(57)【要約】  本発明は、スチーム、一酸化炭素、水素、酸素及びハイドロメタネーション触媒の存在下、非ガス状炭素質フィードストックのハイドロメタネーションを介して、ガス状製品、そして特に、メタン及び／又は水素などの付加価値を持ったガス状製品を製造するためのスチーム統合されたそして熱統合された方法に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
非ガス状炭素質材料からメタン富化原生成物ガス流を発生させるための方法であって：
（ａ）ハイドロメタネーション反応器に
（１）非ガス状炭素質材料由来の炭素質フィードストック、
（２）ハイドロメタネーション触媒、
（３）過熱スチーム流、及び
（４）スチームを含む酸素リッチガス流、
を供給する工程のハイドロメタネーション反応器が、下方部分の上方に上方部分を有する流動床を含み、そしてここで、過熱スチーム流及び酸素リッチガス流が、流動床の下方部分内に導入される、該工程；
（ｂ）ハイドロメタネーション触媒、一酸化炭素、水素及びスチームの存在下、目標操作温度でハイドロメタネーション反応器中炭素質フィードストックの一部分を反応させて、メタン、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、硫化水素、スチーム、熱エネルギー及び同伴微粉を含む、メタン富化原ガス、及び固体副産物のチャーを生成させる工程；
（ｃ）一酸化炭素、水素、及び熱エネルギーを生成させるために、炭素質フィードストックの一部分を酸素と反応させる工程；及び
（ｄ）ハイドロメタネーション反応器から、メタン富化原生成物ガス流としてメタン富化原ガスを引き出す工程；
を含んでなり、
ここで、
（ｉ）工程（ｂ）の反応は、流動床の上方部分において優位を占め；
（ｉｉ）工程（ｃ）の反応は、流動床の下方部分において優位を占め；
（ｉｉｉ）工程（ｂ）の反応は、合成ガス要求、熱要求、及びスチーム要求を有し；
（ｉｖ）合成ガス要求及び熱要求は、工程（ｃ）の反応によって実質的に満たされ；
（ｖ）スチーム要求は、過熱スチーム流及び酸素リッチガス流におけるスチーム、並びに炭素質フィードストックから発生するスチームによって実質的に満たされ；そして
（ｖｉ）過熱スチーム流、酸素リッチガス流、炭素質フィードストック及びハイドロメタネーション触媒が、工程（ｂ）の反応の目標操作温度より低い温度で、ハイドロメタネーション反応器内に導入される、上記方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、合成ガス要求及び熱要求が工程（ｃ）の反応によって満たされることを特徴とする、上記方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法であって、スチーム要求が、過熱スチーム流及び酸素リッチガス流におけるスチーム、並びに炭素質フィードストックから発生するスチームによって満たされることを特徴とする、上記方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の方法であって、目標操作温度が、少なくとも約１０００°Ｆ（約５３８℃）〜約１５００°Ｆ（約８１６℃）であることを特徴とする、上記方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の方法であって、過熱スチーム流が、約５００oＦ（約２６０℃）から約９５０oＦ（約５１０℃）の温度で、ハイドロメタネーション反応器に供給されることを特徴とする、上記方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の方法であって、過熱スチーム流及び酸素リッチ流が、ハイドロメタネーション反応器の流動床の下方セクション内に供給されるように組み合わされ、そして組み合わされた流れの温度が約５００°Ｆ（約２６０℃）〜約９００°Ｆ（約４８２℃）であることを特徴とする、上記方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の方法であって、メタン富化原生成物流が、少なくとも約１５モル％のメタン（メタン富化原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；又はメタン富化原生成物流が少なくとも５０モル％のメタン＋二酸化炭素（メタン富化原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、上記方法。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の方法であって、メタン富化原生成物流を第一の熱交換器ユニット内に導入して熱エネルギーを回収し、そして冷却されたメタン富化原生成物流を発生させ；冷却されたメタン富化原生成物流中の一酸化炭素の少なくとも一部分をスチームシフト化して、熱エネルギー及び水素富化原生成物流を発生させ；水素富化原生成物流が実質的に脱水して脱水された水素富化原生成物流を発生させ；そして、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、脱水された水素富化原生成物流から除去して脱水された水素富化原生成物流から水素、一酸化炭素（脱水された水素富化原生成物流中に存在する場合）、及びメタンの実質的な部分を含んでなるスイート化ガス流を生成させる；ことを特徴とする、上記方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、第一の熱交換器ユニットで回収された熱エネルギーが使用して、第一のプロセススチーム流を発生させ、ハイドロメタネーション反応器内への導入用の過熱スチーム流の全て又は一部分として使用するための第一のプロセススチーム流を過熱し；そして熱エネルギーをスチームシフトから回収し、そして回収した熱エネルギーの少なくとも一部を利用して、プロセス流を発生させるのに使用するためのボイラ供給水を予熱する；ことを特徴とする、上記方法。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の方法であって、スイート化ガス流（又は存在する場合、水素枯渇スイート化ガス流）中に存在する一酸化炭素及び水素を、接触メタネーター中、メタネーション触媒の存在下で反応させて、熱エネルギー、及びメタン富化スイート化ガス流を生成させ；そして接触メタン化からの熱エネルギーを回収し、そして回収した熱エネルギーの少なくとも一部を利用して、第二のプロセススチーム流を発生させそして過熱する、上記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス状製品、そして特に、メタン、及び／又は水素などの他の付加価値があるガス状製品を、スチーム、一酸化炭素、水素、酸素及びハイドロメタネーション（hydromethnation）触媒の存在下で、非ガス状炭素質フィードストックのハイドロメタネーションを介して製造するためのプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
より高いエネルギー価格及び環境上の関心のような多くの因子の観点から、（石油コークス、残油、アスファルテン、石炭及びバイオマスのような）より低い燃料価値の炭素質フィードストックからの、（パイプライン品質の代替天然ガス、水素、メタノール、高級炭化水素、アンモニア及び電力のような）付加価値がある製品の生産が新たなる注目を受けている。
【０００３】
そのようなより低い燃料価値の炭素質フィードストックは、引き続いて、そのような付加価値がある製品に転換され得る合成ガス流を生産するために、高温、高圧下でガス化され得る。
【０００４】
一つの有利なガス化プロセスはハイドロメタネーションであり、ここで、炭素質フィードストックは流動床ハイドロメタネーション反応器中において、触媒源及び適度の高温、高圧下での流れの存在下で転換されて、メタン富化高い合成ガス流（中程度ＢＴＵ合成ガス流）が直接、生産される。これは、非常な高温及び高圧で、炭素源の部分的な燃焼／酸化に基づくもの（熱的ガス化、典型的には非触媒的）のような従来のガス化プロセスとは全く別のものであり、ここで合成ガス（一酸化炭素＋水素）は主要製品（メタンはほとんど又は全く直接的には生産されない）であり、それは次いで更に処理されて（接触メタネーターを介して；下記の反応（ＩＩＩ）を参照）メタン又はその他の如何なる数の高級炭化水素製品もが生産される。
【０００５】
付加価値がある製品を生産するための、ハイドロメタネーションプロセス及び得られたメタン富化合成ガス流の転換／利用は、例えば、特許文献１〜６９に開示されている。また、非特許文献１〜２も参照。
【０００６】
炭素源のハイドロメタネーションは典型的には４つの理論的に分離された反応を含む：
炭素にスチームを当てる：  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）
水添ガス化：  ２Ｈ2  ＋  Ｃ  →  ＣＨ4                          （ＩＶ）
【０００７】
ハイドロメタネーション反応において、最初の三つの反応（Ｉ〜III）が優位を占めて、以下の総括反応となる：
２Ｃ  ＋  ２Ｈ2Ｏ  →  ＣＨ4  ＋  ＣＯ2                          （Ｖ）
【０００８】
総括ハイドロメタネーション反応は、本質的に熱的にバランスされる；しかしながら、プロセス熱の損失及び（原料と共に反応器に入り込む水分の蒸発に対して要求されるような）その他のエネルギー要求故に、熱的バランスを維持するために、幾らかの熱が追加されねばならない。
【０００９】
本反応はまた、本質的にバランスされた合成ガス（水素及び一酸化炭素）である（合成ガスが生産されそして消費される）；従って、製品ガスと共に一酸化炭素及び水素が取り出されるので、不足を避けるよう要求されるとき、一酸化炭素及び水素が反応に添加される必要がある。
【００１０】
正味の反応熱を出来る限り中性に近付くように（少しばかりのみ発熱又は吸熱を）維持するために、そして合成ガスバランスを維持するために、スチーム、一酸化炭素及び水素の過熱ガス流がハイドロメタネーション反応器にしばしば供給される。しばしば、一酸化炭素及び水素の流れは、製品ガスから分離されたリサイクル流であり及び／又は製品メタンの一部分の改質／部分的酸化によって供される。例えば、先に組み込まれた特許文献６、２２、２６、６３を参照。
【００１１】
ハイドロメタネーションプロセスの一つのバリエーションにおいて、ハイドロメタネーション反応器内に酸素を供給することによって、要求される一酸化炭素、水素及び熱エネルギーも少なくとも一部分がその場生成され得る。例えば、先に組み込まれた特許文献６２、６８を参照。
【００１２】
これらのバリエーションのすべてにおける結果は、やはり水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素の実質的な量を含有している、「直接的な」メタン富化原生成物ガス流であり、それは、例えば、適度のＢＴＵエネルギー源として直接的に利用され得るか又は（向上されたオイル回収及び工業的使用のための）パイプライン品質の代替天然ガス、高純度水素、メタノール、アンモニア、高級炭化水素、二酸化炭素及び電気エネルギーのような多様なより高付加価値の製品流をもたらすように処理され得る。
【００１３】
前述のプロセスにおいて、スチームは反応物質であり、そして反応の「スチーム要求（demand）」を満たすよう、反応器内に供給されなければならない。スチームは、（上で述べた通りそして以下に詳細に論じられる通り）ハイドロメタネーション反応の「熱要求」を満たすように要求される熱エネルギーの少なくとも一部分を供給するために、ハイドロメタネーション反応器の目標操作温度を超える温度で過熱スチームとして供給される。
【００１４】
プロセスの効率を改善するために、スチーム要求及び熱要求のできるだけ多くが、統合された熱捕獲（heat capture）、及び捕獲された熱をスチーム生成及びスチーム過熱のために使用することを通して満たされ得ることが望ましい；しかしながら、（ハイドロメタネーション反応器の目標操作温度を超える）十分に高い温度での過熱スチームの供給には、しばしば原料及び／又は製品ガスの消費によって燃やされる別の過熱器の使用が要求され、それは最適化された熱統合によって達成できる効率利得をもはやオフセットできない。
【００１５】
従って、プロセスの定常運転中にそのような過熱器の使用を避けること、そして更に完全な熱／スチーム統合ハイドロメタネーションプロセスを有することは非常に望ましいであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許第３８２８４７４号
【特許文献２】米国特許第３９５８９５７号
【特許文献３】米国特許第３９９８６０７号
【特許文献４】米国特許第４０５７５１２号
【特許文献５】米国特許第４０９２１２５号
【特許文献６】米国特許第４０９４６５０号
【特許文献７】米国特許第４２０４８４３号
【特許文献８】米国特許第４２４３６３９号
【特許文献９】米国特許第４４６８２３１号
【特許文献１０】米国特許第４５００３２３号
【特許文献１１】米国特許第４５４１８４１号
【特許文献１２】米国特許第４５５１１５５号
【特許文献１３】米国特許第４５５８０２７号
【特許文献１４】米国特許第４６０６１０５号
【特許文献１５】米国特許第４６１７０２７号
【特許文献１６】米国特許第４６０９４５６号
【特許文献１７】米国特許第５０１７２８２号
【特許文献１８】米国特許第５０５５１８１号
【特許文献１９】米国特許第６１８７４６５号
【特許文献２０】米国特許第６７９０４３０号
【特許文献２１】米国特許第６８９４１８３号
【特許文献２２】米国特許第６９５５６９５号
【特許文献２３】米国特許出願第２００３／０１６７９６１Ａ１号
【特許文献２４】米国特許出願第２００６／０２６５９５３Ａ１号
【特許文献２５】米国特許出願第２００７／０００１７７Ａ１号
【特許文献２６】米国特許出願第２００７／０８３０７２Ａ１号
【特許文献２７】米国特許出願第２００７／０２７７４３７Ａ１号
【特許文献２８】米国特許出願第２００９／００４８４７６Ａ１号
【特許文献２９】米国特許出願第２００９／００９００５６Ａ１号
【特許文献３０】米国特許出願第２００９／００９００５５Ａ１号
【特許文献３１】米国特許出願第２００９／０１６５３８３Ａ１号
【特許文献３２】米国特許出願第２００９／０１６６５８８Ａ１号
【特許文献３３】米国特許出願第２００９／０１６５３７９Ａ１号
【特許文献３４】米国特許出願第２００９／０１７０９６８Ａ１号
【特許文献３５】米国特許出願第２００９／０１６５３８０Ａ１号
【特許文献３６】米国特許出願第２００９／０１６５３８１Ａ１号
【特許文献３７】米国特許出願第２００９／０１６５３６１Ａ１号
【特許文献３８】米国特許出願第２００９／０１６５３８２Ａ１号
【特許文献３９】米国特許出願第２００９／０１６９４４９Ａ１号
【特許文献４０】米国特許出願第２００９／０１６９４４８Ａ１号
【特許文献４１】米国特許出願第２００９／０１６５３７６Ａ１号
【特許文献４２】米国特許出願第２００９／０１６５３８４Ａ１号
【特許文献４３】米国特許出願第２００９／０２１７５８２Ａ１号
【特許文献４４】米国特許出願第２００９／０２２０４０６Ａ１号
【特許文献４５】米国特許出願第２００９／０２１７５９０Ａ１号
【特許文献４６】米国特許出願第２００９／０２１７５８６Ａ１号
【特許文献４７】米国特許出願第２００９／０２１７５８８Ａ１号
【特許文献４８】米国特許出願第２００９／０２１８４２４Ａ１号
【特許文献４９】米国特許出願第２００９／０２１７５８９Ａ１号
【特許文献５０】米国特許出願第２００９／０２１７５７５Ａ１号
【特許文献５１】米国特許出願第２００９／０２２９１８２Ａ１号
【特許文献５２】米国特許出願第２００９／０２１７５８７Ａ１号
【特許文献５３】米国特許出願第２００９／０２４６１２０Ａ１号
【特許文献５４】米国特許出願第２００９／０２５９０８０Ａ１号
【特許文献５５】米国特許出願第２００９／０２６０２８７Ａ１号
【特許文献５６】米国特許出願第２００９／０３２４４５８Ａ１号
【特許文献５７】米国特許出願第２００９／０３２４４５９Ａ１号
【特許文献５８】米国特許出願第２００９／０３２４４６０Ａ１号
【特許文献５９】米国特許出願第２００９／０３２４４６１Ａ１号
【特許文献６０】米国特許出願第２００９／０３２４４６２Ａ１号
【特許文献６１】米国特許出願第２０１０／００７１２６２Ａ１号
【特許文献６２】米国特許出願第２０１０／００７６２３５Ａ１号
【特許文献６３】米国特許出願第２０１０／０１２０９２６Ａ１号
【特許文献６４】米国特許出願第２０１０／０１２１１２５Ａ１号
【特許文献６５】米国特許出願第２０１０／０１６８４９４Ａ１号
【特許文献６６】米国特許出願第２０１０／０１６８４９５Ａ１号
