JP5384649B2 - 炭素質フィードストックのガス化のための方法 - Google Patents

Description

〔関連出願の相互参照〕
本出願は、米国特許法１１９条のもと、米国仮出願番号 ６１／０９８、４７７（出願日２００８年９月１９日）（これの開示はあたかも十分に記載しているかのようにする全ての目的で、参照により本明細書に組み入れられる）からの優先権を主張する。

本出願は、本出願人が所有する、同時に出願した、米国仮特許出願番号 ／ （代理人整理番号 ＦＮ−００３９ ＵＳ ＮＰ１、発明の名称「チャーメタン化触媒及びガス化方法におけるその使用」）（これの開示は、あたかも十分に記載しているかのようにする全ての目的で、参照により、本明細書に組み入れられる）に関連している。

本発明は、ガス生成物を、特にスチームの存在下で炭素質フィードストックの触媒ガス化を介してメタンを製造するための方法であって、ここで一酸化炭素又は水素の触媒ガス化装置への再循環がない、上記方法に関する。

一層高くなるエネルギー価格や環境問題などの数多くの要因を考慮して、石油コークスや石炭などの、燃料価値のより低い、炭素質フィードストックから、付加価値のあるガス生成物を製造することが、新たな注目を集めている。メタン及び他の付加価値のあるガスを製造するための、かかる原料の触媒ガス化が、例えば、特許文献１〜４９に開示されている。

一般に、石炭又は石油コークス等の炭素質材料を、アルカリ金属触媒源とスチームの存在のもと、高温高圧で、材料のガス化により、メタンなどの付加価値のあるガスを含む、複数のガスに変えることができる。微粉の未反応の炭素質材料は、触媒ガス化装置によって製造された原料ガスから除去され、そのガスは、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、及び硫化水素などの不必要な夾雑物と他の副生物を除去するために、多数の方法において、冷却され洗浄される。

反応の正味の熱をできる限り中立に近く（僅かの発熱、又は、吸熱のみ；即ち、反応が熱的に中立状態の下に行われる）に維持するために、再循環一酸化炭素、及び、水素のガス流が、しばしば、触媒ガス化装置に送られる。例えば、特許文献５、５０、及び２４を参照のこと。かかるガス・再循環・ループは、再循環・ガス流を、触媒ガス化装置への導入に適した温度と圧力にするために、少なくとも、追加の加熱要素、及び、加圧要素を、一般的に必要とする。さらに、メタン生成のためのかかるプロセスは、例えば、低温蒸留によって、再循環・ガスからメタンの分離を必要とすることがある。この様に行う場合には、メタン製造の、エンジニアリングの複雑さと総コストが大幅に増加する。

それゆえ、メタン製造の複雑さとコストを下げるために、ガス・再循環・ループが最小化された、及び／又は、除かれた、改良されたガス化方法への要求が依然としてある。

ＵＳ３８２８４７４ ＵＳ３９９８６０７ ＵＳ４０５７５１２ ＵＳ４０９２１２５ ＵＳ４０９４６５０ ＵＳ４２０４８４３ ＵＳ４４６８２３１ ＵＳ４５００３２３ ＵＳ４５４１８４１ ＵＳ４５５１１５５ ＵＳ４５５８０２７ ＵＳ４６０６１０５ ＵＳ４６１７０２７ ＵＳ４６０９４５６ ＵＳ５０１７２８２ ＵＳ５０５５１８１ ＵＳ６１８７４６５ ＵＳ６７９０４３０ ＵＳ６８９４１８３ ＵＳ６９５５６９５ ＵＳ２００３／０１６７９６Ａ１ ＵＳ２００６／０２６５９５３Ａ１ ＵＳ２００７／０００１７７Ａ１ ＵＳ２００７／０８３０７２Ａ１ ＵＳ２００７／０２７７４３７Ａ１ ＵＳ２００９／００４８４７６Ａ１ ＵＳ２００９／００９００５６Ａ１ ＵＳ２００９／００９００５５Ａ１ ＵＳ２００９／０１６５３８３Ａ１ ＵＳ２００９／０１６６５８８Ａ１ ＵＳ２００９／０１６５３７９Ａ１ ＵＳ２００９／０１７０９６８Ａ１ ＵＳ２００９／０１６５３８０Ａ１ ＵＳ２００９／０１６５３８１Ａ１ ＵＳ２００９／０１６５３６１Ａ１ ＵＳ２００９／０１６５３８２Ａ１ ＵＳ２００９／０１６９４４９Ａ１ ＵＳ２００９／０１６９４４８Ａ１ ＵＳ２００９／０１６５３７６Ａ１ ＵＳ２００９／０１６５３８４Ａ１ ＵＳ２００９／０２１７５８４Ａ１ ＵＳ２００９／０２１７５８５Ａ１ ＵＳ２００９／０２１７５９０Ａ１ ＵＳ２００９／０２１７５８６Ａ１ ＵＳ２００９／０２１７５８８Ａ１ ＵＳ２００９／０２１７５８９Ａ１ ＵＳ２００９／０２１７５７５Ａ１ ＵＳ２００９／０２１７５８７Ａ１ ＧＢ１５９９９３２ ＵＳ６９５５５９５

一態様において、本発明は、炭素質フィードストックから複数のガス生成物を発生させ、メタン生成物流を回収するための方法を提供するものであって、その方法は以下の工程を含む：
（ａ）炭素質フィードストック、酸素リッチガス流、アルカリ金属ガス化触媒、及びスチームを触媒ガス化装置に供給する；
（ｂ）炭素質フィードストックを、触媒ガス化装置中、スチーム、酸素リッチガス流、及びアルカリ金属ガス化触媒の存在下、且つ適した温度及び圧力下で反応させて、メタン、二酸化炭素、水素、一酸化炭素、及び硫化水素を含む複数のガス生成物を含む、第１のガス流を形成させる；
（ｃ）場合により、第１のガス流に存在する少なくとも一酸化炭素の一部及び少なくとも水素の一部を、触媒メタネーター中、耐硫黄性メタン化触媒の存在下反応させて、第１のメタン富化したガス流を生成させる；
（ｄ）第１のガス流（又は存在する場合、第１のメタン富化ガス流）から二酸化炭素の大部分及び硫化水素の大部分を除去して、第１のガス流（又は存在する場合、第１のメタン富化ガス流）からメタンの大部分を含む第２のガス流を生成させる；
（ｅ）場合により、第２のガス流が水素及び約１００ｐｐｍより大の一酸化炭素を含む場合、第２のガス流中に存在する一酸化炭素及び水素を、触媒メタネーター中、メタン化触媒の存在下反応させて、第２のメタン富化ガス流を生成させる；及び
（ｆ）第２のガス流（又は存在する場合、第２のメタン富化ガス流）を回収する、
ここにおいて、（ｉ）工程（ｃ）及び工程（ｅ）の少なくとも１つが存在し、（ii）第２のガス流（又は存在する場合、第２のメタン富化ガス流）がメタン生成物流であるか、又は第２のガス流（又は存在する場合、第２のメタン富化ガス流）が精製され、メタン生成物流を発生させる。

第２の態様において、本発明は、炭素質フィードストックから複数のガス生成物を発生させ、メタン生成物流を回収するための連続方法を提供するものであって、その方法は以下の工程を含む：
（ａ）炭素質フィードストック、酸素リッチガス流、アルカリ金属ガス化触媒、及びスチームを連続的に触媒ガス化装置に供給する；
（ｂ）炭素質フィードストックを、触媒ガス化装置中、スチーム、酸素リッチガス流、及びアルカリ金属ガス化触媒の存在下、且つ適した温度及び圧力下で連続的に反応させて、メタン、二酸化炭素、水素、一酸化炭素、及び硫化水素を含む複数のガス生成物を含む、第１のガス流を形成させる；
（ｃ）場合により、第１のガス流中に存在する少なくとも一酸化炭素の一部及び少なくとも水素の一部を、触媒メタネーター中、耐硫黄性触媒の存在下反応させて、第１のメタン富化ガス流を生成させる；
（ｄ）第１のガス流（又は存在する場合、第１のメタン富化ガス流）から二酸化炭素の大部分及び硫化水素の大部分を連続的に除去して、第１のガス流（又は存在する場合、第１のメタン富化ガス流）からメタンの大部分を含む第２のガス流を生成させる；
（ｅ）場合により、第２のガス流が水素及び約１００ｐｐｍより大の一酸化炭素を含む場合、触媒メタネーター中、メタン化触媒の存在下、第２のガス流中の一酸化炭素と水素を反応させて、第２のメタン富化ガス流を生成させる；及び、
（ｆ）第２のガス流（又は存在する場合、第２のメタン富化ガス流）を連続的に回収する、
ここにおいて、（ｉ）工程（ｃ）及び工程（ｅ）の少なくとも１つが存在し、（ii）第２のガス流（又は存在する場合、第２のメタン富化ガス流）がメタン生成物流である、又は第２のガス流（又は存在する場合、第２のメタン富化ガス流）が精製され、メタン生成物流を発生させる。

本発明に基づいたプロセスは、例えば、様々な炭素質フィードストックからメタンを製造するのに役立つ。好ましいプロセスは、以下にさらに詳しく説明するように、“パイプライン品質の天然ガス”の生成物流を製造するものである。

酸素が注入される触媒ガス化装置、触媒ガス化装置へ過熱スチームを供給するためのスチーム源、及び酸性ガス除去プロセスの下流のメタネーターを含むガス化方法の実施態様の図面である。 酸素が注入される触媒ガス化装置、触媒ガス化装置へ過熱スチームを供給するためのスチーム源、及び酸性ガス除去操作の上流の耐硫黄メタネーターを含むガス化方法の実施態様の図面である。任意のトリム・メタネーター(trim methanator)が、酸性ガス除去プロセスの下流にある。そのプロセスは、触媒ガス化装置からの、少なくとも、一部のチャーを、耐硫黄メタネーターにおける、耐硫黄メタン化触媒として、場合により活用することができる。 触媒化フィードストックを製造し、触媒ガス化装置によって生成されたチャーから触媒を回収し、再循環する方法を伴う、図１のプロセスを含むガス化方法の別の実施態様の図面である。 触媒化フィードストックを製造し、触媒ガス化装置によって生成されたチャーの一部から触媒を回収し、再循環し、及び触媒ガス化装置からのチャーの残りの部分を、耐硫黄メタネーターにおける、耐硫黄メタン化触媒として、活用するプロセスを伴う、図２のプロセスを含む、ガス化方法の別の実施態様の図面である。

〔発明の詳細な説明〕
本開示は、炭素質フィードストックを、少なくとも、メタンを含む複数のガス生成物に転換するプロセスに関し、そのプロセスは、他の工程の中でも特に、炭素質フィードストック、酸素リッチガス流、アルカリ金属ガス化触媒、及び、スチームを触媒ガス化装置に提供して、炭素質フィードストックを、アルカリ金属触媒、及び、酸素リッチガス流の存在のもと、複数のガス生成物に転換することを含んでいる。特に、本発明は改良された「ワンススルー（once−through）」ガス化方法を提供するものであり、「ワンススルー」とは、本明細書にて使用されている様に、好都合なことに一酸化炭素、又は、水素を触媒ガス化装置への再循環の必要がないことを意味する。本プロセスの一酸化炭素と水素の必要量は、触媒ガス化装置内の酸素リッチガス流の存在のもと、炭素質フィードストックの部分燃焼によって、そのまま（in situ）実質的に満たすことができる。

さらに、プロセス熱回収の１つ又はそれ以上のステージによって、及び／又は、上述のそのままの部分燃焼反応を経て供給される追加のプロセスによって、触媒ガス化装置に供給されるスチームを、要求の温度と圧力に過熱し得るので、炭素燃料燃焼過熱器がプロセスから除かれる。

さらに、本発明は、公有されている、ＵＳ２００７／００００１７７Ａ１、ＵＳ２００７／００８３０７２Ａ１、ＵＳ２００７／０２７７４３７Ａ１、ＵＳ２００９／００４８４７６Ａ１、ＵＳ２００９／００９００５６Ａ１、ＵＳ２００９／００９００５５Ａ１、ＵＳ２００９／０１６５３８３Ａ１、ＵＳ２００９／０１６６５８８Ａ１、ＵＳ２００９／０１６５３７９Ａ１、ＵＳ２００９／０１７０９６８Ａ１、ＵＳ２００９／０１６５３８０Ａ１、ＵＳ２００９／０１６５３８１Ａ１、ＵＳ２００９／０１６５３６１Ａ１、ＵＳ２００９／０１６５３８２Ａ１、ＵＳ２００９／０１６９４４９Ａ１、ＵＳ２００９／０１６９４４８Ａ１、ＵＳ２００９／０１６５３７６Ａ１、ＵＳ２００９／０１６５３８４Ａ１、ＵＳ２００９／０２１７５８２Ａ１、ＵＳ２００９／０２２０４０６Ａ１、ＵＳ２００９／０２１７５９０Ａ１、ＵＳ２００９／０２１７５８６Ａ１、ＵＳ２００９／０２１７５８８Ａ１、ＵＳ２００９／０２１８４２４Ａ１、ＵＳ２００９／０２１７５８９Ａ１、ＵＳ２００９／０２１７５７５Ａ１、及び、ＵＳ２００９／０２１７５８７Ａ１に開示された内容に従って実施することができる。

