JP2023532938A - 非メタン炭化水素を変換して、そこから水素ガス及び／又はメタンガスを回収するための方法及びシステム - Google Patents

非メタン炭化水素を変換して、そこから水素ガス及び／又はメタンガスを回収するための方法及びシステム Download PDF

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Abstract

本開示は、非メタン炭化水素ガスを、主に水素ガス流及び主にメタンガス流を含む複数の生成ガス流へと変換するように配置及び設計された、方法、システム、及び器具に関する。炭化水素ガス流は、ある体積のフレアガス又は他の炭化水素液若しくはガス供給物を受け取ることによって、合成ガス流及びメタンガス流へと改質、分解、又は変換され、ここで、当該体積の炭化水素供給物は、ある体積のメタン及びある体積の非メタン炭化水素を含む。合成ガス中に含有される水素は、純粋な水素ガス流へと分離することができる。対応するガス変換システムは、炭化水素供給物／蒸気混合物を提供するための過熱器と、合成ガス形成のための重炭化水素反応器と、合成ガスの水素部分を回収するための水素分離器と、を含むことができる。【選択図】図１

Description

（関連出願の相互参照）
優先権は米国仮出願第６３／０４９，０２２号（２０２０年７月７日出願）に対して主張され、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。
（発明の分野）
本開示は、非メタン炭化水素ガス及び液体を、主に水素ガス流及び主にメタンガス流を含む複数の生成ガス流へと変換するように配置及び設計された、方法、システム、及び器具に関する。
（関連技術の簡単な説明）
油井は、それらに随伴したある量の天然ガスを有することが多い（本明細書では「随伴ガス」及び「フレアガス」とも称される）。粗製油と天然ガスは油井から一緒に抽出され、天然ガスと原油は分離されなければならない。インフラが不充分である遠隔地、又は経済的な課題が提示される地域では、この随伴ガスが燃焼する（flared）可能性がある。フレアプロセスは二酸化炭素及び揮発性有機化合物の排出を引き起こし、環境保護の理由から除去の対象とされている。加えて、フレアプロセスは、随伴ガスを非生産的に燃焼させることによってかなりの量の貴重なエネルギーを浪費し、そのような廃棄物に対する監視を増加させている。
油井に随伴する天然ガスは、エタン（Ｃ２）、プロパン（Ｃ３）、及びブタン（Ｃ４）などのメタン（Ｃ１）以外のアルカンが多くなり得る。これらのより高い炭素数のアルカンは、メタンと比較して高いカロリー値を有し、天然ガスエンジン及び他の用途における従来の燃料として使用するための限界を超える発熱量を有する随伴ガスをもたらすことができる。随伴ガスの発熱量を用途の仕様と一致する範囲まで低下させるためには、Ｃ２＋炭化水素の大部分が除去され、従来の燃料として使用することができるメタンリッチガスを生成することが多い。メタンリッチガスが生成されるこのガス調節プロセスは、主に天然ガス液（「natural gas liquid：ＮＧＬ」）と一般に称され、かつ典型的には燃料として使用できない高発熱量Ｃ２＋炭化水素からなる副生成物流をもたらす。副生成物ＮＧＬは、一般に更なる処理のために現場外に輸送され、これは随伴ガスを従来の燃料として用いるコスト及び複雑さを増大させる。
ＮＧＬ分離のための最も一般的な遠隔処理技術には、機械式冷凍ユニット（mechanical refrigeration unit：「ＭＲＵ」）、ジュール・トムソン・スキッド（Ｊｏｕｌｅ－Ｔｈｏｍｐｓｏｎ Ｓｋｉｄ：「ＪＴスキッド」）、及び膜システムが含まれる。これらの方法の各々はＮＧＬの一部を分離して使用可能なメタンリッチガスを提供するが、処理のために収集され、貯蔵され、最終的には現場外に輸送されなければならない典型的に使用不可能な高い発熱量のＮＧＬ流もまた産生し、全体的なコスト及び複雑さを増加させる。随伴ガス流全体を液体燃料へと変換する代替案は、ガス・ツー・リキッド（gas-to-liquid：「ＧＴＬ」）と称され、これまでのところ、現場で随伴ガスを処理するのに必要な規模では非経済的であることが証明されている。両方のプロセスはエネルギー集約的であり、典型的には現場での発電を必要とする。
これらの方法は、従来の燃料として使用できないことが多い随伴ガス中の過剰なＮＧＬ含有量に対処するが、これらの方法は、ＮＧＬの分離、貯蔵、及び輸送の負担が増えることに起因して、随伴ガスを燃料として用いるコスト及び複雑さを増加させる。随伴ガスが従来の燃料として使用される場合、エンジンは一般にデレーティングされ、性能及び効率の著しい損失をもたらす。更に、随伴ガスを燃料として用いると、排出物が増加し、エンジンの寿命が短くなる可能性がある。
炭化水素流から水素を製造するための方法が存在するが、スケール及びエネルギー要件により、特に遠隔の分散型産生用途におけるこのような方法の経済的に実行可能な適用がこれまで妨げられてきた。例えば、水素ガスは、炭化水素の熱化学的解離、水の電気分解、及び有機バイオマスの嫌気性消化を含むいくつかの異なるプロセスを用いて生成することができる。水素は集中型の大規模プラント又は分散型の小規模施設で生成することができる。２つの手法の間にはコストのトレードオフが存在し、集中生産は生成コストの削減をもたらすが、分散生成の反対と比較して、規模の経済性の欠如に主に起因して分散コストが増加する。
水素を生成するための最も安価かつ最も一般的な方法は、蒸気メタン改質（steam methane reforming：「ＳＭＲ」）である。このプロセスは、メタンガスを含む炭素及び水素分子を解離するために必要な高温に起因して複雑かつエネルギー集約的であり、したがって、大規模な集中型施設でのみ商業的に実行可能である。水素の生成及び大規模な統合施設における使用は経済的に実行可能であるが、そのような水素の遠隔使用は、水素の貯蔵及び輸送のコストが高いため、代替燃料源と競合するにはコストがかかりすぎる。水電解は分散生成により好適であるが、プロセスの高いエネルギー要件に起因して、水素製造コストはこれまで非経済的であることが判明している。
Ｓｔｅｉｌｌらの米国特許出願公開第２０１９／００２４００３号は、合成ガスを作製するために蒸気改質器システムを用いてある体積のメタン及びある体積の他のアルカンを他のアルカンから浄化することができる、随伴ガスを変換するための方法及びシステムに関するこれらの問題に対処する。次いで、開示された方法は、合成ガスを更に処理してメタンリッチ処理ガスへと変換することができ、これをフレアガスと組み合わせて、特定のカロリー値及びメタン価を有する富化生成ガスを形成することができる。
様々な態様では、本開示は、非メタン炭化水素及び任意選択的にメタンを含む炭化水素（例えば、ガス）供給流から、水素ガス流、二酸化炭素ガス流、及び生成ガス流のうち１つ以上を形成するための炭化水素（例えば、ガス）変換システムに関する。本明細書で使用される場合、炭化水素ガス供給物流及びガス変換システムへの言及は、例えば、気化した液体炭化水素をシステム供給物の構成要素として処理する場合、それぞれ炭化水素供給物及び炭化水素変換システムにより一般的に適用するか、又は他の様態で交換可能に使用することができる。
一態様では、本開示は、非メタン炭化水素及び任意選択的にメタンを含む炭化水素ガス供給物（又は炭化水素供給物）流を変換して、（ｉ）水素ガス流及び（ｉｉ）メタンを含む生成ガス流のうち少なくとも１つを形成するための、炭化水素変換システムに関する。炭化水素変換システムは、例えば、重炭化水素改質（heavy hydrocarbon reforming：ＨＨＲ）モジュールを単独で含む、又は二酸化炭素分離器若しくはモジュール、合成天然ガス（synthetic natural gas：ＳＮＧ）モジュール、水素分離器若しくは分離器モジュール、及び／又はメタン分離器若しくは分離器モジュールなどの１つ以上の他のモジュール又はユニット動作と組み合わせて含むモジュラシステムであり得る。モジュラ設計を用いて、ＨＨＲモジュールは、その動作条件を調整することによって、単一の一貫したユニット動作のセットを用いて、一次水素及びメタン構成要素間の目標とされた選択可能な分散を伴うプラットフォームガス出力を提供することができるという点で柔軟である。ＨＨＲモジュールプラットフォームガス出力の柔軟性により、所与のユーザの受容へ特に対応する燃料生成物出力を提供するための更なる下流ユニット動作モジュールの選択が可能になる。
重炭化水素改質（ＨＨＲ）モジュールは、炭化水素ガス供給物流を受け取るための第１の入口と、システム水（例えば、下流のＳＮＧモジュール、補給水、又は初充電用の淡水から再循環）を受け取るための第２の入口と、任意選択的には、システム水（例えば、第２の入口がその後再循環された下流の水のみに使用される、補給水又は淡水のみ）を受け取るための第３の入口と、メタン及び水素（及び、例えば酸化炭素であるが、実質的に低減された水（例えば、約２モル％以下））を含むプラットフォームガスを送達するための第１の出口と、を備える。プラットフォームガスは、更なる下流モジュールが存在しない場合、生成ガスであり得る。あるいは、プラットフォームガスは、分離及び／又は反応のために１つ以上の更なる下流モジュールに供給される中間ガスであり得る。ＨＨＲモジュールは、（ｉ）システム水を受け取り、（ｉｉ）蒸気を出力するように適合された蒸気発生器と、（ｉ）第１の入口からの炭化水素ガス供給物流と蒸気発生器からの蒸気との混合物を含む供給ガスを受け取り、（ｉｉ）供給ガスを所定の温度範囲まで過熱して、過熱供給ガスを形成するように適合された過熱器（又はプロセス加熱器）と、を更に含む。ＨＨＲモジュールは、第１の触媒（例えば、少なくとも１つの触媒、２つ以上の触媒、異なる触媒の層を含む触媒充填材）を含有し、第１の反応器と流体連通する過熱器から過熱供給ガスを受け取るように適合された、第１の反応器（又はＨＨＲ反応器）を更に備える。第１の反応器及び第１の触媒は、過熱供給ガス中の非メタン炭化水素の少なくとも一部を、酸化炭素、水素、メタン、及び水に反応させ、それによって酸化炭素、水素、メタン、及び水（例えば、湿潤した第１の改質物）を含む第１の改質物を形成するように適合される。第１の（ＨＨＲ）反応器では、典型的には、実質的に全ての非メタン炭化水素が、反応されるか、又は供給物中に存在する非メタン炭化水素が少なくとも９５、９８、９９、若しくは９９．５モル％変換されるなど、蒸気改質とメタン化反応とを組み合わせた平衡転化率の少なくとも近くで反応される。ＨＨＲモジュールは、（ｉ）冷却器と流体連通している第１の反応器から第１の改質物を受け取り、（ｉｉ）第１の改質物から水の少なくとも一部を分離し、それによって、（ｉ）プラットフォームガスとして第１の出口と流体連通している乾燥した第１の改質物（例えば、約２モル％の水又は）及び（ｉｉ）蒸気発生器（例えば、そのボイラ構成要素）及び第２の入口と流体連通している再循環システム水流を提供するように適合された、冷却器（又は、より一般的には水分離器／分離システム）を更に備える。ＨＨＲモジュールは、蒸気発生器に戻された再循環システム水流と組み合わせるために、追加の再循環システム水、又は様々なモジュラ実施形態における他の供給源からの水を受け取るように適合される。
モジュラシステム設計の改良において、ＨＨＲモジュールは、メタン分離器、水素分離器、二酸化炭素分離器、及び合成天然ガス（ＳＮＧ）反応器のうち少なくとも１つを含まない。炭化水素変換システムのモジュラ設計を考慮すると、ＨＨＲモジュールは、一般に、メタン分離、水素分離、二酸化炭素分離、及び／又はＳＮＧ生成に関連する典型的な動作の一部又は全てを実行するように設計されておらず、そのような動作は、概して、炭化水素変換システムの特定のユーザの所望の最終生成物（複数可）に応じて、ＨＨＲモジュールの上流又は下流で実行される。そのような動作を含まない（例えば、対応するユニット動作器具を有さない）ＨＨＲモジュールは、第１の出口の上流、第１の入口の下流、及び／又は第２の入口の下流に、メタン分離器、水素分離器、二酸化炭素分離器、及び／又はＳＮＧ反応器の１つ以上を含有しないＨＨＲモジュール（又は、より一般には、炭化水素変換システム）として表すことができる。ＨＨＲモジュールが様々な分離器及び／又はＳＮＧ反応器を含まない場合であっても、ＨＨＲモジュールは、例えば、複数の改質物流を平行して形成するために複数のＨＨＲを平行して含む、生成能力を高めるために複数の改質物流を形成するための複数の反応器を含み得る。そのような複数の改質物流は平行な流れのままであってもよく、その後の冷却及び水除去のために、より少ない流れ又は単一の流れなどに統合され得る。
モジュラシステム設計の改良において、炭化水素変換システムは、ＨＨＲモジュールの第１の出口の下流に更なる分離又は反応器具を有さず、プラットフォームガスは、生成ガス流である。いくつかの実施形態では、プラットフォームガスは、例えば水素リッチタービン燃料として使用するために、炭化水素変換システムの最終燃料生成物として使用することができる。そのような場合、プラットフォームガスはそのまま使用することができるか、又は他の燃料構成要素（Ｃ１炭化水素又は主にＣ１及びＣ２を含有する炭化水素の混合物など、例えばパイプラインメタン若しくはその他の主にメタン流）とブレンドすることができるが、更なる分離及び／又は反応工程又はユニット動作を受ける必要はない。
モジュラシステム設計の改良において、炭化水素変換システムは、ＨＨＲモジュールの第１の出口と流体連通し、かつ（ｉ）ＨＨＲモジュールからプラットフォームガスを受け取り、（ｉｉ）プラットフォームガス中に存在する二酸化炭素の少なくとも一部を分離し、それによって、（ｉ）二酸化炭素流と、（ｉｉ）プラットフォームガスからのメタン及び水素を含む生成ガス流（例えば、そこで二酸化炭素が減少しているか又は実質的に含まれていない）とを提供するように適合された、二酸化炭素分離器又はモジュールを更に備える。いくつかの実施形態では、プラットフォームガス中の二酸化炭素の一部又は実質的に全てを除去して、青色の水素リッチタービン燃料を提供することができ、これは、上記の原料プラットフォームガスと同様に、Ｃ１炭化水素又は主にＣ１及びＣ２を含有する炭化水素の混合物など、例えばパイプラインメタン又はその他の主にメタン流の他の燃料構成要素とブレンドすることができる。いくつかの実施形態では、炭化水素変換システムは、例えば、１つ以上の他のモジュールからのプロセス熱を用いて、アミン分離器内のアミン又は二酸化炭素分離器内の他のプロセス流体を加熱するために、統合された伝熱式熱要素と共に二酸化炭素分離器を含む二酸化炭素分離器モジュールを組み込むことができる。例えば、熱油加熱システムは、ＳＮＧ反応器出口及び／又は気化器からの蒸気によって加熱され、それによって二酸化炭素分離器に熱を提供することができる。
モジュラシステム設計の改良において、炭化水素変換システムは、合成天然ガス（ＳＮＧ）モジュールを更に備える。一実施形態では、ＳＮＧモジュールは、水素、酸化炭素、及び任意選択的にメタン（例えば、供給物中の実質的に低減又は制限された水）を含むＳＮＧ供給流を受け取るための第１の入口であって、当該ＳＮＧモジュールの第１の入口が、ＨＨＲモジュールの第１の出口と（例えば、その下流で、ＳＮＧモジュールへの供給としてそこからプラットフォームガスを（直接的に）受け取るために）流体連通している、第１の入口と、メタン（例えば、ＳＮＧ供給流のメタン含有量よりも高いメタン含有量）を含む生成ガス流を送達するための第１の出口と、再循環システム水を送達するための第２の出口であって、ＳＮＧモジュールの当該第２の出口が、ＨＨＲモジュールの第２の入口と（例えば、その上流でＨＨＲモジュール内の再循環水流に追加の水を提供するために）流体連通している第２の出口と、を備える。ＳＮＧモジュールは、（ｉ）ＳＮＧ供給流を受け取り、（ｉｉ）ＳＮＧ供給流を所定の温度範囲まで加熱して、加熱されたＳＮＧ供給ガスを形成するように適合された加熱器を更に含む。加熱器は、ＳＮＧ生成物流を冷却器に供給する前にＳＮＧ供給流を予熱するために、温熱交換流体として高温ＳＮＧ生成物流を用いる伝熱式熱交換器の形態とすることができる。ＳＮＧモジュールは、第２の触媒（例えば、少なくとも１つの触媒、２つ以上の触媒、異なる触媒の層を含む触媒充填材）を含有し、かつ第２の反応器と流体連通する加熱器から加熱されたＳＮＧ供給ガスを受け取るように適合された、第２の反応器（ＳＮＧ）を更に備える。第２の反応器及び第２の触媒は、加熱されたＳＮＧ供給ガス中の酸化炭素及び水素の少なくとも一部を変換メタン及び水に反応させ、それによって、変換メタン及び水を含む湿潤合成天然ガスを形成するように適合され、当該合成天然湿潤処理ガスは、ＳＮＧ供給流よりも高い全体的なメタンモル分率を有する。ＳＮＧモジュールは、（ｉ）冷却器と流体連通している第２の反応器から湿潤合成天然ガスを受け取り、（ｉｉ）湿潤合成天然ガスから水の少なくとも一部を分離し、それによって、（ｉ）生成ガスとして第１の出口と流体連通している乾燥合成天然ガスと、（ｉｉ）第２の出口と流体連通している再循環システム水流とを提供するように適合された、冷却器を更に備える（例えば、ＳＮＧモジュールが、蒸気発生器及び／又は気化器（存在する場合）に戻された再循環水流と組み合わせるように、追加の再循環システム水をＨＨＲモジュールへと送達するように適合している）。ＳＮＧモジュールの冷却器は、乾燥合成天然ガス中の水をより完全に除去するための脱水機又は乾燥機を含むことができる。
