用いてもよい。スイートシフト触媒は、硫化金属触媒であってもよい。
物理吸収プロセスは、Ｒｅｃｔｉｓｏｌ^ＴＭプロセス、Ｓｅｌｅｘｏｌ^ＴＭプロセス、または類似の溶媒ベースの物理吸収プロセスであってもよい。

一実施形態では、物理吸収ユニットは、共通のメタノール再生システムを構成するメタノールと合成ガス流を接触させる２つの別々の吸収塔を有する２段階プロセスを作動させるように構成されてもよい。第１の吸収塔は、硫黄を選択的に除去してもよく、ＣＯ_２ 飽和溶媒を使用して、硫黄除去塔におけるＣＯ_２の吸収を最小化してもよい。第二の吸収塔は、ＣＯ_２を回収することができる。
この技術については、例えば、「化石燃料の排出抑制技術」（Bruce Miller, 2015）などで詳しく説明されている。
二酸化炭素は、実質的に純粋な形態で回収することができる。ＣＯ_２の回収は、ＷＧＳ反応に引き続いて行うことができる。
本発明者らは、本発明によるＷＧＳ反応を用いることで、ＷＧＳ装置に流入する合成ガスの水素／一酸化炭素比を、意図する反応に応じて所望の比（使用比未満）に調整できることを見いだした。
合成ガスは、ＷＧＳシフトユニットに入る前に部分酸化ゾーンで既に平衡化されているので、合成ガス中の水素／一酸化炭素比の変動は既に大幅に低減されている。その結果、シフトされた合成ガスは、平衡合成ガスの残りと場合によりブレンドされ（場合により調整された上質合成ガスを形成）、合成目的に応じて望ましい水素／一酸化炭素比が得られ、変動もさらに低減される。
ＷＧＳ反応は、（高圧過熱）蒸気の存在下で、一酸化炭素と水を水素と二酸化炭素に変換するものである。
平衡合成ガス及び／又は原料合成ガスの少なくとも一部は、前記合成ガスをＷＧＳ反応に供することなくバイパスされ、その後、前記シフトされたガス及びバイパスされたガスを最適な割合に組み合わせ、場合により調整された上質合成ガスにおいて所望の水素／一酸化炭素供給比を得ることができる。バイパスされるガスの比率は、下流の合成反応の所望の比率とシフト反応の重大性に応じて変化する。反応器に送られるバイパスガスの比率を制御することで、特定の水素／一酸化炭素供給比率を得るのに役立つ。
非限定的な例として、場合により調整した上質合成ガスをフィッシャー・トロプシュ反応器に供給したい場合、平衡化した合成ガスの水素／一酸化炭素比を大きくすることが望ましい。
場合により調整された上質合成ガスは、水素／一酸化炭素比が２．００±１０％、好ましくは±５％、±２％、±１％、±０．５％、±０．１％、または±０．０５％である。
水性ガスシフト反応の下流で、シフト合成ガスから水素を回収することもできる。