さらに、本発明は、公有されている、２００９年２月２７日にいずれも出願 された、米国特許出願番号１２／３９５，３３０、及び１２／３９５，４３３、２００９年３月３１日にいずれも出願された、１２／４１５，０４２、及び１２／４１５，０５０、及び２００９年６月２６日にいずれも出願された、１２／４９２，４６７、１２／４９２，４７７、１２／４９２，４８４、１２／４９２，４８９、及び１２／４９２，４９７に開示された内容に従って実施するこ
とができる。

さらに、本発明は、以下の公有されている、各々が同日に出願されている、米国特許仮出願番号 ／ 、代理人整理番号 ＦＮ−００３９ ＵＳ ＮＰ１、発明の名称「チャーメタン化触媒及びガス化方法におけるその使用（Char Methanation Catalyst and its Use in Gasification Processes）」に、記述された開発技術を用いて実施することができる。

本明細書に記述された、すべての出版物、特許出願、特許、及び、他の参考文献は、他に指定の無い限り、あたかも十分に記述されているかのように、引用することにより、その全文が本明細書の一部に、明確に組み入れられている。

他に定義されていない限り、本明細書に使用されている技術、及び、科学用語は、この開示に属する当業者によって、一般に理解されるのと同じ意味を有する。不一致の場合には、定義を含んで、本明細書がコントロールする。

明確に述べられている箇所を除いて、商標は大文字で表わされる。

本明細書に記述されているものと同様な又は同等な方法、及び、材料は、本開示の実施、又は、テストに使用することができるが、適切な方法、及び、材料が、本明細書に記述されている。

他に記述されていない限り、全ての百分率、割合、比率等は質量によっている。

量、濃度、若しくは、他の数値、又は、パラメーターが、範囲、又は、上側、及び、下側の数値一覧として表わされるとき、範囲が別に開示されるにかかわらず、任意の対の任意の上側と下側の範囲の端で形成される、全範囲を具体的に開示していると理解されるべきである。数値の範囲が、本明細書に列挙されているときは、他に記述の無い限り、その範囲は、範囲の端点、並びに、範囲内の全ての整数、及び、分数を含むと意図されている。本開示の範囲は、範囲を規定するとき、列挙された具体的な値に限定されるとは意図されていない。

用語「約（about）」が、数値、又は、範囲の端点を記述するのに使用されるとき、本開示は、言及されている具体的な数値、又は、端点を含んでいると理解されるべきである。

本明細書に使用されているように、用語「含む（comprises）」、「含んでいる（comprising）」、「含む（includes）」、「含んでいる（including）」、「有する（has）」、「有している（having）」、又は、これらの何らかの変形は、非排他的包含をカバーすることを意図している。例えば、要素のリスト（list）を含む、方法（又はプロセス）（process）、方法（method）、項目（article）、又は、装置（apparatus）は、必ずしも、これらの要素に限られるものではなく、明確には記載されていない、又は、そのようなプロセス（process）、方法（method）、項目（article）、又は、装置（apparatus）に固有の、他の要素を含むことができる。さらに、明確に、逆に記述されていない限り、「又は（or）」は、包括的な「又は（or）」を表わし、排他的な「又は（or）」を表わしていない。例えば、条件Ａ、又は、Ｂは、次項のいずれか１つで満たされる：Ａが真実であり（又は、存在し）Ｂは誤りである（又は、存在しない）、Ａは誤りであり（又は、存在せず）Ｂは真実である（又は、存在する）、及び、ＡとＢの双方が真実である（又は、存在する）。

本明細書にて、様々な要素、及び、構成材を記述するための、「a」又は「an」の使用は、単に便宜のためであり、開示の一般的な意味を示す。他を意味することが明白でない限り、この記述は、１つ、又は、少なくとも１つ、及び、単独を含むと読むべきであり、また、複数も含んでいる。

本明細書において使用されているように、用語「大部分（substantial portio n）」
は、本明細書において他に規定されていない限り、言及された材料の約９０％より多いこと、好ましくは言及された物質の９５％より多いこと、及び、より好ましくは言及された物質の９７％より多いことを意味する。百分率は、分子（メタン、二酸化炭素、一酸化炭素、及び、硫化水素など）について言及がなされているときは、モル基準であり、他の場合には重量基準である（同伴炭素質微粉など）。

本明細書において使用されているように、用語「炭素質材料（carbonaceous material）」は、 例えば、本明細書に定義されているような、バイオマス、及び、非バイオマス材料であってよい。

本明細書に用いられている用語「バイオマス（biomass）」は、近年（例えば、過去１００年以内）、植物由来バイオマス、及び、動物由来バイオマスを含む生物由来の炭素質材料を表わす。明確にするために、バイオマスは、石炭のような、化石由来の炭素質材料を含まない。例えば、既に組み入れられている、ＵＳ２００９／０２１７５７５Ａ１、及びＵＳ２００９／０２１７５８７Ａ１を参照のこと。

本明細書に用いられている用語「植物由来バイオマス（plant−based biomass）」は、限定されるわけではないが、スイートソルガム、バガス、サトウキビ、竹、雑種ポプラ、雑種柳、アルビジア、ユーカリ、アルファルファ、クローバー、油やし、スイッチグラス、スーダングラス、キビ、ジャトロファ、及び、ミスカンサス（例えば、ミスカンサス・ギガンテウス（Miscanthus x giganteus））等の、緑色植物、農作物、藻類、及び、樹木に由来する材料を意味する。バイオマスは、さらに、トウモロコシの穂軸及び皮、トウモロコシ茎葉、麦わら、木の実の殻、植物油、キャノーラ油、菜種油、バイオディーゼル、樹皮、木くず、おがくず、並びに、庭ごみ等の、農産物の栽培、処理、及び／又は、分解からの廃棄物を含む。

本明細書に用いられている用語「動物由来バイオマス（animal−based biomass）」は、動物の飼育、及び／又は、利用から発生する廃棄物を表わす。例えば、バイオマスは、限定されるわけではないが、動物肥料、グアノ、家禽敷料、動物性油、及び、都市ごみ（例えば、汚物）等の、家畜の飼育、及び、処理からの廃棄物を含む。

本明細書に用いられている用語「非バイオマス（non−biomass）」は、本明細書にて定義されたような、用語「バイオマス」によって包含されない炭素質材料を意味する。例えば、非バイオマスは、限定されるわけではないが、無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭、褐炭、石油コークス、アスファルテン、液状の石油残渣、又は、これらの混合物を含む。例えば、既に組み入れられているＵＳ２００９／０１６６５８８Ａ１、ＵＳ２００９／０１６５３７９Ａ１、ＵＳ２００９／０１６５３８０Ａ１、ＵＳ２００９／０１６５３６１Ａ１、ＵＳ２００９／０２１７５９０Ａ１、及び、ＵＳ２００９／０２１７５８６Ａ１を参照のこと。

本明細書に用いられている用語「石油コークス（petroleum coke）」、及び、「石油コークス（petcoke）」は、（ｉ）石油精製において得られる高沸点炭化水素留分の固形熱分解生成物（重質残油−「残油石油コークス（resid petcoke）」）；及び、（ｉｉ）タールサンド処理の固形熱分解生成物（瀝青サンド、又は、オイルサンド−「タールサンド石油コークス（tar sands petcoke）」)の双方を含む。かかる炭化生成物は、例えば、生の、焼成した、針状の、及び、流動床の石油コークスを含む。

残渣石油コークスは、例えば、重質の残渣原油の改質に用いられる、コークス化プロセスによって原油からも得ることができ、その石油コークスは微量成分として、灰分を、コークスの重量を基準として、一般的には約１ｗｔ％以下、より一般的には約０．５ｗｔ％以下を含む。一般的に、そのような低灰分コークス中の灰分は、ニッケル及びバナジウム等の金属を含む。

タールサンド石油コークスは、例えば、オイルサンドの改質に用いられるコークス化プロセスによって得ることもできる。タールサンド石油コークスは、微量成分として、タールサンド石油コークスの全重量を基準として、一般的には、約２ｗｔ％から約１２ｗｔ％の範囲の、より一般的には、約４ｗｔ％から約１２ｗｔ％の範囲の灰分を含む。一般的に、そのような高灰分コークス中の灰分は、シリカ、及び／又は、アルミナ等の物質を含む。

石油コークスは、一般的に約０．２ｗｔ％から約２ｗｔ％（石油コークス総質量を基準として）の範囲の、本質的に、低含水率であり；従来の触媒注入法を可能にする非常に低い水浸漬能力をも有している。得られた微粒子混合物は、例えば、従来の乾燥操作に対して、下流での乾燥操作の効率を高める、より低い平均含水率を有している。

石油コークスは、石油コークスの総質量を基準として、少なくとも、約７０ｗｔ％の炭素、少なくとも、約８０ｗｔ％の炭素、又は、少なくとも、約９０ｗｔ％の炭素を含んでいる。一般的に、石油コークスは、石油コークスの総質量を基準として、約２０ｗｔ％より少ない無機化合物を含んでいる。

本明細書に用いられている用語「アスファルテン（asphaltene）」は、室温で、芳香族炭素質固形物であり、例えば、原油及び原油タールサンドの精製から由来することができる。

本明細書に用いられている用語「石炭（coal）」は、泥炭、褐炭、亜瀝青炭、瀝青炭、無煙炭、又は、これらの混合物を意味する。ある実施態様においては、石炭は、石炭の総質量を基準として、質量で、約８５ｗｔ％より低い、又は、約８０ｗｔ％より低い、又は、約７５ｗｔ％より低い、又は、約７０ｗｔ％より低い、又は、約６５ｗｔ％より低い、又は、約６０ｗｔ％より低い、又は、約５５ｗｔ％より低い、又は、約５０ｗｔ％より低い、炭素含有量を有する。他の実施態様においては、石炭は、石炭の総質量を基準として、質量で、約８５ｗｔ％までの、又は、約８０ｗｔ％までの、又は、約７５ｗｔ％までの範囲の炭素含有量を有する。有用な石炭として、限定されるものではないが、Ｉｌｌｉｎｏｉｓ ♯６、Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ ♯８、Ｂｅｕｌａｈ（ＮＤ）、Ｕｔａｈ Ｂｌｉｎｄ Ｃａｎｙｏｎ、及び、Ｐｏｗｄｅｒ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎ（ＰＲＢ）の石炭が挙げられる。無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭、及び、褐炭は、それぞれ乾燥基準で、石炭の総質量を基準として、約１０ｗｔ％、約５から約７ｗｔ％、約４から約８ｗｔ％、及び、約９から約１１ｗｔ％の灰分を含んでもよい。しかしながら、いかなる特定の石炭源の灰分含量は、当業者には良く知られているように、石炭の格付けと供給源によるものである。例えば、“Ｃｏａｌ Ｄａｔａ： Ａ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ”，Ｅｎｅｒｇｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ， Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ Ｃｏａｌ，Ｎｕｃｌｅａｒ，Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｄ Ａｌｔｅｒｎａｔｅ Ｆｕｅｌｓ，Ｕ．Ｓ．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ， ＤＯＥ／ＥＩＡ−００６４（９３）， Ｆｅｂｒｕａｒｙ １９９５を参照のこと。

石炭から製造される灰分は、当業者には良く知られているように、一般的に、フライアッシュとボトムアッシュを含んでいる。瀝青炭からのフライアッシュは、フライアッシュの総質量を基準として、約２０から約６０ｗｔ％のシリカ、及び、約５から約３５ｗｔ％のアルミナを含むことがある。亜瀝青炭からのフライアッシュは、フライアッシュの総質量を基準として、約４０から約６０ｗｔ％のシリカ、及び、約２０から約３０ｗｔ％のアルミナを含むことがある。褐炭からのフライアッシュは、フライアッシュの総質量を基準として、約１５から約４５ｗｔ％のシリカ、及び、約２０から約２５ｗｔ％のアルミナを含むことがある。例えば、Ｍｅｙｅｒｓ，ｅｔ ａｌ．“Ｆｌｙ Ａｓｈ．Ａ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌ．”Ｆｅｄｅｒａｌ Ｈｉｇｈｗａｙ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｒｅｐｏｒｔ Ｎｏ．ＦＨＷＡ−ＩＰ−７６−１６，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＤＣ，１９７６．を参照のこと。

瀝青炭からのボトムアッシュは、ボトムアッシュの総質量を基準として、約４０から約６０ｗｔ％のシリカ、及び、約２０から約３０ｗｔ％のアルミナを含むことがある。亜瀝青炭からのボトムアッシュは、ボトムアッシュの総質量を基準として、約４０から約５０ｗｔ％のシリカ、及び、約１５から約２５ｗｔ％のアルミナを含むことがある。褐炭からのボトムアッシュは、ボトムアッシュの総質量を基準として、約３０から約８０ｗｔ％のシリカ、及び、約１０から約２０ｗｔ％のアルミナを含むことがある。例えば、Ｍｏｕｌｔｏｎ， Ｌｙｌｅ Ｋ． “Ｂｏｔｔｏｍ Ａｓｈ ａｎｄ Ｂｏｉｌｅｒ Ｓｌａｇ，” Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｈｉｒｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｓｈ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ． Ｕ．Ｓ．Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｍｉｎｅｓ， Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｎｏ．８６４０， Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ， ＤＣ，１９７３ を参照のこと。