いくつかの実施形態では、ＨＨＲモジュールのＳＮＧモジュールとの流体連通は、例えばそれらの間に一切他の介在する分離器動作なしに、ＨＨＲモジュールの直接又はすぐ下流にあり得る。これは、例えば、メタンが炭化水素変換システム全体の主要な所望の生成物である場合であり得る。そのような場合、ＨＨＲモジュールは、例えばプラットフォームガス全体に対して、又はプラットフォームガス中のメタンと水素の合計量に対して、比較的高い割合のメタンを有するプラットフォームガスを提供するために、比較的低い温度で動作することができる。
他の実施形態では、ＨＨＲモジュールのＳＮＧモジュールとの流体連通は、例えばそれらの間に少なくとも１つの他の介在する分離器動作（例えば、ＨＨＲモジュールとＳＮＧモジュールとの間で直列する二酸化炭素分離器及び水素分離器）を有する、ＨＨＲモジュールの下流に間接的にあり得る。これは、例えば、水素が炭化水素変換システム全体の主要な生成物である場合に当てはまり得る。そのような場合、ＨＨＲモジュールは、例えばプラットフォームガス全体に対して、又はプラットフォームガス中のメタンと水素の合計量に対して、比較的高い割合の水素を有するプラットフォームガスを提供するために、比較的高い温度で動作することができる。実質的に純粋な水素はＳＮＧモジュールの上流のプラットフォームガスから除去することができ、プラットフォームガスからの酸化炭素と共に残留未分離水素をＳＮＧモジュール内の二次生成物としてメタンへと変換することができる。
モジュラシステム設計の改良において、炭化水素変換システムは、（ｉ）水素ガス流及び（ｉ）圧縮テールガスを生成物流として提供するために、二酸化炭素分離器又はモジュール及び水素分離器モジュールを直列で更に備える。二酸化炭素分離器は、ＨＨＲモジュールの第１の出口と流体連通し、かつ（ｉ）ＨＨＲモジュールからプラットフォームガスを受け取り、（ｉｉ）プラットフォームガス中に存在する二酸化炭素の少なくとも一部を分離し、それによって、（ｉ）二酸化炭素流と、（ｉｉ）メタン、水素、及びプラットフォームガスからの未分離酸化炭素を含む中間生成ガス流とを提供するように適合される。水素分離器モジュールは、二酸化炭素分離器から中間生成ガス流を受け取り、二酸化炭素分離器と流体連通する（例えば、その下流）ための第１の入口と、水素ガス流を送達するための第１の出口と、水素（例えば、中間生成ガスのレベルよりも低い）、酸化炭素、及びメタン（例えば、実質的に水を含まない）を含む圧縮テールガスを送達するための第２の出口と、（ｉ）中間生成ガスを受け取り、かつ（ｉｉ）中間生成ガスから水素の少なくとも一部を分離し、それによって、（ｉ）水素ガス流と、（ｉｉ）水素、酸化炭素、及びメタン（例えば、実質的に水を含まない）を含むテールガスとを提供するように適合された、水素分離器と、テールガスを受け取り圧縮し、それによって圧縮テールガスを生成ガスとして提供するように適合された圧縮機と、を備える。この場合、テールガスは、特定の用途の必要性に合わせて調整された組成により設計者燃料として使用することができる。上流の二酸化炭素分離器からの二酸化炭素流の一部は、ウォッベ指数、メタン価などを含む燃料パラメータによって測定される目標組成物を提供するために、二酸化炭素を計量するように依然として使用することができる。テールガスは、所望の目標組成物を有する設計者燃料を提供するために、パイプラインメタン、ＳＮＧモジュールからの合成天然ガスなどの他の外部ガスと同様にブレンドすることができる。
モジュラシステム設計の改良において、炭化水素変換システムは、（ｉ）水素ガス流及び（ｉ）合成天然ガスを生成物流として提供するために、二酸化炭素分離器又はモジュール、水素分離器モジュール、及びＳＮＧモジュールを直列で更に備える。二酸化炭素分離器は、ＨＨＲモジュールの第１の出口と流体連通し、かつ（ｉ）ＨＨＲモジュールからプラットフォームガスを受け取り、（ｉｉ）プラットフォームガス中に存在する二酸化炭素の少なくとも一部を分離し、それによって、（ｉ）二酸化炭素流と、（ｉｉ）メタン、水素、及びプラットフォームガスからの未分離酸化炭素を含む中間生成ガス流とを提供するように適合される。水素分離器モジュールは、二酸化炭素分離器から中間生成ガス流を受け取り、二酸化炭素分離器と流体連通する（例えば、その下流）ための第１の入口と、水素ガス流を送達するための第１の出口と、水素（例えば、中間生成ガスのレベルよりも低い）、酸化炭素、及びメタン（例えば、実質的に水を含まない）を含む圧縮テールガスを送達するための第２の出口と、（ｉ）中間生成ガスを受け取り、かつ（ｉｉ）中間生成ガスから水素の少なくとも一部を分離し、それによって、（ｉ）水素ガス流と、（ｉｉ）水素、酸化炭素、及びメタン（例えば、実質的に水を含まない）を含むテールガスとを提供するように適合された、水素分離器と、テールガスを受け取り圧縮するように適合された圧縮機と、を備える。ＳＮＧモジュールは、水素、酸化炭素、及び任意選択的にメタン（例えば、実質的に供給物中に水を含まない）を含むＳＮＧ供給流を受け取るための第１の入口であって、ＳＮＧモジュールの第１の入口が水素分離器モジュールの第２の出口と流体連通している（例えば、その下流）、第１の入口と、メタン（例えば、ＳＮＧ供給流のメタン含有量よりも高いメタン含有量）を含む生成ガス流を送達するための第１の出口と、再循環システム水を送達するための第２の出口であって、ＳＮＧモジュールの当該第２の出口が、ＨＨＲモジュールの第２の入口と（例えば、その上流でＨＨＲモジュール内の再循環水流に追加の水を提供するために）流体連通している第２の出口と、を備える。ＳＮＧモジュールは、（ｉ）ＳＮＧ供給流を受け取り、（ｉｉ）ＳＮＧ供給流を所定の温度範囲まで加熱して、加熱されたＳＮＧ供給ガスを形成するように適合された加熱器を更に含む。ＳＮＧモジュールは、第２の触媒を含有し、第２の反応器と流体連通して加熱器から加熱されたＳＮＧ供給ガスを受け取るように適合された第２の反応器（ＳＮＧ）を更に含み、当該第２の反応器及び当該第２の触媒は、加熱されたＳＮＧ供給ガス中の酸化炭素及び水素の少なくとも一部を変換メタン及び水に反応させ、それによって、変換メタン及び水を含む湿潤合成天然ガスを形成するように適合され、当該湿潤合成天然ガスは、ＳＮＧ供給流よりも高い全体的なメタンモル分率を有する。ＳＮＧモジュールは、（ｉ）冷却器と流体連通している第２の反応器から合成天然湿潤処理ガスを受け取り、（ｉｉ）湿潤合成天然ガスから水の少なくとも一部を分離し、それによって、（ｉ）生成ガスとして第１の出口と流体連通している乾燥合成天然ガス（例えば、主にメタン、任意選択的には少量の未反応水素及び／又は酸化炭素）と、（ｉｉ）第２の出口と流体連通している再循環システム水流とを提供するように適合された、冷却器を更に備える。いくつかの実施形態では、上流の二酸化炭素分離器からの二酸化炭素流（又はトリム流）の一部は、テールガス中の水素の本質的に全てを反応させるのに充分な量（すなわち、テールガス中に既に存在する一酸化炭素及び二酸化炭素を考慮）でＳＮＧ供給ラインに供給することができる。このようなトリム二酸化炭素は、一般に、テールガス圧縮前である。
一態様では、本開示は、非メタン炭化水素及び任意選択的にメタンを含む炭化水素ガス供給物流から（ｉ）水素ガス流及び（ｉｉ）生成ガス流を形成するための炭化水素又はガス変換システムに関する。ガス変換システムは、（ｉ）混合物中に炭化水素ガス供給物流及び水（例えば、水蒸気／蒸気）を含む供給ガスを受け取り、（ｉｉ）供給ガスを所定の温度範囲まで過熱して、過熱供給ガスを形成するように適合された過熱器と、第１の触媒を含有し、第１の反応器と流体連通して過熱器から過熱供給ガスを受け取るように適合された第１の反応器であって、当該第１の反応器及び当該第１の触媒が、過熱供給ガス中の非メタン炭化水素の少なくとも一部を、酸化炭素及び水素に反応させ（例えば、選択的分解、蒸気改質による）、それによって酸化炭素、水素、任意選択的にメタン、及び任意選択的に水を含む第１の改質物（例えば、湿潤改質物；反応器生成物出口）を形成するように適合された、第１の反応器と、水素分離器（例えば、膜分離器、ＰＳＡ分離器）であって、（ｉ）水素分離器と流体連通している第１の反応器から第１の改質物を受け取り、（ｉｉ）改質物から水素の少なくとも一部を分離し、それによって、（ｉ）分離された水素を含む水素ガス流と、別個に、（ｉｉ）酸化炭素を含む生成ガス流とを提供するように適合された、水素分離器と、を備える。第１の反応器は、重炭化水素反応器（ＨＨＲ）、例えば、２つ以上のＨＨＲユニットがシステムに（例えば、平行して）含まれる場合の第１のＨＨＲであり得る。生成ガス流は、任意の未分離水素と、改質物中に存在する任意のメタン又は未反応の非メタン炭化水素とを更に含み得る。
一態様では、本開示は、非メタン炭化水素及び任意選択的にメタンを含む炭化水素ガス供給物流から、（ｉ）任意選択的に水素ガス流及び（ｉｉ）生成ガス流を形成するための炭化水素又はガス変換システムに関する。この態様では、ガス変換システムは、水素ガス（例えば、ＨＨＲ／ＨＨＲモード）を形成するように動作することができ、あるいは合成天然ガス（例えば、ＨＨＲ／ＳＮＧモード）を形成するように動作することができるような形式上の設計を有する。ＨＨＲ／ＨＨＲモードでは、２つの反応器は平行して重炭化水素反応器（ＨＨＲ）として動作する。ＨＨＲ／ＳＮＧモードでは、直列する２つの反応器は、重炭化水素反応器（ＨＨＲ）、続いて合成天然ガス（ＳＮＧ）反応器として動作する。ガス変換システムは、（ｉ）混合物中に炭化水素ガス供給物流及び水を含む供給ガスを受け取り、（ｉｉ）供給ガスを所定の温度範囲まで過熱して、過熱供給ガスを形成するように適合された過熱器と、第１の触媒を含有し、第１の反応器と流体連通して過熱器から過熱供給ガスを受け取るように適合された第１の反応器（例えば、第１のＨＨＲ）であって、当該第１の反応器及び当該第１の触媒が、過熱供給ガス中の非メタン炭化水素の少なくとも一部を、酸化炭素及び水素に反応させ（例えば、選択的分解、蒸気改質による）、それによって酸化炭素、水素、任意選択的にメタンを含む第１の改質物（例えば、湿潤改質物；反応器生成物出口）を形成するように適合された、第１の反応器と、第２の触媒（例えば、第１の触媒と同じ）を含有し、（例えば、２つの代替動作モードのうち１つにおいて）重炭化水素反応器として第１のモードで動作し、又は合成ガス反応器として第２のモードで動作するように適合された、第２の反応器（例えば、第２の重炭化水素反応器又は第１の合成ガス反応器）と、を備える。第１のモード（ＨＨＲ）において、第２の反応器は、第２の反応器と流体連通して過熱器から過熱供給ガスを受け取るように適合され、当該第２の反応器及び当該第２の触媒は、過熱供給ガス中の非メタン炭化水素の少なくとも一部を、酸化炭素及び水素に反応させ（例えば、選択的分解、蒸気改質による）、それによって酸化炭素、水素、及び任意選択的にメタンを含む第２の改質物（例えば、湿潤改質物；反応器生成物出口）を形成するように適合される。第２のモード（ＳＮＧ）において、第２の反応器は、第２の反応器と流体連通している第１の反応器から第１の改質物を受け取る（例えば、冷却後及び水分離後）ように適合され、当該第２の反応器及び当該第２の触媒は、第１の改質物中の酸化炭素及び水素の少なくとも一部を変換メタンへと変換し、それによって変換メタンを含む合成天然湿潤処理ガスを形成するように適合され、合成天然湿潤処理ガスは、炭化水素ガス供給物流よりも全体的に高いメタンモル分率を有する。例えば、メタンは、炭化水素ガス供給物流中に下から存在するメタン、平衡蒸気改質反応のメタン化／逆反応を介して第１の反応器内で形成されたメタン、及び／又は合成ガス変換を介して第２の反応器内で形成されたメタンの組合せに基づいて、合成天然湿潤処理ガス中に存在することができる。
形式上のガス変換システムは、第１のフロースプリッタと流体連通する過熱器から過熱供給ガスを受け取るように適合された第１のフロースプリッタを更に備え、（ｉ）第２の反応器の第１のモード（ＨＨＲ）において、第１のフロースプリッタは、各々が過熱供給ガスの一部と流体連通し、これを受け取るように適合されるように、過熱供給ガスの少なくとも一部を第１の反応器及び第２の反応器の両方へと平行して供給するように適合され、（ｉｉ）第２の反応器の第２のモード（ＳＮＧ）において、第１のフロースプリッタは、（Ａ）過熱供給ガスの少なくとも一部を第１の反応器に供給し、（Ｂ）過熱供給ガスの第２の反応器への流れを防止する（例えば、分流及び過熱供給ガスは第１の反応器にのみ供給されない）ように適合される。
形式上のガス変換システムは、第１の反応器及び第２の反応器と（例えば、各々の出口において）流体連通する第１のフローミキサを更に備え、（ｉ）第２の反応器の第１のモード（ＨＨＲ）において、第１のフローミキサは、第１の改質物及び第２の改質物を受け入れて単一の改質物へと組み合わされるように適合され（例えば、第１の改質物及び第２の改質物が単一の改質物へと組み合わされ、存在する場合に水素分離器へと供給され得る場合）、かつ（ｉｉ）第２の反応器の第２のモード（ＳＮＧ）において、第１のフローミキサは、第１の改質物のみを受け入れるように適合される（例えば、第２の反応器からの出口又は他のフローが、第１のフローミキサに入らないか、又はそうでなければ第１の改質物と組み合わされない）。
形式上のガス変換システムは、第１のフローミキサと流体連通する第２のフロースプリッタを更に備え、（ｉ）第２の反応器の第１のモード（ＨＨＲ）において、第２のフロースプリッタは、（Ａ）組み合わされた第１の改質物及び第２の改質物を受け取り、（Ｂ）組み合わされた第１の改質物及び第２の改質物が第２の反応器へと流れるのを防ぐように適合され（例えば、水分離のために合わせた改質物を冷却器へ送り、次いで水素分離器へ送る）、（ｉｉ）第２の反応器の第２のモード（ＳＮＧ）において、第２のフロースプリッタは、（Ａ）第１の改質物のみを受け取り、（Ｂ）第１の改質物の少なくとも一部を第２の反応器に供給するように適合される（例えば、メタン生成のために単一の改質物を第２の反応器へ直列して送り、任意の下流の水素分離器をバイパスする）。
一実施形態では、形式上のガス変換システムは、水素分離器を更に備え、当該第２の反応器の当該第１のモード（ＨＨＲ）において、当該水素分離器は、（ｉ）水素分離器と流体連通する第２のフロースプリッタから組み合わされた第１の改質物及び第２の改質物を受け取り、（ｉｉ）組み合わされた第１の改質物及び第２の改質物から水素の少なくとも一部を分離し、それによって、（ｉ）分離された水素を含む水素ガス流と、別個に、（ｉｉ）酸化炭素を含む生成ガス流とを提供するように適合されている、水素分離器を更に含む。
