JP5771615B2 - 炭素質フィードストックの水添メタン化方法 - Google Patents
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Description
スチーム炭素:C+H2O→CO+H2 (I)
水性ガスシフト:CO+H2O→H2+CO2 (II)
COメタン化:CO+3H2→CH4+H2O (III)
水素添加ガス化法:2H2+C→CH4 (IV)
2C+2H2O→CH4+CO2 (V)
(a)第1の炭素質フィードストック、第1の酸素リッチガス流、並びに場合により水及びスチームの一方又は両方を含む水性流を、合成ガス発生器に供給する工程;
(b)合成ガス発生器中、酸素、及び場合により水性流の存在下で第1の炭素質フィードストックを反応させて、第1の温度及び第1の圧力で水素、一酸化炭素、熱エネルギー及び場合によりスチームを含む第1のガス流を生成させる工程;
(c)第1のガス流を、場合により水及びスチームの一方又は両方を含むクエンチ流(quench stream)と共に第1の熱交換器ユニット(heat exchanger unit)に導入して、熱エネルギーを取り出し、第2の温度及び第2の圧力で、水素、一酸化炭素及び場合によりスチームを含む冷却された第1のガス流を発生させる工程;
(d)冷却された第1のガス流を水添メタン化ガス供給流、及び一酸化炭素、水素及び場合によりスチームを含む合成ガス粗生成物流に分離する工程;
(e)場合により、発生した水添メタン化ガス供給流が第3の温度及び第3の圧力で水素、一酸化炭素及びスチームを含むように、スチーム及び熱エネルギーの一方又は両方を水添メタン化ガス供給流に加える工程;
(f)第2の炭素質フィードストック、水添メタン化触媒、水添メタン化ガス供給流及び場合により第2の酸素リッチガス流を、水添メタン化反応器に導入する工程;
(g)水添メタン化反応器中、一酸化炭素、水素、スチーム、水添メタン化触媒及び場合により酸素の存在下、第4の温度及び第4の圧力で、第2の炭素質フィードストックを反応させて、メタン、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、硫化水素及び熱エネルギーを含むメタン富化粗生成物流を生成させる工程;及び
(h)メタン富化生成物流を水添メタン化反応器から回収する工程、
を含み、
ここで:
工程(g)の反応は、合成ガス需要、スチーム需要及び熱需要を有し;水添メタン化ガス供給流(又は存在する場合、過熱された水添メタン化ガス供給流)中の一酸化炭素及び水素の量は、少なくとも工程(g)の反応の合成ガス需要を満たすために十分であり;
工程(d)からの水添メタン化ガス供給流中のスチームの量が、工程(g)の反応のスチーム需要を満たすには不十分である場合、工程(e)が存在し、そして少なくとも工程(g)の反応のスチーム需要を満たすために十分な量でスチームを水添メタン化ガス供給流に加え;
第2の温度が工程(g)の反応の熱需要を満たすには不十分である場合、工程(e)が存在し、そして少なくとも工程(g)の反応の熱需要を満たすために十分な量で熱エネルギーを水添メタン化ガス供給流に加える。
第2の態様において、本発明は、1つ又はそれ以上の炭素質フィードストックからメタン富化粗生成物流及び合成ガス粗生成物流を生成させるためのガス化装置であって、ガス化装置が
(a)(1)第1の炭素質フィードストック、第1の酸素リッチガス流、並びに場合により水及びスチームの一方又は両方を含む水性流を受け;(2)酸素及び場合により水性流の存在下の第1の炭素質フィードストックの反応を含み、それにより第1の温度及び第1の圧力で、水素、一酸化炭素及び場合によりスチームを含む第1のガス流が生成し;そして(3)第1のガス流を排出する;ように構成される合成ガス発生器;
(b)(1)第1のガス流、並びに場合により、スチーム及び水の一方又は両方を含むクエンチ流を受け、そして(2)第2の温度及び第2の圧力で水素、一酸化炭素及び場合によりスチームを含む、冷却された第1のガス流を発生させる;ように構成される冷却領域;
(c)(1)冷却された第1のガス流を受け;そして(2)冷却された第1のガス流を水添メタン化ガス供給流、及び一酸化炭素、水素及び場合によりスチームを含む合成ガス粗生成物流に分離する;ように構成される分離領域;
(d)(1)分離領域から水添メタン化ガス供給流を受け;(2)場合により、スチーム供給流を受け;そして(3)第3の温度及び第3の圧力で一酸化炭素、水素及びスチームを含む、過熱された水添メタン化ガス供給流を発生させる;ように構成される任意選択の過熱器領域;及び
