(57)【要約】  実質的に自立的な方法において液体燃料を製造するために、気体燃料として、またはフィッシャー−トロプシュリアクター中へのフィードとして使用される合成ガスを製造するための方法及び装置。一実施形態において、炭質材料の粒子の水中スラリー、及び内部供給源からの水素は、メタンに富む発生炉ガスが発生する条件下で水素添加ガス化リアクター中に供給され、水素及び一酸化炭素を含む合成ガスが発生する条件下で蒸気改質装置中に供給される。蒸気熱分解改質装置により発生する水素の一部は、水素精製フィルターを通して水素ガス化リアクター中に供給され、これから得られる水素が、内部供給源からの水素を構成する。蒸気熱分解改質装置により発生する残りの合成ガスは、電気及び／またはプロセス熱を発生させるための気体燃料を燃料とするエンジンの燃料として使用されるか、または液体燃料が製造される条件下でフィッシャー−トロプシュリアクター中に供給される。水素添加ガス化リアクターから、そして液体燃料が製造されるならばフィッシャー−トロプシュリアクターからの熱を蒸気発生装置および蒸気熱分解改質装置に移すために溶融塩ループが使用される。本発明のもう一つ別の実施形態において、炭質材料は、水素及び蒸気の両方の存在下で同時に加熱されて、単段において蒸気熱分解及び水素添加ガス化を受け得る。
2008525532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭質材料をエネルギーガスに変換する方法であって、炭質材料を水素及び蒸気の両方の存在下で、メタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスが発生するために十分な温度及び圧力で同時に加熱することを含む方法。
【請求項２】
温度が約５８０℃〜７９０℃である請求項１記載の方法。
【請求項３】
圧力が約１３２ｐｓｉ〜５６０ｐｓｉである請求項１記載の方法。
【請求項４】
炭質材料が直径約１ｍｍの公称粒子サイズを有する請求項１記載の方法。
【請求項５】
炭質材料が一般廃棄物、バイオマス、木材、石炭、あるいは天然または合成ポリマーを含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
炭質材料がバイオマスを含む請求項５記載の方法。
【請求項７】
炭質材料が、木材あるいは天然または合成ポリマーを含む一般廃棄物を含む請求項５記載の方法。
【請求項８】
炭質材料をエネルギーガスに変換する方法であって、炭質材料を水素及び蒸気の両方の存在下で、メタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスが発生するために十分な温度及び圧力で同時に加熱することを含み、炭質材料が木材あるいは天然または合成ポリマーを含む方法。
【請求項９】
合成ガスを製造する方法であって：
ａ）炭質材料を、水素及び蒸気の両方の存在下で、メタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスが発生するために十分な温度及び圧力で同時に加熱し；
ｂ）水素及び一酸化炭素を含む合成ガスが発生する条件下でメタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスを水蒸気改質反応に付すことを含む方法。
【請求項１０】
炭質材料が非熱分解炭質材料である請求項９記載の方法。
【請求項１１】
炭質材料が、一般廃棄物、バイオマス、木材、石炭、あるいは天然または合成ポリマーを含む請求項９記載の方法。
【請求項１２】
炭質材料がバイオマスを含む請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
炭質材料が、木材あるいは天然または合成ポリマーを含む一般廃棄物を含む請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
合成ガスを製造する方法であって：
ａ）炭質材料を、水素及び蒸気の両方の存在下で、メタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスが発生するために十分な温度及び圧力で同時に加熱し（ここにおいて、炭質材料は木材あるいは天然または合成ポリマーを含む）；
ｂ）水素及び一酸化炭素を含む合成ガスが発生する条件下でメタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスを水蒸気改質反応に付すことを含む方法。
【請求項１５】
液体燃料を製造する方法であって：
ａ）炭質材料を水素及び蒸気の両方の存在下で、メタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスが発生するために十分な温度及び圧力で同時に加熱し；
ｂ）メタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスを、水素及び一酸化炭素を含む合成ガスが発生する条件下で蒸気改質反応に付し；
ｃ）液体燃料が製造される条件下で合成ガスをフィッシャー・トロプシュ反応に付すことを含む方法。
【請求項１６】
炭質材料が非熱分解炭質材料である請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
炭質材料が、一般廃棄物、バイオマス、木材、石炭、あるいは天然または合成ポリマーを含む請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
炭質材料がバイオマスを含む請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
炭質材料が、木材あるいは天然または合成ポリマーを含む一般廃棄物を含む請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
気体燃料として、または液体燃料を製造するためのフィッシャー−トロプシュリアクター中へのフィードとして使用される合成ガスを製造する方法であって：
ａ）内部供給源からの水素、蒸気発生装置からの過熱された蒸気、及び非熱分解炭質材料の水中スラリーを、メタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスが発生する条件下で水素添加ガス化リアクター中に供給し；
ｂ）水素添加ガス化リアクターからのメタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスを蒸気熱分解改質装置中に、水素及び一酸化炭素を含む合成ガスが発生する条件下で供給し；
ｃ）蒸気熱分解改質装置により発生した水素の一部を、内部供給源からの前記水素として水素添加ガス化リアクター中に供給し；
ｄ）プロセス加熱のために、または電気を発生させるエンジンの燃料として蒸気熱分解改質装置により発生した前記合成ガスを利用するか、または液体燃料が製造される条件下で前記合成ガスをフィッシャー−トロプシュリアクター中に供給するかのいずれかを含む方法。