任意の態様の炭化水素ガス供給物流は、非メタン炭化水素及び任意選択的にメタンを含む。すなわち、いくつかの実施形態では、炭化水素ガス供給物は、メタンを含み得る。他の実施形態では、炭化水素ガス供給物は、メタンを排除するか、又はそうでなければメタンを実質的に含まなくてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、メタンは、開示されたシステムへの供給物として使用することができるフレアガス／随伴ガス流中に存在するが、そのようなメタンは、上流のジュール・トムソン（ＪＴ）又は他のＮＧＬ分離の事象における炭化水素ガス供給物流の任意選択的なの構成要素である。他の実施形態では、フレアガス／随伴ガス流以外の供給原料が使用される場合（例えば、プロパン又は他の供給ガス）、メタンは炭化水素ガス供給物流に存在しなくてもよい。炭化水素供給物流は、液体、又は液体を気化させることによって形成されたガスであってもよい。
任意の態様における改質物流（複数可）は、同様に、その二酸化炭素成分及び水素構成要素に加えて、メタンを任意選択的な構成要素として含む。メタンは、炭化水素ガス供給物流中に存在するメタン、平衡蒸気改質反応のメタン化／逆反応を介して第１の反応器内で形成されたメタン、及び／又は合成ガス変換（例えば、第２の反応器がＨＨＲ／ＳＮＧ動作モードなどでＳＮＧ反応器として動作している場合）を介して第２の反応器内で形成されたメタンに基づいて改質物中に存在し得る。
任意の態様における乾燥改質物又はプラットフォームガスは、主にメタン及び水素を、かなりの量の二酸化炭素、並びに典型的には少なくともいくらかの一酸化炭素及び／又は水と共に含む。様々な実施形態では、改質ガス又はプラットフォームガスの特定の組成物は、蒸気：炭素比、及びＨＨＲモジュールの第１の反応器内の及び反応温度を変えることによって比較的広い範囲内になるように選択及び制御することができる。例えば、プラットフォームガスのメタン含有量は、１０～８０モル％の範囲内、例えば、少なくとも１０、２０、３０、４０、５０、若しくは６０モル％、及び／又は最大３０、４０、５０、６０、７０、若しくは８０モル％であり得る。プラットフォームガスの水素含有量は、１０～７０モル％の範囲内、例えば、少なくとも１０、２０、３０、４０、若しくは５０モル％、及び／又は最大３０、４０、５０、６０、若しくは７０モル％であり得る。プラットフォームガスの二酸化炭素含有量は、５～３０モル％の範囲内、例えば、少なくとも５、８、１０、若しくは１２モル％、及び／又は最大１２、１６、２０、２４、若しくは３０モル％であり得る。プラットフォームガスの一酸化炭素含有量は、０．０１～１０モル％の範囲内、例えば、少なくとも０．０１、０．１、０．２、若しくは０．５モル％、及び／又は最大１，２、３、５、７、若しくは１０モル％であり得る。プラットフォームガスの水含有量は、０．０１～５モル％の範囲内、例えば、少なくとも０．０１、０．１、０．２、若しくは０．５モル％、及び／又は最大０．５、１、２、３、若しくは５モル％であり得る。
ＨＨＲモジュールが所望の又は目標とする生成物として水素を優先するように動作する場合、プラットフォームガスの水素含有量は、３０～７０モル％の範囲内、例えば、少なくとも３０、３５、４０、４５、若しくは５０モル％、及び／又は最大５０、５５、６０、６５、若しくは７０モル％であり得る。同様に、プラットフォームガスのメタン含有量は、１０～５０モル％の範囲内、例えば、少なくとも１０、１５、２０、２５、若しくは３０モル％、及び／又は最大３０、３５、４０、４５、若しくは５０モル％であり得る。同様に、プラットフォームガスの二酸化炭素含有量は、５～３０モル％の範囲内、例えば、少なくとも５、８、１０、若しくは１２モル％、及び／又は最大１２、１６、２０、２４、若しくは３０モル％であり得る。同様に、プラットフォームガスの一酸化炭素含有量は、０．１～１０モル％の範囲内、例えば、少なくとも０．１、０．２、若しくは０．５モル％、及び／又は最大１、２、３、５、７、若しくは１０モル％であり得る。同様に、プラットフォームガスの水含有量は、０．０１～５モル％の範囲内、例えば、少なくとも０．０１、０．１、０．２、若しくは０．５モル％、及び／又は最大０．５、１、２、３、若しくは５モル％であり得る。
ＨＨＲモジュールが所望の又は目標とする生成物としてメタンを優先するように動作する場合、プラットフォームガスのメタン含有量は、５０～８０モル％の範囲内、例えば、少なくとも５０、５５、６０、６５、若しくは７０モル％、及び／又は最大６０、６５、７０、７５、若しくは８０モル％であり得る。同様に、プラットフォームガスの水素含有量は、１０～４０モル％の範囲内、例えば、少なくとも１０、１５、２０、若しくは２５モル％、及び／又は最大２０、２５、３０、３５、若しくは４０モル％であり得る。同様に、プラットフォームガスの二酸化炭素含有量は、５～３０モル％の範囲内、例えば、少なくとも５、８、１０、若しくは１２モル％、及び／又は最大１２、１６、２０、２４、若しくは３０モル％であり得る。同様に、プラットフォームガスの一酸化炭素含有量は、０．０１～３モル％の範囲内、例えば、少なくとも０．０１、０．１、０．２、若しくは０．５モル％、及び／又は最大１、２、若しくは３モル％であり得る。同様に、プラットフォームガスの水含有量は、０．０１～５モル％の範囲内、例えば、少なくとも０．０１、０．１、０．２、若しくは０．５モル％、及び／又は最大０．５、１、２、３、若しくは５モル％であり得る。
任意の態様の合成天然ガスは、場合によっては少量の未反応の酸化炭素及び／又は水素、並びに典型的には少なくともいくらかの水と共に、主にメタンを含む。例えば、湿潤合成天然ガスは、メタンを約７０～９０モル％の量で、例えば、少なくとも７０、７５、若しくは８０モル％、及び／又は最大８０、８５、若しくは９０モル％の量で含み得る。同様に、湿潤合成天然ガスは、水を約１０～２５モル％の量で、例えば、少なくとも１０、１２、若しくは１５モル％、及び／又は最大１５、２０、若しくは２５モル％の量で含み得る。同様に、湿潤合成天然ガスは、酸化炭素及び／又は水素を約０．１～５モル％の量で、例えば、少なくとも０．１、０．２、０．５、若しくは１モル％、及び／又は最大１、２、３、若しくは５モル％の量で含み得る。水の除去後、乾燥合成天然ガスは、メタンを約９２～９９モル％の量で、例えば、少なくとも９２、９４、９６、若しくは９８モル％、及び／又は最大９５、９７、９８、若しくは９９モル％の量で含み得る。同様に、乾燥合成天然ガスは、水を約０．０１～５モル％の量で、例えば、少なくとも０．０１、０．１、０．２、若しくは０．５モル％、及び／又は最大０．５、１、２、３、若しくは５モル％の量で含み得る。同様に、乾燥合成天然ガスは、酸化炭素及び／又は水素を約０．１～５モル％の量で、例えば、少なくとも０．１、０．２、０．５、若しくは１モル％、及び／又は最大０．５、１、２、３、若しくは５モル％の量で含み得る。
代替的な実施形態では、炭化水素又はガス変換システムは、過熱器を省略するか、又は過熱器を反応器ユニットの動作に組み込むことができる。例えば、過熱器は、反応器が炭化水素ガス供給物流に加えて水を受け取り、次いで混合物中の２つの構成要素を過熱して反応器内に過熱供給ガスを形成するように適合されるように、第１の反応器及び／又は第２の反応器に組み込むことができる。あるいは、炭化水素又はガス変換システムへの入力は、炭化水素ガス供給物及び何らかの他の供給源からの水を含む過熱供給ガスの形態であってもよく、次いで、この過熱供給ガスを反応器（複数可）に供給することができる。
開示された炭化水素又はガス変換システム、その構成要素、及びそのモジュールの様々な改良が可能である。
一改良では、炭化水素又はガス変換システムは、（ｉ）システム水を受け取り、（ｉｉ）蒸気を出力するように適合された蒸気発生器、及び／又は炭化水素ガス供給物流を受け取るために入口と流体連通しており、かつ出力蒸気を受け取るために蒸気発生器と流体連通している混合器（例えば、混合バルブシステム）を更に備え、当該混合器は、（ｉ）炭化水素ガス供給物流及び蒸気の少なくとも一部をフロー制御し、（ｉｉ）混合器と流体連通している過熱器に供給ガスを出力するように適合されている。システム水は、再循環システム水、及び／又は蒸気発生器と流体連通するタンク／リザーバシステム構成要素から供給される水を含むことができる。
上記のように、改質ガス又はプラットフォームガスの特定の組成物は、蒸気：炭素比、及びＨＨＲモジュールの第１の反応器内の及び反応温度を変えることによって比較的広い範囲内になるように選択及び制御することができる。蒸気は、一般に、得られる供給ガス（及び過熱供給ガス）中の蒸気：炭素比が２～４、５、６、又はそれ以上の範囲となるように、炭化水素ガス供給物と混合される。例えば、蒸気：炭素比は、メタン生成を促進するために、少なくとも２．０、２．１、若しくは２．２、及び／又は最大２．４、２．５、若しくは２．６など、約２．３の値を有し得る。あるいは、蒸気：炭素比は、水素生成を促進するために、少なくとも３、３．５、４、４．５、５、６、及び／又は最大４、４．５、５、６、７、又は８など、約４以上の値を有し得る。蒸気：炭素比は、供給ガス中における水のモルと炭素原子のモルとの間のモル比である（例えば、供給ガス中における１モルのエタンは、蒸気：炭素比の決定のために２モルの炭素原子を提供する）。ＨＨＲモジュールの第１の反応器は、広範囲の温度、例えば約４００～８００℃の範囲で動作することができる。例えば、第１の反応器は、メタン生成を促進するために、約４００～５５０℃の範囲の入口温度（又は過熱供給ガス温度）、例えば、少なくとも４００、４２５、若しくは４５０℃、及び／又は最大４５０、４７５、５００、５２５、若しくは５５０℃などの入口温度を有することができ、任意選択的には、出口（例えば、入口から２５℃又は５０℃以内）での温度の上昇又は低下はほとんど又は実質的にない。あるいは、第１の反応器は、水素生成を促進するために約４５０～７００℃の範囲の入口温度（又は過熱供給ガス温度）、例えば少なくとも４００、４２５、若しくは４５０℃、及び／又は最大４５０、４７５、５００、５２５、若しくは５５０℃などの入口温度を有することができ、出口での温度上昇を更に含む（例えば、入口に対して少なくとも５０、７５、１００、若しくは１２５℃、及び／又は最大１００、１５０、２００、若しくは２５０℃の上昇）。
一改良では、第１の反応器を出る第１の改質物は、水を更に含み、システムは、（ｉ）冷却器と流体連通する第１の反応器から第１の改質物を受け取り、（ｉｉ）第１の改質物から水の少なくとも一部を分離し（例えば、冷却／凝縮による）、それによって、水素分離器と流体連通し、水素分離器に供給される乾燥した第１の改質物を提供するように適合された冷却器を更に備える。ＨＨＲモード、ＳＮＧモード、又はＳＮＧモジュールで動作する場合、同様の条件が第２の反応器に適用される。反応器から出る最初の（湿潤）改質物流は、一般に、４０～８０モル％（又は体積％）の水、例えば、少なくとも４０、４５、５０、５５、若しくは６０モル％、及び／又は最大６０、６５、７０、７５、又は８０モル％の水を含有する。冷却器は、典型的には、初期改質物中の水の少なくとも８５％を除去し、例えば、水の少なくとも８５、９０、９５、９８、又は９９％を除去する。冷却器又は他の水分離器システムを出る乾燥した改質物流は、一般に、最大２０モル％（又は体積％）の水、例えば、少なくとも０．１、０．２、０．５、１、２、若しくは５、及び／又は最大１、２、３、５、７、１０、１５、若しくは２０モル％の水を含有する。
冷却器、例えばＨＨＲモジュール、及び／又は炭化水素若しくはガス変換システムの様々な実施形態では、より一般的には、冷却器は、（ｉ）（例えば、伝熱式熱交換器（複数可）の下流で）第１の反応器からの第１の改質物と流体連通し、かつ第１の反応器からの第１の改質物の温度を低減するように適合され、それによって第１の改質物からの水を凝縮させる、チラーと、（ｉｉ）チラーと流体連通し、かつ凝縮水を第１の改質物から除去するように適合され、それによってプラットフォームガス及び改質物水流を水分離器への出口として形成する、水分離器と、（ｉｉｉ）水分離器からの改質物水流と流体連通し、かつそこから同伴改質ガス（例えば、酸化炭素、水素、及び／又はメタン）を除去するように適合され、それによって再循環水流を形成する、脱気器と、を備え得る。いくつかの実施形態では、冷却器は、例えば、伝熱式熱交換器内の改質物の熱交換及び冷却の結果として凝縮された水の小部分を除去するために、チラーの上流（及び例えば、伝熱式熱交換器（複数可）の下流）に更なる水分離器ユニットを備え得る。冷却器は、典型的には、本質的に完全な水除去のために脱水機又は他の吸収材料を含む必要はなく、冷却及び凝縮後に残存するわずか約２モル％以下の量の水分は、ＳＮＧモジュールなどの下流処理で許容可能である。
一改良では、炭化水素又はガス変換システムは、蒸気発生器と過熱器との間に（例えば、流体フロー感知中に）配置された第１の熱交換器であって、当該第１の熱交換器が、（例えば、混合器を介して）蒸気発生器からの供給ガスを第１の冷熱交換流体として受け取り、かつ第１の改質物を第１の温熱交換流体として受け取り、それによって、過熱器に送達される供給ガスを加熱する（及び、例えば第１の改質物を冷却する）ように適合された、第１の熱交換器、第１の入口と蒸気発生器（又は混合器）との間に配置された第２の熱交換器であって、当該第２の熱交換器が、（例えば、第１の熱交換器の高温側から送達された／第１の熱交換器の高温側と流体連通した）第１の入口からの炭化水素ガス供給物流を第２の冷熱交換流体として受け取り、かつ第１の改質物を第２の温熱交換流体として受け取り、それによって、炭化水素ガス供給物流を加熱して蒸気と混合し、供給ガスを提供する（及び更に、例えば第１の改質物を冷却する）ように適合された、第２の熱交換器、並びに／又は冷却器と蒸気発生器との間に配置された第３の熱交換器であって、当該第３の熱交換器が、（例えば、第２の熱交換器の高温側から送達された／第２の熱交換器の高温側と流体連通した）冷却器及び第２の入口からの再循環システム水流を第３の冷熱交換流体として受け取り、かつ第１の改質物を第３の温熱交換流体として受け取り、それによって、蒸気発生器（例えば、そのボイラ構成要素）に送達される再循環システム水流を加熱し、冷却器に送達される第１の改質物を（更に）冷却するように適合された、第３の熱交換器を更に備える。炭化水素変換システムは、好ましくは、第１の熱交換器、第２の熱交換器、及び第３の熱交換器の３つ全てを、ＨＨＲ／第１の反応器出口から熱エネルギーを回収するためのＨＨＲ伝熱式熱交換器として備える。しかしながら、様々な実施形態では、炭化水素変換システムは、第１の熱交換器、第２の熱交換器、及び第３の熱交換器のいずれかの任意の組合せ、全部、又は一切を含まなくてもよい。
更なる改良では、炭化水素又はガス変換システムは、第１の反応器と第１の熱交換器との間に配置された気化器熱交換器（vaporizer heat exchanger）であって、当該気化器熱交換器が、システム水の少なくとも一部を気化器冷熱交換流体として受け取り、かつ第１の改質物を気化器温熱交換流体として受け取り、それによって、蒸気発生器（例えば、その蒸気ドラムリザーバ）又はその下流に蒸気として送達されるシステム水の一部を加熱して気化させるように適合された、気化器熱交換器を更に備える。気化器に供給されるシステム水の一部は、新鮮な水／補給水及び／又は冷却器からの再循環システム水を含み得る。気化器は、第３の熱交換器の下流に配置することができ、蒸気発生器への戻りと及び気化器熱交換器への戻りとの間のフロースプリットを含み得る。炭化水素又はガス変換システムは、（ｉ）システム水（例えば、再循環システム水及び／又はフロースプリッタと流体連通する第３の熱交換器からの補給水）を受け取り、（ｉｉ）システム水の少なくとも一部を蒸気発生器へと送達し、及び（ｉｉｉ）システム水の少なくとも一部を気化器熱交換器へと送達するように適合されたフロースプリッタを更に備え得る。フロースプリッタは、選択された可変相対量のシステム水を蒸気発生器ボイラ及び気化器へと送達することができる。限定的な事例では、フロースプリッタはまた、システム水を蒸気発生器のみへと、又は気化器のみへと送達することもできる。
別の改良では、炭化水素又はガス変換システムは、第１の反応器と冷却器との間に配置された気化器熱交換器であって、当該気化器熱交換器が、システム水の少なくとも一部（例えば、冷却器からの再循環システム水）を気化器冷熱交換流体として受け取り、かつ第１の改質物を気化器温熱交換流体で受け取り、それによって、蒸気発生器（例えば、その蒸気ドラムリザーバ）又はその下流に蒸気として送達されるシステム水の一部を加熱して気化させるように適合された、気化器熱交換器を更に備える。