(e)(1)炭素含量を含む第2の炭素質フィードストック、水添メタン化触媒、水添メタン化ガス供給流、及び場合により、第2の酸素リッチガス流を受け;(2)一酸化炭素、水素、スチーム、水添メタン化触媒及び場合により酸素の存在下、第4の温度及び第4の圧力で第2の炭素質フィードストックの反応を含み、それによりメタン、一酸化炭素、水素及び二酸化炭素を含むメタン富化粗生成物流が生成し;そして(3)メタン富化粗生成物流を排出する;ように構成される水添メタン化反応器
を含む、上記ガス化装置を提供する。
(B)既存の設備を改良して以下の改変を含む改良された設備を製作する工程:
(1)排気ラインが第1のガス流を冷却して第2の温度及び第2の圧力で冷却された第1のガス流を生成させるための冷却領域を含まない場合、このような冷却領域をガス処理システムの前に排気ラインに挿入する改変;
(2)ガス流分離機構を冷却領域とガス処理システムの間に挿入する改変であって、ここでガス流分離機構が、冷却された第1のガス流を合成ガス粗生成物流及び水添メタン化ガス供給流に分離するように構成される、改変;
(3)場合によりガス流分離機構に連通した水添メタン化ガス供給流用の過熱器を挿入する改変であって、ここで過熱器が、第3の温度及び圧力で過熱された水添メタン化ガス供給流を生成させるように構成される、改変;
(4)ガス流分離機構(又は存在する場合、過熱器)に連通した水添メタン化反応器を挿入する改変であって、ここで、水添メタン化反応器が、(i)第2の炭素質フィードストック、水添メタン化触媒、水添メタン化ガス供給流及び場合により酸素リッチガス流
を受け;(ii)一酸化炭素、水素、スチーム、水添メタン化触媒及び場合により酸素の存在下、第4の温度及び第4の圧力で、第2の炭素質フィードストックの反応を含み、それによりメタン富化粗生成物流が生成し、メタン富化粗生成物流は、メタン、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、硫化水素及び熱エネルギーを含み;そして(iii)メタン富化粗生成物流を排出するように構成される、改変;及び
(5)メタン富化生成物流をガス処理システムに供給するラインを挿入する改変;
(C)改良された設備において本発明の第1の態様による方法を操作する工程;及び
(D)メタン富化生成物流及び場合により合成ガス粗生成物流の少なくとも一部を処理してスイート化ガス流を生成させる工程。
Feedstockと題する代理人整理番号FN−0047 US NP1)、及び同第12/778,548号(Processes for Hydromethanation of a Carbonaceous Feedstockと題する代理人整理番号FN−0048 US NP1);
及び2010年8月6日に出願された同第12/851,864号(Processes for Hydromethanation of a Carbonaceous Feedstockと題する代理人整理番号FN−0050US NP1)に開示された内容と併せて実施することができる。
具体的な実施態様の例
(i)メタン富化粗生成物流(又は存在する場合、混合粗生成物流)を第2の熱交換器ユニットに導入し、熱エネルギーを回収し、そして冷却された粗生成物流(又は冷却された合わせた粗生成物流)を生成し;
(j)冷却された粗生成物流中の一酸化炭素の一部を場合によりサワーシフト(sour shifting)して熱エネルギー及び水素富化粗生成物流を生成し;
(k)場合により水素富化生成物流を第3の熱交換器ユニットに導入して熱エネルギーを回収し;
(l)場合により接触メタン化反応器中、耐硫黄メタン化触媒の存在下で、冷却された粗生成物流(又は存在する場合、水素富化粗生成物流)中の水素の一部及び一酸化炭素の少なくとも一部を反応させて熱エネルギー及びメタン富化処理された粗生成物流を生成し;(m)場合によりメタン富化処理された粗生成物流を第4の熱交換器ユニットに導入して熱エネルギーを回収し;
(n)冷却された粗生成物流(又は存在する場合、水素富化粗生成物流、又は存在する場合、メタン富化処理された粗生成物流)から二酸化炭素の実質的な部分及び硫化水素の実質的な部分を除去して冷却された粗生成物流(又は存在する場合、水素富化粗生成物流、若しくは、存在する場合、メタン富化処理された粗生成物流)から水素、一酸化炭素及びメタンの実質的な部分を含むスイート化ガス流を製造し;
(o)場合によりスイート化ガス流から水素の一部を分離して水素生成物流並びにメタン、場合により一酸化炭素及び場合により水素を含む、水素を除去された(hydrogen-depleted)スイート化生成物ガス流を生成し;