【特許文献６７】米国特許出願第２０１０／０１７９２３２Ａ１号
【特許文献６８】米国特許出願第２０１０／０２８７８３５Ａ１号
【特許文献６９】英国特許第１５９９９３２
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】Chiaramonte et al, “Upgrade Coke by Gasification”, Hydrocarbon Processing, Sept. 1982, pp. 255-257
【非特許文献２】Kalina et al, “Exxon Catalytic Coal Gasification Process Predevelopment Program, Final Report”, Exxon Research and Engineering Co., Baytown, TX,  FE236924, December 1978
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１８】
一つの態様において、本発明は非ガス状炭素質材料からメタン富化原生成物ガス流を発生させるためのプロセスを供し、ここで本プロセスは次の工程を含む：
（ａ）ハイドロメタネーション反応器に以下を供給すること
（１）非ガス状炭素質材料由来の炭素質フィードストック、
（２）ハイドロメタネーション触媒、
（３）過熱スチーム流、及び
（４）スチームを含む酸素リッチガス流、
ここで、ハイドロメタネーション反応器は、下方部分の上方に上方部分を有する流動床を含み、そしてここで、過熱スチーム流及び酸素リッチガス流は、流動床の下方部分内に導入される、
（ｂ）メタン富化原ガス及び固体副産物のチャーを生成させるために、ハイドロメタネーション触媒、一酸化炭素、水素及びスチームの存在下で、目標操作温度にてハイドロメタネーション反応器中で炭素質フィードストックの一部分を反応させること（ここで、メタン富化原ガスは、メタン、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、硫化水素、スチーム、熱エネルギー及び同伴微粉を含む）；
（ｃ）一酸化炭素、水素、及び熱エネルギーを生成させるために、炭素質フィードストックの一部分を酸素と反応させること；及び
（ｄ）ハイドロメタネーション反応器から、メタン富化原生成物ガス流としてメタン富化原ガスを引き出すこと；
ここで、
（ｉ）工程（ｂ）の反応は、流動床の上方部分において優位を占め；
（ｉｉ）工程（ｃ）の反応は、流動床の下方部分において優位を占め；
（ｉｉｉ）工程（ｂ）の反応は、合成ガス要求、熱要求、及びスチーム要求を有し；
（ｉｖ）合成ガス要求及び熱要求は工程（ｃ）の反応によって実質的に満たされ；
（ｖ）スチーム要求は、過熱スチーム流及び酸素リッチガス流におけるスチーム、並びに炭素質フィードストックから発生するスチームによって実質的に満たされ；そして
（ｖｉ）過熱スチーム流、酸素リッチガス流、炭素質フィードストック及びハイドロメタネーション触媒が、工程（ｂ）の反応の目標操作温度より低い温度で、ハイドロメタネーション反応器内に導入される。
【００１９】
本発明によるプロセスは、例えば、種々の炭素質材料からより高付加価値製品及び副産物を生産するために有用である。
【００２０】
本発明のこれらの及びその他の実施態様、特長及び利点は、以下の詳細な記述を読むことから当業者にもっと容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による、メタン富化原生成物ガス流を生成するためのプロセスの実施態様の図である。
【図２】水素、代替天然ガス及び／又は電力のような、一つ又はそれ以上の付加価値を持った製品を生成するための、メタン富化原生成物流の更なる処理に対する実施態様の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、非ガス状炭素質材料を最終的に一つ又はそれ以上の付加価値を持ったガス状製品に転換するためのプロセスに関する。更なる詳細は以下に供される。
【００２３】
本記述の状況において、本明細書において述べられた全ての出版物、特許出願、特許及び他の引例は、別に示されない限り、本明細書において参照されることによって、全ての目的のために完全に明らかにするものとしてそれらの全体が明確に組み込まれているものとする。
【００２４】
別途定義されない限り、本明細書において使用される全ての技術的用語及び科学的用語は、この開示が属する当業者によって通常理解されるものと同じ意味を有する。紛争がある場合、定義を含めて本明細書が統制するであろう。
【００２５】
明確に記される場合を除き、商標は太文字で示される。
【００２６】
別途述べられない限り、全てのパーセント、部、比率などは重量ベースである。
【００２７】
別途述べられない限り、ｐｓｉ単位で表示される圧力はゲージ圧であり、そしてｋＰａ単位で表示される圧力は絶対圧である。
【００２８】
量、濃度若しくはその他の値又はパラメータが範囲、または上限及び下限の値のリストとして与えられるとき、これは範囲が別々に開示されているか否かに拘わらず、如何なる上限及び下限の範囲の如何なる対からも形成される全範囲を特定的に開示しているものと理解されるべきである。本明細書において数値の範囲が触れられているとき、別に述べられない限り、その範囲はそれの端点及びその範囲内の全ての整数及び分数を含むことが意図される。本開示の範囲は、範囲を定義するときにふれられた特定の値に限定されることは意図されていない。
【００２９】
値又は範囲の端点を述べる際に用語「約」が使用されるとき、本開示は、ふれられた特定の値又は端点を含むと理解されるべきである。
【００３０】
本明細書において使用される、用語「含む」、「含んでなる」、「含有する」、「含有してなる」、「有する」、「有してなる」又はそれらの如何なる他の変形も、非排他的包含を含むことを意図される。例えば、エレメントのリストを含むプロセス、方法、物品、又は装置は、必ずしもそれらのエレメントにのみ限定されるものではなく、明確にはリストアップされていない、又はそのようなプロセス、方法、物品、又は装置に固有のその他のエレメントも含み得る。
【００３１】
更に、反対に明確に述べられない限り、「又は」及び「及び／又は」は、排他的ではなく包含することを意味する。例えば、条件Ａ又はＢ若しくはＡ及び／又はＢは、以下の何れか一つによって満たされる：Ａが真実（又は存在する）でありＢが虚偽（又は存在しない）である、Ａが虚偽（又は存在しない）でありＢが真実（又は存在する）である、及びＡ及びＢの両者が真実（又は存在する）である。
【００３２】
本明細書において種々のエレメント及び成分を述べるための「ａ」又は「ａｎ」の使用は、単に便宜的なものであり、そして開示の一般的な意味を与える。この記述は一つ又は少なくとも一つを含と読まれるべきであり、そして他のように意味することが明白でない限り、単数は複数も含む。
【００３３】
本明細書において使用される、用語「実質的な」とは、本明細書において別に定義されない限り、参照される材料の約９０％より多い、好ましくは、参照される材料の約９５％より多い、より好ましくは参照される材料の約９７％より多いことを意味する。もし特定されていなければ、本パーセントは、（メタン、二酸化炭素、一酸化炭素及び硫化水素のような）分子に関してふれられるときは、モルベースのものであり、そして（同伴微粉のような）その他の場合は重量ベースのものである。
【００３４】
本明細書において使用される、用語「主要な部分」とは、本明細書において別に定義されない限り、参照される材料の５０％より多いことを意味する。もし特定されていなければ、本パーセントは、（水素、メタン、二酸化炭素、一酸化炭素及び硫化水素のような）分子に関してふれられるときは、モルベースのものであり、そして（同伴微粉のような）その他の場合は重量ベースのものである。
【００３５】
用語「使い果たされた」は、最初に存在するものから減少することと同義語である。例えば、スチームから材料の実質的な部分を除去すると、その材料が実質的に使い果たされた、材料が使い果たされた流れが生産されるであろう。逆に用語「濃縮された」は最初に存在するものから増加することと同義語である。
【００３６】
本明細書において使用される、用語「炭素質」は炭化水素と同義語である。
【００３７】
本明細書において使用される、用語「炭素質材料」は、有機炭化水素を含有する材料である。炭素質材料は、本明細書において定義されるバイオマス材料又は非バイオマス材料として分類され得る。
【００３８】
本明細書において使用される、用語「バイオマス」は、植物系バイオマス及び動物系バイオマスを含む、最近（例えば、過去１００年以内）生きている生物由来の炭素質材料のことである。明確化のために、バイオマスは石炭のような化石系炭素質材料を含まない。例えば、前に組み込まれた米国特許出願第２００９／０２１７５７５Ａ１号、米国特許出願第２００９／０２２９１８２Ａ１号、及び、米国特許出願第２００９／０２１７５８７Ａ１号を参照。
【００３９】
本明細書において使用される、用語「植物系バイオマス」とは、制限するものではないが、砂糖もろこし、バガス、サトウキビ、竹、雑種ポプラ、雑種ヤナギ、ネムノキ、ユーカリ、アルファルファ、クローバ、アブラヤシ、スイッチグラス、スーダングラス、キビ、ジャトロファ、及びススキ（例えば、Miscanthus x giganteus）のような、緑色植物、穀物、藻及び木由来の材料を意味する。バイオマスは、トウモロコシの穂軸及び殻、トウモロコシの茎、麦わら、ナッツの殻、植物油、カノラ油、菜種油、バイオディーゼル、木の皮、木片、鋸屑、及び庭塵芥のような農業の栽培、処理及び／又は劣化からの廃棄物を更に含む。
【００４０】
本明細書において使用される、用語「動物系バイオマス」とは、動物の育成及び／又は利用から生じる廃棄物を意味する。例えば、バイオマスとは、制限するものではないが、動物の糞尿、グアノ、家禽厩肥、動物の脂肪、及び一般廃棄物、（例えば、下水汚物）のような家畜の育成及び処理からの廃棄物を含む。
【００４１】
本明細書において使用される、用語「非バイオマス」とは、本明細書において定義された用語「バイオマス」によって包含されないような炭素質材料を意味する。例えば、非バイオマスは、制限するものではないが、無煙炭、瀝青炭、下位―瀝青炭、亜炭、石油コークス、アスファルテン、液体石油残留物、又はそれらの混合物を含む。例えば、米国特許出願第２００９／０１６６５８８Ａ１号、米国特許出願第２００９／０１６５３７９Ａ１号、米国特許出願第２００９／０１６５３８０Ａ１号、米国特許出願第２００９／０１６５３６１Ａ１号、米国特許出願第２００９／０２１７５９０Ａ１号、及び、米国特許出願第２００９／０２１７５８６Ａ１号を参照。
【００４２】
「液状重質炭化水素材料」は、環境条件で流れ得る、又は高温条件で流動可能になる粘性な液体又は半固体材料である。これらの材料は典型的には原油のような炭化水素材料の処理からの残留物である。例えば、原油の精製における第一の工程は、通常、炭化水素の複雑な混合物を異なる揮発度の留分へと分離するための蒸留である。典型的な第一の工程の蒸留は、より高い温度にすると熱分解に繋がり得る故に、約６５０°Ｆの実際の温度を超えることなく、炭化水素含有量のできるだけ多くを蒸発するための大気圧での加熱を必要とする。大気圧で蒸留しない留分は、通常「大気圧石油残留物」と呼ばれる。本留分は、約６５０°Ｆまでの実際の温度でより多くの材料さえ蒸発できるように、真空下で更に蒸留され得る。残っている蒸留できない液体は「真空石油残留物」と呼ばれる。大気圧石油残留物、及び真空石油残留物の両者は、本発明の目的に対して液状重質炭化水素材料と考えられる。
【００４３】
液状重量炭化水素材料の非限定的例は真空残留物；大気圧残留物；重質及び減圧（reduced）石油原油；ピッチ、アスファルト及び（天然に生じる、並びに石油精製プロセスから得られる）ビチューメン；タールサンドオイル；シェールオイル；触媒クラッキングプロセスからのボトム；石炭液化ボトム；及び石油ワックス留分のような著しい量の重質及び粘性の材料を含有している他の炭化水素原料を含む。
【００４４】
本明細書において使用される、用語「アスファルテン」は、室温で固体の芳香族炭素質であり、そして、例えば、原油及び原油タールサンドの処理から由来し得る。アスファルテンは、液状重質炭化水素原料とも考えられ得る。
【００４５】
液状重質炭化水素材料は、一般的に液状重質炭化水素マトリックス内に分散され、そして本プロセスに対する供給条件として利用される高温条件で固体に留まる石油コークス及び／又は固体アスファルテンのような少量の固体炭素質材料を固有に含有し得る。
【００４６】
本明細書において使用される、用語「石油コークス」は、（ｉ）石油処理において得られる高沸点炭化水素留分の固体熱分解製品（重質残留物−「残留石油コークス」）；及び（ｉｉ）タールサンドの処理の固体熱分解製品（ビチューメンサンド又はオイルサンド−「タールサンド石油コークス」）；の両者を含む。そのような炭素化製品は、例えば、緑色、焼成、針状及び流動床石油コークスを含む。
【００４７】
残留石油コークスは、例えば、（液状石油残留物のような）重量残留原油の品質改善のために使用されるコークス化プロセスによって、原油からも得られて、その石油コークスは少量成分として灰分を、典型的には、コークスの重量に対して、約１．０重量％以下、そしてより典型的には、約０．５重量％以下で含有する。典型的には、そのようなより低い灰コークス中の灰分はニッケル及びバナジウムのような金属を主として含む。
【００４８】
タールサンド石油コークスは、オイルサンドの品質改善のために使用されるコークス化プロセスによって、例えば、オイルサンドから得られ得る。タールサンド石油コークスは、少量成分としての灰分を、タールサンド石油コークスの総重量に対して、典型的には約２重量％〜約１２重量％の範囲、そしてより典型的には約４重量％〜約１２重量％の範囲で含有する。典型的には、そのようなより高い灰コークス中の灰分はシリカ及び／又はアルミナのような金属を主として含む。
【００４９】
石油コークスは、石油コークスの総重量に対して、少なくとも約７０重量％の炭素、少なくとも約８０重量％の炭素、又は少なくとも約９０重量％の炭素を含む。典型的には、石油コークスは、石油コークスの重量に対して、約２０重量％未満の無機化合物を含む。
【００５０】
本明細書において使用される、用語「石炭」とは、ピート、亜炭、下位−瀝青炭、瀝青炭、無煙炭、又はそれらの混合物を意味する。或る実施態様において、石炭は、石炭の総重量に対して、重量で約８５％未満、又は約８０％未満、又は約７５％未満、又は約７０％未満、又は約６５％未満、又は約６０％未満、又は約５５％未満、又は約５０％未満の炭素含有量を有する。別の実施態様において、石炭は、石炭の総重量に対して、重量で約８５％までの、又は約８０％までの、又は約７５％までの炭素含有量を有する。有用な石炭の例には、制限するものではないが、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、下位−瀝青炭、及び亜炭は乾式ベースで石炭の総重量当たり各々、約１０重量％、約５〜約７重量％、約４〜約８重量％、及び約９〜約１１重量％の灰分を含有する。しかしながら、如何なる特定の石炭源の灰分含有量も、当業者によく知られているように、石炭のランク及び源に依存するであろう。例えば、「石炭データ：参考（Ｃｏａｌ  Ｄａｔａ：  Ａ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）」、Ｅｎｅｒｇｙ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ、Ｏｆｆｉｃｅ  ｏｆ  Ｃｏａｌ、Ｎｕｃｌｅａｒ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ａｎｄ  Ａｌｔｅｒｎａｔｅ  Ｆｕｅｌｓ、Ｕ．Ｓ．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｅｎｅｒｇｙ、ＤＯＥ／ＥＩＡ−００６４（９３）、１９９５年２月、を参照。
【００５１】
石炭の燃焼から生産される灰は、典型的には、当業者に公知である通り、フライアッシュ及びボトムアッシュの両者を含む。瀝青炭からのフライアッシュは、フライアッシュの総重量に対して、約２０〜約６０重量％のシリカ及び約５〜約３５重量％のアルミナを含み得る。下位−瀝青炭からのフライアッシュは、フライアッシュの総重量に対して、約４０〜約６０重量％のシリカ及び  約２０〜約３０重量％のアルミナを含み得る。亜炭からのフライアッシュは、フライアッシュの総重量に対して、約１５〜約４５重量％のシリカ及び約２０〜約２５重量％のアルミナを含み得る。例えば、Ｍｅｙｅｒｓら、「フライアッシュ。高速道路建設材料」（Ｆｌｙ  Ａｓｈ．  Ａ  Ｈｉｇｈｗａｙ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ｍａｔｅｒｉａｌ）、Ｆｅｄｅｒａｌ  Ｈｉｇｈｗａｙ  Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ、Ｒｅｐｏｒｔ  Ｎｏ．ＦＨＷＡ−ＩＰ−７６−１６、Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ、ＤＣ、１９７６、を参照。