別の改良では、炭化水素又はガス変換システムは、（ｉ）システム水（例えば、第３の熱交換器の下流などの冷却器からの再循環水流、及びフロースプリッタと流体連通する再循環水流）を受け取り、（ｉｉ）システム水の少なくとも一部を蒸気発生器のボイラ部分に送達し、（ｉｉｉ）システム水の少なくとも一部を（例えば、存在する場合には介在する気化器を介して蒸気として）蒸気発生器の蒸気リザーバ部分に送達するように適合された、フロースプリッタを更に備える。この実施形態はまた、気化器を含有しないが、低温側流体としての水ラインへの気化器の後の設置及び接続を容易にするために、水ラインと事前配管される、ＨＨＲモジュールのアップグレード可能なバージョンを表すこともできる。
気化器は、第１の改質物が比較的低い温度まで冷却されるという利点を提供することで、ＨＨＲモジュール又は炭化水素若しくはガス変換システムにおける後続の下流ユニット動作、より一般的には、例えば第１の熱交換器、第２の熱交換器、及び第３の熱交換器は、高温の極端な温度に曝露されず、したがって、水、炭化水素供給物、及び供給ガス流を予熱するという回復エネルギーの利点を提供しながら、それらのコストを低減する。第１の反応器がプラットフォームガス中の生成物構成要素として水素ガスを優先するように動作される場合、第１の反応器から直ちに出るそのような高い第１の改質物温度が可能である。気化器はまた、例えば第１の反応器の反応物質として、様々なプロセス用途のための蒸気出力を提供し、第１の反応器がプラットフォームガス中の生成物として水素ガスを優先するように動作する場合、第１の反応器の蒸気需要は典型的により高い（すなわち、これはより高い第１の（ＨＨＲ）反応器出口温度及び温度低下の必要性にもまた対応）。気化器蒸気出力は、他のプロセス要素、例えば二酸化炭素分離器（例えば、アミン分離器）で使用することができる。第１の反応器がプラットフォームガス中の生成物としてメタンを優先するように動作される実施形態では、第１の反応器から直ちに出る第１の改質物温度は、典型的には、第１の反応器の蒸気需要と比較して低い。そのような場合、比較的少量の（又は一切ない）システム水を、気化器熱交換器に送達することができ、残りは蒸気発生器（例えば、そのボイラ）へと送達される。したがって、気化器は、ＨＨＲモジュールのモジュラ設計、及び水素又はメタン構成要素のいずれかを支持するプラットフォームガス生成物を作るために高温及び低温の両方のレジームで動作するその能力を容易にする。気化器に供給されるものに対する蒸気発生器ボイラへとフィードバックされるシステム水の間の可変パーティションの選択により、水素又はメタンに支持されるプラットフォームガス構成要素に適した湿潤改質物及び蒸気製造の可変選択可能な温度低下度を可能にする。他の実施形態では、熱交換器に流入する高改質物温度を低減又は制限するために、更なる又は代替的な温度制御手段を使用することができる。
一改良では、炭化水素又はガス変換システムは、第２の触媒を含有し、第２の反応器と流体連通して過熱器から過熱供給ガスを受け取るように適合された第２の反応器（例えば、（第２の）重炭化水素反応器）を更に備え、当該第２の反応器及び当該第２の触媒は、過熱供給ガス中の非メタン炭化水素の少なくとも一部を、酸化炭素及び水素に反応させ（例えば、選択的分解、蒸気改質による）、それによって酸化炭素、水素、及び任意選択的にメタンを含む第２の改質物（例えば、湿潤改質物；反応器生成物出口）を形成するように適合される。第１の反応器及び第２の反応器は、各々が、（例えば、反応器の上流及び過熱器の下流の好適なフロースプリッタを介して）過熱供給ガスの一部と流体連通し、かつ過熱供給ガスの一部を受け取るように適合されるように平行している。第１の改質物及び第２の改質物は、流体連通している単一の改質物に組み合わされ、かつ（例えば、反応器の下流並びに水素分離器及び冷却器（存在する場合）の上流の好適な混合器を介して）水素分離器に供給される。
一改良では、第１の反応器（例えば、もし存在する場合、第２の反応器）は、断熱反応器、等温反応器、温度増加制御反応器、及び／又は温度低下制御反応器として動作するように適合されている。反応器の等温動作は、例えば最大約２５、５０、７５、又は１００℃までの温度差又は絶対温度差（ＡＴ又は｜ＡＴ｜）を有する、入口と出口の反応物／生成物流の間の比較的小さな温度勾配を含み得る。反応器の温度増減制御動作は、例えば、制御された温度上昇では少なくとも７５、１００、１２５、若しくは１５０℃、及び／又は最大約１２５、１５０、１７５、２００、２５０、若しくは３００℃、又は制御された温度低下では少なくとも－１２５、－１５０、－１７５、－２００、－２５０、若しくは－３００℃、及び／又は最大－７５、－１００、－１２５、若しくは－１５０℃の温度差（ＡＴ、出口マイナス入口）を有する、それぞれ反応物／生成物流の入口から出口までの中程度の温度上昇又は低下を含み得る。
一改良では、第１の反応器（例えば、もし存在する場合、第２の反応器）は、向流の（高）熱交換流体を受け取り、それによって、第１の触媒及び過熱供給ガスを含有する第１の反応器内の反応体積に熱を提供するように適合される。より一般的には、反応器は、所与の反応器が吸熱反応又は発熱反応のための等温又は断熱反応器として動作するように構成されているかどうかに応じて、向流又は並流熱交換流体のいずれかを独立して受け取るように適合される。
用途の必要性に応じて、各反応器は、断熱又は等温モードで動作するように独立して選択することができ、各反応器は、向流又は並流の熱交換流を有するように独立して選択することができる。例えば、反応器の一方又は両方は、最終的な生成物としての水素ガス製造のためにＨＨＲモードで動作しており、反応器は、等温反応器又は温度増減制御反応器として好適に動作する。より具体的には、水素生成のために、ＨＨＲ（複数可）は、両端で反応器を加熱するための向流フロー熱交換流を利用することによって等温的に、又は制御された温度増減で動作させることができる。初期供給物は、過熱器を用いて予熱され、加熱流体（高温ガス）との対向フローを使用して出口で熱を導入し、反応器触媒床にわたる入口から出口への温度低下を防止する。１つの反応器がＨＨＲモードで動作しており、別の反応器が最終生成物としてのメタンガス製造のための形式上のシステム設計においてＳＮＧモードで動作している場合、ＨＨＲ反応器は、平行／並流加熱流体フローを用いて断熱的に動作することができる。ＳＮＧ反応器は、メタン化が発熱反応であることを考えると、反応器を冷却するために対向フロー、この場合は冷却流体（例えば、送風機からの周囲空気）を用いることによって、反応温度を妥当な範囲内に維持するために等温としてより動作する。熱を使用してＳＮＧ反応を制限することができる（例えば、触媒温度を制御する代替方法）。
一改良では、炭化水素又はガス変換システムは、（ｉ）非メタン炭化水素及びメタンを（例えば、フレアガス／随伴ガス流として）含む炭化水素ガス予備供給流を受け取り、（ｉｉ）予備供給流からメタンの少なくとも一部を分離し、それによって、例えば気化器内でのＮＧＬ液体気化後に、（例えば、その上流の混合気／蒸気発生器を介して）過熱器への供給として非メタン炭化水素を（例えば、潜在的に残留する量の未分離メタンに加えて）含む炭化水素ガス供給物流を提供するように適合された、メタン分離器を更に含む。メタン分離器（又はＮＧＬ分離器）は、メタン及び非メタン炭化水素の両方を含むフレアガス／随伴ガス流から他の天然ガス液体（ＮＧＬ）からメタンを分離するための任意の好適な分離器であり得る。好適な例としては、ジュール・トムソン（ＪＴ）分離器、機械式冷凍分離器、膜分離器などが挙げられ、概して当技術分野で公知の分離器を含むことができる。
メタン分離器、炭化水素変換システム、又はＨＨＲモジュールに供給される前に、フレアガス／随伴ガス流は、最初に（ｉ）生成ガス流（すなわち、水素の形成及び分離のシステム全体をバイパスする）とブレンドするためのバイパス／富化流と、（ｉｉ）水素形成及び分離のためのメタン及び非メタン炭化水素の両方を含有する供給流と、に分割することができる。メタン分離器は多段装置であり得る。図に示すように、メタン分離器は、メタンをガスとして（例えば、少量の低級Ｃ２＋炭化水素と共に）除去し、いくらかの残留メタンを有する主にＣ２＋炭化水素の第２の出力を有するための、第１のＮＧＬ分離段階を含み得る。分離された主なメタンガス流は第２のバイパス／富化流として使用されるが、ＮＧＬ分離からの液体出力はＮＧＬ動作タンクに送られ、そこで、より軽質の炭化水素（例えば、メタン、エタン、プロパンなど）がＮＧＬ動作タンクの前又は中で気化し始め、タンク内の圧力上昇を回避するために排気されなければならない。したがって、ＮＧＬ動作タンクからのガス出力は、メタン及び少量の低級Ｃ２＋炭化水素を含む第３のバイパス／富化流を含み、ＮＧＬ動作タンクからの液体出力は、主にＣ２＋炭化水素を含むが、メタンが少ない。バイパス／富化及び供給流への分割は、メタン分離器が使用されるかどうかとは無関係に実行することができる。好適には、最大３つのブレンド／富化段階を使用することができる：（１）初期処理ガス流は、初期生成ガス流を形成するためにＮＧＬ動作タンク排気ガスとブレンドすることができる。（２）最初の生成ガス流は、メタン（例えば、ＪＴ）分離からの軽ガス（主にメタン）とブレンドして、第２の生成ガス流を形成することができる。（３）第２の生成ガス流を原料供給流（例えば、本明細書の予備供給ガス）とブレンドして、第３の生成ガスを形成することができる。
一改良では、炭化水素ガス供給物流中の非メタン炭化水素は、Ｃ２炭化水素、Ｃ３炭化水素、Ｃ４炭化水素、Ｃ５炭化水素、Ｃ６炭化水素、及びこれらの組合せ（例えば、混合物）から選択される。好適な非メタン炭化水素の例としては、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、及びヘキサンが挙げられ、これらは直鎖及び分枝鎖の異性体を含む。より一般的には、非メタン炭化水素は、２個以上の炭素原子を有する炭化水素（例えば、「Ｃ２＋炭化水素」）、例えば６個を超える炭素原子を有するいくつかの炭化水素、例えばナフサなどのＣ７＋、Ｃ８＋、Ｃ９＋、又はＣ１０＋炭化水素（例えば、最大Ｃ１０、Ｃ１２、又はＣ１５）を含み得る。いくつかの実施形態では、非メタン炭化水素は、酸素化炭化水素、例えばメタノール、エタノール、ｎ－プロパノール、イソプロパノールなどのアルコール（例えば、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、又はＣ６アルコール）を含み得る。このようなアルコールは、上に列挙したアルカン炭化水素と共に、又は上に列挙したアルカン炭化水素の代わりに、例えば改質反応物として主にメタノールから構成される炭化水素ガス供給物を含むことができる。炭化水素ガス供給物流の他の非炭化水素構成要素は、二酸化炭素、窒素、水蒸気、硫化水素、及びそれらの組合せを含み得る。
一改良では、炭化水素ガス供給物流は、メタンを（すなわち、Ｃ２＋炭化水素などの非メタン炭化水素に加えて）含む。供給原料の特定の供給源に応じて、供給ガスのメタン含有量は最大９０モル％（又は体積％）の範囲であり、Ｃ２＋炭化水素は実質的に供給の残部である。例えば、炭化水素ガス供給物流は、好適には少なくとも２０、３０、４０、５０、６０、又は７０モル％のメタン及び最大５０、６０、７０、８０、又は９０モル％のメタンを含有する。同様に、炭化水素ガス供給物流は、合わせたメタン及び非メタン炭化水素以外の、１５、１０、５、２、１、０．５、０．２、又は０．１モル％未満のガス種（例えば、窒素、二酸化炭素、その他の不活性ガス）を好適に含有する。
一改良では、炭化水素ガス供給物流は、メタンを実質的に含まない。これは、例えば、メタンがフレアガス／随伴ガス流中に存在するが、上流ＪＴ若しくは他のＮＧＬ分離、又は分別の場合、又はプロパン若しくは他の供給ガスを用いる場合には、ガス変換システムへの供給物中に実質的に存在しない場合に起こり得る。例えば、炭化水素ガス供給物流は、上流のメタン分離の結果として、２０モル％（又は体積％）未満のメタンを含む供給ガスを提供することができ、Ｃ２＋炭化水素は実質的に供給のバランスとなり得る。したがって、炭化水素ガス供給物流は、メタンを含まないか、又は実質的に含まなくてもよい。様々な実施形態では、炭化水素ガス供給物流は、好適には、少なくとも０．０１、０．１、０．２、０．５、１、２、又は５モル％のメタン、及び最大１、２、５、１０、１５、又は２０モル％のメタンを含有する。同様に、炭化水素ガス供給物流は、合わせたメタン及び非メタン炭化水素以外の、１５、１０、５、２、１、０．５、０．２、又は０．１モル％未満のガス種を好適に含有する。非メタン含有流を初期供給原料として使用する場合、炭化水素ガス供給物流は、合わせた全ての非メタン炭化水素（例えば、任意の好適な分散における本質的に最大１００モル％のＣ２＋炭化水素）以外の、１５、１０、５、２、１、０．５、０．２、又は０．１モル％未満のガス種を好適に含有する。
一改良では、水素分離器は、燃料電池グレード水素の最低仕様である、水素ガス流中の９９．９７モル％の水素含有量を（例えば、モル、体積、重量ベースで）提供するように適合されている。他の用途／使用では、より低い水素含有量が可能である。好適には、水素分離器は、改質ガス中の水素の最大９０％を分離する（例えば、水素ガス流中の少なくとも２０、３０、４０、５０、６０、又は７０％及び最大５０、６０、７０、８０、又は９０％の水素分離及び回収）。様々な実施形態では、水素ガス流は、少なくとも８０、８５、９０、９５、９８、９９、９９．５、９９．９、９９．９７、若しくは９９．９９モル％、及び／又は最大９８、９９、９９．５、９９．８、９９．９、９９．９７、９９．９９、９９．９９９、若しくは１００モル％の水素含有量を有し得る。水素除去後に残存するテールガスとしては、主に、メタン、水素、及び一酸化炭素が挙げられる。例えば、テールガスは、メタンを約３０～７０モル％の量で、例えば、少なくとも３０、４０、若しくは５０モル％、及び／又は最大５０、６０、若しくは７０モル％の量で含み得る。同様に、テールガスは、水素を約２０～６０モル％の量で、例えば、少なくとも２０、３０、若しくは４０モル％、及び／又は最大４０、５０、若しくは６０モル％の量で含み得る。同様に、テールガスは、一酸化炭素を約５～３０モル％の量で、例えば、少なくとも５、１０、若しくは１５モル％、及び／又は最大１５、２０、若しくは３０モル％の量で含み得る。テールガス（又はその一部）が目標の組成を有する設計者燃料としてシステムから引き出される実施形態では、前述の構成要素範囲のいずれかが、設計者燃料にも適用され得る。テールガス（又はその一部）が、設計者燃料に目標組成を提供するために、例えば二酸化炭素（例えば、二酸化炭素分離器又はモジュールから）、パイプラインメタン、合成天然ガス（例えば、ＳＮＧモジュールから）などの他の構成要素（複数可）とブレンドされる実施形態では、設計者燃料は、テールガスについて上述したものに加えて代替の構成要素範囲を有し得る。例えば、設計者燃料は、メタンを約５０～９９モル％の量で、例えば、少なくとも５０、６０、７０、８０、若しくは９０モル％、及び／又は最大７０、８０、９０、９５、９８、若しくは９９モル％の量で含み得る。同様に、設計者燃料は、酸化炭素、水素、又は約０．１～５０モル％の量、例えば、少なくとも０．１、１，２、５、１０、２０、若しくは３０モル％、及び／又は最大３、５、７、１０、１５、２０、２５、３０、４０、若しくは５０モル％の量で組み合わされた酸化炭素及び水素を含み得る。