【請求項２１】
前記非熱分解炭質材料を水中で粉砕することにより前記スラリーが形成される請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記炭質材料が、一般廃棄物、バイオマス、木材、石炭、あるいは天然または合成ポリマーを含む請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
炭質材料がバイオマスを含む請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
炭質材料が、木材あるいは天然または合成ポリマーを含む請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
蒸気熱分解改質装置により発生した合成ガスが、液体燃料が製造される条件下でフィッシャー−トロプシュリアクター中に供給される請求項２０記載の方法。
【請求項２６】
前記条件ならびにフィッシャー−トロプシュリアクター中の水素及び一酸化炭素の相対量が前記液体燃料が発熱的に製造されるようなものである請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
水素添加ガス化リアクター及びフィッシャー−トロプシュリアクターの一方または両方からの発熱を蒸気発生装置及び蒸気熱分解改質装置の一方または両方に移すことを含む請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
水素添加ガス化リアクター及びフィッシャー−トロプシュリアクターからの発熱を蒸気発生装置及び蒸気熱分解改質装置に移すことを含む請求項２６記載の方法。
【請求項２９】
前記発熱を移すために溶融塩ループが使用される請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
フィッシャー−トロプシュリアクター中に供給される合成ガス中の水素及び一酸化炭素の相対量が、前記液体燃料が実質的にセタンであるようなものである請求項２５記載の方法。
【請求項３１】
炭質フィードから液体燃料を製造する実質的に自立的な方法であって：
ａ）前記炭質材料を水中で粉砕して、炭質粒子のスラリーを形成し；
ｂ）内部供給源からの水素、蒸気発生装置からの過熱された蒸気、及びスラリーを水素添加ガス化リアクター中に、メタン及び一酸化炭素に富むガスが超大気圧下で発熱的に発生するような量及び条件下で供給し；
ｃ）水素添加ガス化リアクターからのメタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガス及び蒸気発生装置からの過熱された蒸気を、水素及び一酸化炭素を含む合成ガスが発生するような条件下で蒸気熱分解改質装置中に供給し；
ｄ）水素精製フィルターを通して、蒸気熱分解改質装置により発生した水素の一部を、これから得られる水素が内部供給源からの前記水素を構成する水素添加ガス化リアクター中に供給し；
ｅ）蒸気熱分解改質装置により発生した合成ガスの残りをフィッシャー−トロプシュリアクター中に、液体燃料が発熱的に製造される条件下で供給し；
ｄ）水素添加ガス化リアクター及びフィッシャー−トロプシュリアクターからの発熱を蒸気発生装置及び蒸気熱分解改質装置に移すことを含み、これにより実質的に自立的である方法。
【請求項３２】
前記発熱を移すために溶融塩ループが使用される請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
前記炭質材料が、一般廃棄物、バイオマス、木材、石炭、あるいは天然または合成ポリマーを含む請求項３１記載の方法。
【請求項３４】
炭質材料がバイオマスを含む請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
炭質材料が、木材あるいは天然または合成ポリマーを含む一般廃棄物を含む請求項３３記載の方法。
【請求項３６】
気体燃料として、または液体燃料を製造するためのフィッシャー−トロプシュリアクター中へのフィードとして使用される合成ガスを製造する装置であって、
炭質材料及び水の供給源；
水素添加ガス化リアクター；及び
蒸気熱分解改質装置；
炭質材料及び水を供給して、メタン及び一酸化炭素を発生させるための、水素添加ガス化リアクターに炭質材料及び水の前記供給源を連結させる配管；
水素及び一酸化炭素を含む合成ガスを発生させるために、水素添加ガス化リアクターにおいて発生したメタンに富む発生炉ガスを蒸気熱分解改質装置に供給するための、蒸気熱分解改質装置に水素添加ガス化リアクターを連結させる配管；
蒸気熱分解改質装置により発生した水素の一部を水素添加ガス化リアクター中に供給するための、水素添加ガス化リアクターに蒸気熱分解改質装置を連結させる配管；及び
フィッシャー−トロプシュリアクターならびに蒸気熱分解改質装置により発生した合成ガスの残りをフィッシャー−トロプシュリアクター中に供給して、液体燃料を製造するための、フィッシャー−トロプシュリアクターに蒸気熱分解改質装置を連結させる配管;
水素添加ガス化リアクター及びフィッシャー−トロプシュリアクターの一方または両方からの熱を蒸気発生装置及び蒸気熱分解改質装置の一方または両方に移すための水−蒸気ループを含む装置。
【請求項３７】
実質的に自立的な方法において液体燃料を製造するための装置であって：
炭質材料及び水の供給源；
水素添加ガス化リアクター；
蒸気熱分解改質装置；
水素精製フィルター；
フィッシャー−トロプシュリアクター；
炭質材料の粒子を形成するための粉砕器；
炭質粒子のスラリーを形成するための粒子及び水の容器；
スラリーを加熱し、過熱された蒸気での熱分解により炭素を活性化させるための蒸気発生装置；
メタン及び一酸化炭素を発生させるためにスラリー及び過熱された蒸気を供給するための、水素添加ガス化リアクターに蒸気セパレーターを連結させる配管；
水素及び一酸化炭素を含む合成ガスを形成するために、水素添加ガス化リアクターにおいて発生したメタンに富む発生炉ガスを蒸気熱分解改質装置に供給するための、蒸気熱分解改質装置に水素添加ガス化リアクターを連結させる配管；
蒸気熱分解改質装置により発生した水素の一部を水素添加ガス化リアクター中に供給するための、水素精製フィルターを通って水素添加ガス化リアクターに蒸気熱分解改質装置を連結させる配管；
蒸気熱分解改質装置により発生した合成ガスの残りをフィッシャー−トロプシュリアクター中に供給して、液体燃料を製造するための、フィッシャー−トロプシュリアクターに蒸気熱分解改質装置を連結させる配管;
水素添加ガス化リアクター及びフィッシャー−トロプシュリアクターの一方または両方からの熱を蒸気発生装置及び蒸気熱分解改質装置の一方または両方に移すための水−蒸気ループを含む装置。
【請求項３８】
気体燃料として、または液体燃料を製造するためのフィッシャー−トロプシュリアクター中へのフィードとして使用される合成ガスを製造する装置であって、
炭質材料及び水の供給源；
水素添加ガス化リアクター；