【００５２】
瀝青炭からのボトムアッシュは、ボトムアッシュの総重量に対して、約４０〜約６０重量％のシリカ及び約２０〜約３０重量％のアルミニウムを含み得る。下位―瀝青炭からのボトムアッシュは、ボトムアッシュの総重量に対して、約４０〜約５０重量％のシリカ及び約１５〜約２５重量％のアルミニウムを含み得る。亜炭からのボトムアッシュは、ボトムアッシュの総重量に対して、約３０〜約８０重量％のシリカ及び約１０〜約２０重量％のアルミニウムを含み得る。例えば、Ｍｏｕｌｔｏｎ、Ｌｙｌｅ  Ｋ．「ボトムアッシュ及びボイラースラグ（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。
【００５３】
メタンのような材料は、上述の定義の元では、その出発源に依存してバイオマス又は非バイオマスであり得る。
【００５４】
「非ガス状」材料は、環境条件で、実質的に、液体、半固体、固体又は混合物である。例えば、石炭、石油コークス、アスファルテン及び液状石油残留物は非ガス状材料であり、一方、メタン及び天然ガスはガス状材料である、
【００５５】
用語「ユニット」は単位操作のことである。一つより多くの「ユニット」が存在するとして述べられるとき、それらのユニットは、別のように述べられない限り、平行状態で運転される。しかしながら、単一「ユニット」は、状況に依存して、ユニットの一つより多くを直列又は並列で含み得る。例えば、酸性ガス除去ユニットは硫化水素除去ユニット、続いて二酸化炭素除去ユニットを直列で含み得る。別の例として、汚染物質除去ユニットは、第一の汚染物質に対する第一の除去ユニット、続いて第二の汚染物質に対する第二の除去ユニットを直列で含み得る。更に別の例として、圧縮機は、流れを第一の圧力に圧縮するための第一の圧縮機、続いて流れを第二（より高い）の圧力に圧縮するための第二の圧縮機を直列で含み得る。
【００５６】
用語「炭素質フィードストックの一部分」は、未反応原料、並びに部分的に反応した原料、並びに全部又は一部分が炭素質フィードストックから由来し得る（一酸化炭素、水素、メタンのような）他の成分の炭素含有量のことである。例えば、「炭素質フィードストックの一部分」は副産物チャー中に存在し得る炭素含有量を含み、そのチャーは最終的に元の炭素質フィードストックに由来する。
【００５７】
本発明の状況における、用語「過熱スチーム」は、利用される条件下で非凝縮性であるスチーム流のことである。
【００５８】
用語「合成ガス要求」は、工程（ｂ）の反応に対するハイドロメタネーション反応器における合成ガスバランスの維持のことである。上述の通り、総括的な望ましい定常状態のハイドロメタネーション反応（上の式（Ｉ）、（ＩＩ）及び（ＩＩＩ）を参照）において、水素及び一酸化炭素は相対的バランスで生成されそして消費される。水素及び一酸化炭素の両者がガス状製品の部分として取り出される故に、水素及び一酸化炭素は、この反応バランスを実質的に維持するよう少なくとも要求される量で、ハイドロメタネーション反応器に追加され及び／又はその中で（以下に論じられるように、供給された酸素を用いた燃焼／酸化反応を介して）その位置で生成されなければならない。本発明の目的のために、ハイドロメタネーション反応（工程（ｂ））に追加され及び／又はその場生成されなければならない水素及び一酸化炭素の量は、「合成ガス要求」である。本発明によると、合成ガス要求は、合成ガス（工程（ｃ））のその場生成によって実質的に満たされる（又は満たされる）；従って、（炭素質フィードストック中に固有に存在し得るときを除いて）合成ガスはハイドロメタネーション反応器に実質的に全く（又は全く）添加されない。
【００５９】
用語「スチーム要求」は、ハイドロメタネーション反応器に加えられなければならないスチーム量のことである。スチームはハイドロメタネーション反応において消費され、そしてスチームの幾分かはハイドロメタネーション反応器に添加されなければならない。スチームの理論的消費は、１モルのメタン及び１モルの二酸化炭素を生産するために供給される炭素各２モルに基づいて２モルである（式（Ｖ）を参照）。実際の実行において、スチーム消費は完全に効率的ではなく、そしてスチームは製品ガスと共に取り出される；従って理論スチーム量よりも多くがハイドロメタネーション反応器に添加される必要があり、ここで添加された量が「スチーム要求」である。スチームは、例えば、過熱スチーム流及び酸素リッチガス流を介して添加され得る。添加されるべきスチーム量（及び源）は以下に更に詳細に論じられる。炭素質フィードストックからその場生成される（例えば、炭素質フィードストックの如何なる水分含有物もの蒸発から、又は水素、メタン及び／又は炭素質フィードストック中に存在する又はそれから生成される他の炭化水素との酸化反応からの）スチームはスチーム要求を満たすのを助け得る：尚、しかしながら、ハイドロメタネーション反応温度よりも低い温度でその場生成される又はハイドロメタネーション反応器中に供給される如何なるスチームも、ハイドロメタネーション反応に対する「熱要求」に影響を及ぼすであろう。本発明によれば、スチーム要求は、過熱スチーム流、酸素リッチガス流、及び炭素質フィードストックからその場生成されたスチームによって実質的に満たされる（又は満たされる）。
【００６０】
用語「熱要求」は、上で論じられたそして以下で更に詳細に論じられるように、工程（ｂ）の反応を実質的な熱バランス状態に維持するために、ハイドロメタネーション反応器に加えられなければならない、そして（例えば、工程（ｃ）の反応を介して）その場生成されなければならない熱エネルギーの量のことである。本発明によれば、ハイドロメタネーション反応器に供される主要なスチーム（スチーム流、酸素リッチガス流及び炭素質フィードストック／ハイドロメタネーション触媒）の全てはハイドロメタネーション反応器の目標操作温度を下回る温度で導入される故に、熱要求はその場熱生成（工程（ｃ））によって実質的に満たされる（又は満たされる）。
【００６１】
本明細書において述べられたものと類似した又は同等の方法及び材料は、本開示の実行又は試験において使用され得るものの、適する方法及び材料は本明細書において述べられる。本明細書における材料、方法及び例は、従って単に説明的なものであり、そして特定的に述べられるようなものを除き、制限することを意図するものではない。
【００６２】
一般的なプロセス情報
本発明の一つの実施態様において、メタン富化原生成物ガス流（５０）は、図１において図示された通り、結局、非ガス状炭素質材料（１０）から生成される。
【００６３】
本発明の実施態様によれば、非ガス状炭素質材料（１０）は、そこで触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）を生成するためにハイドロメタネーション触媒が適用される触媒適用ユニット（３５０）に供給される炭素質フィードストック（３２）を生成するために原料製造ユニット（１００）において処理される。ハイドロメタネーション触媒は、典型的にリサイクル触媒流（５７）からのリサイクル触媒、及び補充触媒流（５６）からの補充触媒を含む。更なる詳細を以下に供する。
【００６４】
触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）は、過熱スチーム流（１２）及び酸素リッチガス流（１４）と一緒にハイドロメタネーション反応器（２００）内に、全てハイドロメタネーション反応の目標操作温度より低い温度で供給される。
【００６５】
ハイドロメタネーション反応器（２００）は、上方部分（２０２ｂ）及び下方部分（２０２ｃ）を有する流動床（２０２）を含み、その中で、工程（ｂ）及び工程（ｃ）の反応が起こる。如何なる特別な理論によっても縛られることなく、工程（ｂ）の反応は上方部分（２０２ｂ）において支配的になり、そして工程（ｃ）の反応は下方部分（２０２ｃ）において支配的になる。二つの部分の間に特定の画成された境界は全くなく、むしろ下方部分（２０２ｃ）において酸素が消費される（そして熱エネルギー及び合成ガスが生成される）ときの遷移部があると信じられる。ハイドロメタネーション反応器（２００）において存在する条件下では酸素消費は急速であるとも信じられる；従って、流動床（２０２）の主要な部分は上方部分（２０２ｂ）であろう。
【００６６】
過熱スチーム流（１２）及び酸素リッチガス流（１４）はハイドロメタネーション反応器（２００）内に別々に供給され得るが、流動床（２０２）の下方部分（２０２ｃ）内に供給される前に典型的には組み合わされる。本発明によれば、（個別に及び組み合わされて）流動床（２０２）の下方セクション（２０２ｃ）に導入される際の両流の温度は、工程（ｂ）の反応の目標操作温度よりも低いであろう。
【００６７】
ハイドロメタネーション反応器（２００）も、流動床（２０２）の下に領域（２０６）を典型的に含み、二つのセクションはグリッド板（２０８）又は同様のデバイダによって典型的には分離されている。大き過ぎて流動床セクション（２０２）において流動化され得ない粒子は、流動床（２０２）の下方部分（２０２ｃ）並びに領域（２０６）中に一般的に集められる。そのような粒子は炭素含有量（並びに灰分及び触媒含有量）を典型的には含み、そして以下に論じられるように、触媒回収のためのチャー取り出しライン（５８）及び（５８ａ）を介してハイドロメタネーション反応器（２００）からから定期的に除去され得る。
【００６８】
流動床（２０２）の下方部分（２０２ｃ）中の炭素質フィードストックの少なくとも一部分は、工程（ｂ）のハイドロメタネーション反応の熱及び合成ガスの需要を満たすよう、熱エネルギー並びに水素及び一酸化炭素（合成ガス）も生成するために、酸素リッチガス流（１４）からの酸素と反応するであろう。これは（チャーのような）部分的に反応した原料、並びに下方部分（２０２ｃ）において原料から生成され得る又はそれと共に運ばれ得るガス（一酸化炭素、水素、メタン及び高級炭化水素）からの固体炭素の反応を含む。一般的に、幾らかの水（スチーム）並びに燃焼／酸化の程度に依存して二酸化炭素のような他の副産物が生産され得る。
【００６９】
（流動床（２０２）の上方部分（２０２ｂ）に主としてある）ハイドロメタネーション反応器（２００）において、炭素質フィードストック、スチーム、水素及び一酸化炭素はハイドロメタネーション触媒の存在下で反応してメタン富化原生成物を生成し、それはハイドロメタネーション反応器（２００）からメタン富化原生成物流（５０）として最終的に取り出される。
【００７０】
典型的に、メタン富化原生成物は、ハイドロメタネーション反応器（２００）から取り出される前に流動床セクション（２０２）の上方の初期係合解除領域（２０４）を通過する。係合解除領域（２０４）は、随意に、例えば、一つ又はそれ以上の内部サイクロン及び／又は他の同伴粒子係合解除機構を含み得る。
【００７１】
メタン富化原生成物ガスは、同伴微粉の実質的な部分を除去するために、典型的には、（示されていない）サイクロンアセンブリ（例えば、一つ又はそれ以上の内部サイクロン及び／又は外部サイクロン）を介して、初期に処理され、そして必要ならば、以下により詳細に述べられるようなベンチュリスクラバのような随意の追加処理がそれに続く。
【００７２】
（微粉除去の後）「取り出された」メタン富化原生成物ガス流（５０）は、典型的に、少なくともメタン、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、硫化水素、アンモニア、及び熱エネルギー、並びに残留している同伴微粒子のような少量の汚染物及び炭素質フィードストック中に存在し得るその他の揮発された及び／又は運ばれた材料（例えば、水銀）を含む。メタン富化原生成物ガス流（５０）中には、（周囲環境で）凝縮可能な炭化水素は典型的に、事実上全く存在しない（合計で約５０ｐｐｍ未満）。
【００７３】
得られたメタン富化原生成物ガス流（５０）は、熱エネルギーを回収するために、汚染物を除去し転換させるために、そして下記「ハイドロメタネーション」セクションにおいて参照される文書の多くにおいて開示された通り、そして以下に更に詳細に論じられるように、例えば、（パイプライン品質の）代替天然ガス、水素、一酸化炭素、合成ガス、アンモニア、メタノール、他の合成ガス由来製品及び電力のような一つ又はそれ以上の付加価値を持った製品を生産するために、処理され得る。
【００７４】
追加の詳細及び実施態様を以下に供する。
【００７５】
触媒ガス化／ハイドロメタネーション及び／又は原生成物転換プロセス及び条件は、一般的に、例えば、以下において開示されている：米国特許第３８２８４７４号、米国特許第３９９８６０７号、米国特許第４０５７５１２号、米国特許第４０９２１２５号、米国特許第４０９４６５０号、米国特許第４２０４８４３号、米国特許第４４６８２３１号、米国特許第４５００３２３号、米国特許第４５４１８４１号、米国特許第４５５１１５５号、米国特許第４５５８０２７号、米国特許第４６０６１０５号、米国特許第４６１７０２７号、米国特許第４６０９４５６号、米国特許第５０１７２８２号、米国特許第５０５５１８１号、米国特許第６１８７４６５号、米国特許第６７９０４３０号、米国特許第６８９４１８３号、米国特許第６９５５６９５号、米国特許出願第２００３／０１６７９６１Ａ１号、及び米国特許出願第２００６／０２６５９５３Ａ１号、並びに共同所有の米国特許出願第２００７／００００１７７Ａ１号、米国特許出願第２００７／００８３０７２Ａ１号、米国特許出願第２００７／０２７７４３７Ａ１号、米国特許出願第２００９／００４８４７６Ａ１号、米国特許出願第２００９／００９００５６Ａ１号、米国特許出願第２００９／００９００５５Ａ１号、米国特許出願第２００９／０１６５３８３Ａ１号、米国特許出願第２００９／０１６６５８８Ａ１号、米国特許出願第２００９／０１６５３７９Ａ１号、米国特許出願第２００９／０１７０９６８Ａ１号、米国特許出願第２００９／０１６５３８０Ａ１号、米国特許出願第２００９／０１６５３８１Ａ１号、米国特許出願第２００９／０１６５３６１Ａ１号、米国特許出願第２００９／０１６５３８２Ａ１号、米国特許出願第２００９／０１６９４４９Ａ１号、米国特許出願第２００９／０１６９４４８Ａ１号、米国特許出願第２００９／０１６５３７６Ａ１号、米国特許出願第２００９／０１６５３８４Ａ１号、米国特許出願第２００９／０２１７５８２Ａ１号、米国特許出願第２００９／０２２０４０６Ａ１号、米国特許出願第２００９／０２１７５９０Ａ１号、米国特許出願第２００９／０２１７５８６Ａ１号、米国特許出願第２００９／０２１７５８８Ａ１号、米国特許出願第２００９／０２１８４２４Ａ１号、米国特許出願第２００９／０２１７５８９Ａ１号、米国特許出願第２００９／０２１７５７５Ａ１号、米国特許出願第２００９／０２２９１８２Ａ１号、米国特許出願第２００９／０２１７５８７Ａ１号、米国特許出願第２００９／０２４６１２０Ａ１号、米国特許出願第２００９／０２５９０８０Ａ１号、米国特許出願第２００９／０２６０２８７Ａ１号、米国特許出願第２００９／０３２４４５８Ａ１号、米国特許出願第２００９／０３２４４５９Ａ１号、米国特許出願第２００９／０３２４４６０Ａ１号、米国特許出願第２００９／０３２４４６１Ａ１号、米国特許出願第２００９／０３２４４６２Ａ１号、米国特許出願第２０１０／００７１２６２Ａ１号、米国特許出願第２０１０／００７６２３５Ａ１号、米国特許出願第２０１０／０１２１１２５Ａ１号、米国特許出願第２０１０／０１２０９２６Ａ１号、米国特許出願第２０１０／０１７９２３２Ａ１号、米国特許出願第２０１０／０１６８４９４Ａ１号、米国特許出願第２０１０／０１６８４９５Ａ１号、米国特許出願第２０１０／０２９２３５０Ａ１号、米国特許出願第２０１０／０２８７８３６Ａ１号、米国特許出願第２０１０／０２８７８３５Ａ１号、米国特許出願第２０１１／００６２０１２Ａ１号、米国特許出願第２０１１／００６２７２２Ａ１号、米国特許出願第２０１１／００６２７２１Ａ１号、米国特許出願第２０１１／００６４６４８Ａ１号、米国特許出願第２０１１／００８８８９６Ａ１号、米国特許出願第２０１１／００８８８９７Ａ１号、米国特許出願第２０１１０１４６９７８Ａ１号、及び米国特許出願第２０１１／０１４６９７９Ａ１号、米国特許出願第１３／０３１、４８６（２０１１年２月２１日に出願された「統合されたハイドロメタネーション燃料電池発電（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ  ＨＹＤＲＯＭＥＴＨＡＮＡＴＩＯＮ  ＦＵＥＬ  ＣＥＬＬ  ＰＯＷＥＲ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）」という名称の、弁理士番号ＦＮ−００５９、米国ＮＰ１；米国特許出願第１３／０３９、９９５（２０１０年３月３日に出願された「統合されたハイドロメタネーション燃料電池発電（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ  ＨＹＤＲＯＭＥＴＨＡＮＡＴＩＯＮ  ＦＵＥＬ  ＣＥＬＬ  ＰＯＷＥＲ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）」という名称の、弁理士番号ＦＮ−００６０、米国ＮＰ１；及び、米国特許出願第１３／０９４、４３８（２０１１年４月２６日に出願された「バナジウム回収を伴う炭素質フィードストックのハイドロメタネーション（ＨＹＤＲＯＭＥＴＨＡＮＡＴＩＯＮ  ＯＦ  Ａ  ＣＡＲＢＯＮＡＣＥＯＵＳ  ＦＥＥＤＳＴＯＣＫ  ＷＩＴＨ  ＶＡＮＡＤＩＵＭ  ＲＥＣＯＶＥＲＹ）」という名称の、弁理士番号ＦＮ−００６１、米国ＮＰ１）。