シフト合成ガスの少なくとも一部は、水素回収装置（ＨＲＵ）に送られる場合がある。ＨＲＵは、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）プロセスを利用して、様々な用途の高純度水素を製造することができる。高純度水素は、上流および／または下流のプロセスで使用することができる。しかし、本発明のプロセスにおけるＰＯｘゾーンの平衡化効果により、この装置の設置サイズは、さらなる化学反応のためにＨ_２：ＣＯ比を所望の範囲に調整するために原料合成ガス流から水素を除去するのに必要なサイズに比べて著しく小さくなっている。ＨＲＵからのオフガスは、焼却炉で必要な燃焼温度を得るための燃料ガスとして使用することができる。しかし、上記で説明したように、有用な生成物を生成するために化学反応器へ下流に向かう合成ガス中のＨ_２：ＣＯ比を減少させる目的で、またはその目的だけのために、合成ガスから水素を除去するようにプラントを構成する必要はないことに注意する必要がある。
ＨＲＵからの高純度水素は、圧力で、少なくとも約９７％、少なくとも約９８％、少なくとも約９９％の純度であってよい。除去される不純物としては、ＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４、Ｎ_２およびＡｒが挙げられるが、これらに限定されない。
回収された水素を利用する上流および／または下流工程には、アンモニア性、亜硫酸性または二酸化炭素の少なくとも１つの不純物の除去、合成反応器の触媒再生および製品のアップグレードが含まれ得る。
ＷＧＳユニットからシフトされた合成ガスとバイパスされた合成ガスとは、合成ユニットの前に、入口ろ過システム、例えば入口ガードベッドを通過することができる。入口ガードベッドは、硫黄ガードベッドであってもよい。入口ガードベッドは、合成ガスから硫化水素、リン、ＣＯＳ、ヒ素、塩化物及び水銀などの汚染物質の残留痕跡を除去するために、リード－ラグ構成で動作してもよい。鉛床は、存在する汚染物質を除去し、遅れは鉛床が突破したときのための安全装置として機能することができる。
ガードベッドから出る合成ガスは、場合により調整された上質合成ガスと解釈することができる。
場合により、調整された上質合成ガスを有用な製品に変換することも可能である。
有用な生成物は、液体炭化水素を含んでいてもよい。液体炭化水素は、持続可能な液体輸送燃料であってもよい。
有用な生成物は、場合により調整された上質合成ガスの少なくとも一部をフィッシャー・トロプシュ合成装置にかけることによって製造することができる。

合成ガスの少なくとも一部は、合成ユニットに供給することができる。適切な合成の非限定的な例としては、フィッシャー・トロプシュ合成、アンモニア合成、メタノール合成またはアルコール合成が挙げられる。
合成反応では、プロセス要件を満たし、転化率と製品収率を最大化するために、最適な性能を発揮するフィードガス中の特定の水素／一酸化炭素比（「所望の比率」）が必要とされる。非限定的な例として、フィッシャー・トロプシュ合成フィードは、約２の水素／一酸化炭素比を有することができる。この望ましい比は、典型的には使用比より低い。非限定的な例として、フィッシャー・トロプシュ合成の使用比率は、２．０４～２．１４の範囲であってもよく、典型的には約２．１である。
フィッシャー・トロプシュ合成に関する実施形態によれば、場合により調整された上質合成ガスをＦＴ反応器に供給することができる。
合成ユニットは、ＦＴ反応器を含むＦＴユニットであってもよい。ＦＴ反応器は、マイクロチャネルで構成されてもよい。微粒子を除去するために、フィルターが使用されてもよい。
ＦＴ反応器は、場合により調整された上質合成ガスの一酸化炭素および水素の少なくとも一部を、主に直鎖状炭化水素に変換することができる。
フィッシャー・トロプシュ合成装置は、場合により調整された上質合成ガスを液体炭化水素に変換することができる。
合成ガスから液体炭化水素への変換は、触媒の存在下で行われる。鎖長分布は、使用する触媒の特性や運転条件に依存する。
フィッシャー・トロプシュ反応は発熱性であり、反応温度をほぼ一定に保つために除去しなければならない熱を放出する。触媒層が局所的に高温になると、フィッシャー・トロプシュ製品の混合率や収率に悪影響を及ぼし、触媒の寿命が短くなる可能性があることが分かっている。従って、温度を一定に保つことが望ましい。
温度制御は、循環冷却水と併用するＦＴリアクターに付随する蒸気ドラムの圧力を変化させることで行うことができる。
ＦＴ合成のための動作温度は、約１２５と３５０℃の間、約１５０と３００℃の間、約１７０と２５０℃の間、約１８０と２４０℃の間であってよい。好ましくは、低温ＦＴ技術では、動作温度は約１８０と２４０℃の間である。