蒸気熱分解改質装置；及び
過熱された蒸気を提供するための蒸気発生装置；
炭質材料及び水を供給して、水素及び過熱された蒸気の存在下でメタン及び一酸化炭素を発生させるための、水素添加ガス化リアクターに炭質材料及び水の前記供給源を連結させる配管；
水素及び一酸化炭素を含む合成ガスを発生させるために、水素添加ガス化リアクターにおいて発生したメタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスを蒸気熱分解改質装置に供給するための、蒸気熱分解改質装置に水素添加ガス化リアクターを連結させる配管；
蒸気熱分解改質装置により発生した水素の一部を水素添加ガス化リアクター中に供給するための、水素添加ガス化リアクターに蒸気熱分解改質装置を連結させる配管；
過熱された蒸気を供給するための、水素添加ガス化リアクターに蒸気発生装置を連結させる配管；及び
メタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスと反応させるために過熱された蒸気を供給するための、蒸気熱分解改質装置に蒸気発生装置を連結させる配管を含む装置。
【請求項３９】
フィッシャー−トロプシュリアクターならびに蒸気熱分解改質装置により発生した合成ガスの残りをフィッシャー−トロプシュリアクターに供給して、液体燃料を製造するために、蒸気熱分解改質装置をフィッシャー−トロプシュリアクターに連結する配管を含む請求項３８記載の装置。
【請求項４０】
水素添加ガス化リアクター及びフィッシャー−トロプシュリアクターの一方または両方からの熱を蒸気発生装置及び蒸気熱分解改質装置の一方または両方に移すための溶融塩ループまたは水−蒸気ループを含む請求項３９記載の装置。
【請求項４１】
水素添加ガス化リアクター及びフィッシャー−トロプシュリアクターからの熱を蒸気発生装置及び蒸気熱分解改質装置に移すための溶融塩または水−蒸気ループを含む請求項３９記載の装置。
【請求項４２】
実質的に自立的方法において液体燃料を製造するための装置であって：
炭質材料及び水の供給源；
水素添加ガス化リアクター；
蒸気熱分解改質装置；
水素精製フィルター；
フィッシャー−トロプシュリアクター；
炭質材料の粒子を形成するための粉砕器；
炭質粒子のスラリーを形成するための粒子及び水の容器；
加熱された蒸気を提供するための蒸気発生装置；
スラリーを供給して、水素及び過熱された蒸気の存在下でメタン及び一酸化炭素を発生させるための、前記容器を水素添加ガス化リアクターに連結させる配管；
過熱された蒸気を供給するための、水素添加ガス化リアクターに蒸気発生装置を連結させる配管；
水素及び一酸化炭素を含む合成ガスを形成するために、水素添加ガス化リアクターにおいて発生したメタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスを蒸気熱分解改質装置に供給するための、蒸気熱分解改質装置に水素添加ガス化リアクターを連結させる配管；
蒸気熱分解改質装置により発生した水素の一部を水素添加ガス化リアクター中に供給するための、水素精製フィルターを介して水素添加ガス化リアクターに蒸気熱分解改質装置を連結させる配管；
蒸気熱分解改質装置により発生した合成ガスの残りをフィッシャー−トロプシュリアクター中に供給して、液体燃料を製造するために、フィッシャー−トロプシュリアクターに蒸気熱分解改質装置を連結させる配管を含む装置。
【請求項４３】
水素添加ガス化リアクター及びフィッシャー−トロプシュリアクターの一方または両方からの熱を蒸気発生装置及び蒸気熱分解改質装置の一方または両方に移すための溶融塩ループまたは水−蒸気ループを含む請求項４２記載の装置。
【請求項４４】
水素添加ガス化リアクター及びフィッシャー−トロプシュリアクターからの熱を蒸気発生装置及び蒸気熱分解改質装置に移すための溶融塩ループまたは水−蒸気ループを含む請求項４２記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[関連出願との相互参照]
本出願は、２００２年２月５日に出願された特許仮出願第６０／３５５，４０５号の優先権を主張する国際特許出願日２００３年２月４日の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ０３／０３４８９（本発明の一部として参照される）（ＰＣＴ第２１（２）条のもと英語で公開）の一部係属出願であり、その利益を主張する。
【０００２】
本発明の分野は、炭質供給原料からの輸送用燃料の合成に関する。
【背景技術】
【０００３】
環境、健康、安全問題、および将来避けることのできない石油型の燃料供給不足等の懸念から、新しい化学エネルギー源を発見し、それを代替輸送用燃料へ転化する方法を発見する必要性がある。内燃機関で駆動する輸送手段の数は世界的に、特に平均的な発展途上国において増大し続けている。主にディーゼル燃料を使用する、米国以外の世界の輸送手段の数は、米国内よりも急速に増大している。ハイブリッド及び／またはディーゼルエンジン技術を使用して、より燃費の良い輸送手段が導入されて、燃料消費及び全体的な排出物が減少しているので、この状況は変わる可能性がある。石油型燃料生産用の資源は枯渇しつつあるので、石油への依存は、非石油代替燃料、特に大気汚染の少ない合成ディーゼル燃料が開発されないかぎり、大きな問題になるであろう。さらには従来のエンジンにおける石油型燃料の通常の燃焼は、厳格な排気物質規制手段が用いられない限り、重大な環境汚染を引起こす。大気汚染の少ない合成ディーゼル燃料は、ディーゼルエンジンからの排出物を減少させるのに役立つ。
【０００４】
クリーンな輸送用燃料の生産は、既存の石油型燃料の改質、あるいは未使用材料からの電力生産または燃料合成のための新規方法の発見が必要である。再生可能な有機または廃棄物炭質材料から誘導できる利用可能な供給源が多くある。これらの投入供給原料はが、既にほとんど価値がないと考えられ、廃棄物として捨てられその処分が汚染性であることが多いので、合成燃料を生産するための炭質廃棄物の利用は経済的に実現可能な方法である。
【０００５】
液体輸送用燃料は、同じ圧力及び温度において気体燃料よりも高いエネルギー密度を有し、気体燃料に勝る固有の長所がある。液体燃料は、大気圧または低圧で貯蔵することができ、一方、気体燃料は、液体燃料エネルギー密度を達成するためには、高圧で輸送手段のタンクに貯蔵されなければならず、このことは、漏れまたは突然の破裂の場合に安全面での懸念材料となる。液体燃料の流通は、単純なポンプ及びパイプラインを用いるので、気体燃料よりもはるかに容易である。現存する輸送部門において液体燃料を使用する基幹施設があるので、大気汚染の少ない合成液体輸送用燃料は現存するあらゆる生産市場へ容易に組込むことが確実にできる。
【０００６】
