(57)【要約】  メタノールを製造するための方法および装置であって、これは加熱された炭化水素含有ガスと酸素含有ガスを反応器内で反応させ、メタノールを含む生成物流れを提供し、生成物流れから炭化水素含有ガスへ熱を移動させ、炭化水素含有ガスを加熱することを含む。生成物流れからメタノールとＣＯ２を回収した後、未処理の炭化水素含有ガスが炭化水素含有ガスと混合され、反応器を通って再処理される。反応副産物は炭化水素生成井の産出量を増加させるために地中に射出される。
2009521530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下を含むメタノールの製造方法：
部分酸化反応を使用して、第一のメタン含有ガスをメタノール、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、エタノール、およびホルムアルデヒドに変換すること；
反応生成物からＣＯ２を分離すること；
井戸の産出量を増加させるために、地中に井戸からの予め決定した距離でＣＯ２を射出すること。
【請求項２】
反応器への供給物の組成およびプロセスパラメータを調節することにより反応の選択性に影響を及ぼし、生産されるＣＯ２、Ｈ２Ｏ、およびホルムアルデヒドの量を調節しつつ、第一のメタン含有ガスのメタンの変換が行なわれる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
メタンガスをメタノールに変換することが、酸素含有ガスを提供すること；
第一のメタン含有ガスを提供すること、酸素含有ガスをメタン含有ガスと反応させて反応生成物流れを形成すること、および冷却剤を反応生成物流れと直接混合させ、ホルムアルデヒドの酸化の程度を調節し、それによりＣＯ２とＨ２Ｏのホルムアルデヒドに対する割合を増加させることを含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
直接冷却剤を混合することが、反応生成物流れへ第二のメタン含有含有ガスを直接混合することを含む、請求項４記載の方法。
【請求項５】
第一および第二のメタン含有ガス流れの少なくとも一部が井戸から得られる、請求項５記載の方法。
【請求項６】
第一および第二のメタン含有ガス流れが井戸から得られる、請求項５記載の方法。
【請求項７】
以下を含むメタノールの製造方法：
炭化水素ガス含有流れを部分的に酸化してＣＯ２を含む反応生成物流れを形成すること；
反応生成物流れからＣＯ２を分離すること；および
井戸から予め決定された距離内の地中にＣＯ２を射出すること。
【請求項８】
炭化水素流れがメタンを含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
炭化水素ガスの部分的酸化が、メタン含有流れを酸素含有流れと反応させて反応生成物流れを形成することを含む、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
反応生成物を規制するために、反応生成物流れからの第二の炭化水素ガスを射出することを更に含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
反応生成物流れがメタノール、ホルムアルデヒド、Ｈ２ＯおよびＣＯ２を含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
反応流れを反応させて、ホルムアルデヒドをＣＯ２およびＨ２Ｏに変換することを更に含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
以下を含む、オフショアプラットホームから炭化水素ガスを輸送する方法：
炭化水素ガス含有流れからメタン含有ガスの一部を変換して、メタノール、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、エタノールおよびホルムアルデヒドにすること；
反応生成物からメタノールを分離すること；
メタン含有ガス流れ中にメタノールを射出すること；および
反応生成物からＣＯ２を分離すること。
【請求項１４】
井戸の産出量を増加するために、井戸からの予め決定された距離で地中にＣＯ２を射出することを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
メタン含有ガスの変換において、部分酸化反応器中で生産されるＣＯ２、Ｈ２Ｏおよびホルムアルデヒドの量が制御される、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
メタン含有ガスの変換が、複数の反応器を使用して部分的にメタン流れを酸化させることを含み、メタンのパス当たりのメタノールへの変換を増加させて、さらにＣＯ２とＨ２Ｏへホルムアルデヒド生成物を酸化させる、請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
メタンガスをメタノールに変換することが、
酸素含有ガスを提供すること；