(p)場合により接触メタン化反応器中、メタン化触媒の存在下でスイート化生成物ガス流(又は、存在する場合、水素を除去されたスイート化生成物ガス流)中に存在する一酸化炭素及び水素を反応させて熱エネルギー及びメタン富化スイート化生成物ガス流を生成し;
(q)場合によりメタン富化スイート化生成物ガス流を第5の熱交換器ユニットに導入して熱エネルギーを回収し;そして
(r)場合によりメタン生成物流としてメタン富化スイート化生成物ガス流の少なくとも一部を回収する。
ものである。次いで、回収された触媒を再利用し、そして補給触媒(makeup catalyst)と合わせて水添メタン化反応の需要を満たす。
(1)メタン富化粗生成物流からプロセス熱エネルギーを回収し、そして冷却されたメタン富化粗生成物流を生成するように配置された第2の熱回収ユニット;
(2)アンモニアを除去された粗生成物流を生成するための、第1の熱回収ユニットの後の任意選択のアンモニア回収ユニット;
(3)メタン富化粗生成物流中の一酸化炭素の少なくとも一部をサワーシフトして熱エネルギー及び水素富化粗生成物流を生成するための、第1の熱回収ユニットの後の任意選択のサワーシフト反応器;
(4)サワーシフト反応器が存在する場合、サワーシフト反応器、水素富化粗生成物流又は両方から熱エネルギーを回収するためにサワーシフト反応器に連通した第3の熱回収ユニット;
(5)メタン富化粗生成物流(又は存在する場合、水素富化粗生成物流)中に存在する一酸化炭素の少なくとも一部及び水素の少なくとも一部を反応させて熱エネルギー及びメタン富化処理された粗生成物流を生成するための、第1の熱回収ユニット(そして、存在する場合、サワーシフト反応器)の後の、任意選択の耐硫黄接触メタン化反応器;
(6)メタン富化粗生成物流(又は、存在する場合、水素富化又は第2のメタン富化粗生成物流)から二酸化炭素の少なくとも実質的な部分及び硫化水素の少なくとも実質的な部分を除去し、そしてスイート化ガス流を生成するための第1の熱回収ユニット(並びに、存在する場合、サワーシフト反応器及び耐硫黄接触メタン化反応器)の後の酸性ガス除去ユニット;
(7)スイート化ガス流から水素の少なくとも一部を除去し、そして水素生成物流及び水素を除去されたスイート化ガス流を生成するための水素分離ユニット;
(8)一酸化炭素の実質的な部分及びスイート化生成物流からの水素の少なくとも一部を反応させ、そしてプロセス熱エネルギー及びメタン富化スイート化生成物流を生成するための酸性ガス除去ユニットの後の任意選択の接触メタン化反応器;
(9)接触メタン化反応器が存在する場合、接触メタン化反応器、メタン富化スイート化生成物流又は両方からプロセス熱エネルギーを回収し、そしてスチームを生成するための第3の熱回収ユニット;及び
(10)スイート化生成物流(又は、存在する場合、メタン富化スイート化生成物流)からメタンを分離して回収するためのメタン分離ユニット。
本発明の一実施態様において、メタン富化粗生成物流(50)及び合成ガス粗生成物流(51)は、図1に説明されたように炭素質フィードストックから生成することができる。
合成ガス発生器(100)では、第1の炭素質フィードストックを適した温度及び圧力条件下で(12)反応させて(部分的に酸化又は燃焼させて)第1のガス流(20)を生成する。
上記のように、第2の炭素質フィードストック(32)、一酸化炭素、水素、スチーム及び場合により酸素を水添メタン化反応器(200)中、水添メタン化触媒(31)の存在下、そして適した圧力及び温度条件の下で反応させてメタン富化粗生成物流(50)を形成する。
では、粒子が流動床の下のチャー副生物捕集領域に流れるように炭素質フィードストック(32)がより高地点で導入され、そしてガスは上方向に流れ、そして流動床より上の地点で除去される。別法として、水添メタン化反応器(200)は、「上に流れる(flow up)」並流配置であることができ、ここでは、粒子がガスと共に流動床の上のチャー副生物捕集領域に流れるように、炭素質フィードストック(32)がより低い地点で供給される。また、典型的に、「上に流れる」配置では、反応器の底に流動化されないより大きな粒子(チャーを包含する)のための捕集領域がある。
微粒子除去
水添メタン化反応器(200)の反応室から出る熱ガス排出物は、水添メタン化反応器(200)に組み込まれた及び/又はその外部の微粒子除去ユニット(図示せず)に通過させることができ、それは排出領域としての役割を果たす。水添メタン化反応器(200)を出るガスによって連行されるには重過ぎる粒子(すなわち、微粒子)は、反応室(例えば、流動床)に戻る。
合成ガス粗生成物流との混合