【００７６】
図１において説明された通りの、本発明による一つの実施態様において、触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）及び過熱スチーム流（１２）は、ハイドロメタネーション反応器（２００）内に導入される。また、上で一般的に論じられた、そして前に組み込まれた引例（例えば、米国特許出願第２０１０／００７６２３５Ａ１号、ＷＯ出願第２０１０／１３２５４９Ａ２号、及び米国特許出願第２０１１／００６２７２１Ａ１号を参照）の多くにおいて開示された通り、熱エネルギー及び合成ガスのその場生成のために、酸素リッチガス流（１４）の或る量もハイドロメタネーション反応器内に導入される。
【００７７】
しかしながら、過熱スチーム流（１２）及び酸素リッチガス流（１４）は、ハイドロメタネーション反応器の目標操作温度より低い温度でハイドロメタネーション反応器内に導入され、そしてその結果、（工程（ｃ）の反応の前の）ハイドロメタネーション反応の熱要求に悪影響を有する。これによって、典型的にはプロセスからの製品の一部分を用いて燃料供給される、（プロセスの定常運転において）燃料で燃やされる過熱器を使用しないプロセスの完全なスチーム／熱統合が実際に可能になる；従って、本プロセスの状況において、ハイドロメタネーションプロセスの目標操作温度より低い温度での入力流を供給することは、プロセスの総括効率を改善する際に実際に重要な因子である。
【００７８】
工程（ｂ）及び（ｃ）はハイドロメタネーション反応器（２００）内で起こる。
【００７９】
ハイドロメタネーション反応器（２００）は流動床反応器である。ハイドロメタネーション反応器（２００）は、例えば、「流れ下る」向流構成であり得て、ここで触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）は、粒子が流動床（２０２）の下方部分（２０２ｃ）に向かって流動床（２０２）を流れ落ちるように、そしてガスが上方に向かって流れ、そして流動床（２０２）の上方の場所で除去されるように、より高い場所で導入される。または、ハイドロメタネーション反応器（２００）は、粒子がガスと共に、流動床（２０２）の頂部近くの又は上方の（描かれていない）チャー副産物除去領域へと流動床（２０２）を上に流れるように、触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）が下方の場所で供給される「上に流れる（flow up）」向流構成であり得る。「上に流れる」構成において、流動化されない（チャーを含む）より大きい粒子が集まり得て、そして時々取り出される必要がある流動床（２０２）の底に下方部分（２０２ｃ）がやはりある。
【００８０】
両方の構成において、触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）は、揮発され得たそして触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）から生成され得たガスが下方部分（２０２ｃ）において酸素との反応によって優先的に消費されないように、流動床（２０２）の上方部分（２０２ｂ）中のどこかの場所で導入されるべきである。言い換えれば、固体中の炭素が下方部分（２０２ｃ）における酸化／燃焼において出来るだけ多く優先的に消費されることが望ましい。
【００８１】
ハイドロメタネーション反応器（２００）は、原料の要求される温度、圧力及び流速を維持しながら、反応器の反応槽への適切な炭素質フィードストックの導入を要求して、適度に高い圧力及び温度で典型的には運転される。当業者は、炭素質フィードストックを、高い圧力及び／又は温度環境を有する反応槽内に供給するための、星型フィーダー、スクリュフィーダ、回転ピストン及びロックホッパを含む供給入口を公知である。供給入口は、ロックホッパのような、交替に使用されるであろう、二つ又はそれ以上の圧力バランスされたエレメントを含み得ると理解されるべきである。幾つかの場合において、炭素質フィードストックは、反応器の運転圧力を超えた圧力条件で製造され得るため、粒子組成物は更なる加圧なしで直接、反応器内を通過され得る。加圧用のガスは、窒素又はより典型的には、例えば、酸性ガス除去ユニットによって生成された二酸化炭素流からリサイクルされ得る二酸化炭素流のような不活性ガスであり得る。
【００８２】
ハイドロメタネーション反応器（２００）は、望ましくは、少なくとも約１０００°Ｆ（約５３８℃）から、又は少なくとも約１１００°Ｆ（約５９３℃）から約１５００°Ｆ（約８１６℃）まで、又は約１４００°Ｆ（約７６０℃）まで、又は約１３００°Ｆ（７０４Ｃ）までの目標操作温度を有する（従来のガス化プロセスと比べて）適度の温度で；そして約２５０ｐｓｉｇ（約１８２５ｋＰａ、絶対圧）から、又は約４００ｐｓｉｇ（約２８６０ｋＰａ）から、又は約４５０ｐｓｉｇ（約３２０４ｋＰａ）から、約８００ｐｓｉｇ（約５６１７ｋＰａ）まで、又は約７００ｐｓｉｇ（約４９２８ｋＰａ）まで、又は約６００ｐｓｉｇ（約４２３８ｋＰａ）まで、又は約５００ｐｓｉｇ（約３５４９ｋＰａ）までの圧力で運転される。
【００８３】
ハイドロメタネーション反応器（２００）における典型的なガス流速は、約０．５ｆｔ／ｓｅｃ（約  ０．１５  ｍ／ｓｅｃ）から、又は約１ｆｔ／ｓｅｃ（約  ０．３ｍ／ｓｅｃ）から、約２．０ｆｔ／ｓｅｃ（約０．６ｍ／ｓｅｃ）まで、又は約１．５ｆｔ／ｓｅｃ（約０．４５  ｍ／ｓｅｃ）までである。
【００８４】
酸素リッチガス流（１４）がハイドロメタネーション反応器（２００）内に供給されるとき、炭素質フィードストック（望ましくは、部分的に反応した原料及び副産物のチャーからの炭素）の一部分は、酸化／燃焼反応において消費されて熱エネルギー、並びに典型的には一酸化炭素及び水素（そして典型的には二酸化炭素のような他のガス）の幾らかの量を生成するであろう。ハイドロメタネーション反応器（２００）に供給される酸素の量が変化すると、合成ガス及び熱のバランスが最終的に維持されるという有利なプロセス制御が供される。酸素の量を増すと、酸化／燃焼が増えるであろうし、その結果その場熱生成が増える。酸素の量が減ると、逆に、その場熱生成が減るであろう。生成される合成ガスの量は、利用される酸素の量に最終的に依存し、そしてより高い酸素の量は、一酸化炭素及び水素へのより部分的な燃焼へとは反対に、二酸化炭素及び水へのより完全な燃焼／酸化をもたらし得る。
【００８５】
ハイドロメタネーション反応器（２００）に供給される酸素の量は、定常状態のハイドロメタネーション反応の熱要求及び合成ガス要求を満たすために十分な熱エネルギー及び合成ガスを生成するために、十分に炭素質フィードストックを燃焼し／酸化するために十分でなければならない。
【００８６】
一つの実施態様において、ハイドロメタネーション反応器（２００）に供給される（酸素リッチガス流（１４）中に含有されるような）分子状酸素の量は、炭素質フィードストックの１ポンド当たり、約０．１０から、又は約０．２０から、又は約０．２５から約０．６まで、又は約０．５まで、又は約０．４まで、又は約０．３５までのポンドのＯ2の範囲であり得る。
【００８７】
ハイドロメタネーション及び酸化／燃焼反応は同時に起こり得る。ハイドロメタネーション反応器（２００）の構成に依存して、二つの工程は別々の領域において支配的なる：流動床（２０２）の上方部分（２０２ｂ）においてはハイドロメタネーション、そして流動床（２０２）の下方部分（２０２ｃ）においてはる酸化／燃焼。酸素リッチガス流（１４）は、過熱スチーム流（１２）、及び反応器におけるホットスポットの形成を避けるために、そして望まれるガス状製品の燃焼を避ける（最小化する）ために下方部分（２０２ｃ）における流動床（２０２）の底で又はその近くで導入された混合物と典型的には混合される
【００８８】
酸素リッチガス流（１４）は、精製された酸素、酸素−空気混合物、酸素−スチーム混合物、又は酸素−不活性ガス混合物の反応気内への直接注入のような如何なる適する手段によってもハイドロメタネーション反応器（２００）内に供給され得る。例えば、米国特許第４３１５７５３号、及びＣｈｉａｒａｍｏｎｔｅら、Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、１９８２年９月、ｐｐ．２５５〜２５７を参照。
【００８９】
酸素リッチガス流（１４）は、典型的には、標準的な空気−分離技術を介して生成され、そして供給されてスチームと混合され、そして約２５０°Ｆ（約１２１℃）を超えて、約４００°Ｆ（約２０４℃）まで、又は約３５０°Ｆ（約１７７℃）まで、又は約３００°Ｆ（約１４９℃）までの温度で、そしてハイドロメタネーション反応器（２００）中に存在するよりも少なくとも少し高い圧力で導入される。酸素リッチガス流（１４）中のスチームは、ハイドロメタネーション反応器（２００）への酸素リッチ流れ（１４）の輸送中に凝縮できない状態であるべきで、従って酸素リッチ流れ（１４）はより低い圧力で輸送される必要があり、次いでハイドロメタネーション反応器（２００）内に導入される直前に加圧され得る（圧縮される）。
【００９０】
上で示された通り、ハイドロメタネーション反応はスチーム要求、熱要求及び合成ガス要求を有する。これらの条件は組み合わされて、ハイドロメタネーション反応、並びにプロセスの残りの部分に対する運転条件を決定するために重要な因子である。
【００９１】
例えば、ハイドロメタネーション反応のスチーム要求は、（原料中の）炭素に対するスチームのモル比、少なくとも約１、を必要とする。しかしながら、典型的に、モル比は約１より大きい、又は約１．５（又はそれより大きい）から約６（又はそれより小さい）まで、又は約５（又はそれより小さい）まで、又は約４（又はそれより小さい）まで、又は約３（又はそれより小さい）まで、又は約２（又はそれより小さい）までである。触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）の水分含有量、ハイドロメタネーション反応器（２００）において炭素質フィードストックから生成される水分、並びに過熱スチーム流（１２）及び酸素リッチガス流（１４）中に含有されるスチームは、ハイドロメタネーション反応のスチーム要求を少なくとも実質的に満す（又は、少なくとも満す）ために十分であるべきである。
【００９２】
やはり上で示された通り、ハイドロメタネーション反応（工程（ｂ））は本質的に、熱的にバランスされるが、プロセスの熱損失及び他のエネルギー要求（例えば、原料上の水分の蒸発）の故に、熱的バランス（熱要求）を維持するために、幾らかの熱がハイドロメタネーション反応において生成されなければならない。酸素リッチガス流（１４）からハイドロメタネーション反応器（２００）内に導入された酸素の存在下で、炭素の部分的燃焼／酸化は、ハイドロメタネーション反応の熱要求及び合成ガス要求の両者を少なくとも実質的に満す（又は、少なくとも満す）ために十分であるべきである。
【００９３】
触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）の加圧及び反応のためにハイドロメタネーション反応器（２００）において利用されるガスは過熱スチーム流（１２）及び酸素リッチガス流（１４）、そして随意に、当業者に公知の方法によりハイドロメタネーション反応器（２００）に供給され得る、追加の窒素、空気又は、アルゴンのような不活性ガスを含む。その結果、過熱スチーム流（１２）及び酸素リッチガス流（１４）は、ハイドロメタネーション反応器（２００）にそれらが入ることを可能にする、より高い圧力で供給されなければならない。
【００９４】
過熱スチーム流（１２）は、ハイドロメタネーション反応器の目標操作温度よりも低い温度でハイドロメタネーション反応器（２００）に供給される。過熱スチーム流（１２）は、供給圧力での飽和点と同じほど低い温度であり得るが、如何なる凝縮が生じる可能性をも避けるために、これを超える温度で供給されることが望ましい。過熱スチーム流（１２）の典型的な供給温度は、約５００°Ｆ（約２６０℃）から、又は約６００°Ｆ（約３１６℃）から、又は約７００°Ｆ（約３７１℃）から、約９５０°Ｆ（約５１０℃）まで、又は約９００°Ｆ（約４８２℃）までである。過熱スチーム流（１２）の温度は、以下に論じられるように最終的にはプロセスからの熱回収レベルに依存するであろう。いずれにしろ、燃料が全く燃やされない過熱器が、プロセスの定常運転において過熱スチーム流（１２）の過熱において使用されるべきである。
【００９５】
流動床（２０２）の下方セクション（２０２ｃ）内に供給するために、過熱スチーム流（１２）及び酸素リッチ流れ（１４）が組み合わされるとき、組み合わされるスチームの温度は、典型的には、約５００°Ｆ（約２６０℃）から、又は約６００°Ｆ（約３１６℃）から、又は約７００°Ｆ（約３７１℃）から、約９００°Ｆ（約４８２℃）まで、又は約８５０°Ｆ（約４５４℃）までの範囲である。
【００９６】
ハイドロメタネーション反応器（２００）における温度は、例えば、ハイドロメタネーション反応器（２００）に供給される過熱スチーム流（１２）の量及び温度、並びに酸素の量を制御することによって制御され得る。
【００９７】
有利なことに、ハイドロメタネーション反応用のスチームは、プロセス熱捕獲器を通して、（一般的に「プロセススチーム」又は「プロセスで生成されたスチーム」と称される、廃熱ボイラにおいて生成されたもののように）他のプロセス運転から生成され、そして幾つかの実施態様において、プロセスで生成したスチームとして単に供給される。例えば、熱交換器ユニット又は廃熱ボイラによって生成されたプロセススチーム流は、例えば、前に組み込まれた米国特許第２０１０／０２８７８３５Ａ１号において開示されたように、そして以下に論じられるように、ハイドロメタネーション反応器（２００）に過熱スチーム流（１２）の部分として供給され得る。
【００９８】
或る実施態様において、本明細書において述べられた総括プロセスは、ハイドロメタネーション反応に対するスチーム要求（圧力及び量）が、その中の異なる段階でのプロセス熱との熱交換を介して満され得るように、少なくとも実質的にスチーム中立であるか、又は過剰のスチームが生産されそして、例えば、発電のために使用され得るようにスチームポジティブである。望ましくは、プロセスで生成されたスチームは、ハイドロメタネーション反応のスチーム要求の約９５重量％を超えるか、又は約９７重量％を超えるか、又は約９９重量％を超えるか、又は約１００重量％を超える量を占める。
【００９９】
ハイドロメタネーション反応で得られるものは、メタン富化原生成物であり、それは、ハイドロメタネーションに利用される炭素質材料の性質に依存して、典型的にはＣＨ4、ＣＯ2、Ｈ2、ＣＯ、Ｈ2Ｓ、未反応スチーム及び、随意に、同伴微粉、ＮＨ3、ＣＯＳ、ＨＣＮ及び／又は元素水銀スチームのような他の汚染物を含んでなるメタン富化原生成物流（５０）としてハイドロメタネーション反応器（２００）から取り出される。
【０１００】
もし、ハイドロメタネーション反応が合成ガスバランスにおいて行われるならば、メタン富化原生成物流（５０）は、ハイドロメタネーション反応器（２００）を出る際に、典型的には、メタン富化原生成物流（５０）におけるメタン、二酸化炭素、一酸化炭素及び水素のモルに基づいて、少なくとも約１５モル％か、又は少なくとも約１８モル％か、又は少なくとも約２０モル％のメタンを含む。また、メタン富化原生成物流（５０）は、メタン富化原生成物流（５０）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、典型的に、少なくとも合計で約５０モル％のメタン及び二酸化炭素を含むであろう。
【０１０１】
もし、ハイドロメタネーション反応が合成ガス過剰において行われるならば、例えば、過剰の一酸化炭素及び／又は水素を、合成ガス要求をはるかに超えて含有する（例えば、過剰の一酸化炭素及び／又は水素が、ハイドロメタネーション反応器（２００）に供される酸素リッチガス流（１４）の量故に生成される）ならば、次いでメタン富化原生成物流（５０）におけるメタン及び二酸化炭素のモルパーセントに幾らかの希釈効果があり得る。