第一のメタン含有ガスを提供すること、酸素含有ガスとメタン含有ガスを反応させて反応生成物流れを形成すること、および冷却剤と反応生成物流れを直接混合してホルムアルデヒドに対するＣＯ２とＨ２Ｏの割合を調節することを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
直接ガスを混合することが、反応生成物流れ中へ第二のメタン含有ガスを直接混合することを含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
第一および第二のメタン含有ガス流れが井戸から得られる、請求項５記載の方法。
【請求項２０】
以下を含む、メタノールの製造方法：
炭化水素ガス含有流れを部分的に酸化し、メタノールとＣＯ２を含む反応生成物流れを形成すること；
反応生成物流れからＣＯ２を分離すること；および
井戸から予め決定された距離内の地中にＣＯ２を射出すること。
【請求項２１】
炭化水素流れがメタンを含み、４％を越える窒素を含む、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
部分的に炭化水素ガスを酸化することが、メタン含有流れと酸素含有流れを反応させ、複数の反応器内に反応生成物流れを形成し、ホルムアルデヒドの形成を最小限にして０．５％以下にする、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
反応生成物を規制するために、反応生成物流れからの第二のガスを射出することを更に含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
反応生成物流れがメタノール、ホルムアルデヒド、Ｈ２Ｏ、エタノールおよびＣＯ２を含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
反応物流れを反応させてホルムアルデヒドをＣＯ２およびＨ２Ｏに変換することをさらに含む、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
以下を含む、オフショア炭化水素産出井からメタン含有炭化水素流れを輸送する方法：
メタン含有炭化水素流れの第一の部分からメタンをメタノールおよび反応生成物に、井戸から予め決定された第一の距離内において変換すること；
反応生成物からメタノールを分離すること；および
メタン含有炭化水素流れの第二の部分にメタノールを射出すること。
【請求項２７】
反応生成物からＣＯ２を分離することをさらに含む、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
オフショア炭化水素産出井からの予め決定された第二の距離で、ＣＯ２を射出することをさらに含む、請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
反応生成物がＨ２Ｏ、エタノールおよびホルムアルデヒドを含む、請求項２６記載の方法。
【請求項３０】
反応流れからＨ２Ｏを分離し、ＣＯ２とＨ２Ｏの少なくとも１つを、オフショアの炭化水素産出井からの第三の予め決定された距離で地中に射出することをさらに含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
オフショア炭化水素産出井の井戸ケーシング内にＣＯ２を射出することをさらに含む、請求項２７記載の方法。
【請求項３２】
メタン含有炭化水素流れからメタノールに変換することが、酸素含有ガスを提供すること；
第一のメタン含有ガスを提供すること、酸素含有ガスとメタン含有ガスを反応させて反応生成物流れを形成すること、および冷却剤を反応生成物流れと反応器内で直接混合して、ホルムアルデヒドの酸化の程度を調節し、それによりＣＯ２とＨ２Ｏのホルムアルデヒドに対する割合を増加させる、請求項２６記載の方法。
【請求項３３】
冷却剤の直接混合が、反応生成物流れ内へ第二のメタン含有ガス流れを直接混合することを含む、請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
第一および第二のメタン含有ガス流れが、オフショア炭化水素産出井から得られる、請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
以下を含む、メタノールの製造方法：
オフショア炭化水素産出井からの炭化水素ガス含有流れの第一の部分を第一のオフショア位置で部分的に酸化し、ＣＯ２およびメタノールを含む反応生成物流れを形成すること；
反応生成物流れからＣＯ２を分離すること；
井戸から予め決定された距離内の地中にＣＯ２を射出すること；および
第二のオフショア位置で炭化水素ガス流れの第二の部分内にメタノールを射出すること。
【請求項３６】
炭化水素ガス含有流れの第一の部分の部分的な酸化が、メタン含有ガス流れと酸素含有流れを反応させて、反応生成物流れを形成することを含む、請求項３５記載の方法。
【請求項３７】
反応生成物流れの反応生成物を規制するために、反応生成物流れに冷却剤を直接射出することを更に含む、請求項３６記載の方法。