クリーンな液体輸送用燃料の利用可能性は、国家的な優先課題である。クリーンで価値の高い合成ガソリンおよびディーゼル燃料を生産するためにフィッシャー・トロプシュプロセス(Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）に従った合成ガスを炭質源からクリーンかつ効率的に生産することは、輸送部門及び地域社会の健康の両方に対して利点がある。このようなプロセスとして、ＮＯｘ削減、ディーゼルエンジン排気ガス中に存在する毒性粒子状物質の除去、および正常燃焼時の汚染物質の削減のための最先端のエンジン排気物質後処理方法の適用が可能であるが、このプロセスは、現在、石油由来のディーゼル燃料の通常の供給原料の場合のように、存在する硫黄によって急速に被毒される触媒によりおこなわれ、触媒効率が低下する。具体的には、バイオマス由来の合成ガスから生産されたフィッシャー・トロプシュ液体燃料は、硫黄を含まず（ｓｕｌｆｕｒ−ｆｒｅｅ）、芳香族化合物を含まず、合成ディーゼル燃料の場合、極めて高いセタン価を有する。
【０００７】
バイオマス材料は、再生可能燃料を生産するために用いられる最も一般的に加工処理される炭質廃棄物供給原料である。廃棄プラスチック、ゴム、肥料、作物残渣、林産物、草木切断物、及び廃水（汚水）処理からの生物的固形分も、転化プロセス用の供給原料の候補である。バイオマス供給原料は、電力、熱、貴重な化学物質、または燃料を生産するために転化することができる。カリフォルニア州は、いくつかのバイオマス利用技術の使用および開発において米国内トップである。カリフォルニア州では毎年、４千５百万トン以上の都市固体廃棄物が捨てられ、廃棄物管理施設によって処理されている。この廃棄物のほぼ半分が、結局は埋立てゴミになる。例えばカリフォルニア地域のリバーサイド郡だけで、１日あたり約４０００トンの廃材が処分されると推定される。ほかの概算によれば、１日あたり１００，０００トンを超えるバイオマスが、リバーサイド郡収集地域の埋立地に投棄される。この一般廃棄物は、約３０％の古紙またはダンボール、４０％の有機（植栽および食品）廃棄物、および３０％の木材、紙、プラスチック、および金属廃棄物の組み合わせを含んでいる。この廃棄物材料の炭質成分は、これをクリーン燃焼燃料に転化することができるならば、この化学エネルギーは、ほかのエネルギー源への必要性を減少させることができる。炭質材料のこれらの廃棄物源は、唯一の利用可能な供給源ではない。多くの現存する炭質廃棄物材料、例えば紙は、ほかの材料に対して仕分けされ、再使用され、リサイクルされ得るが、廃棄物生産者は、もしも廃棄物が転化施設に直接送られることになれば、投棄料を支払う必要がないであろう。現在、１トンあたり３０〜３５ドルの投棄料は通常、処分費用を埋め合わせるために、廃棄物管理局によって課せられている。したがって、廃棄物を、廃棄物から合成燃料への処理工場へ輸送することによって処分費用を削減することができるのみならず、処分費用の低減によって、さらに別の廃棄物も利用可能にすることができる。
【０００８】
薪ストーブでの木材の燃焼は、熱エネルギーを生成するためのバイオマスの使用の一例である。残念ながらエネルギーおよび熱を得るためのバイオマス廃棄物の野焼きは、そのカロリーを利用するためのクリーンかつ効率的な方法ではない。今日、炭質廃棄物の多くの新たな利用方法が発見されつつある。例えば１つの方法は、合成液体輸送用燃料を生産することであり、もう１つの方法は、電力への転換のためにエネルギーガスを生産することである。
【０００９】
再生可能なバイオマス源からの燃料の使用は、実際、温室ガス、例えば二酸化炭素の正味の蓄積を減少させることができる一方で、輸送のためにクリーンで効率的なエネルギーを供給することができる。バイオマス源からの合成液体燃料の共同生産の主要な利点の１つは、これが、地球の温暖化の原因である温室ガスの効果を減少させつつ、貯蔵可能な輸送用燃料を供給し得ることである。将来、これらの共同生産プロセスは、持続的に持続させることができる再生可能な燃料経済のために、クリーン燃焼燃料を供給できる。
【００１０】
石炭およびその他の炭質材料を、クリーン燃焼輸送用燃料に転化するためのいくつかの方法が存在するが、これらは、石油ベースの燃料と市場で競争するには高価すぎる傾向があるか、またはこれらは揮発性燃料、例えばクリーンエア規制から法的免除を受けずには、高汚染地域、例えば南カリフォルニア大気区域において使用するには高すぎる蒸気圧の値を有するメタノール及びエタノールを生成する。後者の方法の一例は、ハイノールメタノール法（Ｈｙｎｏｌ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）であり、この方法は、水素添加ガス化、及び蒸気改質リアクターを利用し、固体炭質材料、及び天然ガスの共同供給によりメタノールを合成することで、ベンチスケール実物実験において８５％を超える炭素転化効率を示した。
【００１１】
輸送用燃料の生産のための新たな資源および方法を発見するためには、現在の石油型燃料の生産方法の改良を模索することのみならず、現在使用されていない資源および方法を用いて得られた機能的に同等の代替燃料を合成するための新たな方法の探索も必要とする。炭質材料、例えば廃棄物有機材料からの合成液体燃料の生産は、これらの課題を解決するための１つの方法である。合成燃料を生産するための炭質廃棄物材料の利用は、新たな燃料生産源を得るための実現可能な方法であると考えることができる。その理由は、この材料の供給原料が既に価値のない廃棄物と考えられており、多くの場合その処分は、さらなる環境汚染源を生み出すからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、合成パラフィン系燃料、好ましくはディーゼル燃料に転化することができる合成ガスを生産するために、蒸気熱分解、水素添加ガス化、および蒸気改質を利用する。ただし、合成ガソリン及びジェット推進燃料はまた、フィッシャー・トロプシュパラフィン燃料合成リアクターを用いて製造することもできる。別法として、この合成ガスは、共同発生電力変換及びプロセス加熱系において用いることもできる。本発明により、石炭またはその他の炭質材料の供給、及び液体の水からのクリーン燃焼液体輸送用燃料の合成、熱プロセスエネルギー、及び発電のための一般的な種類の共同生産プロセス向けの包括的な平衡熱化学解析が可能となる。これによって、共同生産される燃料、エネルギー、及び熱系への石炭またはその他のあらゆる炭質供給材料の独特な設計、操作の効率、及び包括的分析が可能になる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一実施形態において、本発明は、気体燃料として、またはフィッシャー−トロプシュリアクターへの供給として使用される液体パラフィン系燃料、回収水、及び顕熱を生産するための合成ガスを生成させるための方法、実質的に自立的な方法である分離型蒸気熱分解、水素添加ガス化、及び蒸気改質リアクターを提供する。液体水中に懸濁された炭質材料の粒子のスラリー、及び内部供給源からの水素は、過熱蒸気、メタン、二酸化炭素、及び一酸化炭素が発生する条件下で、熱分解のための蒸気発生装置及び水素添加ガス化リアクター中に供給され、そして主として水素および一酸化炭素を含む合成ガスが発生される条件下に、蒸気改質装置中に供給される。精製用の水素分離フィルターを用いて、蒸気改質装置によって発生した水素の一部分は、内部供給源からの水素として水素添加ガス化リアクターに供給される。蒸気改質装置によって発生した残りの合成ガスは、電力及びプロセス熱を生成させるために、気体燃料エンジンまたはガスタービン用の燃料として用いられるか、または液体燃料及び回収水を生成するための条件下、フィッシャー・トロプシュ燃料合成リアクター中に供給される。フィッシャー・トロプシュ燃料合成リアクター中に供給される水素対一酸化炭素分子の正確な化学量論比は、供給原料中の水対炭素比によって制御される。溶融塩ループは、発熱性水素添加ガス化リアクターから（及び液体燃料が生産されるならば、発熱性フィッシャー−トロプシュリアクターから）、熱分解のための吸熱性蒸気発生装置及び蒸気改質反応容器への熱の移動のために用いられる。