【０１０２】
これらのプロセスにおいて有用な非ガス状炭素質材料（１０）は、例えば、多様なバイオマス材料及び非バイオマス材料を含む。炭素質フィードストック（３２）は、以下に論じられるように、原料製造セクション（１００）において処理される、一つ又はそれ以上の非ガス状炭素質材料（１０）に由来する。
【０１０３】
ハイドロメタネーション触媒（３１）は、以下に論じられるような一つ又はそれ以上の触媒種を含み得る。
【０１０４】
炭素質フィードストック（３２）及びハイドロメタネーション触媒（３１）は、ハイドロメタネーション反応器（２００）に提供される前に（つまり、触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）を供するように）典型的には、初期に混合される。
【０１０５】
更なるガス処理
微粉除去
ハイドロメタネーション反応器（２００）の反応槽を出ていく熱いガス排出物は、係合解除領域として働くハイドロメタネーション反応器（２００）内に及び／又はその外部へと組み込まれる（描かれていない）微粉除去ユニットを通過し得る。あまりにも重くて、ハイドロメタネーション反応器（２００）を去るガス（つまり、微粉）によって同伴されない粒子はハイドロメタネーション反応器（２００）、例えば、反応槽（例えば、流動床（２０２））に戻される。
【０１０６】
残留する同伴微粉は、必要なときに、内部及び／又は外部のサイクロン分離器のような如何なる適するデバイスによっても実質的に除去され得て、随意に、ベンチュリスクラバがそれに続く。前に組み込まれた米国特許出願第２００９／０２１７５８９Ａ１号において述べられたように、アルカリ金属触媒を回収するために、又は直接、原料製造にリサイクルされて戻されるように、これらの回収された微粉は処理され得る。
【０１０７】
微粉の「実質的な部分」の除去とは、下流での処理が悪影響を及ぼされないように、得られたガス流から微粉の量が除去されることを意味する；このように、微粉の少なくとも実質的な部分が除去されるべきである。超微細な材料の或る少量レベルは、下流での処理が著しく悪影響を受けない程度に、得られたガス流中に残り得る。典型的には、約２０ミクロンより大きいか、又は約１０ミクロンより大きいか、又は約５ミクロンより大きい粒子サイズの微粒子の少なくとも９０重量％か、又は少なくとも９５重量％か、又は少なくとも９８重量％が除去される。
【０１０８】
熱交換
ハイドロメタネーション条件に依存して、メタン富化原生成物流（５０）は、約１０００°Ｆ（約５３８℃）〜約１５００°Ｆ（約８１６℃）、そしてより典型的には約１１００°Ｆ（約５９３℃）〜約１４００°Ｆ（約７６０℃）の範囲の温度、約５０ｐｓｉｇ（約４４６ｋＰａ）〜約８００ｐｓｉｇ（約５６１７ｋＰａ）、より典型的には約４００ｐｓｉｇ（約２８６０ｋＰａ）〜約６００ｐｓｉｇ（約４２３８ｋＰａ）の圧力、及び約０．５ｆｔ／ｓｅｃ（約０．１５ｍ／ｓｅｃ）〜約２．０ｆｔ／ｓｅｃ（約０．６１ｍ／ｓｅｃ）、より典型的には約１．０ｆｔ／ｓｅｃ（０．３０ｍ／ｓｅｃ）〜約１．５ｆｔ／ｓｅｃ（約０．４６ｍ／ｓｅｃ）の流速を有して生成され得る。
【０１０９】
メタン富化原生成物流（５０）は、例えば、熱回収ユニットに、例えば、図２において示された通りの第一の熱交換器ユニット（４００）が供され得る。第一の熱交換器ユニット（４００）はメタン富化原生成物流（５０）からの熱エネルギーの少なくとも一部分を除去し、そしてメタン富化原生成物流（５０）よりも低い温度を有する冷却されたメタン富化原生成物流（７０）を生成するように、メタン富化原生成物流（５０）の温度を下げる。第二の熱交換器ユニット  （４００）によって回収された熱エネルギーは、第一のプロセススチーム流（４０）を生成するために使用され得て、第一のプロセススチーム流（４０）の少なくとも一部分は、例えば、ハイドロメタネーション反応器（２００）に戻すよう供され得る。
【０１１０】
一つの実施態様において、図２において描かれているように、第一の熱交換器ユニット（４００）は過熱セクション（４００ａ）によって先行されるスチームボイラセクション（４０ｂ）の両者を有する。ボイラ供給水（３９ａ）のスチームは第一のプロセススチーム流（４０）を生成するようにスチームボイラセクション（４００ｂ）を通過され得て、次いでそれはハイドロメタネーション反応器（２００）内に導入するための適切な温度及び圧力の過熱プロセススチーム流（２５）を生成するようにスチーム過熱器（４００ａ）を通過させられ得る。スチーム過熱器（４００ａ）は、他のリサイクルスチーム流（例えば、第二のプロセススチーム流  （４３））を、ハイドロメタネーション反応器（２００）内に供するために要求される程度に過熱するためにも使用され得る。
【０１１１】
得られた、冷却されたメタン富化原生成物流（７０）は、約４５０Ｆ（約２３２℃）〜約１１００°Ｆ（約５９３℃）、より典型的には約５５０°Ｆ（約２８８℃）〜約９５０°Ｆ（約５１０℃）の範囲の温度、約５０ｐｓｉｇ（約４４６ｋＰａ）〜約８００ｐｓｉｇ（約５６１７ｋＰａ）、より典型的には  約４００ｐｓｉｇ（約２８６０ｋＰａ）〜約６００ｐｓｉｇ（約４２３８ｋＰａ）の圧力、及び約０．５ｆｔ／ｓｅｃ（約０．１５ｍ／ｓｅｃ）〜約２．０ｆｔ／ｓｅｃ（約０．６１ｍ／ｓｅｃ）、より典型的には約１．０ｆｔ／ｓｅｃ（０．３０ｍ／ｓｅｃ）〜約１．５ｆｔ／ｓｅｃ（約０．４６ｍ／ｓｅｃ）の流速で、典型的には第二の熱交換器ユニット（４００）を出るであろう。
【０１１２】
ガス精製
製品の精製は、例えば、水性ガスシフトプロセス（７００）、脱水（４５０）及び酸性ガス除去（８００）、そして随意の痕跡量汚染物質除去（５００）及び随意のアンモニア除去及び回収（６００）を含み得る。
【０１１３】
痕跡量汚染物質除去（５００）
当業者にはよく知られている通り、ガス流、例えば、冷却された、メタン富化原生成物流（７０）の汚染物質レベルは、炭素質フィードストックを製造するために使用される炭素質材料の性質に依存するであろう。例えば、Ｉｌｌｉｎｏｉｓ  ＃６のような或る石炭は高い硫黄含有量を有し得て、高いＣＯＳ汚染に繋がる；そしてＰｏｗｄｅｒ  Ｒｉｖｅｒ  Ｂａｓｉｎのような他の石炭は著しいレベルの水銀を含有し得て、それはハイドロメタネーション反応器（２００）において揮発され得る。
【０１１４】
ＣＯＳは、ガス流を粒子状石灰岩（米国特許第４１７３４６５号を参照）、酸性緩衝ＣｕＳＯ4溶液（米国特許第４２９８５８４号を参照）、テトラメチレンスルホン（スルホラン、米国特許第３９８９８１１号を参照）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のようなアルカノールアミン吸収剤を通過させ；又は冷却された第二のガス流の冷凍液体ＣＯ2を用いた向流洗浄させて（米国特許第４２７０９３７号、及び米国特許第４６０９３８８号を参照）、ガス流、例えば、冷却された、メタン富化原生成物流（７０）から、ＣＯＳ加水分解によって除去され得る（米国特許第３９６６８７５号、米国特許第４０１１０６６号、米国特許第４１００２５６号、米国特許第４４８２５２９号、及び米国特許第４５２４０５０号を参照）。
【０１１５】
ＨＣＮは、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（米国特許第４４９７７８４号、米国特許第４５０５８８１号、及び米国特許第４５０８６９３号を参照）、又はホルムアルデヒド、続いてアンモニア又はポリスルフィドナトリウムを用いた二段洗浄（米国特許第４５７２８２６号を参照）、水によって吸収されて（米国特許第４１８９３０７号を参照）、及び／又はＭｏＯ3、ＴｉＯ2及び／又はＺｒＯ2のようなアルミナが担持した加水分解触媒を通過することによって分解される（米国特許第４８１０４７５号、米国特許第５６６０８０７号、及び米国特許第５９６８４６５号を参照）ことによってガス流、例えば、冷却された、メタン富化原生成物流（７０）から、除去され得る。
【０１１６】
元素水銀は、ガス流、例えば、冷却された、メタン富化原生成物流（７０）から、例えば、硫酸で活性化された炭素による吸収（米国特許第３８７６３９３号を参照）、硫黄を含浸された炭素による吸収（米国特許第４４９１６０９号を参照）、Ｈ2Ｓ含有アミン溶媒による吸収（米国特許第４０４４０９８号を参照）、銀又は金を含浸させたゼオライトによる吸収（米国特許第４８９２５６７号を参照）、過酸化水素及びメタノールを用いたＨｇＯへの酸化（米国特許第５６７０１２２号を参照）、ＳＯ2の存在における、臭素又が沃素含有化合物を用いた酸化（米国特許第６８７８３５８号を参照）、Ｈ、Ｃｌ、及びＯ−含有プラズマを用いた酸化（米国特許第６９６９４９４号を参照）、及び／又は塩素−含有酸化性ガスによる酸化（例えば、ＣｌＯ、米国特許第７１１８７２０号を参照）によって除去され得る。
【０１１７】
ＣＯＳ、ＨＣＮ及び／又はＨｇの何れか、又は全ての除去に水溶液が利用されるとき、痕跡量の汚染物質の除去ユニットにおいて生じた廃水は、（描かれていない）廃水処理ユニットに向けられ得る。
【０１１８】
もし、存在するとして、粒子状の痕跡量の汚染物質の痕跡量の汚染物質の除去は、そのように処理されたガス流（例えば、メタン富化原生成物流（７０））から、その痕跡量の汚染物質の少なくとも実質的な部分（又は実質的に全て）、典型的には望まれる製品流の仕様限界、又はそれより低いレベルまで除去すべきである。典型的には痕跡量の汚染物質は、処理前の汚染物質の重量に対して、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％が冷却された第一のガス流から除去されるべきである。
【０１１９】
アンモニアの除去及び回収（６００）
当業者にはよく知られている通り、バイオマス、或る石炭、或る石油コークスのガス化及び／又はハイドロメタネーション反応器（２００）用の酸素源としての空気の利用によって、製品流中に、著しい量のアンモニアが生産され得る。随意に、ガス流、例えば、冷却された、メタン富化原生成物流（７０）は、アンモニアを除去して回収するために、一つ又はそれ以上のアンモニア除去回収ユニット（６００）において水によって洗浄され得る。
【０１２０】
アンモニアの回収処理は、例えば、冷却された、メタン富化原生成物流（７０）上で、直接、熱交換器（４００）から、又は（ｉ）一つ又はそれ以上の痕跡量汚染物質除去ユニット（５００）及び（ｉｉ）一つ又はそれ以上のサワーシフトユニット（７００）の一つ又は両方における処理の後に実行され得る。
【０１２１】
洗浄後にガス流、例えば、冷却された、メタン富化原生成物流（７０）は、典型的には少なくともＨ2Ｓ、ＣＯ2、ＣＯ、Ｈ2及びＣＨ4を含むであろう。冷却された、メタン富化原生成物流（７０）がサワーシフトユニット（７００）を前に通過している場合、次いで、洗浄後にガス流は、典型的には少なくとも  Ｈ2Ｓ、ＣＯ2、Ｈ2及びＣＨ4を含むであろう。
【０１２２】
アンモニアは、当業者に公知の方法によってスクラバ水から、典型的には水溶液（６１）（例えば、２０重量％）として回収され得る。廃棄スクラバ水は（描かれていない）廃水処理ユニットに送られ得る。
【０１２３】
存在する場合、アンモニア回収プロセスは、洗浄された流れ、例えば、冷却された、メタン富化原生成物流（７０）からのアンモニアの少なくとも実質的な部分（そして実質的に全て）を除去すべきである。アンモニア除去の状況における「実質的な」除去とは、望まれる最終製品が生成され得るような、成分の十分に高いパーセントの除去を意味する。典型的には、アンモニア除去プロセスは、処理前の流れ中のアンモニアの重量に対して、洗浄された第一のガス流のアンモニア含有量の少なくとも約９５％、又は少なくとも約９７％を除去するであろう。
【０１２４】
水性ガスシフト（７００）
メタン富化原生成物流（例えば、冷却された、メタン富化原生成物流（７０））の一部分又は全てはサワーシフト反応器（７００）のような水性ガスシフト反応器に供給される。
【０１２５】
サワーシフト反応器（７００）中で、ＣＯの少なくとも主要部分（又は実質的な部分、又は実質的に全て）をＣＯ2に転換し、そしてＨ2の分率を増加させるために、（スチームのような）水系媒体の存在においてガスはサワーシフト反応（水性ガスシフト反応としても知られる）を受ける。増大した水素含有量の生成は、例えば、水素の生産を最適化するため、又はその他に、下流でのメタン化に対するＨ2／ＣＯ比を最適化するために利用される。
【０１２６】
水性ガスシフト処理は、熱交換器（４００）から直接通過した、冷却された、メタン富化原生成物流（７０）上で、又は痕跡量汚染物質除去ユニット（５００）及び／又はアンモニア除去ユニット（６００）を通過した、冷却された、メタン富化原生成物流（７０）上で実行され得る。
【０１２７】
サワーシフトプロセスは、例えば、米国特許第７０７４３７３号に詳細に述べられている。本プロセスは、水を加えること、又はガス中に含有される水を使用すること、そして得られた水性ガス混合物をスチーム改質触媒に亘って断熱的に反応させることを含む。典型的なスチーム改質触媒は、一つ又はそれ以上のＶＩＩＩ族金属を耐熱性支持体上に含む。
【０１２８】
ＣＯ−含有ガス流上でサワーガスシフト反応を実行するための方法及び反応器は当業者には周知である。適する反応条件及び適する反応器は、ガス流から使い果たされなければならないＣＯ量によって変わり得る。幾つかの実施態様において、サワーガスシフトは約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一段において実行され得る。これらの実施態様において、シフト反応は、当業者に公知の如何なる適する触媒によっても触媒作用を及ぼされ得る。そのような触媒は、制限するものではないが、Ｆｅ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3触媒のようなＦｅ2Ｏ3−系触媒、及び他の遷移金属系及び遷移金属酸化物系の触媒を含む。別の実施態様において、サワーガスシフトは多段で実行され得る。一つの特別な実施態様において、サワーガスシフトは二段で実行される。この二段プロセスは高温シーケンスとそれに続く低温シーケンスを使用する。高温シフト反応に対するガス温度は約３００℃〜約１０５０℃の範囲にある。典型的な高温触媒は、制限するものではないが、より少量の酸化クロムと随意に組み合わされる酸化鉄を含む。低温シフトためのガス温度は約１５０℃〜約３００℃、又は約２００℃〜約２５０℃の範囲にある。低温シフト触媒は、制限するものではないが、酸化亜鉛又はアルミニウム上に担持され得る酸化銅を含む。シフトプロセスに対する適切な方法は、前に組み込まれた米国特許出願第２００９／０２４６１２０Ａ１号において述べられている。
【０１２９】
サワーシフト反応は発熱反応であるため、それは、熱エネルギーの効率的な使用を可能にするように、第二の熱交換器ユニット（４０１）のような熱交換器を用いてしばしば実行され得る。これらの機能を採用しているシフト反応器は当業者に周知されている。適切なシフト反応器の例は、前に組み込まれた米国特許第７０７４３７３号において説明されているが、当業者に知られている他の設計も効果的である。
【０１３０】
サワーガスシフト手順に続いて、得られた水素富化原生成物流（７２）は、ＣＨ4、ＣＯ2、Ｈ2、Ｈ2Ｓ、スチーム、そして随意にＣＯ及び随意に少量の他の汚染物質を一般的に含有する。
【０１３１】
上で示された通り、水素富化原生成物流（７２）は、熱回収ユニット、例えば、第二の熱交換器ユニット（４０１）に供され得る。図２においては第二の熱交換器ユニット（４０１）が分離されたユニットとして描かれている一方、それはそのように存在し得て及び／又はサワーシフト反応器（７００）内に統合され得て、その結果、サワーシフト反応器（７００）の冷却が可能になり、そして温度を下げそして冷却した流れを生成するために、水素富化原生成物流（７２）からの熱エネルギーの少なくとも一部分が除去できる。
【０１３２】
回収された熱エネルギーの少なくとも一部分は、水／スチーム源から第二のプロセススチーム流を生成するために使用され得る。
【０１３３】
図２において描写されたような特定の実施態様において、サワーシフト反応器（７００）を出る際に  水素富化原生成物流（７２）が過熱器（４０１ａ）、続いてボイラ供給水予熱器（４０１ｂ）内に導入される。過熱器（４０１ａ）は、例えば、冷却されたメタン富化原生成物流（７０）の一部分であり得る流れ（４２ａ）を過熱するために使用され得て、過熱流（４２ｂ）を生成させ、それは次いで、冷却されたメタン富化原生成物流（７０）内に再度組み合わされる。または、  冷却されたメタン富化製品流の全ては過熱器（４０１ａ）において予備加熱され得て、そして引き続いて  サワーシフト反応器（７００）内に過熱流（４２ｂ）として供給される。ボイラ供給水予熱器（４０１ｂ）は、例えば、ボイラ供給水（４６）を予備加熱して、第一の熱交換器ユニット（４００）の一つ又はそれ以上及び  第三の熱交換器ユニット（４０３）のために、予備加熱されたボイラ水供給流（３９）を生成するよう、並びに他のスチーム生成操作のために使用され得る。