触媒は、担体を有する金属触媒または複合金属触媒であってもよい。一実施形態では、金属はコバルトである。担体は、シリカおよび／またはチタニアから作られてもよい。
ＦＴ合成で得られる生成物、例えば前記炭化水素としては、ヘビーＦＴ液（ＨＦＴＬ）、ライトＦＴ液（ＬＦＴＬ）、ＦＴ処理水、ナフサ、及び不活性物質並びに未凝縮の軽質炭化水素（典型的にはＣ１～Ｃ４）を含むテールガスが挙げられ得る。Ｃ１～Ｃ４の軽質炭化水素を含むテールガスの一部は、部分酸化ゾーンに戻したり、燃料ガス系に送ったりして再利用することができる。
テールガス流の一部は、合成ガス中のＣＯを最大限に利用するために、高温ガス炉に供給される前に新鮮な合成ガスと合流させることができる。このような場合、パージ流を使用して、合成ガス反応器内で発生するＣＯ_２やＣＨ_４などの不活性ガスの蓄積を防ぐことができる。上記の燃料としてのテールガス流の使用は、ガスがプロセスループを出るときにパージ流として適格であろう。
液体炭化水素は、さらに有用な製品にアップグレードすることが望ましい。
液体炭化水素は、さらなる有用な製品を製造するために改良されてもよい。液体炭化水素の少なくとも一部は、水素化処理、水素化処理、製品分別、水素化分解及び／又は水素化異性化の少なくとも１つによって改良することができる。
ＦＴ液化装置では、高品質のナフサと合成パラフィン灯油（ＳＰＫ）を生産することができる。その他のアップグレード製品には、ガソリン、ディーゼル、ワックスなどがある。この装置は、リサイクル水素化分解機として構成されることもある。
さらなる有用な生成物は、持続可能な液体輸送燃料またはガソリンブレンドストックであってもよい。輸送用燃料またはガソリンブレンドストックは、航空用および／または自動車用に使用することができる。持続可能な液体輸送用燃料は、高品質のＳＰＫを含んでいてもよい。ガソリンブレンドストックは、ナフサを含んでいてもよい。
本発明によるプロセスによって形成された生成物は、従来のプロセスによって形成された燃料のよりクリーンなバージョンを構成することができる。
本発明に従って製造された燃料は、航空機エンジン排気中の粒子状物質（煤）を最大９０％、硫黄酸化物をほぼ１００％減少させ、大気環境を改善する可能性がある。
本発明はまた、本明細書に開示されるようなプロセスによって製造される有用な製品を提供する。

本発明はまた、組成が変動する炭素質原料フィードから所定の炭化水素製品を製造する方法を提供し、該プロセスは、前記所定の炭化水素製品の製造に関連するＨ_２：ＣＯの目標使用比率を有し、該プロセスは、以下を含むことを特徴とする：
ａ）ガス化ゾーンで炭素質原料をガス化し、そのＨ_２：ＣＯ比の変動率±ｘを有する合成ガス原料を得ること；
ｂ）原料合成ガスを平衡化し、Ｈ_２：ＣＯ比が前記目標比に向かって調整される平衡化ゾーンにおいて平衡合成ガスを生成し、平衡合成ガスはそのＨ_２：ＣＯ比において割合変動±ｙ（ｙ＜ｘである）を有すること；
ｃ）平衡合成ガスを処理して、不純物を除去し、上質合成ガスを生成する工程；と
ｄ）上質合成ガスを炭化水素製品に変換する。

図面略図
図１は、複数の原料源または組成が変化する原料源からＦＴ合成を行うための先行技術における従来の教示を適用したプロセスの概略図である。破線領域によって強調された部分は、本発明によるプロセスには必要ない工程を強調する。 図２は、本発明に係るプロセスの概略を示す図である。

図１を参照すると、従来、先行技術プロセスでは、ＦＴ合成として描かれている必要な合成に適した合成ガスを得るために、生成した原料合成ガス中の水素／一酸化炭素比が所望の反応に対する使用比率より高いか低いかによって、ガス化後の合成ガスに異なる経路が必要とされる。先行技術のプロセスは、同じプロセス装置で使用比率の両側にあるフィード中の水素／一酸化炭素比の変化に対応できないため、場合により調整した上質合成ガス流をＦＴ合成装置に供給する前に異なるルートを必要とする。図１の概略図と図２とを比較すると、本発明によるプロセスは、従来の先行技術のプロセスで必要とされるいくつかの段階を排除し、したがって全体のプロセスを単純化し、段階数を減少させたプロセスを提供する。