【請求項３８】
炭化水素ガス含有流れの第一の部分内の窒素の量を規制することを更に含む、請求項３５記載の方法。
【請求項３９】
井戸穴領域近傍に反応生成物を射出することを更に含む、請求項３５記載の方法。
【請求項４０】
反応生成物がメタノールを含む、請求項３８記載の方法。
【請求項４１】
以下を含む、メタノールの製造方法：
炭化水素ガス含有流れを提供すること；
炭化水素含有流れ内の窒素の量を規制すること；
炭化水素含有流れの第一の部分を部分的に酸化し、メタノールおよびＣＯ２を含む反応生成物を形成すること；
生成物流れからＣＯ２を分離すること；および
井戸から予め決定された距離内の地中にＣＯ２を射出すること。
【請求項４２】
第一の部分の部分的酸化の前に、炭化水素流れから、分子量がプロパンと同じか又は大きな炭化水素成分を除去することを更に含む、請求項４１記載の方法。
【請求項４３】
反応流れからメタノールを分離することをさらに含む、請求項４２記載の方法。
【請求項４４】
メタノールを、井戸穴近傍または炭化水素含有ガスの第二の部分の少なくとも１つに射出することを更に含む、請求項４３記載の方法。
【請求項４５】
炭化水素含有流れ内の窒素の量の規制が、炭化水素含有流れを希釈することである、請求項４２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の背景
本発明はメタノール生産のための方法およびシステム方法に関する。
【０００２】
メタンをメタノールへ変換するための方法および装置は公知である。たとえばＫａｒａｖａｅｖ  Ｍ．Ｍ．，Ｌｅｏｎｏｖ  Ｂ．Ｅ．，らの”Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｏｆ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ’”，Ｍｏｓｃｏｗ，”Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ”１９８４，７２−１２５頁に開示されているように、メタンの合成ガス（ＣＯとＨ２の混合物）への気相変換と、引き続くメタノールへの接触転化を行なうことが公知である。しかしながら、このプロセスを実現するために、複雑な機器を提供すること、ガス純度への高い要求を満足させること、合成ガスを得ることおよびその純化のために大量のエネルギーを費やすこと、プロセスからのかなりの数の断続的な工程を有することが必要である。
さらに、２０００ｔ／日未満の能力の、中程度および小規模の企業については、それは効率的ではない。
【０００３】
本発明に近い装置はロシア特許２，１６２，４６０に開示される。それは、炭化水素含有ガスのソース、ガスを圧縮し加熱するためのコンプレッサーおよびヒーター、およびコンプレッサーを有する酸素含有ガスのソースを含む。それはさらに、交互に混合ゾーンおよび反応ゾーンを有する連続的に配置された反応器および、反応器の第一の混合ゾーンに炭化水素含有ガスを供給する手段、それぞれの混合ゾーンに酸素含有ガスを供給する手段、反応混合物を冷却するための伝熱式熱交換器を有し、ヒーター内に入る加熱された炭化水素含有ガスの冷炭化水素含有ガスの流れにより壁を介して冷却し、冷却コンデンサー、液体生成物と廃ガスの分離と引き続くメタノールの分離のためのパーシャルコンデンサー、および廃酸素含有生成物の反応器の第一の混合ゾーン内への供給のためのパイプラインを含む。
【０００４】
この装置では、しかしながら、熱交換器の固有の制限のために、炭化水素含有ガスの酸化の大きな発熱反応の熱の速い除去を提供することは可能ではない。これは、供給される炭化水素含有ガスの量を低減する必要に結びつく。そして、それは炭化水素含有ガスの転化度を低下する。さらに、酸化剤として酸素を使用しても、内部での炭素酸化物の濃度の急激な上昇のために、炭化水素含有ガスの効率的な再循環を提供することが不可能である。供給された酸素の有意な部分は、ＣＯのＣＯ２への酸化のために消費され、それは最初の炭化水素含有ガスの転化度を更に低下させ、反応混合物のさらなる過熱を提供する。装置はさらに、蒸気で液体生成物を精留する工程を提供するために、最初の炭化水素含有ガスの追加の量の燃焼を要求する。それぞれの反応器の後に液体生成物の分離のためにガス−液体混合物を冷却し、次の反応器の前に加熱するので、装置は本質的に複雑であり、ユニットの数は増加し、追加のエネルギーが浪費される。
【０００５】
メタノールを生産するためのさらなる方法および装置がロシア特許２，２００，７３１に開示されている。ここでは圧縮され加熱された炭化水素含有ガスおよび圧縮された酸素含有ガスが連続的に配置された反応器の混合領域に導入され、反応混合物を水凝縮物で冷却することにより制御された熱ピックアップを行いつつ反応が行われ、スチームが得られ、反応混合物の冷却の程度は、逸失スチームのパラメーターによって規制される。逸失スチームは液体生成物精留工程で使用される。
【０００６】