【０１３４】
もし、メタン富化原生成物流（５０）の一酸化炭素含有量の幾つかを留めることが望まれるならば、第一の熱交換器ユニット（４００）を出ていく冷却されたメタン富化原生成物流（７０）の幾らかが、サワーシフト反応器（７００）及び第二の熱交換器ユニット（４０１）を一緒にバイパスすることを可能とするように、第一の熱回収ユニット（４００）と連通しているガスバイパスループ（７１）が供され得て、そして脱水ユニット（４５０）及び／又は  酸性ガス除去ユニット（８００）の前の或る点で、水素富化原生成物流（７２）と組み合わされ得る。これは、以下に論じられるように、留められた一酸化炭素が引き続いてメタン化され得るので、別々のメタン副産物を回収することが望まれるときに、特に有用である。
【０１３５】
脱水（４５０）
サワーシフト反応器（７００）及び第二の熱交換器ユニット（４０１）に続いて、そして酸性ガス除去ユニット（８００）の前に、水素富化原生成物流（７２）が典型的に処理されて、ノックアウトドラム又は類似の水分離デバイス（４５０）を介して水分量が減じられる。得られた廃水流（４７）（それはサワー水流であろう）は更なる処理のために、（描かれていない）廃水処理ユニットに送られ得る。得られた脱水された水素富化原生成物流（７２ａ）は、以下に論じられるように酸性ガス除去ユニット（８００）に送られる。
【０１３６】
酸性ガスの除去（８００）
引き続く酸性ガス除去ユニット（８００）が、脱水された水素富化原生成物流（７２ａ）からのＨ2Ｓの実質的な部分、及びＣＯ2の実質的な部分を除去するために、そしてスイート化ガス流（８０）を生成するために使用される。
【０１３７】
酸性ガス除去プロセスは、ＣＯ2及び／又はＨ2Ｓを担持した吸収剤を生成するために、ガス流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などの溶媒、アミノ酸のナトリウム塩の溶液、メタノール、熱炭酸カリウムなどと接触させることを典型的には含む。一つの方法は、二系列を有するＳｅｌｅｘｏｌR（ＵＯＰ  ＬＬＣ、Ｄｅｓ  Ｐｌａｉｎｅｓ、ＩＬ、米国）又はＲｅｃｔｉｓｏｌR（Ｌｕｒｇｉ  ＡＧ、Ｆｒａｎｋｆｕｒｔ  ａｍ  Ｍａｉｎ、ドイツ）溶媒の使用を含み得る：各系列はＨ2Ｓ吸収剤及びＣＯ2吸収剤を含有する。
【０１３８】
酸性ガスを除去するための一つの方法が、先に組み込まれた米国特許出願第２００９／０２２０４０６Ａ１号に述べられている。
【０１３９】
ＣＯ2及び／又はＨ2Ｓ（及びその他の残留している痕跡量の汚染物質）の少なくとも実質的な部分（例えば、実質的に全て）は、酸性ガス除去プロセスを介して除去されるべきである。酸性ガス除去の状況における「実質的な」除去とは、望まれる最終製品が生成され得るような、成分の十分に高いパーセントの除去を意味する。このように除去の実際の量は成分毎に変わり得る。「パイプライン品質の天然ガス」に対しては、（最大で）痕跡量のＨ2Ｓのみが存在し得るが、より多い（しかしそれでも少ない）ＣＯ2の量が許容され得る。
【０１４０】
典型的には、ＣＯ2の少なくとも約８５％か、又は少なくとも約９０％か、又は少なくとも約９２％が、脱水された水素富化原生成物流（７２ａ）から除去されるべきである。典型的には、Ｈ2Ｓの少なくとも約９５％か、又は少なくとも約９８％か、又は少なくとも約９９．５％が、脱水された水素富化原生成物流（７２ａ）から除去されるべきである。
【０１４１】
酸性ガス除去工程中での望まれる製品（水素及び／又はメタン）の損失は、スイート化ガス流（８０）が、脱水された水素富化原生成物流（７２ａ）からのメタン及び水素の少なくとも実質的な部分（そして実質的に全て）を含むように、最小化されるべきである。典型的に、そのような損失は、脱水された水素富化原生成物流（７２ａ）からのメタン及び水素の各々約２モル％以下か、又は約１．５モル％以下か、又は約１モル％以下であるべきである。
【０１４２】
得られたスイート化ガス流（８０）は、一般的に、（下流メタン化に対して）ＣＨ4、Ｈ2及び随意にＣＯ、そして典型的に少量のＣＯ2及びＨ2Ｏを含むであろう。
【０１４３】
酸性ガス除去（及びサワー水ストリッピングのような他のプロセス）からの如何なる回収されたＨ2Ｓ（７８）も、Ｃｌａｕｓプロセスを含む当業者に公知の如何なる方法によっても元素硫黄に転換され得る。硫黄は、溶融液体として回収され得る。
【０１４４】
酸性ガス除去からの如何なる回収されたＣＯ2（７９）も、ＣＯ2パイプライン中の輸送、工業的な使用、及び／又は貯蔵のための隔離、又は向上されたオイル回収のような他のプロセスのために圧縮され得る。
【０１４５】
得られたスイート化ガス流（８０）は、例えば、中／高ＢＴＵ燃料源として直接、又は前に組み込まれた米国特許部分出願第６１／３０７、２２６号、及び６１／３１１、６５２号において開示されたような燃料電池用の供給物として利用され得て、又は以下に述べられるように更に処理される。
【０１４６】
水素分離ユニット（８５０）
水素は、深冷蒸留、モレキュラシーブ、ガス分離（例えば、セラミック）膜、及び／又は圧力スイング吸着法（ＰＡＳ）技術の使用のような当業者に公知の方法によって、スイート化ガス流（８０）から分離され得る。例えば、前に組み込まれた米国特許出願第２００９／０２５９０８０Ａ１号を参照。
【０１４７】
一つの実施態様において、ＰＳＡデバイスは水素分離のために利用される。メタン（及び随意に、一酸化炭素）を含有しているガス混合物から水素を分離するためのＰＳＡ技術例は、例えば、米国特許第６３７９６４５号（及びその中に参照されたその他の引例）において開示されたように、当業者に一般的に周知されている。ＰＳＡデバイスは、例えば、Ａｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  Ｉｎｃ．（Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ、ＰＡ）、ＵＯＰ  ＬＬＣ（Ｄｅｓ  Ｐｌａｉｎｅｓ、ＩＬ）その他から入手可能な技術に基づいて、一般的に市販品として入手可能である。
【０１４８】
別の実施態様において、水素膜分離器が使用され得て、ＰＳＡデバイスがそれに続く。
【０１４９】
そのような分離によって、高純度の水素製品流（８５）及び水素が使い果たされた、スイート化ガス流（８２）が供される。
【０１５０】
回収された水素製品流（８５）は、少なくとも約９９モル％か、又は少なくとも９９．５モル％か、又は少なくとも約９９．９モル％の純度を好ましくは有する。
【０１５１】
水素製品流（８５）は、例えば、エネルギー源として及び／又は反応物として使用され得る。例えば、水素は水素系燃料電池、電力及び／又はスチーム生成（図２の９８０、９８２及び９８４を参照）用の、及び／又は引き続くハイドロメタネーションプロセス用のエネルギー源として使用され得る。水素は、化学工業及び石油精製工業において見られるような、種々の水素化プロセスにおける反応物としても使用され得る。
【０１５２】
水素が使い果たされた、スイート化ガス流（８２）は、随意の少量の一酸化炭素（主としてサワーシフト反応及びバイパスの程度に依存する）、二酸化炭素（主として酸性ガス除去プロセスの有効性に依存する）及び水素（主として水素分離技術の程度及び有効性に依存する）と共にメタンを実質的に含むであろう。水素が使い果たされた、スイート化ガス流（８２）は直接、利用され得て及び／又は以下に述べるように更に処理され／利用され得る。
【０１５３】
メタン化（９５０）
スイート化ガス流（８０）の全て又は一部分、若しくは水素が使い果たされた、スイート化ガス流（８２）は、メタン製品流（９９）として直接、使用され得るか又はそれらの流の全て又は一部分は更に処理され／精製されてメタン製品流（９９）を生産する。
【０１５４】
一つの実施態様において、スイート化ガス流（８０）又は水素が使い果たされた、スイート化ガス流（８２）は、それらの流れ中に存在し得る一酸化炭素及び水素から追加のメタンを生成するように、ほっそりした（trim）メタン生成器（methanator）（９５０）に供給され、その結果、メタン富化製品流（９７）をもたらす。
【０１５５】
もし、水素分離ユニット（８５０）が存在するならば、スイート化ガス流（８０）の一部分はバイパスライン（８６）を介して水素分離ユニット（８５０）をバイパスし得て、メタン化に対するＨ2／ＣＯ比を最適化するよう、水素が使い果たされた、スイート化ガス流（８２）の水素含有量を調節する。
【０１５６】
メタン化反応は、如何なる適する反応器中、例えば、一段メタン化反応器、一連の一段メタン化反応器、又は多数段反応器中においても実行され得る。メタン化反応は、制限するものではないが、固定床、可動床又は流動床の反応器を含む。例えば、米国特許第３９５８９５７号、米国特許第４２５２７７１号、米国特許第３９９６０１４号、及び、米国特許第４２３５０４４号を参照。メタン化反応器及び触媒は一般的に市販品として入手できる。メタン化において使用される触媒は、当業者に一般的に公知であり、例えば、流入するガス流の温度、圧力、流速及び組成に依存するであろう。
【０１５７】
メタン化反応は非常に発熱性であるため、種々の実施態様において、メタン富化製品ガス流（９７）は熱回収ユニットに、例えば、第三の熱交換器ユニット（４０３）に更に供される。第三の熱交換器ユニット（４０３）は分離ユニットとして描かれている一方、それはそのように及び／又はメタン生成器（９５０）に統合されたものとして存在し得て、そのようにメタン化ユニットを冷却することができ、そしてメタン富化ガス流の温度を下げるよう、メタン富化ガス流からの熱エネルギーの一部分を除去することができる。回収された熱エネルギーは、水及び／又はスチーム源（３９ｂ）から第二のプロセススチーム流（４３）を生成するために利用され得る。図２においてはそのように描かれていないものの、第三の熱交換器ユニット（４０３）は、第一の熱交換器ユニット（４００）に対して前に述べられたようなボイラセクションが続く過熱セクションを含み得る。メタン化反応は非常に発熱性であるため、第二のプロセス流（４３）は典型的には更なる過熱を必要としないであろうし、そして全て又は一部分は、過熱スチーム流（１２）として使用されるために全て又は一部分の過熱プロセススチーム流（２５）と組み合わされ得る。
【０１５８】
メタン富化製品ガス流（９７）はメタン製品流（９９）として利用され得るか又は必要なときに、制限するものではないが、深冷蒸留及びモレキュラシーブ又はガス分離（例えば、セラミック）膜の使用を含む当業者に公知の如何なる適するガス分離方法によっても、ＣＨ4を分離して回収するために、それは更に処理され得る。追加のガス精製方法は、例えば、前に組み込まれた米国特許出願第２００９／０２６０２８７Ａ１号、米国特許出願第２００９／０２５９０８０Ａ１号、及び米国特許出願第２００９／０２４６１２０Ａ１号において開示された通りのメタンハイドレートの生成を含む。
【０１５９】
パイプライン品質の天然ガス
本発明は、或る実施態様において、「パイプライン品質の天然ガス」（又は「パイプライン品質の代替天然ガス」）を非ガス状炭素質材料のハイドロメタネーションから生成することができるプロセス及びシステムを供する。「パイプライン品質の天然ガス」とは典型的には、（１）純粋なメタン（その加熱価は標準大気条件下で１０１０ｂｔｕ／ｆｔ3である）の加熱価の±５％以内であり、（２）実質的に水を含有しない（典型的には約−４０℃以下の露天）、及び（３）実質的に有毒な又は腐食性の汚染物質を含有しない、メタン−含有スチームのことである。本発明の幾つかの実施態様において、上記プロセスにおいて述べられたメタン製品流（９９）はそのような要求事項を満たす。
【０１６０】
廃水処理
痕跡汚染物質の除去、サワーシフト、アンモニア除去、酸性ガス除去及び／又は触媒回収のプロセスの何れか一つ又はそれ以上から得られる排水中の残留汚染物質は、当業者に公知の如何なる方法にもよる、工場内で回収された水のリサイクル及び／又は工場プロセスからの水の廃棄を可能にする、廃水処理ユニットにおいて除供され得る。原料及び反応条件に依存して、そのような残留汚染物質は、例えば、芳香族、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｓ、ＣＯＳ、ＨＣＮ、アンモニア及び水銀を含み得る。例えば、Ｈ2Ｓ及びＨＣＮは、約３のｐＨへの廃水の酸性化、ストリップ塔における不活性ガスを用いた酸性廃水の処理、及びｐＨを約１０に上げて、アンモニアを除去するよう、廃水を不活性ガスにより二度目の処理をすることよって除去され得る（米国特許第５２３６５５７号を参照）。Ｈ2Ｓは、Ｈ2Ｓを浮揚又は濾過によって除去され得る不溶性硫化物に転換するよう、廃水を残留コークス粒子の存在下で酸化剤を用いて処理することによって除去され得る（米国特許第４４７８４２５号を参照）。芳香族は、廃水を、一価又は二価の塩基性無機化合物（例えば、固体チャー製品又は触媒回収後に使い果たされたチャー、上述）を随意に含有してなる炭素質チャーと接触させることよって、そしてｐＨを製造することによって除去され得る（米国特許第４１１３６１５号を参照）。芳香族は有機溶媒を用いた抽出、それに続くストリップ塔における廃水処理によっても除去され得る（米国特許第３９７２６９３号、米国特許第４０２５４２３、及び米国特許第４１６２９０２号を参照）。
【０１６１】
プロセス流
スチーム供給ループは、熱エネルギー回収から生成した種々のプロセススチーム流（例えば、２５／４０及び４３）を送るために供され得る。
【０１６２】
プロセススチーム流は、（（３９ａ）及び（３９ｂ）のような）水／スチーム源を、第一の及び第三の熱交換器ユニット（４００）及び（４０３）のような一つ又はそれ以上の熱回収ユニットを用いる種々のプロセス運転から回収された熱エネルギーと接触させるによって生成され得る。
【０１６３】
当業技術において公知の如何なる適する熱回収ユニットも使用され得る。例えば、スチームボイラ、又はスチームを生成するために回収された熱エネリギを利用できる（シェル／チューブ熱交換器のような）如何なるその他の適するスチーム生成器も使用され得る。熱交換器は、プロセスの一つ又はそれ以上の段階を通した熱回収が、スチームを望みの温度及び圧力まで過熱するために使用され得るように、図２における（４００ａ）のようなスチーム流のための過熱器としても機能し、そのようにして別の燃料を燃やす過熱器の必要性を排除する。
【０１６４】
スチームを生成するために如何なる水源も使用され得る一方、公知のボイラシステムにおいて通常使用される水は、腐食性プロセスが遅くなるよう、精製されそして脱イオン化される（約０．３〜１．０μＳ／ｃｍ）。
【０１６５】
本プロセスの一つの実施態様において、ハイドロメタネーション反応はスチーム要求（温度、圧力及び容積）を有するであろうし、そしてプロセススチーム及びプロセス熱回収の量は、この全スチーム要求の少なくとも約９７重量％か、又は少なくとも約９８重量％か、又は少なくとも約９９重量％か、又は少なくとも約１００％を供するために十分である。もし必要ならば、残っている約３重量％以下か、又は約２重量％以下か又は約１重量％以下は、スチーム流（１２）として（又はその一部分として）系内に供給され得る補充スチーム流によって供給され得る。プロセスの定常運転において、プロセススチームは、ハイドロメタネーション反応のスチーム要求に合致するために十分な温度及び圧力の量であるべきである。
【０１６６】
もし必要ならば、適するスチームボイラ又はスチーム生成器は、補充スチーム流を供給するために使用され得る。そのようなボイラは、例えば、粉末化された石炭、バイオマスなどのような、そして制限するものではないが、原料製造運転から拒絶された炭素質材料（例えば、微粉末、上述）を含む、如何なる炭素質材料もの使用を通して動かされ得る。一つの実施態様において、そのような追加のスチームボイラ／生成器が存在し得るが、定常運転においては使用されない。
【０１６７】
別の実施態様において、プロセススチーム流又スチームは、ハイドロメタネーション反応に対する全スチーム要求の少なくとも全てを供給し、ここで定常運転中に、補充スチーム流は実質的に全くない。
【０１６８】
別の実施態様において、過剰のプロセススチームが生成される。過剰のスチームは、例えば、スチームタービンを介した発電及び／又は流動床乾燥機中の炭素質フィードストックを、以下に論じられるように、望みの減じられた水分量に乾燥するために使用され得る。
【０１６９】
発電
メタン製品流（９９）の一部分は、如何なる回収された水素（８５）の一部分がそうできるように、燃焼（９８０）及びスチーム生成（９８２）のために利用され得る。上で示されたように、過剰のリサイクルスチームは、工場内で利用され得るか又は送電網上に売られ得る電気を生成するために、燃焼又はスチームタービンのような、一つ又はそれ以上の発電機（９８４）に供され得る。