水添メタン化条件に応じて、約800°F(約427℃)から約1500°F(約816℃)まで、そしてより典型的には約1100°F(約593℃)から約1400°F(約760℃)までの範囲の温度、約50psig(約446kPa)から約800psig(約5617kPa)まで、より典型的には約400psig(約2860kPa)から約600psig(約4238kPa)までの圧力、そして約0.5ft/秒(約0.15m/秒)から約2.0ft/秒(約0.61m/秒)、より典型的には約1.0ft/秒(0.3m/秒)から約1.5ft/秒(約0.46m/秒)までの速度を有する、水添メタン化反応器(200)から出るメタン富化粗生成物流(50)を生成することができる。
生成物の精製は、例えば、場合により微量汚染物質除去(500)、場合によりアンモニア除去及び回収(600)、並びに場合によりサワーシフトシフトプロセス(700)、続いて酸性ガス除去(800)を含んでもよい。メタン化(900及び950)は、酸性ガス除去(800)の前及び/又は後に実施することができる。酸性ガス除去(800)は、第2の熱交換器ユニット(400)から直接送られた冷却されたメタン富化粗生成物流(70)又は場合により(i)1つ又はそれ以上の微量汚染物質除去ユニット(500);(ii)1つ又はそれ以上のアンモニア回収ユニット(600);(iii)1つ又はそれ以上のサワーシフトユニット(700);及び(iv)1つ又はそれ以上の耐硫黄触媒メタン化ユニット(900)のいずれか1つ若しくはそれ以上を通過した冷却されたメタン富化粗生成物流(70)において実施してもよい。
当業者によく知られているように、ガス流、例えば、冷却されたメタン富化粗生成物流(70)の汚染レベルは、炭素質フィードストックの調合に用いられる炭素質材料の性質に左右される。例えば、Illinois #6のような特定の石炭は、より高いCOS汚染に至る高い硫黄含量を有することがあり;そしてIllinois #6及びPowder River Basin石炭のような他の石炭は、合成ガス発生器及び/又は水添メタン化反応器中で揮発することがある有意レベルの水銀を含有することがある。
アンモニア除去及び回収(600)
サワーシフト(700)
その後の酸ガス除去ユニット(800)を用いてメタン富化粗生成物流、例えば、冷却されたメタン富化粗生成物流(70)からH2S及びCO2の実質的な部分を除去し、そしてスイート化ガス流(80)を生成することができる。
水素は、場合により深冷蒸留(cryogenic distillation)、モレキュラーシーブの使用、ガス分離(例えば、セラミック及び/又はポリマー)膜、及び/又は圧力スイング吸着(PSA)技術のような当業者に知られている方法に従ってスイート化生成物ガス流(80)から分離してもよい。例えば、以前に組み込まれたUS2009/0259080A1を参照のこと。
本明細書に記載されたガス化方法は、少なくとも1つのメタン化工程を用いて酸性ガス除去ユニット(800)の前に(例えば、冷却されたメタン富化粗生成物流(70))及び/又は後に(例えば、スイート化ガス流(80))1つ又はそれ以上のガス流中に存在する一酸化炭素及び水素からメタンを生成することができる。
さまざまな実施態様において、スイート化ガス流(80)、又は水素を除去されたガス流(82)、又はメタン富化ガス流(97)は、メタン生成物流(99)である。さまざまな他の実施態様において、これらの流れをさらに精製して(970)メタン生成物流を生成することができる。
本発明は、特定の実施態様において、炭素質材料の水添メタン化から「パイプライン品質の天然ガス」を生成することができる方法及びシステムを提供する。「パイプライン品質の天然ガス」は、典型的に、(1)純粋なメタンの発熱量の±5%以内(その発熱量が標準大気条件下で1010btu/ft3である)、(2)実質的に水を含まない(典型的に約−40℃又はそれより低い露点)、そして(3)実質的に毒性又は腐食性汚染物質を含まない、天然ガスのことである。本発明のいくつかの実施態様において、上記の方法に記載されたメタン生成物流(99)は、このような条件を満たす。