たとえば米国特許２，１９６，１８８；２，７２２，５５３；４，１５２，４０７；４，２４３，６１３；４，５３０，８２６；５，１７７，２７９；５，９５９，１６８および国際公開ＷＯ  ９６／０６９０１のような他の文献が炭化水素の変換のためのさらなる解決策を示す。
既存のメタノールの製造方法および装置はさらに改良できると考えられる。
【０００７】
既存の方法および装置を一層改善する、メタノールの製造方法および装置の提供が本発明の目的である。
【０００８】
本発明の開示の他の態様はメタノールの製造方法および装置であって、ガスおよびコンデンセートデポジットの最小の処理で使用でき、またすべてのガスの顧客、たとえば粉体プラント、ガス配給者、ガスリデューシングステーション、化学品製造設備など、または小規模メタン製造者（すなわち炭鉱、石油生産（フレア）、埋立て、農場）で使用できるものを提供する。
【０００９】
これらの目的および以下の記載から明らかになる目的を達成するために、本発明の一つの態様は簡潔に言えば、メタノールの製造方法であって、反応器へ炭化水素含有ガス流れを供給し、反応器へ酸素含有ガスを供給する工程；該酸素含有ガスの酸素により、前記の炭化水素含有ガスの酸化を反応器の中で行う工程；および反応系から不純物および生成物を取り出した後に、未反応の炭化水素ガスをさらなる反応のために炭化水素含有ガス流れにリサイクルする工程を含む方法に関する。
【００１０】
本発明の他の態様はメタノールを製造するための装置であり、井戸または他のソースからの炭化水素含有ガスおよび酸素含有ガスを受容し、反応させるための反応器であり、酸素含有ガスの酸素により加熱された炭化水素含有ガスの酸化を行う反応器を含む装置に関する。
本発明の装置は、さらに、ホルムアルデヒドの酸化および分解を禁止するために、反応の後期段階に反応器へ非酸化性冷却剤を供給して、該加熱された炭化水素含有ガスと該酸素含有ガスの混合物と直接混合する機構を更に含む。未反応炭化水素含有ガスはついで、生成物と不純物を回収し、炭化水素含有ガス流れ内にリサイクルされる。ＣＯ２のような反応副産物は井戸の生産量を増加させるために、井戸からの所定の距離だけ離れた地中に射出されることができる。
【００１１】
本発明の教示によれば、加熱された炭化水素含有ガス流れおよび酸素含有ガスが反応ゾーンまたは反応器内に供給され、炭化水素含有ガスの気相酸化が、反応ゾーンにおいて高温および加圧下で行なわれる。反応混合物は冷却され、廃ガスと液体生成物へ分離される。廃ガスはスクラブされ、ホルムアルデヒドとＣＯ２が除去され、加熱された炭化水素含有ガス流れに返される。冷炭化水素含有ガスは、反応器の規制ゾーンへ供給され、炭化水素含有ガスの温度を低下させ、それにより生成物の再分配比率を提供し、対応する量のメタノールおよびホルムアルデヒドを生産する。生産されたメタノールは、ついで天然ガス流れ中に射出され、パイプライン内の水酸化物の形成を低減することができる。
【００１２】
本発明の教示に従って、パーシャルコンデンサー中での反応混合物の冷却の間に、ホルムアルデヒドの精留および同時に主スクラバー溶剤、メタノールの再生を行うためにホルムアルデヒド精留塔へ供給される供給流れに熱が伝えられる。パーシャルコンデンサー内では、乾燥ガスは、メタノール、エタノールおよび水を含む未精製液体から分離される。未精製液体は、フラッシュドラムを通って、精留塔へ供給される。カラムのトップの温度は約７０から約７５℃の間であり、カラム内の圧力はたとえば最大０．２ＭＰａである。最終生成物は貯蔵あるいは一層の処理に供給される。乾燥ガスはスクラブされてＣＯ２およびホルムアルデヒドが除去され、ついで炭化水素入力流れ中で反応器に返される。ＣＯ２は井戸の生産量を増加させるために、井戸からの所定の距離だけ離れた地中に射出されることができる
【００１３】
本発明で特徴的である見なされる新規な態様は、クレームで特に述べられる。本発明それ自体は、その構成および操作方法の両方について、さらに追加の目的およびそれらの効果について、以下の具体的な例と図面から理解されるだろう。
【００１４】
図面の簡単な説明
図１Ａおよび１Ｂは、本発明のメタノールを生産するための装置のシステムを示す図である；
図２および３は、それぞれ先行技術および本発明の、反応の間の酸素、ホルムアルデヒドおよびメタノールの濃度を示す図である；
図４は、リサイクル比率との関数としてのシステムの酸素化物の収率を示す図である。
図５は、本発明の異なる態様のメタンからメタノールへのプラントを表わす；
図６は、図５に示される任意の酸素製造プラントを示す；
図７は、図５に示されるプラントのガス処理部分を示す；
図８は、図５に示されるプラントの液体処理部分を示す。
【００１５】
好ましい実施態様の記載
本発明のメタノールを生産するための装置は、図１Ａおよび１Ｂに示されるように、炭化水素含有ガスの気相酸化を促進する反応器１００を有する。図１Ｂは、反応器のインプットおよびアウトプットを詳述する。反応器１００は、加熱された炭化水素含有ガス流れを導入するためのデバイス１０４および酸素含有ガスを導入するためのデバイス１０５を有する反応ゾーン１０２を有する。詳細に以下に説明されるように、酸素含有ガスは、リサイクルプロセスによる不活性ガスの蓄積を低減するために８０％を越える酸素含有量を好ましくは有する。