これらの段階の排除は、部分酸化ゾーンの存在により可能となり、ガス化ゾーンを出る原料合成ガス中の水素／一酸化炭素比を、採用する原料とは無関係に、使用比率以下の小さな窓に平衡させることができる。したがって、ＦＴ反応に望ましい比率を得るために、先行技術のプロセスのように、フィード中の水素／一酸化炭素比が使用比率より低いか高いかに基づいて処理工程を分ける必要はない。これは、部分酸化ゾーンを出る平衡合成ガス中のＨ_２：ＣＯ比が均質化され、常に使用比率より低くなるからである。したがって、本発明によるプロセスは、使用される原料に関連して柔軟性を提供し、下流の追加段階の必要性を減少させるプロセスを提供する点で有益である。このことは、以下に例示する例において見ることができる。
図３は、異なる原料ソースを使用した場合の、ガス化ゾーンを出る原料合成ガスと、本発明による部分酸化ゾーンを出る平衡合成ガスの、一酸化炭素に対する水素の比率のグラフを示すものである。図３はまた、ＦＴ反応に望まれる合成ガスの典型的な水素／一酸化炭素比と、ＦＴ反応で観察される典型的な使用比を強調している。この結果は、部分酸化ゾーンを出るときに、原料の供給源とは無関係に使用比率が平衡化することを示すものである。 図４は、異なる原料ソースを使用した場合の、本発明によるガス化ゾーンおよび部分酸化ゾーンを出る合成ガス中に存在するＣＨ_４のｍｏｌ％のグラフである。この結果は、ガス化ゾーンと比較して、部分酸化ゾーンを出る合成ガス中に存在するＣＨ_４が著しく減少していることを示し、より多くの炭素が捕捉され、プロセスで利用されていることを示している。 図５は、部分酸化ゾーンを出る平衡合成ガス中の水素／一酸化炭素比およびＣＨ_４のｍｏｌ％に部分酸化操作温度が与える影響を示すグラフである。部分酸化ゾーン温度は、平衡合成ガス中のメタンスリップと一酸化炭素に対する水素の比率を調整するためのレバーとして使用することができる。

次に、以下の非限定的な例を参照して、本発明をより具体的に説明する。
例
表１は、ＦＴプロセスに使用される合成ガスを得るために、本発明に従って使用された原料組成物の異なるソースの概要を示している。
また、原料の予備処理と乾燥後の原料の含水率も表示される。