【００１４】
特に本発明の実施態様は、下記の特徴がある：
【００１５】
１）水素添加ガス化のための石炭、都市及び農業のバイオマス、及び都市の固体廃棄物の任意の組み合わせを受入れることができる、多目的固体炭質材料供給システム２）熱分解および水素添加ガス化装置のための第一段階蒸気発生装置３）熱分解および水素添加ガス化装置のための第一段階蒸気発生装置の産出物から水素に富む合成ガスを生産するための第二段階リアクターとしての蒸気改質装置。蒸気対炭素モル比は、化学反応を平衡に近いものにするために必要に応じて維持される４）（ａ）蒸気改質装置からの合成ガスを、硫黄を含まないクリーン燃焼液体輸送用燃料および回収水へ転化するための第三段階の最終リアクターとしての、フィッシャー・トロプシュ（合成ガスから液体への）燃料合成器、または（ｂ）プロセス熱用燃料として、及び／または発電可能な燃料機関またはガスタービンにおける燃料としての発生した合成ガスの使用５）３つの熱−化学的プロセスリアクターが作動して、炭質供給原料（例えば廃材）から、追加燃料または外部エネルギー源を必要とせずに、連続的自立的に、ほぼ純粋なパラフィン系炭化水素液体（石油由来ディーゼル燃料と同様なもの）及びワックス様化合物（石油由来ＵＳＰパラフィン系ゼリーと同様なもので、これらは従来の方法を用いて、よりディーゼルに近い燃料にさらに精製することができる）が生産される。これらのリアクター構成はまた、その他のジメチルエーテル（ディーゼルエンジンおよびガスタービンにおける輸送用燃料として用いることができる、プロパンと同様な燃料）、及び気体燃料グレード水素（エンジンおよびタービンにおいて用いることができる燃料、及び精製して一酸化炭素が除去できれば燃料電池における電気化学燃料として用いることができる燃料）などの合成燃料の生産に、ならびに複合サイクル電力変換及び電力生産のためのエネルギー合成ガスの生産に最適化することも可能である。
【００１６】
もう一つ別の実施形態において、２つの独立したプロセス、すなわち、蒸気熱分解及び水素添加ガス化を一つの工程に組み合わせることにより、炭質材料をエネルギーガスに変換するための方法が提供される。この方法は、水素および蒸気の両方の存在下、メタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスが発生するために十分な温度及び圧力で炭質材料を同時に加熱することを含む。この方法は、バイオマス、一般廃棄物、木材、合成及び天然ポリマー、たとえば、プラスチック及びゴム、ならびに他の炭質材料に関して行うことができる。
【００１７】
蒸気熱分解および水素添加ガス化を一つの工程に組み合わせる利点の一つは、水素添加ガス化単独において達成できる速度よりもはるかに速い速度での炭質材料からの炭化水素ガスを製造することである。もう一つの利点は、蒸気熱分解がないシステムより滞留時間が短くさらに小型の水素添加ガス化リアクターを使用することである。
【００１８】
先行技術を用いて達成しうるものに勝る、この発明の基本的な利点は下記のとおりである。すなわち、（ａ）必要な酸素を供給するために追加のエネルギー集約的空気分離システムを通常必要とする部分酸化ガス化とは対照的に、単一の開始反応体として炭素及び水素ガスを活性化するための蒸気熱分解を用いた、炭質供給原料中の利用可能な炭素からのエネルギー効率のよい（＞８５％）メタン生産；（ｂ）第二段階メタン蒸気改質リアクターにおいて生成された過剰水素ガスをフィードバックすることによる、第一段階水素添加ガス化リアクターの化学的に自立的な作動；（ｃ）蒸気改質装置からの流出ガスを用いた、クリーン燃焼輸送用燃料のエネルギー効率的な合成、例えば（ｉ）第三段階フィッシャー・トロプシュ燃料合成リアクターを用いたパラフィン系化合物、（ｉｉ）第三段階合成リアクターを用いたジメチルエーテル合成、及び（ｉｉｉ）第三段階燃料合成リアクターの必要性を伴わない水素分離及び／または精製フィルターを用いた水素生成；（ｄ）溶融塩または水／蒸気伝熱流体の組み合わせを用いての熱及び化学エネルギーの効果的に管理、プロセス温度を開始維持するための生成物エネルギーガスの燃焼、追加の燃料及び外部エネルギー源を必要性としない発電のためのプロセス熱の回収による、すべてのリアクターの熱的に自立的な作動；（ｅ）炭質供給材料の直接的な自然吸引燃焼（通常、開放焼却として知られている）と比較した場合、すべての閉鎖型プロセスリアクター及び／または合成ガス燃焼装置からの、空気によって運ばれた排出物の有意な減少、及び（ｆ）従来の技術を用いた封鎖及び／または凝縮相化合物への化学的転化のために、プロセスリアクターまたはプロセス内合成ガス燃焼装置からのすべての気体二酸化炭素流出物を捕獲する能力である。
【００１９】
これらのプロセスリアクターのこのような新規な構成は、合成燃料、化学物質、及びエネルギー向けの共生産プラントにおける炭質材料転化を目的とするエネルギー利用の全体的な効率を改良する可能性を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の一実施形態において、例えばハイノールプロセスにおいて用いられているような、熱分解のための蒸気発生装置、水素添加ガス化リアクター（ＨＧＲ）、及び蒸気熱分解改質装置（ＳＰＲ）（蒸気熱分解リアクター、蒸気改質装置、または蒸気リアクターとも呼ばれる）は、供給原料、水素添加ガス化、及び蒸気改質反応を通して合成ガス（syngas）を生産するために用いることができる。反応はＨＧＲにおいて開始され、炭質物質中の炭素をメタンに富む発生炉ガスに転化し、反応は続いてＳＰＲを通して、フィッシャー・トロプシュプロセスの効率的な操作のために正確な水素および一酸化炭素化学量論量を用いて合成ガスを生産する。加工処理における最終工程としてフィッシャー・トロプシュプロセスを用いて、生成物、例えば合成ガソリン、合成ディーゼル燃料、及び回収水を生成することができる。
【００２１】