用語「ユニット（unit）」はユニット操作を表わす。１つの「ユニット」より多くが存在していると記述されるときは、これらのユニットは、並行して運転される。しかし、単一の「ユニット（unit）」は、直列の、１つより多くのユニットを含んでもよい。例えば、酸性ガス除去ユニットは、直列に二酸化炭素除去ユニットが続いている硫化水素除去ユニットを含んでもよい。別の実施例として、微量夾雑物除去ユニットは、第２の微量夾雑物のための第２除去ユニットが直列に続いている第１の微量夾雑物のための第１除去ユニットを含んでもよい。さらに別の実施例として、メタン圧縮機ユニットは、メタン生成物流を、第２の（より高い）圧力にさらに圧縮するための第２メタン圧縮機が直列に続いている、メタン生成物流を第１の圧力に圧縮するための第１メタン圧縮機を含んでもよい。

本明細書の材料、方法、及び、実施例は、具体的に述べられている場合を除いて、一例にすぎず、限定を意図していない。

〔ガス化方法〕
本発明の一実施態様において、図１に示されている様に、メタン生成物流（８０）を、触媒化炭素質フィードストック（３０）から生成することができる。メタン、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、及び、硫化水素を含む、第１のガス流（４０）を生成するために、スチーム源（５００）からのスチーム（５１）、酸素源（９００）からの酸素リッチガス流（９１）（精製酸素など））、及び、触媒化炭素質フィードストック（３０）を触媒ガス化装置（３００）に供給することができる。触媒ガス化装置に供給されるスチームを要求の温度と圧力に過熱するために、プロセスの数多い段階の１つによって熱回収を用いることができ、その結果、独立した過熱器の必要が無い。

上述の様に、酸素リッチガス流の存在のもとにおける、炭素質フィードストックの部分燃焼によって、プロセスの熱的中立（thermal neutrality）を維持するために必要な熱が、一酸化炭素と水素と共に、生成され、プロセス中に、一酸化炭素と水素のガス・リサイクル・ループの必要が、好都合なことに無い。

酸素リッチガス流（９１）は、精製酸素、酸素−空気混合物、又は、酸素−イナート・ガス混合物を、リアクターの底部に直接注入する等の、いずれかの適切な手段によって、触媒ガス化装置（３００）にフィードすることができる。引用することにより、全体が組み入れられている、例えば、ＵＳ４３１５７５３、及び、Chaiaramonte et al., Hydrocarbon Processing, Sept. 1982, pp. 255−257を参照のこと。一般的に、流動化、及び、炭素質フィードストック粒子の部分燃焼を助け、触媒ガス化装置内部でホット・スポットの形成を避け、かつ、ガス生成物の燃焼を避けるために、酸素リッチガス流を過熱スチームとの混合物として、流動化反応床部分に導入することができる。注入速度、及び、圧力と共に、酸素量は、炭素質フィードストック、部分的に消費された炭素質フィードストック、及び、チャー残渣内の炭素の部分燃焼を行わせるために制御される。

一実施態様においては、触媒ガス化装置（３００）に供給される分子酸素の量（酸素リッチガスに含まれるものとして）は、スチーム供給量容積をベースとして、容積百分率、約１％から、又は、約３％から、又は、約３％より大きく、又は、約４％から、約１５％の、又は、約１２％の、又は、約１０％の範囲であってよい。

別の実施態様においては、触媒ガス化装置（３００）に供給される分子酸素の量（酸素リッチガスに含まれるものとして）は、炭素質フィードストックのポンドあたりの酸素のポンドとして、約０．０５から、又は、約０．１０から、又は、約０．１５から、約１．０の、又は、約０．７５の、又は、約０．５の、又は、約０．３の、又は、約０．２５の範囲であってよい。

当業者に知られている蒸気ボイラーのいずれも、触媒ガス化装置（３００）にスチームを供給することができる。かかるボイラーは、例えば、粉状石炭、バイオマス等の、及び、限定されるものではないが、原料製造運転から、不良とされた炭素質材料（例えば、微粒、上記を参照）等の任意の炭素質材料の使用によって、動力を供給することができる。スチームはまた、リアクターからの排気が、供給水と熱交換をし、スチームを発生する燃焼タービンと連結された追加の触媒ガス化装置からも、供給することができる。あるいは、既に組み入れられている、ＵＳ２００９／０１６５３７６Ａ１、ＵＳ２００９／０２１７５８４Ａ１、及び、ＵＳ２００９／０２１７５８５Ａ１に記述されているように、スチームは、触媒ガス化装置用に生成されてもよい。

他のプロセス運転から再循環された又は生成されたスチームも、単一のスチーム源として、又は、触媒ガス化装置（３００）へスチームを供給するために、スチーム発生器からのスチームと一緒にして、使用することができる。例えば、以下に説明する様に、スラリー化された炭素質材料を流動床乾燥機で乾燥するとき、蒸発によって生成されたスチームを触媒ガス化装置（３００）に供給することができる。熱交換器ユニット（６００の様な）がスチーム生成のために使用されているときには、そのスチームも同様に、触媒ガス化装置（３００）に直接供給することができる。

メタン、二酸化炭素、水素、一酸化炭素、及び、硫化水素を含む、複数のガス生成物を含む、第１のガス流（４０）を生成するために、酸素リッチガス流（９１）とスチーム（５１）の存在のもと、適切な圧力と温度条件のもとに、触媒化炭素質フィードストック（３０）を、触媒ガス化装置（３００）に供給することができる。触媒化炭素質フィードストック（３０）は、以下に議論する様に、通常は、１つ又はそれ以上の炭素質材料、及び、１つ又はそれ以上のガス化触媒を含む。

原料の所要の温度、圧力、及び、流量を保ちつつ、触媒ガス化装置（３００）の反応室へ触媒化炭素質フィードストック（３０）の導入を必要とする、かかるプロセスのための触媒ガス化装置は、一般的に、中程度の高圧・高温で運転される。高圧、及び／又は、高温環境を有する反応室に触媒化炭素質フィードストックを供給するための、スター・フィーダー、スクリュー・フィーダー、ロータリー・ピストン、及び、ロック・ホッパー等の供給口を、当業者は良く知っている。なお、供給口は、交互に使用される、ロック・ホッパー等の、２つ又はそれ以上の圧力平衡要素を含むことがある。ある実施例では、触媒化炭素質フィードストックを、触媒ガス化装置の操作圧力より高い圧力条件で製造することができる。従って、微粒子組成物を、さらに圧力をかけることなく、触媒ガス化装置に直接送ることができる。

触媒ガス化装置いくつかの種類のいかなるものも活用することができる。適切な触媒ガス化装置には、向流式固定床、並流式固定床、流動床、若しくは、同伴流である反応室、又は、移動床反応室を有するもの等が挙げられる。

触媒ガス化装置内のガス化は、一般的に、少なくとも約４５０℃から、又は、少なくとも約６００℃から、又は、少なくとも約６５０℃から、約９００℃まで、又は、約８００℃まで、又は、約７５０℃までの中程度の温度で；及び少なくとも約５０ｐｓｉｇから、又は、少なくとも約２００ｐｓｉｇから、又は、少なくとも約４００ｐｓｉｇから、約１０００ｐｓｉｇまで、又は、約７００ｐｓｉｇまで、又は、約６００ｐｓｉｇまでの圧力で行われる。

微粒子組成物の加圧と反応のための触媒ガス化装置内で使用されるガスは、当業者に知られている方法に従って、リアクターに供給することができる、例えば、スチーム、酸素、窒素、空気、又は、アルゴンの様な、イナート・ガスを含むことができる。

触媒ガス化装置内で起こる、炭素源からメタンへの、触媒転換は、通常、３つの独立した反応を含む；
炭素に蒸気を当てる： Ｃ ＋ Ｈ₂Ｏ → ＣＯ ＋ Ｈ₂ (Ｉ)
水−ガスのシフト： ＣＯ ＋ Ｈ₂Ｏ → Ｈ₂ ＋ ＣＯ₂ (II)
ＣＯのメタン化： ＣＯ＋３Ｈ₂ → ＣＨ₄ ＋ Ｈ₂Ｏ (III)

これらの３つの反応は、共に、基本的に、熱的にバランスされている；しかし、プロセスの熱損失、及び、他のエネルギーの必要（原料と一緒に触媒ガス化装置に入る水分の蒸発に要するなど）により、熱バランスを保つために、触媒ガス化装置にいくらかの熱を加えねばならない。触媒ガス化装置の操作温度より高い温度の過熱スチームを加えることは、この追加の熱を供給する、１つの手法である。また、触媒ガス化反応のために必要な少量の熱入力は、触媒ガス化装置に導入された酸素リッチガス流の存在のもとに、炭素質フィードストックの部分燃焼によって生成される熱エネルギーによって、供給することができる。

前に述べた様に、これによって、プロセスを独立した過熱器無しで構成することができる。当業者は、熱バランスを実質的に保つために、触媒ガス化装置に加える必要がある熱量を計算することができる。

触媒ガス化装置の反応室を出る高温ガス流出物は、触媒ガス化装置を出て行くガスに同伴するには重過ぎる微粒子（即ち、微粉）が反応室（例えば、流動床）に戻る離脱ゾーンの働きをする、触媒ガス化装置の微粉除去装置ユニット部分を通過することができる。微粉除去装置ユニットは、高温ガス流出物から、微粉及び微粒子を除去するための、１つ又はそれ以上の内部の、及び／又は、外部のサイクロン・セパレーター又は相当する装置を含むことができる。高温出口から触媒ガス化装置を出て行く、得られた第２のガス流（４０）は、ＣＨ₄、ＣＯ₂、Ｈ₂、ＣＯ、Ｈ₂Ｓ、未反応スチーム、同伴微粉、及び、ガス化のために使用される炭素質材料の性質によるが、場合により、ＮＨ₃、ＣＯＳ、ＨＣＮ、及び／又は、元素状水銀蒸気等の他の夾雑物を、一般的に含んでいる。

残留している同伴微粉は、場合により、ベンチュリー・スクラバーが続いている外部サイクロン分離機などの、いかなる好適な装置でも、必要な場合には、実質的に除去することができる。回収微粉は、アルカリ金属触媒を回収するために処理することができ、又は、既に組み入れられているＵＳ２００９／０２１７５８９Ａ１に記述されているように、原料製造へと直接再循環することができる。

微粉の「大部分」の除去とは、下流の処理が悪影響を受けないように、第１のガス流から、ある量の微粉が除去されることを意味する;従って、少なくとも、微粉の大部分が除去されなければならない。下流の処理に著しい悪影響を受けない程度に、いくらかの少量の超微粉が第１のガス流に残ることもある。一般的に、約２０μｍより大きい、又は、約１０μｍより大きい、又は、約５μｍより大きい粒径の微粉の、少なくとも、約９０％、又は、少なくとも、約９５％、又は、少なくとも、約９８％が除去される。

第１のガス流（４０）は、リアクター（３００）を出るとき、通常は、少なくとも、メタンのモル・ベースで約２０ｍｏｌ％のメタン、二酸化炭素、一酸化炭素、及び、水素を、第１のガス流に含む。さらに、第１のガス流は、通常、少なくとも、メタンのモル・ベースで、メタンに二酸化炭素を加えたもの約５０ｍｏｌ％、二酸化炭素、一酸化炭素、及び、水素を第１のガス流に含む。

第１のガス流（４０）を、第１のガス流の温度を下げ、第１のガス流（４０）より低い温度の冷却された第１のガス流（５０）を生成するために、熱交換器（６００）に供給してもよい。冷却された第１のガス流（５０）を、以下に述べる様に、酸性ガス除去（ＡＧＲ）プロセス（７００）に供給することができる。

ガス化条件にもよるが、約４５０℃から約９００℃（より一般的には、約６５０℃から約８００℃）の温度範囲で、約５０ｐｓｉｇから約１０００ｐｓｉｇ（より一般的には、約４００ｐｓｉｇから約６００ｐｓｉｇ）の圧力、約０．５ｆｔ／ｓｅｃｆｔ／ｓｅｃから約２．０ｆｔ／ｓｅｃ（より一般的には、約１．０ｆｔ／ｓｅｃから約１．５ｆｔ／ｓｅｃ）の速度を有する、第１のガス流（４０）を生成することができる。いずれか１つの、又は、複数存在するときは、それ以上の熱交換器（６００）によって、取出された熱エネルギーは、例えば、触媒ガス化装置内で使用することができる、過熱スチームを生成するために、使用することができる。得られた、冷却された第１のガス流（５０）は、約２５０℃から約６００℃（より一般的には、約３００℃から約５００℃）の温度範囲で、約５０ｐｓｉｇから約１０００ｐｓｉｇ（より一般的には、約４００ｐｓｉｇから約６００ｐｓｉｇ）の圧力で、約０．５ｆｔ／ｓｅｃから約２．５ｆｔ／ｓｅｃ（より一般的には、約１．０ｆｔ／ｓｅｃから約１．５ｆｔ／ｓｅｃ）の速度で、熱交換器（６００）を一般的に出て行く。