微量汚染物質除去、サワーシフト、アンモニア除去、酸性ガス除去及び/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留汚染物質は、当業者に知られているなんらかの方法に従って排水処理ユニット中で除去してプラント内での回収された水の再循環及び/又はプラントプロセスからの水の廃棄が可能である。フィードストック及び反応条件に応じて、このような残留汚染物質は、例えば、フェノール、CO、CO2、H2S、COS、HCN、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、排水をpH約3に酸性化し、ストリッピングカラム中で不活性ガスにより酸性排水を処理し、そしてpHを約10に高めそして不活性ガスにより2回目の排水処理をしてアンモニアを除去することによって除去することができる(US5236557参照)。H2Sは、残留コークス粒子の存在下で酸化剤で排水を処理してH2Sを、浮選又は濾過によって除去されうる不溶性硫酸塩に転換することによって除去することができる(US4478425参照)。フェノールは、排水を、一価及び二価の塩基性無機化合物を含有する炭素質チャー(例えば、固体チャー生成物又は触媒回収後の除去済チャー(depleted char)、前出)に接触させ、そしてpHを調整することによって除去することができる(US4113615参照)。また、フェノールは、有機溶媒により抽出し、続いてストリッピングカラム中で排水を処理することによって除去することができる(US3972693、US4025423及びUS4162902参照)。
スチーム供給ループは、熱エネルギー回収から生成されたさまざまなプロセススチーム流(例えば、28、40、42及び43)を供給するために設けることができる。
スイート化ガス流(80)、水素を除去されたガス流(82)、メタン富化ガス流(97)又はメタン生成物流(99)のすべて又は一部は、回収された水素(85)のすべて又は一部が可能であるように、燃焼(980)及びスチーム発生(982)のために用いることができる。スチーム発生器(982)によって生成されたスチームは、前記プロセス内で用いてもよいし又は1つ若しくはそれ以上の発電機(984)、例えば燃焼若しくはスチームタービンに供給して電気を生み出し、それをプラント内で用いてもよいし、若しくは送電網に販売することができる。
炭素質材料の処理(90)
バイオマス及び非バイオマス(前出)のような炭素質材料は、衝撃粉砕(impact crushing)及び湿式又は乾式研削(wet or dry grinding)のような当分野で知られているなんらかの方法に従って別々に又は一緒に粉砕及び/又は研削して1つ又はそれ以上の炭素質微粒子を得ることにより調合することができる。炭素質材料源の粉砕及び/又は研削に用いる方法に応じて、生成した炭素質微粒子を分粒(すなわち、大きさにより分離する)して合成ガス発生器(100)に使用するための、及び/又は触媒装填プロセス(350)に使用するための第1の炭素質フィードストック(12)を得、水添メタン化反応器(200)のための触媒入りの第2の炭素質フィードストック(31+32)を形成する。
水添メタン化触媒は、少なくとも上記の反応(I)、(II)及び(III)の触媒化に対して潜在的に活性である。このような触媒は、関連分野の当業者に一般によく知られており、そして例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び遷移金属並びにそれらの化合物及び複合体が包含されうる。典型的に、水添メタン化触媒は、以前に組み込まれた参照文献の多くに開示されたようなアルカリ金属である。
記載された条件下での触媒入りの第2の炭素質フィードストック(31+32)の反応により、一般に、水添メタン化反応器(200)からメタン富化粗生成物流(50)及び固体チャー副生物(52)が得られる。固体チャー副生物(52)は、典型的に、未反応の炭素質材料及び連行された触媒の量を含む。固体チャー副生物(52)は、チャー排出口を通してサンプリング、パージ及び/又は触媒回収のため水添メタン化反応器(200)から除去することができる。
本発明の方法において、各方法は、1つ又はそれ以上の処理ユニットで実施してもよい。例えば、1つ又はそれ以上の水添メタン化反応器には、1つ又はそれ以上の触媒装填及び/又はフィードストック調合単位操作からの炭素質フィードストックを供給してもよい。同様に、例えば、以前に組み込まれたUS2009/0324458A1、US2009/0324459A1、US2009/0324460A1、US2009/0324461A1及びUS2009/0324462A1において議論されたように、1つ又はそれ以上の水添メタン化反応器によって生成したメタン富化粗生成物流は、別々に又は特定のシステム配置に応じて熱交換器、耐硫黄接触メタン化反応器、酸性ガス除去ユニット、トリムメタン化反応器、及び/又はメタン除去ユニットにおいてそれらを組み合わせて処理又は精製してもよい。
本発明の第3の態様は、既存の合成ガス製造設備、特に生成物としてメタン及び/又は水素を製造するためにすでに構成されたものに水添メタン化反応器を加えることを含むメタン生成物流の生成方法に関する。固形物及びアンモニアを除去すると、水添メタン化反応器からのメタン富化粗生成物流は、慣用のガス化設備においてガス処理設備と十分に適合しなければならない。