供給原料の必要条件は非常に順応性がある。異なる炭質材料からなる多くの供給物(フィード）が湿式粉砕され、水スラリーを形成し得る。このスラリーは、蒸気熱分解器、水素添加ガス化器、および合成ガス生産のための蒸気改質リアクター中に高圧で供給することができる。供給物対水の質量比は、最適化された燃料合成プロセスに必要とされる炭素−水素化学量論量を維持するために、供給物の化学的含量を知ることにより、このプロセスの運転中変化させてもよい。適切な炭質材料には、バイオマス、天然ガス、油、石油コークス、石炭、石油化学精製所の副生物および廃棄物、プラスチック、タイヤ、汚物スラッジ、及びその他の有機廃棄物等がある。例えば木材は、カリフォルニア州リバーサイド郡において容易に入手可能な廃棄物バイオマス物質の一例である。この特定の廃棄物経路には、ほかの炭質材料、例えば植栽廃棄物、及びリバーサイド郡において入手することができ、さもなければ埋立地に行くような、水処理からの生物固体を加えることができる。
【００２２】
輸送用燃料、例えばディーゼル燃料を製造するために用いられる場合、このプロセスは、供給原料が、必要とされるフィッシャー・トロプシュパラフィン系生成物量が最大になるように設計される。所望の産出物は、ディーゼル燃料として適切な、１２〜２０の炭素数範囲内の液体炭化水素、例えばセタン、Ｃ16Ｈ34からなる。ＳＰＲからの過剰合成ガス産出物、すなわちフィッシャー・トロプシュ合成燃料生産プロセスからの「残りもの」の化学エネルギーは、電力生産用のガスタービンを運転するためのエネルギー燃料として用いることができる。水素添加ガス化器を維持するのに十分な水素をリサイクルした後、合成ガス産出物は、使用者のニーズに応じてこの目的のためにも用いることができる。下記のことは、炭質材料の、使用可能な輸送用燃料への転化において本発明からの経済的可能性を最大限するするための方法であって、ガスタービン複合サイクルを介した直接電力生産の可能性を含む方法を提供する。
【００２３】
１）入手可能な炭質廃棄物、これらの化学組成に関するおよそのデータを見出し、このプロセスへの実際的ニーズに関するなお一層の解析を実施すること。
【００２４】
２）熱分解のための蒸気発生装置、水素添加ガス化器、蒸気改質装置、および連続流入ベースでのフィッシャー・トロプシュ（またはほかの燃料合成）リアクターからなるプロセス中の重要な反応をモデル化すること。これは、合成される燃料についての最適な化学量論量の水素対一酸化炭素モル比について、フィッシャー・トロプシュ（またはほかの燃料合成器）供給原料を最適化することによって行うことができる。
【００２５】
３）これらのコストに関して経済分析を実施し、必要とされる投入材料、資本コスト、操作及び維持、並びに生成物収率及びコストを入手し、準備すること。
【００２６】
具体的な実施形態が、図面に示されているフローチャートとともに下記に記載され、これは、ガスタービン複合サイクルに連結したフィッシャー・トロプシュプロセスを介した、炭質材料候補としての廃材の、液体ディーゼル輸送用燃料、回収水、及び代替電力源への転化を示している。
【００２７】
炭質材料の熱−化学転化は、次の２つの主要プロセスによって起こる。すなわち、水素添加ガス化及び蒸気改質であり、供給原料の蒸気熱分解が蒸気発生装置中で起こり、供給原料を前処理し、その中に含まれている炭素を活性化する。水素添加ガス化器には、熱分解された炭質廃棄物、水素、蒸気の投入が必要である。これらは、高温高圧下において容器中で反応する。具体的な実施形態において、約３０ａｔｍ、１，０００℃である。ＨＧＲからのメタンに富む流出ガスの蒸気改質もまた、およそ３０ａｔｍの圧力と１，０００℃を必要とする。より一般的には各プロセスは、約７００〜１，２００℃の温度範囲、及び約２０〜５０ａｔｍの圧力にわたって実施することができる。より低い温度と圧力は、適切な反応触媒または蒸気熱分解プロセスの使用によって有用な反応速度にすることができる。一般的リアクター容器において蒸気熱分解および水素添加ガス化を組み合わせる場合、本発明者らは適切な反応速度が７５０℃までの温度で達成できることを見いだした。
【００２８】
全体的なフロー図である図１に関して、これらの主要反応プロセスを実施する一般的な方法の順序が示されている（特定の実施形態についての具体的な量は、図１４〜３８に示されているフロー図中にある）。これらの材料をこのプロセスを通して運ぶために配管を使用する。供給物１１は、粉砕機１０において切り刻まれるか、微粉砕されるか、または小さい粒子にすりつぶされ、回収水１２と混合され、液体懸濁スラリー１６として容器またはタンク１４中に入れられる。液体懸濁スラリー１６は、圧縮流体としてポンプ１８によって蒸気発生装置２０へ輸送可能であり、ここでスラリー１６は過熱され、熱分解され、続いて蒸気分離器２２における蒸気の分離が行われて、蒸気はポンプで汲み上げられた濃密スラリーペースト２６、または配管２７を通る直接蒸気熱分解供給物を送達する配管とは別個の配管２４を通過する。
【００２９】
濃密スラリーペーストフィード２６、または直接蒸気熱分解供給物２７は、ＨＧＲ２８に入る。内部供給源から（下記の水素分離フィルターを介して蒸気改質装置から）の水素、および既に生成された蒸気の小部分は、所望のアウトプット(産出）を得るためにＨＧＲ２８中に流入する。これらの産出ガスは大部分、メタン、水素、一酸化炭素、および過熱蒸気からなる。ＨＧＲ２８によって生成されたガスは、チャンバーを離れ、ＳＰＲ３０へポンプで汲み上げられる。ＨＧＲからの未反応残渣（または灰）は、類似の高圧ガス化装置において通常用いられている二重緩衝型ロック−ホッパー配列を用いて、反応容器の底部から周期的に除去される。灰は、微量の金属とともに、砂、ＳｉＯ2、およびアルミナＡｌ2Ｏ3からなると予想される。ＳＰＲ３０への投入物は、蒸気分離器２２から、配管３２によってヒーター３４を通って、さらには配管３６によって、またはＨＧＲ２８産出物配管を介して送達され、理論値以上の蒸気対炭素比をＳＰＲ３０にもたらし、リアクターにおけるコークス化が緩和される。産出物は、より高い量の水素およびＣＯであり、下記に記載する望ましい炭化水素燃料合成プロセスに対して適性な化学量論関係を有する。
【００３０】
ＳＰＲ３０の産出物は、配管３８を介して熱交換器４０及び４２を通って導かれる。凝縮水４４は分離され、熱交換器および液体水エキスパンダー４７を介してＳＰＲ産出物から除去される。ＳＰＲ３０の非凝縮性気体産出物は、ついで水素分離フィルター４６に運ばれる。ＳＰＲ産出物からの水素の一部分、この実施形態においては約１／２は、フィルター４６から運ばれ、熱交換器４０を通り、その結果、温度上昇があり（この実施形態において、２２０℃〜９７０℃）、その水素インプットとしてＨＧＲ２８に送られる。ＳＰＲ産出物からの高温流出物は、熱交換器４０および４２を通過することによって冷却され、リサイクルされた水素を加熱するため、蒸気を作るためにそれぞれ使用される。熱交換器４７を離れる凝縮水４４は、スラリー供給のための水供給１２を行うためにリサイクルされる。このような手段によって、自立的なプロセスが得られる。
【００３１】