次の酸性ガス除去プロセス（７００）は、冷却された第１のガス流（５０）から、Ｈ₂ＳとＣＯ₂の大部分を除去し、第２のガス流（６０）を生成するために用いることができる。酸性ガス除去プロセスは、一般的に、冷却された第１のガス流（５０）をモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジイソプロピルアミン、ジグリコールアミン、アミノ酸のナトリウム塩溶液、メタノール、高温炭酸カリウム等の溶媒と接触させて、ＣＯ₂及び／又はＨ₂Ｓを含んだ吸収装置を生成する。一方法は、各系列がＨ₂Ｓ吸収装置とＣＯ₂吸収装置からなる、２系列を有するSelexol^(R)（ＵＯＰ ＬＬＣ、Ｄｅｓ Ｐｌａｉｎｅｓ、ＩＬ ＵＳＡ）又はRectisol^(R)（Ｌｕｒｇｉ ＡＧ、Ｆｒａｎｋｆｕｒｔ ａｍ Ｍａｉｎ、Ｇｅｒｍａｎｙ）溶剤の使用を含むことができる。

得られた第２のガス流（６０）は、ＣＨ₄、Ｈ₂、及び、場合により、サワーシフト・ユニット（以下に）がプロセスの一部で無いときには、ＣＯ、及び、一般的に、少量のＣＯ₂とＨ₂Ｏを含むことがある。冷却された第２のガス流（５０）から酸性ガスを除去するための一方法が、既に組み入れられている、ＵＳ２００９／０２２０４０６Ａ１に記述されている。

少なくとも、ＣＯ₂、及び／又は、Ｈ₂Ｓ（及び、他の残っている微量夾雑物）の大部分（及び、実質的にすべて）は、酸性ガス除去プロセスにより除去しなくてはならない。酸性ガス除去の文脈における、「実質的な」除去とは、目的とする最終生成物を生成することができるように、その成分の充分高い割合を除去することを意味する。実際の除去量は、従って、成分ごとに変わることがある。「パイプライン品質の天然ガス」のために、より多量のＣＯ₂が許容されることがあるが、（多くても）微量のＨ₂Ｓのみ存在することがある。

通常は、ＣＯ₂の、少なくとも約８５％、又は、少なくとも約９０％、又は、少なくとも約９２％、及び、Ｈ₂Ｓの、少なくとも約９５％、又は、少なくとも約９８％、又は、少なくとも約９９．５％が、冷却された第１のガス流（５０）から除去されねばならない。

酸性ガス除去工程での目的とする生成物（メタン）のロスは、第２のガス流（６０）が、冷却された第１のガス流（５０）からのメタンの大部分（及び、実質的にすべて）を含むように、最小にしなければならない。一般的に、かかるロスは、冷却された第１のガス流（５０）からのメタンの、約２ｍｏｌ％以下、又は、約１．５ｍｏｌ％以下、又は、約１ｍｏｌ％以下にしなければならない。

本明細書に記載のガス化方法は、第１のガス流（例えば、高温第１のガス流（４０）、及び／又は、冷却された第１のガス流（５０））、及び、第２のガス流（６０）の、１つまたはそれ以上に存在する一酸化炭素、及び、水素から、メタンを生成する、少なくとも、１つのメタン化工程を使用している。例えば、本発明の一実施態様において、第１のガス流に存在する、少なくとも、一酸化炭素の一部と少なくとも水素の一部が、耐硫黄メタン化触媒の存在のもとに、触媒メタネーター内で反応して、上述の様に、次に酸性ガス除去を受けることができる、メタン富化ガス流を製造する（即ち、工程（ｃ）が行われる）。本発明の他の実施態様においては、もし第２のガス流が水素と約１００ｐｐｍより高濃度の一酸化炭素を含むならば、第２のガス流内に存在する一酸化炭素と水素が、メタン化触媒の存在のもとに、触媒メタネーター内で反応して、第２のメタン富化ガス流を製造する（例えば、工程（ｅ）が行われる）。本発明のある実施態様においては、これらのメタン化（例えば、工程（ｃ）と（ｅ））の双方が行われる。

例えば、一実施態様において、図１に示す様に、第２のガス流（６０）を、メタンを生成し、これにより、第２のメタン富化ガス流（７０）を生成するために、第２のガス流（６０）中に存在する一酸化炭素と水素を反応させることができる、触媒メタネーター（８００）を通してもよい（即ち、工程（ｅ）がプロセスに存在する）。様々な実施態様において、第２のメタン富化ガス流（７０）が、メタン生成物流（８０）である。様々な、他の実施態様において、第２のメタン富化ガス流（７０）を、メタン生成物流（８０）を生成するために、さらに精製することができる。さらに、精製プロセスは、限定されるものではないが、追加のトリム・メタネーターを含む（例えば、図２の（８０２）、低温分離機、及び、膜分離機）。

別の実施態様において、図２に示す様に、第１のガス流（４０）、又は、冷却された第１のガス流（５０）を、メタンを生成し、これにより、第１のメタン富化ガス流（６０）を生成するために、第１のガス流（４０）、又は、冷却された第１のガス流（５０）内の一酸化炭素と水素を反応させることができる、耐硫黄触媒メタネーター（８０１）を通すことができる（即ち、工程（ｅ）がプロセスに存在する）。第１の高温ガス流（４０）、又は、冷却された第１のガス流（５０）は、当業者に良く知られている様に、メタン化触媒を不活性にする可能性のある、かなりの量の硫化水素を通常含む。それ故、かかる実施態様においては、触媒メタネーター（８０１）は、モリブデン、及び／又は、タングステン硫化物等の、耐硫黄メタン化触媒を含む。さらに、耐硫黄メタン化触媒の例として、限定されるものではないが、ＵＳ４２４３５５４、ＵＳ４２４３５５３、ＵＳ４００６１７７、ＵＳ３９５８９５７、ＵＳ３９２８０００、ＵＳ２４９０４８８；Ｍｉｌｌｓａｎｄ Ｓｔｅｆｆｇｅｎ，ｉｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ Ｒｅｖ．８，１５９（１９７３）），及び、Ｓｃｈｕｌｔｚ ｅｔ ａｌ，Ｕ．Ｓ．Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｍｉｎｅｓ，Ｒｅｐ．Ｉｎｖｅｓｔ．Ｎｏ．６９７４（１９６７）に開示されている触媒が挙げられる。

１つの特定の実施例において、耐硫黄メタン化触媒は、あたかも十分に記述されているかのように、引用することにより、本明細書に組み入れられている、公有されており、同時に出願されている、米国特許仮出願番号 ／ 、ＦＮ−００３９ ＵＳ ＮＰ１、表題Char Methanation Catalyst and its Use in Gasification Systemsに開示されている様に、触媒ガス化装置（３００）から周期的に除去し、硫黄に耐性の触媒メタネーター（８０１）に移すことができる、触媒ガス化装置（３００）によって生成される、炭化生成物（３４）の一部である。チャーを使用するメタネーターの操作条件は、既に組み入れられているＵＳ３９５８９５７に記述されているものと類似であり得る。例えば、図４に示す統合化ガス化方法の様に、１つ又はそれ以上の工程が、炭化生成物の少なくとも一部を、耐硫黄メタン化触媒として用いる、統合化ガス化方法に含まれるとき、メタン化温度は、通常、約４５０℃から、又は、約４７５℃から、又は、約５００℃から、約６５０℃まで、又は、約６２５℃まで、又は、約６００℃までの範囲であり、圧力は約４００から約７５０ｐｓｉｇの範囲である。

以下に議論される様に、チャーのどんな残部も、同伴された触媒化合物を回収し、再循環するために、処理することができる。

図２に引き続き、第１のメタン富化ガス流（６０）を、前に述べた様に、第１のメタン富化ガス流（６０）から、Ｈ₂ＳとＣＯ₂の大部分を除去し、第２のガス流（７０）を生成するために、次の酸性ガス除去プロセス（７００）に供給することができる。様々な実施態様において、第２のガス流（７０）はメタン生成物流（８０）になり得る。

他の実施態様において、第２のガス流（７０）は、大量の一酸化炭素と水素を含むことができる。かかる実施例において、第２のガス流（７０）を、メタンを生成し、これにより第２のメタン富化ガス流（８０）を生成するために（例えば、上述の様に、工程（ｅ）と（ｇ））、第２のガス流（７０）中の一酸化炭素と水素が、適切な温度と圧力の条件のもと、反応することができる、メタネーター（例えば、トリム・メタネーター（８０２））に供給することができる。

特定実施例において、第２のガス流（７０）は、それが大量のＣＯ（例えば、約１００ｐｐｍＣＯよりも高濃度）を含むとき、ＣＯ含量を減らすために、メタン化、例えば、トリム・メタン化を、行うことにより、さらにメタン濃度を高めることができる。例えば、引用することにより、本明細書に組み入れられている、ＵＳ４２３５０４４に開示されている、方法と装置等、当業者に知られている、適切な方法と装置のいずれかを用いて、トリム・メタン化を実施することができる。

〔格別な実施態様の例〕
以下に、より詳しく記述されている様に、本発明の一実施態様において、ガス化触媒はアルカリ金属ガス化触媒を含むことができる。

以下に、より詳しく記述されている様に、本発明のある実施態様において、第１の炭素質フィードストックと第２の炭素質フィードストックは、各々、多数の炭素質材料のいくつかを含むことができる。例えば、本発明の一実施態様において、炭素質フィードストックは、１つ又はそれ以上の、無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭、褐炭、石油コークス、アスファルテン、液状の石油残渣、又は、バイオマスを含むことができる。

以下に、より詳しく記述されている様に、本発明のある実施態様において、炭素質フィードストックを、触媒ガス化装置に導入される前に、ガス化触媒でローディングする（例えば、触媒化炭素質フィードストックを形成するために）。例えば、炭素質フィードストックの全てを触媒でローディングする、又は、炭素質フィードストックの一部のみを触媒でローディングすることができる。もちろん、本発明の他の実施態様においては、炭素質フィードストックを、触媒ガス化装置に導入される前に、ガス化触媒でローディングすることはない。

以下に、より詳しく記述されている様に、本発明のある実施態様において、炭素質フィードストックを、アルカリ金属原子と炭素原子との比率を約０．０１から約０．１とするのに十分な、アルカリ金属ガス化触媒の量でローディングする。

本発明のある実施態様において、炭素質フィードストック、ガス化触媒、及び、酸素リッチガス流は、複数の触媒ガス化装置に導入される。独立した触媒ガス化装置から出て来る第１のガス流は、次に、さらに、独立して処理することができるし、又は、プロセス下流のいかなる点でも再結合させることができる。

当業者が理解するように、本明細書に記述されたプロセスは、例えば、連続プロセス、又は、バッチ・プロセスとして、実行され得る。

本発明のある実施態様において、図１から４に示す様に、プロセスはワンススルー・プロセスである。「ワンススルー」プロセスにおいては、触媒ガス化装置より下流のいかなるガス流からも、ガス化装置へ、炭素系ガスの再循環が存在しない。しかし、本発明の他の実施態様において、プロセスは再循環炭素系ガス流を含むことができる。例えば、スタート・アップ状況の間、触媒ガス化装置内の水素、及び／又は、一酸化炭素のバランスを与えるために、メタン含有流れ（例えば、第１のメタン富化ガス流、第２のメタン富化ガス流、又は、メタン生成物流から取出された）を、炭素質フィードストック、酸素リッチガス流、及び、ガス化触媒と共に触媒ガス化装置に入れることができる、一酸化炭素と水素を形成するための、リホーマー内で、改質することができる。しかし、連続操作においては、プロセスを「ワンススルー」プロセスとして操作することが望ましい。

本発明の方法は、炭素燃料燃焼式過熱器を使用することなく、実施することができる。従って、本発明のある実施態様においては、炭素燃料燃焼式過熱器は存在しない。

本発明は、ある実施態様において、炭素質フィードストックの触媒ガス化から、“パイプライン品質の天然ガス”を生成できるシステムを提供する。「パイプライン品質の天然ガス」とは、一般的に、（１）純メタンの発熱量の±５％以内（純メタンの発熱量は、標準大気圧条件下で、１０１０ｂｔｕ／ｆｔ³である）、（２）実質的に水分がない（一般的に、約−４０℃、又は、それ以下の露点）、及び、（３）実質的に、毒性又は腐食性夾雑物が無い天然ガスを表わす。本発明のいくつかの実施態様において、以上のプロセスに記述されたメタン生成物流は、かかる必要条件を満足する。