【００１６】
反応器１００は、さらに規制ゾーン１０８を有し、該規制ゾーンには任意に、装置の作動中に反応温度を低減するために冷炭化水素含有ガス流れを導入するためのデバイス１１０が提供される。さらに、反応器１００には対応するゾーンでの温度のコントロールおよび規制のために熱のポケット１１２が供給され、たとえば熱電対が提供される。
【００１７】
装置は、分離の前に反応混合物を冷やすためのデバイス１１４を有する。さらに、パーシャルコンデンサー１２２はさらに生成物の温度を低減するためにガス−液体熱交換器を有する。コンデンサー１２２は炭化水素−ＣＯ２混合物からＨ２Ｏとアルコールを分離する。パーシャルコンデンサー１２２は、等温ではなく好ましくは等圧であり、圧損を回避する。生成物流れが入いると、液体流れおよびガス流れがコンデンサー１２２を出る。
【００１８】
ブロック１３９は、炭化水素を含んでいるリサイクルガス成分から不純物と生成物を分離するために形成される機器を表わす。この点から機器１３９は生成物流れからＣＯ２を取り除くために形成される。機器１３９は例えばＮ２のような他の非反応性成分のパーセンテージを規制するために、たとえばパージ弁とともに使用できる。
【００１９】
ホルムアルデヒドを回復するためにシステムが形成される場合には、ガス状の生成物流れは等圧のコンデンサー１２２を通り、スクラバー１３４を通過する。使用することのできる他の潜在的な方法は、ＣＯ２およびホルムアルデヒドを除去することが知られている様々なアミンのような物質の使用である。
【００２０】
吸収についての最小の必要条件を満たすために、メタノールの流量の変更あるいはスクラバーカラムの運転温度の変更を行うことができる。例えば、非常に低い吸収剤流量で作動することが望ましい場合、低温、たとえば０℃が利用できる。周囲温度または冷却水により達成される温度で作動することが望ましい場合、高い流量、例えば０℃での流量の１０倍が使用できる。一方のシナリオでは、充満しているメタノール吸収剤流れ１４は、ホルムアルデヒド蒸留塔１３８によって完全に再生される。任意に、スクラバー１３４からの流れ１４はコンデンサー１２２を通り、生成物流れを冷却し、リサイクルされるメタノールを予備加熱し、ホルムアルデヒド蒸留塔１３８のエネルギー効率を改善することができる。
【００２１】
反応器１００はコンプレッサー１２４およびヒーター１２６と接続され、圧縮して加熱された酸素含有ガスを供給する。原料炭化水素含有ガスはスクラバー１３４からの清浄にされた炭化水素ガスと混合され、ヒーター１３６を使用して加熱される。原料炭化水素が高いＣＯ２含有量を有する場合には、原料炭化水素は、コンデンサー１２２からスクラバー１３４に入り不純物ガスを除去した後の、戻りの生成物炭化水素流れと混合した後に、反応器に入ることができる。
【００２２】
装置はさらにメタノールの精留用のユニットを有し、これはフラッシュドラム１３２、精留塔１２８および容器１３０を含み、これからメタノールが貯蔵又はさらなる処理のために供給される。この精留塔１２８は、エタノール（重質キー成分）および水（非キー成分）からメタノール（軽質キー成分）を分離するために使用される。従来と同様、重質キー成分の一部が（ホルマリン用の商用仕様によって指示されたように）留出物流れに入ることが望ましい。メタノール精留については、９９％以上または典型的には、９９．９９９％が複数のカラムにより達成可能である。流れ４はカラムに入り、留出物流れ５およびボトム流れ８が、液相でカラムを出る。流れ８は幾分かの量のエタノール（超純粋なメタノールが生産される場合にはおそらくメタノールも）を含み、商用ホルマリン流れ（１１）の水性メークアップの基礎として使用される。このように、残部が液体廃棄物流れに廃棄される前に、エタノールのうちのいくらかは回収される。
【００２３】
液体生成物流れからのＣＯ２およびホルムアルデヒドの回収用のフラッシュドラム１３２が、カラム１２８とコンデンサー１２２の間に配置される。フラッシュドラム１３２の目的は、メタノール精留塔１２８に入る前に適切なレベルに圧力を落とし、液体生成物流れから、典型的にはＣＯ２およびホルムアルデヒドである、実質的にすべての溶解ガスを除去することである。
【００２４】
例えばメタン含有量が最大９８％である原料炭化水素含有ガス流れ、および戻りの炭化水素生成物流れが、ガス製造装置または他のソースからヒーター１３６に供給され、その内部で４３０−４７０℃に加熱される。その後、加熱された炭化水素含有ガスは、反応器１００の反応ゾーン１０２へ供給される。例えば、７−８ＭＰａに加圧され、８０−１００％の、好ましくは９０−９５%の酸素を有するコンプレッサー１２４によって供給される圧縮空気も、反応器１００の反応ゾーン１０２へ供給される。酸化反応は、反応器１００の反応ゾーン１０２で起こる。反応物の全容積の２〜３％のＯ２は、前述のように加熱された炭化水素含有ガス流れと反応させられる。システム内のＮ２の量をたとえば３０−４０％未満に制限するために、または同様の結果を達成するためにパージ流れの必要なサイズを低減するために、Ｏ２流れは好ましくは実質的に純粋であり、このようにしてシステムに入るＮ２の量を制限する。