ついで燃料合成ガスが、２つの選択肢のうちの１つの目的で用いられる。発熱量に基づいて、合成ガスは、直接エネルギー生産のためにガスタービン複合サイクルを通過してもよく、または燃料合成リアクター（この実施形態において、クリーンなディーゼル燃料及び回収水を生成するためのフィッシャー・トロプシュプロセス）を通過してもよい。本発明の具体的な実施形態にしたがえば、合成ガスは膨張タービン４８を通って導かれ、気体フィードの圧力を低下させることによって、機械的エネルギーをフィッシャー−トロプシュリアクター５０中に回収する。液体状態タービンであるブレイトン（Ｂｒａｙｔｏｎ）及びランキンサイクルタービンによって生成された機械的なパワーは、内部スラリー、水供給ポンプ、エアーコンプレッサー用の電力を供給するために用いることができ、余剰分は発電を介して移出される。表１〜７参照。
【００３２】
効率は、投入及びプロセスパラメーターを調節することによって最大にすることができる。バイオマス／石炭の様々な混合物の供給物が、水の添加によってスラリーにまとめられ、これによって蒸気分離後、炭素対水素比は、このプロセスに適したものになる。スラリー供給物は、水素添加ガス化器、蒸気改質装置を運転するのに十分な水であり、蒸気分離後にこの供給物を適切なスラリーに保つのにも十分な水を必要とする。固体乾燥供給物を用いたバイオマス転化における先行技術の試みは、固体を高圧および高温ＨＧＲ反応室へ供給するという多くの機械的な問題を有していた。スラリー供給物のこの方法は、１９９５年にカリフォルニア州リバーモアのローレンス・リバーモア・ネイション・ラボラトリー（Ｌａｗｒｅｎｃｅ Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ Ｎａｔｉｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ，ＣＡ）によって出版された、Ｃ．Ｂ．トースネス（Ｔｈｏｒｓｎｅｓｓ）ら、ＵＣＲＬ−ＩＤ １１９６８５による「パイロットスケール装置において高固形分スラリーを形成するための都市固体廃棄物の水熱処理（Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｓｏｌｉｄ Ｗａｓｔｅ ｔｏ Ｆｏｒｍ Ｈｉｇｈ Ｓｏｌｉｄｓ Ｓｌｕｒｒｉｅｓ ｉｎ ａ Ｐｉｌｏｔ Ｓｃａｌｅ Ｓｙｓｔｅｍ）」についての結果にしたがって既に示され、研究されている。さらには石炭水スラリーフィードの製造及び操作に関して出版された関連技術がある。例えばＺ．アクタス（Ａｋｔａｓ）ら、「燃料加工処理技術（Ｆｕｅｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」６２ ２０００ １−１５参照。ここで２つの主要プロセスの原則的反応、すなわち水素添加ガス化及び蒸気改質を示す。ＨＧＲの独立した反応は、次のように表示することができる：
【００３３】
Ｃ＋２Ｈ2→ＣＨ4 （１）
【００３４】
Ｃ＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2 （２）
【００３５】
ＣＯ2＋Ｈ2→ＣＯ＋Ｈ2Ｏ （３）
【００３６】
反応２及び３は吸熱的である。反応１は、反応２及び３のための反応熱を供給するのに十分なほど発熱的である。リアクターをその操作温度にするために、ＨＧＲのなんらかの予熱が必要とする。したがってＨＧＲは、反応がひとたび開始され、定常状態を達成したら、自立的になるよう意図される。
【００３７】
ＨＧＲプロセスの主要目的は、供給原料からのエネルギーガスＣＨ4およびＣＯへの炭素転化を最大限にすることである。このプロセスの後、ＳＰＲの中で過熱蒸気とＣＨ4およびＣＯとを反応させることによって水素が生成される。ＳＰＲにおいて、水素の半分が過熱蒸気から得られ、残りはＣＨ4から得られる。ＳＰＲにおける原則的な反応は、下記のものであると考えられる：
【００３８】
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2（４）
【００３９】
ＣＯ2＋Ｈ2→ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2（５）
【００４０】
蒸気改質反応（４及び５）は多くの場合、上に示されている化学量論に必要とされる以上の蒸気濃度で運転される。これは、コークス形成を避けるため、および転化効率を改良するために行われる。必要とされる蒸気濃度は通常、蒸気対炭素モル比（Ｓ：Ｃ）、すなわちＨＧＲ供給物中の１炭素原子あたりの水蒸気分子の比の形態で特定される。ＳＰＲ操作に対して好ましい（Ｓ：Ｃ）比は、３より大きい。この蒸気に富む条件は、水−ガス転換反応に有利である。この反応は、わずかに発熱性である（ΔＨ°＝−４１ｋＪ／モルＣＯ）；しかしながらこの反応は、追加の水素ガスを生成し、一酸化炭素を二酸化炭素に転化する。残念ながら、望ましくない追加の二次反応が発生することがある。すなわちメタン化反応であり、これは水素を消費する：
【００４１】
ＣＯ＋３Ｈ2→ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ（６）
【００４２】
２つの主要リアクターの後に結果として生じる流出物は、水素、一酸化炭素、および蒸気に富むガスの合成である。ＳＰＲにおいて生成された水素のほぼ半分が、回収されてＨＧＲに戻される。その結果、定常状態操作を維持するために、外部水素源は必要とされない。したがってＨＧＲおよびＳＰＲプロセスは、化学的に自立的であると考えることができる。その場合、残りの合成ガスは、燃料及びプロセス熱の生成のために利用可能である。
【００４３】
フィッシャー・トロプシュプロセスを用いる本発明は、ゼロ硫黄、極めて高いセタン価のディーゼル様燃料、及び有用なパラフィンワックス生成物を生成できる。硫黄がないことによって、汚染物質および粒子の発生が少ないディーゼル燃料が実現できる。
【００４４】
本発明はまた、副生成物源も提供する。１つの有用な副生成物は精製水であり、これはリサイクルされて、このプロセス中へのスラリー供給物を生じる。１９９８年の、題名が「フィッシャー・トロプシュ技術（Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」というレンテック（Ｒｅｎｔｅｃｈ）による報告書において（ｒｅｎｔｅｃｈｉｎｃ．ｃｏｍでのレンテックのウェブ公開物を参照）、レンテックは、鉄触媒を用いたフィッシャー・トロプシュプロセスが、フィッシャー・トロプシュ生成物１バレルあたり約７／１０バレルの水を生じると記載している。コバルト触媒のフィッシャー・トロプシュプロセスは、フィッシャー・トロプシュ生成物１バレルについて約１．１〜１．３バレルの水を生じるが、これは鉄よりも多量である。この水の一部分は、蒸気改質装置において蒸気を作るため、また全体のプロセスの合成ガスとフィッシャー・トロプシュ工程の両方における冷却のためにリサイクルすることができる。
【００４５】
フィッシャー・トロプシュ反応はまた、水素、ＣＯ、ＣＯ2、及び多少の軽質炭化水素ガスを含有する排ガスも生成する。水素は、この排ガスから除くことができ、ＨＧＲまたはフィッシャー−トロプシュリアクターのどちらかに戻すことができる。少量のあらゆるほかのガス、例えばＣＯおよびＣＯ2は、燃焼させてもよい。