パイプライン品質の天然ガスは、得られた混合ガスが、１０１０ｂｔｕ／ｆｔ³での±５％以内の発熱量を有し、毒性も腐食性も無い限りは、メタン以外のガスを含むことができる。それ故、メタン生成物流は、メタンの発熱量より、発熱量が低いガスを含むことができ、他のガスの存在が、ガス流の発熱量を９５０ｂｔｕ／ｓｃｆ（乾燥基準）未満に下げない限り、依然として、パイプライン品質の天然ガスとして見なされる。メタン生成物流は、例えば、最大約４ｍｏｌ％までの水素を含むことができ、依然として、パイプライン品質の天然ガスとしての役割を果たす。一酸化炭素は、水素より、高い発熱量を有し；従って、パイプライン品質の天然ガスは、ガス流の発熱量を損なうことなく、さらに高い割合のＣＯを含むことができよう。パイプライン品質の天然ガスとしての使用に適するパイプライン品質の天然ガスは、好ましくは、約１０００ｐｐｍより低いＣＯを有する。

〔触媒化炭素質フィードストックの製造〕
（ａ）炭素質材料の処理
バイオマス、及び、非バイオマス（上記を参照）等の炭素質材料は、１つ又はそれ以上の炭素質微粒子を産出するための、衝撃破砕、及び、湿式又は乾式粉砕等の、当業者に知られている如何なる方法によっても、別々に又は一緒に、破砕、及び／又は、粉砕によって、製造することができる。炭素質材料源の破砕、及び／又は、粉砕に用いられるプロセス次第で、得られる炭素質微粒子は、触媒化炭素質フィードストックを形成するために、触媒ローディング・プロセスにて使用するための、加工原料を提供するために、大きさによって分けてもよい（即ち、大きさに従って分離される）。

微粒子を大きさによって分けるために、当業者に知られている如何なる方法も使用することができる。例えば、大きさによって分けることは、微粒子を１枚の篩又は多くの篩に通して、篩にかける又は通過させることにより、実施することができる。篩分け装置には、グリズリー、バースクリーン、及び、ワイアーメッシュ・スクリーンを含むことができる。篩は、固定式でよく、又は、篩を揺らす、若しくは、振動する機構を組み入れることができる。あるいは、分級を、炭素質微粒子の分離に使用することができる。分級装置には、鉱石ソーター、ガス・サイクロン、ハイドロサイクロン、レーキ分級機、回転式トロンメル、又は、流動式分級機を含むことができる。炭素質材料を、粉砕、及び／又は、破砕に先立って、大きさによって分ける、又は、分級することもできる。

炭素質微粒子は、約２５ミクロン、又は、約４５ミクロンから、最大約２５００ミクロン、又は、最大約５００ミクロンの平均微粒子径を有する微粒子として、供給することができる。当業者は、容易に、炭素質微粒子のための適切な微粒子径を決定することができる。例えば、流動床ガス化リアクターが使用されるとき、かかる炭素質微粒子は、流動床触媒ガス化装置で使用されるガス速度で、炭素質材料の初期流動を可能にする、平均微粒子径を有することができる。

さらに、ある炭素質材料、例えば、トウモロコシ茎葉及びスイッチグラス、並びに、鋸屑などの産業廃棄物は、例えば、粒径が極めて細かいために、どれも破砕、又は、粉砕操作に適していない、又は、触媒ガス化装置での使用に適切でないことがある。かかる材料は、破砕のために、又は、例えば、流動床触媒ガス化装置で直接に使用するために、適切な寸法のペレット、又は、ブリケットに形成してもよい。一般に、ペレットは、１つ又はそれ以上の炭素質材料を圧密して製造することができる。例えば、既に組み入れられている、ＵＳ２００９／０２１８４２４Ａ１を参照のこと。他の実施例では、バイオマス材料、及び、石炭は、ＵＳ４２４９４７１、ＵＳ４１５２１１９、及び、ＵＳ４２２５４５７に記述されているように、ブリケットに形成することができる。かかるペレット、又は、ブリケットは、以下の説明のように、前述の炭素質微粒子と交互に使用することができる。

炭素質材料源の質によっては、追加の原料加工工程が必要の可能性がある。緑色植物や草等のバイオマスは高含水率であることがあり、破砕に先立って、乾燥を必要とすることがある。都市廃棄物や汚泥も、例えば、圧搾、又は、ロール・ミル（例えば、ＵＳ４４３６０２８）を使用することにより、減らし得る高含水率であることがある。同様に、高含水石炭のような、非バイオマスは、破砕に先立って、乾燥を必要とすることがある。ある粘結炭は、触媒ガス化装置操作を平易にするために、部分酸化をすることがある。無煙炭、又は、石油コークス等の、イオン交換部位の不足している非バイオマスフィードストックは、触媒ローディング、及び／又は、会合を容易にするための、追加のイオン交換部位を創り出すため、前処理することができる。かかる前処理は、イオン交換可能部位を創り出す、及び／又は、原料の空隙率を高める、当業者により知られているいかなる方法により、達成することができる（例えば、既に組み入れられている、 ＵＳ４４６８２３１、及び、ＧＢ１５９９９３２を参照のこと）。酸化前処理は、当業者に知られている、いかなる酸化剤を使用しても達成することができる。

炭素質微粒子中の炭素質材料の比率は、技術的判断、プロセスの経済性、供給力、及び、非バイオマス源とバイオマス源の近似性に基づいて選択することができる。炭素質材料の供給源の供給力と近似性は、供給価格に、従って、触媒ガス化方法の全製造コストに影響を与えることがある。例えば、バイオマスと非バイオマス材料は、プロセス条件に応じて、湿潤又は乾燥基準で、質量で約５：９５、約１０：９０、約１５：８５、約２０：８０、約２５：７５、約３０：７０、約３５：６５、約４０：６０、約４５：５５、約５０：５０、約５５：４５、約６０：４０、約６５：３５、約７０：２０、約７５：２５、約８０：２０、約８５：１５、約９０：１０、又は、約９５：５でブレンドすることができる。

炭素質材料源を、炭素質微粒子の個々の成分の比率、例えば、バイオマス微粒子と非バイオマス微粒子、と同様に、炭素質微粒子の他の材料特性をコントロールするために用いることが大いにできる。石炭のような非バイオマス材料、及び、もみ殻のようなある種のバイオマス材料は一般的に、触媒ガス化装置中で無機酸化物（即ち、灰分）を形成する、カルシウム、アルミナ、及び、シリカ等の、相当量の無機物質を含んでいる。約５００℃から約６００℃以上の温度で、カリウムや他のアルカリ金属は、灰分中のアルミナやシリカと反応して、不溶性アルカリ・アルミノケイ酸塩を形成することがある。この形態では、アルカリ金属は、実質的に水不溶性であり、触媒として不活性である。触媒ガス化装置中に残渣が溜まるのを防ぐために、灰分を含むチャー、未反応炭素質材料、及び、アルカリ金属化合物（水溶性と水不溶性の双方）の、固形除去物を、周期的に引き抜くことができる。

炭素質微粒子の製造において、様々な炭素質材料の灰分量は、例えば、様々な炭素質材料、及び／又は、様々な炭素質材料中の初期灰分の割合によって、例えば、約２０％以下、又は、約１５％以下、又は、約１０％以下、又は、約５％以下であるように選択することができる。他の実施態様においては、得られた炭素質微粒子は、炭素質微粒子の質量を基準として、約５ｗｔ％から、又は、約１０ｗｔ％から、約２０ｗｔ％、又は、約１５ｗｔ％までの範囲の灰分量を含むことがある。他の実施態様においては、灰分の質量を基準として、約２０ｗｔ％より低い、又は、約１５ｗｔ％より低い、又は、約１０ｗｔ％より低い、又は、約８ｗｔ％より低い、又は、約６ｗｔ％より低い炭素質微粒子の灰分量を含むことがある。ある実施態様においては、炭素質微粒子は、灰分の質量を基準として、約２０ｗｔ％より低いアルミナ、又は、約１５ｗｔ％より低いアルミナを含む、処理されたフィードストックの質量を基準として、約２０ｗｔ％より低い灰分量を含むことがある。

炭素質微粒子中の、そのような低アルミナ含有量により、最終的に、プロセスの触媒ガス化部分におけるアルカリ触媒のロスは削減可能である。上述のとおり、アルミナは、アルカリ源と反応し、例えば、アルカリ・アルミン酸塩、又は、アルミノケイ酸塩を含む不溶性チャーを生成する。かかる不溶性チャーは、触媒回収の低下（即ち、触媒ロスの増加）をもたらし、従って、全ガス化方法において、補給触媒の追加コストを要することになる。

さらに、得られた炭素質微粒子は、かなり高い炭素の割合（％）を、従って、かなり高いｂｔｕ／ｌｂ値、及び、炭素質微粒子の質量あたりのメタン生成物を有することがある。ある実施態様においては、得られた炭素質微粒子は、非バイオマスとバイオマスとを合わせた質量を基準として、約７５ｗｔ％から、又は、約８０ｗｔ％から、又は、約８５ｗｔ％から、又は、約９０ｗｔ％から、最大約９５ｗｔ％の範囲の炭素量を有することがある。

一実施例においては、非バイオマス、及び／又は、バイオマスが、湿式粉砕され、大きさによって分けられ（例えば、約２５から約２５００μｍの微粒子径分布に）、次に、湿潤ケーキ濃度になるように自由水が排水（即ち、脱水）される。湿式粉砕、大きさによる分別、及び、脱水の適切な方法の実施例は、当業者には知られている；例えば、既に組み入れられている ＵＳ２００９／００４８４７６Ａ１を参照のこと。本開示の一実施態様による、湿式粉砕により形成された非バイオマス、及び／又は、バイオマスの湿潤ケーキは、約４０％から約６０％、又は、約４０％から約５５％、又は、５０％未満の範囲の水分量を有することがある。脱水された湿潤粉砕炭素質材料の水分含有量は、炭素質材料の特定の種類、微粒子径分布、及び、使用される特定の脱水装置次第であることは、当業者によって理解されることである。本明細書に記述されるように、触媒ローディング・ユニット操作に送られる、１つ又はそれ以上の、水分を減らした炭素質微粒子を製造するために、かかる濾過ケーキを熱的に処理することができる。

１つ又はそれ以上の炭素質微粒子の各々は、上述のように、独特の組成を有することがある。例えば、１つ又はそれ以上のバイオマス材料を含む第１の炭素質微粒子と、１つ又はそれ以上の非バイオマス材料を含む第２の炭素質微粒子の、２つの炭素質微粒子を、使用することができる。あるいは、１つ又はそれ以上の炭素質材料を含んでいる単一の炭素質微粒子を、使用することができる。

(ｂ) 触媒ローディング
１つ又はそれ以上の炭素質微粒子は、少なくとも１つのアルカリ金属源を典型的に含む、少なくとも１つのガス化触媒を会合させるために、さらに処理されて、触媒化炭素質フィードストック（３０）を発生する。

触媒ローディングに供給される炭素質微粒子は、触媒ガス化装置（３００）に送られる、触媒化炭素質フィードストック（３０）を形成するために、処理し得て、又は、少なくとも１つの触媒処理フィードストック流を形成するために、少なくとも処理流の１つがガス化触媒と会合する、１つ又はそれ以上の処理流れに分割することができる。残りの処理流は、例えば、第２成分と会合するために処理することができる。さらに、触媒処理フィードストック流は、第２成分と会合するために、２度処理することができる。第２成分は、例えば、第２ガス化触媒、助触媒、又は、他の添加剤であってよい。

一実施例において、主要なガス化触媒を、単一の炭素質微粒子（例えば、カリウム、又は／又は、ナトリウム源）に供給することができ、続いて、触媒化炭素質フィードストック（３０）を得るために、同一の単一の炭素質微粒子に、１つ又はそれ以上の、助触媒、及び、添加剤を供給する、別の処理をすることができる。例えば、既に組み入れられているＵＳ２００９／０２１７５９０Ａ１、及び、ＵＳ２００９／０２１７５８６Ａ１を参照のこと。 ガス化触媒と第２成分を、触媒化炭素質フィードストック（３０）を得るために、単一の処理における混合物として、単一の炭素質微粒子に供給することもできる。

１つ又はそれ以上の炭素質微粒子が触媒ローディングのために供給されるとき、そのときは、少なくとも炭素質微粒子の１つがガス化触媒と会合して、少なくとも１つの触媒処理フィードストック流を形成する。さらに、いかなる炭素質微粒子も、上で詳述したように、第２成分、又は、更なる成分と会合するために、１つ又はそれ以上の処理流に分割することができる。得られた流れは、触媒化フィードストック流を形成するために、少なくとも１つの触媒化フィードストック流が利用されるなら、触媒化炭素質フィードストック（３０）を供給するために、いかなる組合せでも、ブレンドすることができる。

一実施態様において、少なくとも１つの炭素質微粒子が、ガス化触媒と、場合によりは、第２成分と、会合する。別の実施態様においては、各炭素質微粒子が、ガス化触媒と、場合によりは、第２成分と、会合する。