例１～７は、いずれも本発明のプロセスで使用するための供給原料（フィードストック）である。

プロセス
例１～７のそれぞれは、以下のように処理した。
各例の供給原料は、まず、大きな副材料、リサイクル品（鉄および非鉄の金属など）、ガラス、石、砂利などの不活性物質を除去することにより処理される。処理された原料は、粉砕され、所望の含水率（この場合１０％）まで乾燥され、固体回収燃料（ＳＲＦ）が得られる。
ＳＲＦは、温度約７００℃、圧力約２．２ｂａｒｇで運転される流動床ガス化装置にあらかじめ決められた速度で連続的に供給され、過熱蒸気が供給されてガス化が行われ、第１のＨ_２：ＣＯ比を持つ原料合成ガスが製造される。
原料合成ガスはガス化炉を出て、１２５０℃以上の温度に維持された酸素燃焼式部分酸化反応器に、目標温度を達成するように酸素速度を調整しながら、上記のガス化工程で生成された原料合成ガスを全量供給する。部分酸化反応により、残留メタンなどの炭化水素が合成ガスに変換され、第２のＨ_２：ＣＯ比を有する平衡合成ガスが生成される。
得られた高温の平衡合成ガスは、（過熱飽和高圧蒸気を発生させて）２００℃以下の温度まで冷却された後、一次ガス浄化装置を通り、ベンチュリースクラバーで水と微粒子（すすや灰など）を除去し、苛性洗浄でアンモニア、ハロゲン化物（ＨＣｌなど）、亜酸化窒素、残留微粒子を除去する。
ここでは、合成ガスを「甘くする」メタノール溶媒を用いたレクチゾール（Ｒｅｃｔｉｓｏｌ^ＴＭ）プロセスによって酸性ガス（Ｈ_２ＳとＣＯ_２）の除去が行われる。
二次ガス浄化プロセスには、水銀、ヒ素、リンなどの物質を除去するためのさまざまなガードベッドと、（ＦＴ）インレットガードベッドとして機能する追加の硫黄研磨ベッドが含まれる。
合成ガス流の一部を水性ガスシフト（ＷＧＳ）ユニットに通し、合成ガスが再結合する際に、全供給流中の水素と一酸化炭素の比率（Ｈ_２：ＣＯ）を（所望の比率に）調整する。
場合により調整された上質合成ガスは、ＦＴマイクロチャンネル反応器に送られ、シリカ／チタニア担体に担持されたコバルト触媒の存在下で、合成液体炭化水素に変換される。
合成ＦＴ液は、水素化分解、水素化異性化、そして水素化分解される。その後、ＬＰＧ、ナフサ、ＳＰＫに分留される。

表２は、ガス化ゾーンと部分酸化ゾーンから出る合成ガスの使用比率を示したものである（図３にも図示）。

表３は、ガス化ゾーン出口におけるＨ_２：ＣＯ比の各例間の相対的な変化率を示し、（列／行－１）として算出したものである。負の数は、比較されるものよりもＨ_２：ＣＯが低いことを示す。

表４は、部分酸化ゾーン出口におけるＨ_２：ＣＯ比の各例間の相対的な変化率を示し、（列／行－１）として算出したものである。負の数は、比較されるものよりもＨ_２：ＣＯが低いことを示す。

表３および４のそれぞれを比較すると、他の各例と比較した各例のＨ_２：ＣＯ比の差の割合は、ガス化ゾーン出口におけるよりも部分酸化出口において一貫して低く、多くの場合非常に大幅に低いことがわかる。
上記の表３および表４の結果、および図３から、ガス化ゾーンを出る合成ガスの原料の水素／一酸化炭素比は、採用する原料によって大きく異なることがわかる。合成方法の違いにより、原料中の水素と一酸化炭素の比率は特定のものが要求される。また、図３には、合成ガスの典型的な希望するＨ_２：ＣＯ供給比率と、ＦＴ反応の使用比率が示されている。
また、部分酸化ゾーンを出る平衡合成ガスは、ガス化ゾーンを出る生の合成ガスの一酸化炭素に対する水素の比率と比較して、異なる原料組成に対する一酸化炭素に対する水素の比率の変動を著しく減少させたことが結果から分かる。したがって、本発明による部分酸化ゾーンの使用は、部分酸化ゾーンを出る合成ガスの一酸化炭素に対する水素の比率を、使用する原料の供給源に依存せず、ガス化ゾーンを出る（そしてその後部分酸化ゾーンに入る）生の合成ガスの一酸化炭素に対する水素の比率に依存せず平衡化させる。
部分酸化ゾーンを出る合成ガスは、本発明によるＦＴ反応の前にＷＧＳ反応器に供給して、使用比率を下回る典型的なＦＴ供給比率と一致する強調範囲内で一酸化炭素に対する水素の所望の比率を得てもよい。ＷＧＳ反応は、部分酸化ゾーンを出る合成ガスの水素／一酸化炭素比を典型的なＦＴ合成フィード範囲内に収まるように増加させるために使用される。したがって、本発明における部分酸化ゾーンがなければ、例５および７はそのような値内に入らず、水素／一酸化炭素比を低下させるための代替処理が必要となるであろう。