【０１７０】
炭素質フィードストックの製造
炭素質材料の処理（１００）
バイオマス及び非バイオマスのような粒子状の炭素質材料は、一つ又はそれ以上の炭素質粒子を得るための衝撃粉砕及び湿式又は乾式の粉ひきのような、当業技術において公知の如何なる方法によっても、別々に又は一緒の何れかで粉砕及び／又は粉ひきを介して製造され得る。炭素質材料源の粉砕及び／又は粉ひきのために利用される方法に依存して、得られる炭素質粒子はサイズ分けされ得て（つまり、サイズによって分離され）、触媒装填プロセス（３５０）において使用するための炭素質フィードストック（３２）を供給して、ハイドロメタネーション反応器（２００）用の触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）を形成する。
【０１７１】
当業者に公知の如何なる方法も粒子のサイズ分けに使用され得る。例えば、サイズ分けは、篩分けつまり粒子を一つの篩又は多くの篩を通過させることによって実行され得る。篩分け装置は、グリズリ、棒篩及びワイアメッシュ篩を含み得る。篩は、篩を揺する又は振動するための静的又は組込み機構であり得る。または、分級は炭素質粒子を分離するために使用され得る。分級装置は鉱石選別機、ガスサイクロン、液化サイクロン、レーキ分級装置、回転トロンメル又は流動分級装置を含み得る。炭素質材料は粉ひき及び／又は粉砕の前にもサイズ分け又は分級され得る。
【０１７２】
炭素質粒子は、約２５ミクロンから、又は約４５ミクロンから、約２５００ミクロンまで、又は約５００ミクロンまでの平均粒子サイズを有する微粒子として供給され得る。当業者は炭素質粒子に対する適切な粒子サイズを容易に定め得る。例えば、流動床反応器が使用されるとき、そのような炭素質粒子は、流動床反応器において使用されるガス速度での、炭素質材料の初期の流動化を可能にする平均粒子サイズを有し得る。ハイドロメタネーション反応器（２００）に対する望ましい粒子サイズ範囲は、典型的には微粉（約２５ミクロン未満）及び粗い（約２５ミクロンを超える）材料の限定された量を有する流動化条件に依存して、Geldart A とGeldart  Bの範囲（二つの間の重複部を含む）にある。
【０１７３】
加えて、例えば、超微細な粒子サイズである故に、或る炭素質材料、例えば、トウモロコシの茎及びスイッチグラス、並びに鋸屑のような工業廃棄物は粉砕又は粉ひき操作を受けることができ得ないか又はそのような使用に適さないかの何れかであり得る。そのような材料は、粉砕のために又は例えば、流動床反応器において直接使用するための適切なサイズのペレット又はブリケットに形成され得る。一般的に、ペレットは一つ又はそれ以上の炭素質材料の圧縮によって製造され得る；例えば、前に組み込まれた米国特許出願第２００９／０２１８４２４Ａ１号を参照。他の例において、バイオマス材料及び石炭は、米国特許第４２４９４７１号、米国特許第４１５２１１９号、及び米国特許第４２２５４５７号において述べられたようなブリケットへと形成され得る。そのようなペレット又はブリケットは以下の議論において、先の炭素質粒子と互換的に用いられ得る。
【０１７４】
炭素質フィードストック源の性質に依存して、追加の原料処理工程が必要になり得る。バイオマスは、緑色の植物及び草のように、高い水分含有量を含有し得て、そして粉砕前の乾燥を必要とし得る。一般廃棄物及び下水汚物も例えば、高い水分含有量を含有し得て、それは、例えば、プレス又は回転ミルを使用して減少され得る（例えば、米国特許第４４３６０２８号）。同様に、高水分含有量石炭のような非バイオマスは粉砕前の乾燥を必要とし得る。幾つかの粘結炭は、運転を簡略化するために部分酸化を必要とし得る。無煙炭又は石油コークスのような、イオン交換部位が不足した非バイオマス原料は、触媒の装填及び／又は会合を助けるための追加のイオン交換部位を生成するために前処理され得る。そのような前処理は、原料のイオン交換可能部位を生成し及び／又は多孔質性を向上させる当業技術に公知である如何なる方法によっても達成され得る（例えば、前に組み込まれた米国特許第４４６８２３１号、及び米国特許第１５９９９３２号を参照）。酸化的な前処理は当業技術に対して公知の如何なる酸化剤を用いても達成され得る。
【０１７５】
炭素質粒子中の炭素質材料の比率及びタイプは、非バイオマス及びバイオマス源の技術的考慮、処理の経済性、入手し易さ並びに近接性に基づいて選択され得る。炭素質材料源の入手し易さ及び近接性は、供給材料の価格ひいては触媒ガス化プロセスの総生産コストに影響を及ぼし得る。例えば、バイオマス及び非バイオマス材料は、処理条件に依存して、湿式又は乾式ベースの重量で、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０：４０、約６５：３５、約７０：２０、約７５：２５、約８０：２０、約８５：１５、約９０：１０、又は約９５：５においてブレンドされ得る。
【０１７６】
重要なことに、炭素質材料源、並びに炭素質粒子、例えば、バイオマス粒子及び非バイオマス粒子の個々の成分の比率は、炭素質粒子の他の材料特性を制御するために使用され得る。石炭のような非バイオマス材料、及びもみ殻のような或るバイオマス材料は、触媒ガス化装置において無機酸化物（つまり、灰分）を形成するカルシウム、アルミナ及びシリカ含む著しい量の無機質材料を典型的に含有する。約５００℃を超え、約６００℃までの温度で、カリウム及び他のアルカリ金属は、灰中のアルミナ及びシリカと反応し得て、不溶性アルカリアルミノケイ酸塩を形成する。この形態において、アルカリ金属は実質的に水不溶性であり、そして触媒として不活性である。ハイドロメタネーション反応器（２００）における残留物の堆積を防ぐために、灰分、未反応炭素質材料及び（アルカリ金属化合物、水溶性及び水不溶性の両方、のような）種々のその他の化合物を含んでなる副産物チャー（５８）（及び（５８ｂ））の固体パージが定期的に行われる。
【０１７７】
炭素質粒子の製造において、種々の炭素質材料の灰分含有量は、例えば、種々の炭素質材料における種々の炭素質材料及び／又は出発灰分の比に依存して、例えば、約２０重量％以下か、又は約１５重量％以下か、又は約１０重量％以下か、又は約５重量％以下であるように選択され得る。他の実施態様において、得られた炭素質粒子は、炭素質粒子の重量に対して、約５重量％から、又は約１０重量％から、約２０重量％まで、又は約１５重量％までの範囲にある灰分含有量を含み得る。別の実施態様において、炭素質粒子の灰分含有量は、灰分の重量に対して、約２０重量％未満か、又は約１５重量％未満か、又は約１０重量％未満か、又は約８重量％未満か、又は約６重量％未満のアルミナを含み得る。或る実施態様において、炭素質粒子は、処理された原料の重量に対して、約２０重量％未満の灰分含有量を含み得て、ここで、炭素質材料の灰分含有量は、灰分の重量に対して、約２０重量％未満か、又は約１５重量％未満のアルミナを含む。
【０１７８】
炭素質粒子中のそのような低いアルミナの値によって、プロセスのハイドロメタネーション部分における触媒そして、特に、アルカリ金属触媒の損失を最終的に減らすことが可能になる。上で示されたように、アルミナは、アルカリ源と反応し得て、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じる。そのような不溶性チャーは触媒回収の減少（つまり、触媒損失の増加）に繋がり、そしてその結果、総括プロセスにおける補充触媒の追加のコストが必要になる。
【０１７９】
加えて、得られる炭素質粒子は、炭素質粒子の単位重量当たりの、著しく高い炭素％、ひいては、ｂｔｕ／ｌｂ値及びメタン製品を有し得る。或る実施態様において、得られる炭素質粒子は、非バイオマス及びバイオマスの組み合わされた重量に対して、約７５重量％から、又は約８０重量％から、又は約８５重量％から、又は約９０重量％から約９５重量％までの範囲の炭素含有量を有し得る。
【０１８０】
一つの例において、非バイオマス及び／又はバイオマスは（例えば、約２５〜約２５００ミクロンの粒子サイズ分布に）湿式粉ひき及びサイズ分けされ、そして次にその自由水を排水され（つまり、脱水され）一定の湿潤ケーキにする。湿式粉ひき、サイズ分け及び脱水のための適する方法の例は当業者に公知である；例えば、先に組み込まれた米国特許出願第２００９／００４８４７６Ａ１号を参照。本開示の一つの実施態様による湿式粉ひきによって形成された非バイオマス及び／又はバイオマス粒子の濾過ケーキは、約４０％〜約６０％、又は約４０％〜約５５％、又は５０％未満の範囲にある水分含有量を有し得る。脱水された湿式粉ひきされた炭素質材料の水分含有量は、炭素質材料の特定のタイプ、粒子サイズ分布及び使用される特定の脱水装置に依存することが当業者によって理解されるであろう。そのような濾過ケーキは、本明細書で述べられたように熱処理され得て一つ又はそれ以上の、水分が低減された炭素質粒子が生産される。
【０１８１】
一つ又はそれ以上の炭素質粒子の各々は、上述の通り、独特な組成を有し得る。例えば、二つの炭素質粒子が利用され得て、ここで第一の炭素質粒子は一つ又はそれ以上のバイオマス材料を含み、そして第二の炭素質粒子は一つ又はそれ以上の非バイオマス材料を含む。または、一つ又はそれ以上の炭素質材料を含んでなる単一の炭素質粒子が利用される。
【０１８２】
ハイドロメタネーションのための触媒装填（３５０）
ハイドロメタネーション触媒は、少なくとも上述の反応（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）の触媒作用をすることに対して潜在的に活性である。そのような触媒は、一般的感覚において、当業者に周知のものであり、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を含み得る。典型的に、ハイドロメタネーション触媒は、前に組み込まれた引例の多くに開示されたような少なくともアルカリ金属を含む。
【０１８３】
ハイドロメタネーション反応のために、一つ又はそれ以上の炭素質粒子は、典型的には少なくとも一つのアルカリ金属源を含んでなる、少なくとも一つのハイドロメタネーション触媒を会合する（associate）よう、そして触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）を生成するように、典型的には、更に処理される。もし、液状の炭素質材料が使用されるならば、ハイドロメタネーション触媒は、例えば、液状の炭素質材料内に十分に混合され得る。
【０１８４】
触媒装填のために供された炭素質粒子は、ハイドロメタネーション反応器（２００）に通される触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）を形成するために、又は一つ又はそれ以上のプロセス流に分裂するためのいずれかの処理をされ、ここで少なくとも一つのプロセス流は、少なくとも一つの触媒処理された原料流を形成するようにハイドロメタネーション触媒と会合される。残りのプロセス流は、例えば、第二の成分とそれを会合させるように処理され得る。加えて、触媒処理された原料流は、第二の成分とそれが会合されるように二度目の処理をされ得る。第二の成分は、例えば、第二のハイドロメタネーション触媒、促進剤又はその他の添加剤であり得る。
【０１８５】
一つの例において、主要なハイドロメタネーション触媒（アルカリ金属化合物）は、単一炭素質粒子（例えば、カリウム及び／又はナトリウム源）に供され得て、続いて別の分離処理に供されて、一つ又はそれ以上の促進剤及び添加剤（例えば、カルシウム源）を同じ単一炭素質粒子に供して触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）を生成する。例えば、前に組み込まれた米国特許出願第２００９／０２１７５９０Ａ１号、及び米国特許出願第２００９／０２１７５８６Ａ１号を参照。
【０１８６】
ハイドロメタネーション触媒及び第二の成分も、単一処理における混合物として単一の第二の炭素質粒子に供され得て、触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）を生成する。
【０１８７】
触媒装填のために、一つ又はそれ以上の炭素質粒子が供されるとき、次いで、少なくとも一つの炭素質粒子は、少なくとも一つの触媒処理された原料流を形成するよう、ハイドロメタネーション触媒と会合される。更に、上で詳細に述べた通り、炭素質粒子の何れも、それを第二又は更なる成分と会合させるよう、一つ又はそれ以上のプロセス流に分裂され得る。得られた流れは、少なくとも一つの触媒処理された原料流が触媒化原料流を形成するために利用されるとして、触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）を供するように、如何なる組合せにおいても混合され得る。
【０１８８】
一つの実施態様において、少なくとも一つの炭素質粒子はハイドロメタネーション触媒、及び随意に、第二の成分と会合される。別の実施態様において、各炭素質粒子はハイドロメタネーション触媒、及び随意に、第二の成分と会合される。
【０１８９】
当業者に公知の如何なる方法も、一つ又はそれ以上のハイドロメタネーション触媒を、炭素質粒子及び／又はプロセス流の何れとも会合させるように使用され得る。そのような方法は、制限するものではないが、固体触媒源と混合すること、及び処理された炭素質材料の上に触媒を含浸させることを含む。ハイドロメタネーション触媒を取り込むために、当業者に公知の幾つかの含浸方法が採用され得る。これらの方法は、制限するものではないが、初期の湿式含浸、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を含む。
【０１９０】
一つの実施態様において、アルカリ金属ハイドロメタネーション触媒は、装填タンク中の触媒の溶液（例えば、水溶液）を用いてスラリ化することによって、一つ又はそれ以上の炭素質粒子及び／又はプロセス流内に含浸され得る。触媒及び／又は促進剤の溶液を用いてスラリ化されたとき、得られたスラリは、再び典型的には湿潤ケーキとして、触媒処理された原料流を供するために脱水され得る。触媒溶液は、新鮮な又は補充の触媒、及びリサイクルされた触媒又は触媒溶液を含んでなる、本プロセスにおける如何なる触媒源からも製造され得る。触媒処理された原料流の湿潤ケーキを供するための、スラリを脱水する方法は（重力又は真空）濾過、延伸分離及び流体プレスを含む。
【０１９１】
別の実施態様において、前に組み込まれた米国特許第２０１０／０１６８４９５Ａ１号において開示された通り、実質的に排出できない湿潤ケーキを生成するために、炭素質粒子は触媒水溶液と組み合わされ、そして次いで高温条件下で混合され、そして最終的に適切な水分レベルにまで乾燥される。
【０１９２】
触媒処理された原料流を供するために、石炭粒子及び／又は石炭を含んでなるプロセス流をハイドロメタネーション触媒と組み合わせるために適する一つの特別な方法は、前に組み込まれた米国特許出願第２００９／００４８４７６Ａ１号、及び米国特許出願第２０１０／０１６８４９４Ａ１号において述べられたように、イオン交換を介するものである。イオン交換機構による触媒の装填は、組み込まれた引例において論じられた通り、石炭に対して特別に開発された吸着等温線に基づいて最大化され得る。そのような装填によって、湿潤ケーキとしての触媒処理された原料流が供される。内部に孔を含むイオン交換された粒子状の湿潤ケーキ上に留められた追加の触媒は、全触媒目標価が制御された状態で得られ得るように、制御され得る。装填された触媒の総量は、前述の組み込まれた引例において開示された通り、溶液中の触媒成分の濃度、並びに接触時間、温度及び方法を制御することによってそしてさもなければ、出発する石炭の特性に基づいて、当業者によって容易に定められ得るように制御できる。
【０１９３】
別の例において、炭素質粒子及び／又は処理スチームの一つはハイドロメタネーション触媒を用いて処理され得て、そして第二の処理スチームは、第二の成分を用いて処理され得る（前に組み込まれた米国特許出願第２００７／００００１７７Ａ１号を参照）。
【０１９４】
炭素質粒子、処理スチーム及び／又は前者から得られる触媒処理された原料流は、触媒化された炭素質フィードストック（３１＋３２）を形成するために、少なくとも一つの触媒処理された原料流が利用されるとして、触媒化された第二の炭素質フィードストックを供するために、如何なる組合せにおいてもブレンドされ得る。最終的に、触媒化された炭素質フィードストック（３１＋３２）はハイドロメタネーション反応器（２００）上を通過する。
【０１９５】
一般的に、各触媒装填ユニットは、一つ又はそれ以上の炭素質粒子及び／又はプロセス流を、少なくとも一つのハイドロメタネーション触媒を含んでなる溶液と接触させて、一つ又はそれ以上の触媒処理された原料流を形成するよう、少なくとも一つの装填タンクを含む。または、一つ又はそれ以上の触媒処理された原料流を形成するよう、触媒成分は、固体粒子として一つ又はそれ以上の炭素質粒子及び／又はプロセス流内に混合され得る。