当業者に知られているいかなる方法も、１つ又はそれ以上のガス化触媒を、炭素質微粒子、及び／又は、処理流のいずれかと会合させるのに使用することができる。かかる方法には、限定されるものではないが、固形触媒源との混合、及び、触媒の、処理された炭素質材料への含浸などがある。当業者に知られているいくつかの含浸方法を、ガス化触媒を取り込むのに使用することができる。これらの方法には、限定されるものではないが、初期湿式含浸、蒸発含浸、真空含浸、浸漬含浸、イオン交換、及び、これらの方法の組合せなどがある。

一実施態様において、アルカリ金属ガス化触媒を、ローディング・タンク中の触媒溶液（例えば、水溶液）とスラリー化することにより、１つ又はそれ以上の炭素質微粒子、及び／又は、処理流に、含浸させることができる。触媒、及び／又は、助触媒の溶液とスラリー化するとき、この場合も一般的には、湿潤ケーキとして、触媒処理フィードストック流を供給するために、得られたスラリーを脱水することができる。触媒溶液は、新しい又は補充触媒、及び、再循環触媒又は触媒溶液を含む、本プロセスにおけるいかなる触媒源からも製造することができる。触媒処理フィードストック流の湿潤ケーキを提供するための、スラリーを脱水するプロセスには、濾過（重力式、又は、真空式）、遠心分離、及び、流体加圧などがある。

触媒処理フィードストック流を提供するための、石炭微粒子、及び／又は、石炭を含む処理流を、ガス化触媒と結合するのに適している１つの独特のプロセスは、既に組み入れられているＵＳ２００９／００４８４７６Ａ１に記述されているように、イオン交換を用いている。イオン交換手法による触媒ローディングは、組み入れられている参照文献に記述されているように、石炭用に具体的に開発された吸着等温線に基づいて、最大限に高めることができる。かかるローディングにより、湿潤ケーキとして、触媒処理フィードストック流が提供される。細孔内部を含んで、イオン交換された微粒子湿潤ケーキ上に保持された付加的触媒は、コントロールされたやり方で、総触媒目標値を達成することができるように、制御することができる。触媒がローディングされそして脱水された湿潤ケーキは、例えば、約５０％の水分を含んでいる。始めの石炭の特性に基づいて、関係する当業者の普通の技能により容易に決定することができるように、接触時間、温度、及び、方法と同様に、溶液中の触媒成分の濃度を制御することにより、ローディングされる触媒の全量を、制御することができる。

別の実施例においては、炭素質微粒子、及び／又は、処理流の１つは、ガス化触媒と共に処理することができ、第２処理流は、第２成分と共に処理することができる（既に組み入れられている、ＵＳ２００７／００００１７７Ａ１を参照のこと）

触媒化炭素質フィードストック（３０）を形成するために、少なくとも１つの触媒処理フィードストック流が使用されるならば、炭素質微粒子、処理流、及び／又は、前工程から生じる触媒処理フィードストック流は、触媒化炭素質フィードストックを提供するために、いかなる組合せにてもブレンドすることができる。最終的に、触媒化炭素質フィードストック（３０）は、触媒ガス化装置（３００）へと送られる。

一般的に、各触媒ローディング・ユニットは、１つ又はそれ以上の炭素質微粒子、及び／又は、処理流を、少なくとも１つのガス化触媒を含む水溶液と接触させる、少なくとも１つのローディング・タンクを含み、１つ又はそれ以上の触媒処理フィードストック流を形成する。あるいは、１つ又はそれ以上の触媒処理フィードストック流を形成するために、触媒成分は、固形微粒子として、１つ又はそれ以上の炭素質微粒子、及び／又は、処理流に混ぜ合わされてもよい。

一般に、ガス化触媒は、微粒子混合物中の炭素原子に対するアルカリ金属原子の比率が、約０．０１から、又は、約０．０２から、又は、約０．０３から、又は、約０．０４から、約０．１０の、又は、約０．０８の、又は、約０．０７の、又は、約０．０６の範囲を提供するのに十分な量だけ、触媒化炭素質フィードストック中に存在する。

あるフィードストックでは、質量基準で、触媒化炭素質フィードストック中の総合灰分量より、約３倍から約１０倍多いアルカリ金属量を達成するために、アルカリ金属成分は、触媒化炭素質フィードストック内部に供給されてもよい。

適切なアルカリ金属は、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、及び、これらの混合物である。カリウム源は特に有用である。適切なアルカリ金属化合物は、アルカリ金属炭酸塩、重炭酸塩、ギ酸塩、シュウ酸塩、アミド、水酸化物、酢酸塩、又は、類似の化合物等である。例えば、触媒は、１つ又はそれ以上の、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸リチウム、炭酸セシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、又は、水酸化セシウム、並びに、とりわけ、炭酸カリウム、及び／又は、水酸化カリウムを含み得る。

既に組み入れられている参照文献に開示されているような、任意の助触媒、又は、他の触媒添加物を活用してもよい。

触媒化炭素質フィードストックを形成するために混ぜ合わされる１つ又はそれ以上の触媒処理フィードストックは、触媒化炭素質フィードストック（３０）と会合するローディングされた触媒の全量の、約５０％より多くを、又は、約７０％より多くを、又は、約８５％より多くを、又は、約９０％より多くを、一般的に含んでいる。様々な触媒処理フィードストック流と会合する、ローディングされた全触媒の割合は、当業者に知られているプロセスに従って決めることができる。

別々の炭素質微粒子、触媒処理フィードストック流、及び、処理流は、前述のように、例えば、触媒ローディングの全体、又は、触媒化炭素質フィードストック（３０）の他の品質をコントロールするために、適切にブレンドすることができる。混ぜ合わされる様々な流れの適切な比率は、触媒化炭素質フィードストック（３０）の望ましい特性と同様に、各々を含む炭素質材料の品質に依存する。例えば、バイオマス微粒子流と触媒化非バイオマス粒子流は、前述のように、所定の灰分量を有する触媒化炭素質フィードストック（３０）を得るための比率にて、混ぜ合わせることができる。

前述の触媒処理フィードストック流、処理流、及び、処理されたフィードストック流のいずれかは、１つ又はそれ以上の乾燥微粒子、及び／又は、１つ又はそれ以上の湿潤ケーキとして、限定するものではないが、ニーディング、及び、縦型、又は、水平ミキサー、例えば、単軸、若しくは、２軸のスクリュー式、リボン式、若しくは、ドラム式ミキサーを含む当業者に知られた如何なる方法にても、混ぜ合わせることができる。得られた触媒化炭素質フィードストック（３０）は、将来使うために貯蔵する、又は、触媒ガス化装置への導入のための、１つ又はそれ以上の供給操作へ移送することができる。触媒化炭素質フィードストックは、例えば、スクリュー・コンベアー、又は、圧気輸送などの、当業者に知られている如何なる方法にても、貯槽、又は、供給操作へ移送することができる。

さらに、過剰水分を、触媒化炭素質フィードストック（３０）から除去することができる。例えば、残水分量が、例えば、約１０ｗｔ％以下、又は、約８ｗｔ％以下、又は、約６ｗｔ％以下、又は、約５ｗｔ％以下、又は、約４ｗｔ％以下である触媒化炭素質フィードストックを供給するために、触媒化炭素質フィードストック（３０）を、流動床スラリー乾燥機（即ち、液体を蒸発させるための過熱スチームによる処理）で乾燥してもよい、又は、溶液を、真空下、若しくは、イナート・ガスの流れのもと、熱的に蒸発、若しくは、除去してもよい。

〔任意の、追加のガス化方法〕
（ａ）触媒回収
記述された条件下での触媒化炭素質フィードストック（３０）の反応により、触媒ガス化装置から、第１のガス流（４０）と固形炭化生成物が、一般的にもたらされる。固形炭化生成物は、一般的に、多量の未反応炭素質材料と同伴触媒を含んでいる。固形炭化生成物は、サンプリング、ガス抜き、及び／又は、チャー出口からの触媒回収のために、反応室から除去することができる。

本明細書において使用されているように、用語「同伴触媒（entrained catalyst）」は、アルカリ金属成分を含んでいる化合物を意味する。例えば、「同伴触媒」は、限定はされないが、可溶性アルカリ金属化合物（アルカリ炭酸塩、水酸化アルカリ、及び、アルカリ酸化物等）、及び／又は、不溶性アルカリ化合物（アルカリ・アルミノケイ酸塩等）を含むことができる。触媒ガス化装置から取出されたチャーと会合している触媒成分の性質、及び、それらの回収プロセスは、以下に、及び、既に組み入れられている、ＵＳ００７／０２７７４３７Ａ１、ＵＳ２００９／０１６５３８３Ａ１、ＵＳ２００９／０１６５３８２Ａ１、ＵＳ２００９／０１６９４４９Ａ１、及び、ＵＳ２００９／０１６９４４８Ａ１に詳細に説明されている。

固形炭化生成物は、当業者には他のプロセスも知られているが、ロック・ホッパー・システムであるチャー出口を経由して、各触媒ガス化装置から、周期的に取り出すことができる。固形炭化生成物を除去するプロセスは当業者に良く知られている。例えば、ＥＰ−Ａ−０１０２８２８に教唆されている１つのかかるプロセスが使用することができる。

触媒ガス化装置からの炭化生成物は、以下に記述される様に、触媒回収ユニットに送ってもよい。あるいは、かかる炭化生成物は、以下に記述される様に、触媒回収ユニット操作に送ってもよい。かかる炭化生成物は、また、多数の流れに分割されてもよく、これらの１つは、触媒回収ユニットに送られてもよく、別のものは、メタン化触媒として（上述の様に）使用してもよく、触媒回収のために処理しなくてもよい。

ある実施態様においては、触媒ガス化装置の反応室から取出された固形炭化生成物内の同伴触媒の中のアルカリ金属は、回収することができ、いかなる未回収の触媒も、触媒補充流によって補うことができる。フィードストック中に、アルミナ及びシリカが多ければ多い程、アルカリ金属の回収をより多く得るのに、よりコストがかかる。

一実施態様において、触媒ガス化装置からの固形炭化生成物を、同伴触媒の一部を抽出するために、再循環・ガスと水でクエンチすることができる。回収触媒は、アルカリ金属触媒の再使用のために、触媒ローディング・プロセスに送ることができる。減損したチャーは、例えば、触媒化フィードストックの製造での再使用のために、いずれか１つの又はそれ以上の、フィードストック操作に送ることができ、１つ又はそれ以上のスチーム発生器を作動させるために燃やすことができ（既に組み入れられているＵＳ２００９／０１６５３７６Ａ１、及び、ＵＳ２００９／０２１７５８５Ａ１に開示されているように）、又は、例えば、吸収剤として様々な用途に使用することができる（既に組み入れられているＵＳ２００９／０２１７５８２Ａ１に開示されているように）。

他の、特に有用な回収と再循環のプロセスが、ＵＳ４４５９１３８ 、及び既に組み入れられているＵＳ２００７／０２７７４３７Ａ１、ＵＳ２００９／０１６５３８３Ａ１、ＵＳ２００９／０１６５３８２Ａ１、ＵＳ２００９／０１６９４４９Ａ１、及び、ＵＳ２００９／０１６９４４８Ａ１に記述されている。さらなるプロセス詳細のためにこれらの資料を参照のこと。

触媒の再循環は、１つの触媒ローディング・プロセス、又は、組合せに送ることができる。例えば、全ての再循環された触媒は、１つの触媒ローディング・プロセスに供給することができ、一方、別のプロセスは、補充触媒のみを使用する。補充触媒に対する再循環の度合いは、触媒ローディング・プロセス間で、個々の基準に基づいてコントロールすることもできる。

（ｂ）ガス精製
生成物の精製は、例えば、任意の微量夾雑物除去、アンモニア除去、及び、回収、並びに、サワーシフト・プロセスを含んでもよい。酸性ガス除去（上記参照）は、熱交換器から直接送られた冷却された第１のガス流（５０）に、又は、（ｉ）１つまたはそれ以上の、微量成分除去ユニット；（ii）１つまたはそれ以上の、サワーシフト・ユニット；（iii）１つまたはそれ以上の、アンモニア除去ユニット、及び、（iv）硫黄に対する耐性のある触媒メタネーターの、１つまたはそれ以上を通って来た冷却された第１のガス流に、実施されてよい。

（１）微量夾雑物除去
当業者には良く知られているように、ガス流の、例えば、冷却された第１のガス流（５０）の混入物のレベルは、触媒化炭素質フィードストックを製造するための、炭素質材料の特性次第である。例えば、Ｉｌｌｉｎｏｉｓ ♯６のような、ある種の石炭は、硫黄含有量が高く、高ＣＯＳ混入物をもたらすことがあり；Ｐｏｗｄｅｒ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎのような、他の石炭は、触媒ガス化装置内で揮発することができるかなり高いレベルの水銀を含むことがある。