一改良では、水素分離器は、膜分離器、圧力スイング吸着（pressure-swing adsorption：ＰＳＡ）分離器、及び極低温分離器からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、システムは、水素分離器の上流、並びに反応器（複数可）及び冷却器の下流に脱水機及び／又は圧縮機を更に含み得る。例えば、水素分離は、高圧、例えば最大３５０～６００ｐｓｉ又は４００～５００ｐｓｉで行うことができる。したがって、いくつかの実施形態では、水素分離器への流入供給物の圧力に応じて、流入低圧供給物（例えば、約２０～５０ｐｓｉ又は３０～３５ｐｓｉの範囲）の圧力を所望の高圧まで上昇させるための圧縮機を含むことが望ましい場合がある。他の実施形態では、例えば、システムに流入する炭化水素供給ガスが高圧に圧縮される場合、水素分離器の前の圧縮機を省略することができる。好適には、システムはまた、図に示すような二酸化炭素分離器、例えば水素分離器とは別個のアミン又は他の独立型器具を含む。したがって、水素分離器は、最大３つの出口：水素ガス流、二酸化炭素流、及び残留生成物流（例えば、残留水素、二酸化炭素、メタン及び非メタン炭化水素などを含む）を提供することができる。
二酸化炭素除去は、ガス変換システムが所望の最終用途に基づいて生成物流を提供する柔軟性を可能にする。例えば、二酸化炭素除去は生成された水素ガスを「青色」の水素として提供するために使用することができ、これは製品の市場価値を高める。背景として、３つのタイプ／グレードの水素が生成されている：（１）灰色の水素（二酸化炭素回収・貯留（carbon capture and sequestration：ＣＣＳ）なしの改質から生成）；青色水素（ＣＣＳを含む改質のように炭化水素から生成される）；（３）緑色水素（再生可能な資源から完全に生成（典型的には、風、太陽光、又は核を介して提供されるエネルギーによる電気分解））。二酸化炭素除去（例えば、ＣＣＳを介して）は、緑色という利益を提供し、環境に優しい利益を提供し、販売及び／又は炭素／再生可能エネルギークレジットから別の収益源を生成することができる。二酸化炭素の除去又は分離は、任意の好適な器具又は器具の組合せ、例えば膜分離器及び／又はスクラバによって行うことができる。一実施形態では、二酸化炭素分離器は、例えばアミン接触塔及びアミン回収ループを含む完全アミンプラントシステム（例えば、アミン系スクラバ）である。一酸化炭素は、典型的にはプロセス流から除去されず、一酸化炭素は生成ガス中に残り、その燃料値のために消費／燃焼され得るか、又はＳＮＧ反応器又はモジュール内で反応物としてメタンに変換され得る。二酸化炭素除去後、生成ガス又は中間生成ガスは、１０～９０モル％（例えば、少なくとも１０、２０、３０、４０、５０、６０、若しくは７０モル％、及び／又は最大３０、４０、５０、６０、７０、８０、若しくは９０モル％）の範囲のメタン、１０～９０モル％（例えば、少なくとも１０、２０、３０、４０、５０、６０、若しくは７０モル％、及び／又は最大３０、４０、５０、６０、７０、８０、若しくは９０モル％）の範囲の水素、０．０１～１０モル％（例えば、少なくとも０．０１、０．１、０．２、若しくは０．５モル％、及び／又は最大１、２、３、５、７、若しくは１０モル％）の範囲の一酸化炭素、０．０１～５モル％（例えば、少なくとも０．０１、０．１、０．２、若しくは０．５モル％、及び／又は最大０．５、１、２、３、若しくは５モル％）の範囲の水、及び／又は０．１、０．０１、若しくは０．００１モル％未満の二酸化炭素を含有し得る。
生成物流の水素、メタン、及び／又は二酸化炭素含有量の選択及び制御はまた、ガス変換システムがユーザ固有の基準セット（例えば、「設計者」燃料）に従って燃料流を提供する柔軟性を可能にする。システム容量及び生成は、所望の水素、メタン、及び／又は二酸化炭素含有量を有する１つ以上のガス流をユーザの要求に基づいて生成することができるように、一次水素、メタン、及び二酸化炭素生成物の間で自律的かつ独立して変えることができる。ガス変換システムは、特定の用途に合わせて調整された燃料を生成するために生成物流の除去及び／又は生成物流の追加を可能にし、往復動及びタービンエンジン性能に最適な燃料パラメータを提供する。例えば、往復動及びタービンエンジンの製造業者は、燃料希釈剤（二酸化炭素）及び水素（Ｈ２）含有量を、メタン系燃料への非常に有益な添加物として考慮している。具体的には、（１）システムは、メタン系燃料の希釈剤含有量（二酸化炭素）を、より低いエンジン排出物並びにより良好なエンジン性能及びより長い寿命と一致する目標値に調整することができ、（２）システムは、メタン系燃料中の水素含有量を調整して、性能、寿命、及び排出物の利益をエンジン／タービン性能に提供することができ、（３）システムは、発熱量、Ｃ２＋含有量、ウォッベ指数などの他のパラメータを制御して、性能、寿命、及び排出物の利益を得ることができる。別の動作モードでは、システムは、水素ガスが最終的な実質的に純粋な水素ガス生成物に分離されず、代わりに燃料構成要素として含まれるようにのみ、設計者燃料の生成のための水素製造（例えば、ＨＨＲ／ＨＨＲ）構成が使用される。例えば、水素ガスの除去が望まれず、調整されたメタン系燃料の生成が望まれる用途があり得る。
別の態様では、本開示は、（ｉ）水素ガス流、及び（ｉｉ）非メタン炭化水素及び任意選択的にメタンを含む炭化水素ガス供給物流からの生成ガス流のうち少なくとも１つを形成する方法に関し、当該方法は、炭化水素ガス供給物流を前述の実施形態のいずれかにかかる炭化水素又はガス変換システムへと供給すること、それによって、例えば加熱、冷却、混合、反応、分離などの様々な中間工程により（ｉ）水素ガス流及び（ｉｉ）生成ガス流のうち少なくとも１つを形成することを含む。例えば、本明細書に記載のモジュラ炭化水素又はガス変換システムを使用して、水素ガス流、及びメタン（例えば、合成天然ガス、テールガス、設計者燃料）を含む生成ガス流の一方又は両方を形成することができる。本方法は、任意選択的に、追加の生成物流（例えば、モジュラシステム又はその他からの二酸化炭素、合成天然ガス、及び／又はテールガス）を、水素ガス流及び生成ガス流の少なくとも一方へと添加し、それによって選択された組成を有する設計者燃料流を形成することを含み得る。更に、水素ガスは、１つ、２つ、又はそれ以上のＨＨＲユニットを有する上記のガス変換システムを用いて形成することができる。同様に、上記の形式上のガス変換システムを使用して、少なくとも１つのＨＨＲユニット及び少なくとも１つのＨＨＲ／ＳＮＧユニットを有する水素ガス、メタン、又はその両方（すなわち、モードを切り替える場合）を形成することができる。
開示された方法、システム、器具、及び組成物は、様々な形態の実施形態の影響を受けやすいが、本開示の特定の実施形態は、本開示が説明的である（及び今後説明される）ことを意図したものであり、本明細書に記載され説明された特定の実施形態に特許請求の範囲を限定することを意図したものではないことを理解した上で、説明されている。
本開示をより完全に理解するために、以下の詳細な説明及び添付の図面を参照すべきである。
図１は、水素ガス生成に使用される開示されたガス変換システムにおける代表的なユニット動作及び流れを示すプロセスフロー図である。 図２は、本質的に純粋な水素ガスを製造するための水素分離器を更に含む、水素ガス生成に使用される開示されたガス変換システムにおける代表的なユニット動作及び流れを示すプロセスフロー図である。 図３は、同じ単位操作を用いた水素ガス生成又はメタン生成のいずれかに使用される、開示された形式上のガス変換システムにおける代表的なユニット動作及び流れを示すプロセスフロー図である。 図４は、水素分離を伴う第１のモードにおける図３の形式上のガス変換システムを示すプロセスフロー図である。 図５は、水素分離を伴わない第１のモードにおける図３の形式上のガス変換システムを示すプロセスフロー図である。 図６は、第２のモードにおける図３の形式上のガス変換システムを示すプロセスフロー図である。 図７は、生成物流のバイパス／富化を伴わない一実施形態における水素ガス生成に使用される、開示されたガス変換システムにおける流れの代表的な流量及びエネルギー含有量を示すプロセスフロー図である。 図８は、生成物流を富化するための原料フレア／随伴ガスバイパス流を含む一実施形態における水素ガス製造に使用される、開示されたガス変換システムにおける流れの代表的な流量及びエネルギー含有量を示すプロセスフロー図である。 図９は、（ｉ）原料フレア／随伴ガスバイパス流及び（ｉｉ）生成物流を富化するためのメタン／軽ガスバイパス流の両方を含む一実施形態における、水素ガス生成に使用される開示されたガス変換システムにおける流れの代表的な流量及びエネルギー含有量を示すプロセスフロー図である。 図１０は、（ｉ）生成物流を富化するための原料フレア／随伴ガスバイパス流、（ｉｉ）生成物流を富化するためのメタン／軽ガスバイパス流、（ｉｉｉ）水素ガス流分離、及び（ｉｖ）二酸化炭素ガス流分離を含む一実施形態における、水素ガス生成に使用される開示されたガス変換システムにおける流れの代表的な流量及びエネルギー含有量を示すプロセスフロー図である。 図１１は、開示されたガス変換システムのＨＨＲモジュールにおける代表的なユニット動作及び流れを示すプロセスフロー図である。 図１２は、気化器を更に含むＨＨＲモジュールにおける代表的なユニット動作及び流れを示すプロセスフロー図である。 図１３は、ＨＨＲモジュール及び二酸化炭素分離器又はモジュールを組み込んだ開示されたガス変換システムにおける、代表的なユニット動作及び流れを示すプロセスフロー図である。 図１４は、ＨＨＲモジュール及びＳＮＧモジュールを組み込んだ開示されたガス変換システムにおける、代表的なユニット動作及び流れを示すプロセスフロー図である。 図１５は、ＨＨＲモジュール、二酸化炭素分離器又はモジュール、水素分離器モジュール、及びＳＮＧモジュールを組み込んだ開示されたガス変換システムにおける、代表的なユニット動作及び流れを示すプロセスフロー図である。 図１６は、図１５のガス変換システムにおける特定の流れを示すプロセスフロー図である。
本開示は、一般に、フレアガス又は他の炭化水素供給ガスから、水素ガス流（例えば、実質的に純粋な水素ガス流）、二酸化炭素ガス流（例えば、実質的に純粋な二酸化炭素ガス流）、及び高品質のメタンリッチガス流を生成する方法、システム、及び器具に関する。炭化水素供給ガス流は、ある体積の炭化水素供給ガスを受け取ることによって、合成ガス流及びメタンガス流へと改質、分解、又は変換され、ここで、当該体積の炭化水素供給ガスは、ある体積のメタン（Ｃ１）及びある体積の非メタン（Ｃ２＋）炭化水素を含む。本方法は、ある体積の炭化水素供給ガスの入口フローと、ある体積のＣ２＋炭化水素（例えば、メタンが存在する場合又は存在しない場合）の少なくとも一部を改質、分解、又は変換する少なくとも１つの改質器システムへの蒸気の体積との両方を制御することができる。このようにして、蒸気改質器システム（複数可）、炭化水素供給ガスの体積及び蒸気の体積から合成ガスの体積及びメタンガスの体積を製造する。合成ガスに含有される水素は、膜分離及び圧力スイング吸着（「ＰＳＡ」）システムを含む様々な技術によって高純度水素ガス流へと分離され、主に残留するメタン及び酸化炭素のガス流を残すことができる。分離された水素又は残留する主にメタン及び酸化炭素の流れを炭化水素供給ガスと組み合わせて、発熱量、メタン価、又はウォッベ指数を含む目標品質値を有する富化生成ガスを形成し得る。このようにして、水素ガス及び残留物、主にメタン及び酸化炭素ガスは、燃料として現場で使用するために、又は圧縮若しくは液化及び貯蔵、又は現場外輸送のために利用可能にされる。
本開示は更に、ある体積の炭化水素供給ガスを受け取ることによって、フレアガス又は他の炭化水素供給ガスから水素ガス流（例えば、実質的に純粋な水素ガス流）及び高品質のメタンリッチガス流を生成する方法、システム、及び器具に関し、炭化水素供給ガスの体積は、ある体積のメタン（Ｃ１）及びある体積のＣ２＋炭化水素を含む。本方法は、ジュール・トムソン、機械式冷凍、及び膜システムを含む様々なガス分離技術を用いて、炭化水素供給ガスを、主にメタンガス流と主にＣ２＋炭化水素ガス流とに分離する。この方法は、主にＣ２＋炭化水素の体積の少なくとも一部を改質、分解、又は変換する少なくとも１つの改質器システムへの、Ｃ２＋炭化水素の体積の入口フロー及び蒸気の体積の両方を制御することができる。このようにして、水蒸気改質器システム（複数可）は、主にＣ２＋炭化水素の体積及び蒸気の体積から合成ガスの体積及びメタンガスの体積を製造する。次いで、本方法は、膜及び圧力スイング吸着（「ＰＳＡ」）システムを含む様々な技術のいずれかによって合成ガスに含有される水素ガスを別個の高純度水素ガス流へと更に分離して、残留する主にメタン及び酸化炭素のガス流を残すことができる。分離された水素又は主にメタン及び酸化炭素の流れは、炭化水素供給ガスから分離された主にメタンガス及び／又は炭化水素供給ガスと組み合わされて、特定の発熱量、メタン価、又はウォッベ指数を含む目標のガス品質値を有する富化生成ガスを生成し得る。このようにして、水素ガス及び主にメタン及び酸化炭素ガスは、燃料として現場で使用するために、又は圧縮若しくは液化及び現場外輸送のために利用可能にされる。
特定の態様では、本開示は、非メタン炭化水素供給ガス流から、（ｉ）水素ガス流（例えば、実質的に純粋な水素ガス流）及び（ｉｉ）メタン含有生成物流（メタンリッチガス流又はメタン／水素ブレンドなど）の一方又は両方を生成する、モジュラシステム、方法、及び器具に関する。モジュラシステムは、所与のユーザの仕様に従って、燃料電池グレードの水素からパイプライン品質のメタンの範囲にわたる、メタン、水素、及び（任意選択的に）二酸化炭素を含有する場所固有の「設計者燃料」ブレンドのための柔軟な燃料生成を可能にする。モジュラ設計により、特定のユーザの需要に合わせて調整されたシステムの迅速な構成及び現場での設置及び組み立てが可能になる。モジュラ設計を用いて、コア構成要素としてのＨＨＲモジュールは、単一の一貫した設置／組み立てられたユニット動作のセットを用いて、一次水素及びメタン構成要素間の目標とされた選択可能な分散を有するプラットフォームガス出力を提供することができるという点で柔軟である。蒸気：炭素比及びＨＨＲ反応器温度などの動作条件を変えることによって、ＨＨＲ反応器内の蒸気改質及びメタン化反応の相対的な変換及び選択性は、水素が最終的な所望の生成物である場合にはプラットフォームガスの組成が比較的高い割合の水素生成物を（例えば、メタンと比較して）含むことができ、メタンが最終的な所望の生成物である場合にはプラットフォームガスが比較的高い割合のメタン生成物を（例えば、水素と比較して）含むことができ、両方が最終的な生成物である場合にはプラットフォームガスが水素とメタンとのバランスのとれたブレンドを含むことができるなど、広範囲内で制御することができる。ＨＨＲモジュール内のユニット動作の単一の設置された配置を用いて得るＨＨＲモジュールプラットフォームガス出力のこの柔軟性は、更なる下流ユニット動作モジュールの選択を可能にして、所与のユーザの需要へ特に対応する燃料生成物出力を提供する。そのような下流モジュールは、二酸化炭素分離、水素分離、及び／又はＳＮＧ生成を対象とするものを含み得る。
本開示の別の実施形態は、上記のように、フレアガス又は他の炭化水素供給ガスから高純度水素ガス流及びメタンリッチガス流を生成する方法、システム、及び器具に関し、この合成ガスは、膜、ＰＳＡ、又は他の技術による分離の前に水素含有量を増加させるために、水性ガスシフト反応器内で更に処理される。
本開示の別の実施形態は、Ｃ２＋炭化水素から高純度水素ガス流及びメタンリッチガス流を生成する方法、システム、及び器具に関し、このシステム供給ガスはメタンガスを含まない。可能性のある供給ガスとしては、エタン、プロパン、ブタン、及び他のＣ２＋炭化水素が挙げられる。
図１～図２は、水素ガス生成物に使用される開示された炭化水素又はガス変換システム５０における代表的なユニット動作及び流れを示すプロセスフロー図を含む。