【００２５】
冷炭化水素含有ガスまたは言い換えれば反応器内のガスよりも低温の炭化水素含有ガスの任意の第二の流れは、反応器１００の規制ゾーンへデバイス１０８を通って供給される。この流れは調整装置１２０によって規制される。それは、既知のガス供給調整装置、調整弁あるいはその他同種のものとして形成できる。この冷たい流れは、原料炭化水素流れ、リサイクルされた流れあるいは２つの一部もしくは組み合わせから構成されることができる。レギュレーターは、システム内の圧力、温度、システム内の下流での反応生成物の割合などのようなシステムパラメータに基づいて冷炭化水素含有ガスの体積または圧力を調節するように形成される。
【００２６】
冷却剤ソースから供給される冷却剤は、部分的に酸化されたメタンの温度を低減し、ホルムアルデヒドの継続的な酸化または分解を低減するように機能する。この冷却剤は反応生成物流れから容易に分離できる任意の物質であることができる。例えば、以下により詳細に記載されるように、冷却剤は加熱されていない炭化水素またはメタン含有ガス流れであることができる。
【００２７】
好ましくは、冷却剤は反応生成物から容易に分離できる任意の非酸化性の物質であることができる。この点では、冷却剤は例えばＣＯ２、ホルムアルデヒド、メタノール、水のエアロゾルにされたかまたは霧状の液体又は水蒸気であることができる。冷却剤はさらにリサイクルされた反応生成物、水、スチームおよび／または原料炭化水素ガスの混合物であることができる。
【００２８】
装置の意図した運転モードに応じて、特に意図されるメタノールまたはメタノールおよびホルムアルデヒドの生産に応じて、排他的にメタノールを生産することが所望の場合、反応混合物は、冷炭化水素含有ガスの導入のない反応器中で反応に供される。メタノールとホルムアルデヒドを生産することが所望の場合、冷炭化水素含有ガスの導入が使用される。冷炭化水素含有ガスの導入によって、反応の温度は３０−９０℃低下し、ホルムアルデヒドＣＯ２への分解を低減することにより分離された混合物中のホルムアルデヒドの含有量を維持する。
【００２９】
反応混合物は、反応器を出る反応混合物からの反応器入力の流れへの熱の移動のために熱交換器１１４へ供給される。その後更に、パーシャルコンデンサー１２２内で冷却される。混合物の揮発性の高い成分および揮発性の低い成分（それぞれ乾燥ガスおよび未精製液体）への分離はパーシャルコンデンサー１２２の中で行なわれ、所望により未精製液体流れ内へ少なくとも幾分かのホルムアルデヒドを吸収する。乾燥ガスはスクラバー１３４へ転送され、コンデンサー１２２からの未精製液体がフラッシュドラム１３２に供給される。
【００３０】
スクラバー１３４は乾燥ガス流れからＣＯ２とホルムアルデヒドを取り除くように機能する。この点において、スクラバー１３４はＨ２Ｏとメタノールの両方を使用し、ＣＯ２とホルムアルデヒドを吸収するために７−８ＭＰａの圧力と約０℃から約５０℃の温度にある。一旦ＣＯ２とホルムアルデヒドが回収されれば、炭化水素ガスの流れは、戻りの流れと原料炭化水素含有ガス流れを、所望により、反応器の前もしくは反応器内で混合することによりリサイクルされる。原料炭化水素および戻りの流れは、別個にまたは組み合わせて、ついで反応室１００内に、入口１０４または入口１１０から、前記のように熱交換器１１６およびヒーター１３６によって加熱された後に導入される。
【００３１】
精留塔は、メタノール（重質キー成分）および水（非キー成分）から二酸化炭素（非キー成分）およびホルムアルデヒド（軽質キー成分）を分離するために使用される。充満しているメタノール流れの流れ１４は精留塔に入り、ホルムアルデヒド留出物の流れ１６、およびボトム流れ、流れ１５へ分離される。メタノールが商用グレードのホルマリン（６−１５％のアルコール安定剤、３７％のホルムアルデヒド、および残部の水）の生産に安定剤として使用されるので、留出物流れ中の幾分かの量のメタノールは望ましい。重質キー成分の一部を留出物流れへ流すことにより、分離はより容易に達成される；更に、吸収剤の再生中に典型的に経験されるプロセスロスは、留出物内のメタノールがホルマリン生産に使用されるので、その結果無効にされる。流れ１５は流れ３１で補われ、留出物流れの流れ１６へ移されたすべてのメタノールを置換する。流れ３１および流れ１５は組み合わされて流れ１７になり、その後、再生されたメタノール吸収剤としてスクラバー１３４に返る。その間に、ホルムアルデヒド留出物の流れ１６は、フラッシュドラム１３２からの蒸気の流れ７と結合され、ホルムアルデヒド、メタノールおよび二酸化炭素の混合物を形成する。
【００３２】
スクラバー１３４によって回収されたホルムアルデヒド、水、メタノールおよびＣＯ２は、ホルムアルデヒド精留塔１３８へ渡される。カラム１３８はメタノール−水流れからホルムアルデヒドとＣＯ２を回収する。少量のメタノールは生成されたメタノールと一緒にされ、スクラバー１３４に入り、炭化水素流れからＣＯ２とホルムアルデヒドの追加の量を回収する。