ＣＯＳは、例えば、ＣＯＳ加水分解（ＵＳ３９６６８７５、ＵＳ４０１１０６６、ＵＳ４１００２５６、ＵＳ４４８２５２９、及びＵＳ４５２４０５０を参照）、冷却された第２のガス流を微粒石灰石（ＵＳ４１７３４６５参照）、酸性緩衝ＣｕＳＯ₄溶液（ＵＳ４２９８５８４参照）、テトラメチレン・スルホンを含む、メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジプロパノールアミン、又は、ジイソプロパノールアミン等のアルカノールアミン吸収剤（スルホラン；ＵＳ３９８９８１１参照）に通すことによって；又は、冷却された第２のガス流を低温液体ＣＯ₂による向流洗浄（ＵＳ４２７０９３７、及び、ＵＳ４６０９３８８参照）によって、ガス流、例えば、冷却された第１のガス流（５０）から除去することができる。

ＨＣＮは、例えば、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ、及び、ＮＨ₃を生成する硫化アンモニウム、又はポリスルフィドとの反応（ＵＳ４４９７７８４、ＵＳ４５０５８８１、及び、ＵＳ４５０８６９３参照）、又は、ホルムアルデヒドを用いて、続いて多硫化アンモニウム又は多硫化ナトリウムを用いての２段洗浄（ＵＳ４５７２８２６参照）、水による吸収（ＵＳ４１８９３０７参照）、及び／又は、ＭｏＯ₃、ＴｉＯ₂、及び／又は、ＺｒＯ₂等のアルミナ担持加水分解触媒に通すことによる分解（ＵＳ４８１０４７５、ＵＳ５６６０８０７、及び、ＵＳ５９６８４６５参照）によって、ガス流、例えば、冷却された第１のガス流（５０）から除去することができる。

元素状水銀は、例えば、硫酸で活性化された炭素による吸収（ＵＳ３８７６３９３参照）、硫黄を含浸した炭素による吸収（ＵＳ４４９１６０９参照）、Ｈ₂Ｓ含有アミン溶媒による吸収（ＵＳ４０４４０９８参照）、銀又は金を含浸したゼオライトによる吸収（ＵＳ４８９２５６７参照）、過酸化水素及びメタノールを用いたＨｇＯへの酸化（ＵＳ５６７０１２２参照）、ＳＯ₂存在下の、臭素又はヨウ素を含む化合物を用いた酸化（ＵＳ６８７８３５８参照）、Ｈ、Ｃｌ、及び、Ｏ含有プラズマを用いた酸化（ＵＳ６９６９４９４参照）、及び／又は、塩素含有酸化ガスによる酸化（例えば、ＣｌＯ、ＵＳ７１１８７２０参照）によって、ガス流、例えば、冷却された第１のガス流（５０）から除去することができる。

ＣＯＳ、ＨＣＮ、及び、／又は、Ｈｇのいずれか又はすべてを除去するために、水溶液が使用されるとき、微量夾雑物除去ユニットにて発生する排水を、排水処理ユニットに送ることができる。

微量夾雑物除去が存在するとき、特定の微量夾雑物の微量夾雑物除去は、そのように処理されたガス流（例えば、冷却された第１のガス流（５０））から、一般的には、目的とする生成物流の仕様限度のレベル、又は、それより低いレベルまで、少なくとも、その微量夾雑物の大部分（又は、実質的にすべて）を除去しなければならない。一般的に、微量夾雑物除去ユニットは、冷却された第１のガス流から、ＣＯＳ、ＨＣＮ、及び／又は、水銀の、少なくとも９０％、又は、少なくとも９５％、又は、少なくとも９８％を除去しなければならない。

（２）サワーシフト
ガス流、例えば、冷却された第１のガス流（５０）には、ＣＯの一部をＣＯ₂に変え、Ｈ₂の割合を増やすために、水性媒体（スチームのような）の存在のもと、水−ガス・シフト反応を施すことができる。ある実施例においては、水素の割合増加の発生を、以下に述べる様に、メタンから分離することができる、水素生成物ガスの形成に使用することができる。ある、他の実施例では、サワーシフト・プロセスを、次のメタネーターに供給するために、ガス流、例えば、冷却された第１のガス流（５０）中の一酸化炭素対水素の割合を調整するために使用してもよい。水−ガス・シフト処理は、熱交換器から直接流れて来た冷却された第１のガス流に、又は、微量夾雑物除去ユニットを通過した、冷却された第１のガス流に行われてもよい。

サワーシフト・プロセスは、例えば、ＵＳ７０７４３７３に、詳細に記述されている。プロセスは、水の添加、又は、ガス中に含まれる水分の使用、及び、得られた水−ガス混合物を、スチーム・リフォーミング触媒上で、断熱的に反応させることを含んでいる。代表的なスチーム・リフォーミング触媒には、耐熱性の担体上の、１つ又はそれ以上の第８族金属が挙げられる。

ＣＯ含有ガス流上でのサワーガス・シフト反応の実施のための方法と反応器は、当業者には良く知られている。適切な反応条件、及び、適切な反応器は、ガス流から除かれなければならないＣＯ量次第で変えることができる。いくつかの実施態様においては、サワーガス・シフトは、単段で、約１００℃から、又は、約１５０℃から、又は、約２００℃から、約２５０℃まで、又は、約３００℃まで、又は、約３５０℃までの温度範囲内で実施することができる。これらの実施態様においては、シフト反応は、当業者に知られているいかなる適切な触媒によっても、触媒作用を受けることができる。かかる触媒には、限定されるものではないが、Ｆｅ₂Ｏ₃−Ｃｒ₂Ｏ₃触媒等のＦｅ₂Ｏ₃系触媒、並びに、他の遷移金属系及び遷移金属酸化物系触媒が挙げられる。他の実施態様においては、サワーガス・シフトは、多段で実施することができる。ある特定の実施態様においては、２段で実施される。この２段プロセスは、高温シーケンスと、続いての、低温シーケンスを使用する。高温シフト反応のガス温度は、約３５０℃から約１０５０℃の範囲である。代表的な高温触媒は、限定されるものではないが、場合により、より少量のクロム酸化物と結合した鉄酸化物を含む。低温シフト反応のガス温度は、約１５０℃から約３００℃、又は、約２００℃から約２５０℃の範囲である。低温シフト触媒は、限定されるものではないが、亜鉛酸化物、又は、アルミナ上に担持されることがある銅酸化物を含む。サワーシフト・プロセスのための適切なプロセスは、既に組み入れられている米国特許出願番号１２／４１５，０５０に記述されている。

多くの場合、スチーム・シフティングは、熱エネルギーの有効活用を可能にする、熱交換器とスチーム発生器を用いて行われる。これらの装置を用いているシフト反応器は、当業者に良く知られている。適切なシフト反応器の実施例が、当業者に知られている他の設計によるものも効果的であるが、既に組み入れられている、ＵＳ７０７４３７３ に図示されている。サワーガス・シフト手順に引き続いて、１つ又はそれ以上の冷却された第２のガス流の各々は、一般的に、ＣＨ₄、ＣＯ₂、Ｈ₂、Ｈ₂Ｓ、ＮＨ₃、及び、スチームを含む。

いくつかの実施態様においては、冷却されたガス流から、ＣＯの大部分を除去し、従って、ＣＯの大部分を転換することが望ましいことがある。この文脈における、「大部分の」転換とは、目的とする最終生成物を生成することができるように、その成分を、十分に高い割合で転換することを意味する。一般的に、ＣＯの大部分が転換されたシフト・リアクターを出るガス流は、約２５０ｐｐｍ、又は、それ以下のＣＯ、より一般的には、約１００ｐｐｍ、又は、それ以下の、ＣＯの一酸化炭素の濃度を有することがある。

他の実施態様においては、一般的に、約３以上、又は、約３より大きい、又は、約３．２以上の、Ｈ₂／ＣＯモル比を必要とする、次の、メタン化、例えば、トリム・メタン化のためのＨ₂の割合を増やすように、ＣＯの一部のみを転換することが望ましいこともある。

（３）アンモニア回収
当業者に良く知られているように、バイオマスのガス化、及び／又は、触媒ガス化装置のために酸素源として空気を利用することにより、生成物ガス流中に、かなりの量のアンモニアを製造することができる。場合により、ガス流、例えば、冷却された第１のガス流（５０）を、アンモニアを回収するために、１つまたはそれ以上の、アンモニア回収ユニットにおいて、水によるスクラビングすることができる。アンモニア回収処理は、例えば、熱交換器から直接流れて来た、冷却された第２のガス流に、又は、（ｉ）１つ又はそれ以上の微量夾雑物除去ユニット；及び、（ii）１つ又はそれ以上のサワーシフト・ユニットの、１つ又は双方から流れて来たガス流、例えば、冷却された第１のガス流（５０）に実施されることがある。

スクラビング終了後、ガス流、例えば、冷却された第１のガス流（５０）は、少なくとも、Ｈ₂Ｓ、ＣＯ₂、ＣＯ、Ｈ₂、及び、ＣＨ₄を含むことができる。冷却されたガス流がサワーシフト・ユニットを既に通過しているとき、そのときは、スクラビング後に、ガス流は、少なくとも、Ｈ₂Ｓ、ＣＯ₂、Ｈ₂、及び、ＣＨ₄を含むことができる。

アンモニアは、当業者に知られたプロセスに従い、スクラバー水から回収することができ、一般的に、水溶液（例えば、２０ｗｔ％）として回収することができる。スクラバー排水は、排水処理ユニットに送ることができる。

アンモニア除去ユニットが存在するときには、これにより、スクラビングされた流れ、例えば、冷却された第１のガス流（５０）から、アンモニアの大部分（及び、実質的にすべて）を除去しなければならない。アンモニア除去の文脈における、「大部分の」除去とは、目的とする最終生成物を生成することができるように、その成分の充分高い割合を除去することを意味する。一般的に、アンモニア除去プロセスは、少なくともスクラビングされた第１のガス流のアンモニア含有量の、約９５％、又は、少なくとも、約９７％を除去するものである。

（ｃ）メタン取出し
第２のガス流、又は第２のメタン富化ガス流は、必要なときには、限定されるものではないが、低温蒸留、及び、モレキュラー・シーブ、又は、ガス分離膜（例えば、セラミック）の使用等の、当業者に知られている、いかなる適切なガス分離プロセスによっても、ＣＨ₄を分離し取出すために、処理することができる。例えば、サワーシフト・プロセスが存在するときには、第２のガス流は、低温蒸留などの当業者に良く知られているプロセスにしたがって、分離することができる、メタンと水素を含むことがある。

他のガス精製方法には、既に組み入れられている米国特許出願番号１２／３９５，３３０、１２／４１５，０４２、及び１２／４１５，０５０に開示されているように、メタン水和物の生成によるものが挙げられる。

（ｄ）発電
スチーム源（５００）によって生成されたスチームの一部は、プラント内にて使用し得る、又は、電力供給網に売却することができる電力を生産するために、スチームタービン等の、１つ又はそれ以上の発電機に供給されてもよい。ガス化方法内にて生産された高温・高圧のスチームを、電力の発生のために、スチームタービンに供給してもよい。例えば、第１のガス流（４０）との接触で、熱交換器にてとらえられた熱エネルギーは、スチームタービンへ供給されるスチームの発生用に使用することができる。

（ｅ）排水処理
当業者に知られたいずれかのプロセスに従い、プラント内の回収水の再循環、及び／又は、プラント・プロセスからの排水の廃棄を可能にするために、微量夾雑物除去、サワーシフト、アンモニア除去、及び／又は、触媒回収プロセスの、いずれか１つ又はそれ以上から生じる排水中の残余夾雑物を、排水処理ユニットにおいて、除去することができる。かかる残余夾雑物は、例えば、フェノール類、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ、ＣＯＳ、アンモニア、及び、水銀を含むことがある。例えば、Ｈ₂Ｓ及びＨＣＮは、排水のｐＨを約３の酸性とし、酸性排水をストリッピング塔において、イナート・ガスで処理し、アンモニアを除去するために、ｐＨを約１０に上げ、排水をイナート・ガスで、２度目の処理をすることにより、除去することができる（ＵＳ５２３６５５７参照）。Ｈ₂Ｓは、Ｈ₂Ｓを浮遊選鉱又は濾過により除去し得る不溶性硫酸塩に転換するために、残余コークス微粒子の存在の下、酸化剤で排水を処理することにより除去することができる（ＵＳ４４７８４２５参照）。フェノール類は、排水を、一価、及び、二価の塩基無機化合物を含む炭素質チャー（例えば、固形チャー生成物、又は、触媒回収後の除かれたチャー、上記を参照）と排水を接触させ、ｐＨを調整することにより除去することができる（ＵＳ４１１３６１５参照）。フェノール類はまた、有機溶剤で抽出し、次に、ストリッピング塔での排水処理により、除去することもできる（ＵＳ３９７２６９３、ＵＳ４０２５４２３、及び、ＵＳ４１６２９０２参照）。

（ｆ）マルチトレイン方法
本発明のプロセスにおいて、各プロセスは、１つまたはそれ以上の、処理ユニット内で実行することができる。例えば、１つまたはそれ以上の、触媒ガス化装置には、１つまたはそれ以上の、触媒ローディングからの、及び／又は、フィードストック製造ユニット操作からの、炭素質フィードストックを供給することができる。同様に、１つまたはそれ以上の、触媒ガス化装置によって生成された第1のガス流を、例えば、既に組み入れられている米国特許出願番号１２／４９２，４６７、１２／４９２，４７７、１２／４９２，４８４、１２／４９２，４８９、及び１２／４９２，４９７に述べられている様に、特定のシステム構成に応じて、別々に、又は、熱交換器、耐硫黄触媒メタネーター、酸性ガス除去ユニット、トリム・メタネーター、及び／若しくは、メタン取出しユニットの組合せによって、処理、又は、精製することができる。