水添メタン化反応器が、第2の酸素リッチ流を受けるようにさらに配置される場合、合成ガス発生器及び水添メタン化反応器の両方に供給する空気分離ユニットをより有効に運転することができるというさらなる方法の利点がある。
〔1〕1つ又はそれ以上の炭素フィードストックからメタン富化粗生成物流及び合成ガス粗生成物流を生成する方法であって、
(a)第1の炭素フィードストック、第1の酸素リッチガス流、並びに場合により水及びスチームの一方又は両方を含む水性流を、合成ガス発生器に供給する工程;
(b)合成ガス発生器中、酸素、及び場合により水性流の存在下で第1の炭素フィードストックを反応させて、第1の温度及び第1の圧力で水素、一酸化炭素、熱エネルギー及び場合によりスチームを含む第1のガス流を生成させる工程;
(c)第1のガス流を、場合により水及びスチームの一方又は両方を含むクエンチ流と共に第1の熱交換器ユニットに導入して、熱エネルギーを取り出し、第2の温度及び第2の圧力で、水素、一酸化炭素及び場合によりスチームを含む冷却された第1のガス流を発生させる工程;
(d)冷却された第1のガス流を水添メタン化ガス供給流、及び一酸化炭素、水素及び場合によりスチームを含む合成ガス粗生成物流に分離する工程;
(e)場合により、発生した水添メタン化ガス供給流が第3の温度及び第3の圧力で水素、一酸化炭素及びスチームを含むように、スチーム及び熱エネルギーの一方又は両方を水添メタン化ガス供給流に加える工程;
(f)第2の炭素フィードストック、水添メタン化触媒、水添メタン化ガス供給流及び場合により第2の酸素リッチガス流を、水添メタン化反応器に導入する工程;
(g)水添メタン化反応器中、一酸化炭素、水素、スチーム、水添メタン化触媒及び場合により酸素の存在下、第4の温度及び第4の圧力で、第2の炭素フィードストックを反応させて、メタン、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、硫化水素及び熱エネルギーを含むメタン富化粗生成物流を生成させる工程;及び
(h)メタン富化粗生成物流を水添メタン化反応器から回収する工程、
を含み、
ここで:
工程(g)の反応は、合成ガス需要、スチーム需要及び熱需要を有し;
水添メタン化ガス供給流(又は存在する場合、過熱された水添メタン化ガス供給流)中の一酸化炭素及び水素の量は、少なくとも工程(g)の反応の合成ガス需要を満たすために十分であり;
工程(d)からの水添メタン化ガス供給流中のスチームの量が、工程(g)の反応のスチーム需要を満たすには不十分である場合、工程(e)が存在し、そして少なくとも工程(g)の反応のスチーム需要を満たすために十分な量でスチームを水添メタン化ガス供給流に加え;
第2の温度が工程(g)の反応の熱需要を満たすには不十分である場合、工程(e)が存在し、そして少なくとも工程(g)の反応の熱需要を満たすために十分な量で熱エネルギーを水添メタン化ガス供給流に加える;
上記方法。
〔2〕メタン富化粗生成物流が少なくとも約20mol%メタン(メタン富化粗生成物流中のメタン、二酸化炭素、一酸化炭素及び水素のモルに基づいて)を含み、そしてメタン富化粗生成物流が少なくとも50mol%メタン+二酸化炭素(メタン富化粗生成物流中のメタン、二酸化炭素、一酸化炭素及び水素のモルに基づいて)を含むことを特徴とする上記1に記載の方法。
〔3〕スチームが合成ガス発生器に供給され、そして第1のガス流がさらにスチームを含む、上記1又は2に記載の方法。
〔4〕チャー副生物が工程(g)で発生し、水添メタン化反応器から連続的に又は定期的に回収され;水添メタン化触媒がアルカリ金属を含み;チャー副生物が水添メタン化触媒からのアルカリ金属含量を含み;チャー副生物の少なくとも一部を処理してアルカリ金属含量の少なくとも一部を回収し、そして回収されたアルカリ金属含量の少なくとも一部を水添メタン化触媒として使用するため再循環させる、上記1〜3のいずれかに記載の方法。
〔5〕工程(a)、(b)、(c)、(d)、(g)及び(h)、並びに存在する場合、工程(e)を、連続的なやり方で行なわれる連続方法である、上記1〜4のいずれかに記載の方法。
〔6〕メタン富化粗生成物流を処理してパイプライン品質の天然ガス生成物を発生させる工程をさらに含む、上記1〜5のいずれかに記載の方法。
〔7〕メタン富化粗生成物流及び合成ガス粗生成物流の少なくとも一部をガス処理システムで処理してスイート化ガス流を生成させる、上記1〜6のいずれかに記載の方法。
〔8〕第1の炭素フィードストックが灰分を含み、第1のガス流が灰分からの残留物を含み、そして水添メタン化ガス供給流を水添メタン化反応器に導入する前に灰分からの残留物が実質的に除去される、上記1〜7のいずれかに記載の方法。