非メタン炭化水素及び任意選択的にメタンを含む炭化水素ガス供給物６２は、蒸気発生器１２０から蒸気１２６を受け取る混合器１３０に調整ガスとして供給される。混合器１３０は、混合物中に炭化水素ガス供給物流及び水（例えば、蒸気）を含む、対応する供給ガス１３２を出力する。例えば第１の熱交換器１７２及び第２の熱交換器１７４として示される熱交換器（heat exchanger：ＨＥＸ）１７０は、改質物流１５２からの熱を用いて炭化水素ガス供給物６２及び対応する供給流の温度を調整するために混合器１３０の上流及び下流に含まれ得る。次いで、供給ガス１３２は過熱器１４０に供給され、これは、選択された温度まで供給ガス１３２を過熱し、過熱供給ガス１４２を出力する。次いで、過熱供給ガス１４２は、過熱供給ガス１４２中の非メタン炭化水素の少なくとも一部を酸化炭素及び水素に反応させるように適合された触媒を含有する第１のＨＨＲ反応器１５０に供給され、それによって、酸化炭素、水素、及び任意選択的にメタンを含む改質物１５２を形成する。図示したように、第２のＨＨＲ反応器１５０は、第１の反応器１５０と平行して動作するように含み得る。より一般的には、任意の数のＨＨＲ反応器１５０を使用することができる。更に図示するように、ＨＨＲ反応器１５０は、反応器１５０内でほぼ等温動作条件を維持するために向流熱交換流１５４を含み得る。ＨＨＲ反応器１５０を出る改質物流１５２は、冷却器１６０を通過して水１６９を除去することができ、これは、例えば蒸気発生器１２０に再循環することができる。図１に示す実施形態では、乾燥した改質物１１４は、合成ガス（すなわち、酸化炭素及び水素）の混合物としての生成ガス７４として、及び供給物中に元々存在するか又はＨＨＲ反応器１５０でのメタン化によって生成された任意のメタンとして回収することができる。図２に示す実施形態では、乾燥した改質物１１４は、水素分離器３１０を更に通過して、酸化炭素を含む生成ガス流７４及び分離された水素を含む水素ガス流７２を形成する。乾燥した改質物の状態に応じて、脱水機１６６及び／又は圧縮機３２０などの他の上流ユニット動作を使用することができる。
図３～図６は、同じ単位操作を用いた水素ガス生成又はメタン生成のいずれかに使用される、開示された形式上のガス変換システム５０における代表的なユニット動作及び流れを示すプロセスフロー図を含む。
形式上のガス変換システム５０は、図１～図２に関して上記したものと同様であるが、システムが水素製造のための第１（ＨＨＲ）モード又はメタン生成のための第２（ＳＮＧ）モードのいずれかで動作するように、システム５０を通る流れを導くように設定することができる、フロースプリッタ１３６Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、及びフローミキサ１３４Ａを更に含む。第１のモードでは、過熱供給ガス１４２は、ＨＨＲ反応器１５０内での反応のために２つ（又はそれ以上）の平行する流れに分割され、したがって水素ガス生成物を形成する。第２のモードでは、過熱供給ガス１４２は、合成ガス生成のために第１のＨＨＲ反応器１５０（図では左ＨＨＲとラベル付け）へ、次いで第２のＳＮＧ反応器４２０（図では右ＨＨＲ／ＳＮＧとラベル付けされている）へ直列して供給され、したがってメタンガス生成物を形成する。図４は、水素ガスが生成物として回収される、水素製造のための第１のモードにおける動作を示す。二酸化炭素並びに処理ガス（例えば、二酸化炭素、残留炭化水素）もまた生成物流として分離される。図５は水素製造のための第１のモードでの動作を示し、ここでは、水素ガスが生成ガスの構成要素として残される（すなわち、合成ガスとして酸化炭素を更に含む）。図６は、
メタン製造のための第２モードでの動作を示しており、生成ガスとしては、メタンと、任意の未反応の酸化炭素、水素、又はより重い炭化水素が挙げられる。
図７～図１０は、水素ガス流７２、生成ガス流７４、及び任意選択的に１つ以上の追加の生成物流（複数可）７６、７６Ａ、７６Ｂ、７６Ｃ、７６Ｄを提供するために水素ガス生成に使用される、ＨＨＲモジュール１００及び水素分離器３１０を組み込んだ開示されたガス変換システム５０における流れの代表的な流量及びエネルギー含有量を示すプロセスフロー図を含む。図７は、任意の供給物バイパス流又は生成物富化流を有しない一実施形態を示す。図８は、生成物流７４を富化するための原料フレア／炭化水素供給ガスバイパス流６６を含む一実施形態を示す。図９は、（ｉ）原料フレア／炭化水素供給物バイパス流６６Ｃ、及び（ｉｉ）生成物流７４の富化のためのメタン分離器８０（例えば、図示されているように、ＮＧＬ分離器８１及びＮＧＬ動作タンク８２を含む）からのメタン／軽ガスバイパス流６６Ｂ、６６Ａの両方を含む一実施形態を示す。図１０は、（ｉ）生成物流７４を富化するための原料フレア／炭化水素供給物バイパス流６６Ｃ、（ｉｉ）生成物流７４を富化するためのメタン／軽ガスバイパス流６６Ｂ、６６Ａ、（ｉｉｉ）水素分離器３１０を介した水素ガス流７２の分離、及び（ｉｖ）二酸化炭素分離器２１０を介した二酸化炭素ガス流７６Ｄの分離を含む一実施形態を示す。以下の表１～表４は、図７～図１０の流れの流量及びエネルギー含有量の要約を提供する。
図１１～図１６は、様々なモジュラ配置で同じユニット動作を用いて水素ガス及びメタンを含む生成ガスの一方又は両方を生成するために使用される、開示された炭化水素又はガス変換システム５０における代表的なユニット動作及び流れを示すプロセスフロー図を含む。図示したように、炭化水素又はガス変換システム５０は、ＨＨＲモジュール１００を単独で、又は例えば二酸化炭素モジュール２００、水素分離器モジュール３００、及び／又はＳＮＧモジュール４００を含む１つ以上の他の分離器又はモジュールと組み合わせて含む。
図１１に示すように、ＨＨＲモジュール１００は、炭化水素供給物用の第１の（ＨＨＲ）入口１０２、再循環システム水用の第２の（ＨＨＲ）入口１０４、補給水用の第３の（ＨＨＲ）入口１０５、プラットフォームガス用の第１の（ＨＨＲ）出口１０６、及び脱気改質ガス用の第２の（ＨＨＲ）出口１０７を含むことができる。非メタン炭化水素を含む炭化水素ガス供給物６２は、蒸気発生器１２０から蒸気１２６を受け取る混合器１３０に供給される。混合器１３０は、混合物中に炭化水素ガス供給物流及び水（例えば、蒸気）を含む、対応する供給ガス１３２を出力する。例えば第１の熱交換器１７２、第２の熱交換器１７４、及び第３の熱交換器１７６として示される伝熱式熱交換器（ＨＥＸ）１７０は、高温側熱交換流体として改質物流１５２からの熱を用いて炭化水素ガス供給物６２及び対応する供給流の温度を調整するために混合器１３０の上流及び下流に含まれ得る。次いで、供給ガス１３２は過熱器１４０に供給され、これは、選択された温度まで供給ガス１３２を過熱し、過熱供給ガス１４２を出力する。次いで、過熱供給ガス１４２は、過熱供給ガス１４２中の非メタン炭化水素の少なくとも一部を、平衡水蒸気改質及びメタン化反応を介して、二酸化炭素、水素、及びメタンに反応させるように適合された触媒を含有する、第１の（ＨＨＲ）反応器１５０に供給される。様々な実施形態における第１（ＨＨＲ）及び第２（ＳＮＧ）反応器に好適な触媒は、特に限定されず、市販の蒸気改質触媒などの様々な市販の触媒を含み得る。例としては、ＡＲ－４０１触媒（活性化マグネシウムアルミナスピネル支持体上のニッケル触媒；ペレット形態で又はＨａｌｄｏｒＴｏｐｓｏｅ製の穴を有するディスクで入手可能）、ＣＲＧ－ＬＨＲ触媒（ニッケル活性構成要素を有する沈殿触媒；Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｍａｔｔｈｅｙからペレット形態で入手可能）、ＭＣ－７５０Ｒ触媒（ニッケル系触媒；Ｕｎｉｃａｔからペレット形態で入手可能）、及びＲＥＦＯＲＭＡＸ １００ＲＳ触媒（ニッケル系触媒；Ｃｌａｒｉａｎｔからペレット形態で入手可能）が挙げられる。
第１の反応器１５０の生成物出力は、酸化炭素、水素、メタン、及び水を含む（湿潤）改質物１５２である。より一般的には、任意の数の第１の反応器１５０を、ＨＨＲモジュール１００の容量を増加させるために、例えば平行して使用することができる。第１の反応器１５０を出る改質物流１５２は、伝熱式熱交換器１７０に送られ、次いで冷却器又は水分離ユニット１６０に送られて水を除去することができ、これは、例えば蒸気発生器１２０に再循環することができる。図１１に示す実施形態では、冷却器１６０は、伝熱式熱交換器１７０を通過した後に凝縮したいくらかの水を除去するための第１の水分離器１６６を含むことができ、続いて、第２の水分離器１６６内の改質物から除去することができる水を更に冷却して凝縮させて、実質的に減少した水含有量を有する乾燥改質物１６７を形成するためのチラー１６４を含むことができる。水分離器１６６から回収されたシステム水は、脱気器１６８に送られて、第２の出口１０７を介して一部の改質物化合物（例えば、少量のメタン、二酸化炭素、水素）を分離して除去し、それによって再循環システム水流１６９を形成することができる。再循環システム水１６９は、下流モジュールからの更なる再循環システム水１１２、及び例えば収集点又は貯水器１６２内の第３の入口１０５を介して淡水又は補給水と混合されて、システム水１６３を蒸気発生器１２０へと戻すことができる。
乾燥した改質物１６７は、プラットフォームガス１１４として第１の出口１０６を介してＨＨＲモジュール１００を出る。いくつかの実施形態では、プラットフォームガス１１４は、更に下流の分離及び／又は反応ユニット動作を必要とせずに、メタン、水素、及び二酸化炭素の混合物として回収され、生成ガス７４として使用することができる。他の実施形態では、プラットフォームガス１１４は、１つ以上の更なる下流の分離及び／又は反応ユニット動作への供給物として送られる中間生成物を表すことができる。
図１２は、気化器１８０を更に含むＨＨＲモジュール１００の代替的な実施形態を示す。気化器１８０は、図１１に示すように、別法では蒸気発生器１２０に戻されるシステム水１６３の少なくとも一部を気化させる温熱交換流体として高温湿潤改質物１５２を受け取ることができるように、第１の反応器１５０の下流及び伝熱式熱交換器１７０の上流に配置することができる。図１２に示すように、システム水１６３の一部１８４は、液体水として蒸気発生器１２０へと、例えばそのボイラ１２２構成要素へと送られる。同様に、システム水１６３の一部１８６は、冷熱交換流体として気化器１８０に送られ、その上で高温改質物１５２によって気化され、次いで蒸気として蒸気発生器１２０へと、例えばその蒸気ドラム１２４構成要素へと送られる。
図１３は、ＨＨＲモジュール１００と直列の二酸化炭素分離器モジュール２００を含むモジュラ炭化水素又はガス変換システム５０を示す。二酸化炭素分離器モジュール２００は、二酸化炭素を含有する供給物のための第１の（ＣＯ２）入口２０２、分離された二酸化炭素のための第１の（ＣＯ２）出口２０６、及び二酸化炭素が低減された中間生成ガス又は最終生成ガスのための第２の（ＣＯ２）出口２０８を含み得る。図示されたように、ＨＨＲモジュール１００からのプラットフォームガス１１４は、第１の入口２０２を介してモジュール２００内の二酸化炭素分離器２１０へと供給される。例示的な二酸化炭素分離器２１０は、スクラバ（例えば、アミンスクラバ）、膜分離器などを含み得る。二酸化炭素リッチな流れは、例えば、追加の二酸化炭素生成物流７６として第１の出口２０６を介して分離器２１０及びモジュール２００を離れ、これはその後、燃料希釈剤として使用することができ、二酸化炭素反応物質の供給源としてＳＮＧ供給源へと添加される。二酸化炭素を減少させるか、又は実質的に含まない第２の流れは、例えばメタン及び水素の両方を含有する生成物流７４として、第１の出口２０８を介して分離器２１０及びモジュール２００を離れる。いくつかの実施形態では、生成物流７４は、原料プラットフォームガスと同様に、Ｃ１炭化水素又は主にＣ１及びＣ２を含有する炭化水素の混合物などの他の燃料構成要素、例えばパイプラインメタン又はその他の主にメタン流とブレンドすることができる、青色水素リッチタービン燃料として使用することができる。いくつかの実施形態では、メタン／水素混合物は、中間生成物流２１２として取り出され、他の下流モジュールへと（例えば、水素分離及び／又はＳＮＧ生成のために）供給することができる。
図１４は、ＨＨＲモジュール１００と直列するＳＮＧモジュール４００を含むモジュラ炭化水素又はガス変換システム５０を示す。ＳＮＧモジュール４００は、水素及び酸化炭素を含有する供給物のための第１の（ＳＮＧ）入口４０２、合成天然ガスのための第１の（ＳＮＧ）出口４０６、及び再循環システム水のための第２の（ＳＮＧ）出口４０８を含み得る。図示されたように、ＨＨＲモジュール１００からのプラットフォームガス１１４は、第１の入口４０２を介してモジュール４００内における、加熱器４１０、例えば伝熱式熱交換器へと供給される。プラットフォームガス１１４は、水素、酸化炭素、及びメタンの混合物を含み、加熱器４１０によって選択された温度に加熱された後、メタン化反応を介して酸化炭素及び水素の少なくとも一部をメタン及び水へと反応させるように適合された触媒を含有する第２の（ＳＮＧ）反応器４２０に供給される。第２の反応器４２０の生成物出力は、メタン及び水を含む湿潤合成天然ガス４２２である。より一般的には、任意の数の第２の反応器４２０を、ＳＮＧモジュール４００の容量を増加させるために、例えば平行して使用することができる。第２の反応器４２０を出る湿潤合成天然ガス４２２は、伝熱式熱交換器（例えば、加熱器４１０）を通過し、次いで冷却器又は水分離ユニット４３０へと送られて水を除去することができ、これは、例えばＨＨＲモジュール１００に再循環することができる。図１４に示す実施形態では、冷却器４３０は、水分離器４３６内の湿潤ガスから除去されて実質的に減少した水含有量を有する乾燥合成天然ガス４３７を形成することができる水を、冷却及び凝縮するためのチラー４３４を含み得る。乾燥合成天然ガス４３７は、高レベルの又は実質的に純粋なメタンを含有する生成ガスとして、第１の出口４０６を介してＳＮＧモジュール４００を出る。水分離器４３６から回収されたシステム水は、更に再循環システム水流１１２として、第２の出口４０８を介してＨＨＲモジュール１００にフィードバックすることができる。
図１５は、ＨＨＲモジュール１００と直列する二酸化炭素分離器モジュール２００、水素分離器モジュール３００、及びＳＮＧモジュール４００を含む、モジュラ炭化水素又はガス変換システム５０を示す。二酸化炭素分離器モジュール２００及びＳＮＧモジュール４００は、図１３及び図１４のモジュラ実施形態について実質的に上記したように動作し、主な違いは、水素分離器モジュール３００は、メタンリッチ生成物流を形成するために酸化炭素と水素の混合物をＳＮＧモジュール４００へと送る前に、生成物として高純度水素を取り出すことができる点である。水素分離器モジュール３００は、水素及び酸化炭素を含有する供給物のための第１の（Ｈ２）入口３０２、高純度水素ガスのための第１の（Ｈ２）出口３０４、ＳＮＧ供給物としての圧縮テールガスのための第２の（Ｈ２）出口３０６、及び代替メタン含有生成ガスとしての圧縮テールガスのための第３の（Ｈ２）出口３０８を含み得る。図示されたように、二酸化炭素分離器モジュール２００からの中間生成ガス２１２は、第１の入口３０２を介してモジュール３００内の水素分離器３１０へと供給される。例示的な水素分離器３１０は、ＰＳＡ分離器、膜分離器などを含み得る。水素リッチ流は、例えば高純度水素ガス７２として、第１の出口３０４を介して分離器３１０及びモジュール３００を離れる。次いで、水素分離器３１０を出るテールガス３１２は、圧縮機３２０内で圧縮されて、圧縮テールガス３２２の出力を提供する。いくつかの実施形態では、圧縮テールガス３２２の一部（又は全部）は、追加の生成物流７６Ｂ（例えば、主に二酸化炭素を含有する追加の生成物流７６Ａ）として第３の出口３０８を介して取り出すことができる。いくつかの実施形態では、圧縮テールガス３２２の一部（又は全部）は、第２の出口３０６を介して、酸化炭素及び水素を含有するＳＮＧ供給流としてＳＮＧモジュール４００へと供給される。いくつかの実施形態では、（例えば、その第１の出口２０６を介して）上流二酸化炭素分離器２１０からの二酸化炭素流（又はトリム流）の一部は、ＳＮＧモジュール４００に供給される圧縮テールガス３１２が、ＳＮＧモジュール４００におけるメタンへのより高い変換を促進するための追加の酸化炭素反応物を含有するように、圧縮前にテールガス３２２へと添加することができる。
図１５に示す実施形態の代替実施形態では、ＳＮＧモジュール４００を省略することができる。そのような場合、モジュラシステム５０の２つの主要な生成物は、水素ガス流７２及び圧縮テールガス流７６Ｂを含む。