表５は、本発明によるガス化ゾーンおよび部分酸化ゾーンから出るＣＨ_４の％ｍｏｌ含有量を示す。結果から分かるように、ガス化ゾーンと比較して部分酸化ゾーンを出るＣＨ_４の存在が著しく減少していることが分かる。ＣＨ_４の不純物の減少は、原料から製品への炭素の捕捉および回収を増加させるために重要である。部分酸化ゾーンでは、残留メタンを炭素酸化物に変換する。

部分酸化ゾーンから出るガス中のＨ_２：ＣＯは、部分酸化の運転温度によって影響を受けることがある。しかしながら、熱的部分酸化は、典型的には、ＣＨ_４スリップを最小にするために１２００℃を超える温度で操作される。上記の例２に対応する合成ガスデータを用いて、表６にこの関係を説明する。

Claims (27)

1. 原料物質から合成ガスを製造し、その後、特定のＨ_２：ＣＯ使用比率を有する変換プロセスにおいて合成ガスを有用な製品に変換することにより、廃棄物および／またはバイオマスから有用な製品を製造する方法であって、下記の工程：
   廃棄物および／またはバイオマスを含む、またはそれらに由来する第１の炭素質原料物質を、第１の期間の間、選択すること；
   ガス化ゾーンにおいて、第１の炭素質原料物質の少なくとも一部をガス化し、第１の原料合成ガスＨ_２：ＣＯの比率を有する第１の原料合成ガスを生成すること；
   部分酸化ゾーンにおいて、第１の原料合成ガスの少なくとも一部を部分酸化し、変換プロセスの使用Ｈ_２：ＣＯ比未満になるように制御された第１の平衡合成ガスＨ_２：ＣＯ比を有する第１の平衡合成ガスを生成すること；
   第１の平衡合成ガスの少なくとも一部を処理して、不純物を除去し、第１の上質合成ガスを生成すること；および
   第１の上質合成ガスの少なくとも一部を、有用な生成物を生成するのに有効な変換プロセス反応条件に付すこと；
   廃棄物および／またはバイオマスに由来する第２の炭素質原料物質を、第２の期間の間、選択し、第２の炭素質原料物質は、第１の炭素質原料物質とは組成上の特性が異なること；
   ガス化ゾーンにおいて、第２の炭素質原料物質の少なくとも一部をガス化し、第２の原料合成ガスＨ_２：ＣＯの比率を有する第２の原料合成ガスを生成すること；
   部分酸化ゾーンにおいて、第２の原料合成ガスの少なくとも一部を部分酸化し、第２の平衡合成ガスＨ_２：ＣＯ比が変換プロセスの使用Ｈ_２：ＣＯ比未満となるように制御された第２の平衡合成ガスを生成すること；
   第２の平衡合成ガスの少なくとも一部を処理して、不純物を除去し、第２の上質合成ガスを生成すること；
   及び、
   第２の上質合成ガスの少なくとも一部を、有用な生成物を生成するのに有効な変換処理反応条件に付すこと；
   を含み、
   しかも第２の原料合成ガスＨ_２：ＣＯ比は、第１の原料合成ガスＨ_２：ＣＯ比とパーセンテージで±ｘ異なり、第２の平衡合成ガスＨ_２：ＣＯ比は、第１の平衡合成ガスＨ_２：ＣＯ比と同じ、または第１の平衡合成ガスＨ_２：ＣＯ比とパーセンテージで±ｙ異なり、ｙはｘより低い割合である、前記方法。
2. 第１の平衡合成ガスの少なくとも一部のＨ_２：ＣＯ比を調整して、調整されたＨ_２：ＣＯ比を有する調整された第１の平衡合成ガスを生成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 第１の上質合成ガスの少なくとも一部のＨ_２：ＣＯ比を調整して、調整されたＨ_２：ＣＯ比を有する調整された第１の上質合成ガスを生成することをさらに含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 第２の平衡合成ガスの少なくとも一部のＨ_２：ＣＯ比を調整して、調整されたＨ_２：ＣＯ比を有する調整された第２の平衡合成ガスを生成することをさらに含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
5. 第２の上質合成ガスの少なくとも一部のＨ_２：ＣＯ比を調整して、調整されたＨ_２：ＣＯ比を有する調整された第２の上質合成ガスを生成することをさらに含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
6. 有用な生成物またはその生成に有効な反応条件が、Ｈ_２：ＣＯの所望の供給比率を含み、平衡合成ガスＨ_２：ＣＯ比率が、その所望の供給比率より常に低い、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