〔9〕1つ又はそれ以上の炭素フィードストックからメタン富化粗生成物流及び合成ガス粗生成物流を生成させるためのガス化装置であって:
(a)(1)第1の炭素フィードストック、第1の酸素リッチガス流、並びに場合により水及びスチームの一方又は両方を含む水性流を受け;(2)酸素及び場合により水性流の存在下の第1の炭素フィードストックの反応を含み、それにより第1の温度及び第1の圧力で、水素、一酸化炭素及び場合によりスチームを含む第1のガス流が生成し;そして(
3)第1のガス流を排出する;ように構成される合成ガス発生器;
(b)(1)第1のガス流、並びに場合により、スチーム及び水の一方又は両方を含むクエンチ流を受け、そして(2)第2の温度及び第2の圧力で水素、一酸化炭素及び場合によりスチームを含む、冷却された第1のガス流を発生させる;ように構成される冷却領域;
(c)(1)冷却された第1のガス流を受け;そして(2)冷却された第1のガス流を水添メタン化ガス供給流、及び一酸化炭素、水素及び場合によりスチームを含む合成ガス粗生成物流に分離する;ように構成される分離領域;
(d)(1)分離領域から水添メタン化ガス供給流を受け;(2)場合により、スチーム供給流を受け;そして(3)第3の温度及び第3の圧力で一酸化炭素、水素及びスチームを含む、過熱された水添メタン化ガス供給流を発生させる;ように構成される任意選択の過熱器領域;及び
(e)(1)炭素含量を含む第2の炭素フィードストック、水添メタン化触媒、水添メタン化ガス供給流、及び場合により、第2の酸素リッチガス流を受け;(2)一酸化炭素、水素、スチーム、水添メタン化触媒及び場合により酸素の存在下、第4の温度及び第4の圧力で第2の炭素フィードストックの反応を含み、それによりメタン、一酸化炭素、水素及び二酸化炭素を含むメタン富化粗生成物流が生成し;そして(3)メタン富化粗生成物流を排出する;ように構成される水添メタン化反応器;
を含む、上記ガス化装置。
〔10〕1つ又はそれ以上の炭素フィードストックから、実質的に二酸化炭素及び硫化水素を含まずに、メタン、水素及び場合により一酸化炭素を含む、スイート化ガス流を発生させる方法であって:
(A)(i)第1の温度及び圧力で一酸化炭素及び水素、並びに場合により二酸化炭素、硫化水素及びスチームを含む第1のガス流を生成させる合成ガス発生器;及び(ii)第1のガス流中に存在しうる実質的にすべての二酸化炭素及び硫化水素を除去するための酸性ガス除去装置を含むガス処理システム;を含む既存の設備を備える工程であって、ここで合成ガス発生器が、ガス処理システムに連結された第1のガス流用の排気ラインを含む、工程;
(B)既存の設備を改良して以下:
(1)排気ラインが第1のガス流を冷却して第2の温度及び第2の圧力で冷却された第1のガス流を生成させるための冷却領域を含まない場合、このような冷却領域をガス処理システムの前に排気ラインに挿入する改変;
(2)ガス流分離機構を冷却領域とガス処理システムの間に挿入する改変であって、ここでガス流分離機構が、冷却された第1のガス流を合成ガス粗生成物流及び水添メタン化ガス供給流に分離するように構成される、改変;
(3)場合によりガス流分離機構に連通した水添メタン化ガス供給流用の過熱器を挿入する改変であって、ここで過熱器が、第3の温度及び圧力で過熱された水添メタン化ガス供給流を生成させるように構成される、改変;
(4)ガス流分離機構(又は存在する場合、過熱器)に連通した水添メタン化反応器を挿入する改変であって、ここで、水添メタン化反応器が、(i)第2の炭素フィードストック、水添メタン化触媒、水添メタン化ガス供給流及び場合により酸素リッチガス流を受け;(ii)一酸化炭素、水素、スチーム、水添メタン化触媒及び場合により酸素の存在下、第4の温度及び第4の圧力で、第2の炭素フィードストックの反応を含み、それによりメタン富化粗生成物流が生成し、メタン富化粗生成物流は、メタン、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、硫化水素及び熱エネルギーを含み;そして(iii)メタン富化粗生成物流を排出するように構成される、改変;及び
(5)メタン富化生成物流をガス処理システムに供給するラインを挿入する改変;
を含む改良された設備を製作する工程;
(C)改良された設備において上記1〜8のいずれかに記載の方法を操作する工程;及び
(D)メタン富化生成物流及び場合により合成ガス粗生成物流の少なくとも一部を処理してスイート化ガス流を生成させる工程;
を含む、上記方法。
Claims (10)