【００３３】
遊離または非水性のホルムアルデヒドは、等圧のコンデンサー１２２の操作によって気相に残ることを許される。液体のメタノール生成物流れまたは未精製液体は、ホルムアルデヒドがガスの流れに残ることを許容することにより、メタノール、エタノールおよび水を含む。この場合、等圧のコンデンサー１２２を出る液体の流れは、プロセスのホルムアルデヒド精留部分を回避し、任意にフラッシュドラム１３２を通った後にメタノール精留塔に入ることができる。
【００３４】
図２および３は、それぞれ冷却のない場合とある場合の、反応系内の酸素、ホルムアルデヒドおよびメタノールの濃度を示す図である。
【００３５】
図２からわかるように、ほぼ２秒後に酸素は完全に燃焼する。この瞬間、反応温度はその最大に達する。この瞬間、反応温度はその最大に達する。そして反応混合物中において、メタノールおよびホルムアルデヒドはそれぞれの比率で生産される。反応の終わりにおいてより安定した生成物としてのメタノールは、その最大の濃度に達して、実際に安定を維持する。ホルムアルデヒドはそれほど安定していない。したがって、温度上昇とともに（酸素が完全に燃焼するまで温度は増加する）、その濃度は多少低下する。
【００３６】
図３に示された冷却のある反応では、メタノールとホルムアルデヒドの形成が完成する時に冷ガスが導入され、反応の最終期間の温度は低減され、その結果、ホルムアルデヒドの分解が禁止される。
【００３７】
図４は、システムの酸素化物の収率を、リサイクルされる炭化水素ガスのリサイクル比率の関数として示す図である。９７％のＣＨ４および１％のＮ２を含むミシガン  アントリムガスを使用したグラフが示される。この点では、グラフは、同じ入力流れを使用する製品収量の顕著な増加と、資本費用の小さな増加をを示す。システムが効率的に圧力を管理し、プロセスエネルギー使用法を統合するとともに、エネルギー必要量は最小限にされ、それにより、全体としてのプロセスの経済性を向上させる。
【００３８】
図５は異なるメタンからのメタノールへのプラント１５０を示す。プラント１５０は、ガスおよび石油田１５２、あるいはガス田１５４のいずれかから放出されているガスからのメタンを処理するように配置される。好ましくは井戸穴のすぐ近くに位置するプラント１５０は、ガス加工プラント１５６、液体加工プラント１５８、および酸素生成プラント１６０から一般に作られる。さらに、排水処理プラント１６２とユーティリティプラント１６４がプラント１５０に併設される。
【００３９】
図６の中で示されるように、任意の酸素生成プラント１６０を、反応器１００の中での炭化水素流れの部分酸化の規制を助けるために使用できる。酸素生成プラント１６０は、熱交換器１６３と組み合わされたコンプレッサー１６１を有し、複数のアブソーバー１６５への注入のために圧縮酸素を調製するために機能する。アブソーバーを通り抜けた後に、生成された酸素流れは圧縮され、反応器１００に直接進められる。
【００４０】
図７を参照すると、プラント１５６のガス処理部分は一般に上記のように機能する（図１Ａおよび１Ｂを参照）。この点では、ガス処理プラント１５６は、清浄な入力炭化水素流れ１７４の圧力を上げるためにコンプレッサー１７０および１７２を有する。その後、この流れ１７４は分割され、反応器１００中の酸素と反応し、上記のように部分的にメタンを酸化する。反応時間および反応器内の温度および圧力のようなパラメーターは、反応器１００の中で生産されるＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ホルムアルデヒドおよびメタノールの量を選択的にコントロールするために調節できる。その後、反応器からの反応生成物１７６は液体の処理プラント１５８へ移される。
【００４１】
図８の中で示されるように、液体の処理プラント１５８は一般に上記のように機能し、反応生成物流れ１７６からメタノールとホルムアルデヒドを分離する。上記に詳細に記述されるように反応生成物流れの構成成分を分離するために使用される、蒸留器、ブレンダーおよびフラッシュドラムが示される。特に、メタノールであり、また所望の場合にはホルムアルデヒドである反応生成物流れからＣＯ２が取り除かれる。スクラバー１３４（図５を参照）は、ＣＯ２の蓄積を防ぎ、ホルムアルデヒドの物理的な捕獲を許可する。炭化水素ガスリサイクルループ１３５からホルムアルデヒドおよびＣＯ２を物理的に吸収するために、スクラバー１３４はメタノールと水の混合物を利用する。冷凍なしで十分に作動できるスクラバー１３４の効率化は、リサイクルループ１３５の高い運転圧により可能になる。これは、従来の吸収法によって利用された極低温と相対するものである。ガスはある量のホルムアルデヒドおよびＣＯ２を有する「汚い」ガスとしてスクラバー１３４に入る。これらの成分は単に比較的低い濃度で存在し、したがってメタノール吸収剤の負荷は比較的小さい。
【００４２】