ある実施態様においては、プロセスは２つ又はそれ以上の、触媒ガス化装置（例えば、２〜４の触媒ガス化装置）を使用する。かかる実施態様において、プロセスには、最終的に、触媒化炭素質フィードストックを複数の触媒ガス化装置に供給するための、触媒ガス化装置より前にある、分岐的（divergent）処理ユニット（即ち、触媒ガス化装置の総数よりも少ない）、及び／又は、複数の触媒ガス化装置によって生成された、複数の第２のガス流を処理するための、触媒ガス化装置に引き続いている、収束的（convergent）処理ユニット（即ち、触媒ガス化装置の総数よりも少ない）、が含まれても良い。

例えば、本プロセスは、（ｉ）触媒化炭素質フィードストックを触媒ガス化装置に供給するための、分岐的触媒ローディング・ユニット；（ii）触媒ローディング・ユニットに炭素質微粒子を供給するための、分岐的炭素質材料処理ユニット；(iii) 触媒ガス化装置からの複数の第１のガス流を受け入れる収束的熱交換器；（iv）熱交換器からの、複数の冷却された第１のガス流を受け入れる、収束的、耐硫黄メタネーター；（ｖ）熱交換器からの複数の冷却された第１のガス流を、又は、存在するときには、耐硫黄メタネーターからの、第１のメタン富化ガス流を、受け入れる、収束的酸性ガス除去ユニット；又は、（vi）酸性ガス除去ユニットからの複数の第２のガス流を受け入れる、収束的触媒メタネーター、又は、トリム・メタネーターを使用してもよい。

システムが収束的処理ユニットを含むとき、収束的処理ユニットの各々を、ｎを収束的処理ユニットの数とするとき、収束的処理ユニットに供給される総ガス流の１／ｎより多くを受け入れる容量を有する様に、選択することができる。例えば、４つの触媒ガス化装置と、触媒ガス化装置からの４つの第２のガス流を受け入れるための、２つの熱交換器を使用するプロセスにおいて、熱交換器は、４つの第２のガス流の総ガス体積の１／２より多くを（例えば、１／２から３／４）、受け入れる容量を有するように選択でき、そして全処理システムを停止する必要性なしに、１つまたはそれ以上の、熱交換器の定期メンテナンスを行うことができるために、２つまたはそれ以上の、触媒ガス化装置と接続することができる。

同様に、システムが分岐的処理ユニットを含むとき、分岐的処理ユニットの各々を、ｍを分岐的処理ユニットの数とするとき、収束的処理ユニットに供給される総ガス流の１／ｍより多くを受け入れる容量を有するように、選択することができる。例えば、２つの触媒ローディング・ユニットと、触媒ローディング・ユニットに炭素質微粒子を供給するための単一の炭素質材料処理ユニットを使用するプロセスにおいて、各々が炭素質材料処理ユニットと接続している、触媒ローディング・ユニットは、全処理システムを停止する必要性なしに、触媒ローディング・ユニットの１つの定期メンテナンスを行うことができるために、単一の炭素質材料処理ユニットからの、炭素質微粒子の総体積の１／２から全量を受け入れる容量を有しているように選択することができる。

実施例１
本発明方法の一実施態様が図３に図示されている。ここにおいて、炭素質フィードストック（１０）はフィードストック処理ユニット（１００）に供給され、約２５００μｍより小さい平均粒子径を有する炭素質微粒子（２０）に変換される。炭素質微粒子（２０）は、触媒ローディング・ユニット（２００）に供給され、ここで粒子をローディング・タンク中ガス化触媒を含む溶液と接触させ、過剰な水を濾過によって除去し、得られた湿ったケーキを乾燥機で乾燥して、触媒化炭素質フィードストック（３０）を得る。触媒化炭素質フィードストックは触媒ガス化装置（３００）に供給される。

触媒ガス化装置中、触媒化炭素質フィードストック（３０）を、転換に適した条件下酸素源（９００）からの酸素リッチガス流（９１）及びスチーム源（５００）からの過熱スチーム（５１）の一部と接触させて、フィードストックを少なくともメタン、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、及び硫化水素を含む第１のガス流（４０）に転換する。触媒ガス化装置は、それぞれの反応室から周期的に除去され、触媒回収操作（１０００）（ここで同伴触媒（３２）が回収され、触媒ローディング操作（２００）に戻される）に向けれる、同伴触媒（３２）を含む固形チャー生成物（３１）を発生する。回収プロセスにより発生し、除去したチャー（３３）は、フィードストック処理・ユニット（１００）に向けることができる。

フィードストック処理・ユニット（１００）の粉砕又は破砕処理で生じた微粉（１５）は、燃焼用にスチーム源に供給することができる。これとは別に、スチーム源（５００）により発生したスチームの第２の部分（５３）は、発電（１１）のためスチーム・タービン（１１００）に向けられる。

第１のガス流（４０）は、熱交換器ユニット（６００）に供給されて、第１の冷却ガス流（５０）を生ずる。第１の冷却ガス流（５０）は、酸性ガス除去ユニット（７００）に供給され、ここで流れの中に存在する硫化水素及び二酸化炭素が、流れをＨ₂Ｓ及びＣＯ₂吸収剤と接触させることによって連続的吸収によって除去され、最終的に一酸化炭素、水素及びメタンを含む第２のガス流（６０）を発生する。

第２のガス流（６０）は、触媒メタネーター（８００）に供給され、ここで第２のガス流（６０）中に存在する一酸化炭素及び水素がメタンに転換され、第２のメタン富化ガス流（７０）を発生する。第２のメタン富化ガス流（７０）は、メタン生成物流（８０）であってもよいし、又はメタン生成物流（８０）を発生させるために、さらに処理してもよい。

実施例２
本発明方法の別の実施態様が図４に図示されている。ここにおいて、炭素質フィードストック（１０）はフィードストック処理ユニット（１００）に供給され、約２５００μｍより小さい平均粒子径を有する炭素質微粒子（２０）に変換される。炭素質微粒子（２０）は触媒ローディング・ユニット（２００）に送られ、ここで粒子をローディング・タンク中ガス化触媒を含む溶液と接触させ、過剰な水を濾過によって除去し、そして得られた湿ったケーキを乾燥機で乾燥して、触媒化炭素質フィードストック（３０）を得る。触媒化炭素質フィードストックは触媒ガス化装置（３００）に供給される。

触媒ガス化装置中、触媒化炭素質フィードストック（３０）を、転換に適した条件下酸素源（９００）からの酸素リッチガス流（９１）及びスチーム源（５００）からの過熱スチーム（５１）の一部と接触させて、フィードストックを最終的に、少なくともメタン、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、及び硫化水素を含む、第１のガス流（４０）に転換する。触媒ガス化装置は、それぞれの反応室から周期的に除去され、触媒回収操作（１０００）（ここで、同伴触媒（３２）が回収され、触媒ローディング操作（２００）に戻される）に向けられる、同伴触媒（３２）を含む、固形チャー生成物（３１）を発生する。回収プロセスにより発生し、除去したチャー（３３）は、フィードストックユニット（１００）に向けることができる。

フィードストック処理ユニット（１００）の粉砕又は破砕処理で生じた、微粉（１５）を、燃焼用にスチーム源に供給することができる。これとは別に、スチーム源（５００）により発生したスチームの第２の部分（５３）は、発電（１１）のためスチーム・タービン（１１００）に向けられる。

第１のガス流（４０）は熱交換器ユニット（６００）に供給されて、第１の冷却ガス流（５０）を発生する。第１の冷却ガス流（５０）は、耐硫黄メタネーター（８０１）に供給され、ここで、第１の冷却ガス流（５０）中の一酸化炭素及び水素を耐硫黄メタン化触媒の存在下反応させて、メタン、硫化水素、二酸化炭素、残留一酸化炭素及び残留水素を含む、第１のメタン富化ガス流（６０）を発生させる。耐硫黄メタン化触媒は、触媒ガス化装置から発生したチャーの部分（３４）から、耐硫黄メタネーターへ供給される。

第１のメタン富化ガス流（６０）は、酸性ガス除去ユニット（７００）に供給され、ここで流れの中に存在する硫化水素及び二酸化炭素が、流れとＨ₂Ｓ及びＣＯ₂吸収剤とを接触させることによって連続吸収によって除去され、最終的にメタン、残留一酸化炭素及び残留水素を含む第２のガス流（７０）を発生する。第２のガス流（７０）は触媒トリム・メタネーター（８０２）に供給され、ここで第２のガス流中に存在する残留一酸化炭素と残留水素をメタンに転換して、第２のメタン富化ガス流（８０）を発生させる。第２のメタン富化ガス流（７０）が、メタン生成物流（８０）であってもよいし、又はメタン生成物流（８０）を発生させるために、さらに処理してもよい。

Claims (11)

1. 炭素質フィードストックから複数のガス生成物を生成させ、メタン生成物流を回収するための方法であって、
   （ａ）炭素質フィードストック、酸素リッチガス流、アルカリ金属ガス化触媒、及びスチームを、触媒ガス化装置に供給する工程；
   （ｂ）炭素質フィードストックを、触媒ガス化装置中、スチーム、水素、一酸化炭素、酸素リッチガス流、及びアルカリ金属ガス化触媒の存在下、４５０℃から８００℃の温度及び４００ｐｓｉｇ（２８５９ｋＰａ絶対圧力）から１０００ｐｓｉｇ（６９９６ｋＰａ絶対圧力）の圧力下で反応させて、メタン、二酸化炭素、水素、一酸化炭素、及び硫化水素を含む複数のガス生成物を含む第１のガス流を形成させる工程、ここで前記第１のガス流は、第１のガス流中のメタン、二酸化炭素、一酸化炭素、及び水素のモルに基づいて、少なくとも５０ｍｏｌ％のメタン＋二酸化炭素を含み；
   （ｃ）場合により、第１のガス流に存在する少なくとも一酸化炭素の一部及び少なくとも水素の一部を、触媒メタネーター中、耐硫黄性メタン化触媒の存在下反応させて、第１のメタン富化ガス流を生成させる工程；
   （ｄ）第１のガス流（又は存在する場合第１のメタン富化ガス流）から二酸化炭素の大部分及び硫化水素の大部分を除去して、第１のガス流（又は存在する場合第１のメタン富化ガス流）からメタンの大部分を含む第２のガス流を生成させる工程；
   （ｅ）場合により、第２のガス流が水素及び１００ｐｐｍより大の一酸化炭素を含む場合、第２のガス流中に存在する一酸化炭素及び水素を、触媒メタネーター中、メタン化触媒の存在下反応させて、第２のメタン富化ガス流を生成させる工程；及び
   （ｆ）第２のガス流（又は存在する場合第２のメタン富化ガス流）を回収する工程；
   を含み、
   ここで、
   （ｉ）工程（ｃ）及び工程（ｅ）の少なくとも一つが存在し、
   （ii）第２のガス流（又は存在する場合第２のメタン富化ガス流）がメタン生成物流であるか、又は第２のガス流（又は存在する場合第２のメタン富化ガス流）を精製して、メタン生成物流を発生させ、
   （iii）固形チャー生成物が、工程（ｂ）で生成され、これは触媒ガス化装置から定期
   的に取出され、
   （iv）第１のガス流中の一酸化炭素の一部を二酸化炭素に変換し、第１のガス流中の水素の割合を増やすために水性媒体の存在のもと、第１のガス流に水−ガス・シフト反応を施す、
   上記方法。
2. 工程（ａ）、（ｂ）、（ｄ）及び（ｆ）、及び存在する場合、（ｃ）及び（ｅ）が連続である、請求項１の方法。
3. 炭素質フィードストックが、触媒ガス化装置中に導入される前に、ガス化触媒を添加され、及び炭素質フィードストックが、炭素原子に対するアルカリ金属原子の比を０.０１〜０.１０の範囲にするのに十分な量のアルカリ金属ガス化触媒を添加されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. メタン生成物流が、パイプライン品質の天然ガスに相当することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 工程（ｅ）が存在することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 第１のガス流が、触媒ガス化装置に供給される過熱スチームを生成するために取出される熱エネルギーを含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 炭素燃料燃焼の過熱器が存在しないことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 第１のガス流が、第１のガス流中のメタン、二酸化炭素、一酸化炭素、及び水素のモルに基づいて、少なくとも２０ｍｏｌ％のメタンを含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 触媒ガス化装置に供給される酸素の総量が、触媒ガス化装置に供給されるスチームの容積に基づいて、３容積％より大きく１５容積％の範囲であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 触媒ガス化装置に供給される、酸素の総量が、炭素質フィードストックの質量部あたり、０.０５〜１.０質量部のＯ₂の範囲であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 固形チャー生成物が、取出され、触媒回収ユニットに送られることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。

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