図１５に示す実施形態の別の代替実施形態では、モジュラシステムは、プラットフォームガス１１４の一部（又は全部）をＳＮＧモジュール４００へと直接供給することができ、したがって二酸化炭素分離器モジュール２００及び水素分離器モジュール３００をバイパスすることができるように、バイパスラインを含み得る。例えば、二酸化炭素分離器モジュール２００の上流のプラットフォームガス１１４ライン上の好適なフロースプリッタは、システム５０が、図１４（すなわち、一次生成物としてのメタン）、図１５（すなわち、一次生成物としての水素及びメタン）、又は２つの実施形態のユーザ所望の組合せに示すように動作することができるように、プラットフォームガス１１４の分配を可能にする。
以下の実施例は、本開示による炭化水素変換システムの例示的な組成及び流れ条件を提供するプロセスシミュレーションを含む。
実施例１
以下の表５は、生成物流を富化するための原料フレア／随伴ガスバイパス流を組み込んだ、図８に一般的に示されるプロセスの例示的な組成値を提供する。入口供給ガスは、典型的なフレアガスの代表であり、約６０～６５モル％のメタン、約３０～３５モル％のエタンとプロパンとの合計、約１～５モル％のより重い炭化水素（Ｃ４＋）を含有する。「処理ガス」及び「生成ガス」カラムとしては、システム内で生成される水素ガスの割合が含まれており、これは、ガス変換システムのスループットに基づいて約１０～５０モル％若しくは２０～２５モル％、又は供給ガス全体（すなわち、バイパス量＋ガス変換システムのスループット量の合計）に基づいて約６～１０モル％となる。水素構成要素がガス変換システムの出力から分離される一実施形態では、「処理ガス」カラム内の水素量は実質的に純粋な水素流で回収され、他の構成要素の濃度は、それに応じて比例して増加する（例えば、水素分離並びに可能な二酸化炭素分離に基づく）。
実施例２
実施例１と同様に、以下の表６は、生成物流の富化のための原料フレア／随伴ガスバイパス流、並びに２つの追加の生成物流のための水素分離及び二酸化炭素分離の両方を組み込んだ、図１０に一般的に示されるプロセスの例示的な組成値を提供する。
実施例３～実施例６
実施例３～実施例６は、同じプロセス装置の設置された構成を用いる制御可能な可変組成プラットフォームガスを提供する本開示に従ったＨＨＲモジュールの能力を示しているが、最初の（ＨＨＲ）反応器のために異なる入口蒸気：炭素比及び温度により変化する。ＨＨＲモジュールは図１１に示す通りであり、炭化水素ガス供給物は純粋なエタンである。以下の表７～表１０は、第１の（ＨＨＲ）反応器への過熱入口、第１の（ＨＨＲ）反応器からの湿潤改質物出口、及びＨＨＲモジュールの乾燥改質物プラットフォームガスのための流れ条件を提供する（すなわち、それぞれ、図１１中の流れ１４２、１５２、及び１６７）。
実施例７
実施例７は、モジュラシステム設計を用いて、水素、メタン、及び二酸化炭素の複数の高純度生成物流を提供するための、本開示による炭化水素変換システムの能力を示す。炭化水素変換システムは、図１１及び図１５に示すように、ＨＨＲモジュール、二酸化炭素分離器、水素分離器モジュール、及びＳＮＧモジュールを含む。ＨＨＲモジュールは、実施例４について上記したように高い反応器温度で水素主生成物について上記したように動作し、炭化水素ガス供給物は、純粋なエタンである。以下の表１１は、図１６に示す様々なプロセス流の流れ条件を提供する。
米国特許出願公開第２０１９／００２４００３号は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
特定の動作要件及び環境に適合するように変更された他の修正及び変更が当業者には明らかであるので、本開示は、例示の目的で選択された例に限定されるとは考えられず、本開示の真の趣旨及び範囲から逸脱しない全ての変更及び修正を包含する。
したがって、上記の説明は、理解を明確にするためにのみ与えられており、本開示の範囲内の修正は当業者には明らかであり得るので、そこから不必要な制限は理解されるべきではない。
本明細書で引用される全ての特許、特許出願、政府刊行物、政府規制、及び参考文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。矛盾する場合、定義を含む本明細書が優先する。
本明細書を通して、組成物、プロセス、キット、又は器具が、構成要素、工程、又は材料を含むものとして記載されている場合、組成物、プロセス、又は器具は、特に記載のない限り、列挙された構成要素若しくは材料の任意の組合せを含むか、本質的にそれからなるか、又はそれからなることもできると考えられる。構成要素濃度は、特に明記しない限り、重量濃度で表すことができる。構成要素の組合せは、前述の開示を考慮して当業者によって理解されるように、均一及び／又は不均一な混合物を含むと考えられる。
図面の構成要素一覧
５０ 炭化水素（又はガス）変換システム
６０ システム供給物流（複数可）
６２ 炭化水素ガス供給物流
６４、６６ 追加の炭化水素供給物流又はバイパス／富化流（複数可）
７０ システム生成物流（複数可）
７２ 水素ガス流
７４ 生成ガス流
７６ 追加の生成物流（複数可）
８０ メタン分離器
８１ ＮＧＬ分離器
８２ ＮＧＬ動作タンク
９０ 補助システム（複数可）
１００ 重炭化水素反応器（ＨＨＲ）モジュール
１０２ 第１の入口（炭化水素供給物）
１０４ 第２の入口（再循環水）
１０５ 第３の入口（補給水）
１０６ 第１の出口（プラットフォームガス）
１０７ 第２の出口（脱気改質ガス）
１１２ 再循環システム水
１１４ プラットフォームガス
１２０ 蒸気発生器
１２２ ボイラ
１２４ 蒸気ドラム／リザーバ
１２６ 出力蒸気
１３０ 混合器
１３２ 供給ガス
１３４ 追加のフローミキサ（複数可）
１３６ 追加のフロースプリッタ（複数可）
１４０ 過熱器
１４２ 過熱供給ガス
１５０ 第１の反応器又は重炭化水素反応器（ＨＨＲ）
１５２ 第１の改質物
１５４ 加熱流又は熱交換流
１６０ 冷却器
１６２ 収集又は混合点／貯水器
１６３ システム水
１６４ チラー
１６６ 水分離器
１６７ 乾燥した第１の改質物
１６８ 脱気器
１６９ 再循環水流
１７０ 伝熱式熱交換器
１７２ 第１の熱交換器
１７４ 第２の熱交換器
１７６ 第３の熱交換器
１８０ 気化器
１８２ フロースプリッタ
１８４ 蒸気発生器／ボイラへの再循環水
１８６ 気化器又は蒸気発生器／リザーバへの再循環水
１８８ 蒸気発生器（又は蒸気ドラム）への蒸気
２００ 二酸化炭素分離器（ＣＯ２）モジュール
２０２ 第１の入口 ２０６ 第１の出口
２０８ 第２の出口
２１０ 二酸化炭素分離器
２１２ 中間生成物流
３００ 水素分離器（Ｈ２）モジュール
３０２ 第１の入口
３０４ 第１の出口
３０６ 第２の出口
３０８ 第３の出口
３１０ 水素分離器
３１２ テールガス
３２０ 圧縮機
３２２ 圧縮テールガス
４００ 合成天然ガス（ＳＮＧ）モジュール
４０２ 第１の入口
４０６ 第１の出口
４０８ 第２の出口
４１０ 加熱器（又は熱交換器）
４２０ 第２の反応器又は合成天然ガス（ＳＮＧ）反応器
４２２ 湿潤合成天然ガス
４３０ 冷却器
４３４ チラー
４３６ 水分離器
４３７ 乾燥合成天然ガス
４３９ 再循環水

Claims (36)

  1. 非メタン炭化水素及び任意選択的にメタンを含む炭化水素ガス供給物流を変換して、（ｉ）水素ガス流及び（ｉｉ）メタンを含む生成ガス流のうち少なくとも１つを形成するための炭化水素変換システムであって、
    重炭化水素改質（heavy hydrocarbon reforming：ＨＨＲ）モジュールであって、
    前記炭化水素ガス供給物流を受け取るための第１の入口と、
    システム水を受け取るための第２の入口と、
    メタン及び水素を含むプラットフォームガスを送達するための第１の出口と、
    （ｉ）システム水を受け取り、（ｉｉ）蒸気を出力するように適合された蒸気発生器と、
    （ｉ）前記第１の入口からの前記炭化水素ガス供給物流と前記蒸気発生器からの前記蒸気との混合物を含む供給ガスを受け取り、（ｉｉ）前記供給ガスを所定の温度範囲まで過熱して、過熱供給ガスを形成するように適合された過熱器と、
    第１の触媒を含有し、前記第１の反応器と流体連通して前記過熱器から前記過熱供給ガスを受け取るように適合された、第１の反応器であって、前記第１の反応器及び前記第１の触媒が、前記過熱供給ガス中の前記非メタン炭化水素の少なくとも一部を、酸化炭素、水素、メタン、及び水に反応させ、それによって前記酸化炭素、前記水素、前記メタン、及び水を含む第１の改質物を形成するように適合された、第１の反応器と、
    （ｉ）前記冷却器と流体連通している前記第１の反応器から前記第１の改質物を受け取り、（ｉｉ）前記第１の改質物から前記水の少なくとも一部を分離し、それによって、（ｉ）前記プラットフォームガスとして前記第１の出口と流体連通している乾燥した第１の改質物及び（ｉｉ）前記蒸気発生器及び前記第２の入口と流体連通している再循環システム水流を提供するように適合された冷却器と、
    を備える重炭化水素改質（ＨＨＲ）モジュール
    を備える、炭化水素変換システム。
  2. 前記炭化水素ガス供給物流を受け取るために前記第１の入口と流体連通しており、前記出力蒸気を受け取るために前記蒸気発生器と流体連通している混合器であって、前記混合器が、（ｉ）前記炭化水素ガス供給物流及び前記蒸気の少なくとも一部をフロー制御し、（ｉｉ）前記混合器と流体連通している前記過熱器に前記供給ガスを出力するように適合されている、混合器を更に備える、請求項１に記載の炭化水素変換システム。
  3. 前記蒸気発生器と前記過熱器との間に配置された第１の熱交換器であって、前記第１の熱交換器が、前記蒸気発生器からの前記供給ガスを第１の冷熱交換流体として受け取り、かつ前記第１の改質物を第１の温熱交換流体として受け取り、それによって、前記過熱器に送達される前記供給ガスを加熱するように適合された、第１の熱交換器と、
    前記第１の入口と前記蒸気発生器との間に配置された第２の熱交換器であって、前記第２の熱交換器が、前記第１の入口からの前記炭化水素ガス供給物流を第２の冷熱交換流体として受け取り、かつ前記第１の改質物を第２の温熱交換流体として受け取り、それによって、前記炭化水素ガス供給物流を加熱して前記蒸気と混合し、前記供給ガスを提供するように適合された、第２の熱交換器と、
    前記冷却器と前記蒸気発生器との間に配置された第３の熱交換器であって、前記第３の熱交換器が、前記冷却器及び前記第２の入口からの前記再循環システム水流を第３の冷熱交換流体として受け取り、かつ前記第１の改質物を第３の温熱交換流体として受け取り、それによって、前記蒸気発生器に送達される前記再循環システム水流を加熱し、前記冷却器に送達される前記第１の改質物を冷却するように適合された、第３の熱交換器と、
    を更に備える、請求項１に記載の炭化水素変換システム。
  4. 前記第１の反応器と前記第１の熱交換器との間に配置された気化器熱交換器（vaporizer heat exchanger）であって、前記気化器熱交換器が、前記システム水の少なくとも一部を前記気化器冷熱交換流体として受け取り、かつ前記第１の改質物を前記気化器温熱交換流体として受け取り、それによって、前記蒸気発生器又はその下流に蒸気として送達される前記システム水の前記一部を加熱して気化させるように適合された、気化器熱交換器を更に備える、請求項３に記載の炭化水素変換システム。
  5. （ｉ）前記システム水を受け取り、（ｉｉ）前記システム水の少なくとも一部を前記蒸気発生器へと送達し、（ｉｉｉ）前記システム水の少なくとも一部を前記気化器熱交換器に送達するように適合されたフロースプリッタを更に備える、請求項４に記載の炭化水素変換システム。
  6. 前記第１の反応器と前記第１の冷却器との間に配置された気化器熱交換器であって、前記気化器熱交換器が、前記システム水の少なくとも一部を前記気化器冷熱交換流体として受け取り、かつ前記第１の改質物を前記気化器温熱交換流体で受け取り、それによって、前記蒸気発生器又はその下流に蒸気として送達される前記システム水の前記一部を加熱して気化させるように適合された、気化器熱交換器を更に備える、請求項１に記載の炭化水素変換システム。
  7. （ｉ）前記システム水を受け取り、（ｉｉ）前記システム水の少なくとも一部を前記蒸気発生器のボイラ部分に送達し、（ｉｉｉ）前記システム水の少なくとも一部を前記蒸気発生器の蒸気リザーバ部分に送達するように適合されたフロースプリッタを更に備える、請求項１に記載の炭化水素変換システム。
  8. 前記冷却器が、
    （ｉ）前記第１の反応器からの前記第１の改質物と流体連通し、かつ前記第１の反応器からの前記第１の改質物の前記温度を低下させ、それによって前記第１の改質物から水を凝縮するように適合されたチラーと、
    （ｉｉ）前記チラーと流体連通し、かつ前記第１の改質物から前記凝縮水を除去し、それによって前記プラットフォームガス及び前記改質物水流を前記水分離器への出口として形成するように適合された、水分離器と、
    （ｉｉｉ）前記水分離器からの前記改質物水流と流体連通し、そこから同伴改質ガスを除去し、それによって前記再循環水流を形成するように適合された、脱気器と、
    を更に備える、請求項１に記載の炭化水素変換システム。
  9. 前記ＨＨＲモジュールが、メタン分離器、水素分離器、二酸化炭素分離器、及び合成天然ガス（synthetic natural gas：ＳＮＧ）反応器のうち少なくとも１つを含まない、請求項１に記載の炭化水素変換システム。
  10. 前記第１の反応器が、断熱反応器、等温反応器、温度上昇制御反応器、又は温度低下制御反応器として動作するように適合されている、請求項１に記載の炭化水素変換システム。
  11. 前記第１の反応器が、向流又は並流熱交換流体を受け取り、それによって、前記第１の触媒及び前記過熱供給ガスを含有する前記第１の反応器内の反応体積に熱を提供するように適合される、請求項１に記載の炭化水素変換システム。
  12. 前記炭化水素ガス供給物流中の前記非メタン炭化水素が、Ｃ２炭化水素、Ｃ３炭化水素、Ｃ４炭化水素、Ｃ５炭化水素、Ｃ６炭化水素、Ｃ１アルコール酸素化炭化水素、Ｃ２アルコール酸素化炭化水素、Ｃ３アルコール酸素化炭化水素、Ｃ４アルコール酸素化炭化水素、Ｃ５アルコール酸素化炭化水素、Ｃ６アルコール酸素化炭化水素、Ｃ７～Ｃ１５炭化水素、及びこれらの組合せから選択される、請求項１に記載の炭化水素変換システム。
  13. 前記炭化水素ガス供給物流が、メタンを含む、請求項１に記載の炭化水素変換システム。
  14. 前記炭化水素ガス供給物流が、メタンを実質的に含まない、請求項１に記載の炭化水素変換システム。
  15. （ｉ）非メタン炭化水素及びメタンを含む炭化水素ガス予備供給流を受け取り、（ｉｉ）前記メタンの少なくとも一部を前記予備供給流から分離し、それによって前記非メタン炭化水素を含む前記炭化水素ガス供給物流を前記第１の入口への供給物として提供するように適合された、メタン分離器を更に備える、請求項１に記載の炭化水素変換システム。
  16. 前記炭化水素変換システムが、前記ＨＨＲモジュールの第１の出口の下流に更なる分離又は反応器具を有さず、
    前記プラットフォームガスが、前記生成ガス流である、
    請求項１に記載の炭化水素変換システム。
  17. 前記ＨＨＲモジュールの前記第１の出口と流体連通し、かつ（ｉ）前記ＨＨＲモジュールから前記プラットフォームガスを受け取り、（ｉｉ）前記プラットフォームガス中に存在する二酸化炭素の少なくとも一部を分離し、それによって、（ｉ）二酸化炭素流と、（ｉｉ）前記プラットフォームガスからの前記メタン及び前記水素を含む前記生成ガス流とを提供するように適合された、二酸化炭素分離器を更に備える、請求項１に記載の炭化水素変換システム。
  18. 合成天然ガス（ＳＮＧ）モジュールであって、
    水素、酸化炭素、及び任意選択的にメタンを含むＳＮＧ供給流を受け取るための第１の入口であって、前記ＳＮＧモジュールの前記第１の入口が前記ＨＨＲモジュールの前記第１の出口と流体連通している、第１の入口と、
    前記メタンを含む前記生成ガス流を送達するための第１の出口と、