- 1つ又はそれより多い炭素フィードストックからメタン富化粗生成物流及び合成ガス粗生成物流を生成する方法であって、
(a)第1の炭素フィードストック、並びに第1の酸素リッチガス流を、合成ガス発生器に供給する工程;
(b)合成ガス発生器中、酸素の存在下で第1の炭素フィードストックを反応させて、第1の温度及び第1の圧力で水素、一酸化炭素及び熱エネルギーを含む第1のガス流を生成させる工程;
(c)第1のガス流を、第1の熱交換器ユニットに導入して、熱エネルギーを取り出し、第2の温度及び第2の圧力で、水素及び一酸化炭素を含む冷却された第1のガス流を発生させる工程;
(d)冷却された第1のガス流を水添メタン化ガス供給流、及び一酸化炭素及び水素を含む合成ガス粗生成物流に分離する工程;
(f)第2の炭素フィードストック、水添メタン化触媒及び水添メタン化ガス供給流を、水添メタン化反応器に導入する工程;
(g)水添メタン化反応器中、一酸化炭素、水素、スチーム及び水添メタン化触媒の存在下、少なくとも700°F(371℃)から1500°F(816℃)の第4の温度及び第4の圧力で、第2の炭素フィードストックを反応させて、メタン、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、硫化水素及び熱エネルギーを含むメタン富化粗生成物流を生成させる工程;及び
(h)メタン富化粗生成物流を水添メタン化反応器から回収する工程、
を含み、
ここで:
工程(g)の反応は、合成ガス需要、スチーム需要及び熱需要を有し;
水添メタン化ガス供給流中の一酸化炭素及び水素の量は、少なくとも工程(g)の反応の合成ガス需要を満たすために十分であり;
工程(d)からの水添メタン化ガス供給流はさらにスチームを含み、そして、工程(d)からの水添メタン化ガス供給流中のスチームの量が、工程(g)の反応のスチーム需要を満たすには不十分である場合、少なくとも工程(g)の反応のスチーム需要を満たすために十分な量でスチームを水添メタン化ガス供給流に加え;
第2の温度が工程(g)の反応の熱需要を満たすには不十分である場合、少なくとも工程(g)の反応の熱需要を満たすために十分な量で熱エネルギーを水添メタン化ガス供給流に加える;
上記方法。 - メタン富化粗生成物流が少なくとも20mol%のメタン(メタン富化粗生成物流中のメタン、二酸化炭素、一酸化炭素及び水素の合計モルに基づくパーセント)を含み、そしてメタン富化粗生成物流が合計で少なくとも50mol%のメタン及び二酸化炭素(メタン富化粗生成物流中のメタン、二酸化炭素、一酸化炭素及び水素の合計モルに基づくパーセント)を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- スチームが合成ガス発生器に供給され、そして第1のガス流がさらにスチームを含む、請求項1に記載の方法。
- 第1の炭素フィードストックが灰分を含み、第1のガス流が灰分からの残留物を含み、そして水添メタン化ガス供給流を水添メタン化反応器に導入する前に灰分からの残留物が除去される、請求項1に記載の方法。
- 工程(a)において水及びスチームの一方又は両方を含む水性流を付加的に合成ガス発生器に供給し、そして工程(b)において第1のガス流がスチームを付加的に含む、請求項1に記載の方法。
- 工程(c)において水及びスチームの一方又は両方を含むクエンチ流を付加的に第1の熱交換器ユニットに導入し、そして冷却された第1のガス流が水素、一酸化炭素に加えてスチームを含む、請求項1に記載の方法。
- 工程(f)において酸素が付加的に水添メタン化反応器に導入され、そして工程(g)において水添メタン化反応器中で、一酸化炭素、水素、スチーム及び水添メタン化触媒に加えて酸素の存在下、第2の炭素フィードストックを反応させる、請求項1に記載の方法。
- 第2の温度が700°F(371℃)以下である、請求項1に記載の方法。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の方法を用いてメタン及び水素を含むスイート化ガス流を発生させる方法であって:
(a)メタン富化粗生成物流を、酸性ガス除去装置を含むガス処理システムに導入する工程;
(b)酸性ガス除去装置でメタン富化粗生成物流を処理して、メタン富化粗生成物流から97%超える二酸化炭素及び少なくとも99.5%の硫化水素を除去してスイート化ガス流を製造する工程;及び
(c)ガス処理システムからスイート化ガス流を回収する工程;
を含む、上記方法。 - 合成ガス粗生成物流の少なくとも一部をメタン富化生成物流とともに処理してスイート化ガス流を生成させる、請求項9の方法。
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