上記のように、反応器のアウトプットは選択的に調整され、プラント１５６のガスプロセス部分によって生産されるホルムアルデヒドの量を最小限にすることが企図される。ＣＯ２は排出されることができるが、反応生成物からのＣＯ２は、井戸から所定距離離れた地中に射出して、井戸の産出量を増加させることも企図される。この点では、ＣＯ２は、地中の圧力の増加を許容して井戸のガスまたは石油の産出量を増加させるために、井戸からの任意の適当な距離に射出されることが企図される。さらに、ＣＯ２は、ガスまたはガスと石油の産出井の産出量を増加させるために、井戸穴の開口部に、あるいは開口部に近い領域に射出されることができる。
【００４３】
陸上プラントとして例示されたが、プラント１００はオフショア油田掘削装置に関して設けられることも企図される。この点では、プラント１００はオフショア掘削装置上にあるか、あるいは掘削装置からの所定の短かい距離にある、たとえば浮揚性のプラットフォーム上のオフショア掘削装置に隣接して存在することができる。オフショア掘削装置（それは天然ガスを生産している）の場合には、メタン含有炭化水素流れから変換されたメタノールは、メタン含有炭化水素流れの第二の部分に射出され、オフショア油井から陸地への炭化水素流れのフローを改善する。このメタノールは配管内の水化物の形成を低減するために射出される。その後、天然ガスに伴うメタノールは、流れが海岸に到着した後、炭化水素を含む流れから取り除かれる。
【００４４】
他の反応生成物、すなわちＣＯ２、水あるいはメタノールの任意のものが、プラットフォームあるいは陸地の井戸を囲む、炭化水素含有地中形成物に直接射出されることができる。特に、メタノールは天然ガス産出井からの天然ガスの産出量を増加させるために、井戸を囲む水化物構造体内に射出されることができる。
【００４５】
図５に戻る。ＣＯ２は井戸の１つの部分に射出されることができ、一方にメタノールあるいは他の反応生成物は井戸の他の部分に射出されることができる。天然ガスが浜に残される場合、または４％以上の窒素分がある場合には、リサイクルループ中の窒素ビルドアップを管理する設備が提供されることがある。任意の特定の井戸１５２、１５４の産出量が少ない場合、短くされたプロセスの単一のプラント１００を使用できる。これらの状況では、炭化水素流れの部分酸化に関連する設備および付帯設備の部分のみが、ＣＯ２を回収するために井戸の近くで使用される。
【００４６】
回収されたＣＯ２は集められて、排出されるか、地中へ再度射出されることができる。スクラバーによる天然ガスおよび伴うＣＯ２の回収の直後、残りの液体生成物は、廃流出物からのホルムアルデヒド、メタノールおよび水の分離のために井戸サイトから別の位置へ液体の形態で輸送できる。この点では、液体加工の処理プロセス（１５８）を完了するための集中された液体処理プラントが、残された天然ガスの配置からかなり離れた位置に配置されることが企図される。これは、集中された液体プロセス設備１５８の使用を許容する。さらに、反応器の条件が商用グレードのホルマリンを含んでいる液体相を生産するように調節できる。
【００４７】
上に記述された要素の各々は、他のタイプの用途に有用な応用を見出す場合があり、さらに２あるいはそれ以上の上に記述されたタイプと異なる方法および構造に組み合わされることができることが理解されるであろう。本発明はメタノールを製造するための方法および装置の実施態様として例示されたが、開示されたものに限定されるものではなく、種々の改良および構造上の変更を本発明の範囲を逸脱することなく行うことができる。
【００４８】
さらなる分析をすることなく、先の記載は非常に完全に本発明の要点を明らかにする。第三者は、現在の知識の適用によって、先行技術の見地から、この発明の総括的な態様あるいは特定の態様の本質的特質を適正に構成する特徴を省略せずに、様々な応用に容易に適応させることができる。新規であり、特許として保護されることを求める発明は特許請求の範囲に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明のメタノールを生産するための装置のシステムを示す図である；
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明のメタノールを生産するための装置のシステムを示す図である；
【図２】図２は、先行技術の、反応の間の酸素、ホルムアルデヒドおよびメタノールの濃度を示す図である；
【図３】図３は、本発明の、反応の間の酸素、ホルムアルデヒドおよびメタノールの濃度を示す図である；
【図４】図４は、リサイクル比率との関数としてのシステムの酸素化物の収率を示す図である。
【図５】図５は、本発明の異なる態様のメタンからメタノールへのプラントを表わす；
【図６】図６は、図５に示される任意の酸素製造プラントを示す；
【図７】図７は、図５に示されるプラントのガス処理部分を示す；
【図８】図８は、図５に示されるプラントの液体処理部分を示す。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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