7. 反応で生成される有用な生成物が、あるＨ_２：ＣＯ使用比率に対応し、平衡合成ガスＨ_２：ＣＯ比率が、一貫してその使用比率より低い、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
8. 反応で生成される有用な生成物が、あるＨ_２：ＣＯ使用比率に対応し、場合により調整された上質合成ガスＨ_２：ＣＯ比率が、一貫してその使用比率より、２０％を超えずに、高いか又は低い、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
9. ｘが１～３００の範囲のパーセンテージであり、ｙが０～２０の範囲のパーセンテージである、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
10. ｙがｘより少なくとも１０％低い、少なくとも２５％低い、少なくとも４０％低い、または少なくとも５０％低い、請求項１～９のいずれか１項に記載の方法。
11. 炭素質原料物質をガス化ゾーンに連続的に供給し、原料をガス化させる連続プロセスである、請求項１～１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 炭素質原料物質の組成構成にかかわらず、原料合成ガス中のＨ_２：ＣＯ比を平衡化するのに有効な、請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 炭素質原料物質が、木質バイオマス、都市固形廃棄物および／または商業・産業廃棄物の少なくとも１つを含む、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 炭素質原料物質をガス化する工程は、水蒸気および酸素の存在下で炭素質原料物質をガス化することを含む、請求項１～１３のいずれか１項に記載の方法。
15. ガス化ゾーンからの原料合成ガスが、少なくとも６００℃、少なくとも７００℃、または少なくとも８００℃の出口温度を有する、請求項１～１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 部分酸化ゾーンが無触媒である、請求項１～１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 部分酸化ゾーンが、少なくとも１１００℃、少なくとも１２００℃、または少なくとも１３００℃の温度で作動する、請求項１～１６までのいずれか１項に記載の方法。
18. 上質合成ガスが低硫黄含有ガスであり、低硫黄含有ガスが０．１ｐｐｍｖ未満の硫黄含有量を有する、請求項１～１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 場合により調整された上質合成ガスの少なくとも一部が、水素回収装置（ＨＲＵ）に送られ、場合によりＨＲＵが高純度水素を製造し、高純度水素が少なくとも９７％、少なくとも９８％、少なくとも９９％純粋である、請求項１～１８までのいずれか１項に記載の方法。
20. 高純度水素が上流および／または下流工程で使用され、高純度水素が少なくとも９７％、少なくとも９８％、少なくとも９９％の純度を有する、請求項１９に記載の方法。
21. 平衡合成ガスから、アンモニア性、亜硫酸性および二酸化炭素の不純物を順次除去する工程をさらに含む、請求項１～２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 有用な生成物が、場合により調整された上質合成ガスの少なくとも一部をフィッシャー・トロプシュ変換に付すことによって製造される、請求項１～２１のいずれか１項に記載の方法。
23. フィッシャー・トロプシュ変換が、場合により調整された上質合成ガスを液体炭化水素に変換するのに有効である、請求項２２に記載の方法。
24. 液体炭化水素を有用な生成物にアップグレードする、請求項２３に記載の方法。
25. 液体炭化水素の少なくとも一部が、有用な製品を製造するために、水素化処理、製品分別、水素化分解および／または異性化の少なくとも１つによってアップグレードされる、請求項２４に記載の方法。
26. 有用な生成物が合成パラフィン系灯油および／またはナフサを含む、請求項１～２５のいずれか１項に記載の方法。
27. 合成パラフィン系灯油および／またはナフサが、輸送用燃料またはガソリンブレンドストックとして使用される、請求項２６に記載の方法。

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