【０１９６】
典型的に、ハイドロメタネーション触媒が単独で又は実質的にアルカリ金属であるとき、それは触媒化された炭素質フィードストック中に、約０．０１から、又は約０．０２から、又は約０．０３から、約０．０４から、約０．１０まで、又は約０．０８まで、又は約まで、又は約０．０６までの範囲にある、触媒化された炭素質フィードストック中の炭素原子に対するアルカリ金属原子の比を供するのに十分な量で存在する。
【０１９７】
幾つかの原料と共に、アルカリ金属成分も、触媒化された炭素質フィードストック中の炭素質材料の組み合わされた灰分含有量よりも、質量ベースで、約３〜約１０倍多いアルカリ金属含有量を達成するように、触媒化された炭素質フィードストック内に供され得る。
【０１９８】
好適なアルカリ金属は、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム及びそれらの混合物である。特に有用であるのはカリウム源である。好適なアルカリ金属化合物としては、アルカリ金属の炭酸塩、ギ酸塩、シュウ酸塩、アミド、水酸化物、酢酸塩又は同様の化合物が挙げられる。例えば、触媒は、一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、そして特に、炭酸カリウム及び／又は水酸化カリウムを含み得る。
【０１９９】
先に組み込まれた引例において開示されたもののような、所望の促進剤又はその他の触媒添加物が利用され得る。
【０２００】
触媒処理された炭素質フィードストック流を形成するように組み合わされる、一つ又はそれ以上の触媒処理された原料流は、触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）と会合される装填された触媒の総量の約５０％より多く、約７０％より多く、又は約８５％より多く、又は約９０％より多くを典型的には含む。種々の触媒処理された原料流と会合される装填された全触媒のパーセントは、当業者に公知の方法によって定められ得る。
【０２０１】
別々の炭素質粒子、触媒処理された原料流及び処理流は、例えば、前に論じた通り、全触媒装填又は触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）の他の性質を制御するために適切に混合され得る。組み合わされる種々の流れの適切な比は、各々を含んでなる炭素質材料の性質並びに触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）の望まれる性質に依存するであろう。例えば、バイオマス粒子流及び触媒化された非バイオマス粒子流は、前に論じた通り、所定の灰分含有量を有する触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）を生成するような比で組み合わすことができる。
【０２０２】
一つ又はそれ以上の乾燥粒子及び／又は一つ又はそれ以上の湿潤ケーキとしての、前述の触媒処理された原料流、処理流及び処理された原料流の何れも、制限するものではないが、混練及び垂直又は水平のミキサ、例えば、単軸又は二軸の、リボン又はドラムミキサを含む、当業者に公知の如何なる方法によっても組み合わされ得る。得られた触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）は、将来の使用のために保存され得るか、又はハイドロメタネーション反応器内に導入するための、一つ又はそれ以上の供給運転に移される。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又は空気輸送などの、当業者に公知の如何なる方法によっても、貯蔵又は供給操作に運ぶことができる。
【０２０３】
更に、過剰の水分は触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）から除去できる。例えば、触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）は、流動床スラリ乾燥機を用いて（つまり、液体を蒸発させるための過熱スチームを用いた処理）乾燥され得るか、又は溶液が、真空下又は不活性ガスの流れの下で熱的に蒸発され又は除去されて、例えば、約１０重量％以下か、又は約８重量％以下か、又は約６重量％以下か、又は約５重量％以下か、又は約４重量％以下の残留水分含有量を有する触媒化炭素質フィードストックが供される。そのような場合、プロセス熱回収から生成されたスチームが望ましくは利用される。
【０２０４】
触媒回収（３００）
述べられた条件下での触媒化炭素質フィードストック（３１＋３２）の反応によって、ハイドロメタネーション反応器（２００）からメタン富化原生成物流（５０）及び固体チャー副産物（５８）（及び（５８ａ））が一般的に供される。固体チャー副産物（５８）は大量の未反応炭素、無機灰分及び同伴触媒を典型的に含む。固体チャー副産物（５８）は、サンプリング、パージング及び／又は触媒回収のために、チャー出口を介してハイドロメタネーション反応器（２００）から除去され得る。
【０２０５】
本明細書において使用される、用語「同伴触媒」とは、ハイドロメタネーション触媒の触媒的に活性な部分、例えば、チャー副産物中に存在するアルカリ金属化合物を含んでなる化学化合物を意味する。例えば、「同伴触媒」は、制限するものではないが、（アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属水酸化物及びアルカリ金属酸化物のような）溶解性アルカリ金属化合物及び／又は（アルカリ金属アルミノケイ酸塩のような）不溶解性アルカリ化合物を含み得る。抽出されたチャーと会合される触媒成分の性質は、例えば、前に組み込まれた米国特許出願第２００７／０２７７４３７Ａ１号、米国特許出願第２００９／０１６５３８３Ａ１号、米国特許出願第２００９／０１６５３８２Ａ１号、米国特許出願第２００９／０１６９４４９Ａ１号、及び米国特許出願第２００９／０１６９４４８Ａ１号において論じられている。
【０２０６】
固体チャー副産物は、連続的に又は定期的に、例えば、ロックホッパシステムであり得るチャー出口を通してハイドロメタネーション反応器（２００）から取り出されるが、他の方法も当業者に公知である。固体チャー製品の除去方法は当業者に周知である。例えば、ＥＰ−Ａ−０１０２８２８によって教唆されるそのような方法の一つが採用され得る。
【０２０７】
ハイドロメタネーション反応器（２００）からのチャー副産物（５８）は、以下に述べられるように、触媒回収ユニット（３００）に通され得る。そのようなチャー副産物（５８）も複数の流れに分裂され得て、その一つは触媒回収ユニット（３００）に通され得て、そしてもう一つの流れは、（前に組み込まれた米国特許出願第２０１０／０１２１１２５Ａ１号において述べられたように）例えば、メタネーション触媒として使用され得て、そして触媒回収のために処理されない。
【０２０８】
或る実施態様において、ハイドロメタネーション触媒がアルカリ金属である場合、固体チャー副産物（５８）中のアルカリ金属は、回収された触媒（５７）を生産するために回収され得て、そして如何なる未回収触媒も、触媒補充流（５７）によって補償され得る（例えば、前に組み込まれた米国特許出願第２００９／０１６５３８４Ａ１号を参照）。原料中にアルミナとシリカの合計がより多いほど、より高いアルカリ金属回収を得ることがよりコスト高になる。
【０２０９】
一つの実施態様において、ハイドロメタネーション反応器（２００）からの固体チャー副産物（５８）は、同伴された触媒の一部分を抽出するためにリサイクルガス及び水で急冷され得る。回収された触媒（５７）は、アルカリ金属触媒の再使用のために触媒装填ユニット（３５０）に向けられ得る。使い果たされたチャー（５９）は、（ライン（５９ａ）を介した）触媒化原料の製造における再使用のために、例えば、一つ又はそれ以上の原料製造操作（１００）の何れかに向けられ得て、一つ又はそれ以上の（前に組み込まれた米国特許出願第２００９／０１６５３７６Ａ１号において開示されたような）スチーム生成器を動かすために燃焼されるか、又は例えば、（前に組み込まれた米国特許出願第２００９／０２１７５８２Ａ１号において開示されたような）吸収剤として、多様な用途においてそのように使用される。
【０２１０】
他の特に有用な回収及びリサイクルのプロセスが、米国特許第４４５９１３８号、並びに前に組み込まれた米国特許出願第２００７／０２７７４３７Ａ１号、米国特許出願第２００９／０１６５３８３Ａ１号、米国特許出願第２００９／０１６５３８２Ａ１号、米国特許出願第２００９／０１６９４４９Ａ１号、及び米国特許出願第２００９／０１６９４４８Ａ１号において述べられている。更なるプロセスの詳細については、それらの文書を参照されたい。
【０２１１】
触媒のリサイクルは、触媒装填プロセスの一つ又は組合せに対してあり得る。例えば、リサイクルされた触媒の全ては、一つの触媒装填プロセスに供給され得て、一方、別のプロセスは補充触媒のみを利用する。リサイクルされた触媒に対する補充触媒のレベルも、触媒装填プロセスの間で、個別ベースで制御され得る。
【０２１２】
副産物チャー（５８）も、前に組み込まれた米国特許出願第１３／０９４、４３８号において開示されている通り、触媒回収に加えて、バナジウムのような他の副産物の回収のために処理され得る。
【０２１３】
複数系列プロセス
本発明のプロセスにおいて、各プロセスは、一つ又はそれ以上のプロセスユニットにおいて実行され得る。例えば、一つ又はそれ以上のハイドロメタネーション反応器に、一つ又はそれ以上の触媒装填及び／又は原料製造の単位操作からの炭素質フィードストックが供給され得る。同様に、一つ又はそれ以上のハイドロメタネーション反応器によって生成されたメタン富化原生成物流は、例えば、前に組み込まれた米国特許出願第２００９／０３２４４５８Ａ１号、米国特許出願第２００９／０３２４４５９Ａ１号、米国特許出願第２００９／０３２４４６０Ａ１号、米国特許出願第２００９／０３２４４６１Ａ１号、及び米国特許出願第２００９／０３２４４６２Ａ１号において論じられたように、具体的なシステム構成に依存して種々の下流点で、個別に又はそれらの組合せを介して処理され得るか若しくは精製され得る。
【０２１４】
或る実施態様において、本プロセスは二つ又はそれ以上のハイドロメタネーション反応器（例えば、２〜４個のハイドロメタネーション反応器）を利用する。そのような実施態様において、本プロセスは、最終的に触媒化炭素質フィードストックを複数のハイドロメタネーション反応器に供するためのハイドロメタネーション反応器の前に分散型処理ユニット（つまり、ハイドロメタネーション反応器の全数より少ない）、及び／又は複数のハイドロメタネーション反応器によって生成した複数のメタン富化原生成物流を処理するためのハイドロメタネーション反応器に続いて収束型処理ユニット（つまり、ハイドロメタネーション反応器の全数より少ない）を含み得る。
【０２１５】
本システムが収束型処理ユニットを含有するとき、収束型処理ユニットの各々は、収束型処理ユニットへの全供給流の１／ｎより多い部分を受け取る能力を有するように選択され得る（ここで、ｎは収束型処理ユニットの数である）。同様に、本システムが分散型処理ユニットを含有するとき、分散型処理ユニットの各々は、分散型処理ユニットへの全供給流の１／ｍより多い部分を受け取る能力を有するように選択され得る（ここで、ｍは分散型処理ユニットの数である）。
【０２１６】
特定の実施態様の例
プロセスの特定の実施態様は、プロセスが連続プロセスであるもので、ここで工程（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）は連続的に運転される。
【０２１７】
別の特定の実施態様は、過熱スチーム流及び酸素リッチ流れが、流動床のより低い部分内に導入される時又はその前に混合されるものである。
【０２１８】
別の特定の実施態様は、酸素リッチ流れ（１４）がハイドロメタネーション反応器（２００）に連続的に供給され、そして供給される酸素の量がプロセス制御として、例えば、ハイドロメタネーション反応の望みの運転温度を制御するために変えられるものである。酸素がハイドロメタネーション反応器に供給されるので、（例えば、副産物のチャー中の炭素を用いて）得られる酸化／燃焼反応は熱エネルギー（並びに、典型的には幾らかの量の一酸化炭素及び水素を）を生成する。ハイドロメタネーション反応器に供給される酸素の量は、酸化／燃焼ひいてはハイドロメタネーション反応器においてその場生成される熱エネルギーの量を増減するために増減され得る。
【０２１９】
別の特定の実施態様は、熱エネルギーを回収するために、そして冷却された、メタン富化原生成物流を生成するために、メタン富化原生成物流が第一の熱交換器ユニット内に導入されるものである。
【０２２０】
別の特定の実施態様は、第一の熱交換器ユニットにおいて回収された熱エネルギーが、第一のプロセススチーム流を生成するために、そしてハイドロメタネーション反応器内に導入されるための過熱スチーム流の全ての又は一部分として使用するよう第一のプロセススチーム流を過熱するために使用されるものである。
【０２２１】
別の特定の実施態様は、冷却されたメタン富化原生成物流中の一酸化炭素の少なくとも一部分が、熱エネルギー及び水素富化原生成物流を生成するために、スチームシフトされるものである。
【０２２２】
別の特定の実施態様は、熱エネルギーがスチームシフトから回収され、そして回収された熱エネルギーの少なくとも一部分が、プロセス流を生成するときに使用するボイラ供給水を予熱するために利用されるものである。
【０２２３】
別の特定の実施態様は、水素富化原生成物流が、脱水された水素富化原生成物流を生成するために実質的に脱水されるものである。
【０２２４】
別の特定の実施態様は、二酸化炭素及の実質的な部分、及び硫化水素の実質的な部分が、（脱水された水素富化原生成物流中に存在する場合）水素、一酸化炭素、及び脱水された水素富化原生成物流からのメタンの実質的な部分を含んでなるスイート化ガス流を生産するために、脱水された水素富化原生成物流から除去されるものである。
【０２２５】
別の特定の実施態様は、スイート化ガス流からの水素の一部分が、水素製品流、及びメタン、水素及び、随意に一酸化炭素を含んでなる水素を使い果たした、スイート化ガス流を生産するために分離されるものである。
【０２２６】
別の特定の実施態様は、スイート化ガス流（又は存在する場合、水素を使い果たしたスイート化ガス流）中に存在する一酸化炭素及び水素が、メタネーション触媒の存在下、熱エネルギー及びメタンが濃縮されて、スイート化ガス流を生産するために反応されるものである。
【０２２７】
別の特定の実施態様は、接触メタネーターから熱エネルギーが回収され、そして回収された熱エネルギーの少なくとも一部分が、第二のプロセススチーム流を生成させそして過熱するために利用されるものである。
【０２２８】
別の特定の実施態様は、過熱スチーム流が、第一のプロセススチーム流及び第二のプロセススチーム流からのスチームを実質的に含む（又は単に含む）ものである。
【０２２９】
別の特定の実施態様は、プロセスがスチームに中立又はスチームにポジティブであるものである。
【０２３０】
別の特定の実施態様は、プロセスの定常運転中にハイドロメタネーション反応器に供給されるスチームを過熱するために、燃料が燃やされる過熱器が全く使用されないで、スチームがプロセス熱回収を通してのみ過熱されるものである。
【０２３１】
別の特定の実施態様は、メタンが濃縮され、スイート化ガス流がメタン製品流として回収されるものである。
【０２３２】
別の特定の実施態様は、メタン製品流がパイプライン品質の天然ガスであるものである。
【０２３３】
別の特定の実施態様は、上述の通り、ハイドロメタネーション反応（工程（ｂ））の目標操作温度が、少なくとも約１０００°Ｆ（約５３８℃）から約１５００°Ｆ（約８１６℃）であるものである。
【０２３４】
別の特定の実施態様は、上述の通り、過熱スチーム流が、約５００°Ｆ（約２６０℃）から約９５０°Ｆ（約５１０℃）の温度で、ハイドロメタネーション反応器に供給されるものである。
【０２３５】
別の特定の実施態様は、上述の通り、過熱スチーム流及び酸素リッチ流れが、ハイドロメタネーション反応器の流動床の下方セクション内に供給されるように組み合わされ、そして組み合わされた流れの温度が約５００°Ｆ（約２６０℃）から約９００°Ｆ（約４８２℃）であるものである。
【図１】
2013535565.tif 000002
【図２】
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【国際調査報告】
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2013535565.tif 000005
2013535565.tif 000006