    前記再循環システム水を送達するための第２の出口であって、前記ＳＮＧモジュールの前記第２の出口が前記ＨＨＲモジュールの前記第２の入口と流体連通している、第２の出口と、
    （ｉ）前記ＳＮＧ供給流を受け取り、（ｉｉ）前記ＳＮＧ供給流を所定の温度範囲まで加熱して、加熱されたＳＮＧ供給ガスを形成するように適合された加熱器と、
    第２の触媒を含有し、前記第２の反応器と流体連通して前記加熱器から前記加熱されたＳＮＧ供給ガスを受け取るように適合された第２の反応器（ＳＮＧ）であって、前記第２の反応器及び前記第２の触媒が、前記加熱されたＳＮＧ供給ガス中の前記酸化炭素及び前記水素の少なくとも一部を変換メタン及び水に反応させ、それによって、前記変換メタン及び前記水を含む湿潤合成天然ガスを形成するように適合され、前記湿潤合成天然ガスが、前記ＳＮＧ供給流よりも高い全体的なメタンモル分率を有する、第２の反応器と、
    （ｉ）前記冷却器と流体連通している前記第２の反応器から前記湿潤合成天然ガスを受け取り、（ｉｉ）前記湿潤合成天然ガスから前記水の少なくとも一部を分離し、それによって、（ｉ）前記生成ガスとして前記第１の出口と流体連通している乾燥合成天然ガスと、（ｉｉ）前記第２の出口と流体連通している再循環システム水流とを提供するように適合された、冷却器と、
    を備える合成天然ガス（ＳＮＧ）モジュールと、
    を更に備える、請求項１に記載の炭化水素変換システム。
  19. 前記ＨＨＲモジュールの前記第１の出口と流体連通し、かつ（ｉ）前記ＨＨＲモジュールから前記プラットフォームガスを受け取り、（ｉｉ）前記プラットフォームガス中に存在する二酸化炭素の少なくとも一部を分離し、それによって、（ｉ）二酸化炭素流と、（ｉｉ）前記メタン、前記水素、及び前記プラットフォームガスからの未分離酸化炭素を含む中間生成ガス流とを提供するように適合された、二酸化炭素分離器と、
    水素分離器モジュールであって、
    前記二酸化炭素分離器から前記中間生成ガス流を受け取り、前記二酸化炭素分離器と流体連通するための第１の入口と、
    前記水素ガス流を送達するための第１の出口と、
    水素、酸化炭素、及びメタンを含む圧縮テールガスを送達するための第２の出口と、
    （ｉ）前記中間生成ガスを受け取り、かつ（ｉｉ）前記中間生成ガスから前記水素の少なくとも一部を分離し、それによって、（ｉ）前記水素ガス流と、（ｉｉ）水素、酸化炭素、及びメタンを含むテールガスとを提供するように適合された、水素分離器と、
    前記テールガスを受け取り圧縮し、それによって前記圧縮テールガスを前記生成ガスとして提供するように適合された圧縮機と、
    を備える水素分離器モジュールと、
    を更に備える、請求項１に記載の炭化水素変換システム。
  20. 前記ＨＨＲモジュールの前記第１の出口と流体連通し、かつ（ｉ）前記ＨＨＲモジュールから前記プラットフォームガスを受け取り、（ｉｉ）前記プラットフォームガス中に存在する二酸化炭素の少なくとも一部を分離し、それによって、（ｉ）二酸化炭素流と、（ｉｉ）前記メタン、前記水素、及び前記プラットフォームガスからの未分離酸化炭素を含む中間生成ガス流とを提供するように適合された、二酸化炭素分離器と、
    水素分離器モジュールであって、
    前記二酸化炭素分離器から前記中間生成ガス流を受け取り、前記二酸化炭素分離器と流体連通するための第１の入口と、
    前記水素ガス流を送達するための第１の出口と、
    水素、酸化炭素、及びメタンを含む圧縮テールガスを送達するための第２の出口と、
    （ｉ）前記中間生成ガスを受け取り、かつ（ｉｉ）前記中間生成ガスから前記水素の少なくとも一部を分離し、それによって、（ｉ）前記水素ガス流と、（ｉｉ）水素、酸化炭素、及びメタンを含むテールガスとを提供するように適合された、水素分離器と、
    前記テールガスを受け取り圧縮するように適合された圧縮機と、
    を備える水素分離器モジュールと、
    合成天然ガス（ＳＮＧ）モジュールであって、
    水素、酸化炭素、及び任意選択的にメタンを含むＳＮＧ供給流を受け取るための第１の入口であって、前記ＳＮＧモジュールの前記第１の入口が前記水素分離器モジュールの前記第２の出口と流体連通している、第１の入口と、
    前記メタンを含む前記生成ガス流を送達するための第１の出口と、
    前記再循環システム水を送達するための第２の出口であって、前記ＳＮＧモジュールの前記第２の出口が前記ＨＨＲモジュールの前記第２の入口と流体連通している、第２の出口と、
    （ｉ）前記ＳＮＧ供給流を受け取り、（ｉｉ）前記ＳＮＧ供給流を所定の温度範囲まで加熱して、加熱されたＳＮＧ供給ガスを形成するように適合された加熱器と、
    第２の触媒を含有し、前記第２の反応器と流体連通して前記加熱器から前記加熱されたＳＮＧ供給ガスを受け取るように適合された第２の反応器（ＳＮＧ）であって、前記第２の反応器及び前記第２の触媒が、前記加熱されたＳＮＧ供給ガス中の前記酸化炭素及び前記水素の少なくとも一部を変換メタン及び水に反応させ、それによって、前記変換メタン及び前記水を含む湿潤合成天然ガスを形成するように適合され、前記湿潤合成天然ガスが、前記ＳＮＧ供給流よりも高い全体的なメタンモル分率を有する、第２の反応器と、
    （ｉ）前記冷却器と流体連通している前記第２の反応器から前記合成天然湿潤処理ガスを受け取り、（ｉｉ）前記湿潤合成天然ガスから前記水の少なくとも一部を分離し、それによって、（ｉ）前記生成ガスとして前記第１の出口と流体連通している乾燥合成天然ガスと、（ｉｉ）前記第２の出口と流体連通している再循環システム水流とを提供するように適合された、冷却器と、
    を備える合成天然ガス（ＳＮＧ）モジュールと、
    を更に備える、請求項１に記載の炭化水素変換システム。
  21. 非メタン炭化水素及び任意選択的にメタンを含む炭化水素ガス供給物流から（ｉ）水素ガス流及び（ｉｉ）生成ガス流を形成するための炭化水素変換システムであって、ガス変換システムが、
    （ｉ）混合物中に前記炭化水素ガス供給物流と水とを含む供給ガスを受け取り、（ｉｉ）前記供給ガスを所定の温度範囲まで過熱して、過熱供給ガスを形成するように適合された過熱器と、
    第１の触媒を含有し、前記第１の反応器と流体連通して前記過熱器から前記過熱供給ガスを受け取るように適合された第１の反応器であって、前記第１の反応器及び前記第１の触媒が、前記過熱供給ガス中の非メタン炭化水素の少なくとも一部を、酸化炭素及び水素に反応させ、それによって前記酸化炭素、前記水素、及び任意選択的にメタンを含む第１の改質物を形成するように適合された、第１の反応器と、
    （ｉ）前記水素分離器と流体連通している前記第１の反応器から前記第１の改質物を受け取り、（ｉｉ）前記改質物から前記水素の少なくとも一部を分離し、それによって、（ｉ）前記分離された水素を含む前記水素ガス流と、別個に、（ｉｉ）前記酸化炭素を含む前記生成ガス流とを提供するように適合された、水素分離器と、
    を備える、炭化水素変換システム。
  22. （ｉ）システム水を受け取り、（ｉｉ）蒸気を出力するように適合された蒸気発生器と、
    前記炭化水素ガス供給物流を受け取るために入口と流体連通しており、前記出力蒸気を受け取るために前記蒸気発生器と流体連通している混合器であって、前記混合器が、（ｉ）前記炭化水素ガス供給物流及び前記蒸気の少なくとも一部をフロー制御し、（ｉｉ）前記混合器と流体連通している前記過熱器に前記供給ガスを出力するように適合されている、混合器を更に備える、請求項２１に記載の炭化水素変換システム。
  23. 前記第１の反応器を出る前記第１の改質物が、水を更に含み、
    前記システムが、（ｉ）前記冷却器と流体連通する前記第１の反応器から前記第１の改質物を受け取り、（ｉｉ）前記第１の改質物から前記水の少なくとも一部を分離し、それによって、前記水素分離器と流体連通し、前記水素分離器に供給される乾燥した第１の改質物を提供するように適合された冷却器を更に備える、
    請求項２１に記載の炭化水素変換システム。
  24. 第２の触媒を含有し、前記第２の反応器と流体連通して前記過熱器から前記過熱供給ガスを受け取るように適合された、第２の反応器であって、前記第２の反応器及び前記第２の触媒が、前記過熱供給ガス中の非メタン炭化水素の少なくとも一部を、酸化炭素及び水素に反応させ、それによって前記酸化炭素、前記水素、及び任意選択的にメタンを含む第２の改質物を形成するように適合された、第２の反応器を更に含み、
    前記第１の反応器及び前記第２の反応器が、各々が前記過熱供給ガスの一部と流体連通し、かつ前記過熱供給ガスの一部を受け取るように適合されるように平行しており、
    前記第１の改質物及び前記第２の改質物が、前記水素分離器と流体連通する単一の改質物に組み合わされ、かつ前記水素分離器に供給される、
    請求項２１に記載の炭化水素変換システム。
  25. 前記第１の反応器が、断熱反応器又は等温反応器として動作するように適合される、請求項２１に記載の炭化水素変換システム。
  26. 前記第１の反応器が、向流の熱交換流体を受け取り、それによって、前記第１の触媒及び前記過熱供給ガスを含有する前記第１の反応器内の反応体積に熱を提供するように適合される、請求項２１に記載の炭化水素変換システム。
  27. （ｉ）非メタン炭化水素及びメタンを含む炭化水素ガス予備供給流を受け取り、（ｉｉ）前記メタンの少なくとも一部を前記予備供給流から分離し、それによって前記非メタン炭化水素を含む前記炭化水素ガス供給物流を前記過熱器への供給物として提供するように適合された、メタン分離器を更に備える、請求項２１に記載の炭化水素変換システム。
  28. 前記炭化水素ガス供給物流中の前記非メタン炭化水素が、Ｃ２炭化水素、Ｃ３炭化水素、Ｃ４炭化水素、Ｃ５炭化水素、Ｃ６炭化水素、及びこれらの組合せから選択される、請求項２１に記載の炭化水素変換システム。
  29. 前記炭化水素ガス供給物流が、メタンを含む、請求項２１に記載の炭化水素変換システム。
  30. 前記炭化水素ガス供給物流が、メタンを実質的に含まない、請求項２１に記載の炭化水素変換システム。
  31. 前記水素分離器が、前記水素ガス流中に少なくとも９９．９７モル％の水素含有量を提供するように適合されている、請求項２１に記載の炭化水素変換システム。
  32. 前記水素分離器が、膜分離器、圧力スイング吸着（pressure-swing adsorption：ＰＳＡ）分離器、及び極低温分離器からなる群から選択される、請求項２１に記載の炭化水素変換システム。
  33. 二酸化炭素分離器を更に含む、請求項２１に記載の炭化水素変換システム。
  34. 非メタン炭化水素及び任意選択的にメタンを含む炭化水素ガス供給物流から（ｉ）任意選択的に水素ガス流及び（ｉｉ）生成ガス流を形成するための炭化水素変換システムであって、前記ガス変換システムが、
    （ｉ）混合物中に前記炭化水素ガス供給物流と水とを含む供給ガスを受け取り、（ｉｉ）前記供給ガスを所定の温度範囲まで過熱して、過熱供給ガスを形成するように適合された過熱器と、
    第１の触媒を含有し、前記第１の反応器と流体連通して前記過熱器から前記過熱供給ガスを受け取るように適合された第１の反応器であって、前記第１の反応器及び前記第１の触媒が、前記過熱供給ガス中の非メタン炭化水素の少なくとも一部を、酸化炭素及び水素に反応させ、それによって前記酸化炭素、前記水素、及び任意選択的にメタンを含む第１の改質物を形成するように適合された、第１の反応器と、
    第２の触媒を含有し、重炭化水素反応器として第１のモードで動作し、又は合成ガス反応器として第２のモードで動作するように適合された、第２の反応器であって、
    （ｉ）前記第１のモード（ＨＨＲ）において、前記第２の反応器が、前記第２の反応器と流体連通して前記過熱器から前記過熱供給ガスを受け取るように適合され、前記第２の反応器及び前記第２の触媒が、前記過熱供給ガス中の非メタン炭化水素の少なくとも一部を、酸化炭素及び水素に反応させ、それによって前記酸化炭素、前記水素、及び任意選択的にメタンを含む第２の改質物を形成するように適合され、かつ
    （ｉｉ）前記第２のモード（ＳＮＧ）において、前記第２の反応器が、前記第２の反応器と流体連通している前記第１の反応器から前記第１の改質物を受け取るように適合され、前記第２の反応器及び前記第２の触媒が、前記第１の改質物中の前記酸化炭素及び前記水素の少なくとも一部を変換メタンへと変換し、それによって前記変換メタンを含む合成天然湿潤処理ガスを形成するように適合され、前記合成天然湿潤処理ガスが、前記炭化水素ガス供給物流よりも全体的に高いメタンモル分率を有する、
    第２の反応器と、
    第１のフロースプリッタと流体連通している、前記過熱器から前記過熱供給ガスを受け取るように適合された第１のフロースプリッタであって、
    （ｉ）前記第２の反応器の前記第１のモード（ＨＨＲ）において、前記第１のフロースプリッタが、前記過熱供給ガスの少なくとも一部を前記第１の反応器及び前記第２の反応器の両方へと平行して供給するように適合されることで、各々が前記過熱供給ガスの一部と流体連通し、前記過熱供給ガスの一部を受け取るように適合され、
    （ｉｉ）前記第２の反応器の前記第２のモード（ＳＮＧ）において、前記第１のフロースプリッタが、（Ａ）前記過熱供給ガスの少なくとも一部を前記第１の反応器へと供給し、（Ｂ）前記第２の反応器への前記過熱供給ガスの流れを防止するように適合される、
    第１のフロースプリッタと、
    前記第１の反応器及び前記第２の反応器と流体連通する第１のフローミキサであって、
    （ｉ）前記第２の反応器の前記第１のモード（ＨＨＲ）において、前記第１のフローミキサが、前記第１の改質物及び前記第２の改質物を受け取り、単一の改質物へと組み合わされるように適合され、
    （ｉｉ）前記第２の反応器の前記第２のモード（ＳＮＧ）において、前記第１のフローミキサが、前記第１の改質物のみを受け取るように適合される、
    第１のフローミキサと、
    前記第１のフローミキサと流体連通する第２のフロースプリッタであって、
    （ｉ）前記第２の反応器の前記第１のモード（ＨＨＲ）において、前記第２のフロースプリッタが、（Ａ）前記組み合わされた第１の改質物及び第２の改質物を受け取り、（Ｂ）前記第２の反応器への前記組み合わされた第１の改質物及び第２の改質物の流れを防止するように適合され、
    （ｉｉ）第２の反応器の第２のモード（ＳＮＧ）において、第２のフロースプリッタが、（Ａ）第１の改質物のみを受け取り、（Ｂ）第１の改質物の少なくとも一部を第２の反応器へと供給するように適合されている、
    第２のフロースプリッタと、
    を備える、炭化水素変換システム。
  35. 水素分離器であって、前記第２の反応器の前記第１のモード（ＨＨＲ）において、前記水素分離器が、（ｉ）前記水素分離器と流体連通する前記第２のフロースプリッタから前記組み合わされた第１の改質物及び第２の改質物を受け取り、（ｉｉ）前記組み合わされた第１の改質物及び第２の改質物から前記水素の少なくとも一部を分離し、それによって、（ｉ）前記分離された水素を含む前記水素ガス流と、別個に、（ｉｉ）前記酸化炭素を含む前記生成ガス流とを提供するように適合されている、水素分離器を更に含む、請求項３４に記載の炭化水素変換システム。
  36. 非メタン炭化水素及び任意選択的にメタンを含む炭化水素ガス供給物流から（ｉ）水素ガス流及び（ｉｉ）生成ガス流のうち少なくとも１つを形成するための方法であって、
    前記炭化水素ガス供給物流を請求項１～３５のいずれか一項に記載の炭化水素変換システムへと供給し、それによって（ｉ）水素ガス流及び（ｉｉ）生成ガス流のうち少なくとも１つを形成することと、
    任意選択的に、追加の生成物流を前記水素ガス流及び前記生成ガス流のうち少なくとも１つへと添加し、それによって選択された組成を有する設計者燃料流（designer fuel stream）を形成することと、
    を含む、方法。
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