【００４６】
フィッシャー・トロプシュの２つの主要生成物は、合成油および石油ワックスとみなすことができる。レンテックによれば、フィッシャー・トロプシュプロセスのこれらの特定の実施についての上記報告書において、固体ワックスミックス対液体比は、約５０／５０である。フィッシャー・トロプシュ生成物は、硫黄、窒素、ニッケル、バナジウム、アスファルテン、および典型的に原油中に見られる芳香族化合物をまったく含まない。これらの生成物はほぼ完全にパラフィン及びオレフィンであり、複合環状炭化水素または酸素化物をごくわずか含むか、またはまったく含まない。さもなければ、使用可能な最終生成物とするために、複合環状炭化水素または酸素化物のさらなる分離および／または加工処理が必要となるであろう。硫黄、窒素、及び芳香族化合物がないことは、有害な排出物を実質的に減少させる。
【００４７】
ディーゼル燃料についてのカリフォルニアの大気資源委員会（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ'ｓ Ａｉｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｂｏａｒｄ）（ＣＡＲＢ）規格は、最小セタン価４８および硫黄含量の削減を要求している。フィッシャー・トロプシュプロセスから生産されたシェル・ディーゼル燃料を用いた上記レンテックの研究は、セタン価７６を有する。車両タンク中に入れられたディーゼル燃料中の硫黄についてのＣＡＲＢ標準は、５００重量ｐｐｍであり、シェルのフィッシャー・トロプシュプロセスディーゼル燃料は、ｐｐｍ範囲内で検出可能な量を有していない。芳香族化合物含量についてのＣＡＲＢ標準は、１０容量％以下である（小規模精製所の場合２０％）。シェルのフィッシャー・トロプシュプロセスディーゼル燃料は、検出可能な芳香族化合物を有していなかった。
【００４８】
レンテックは、調査を通してさらに、このディーゼル燃料は、純度及びオレフィン生成物のためそれ以上の加工処理を必要としない場合があり、それはディーゼル原油よりもさらに有利でさえあることを確認した。フィッシャー・トロプシュディーゼルプロセスはクリーンであり、その生成物はディーゼル原油と比較した時、よりクリーンであり、より高いセタン価を有し、それ以上の加工処理をまず必要としない。
【００４９】
電力生産のためのガスタービン複合サイクルは、１つの選択肢である。フィッシャー・トロプシュ生成物が予想外にコスト高ならば、合成ガスエネルギーを電気エネルギーに転化する際の全体効率６５％を基にすれば、合成ガス発熱量の使用は実行可能な選択肢である。この数値は、パイプラインから天然ガスを取ることとは対照的に、合成ガスは高温から出発するので妥当である。
【００５０】
プロセスのモデル化は、ＣＯ及び化学量論的な水素を高収率で得ることを最大にした合成ガスを合理的に生産するために用いることができる。最初に、水素添加ガス化器、蒸気改質装置、およびフィッシャー−トロプシュリアクターの単位操作反応がモデル化される。これは、平衡モデル化を利用するＤＯＳ型のコンピュータプログラムであるスタンジャン（Ｓｔａｎｊａｎ）を用いて実施することができる。温度、圧力、もとの供給原料、および気体流量を変えることによって、コストおよび産出効果を基準にして、パラメーターの研究が実施された。水素添加ガス化器変数は、最大限の実質炭素転化効率を得るために修正された。蒸気改質装置の変数は、最大の実質ＣＯ産出、再利用のために十分な水素、及び最小限のＣＯ2生産のために修正された。この調査は様々なパラメーターに着目し、これによって２つの異なる値を１つの定数に対して変化させ、その結果３−Ｄパラメーター研究が行われたことになる。次のものは、スタンジャンプログラミングを用いた主反応のコンピュータモデリングからの結果を考察している。
【００５１】
図２に関して、ＨＧＲにおける供給原料中の炭素の転化効率に対する、水または蒸気及び水素比の変更の影響が、８００℃、３０ａｔｍにおいて示されている。ＨＧＲへの水素および水の投入が増加するにつれて、供給原料中の炭素の転化効率は、１００％に達するまで増加する。１００％転化効率区域に入る条件が、モデル化目標の１つを達成するので、これらの条件が用いられた。Ｈ2の再利用コストがかかるのを避けるために、ＨＧＲに戻され再利用される最小量のＨ2を選択しなければならない。図３は、８００℃、３０ａｔｍでのＨＧＲにおけるＨ2およびＨ2ＯのＣＨ4への影響を示している。図４は、８００℃、３０ａｔｍでのＨＧＲにおけるＨ2およびＨ2ＯのＣＯ2への影響を示している。高い量のＨ2および低い量のＨ2Ｏ投入では、ＣＯ2の量は低い。目的は、合成ガス中のＣＯ2の量を最小限にすることであるが、ＨＧＲにおいてＣＯ2を最小限にする必要はない。その理由は、フィッシャー・トロプシュディーゼルフラクションの最大化のために適切な比のＨ2及びＣＯを得るために、水−ガス−シフト反応を通してＳＰＲ反応においてＣＯ2が測定されているからである。図５は、８００℃、３０ａｔｍでＨＧＲにおけるＨ2およびＨ2ＯのＣＯへの影響を示している。
【００５２】
図６、７、８、及び９は、供給原料中のＣ１モルあたり２．７６モルのＨ2及び０．０６６モルのＨ2Ｏの供給での、ＨＧＲからの流出ガスの化学組成に対する温度および圧力の変更の影響を示している。ＨＧＲへのＨ2及びＨ2Ｏインプットのこれらの条件において、炭素転化効率は、化学平衡について８００〜１，０００℃の温度範囲、及び３０〜５０ａｔｍの圧力範囲で１００％近いと見積もられる。
【００５３】
図１０は、８００℃、３０ａｔｍでＳＰＲに添加された蒸気含量に対して、フィッシャー・トロプシュ燃料合成リアクターへの供給に利用可能なＨ2とＣＯの比を示している。この比は、ＳＰＲに添加された蒸気の量の増加とともに増加し、供給原料中のＣ１モルあたり添加された約３．９４モルの蒸気（または水）で２．１に達する。この蒸気添加量を用いて、この系は、化学的および熱的自立性を達成し、セタンのフィッシャー・トロプシュ合成に対して、Ｈ2及びＣＯの適切な比を与える。図１１は、８００℃、３０ａｔｍでＳＰＲに添加されたＨ2Ｏの効果を示している。図１２及び１３は、ＳＰＲにおけるＨ2とＣＯの比、及びＣＨ4の転化に対する温度及び圧力の影響を示している。より高温度及びより低圧力において、この比はより高い。Ｈ2とＣＯの比の傾向と同様に、ＣＨ4の転化は、温度増加及び圧力減少とともに増加する。したがってＳＰＲにおいて有利なのは、高温及び低圧である。
【００５４】
フィッシャー・トロプシュパラフィン系液体燃料の生成物は、広い範囲の炭素数を有する。上記レンテックの報告書によれば、これらの生成物の約半分がディーゼル燃料である。同様にこれらの生成物の約半分が、ワックスの形態にあり、少量のガス、例えば未反応反応体および炭化水素ガス（メタン、エタン、プロパン等）を伴う。本発明を例示するために、ディーゼル範囲の中位の位置にある（Ｃ11〜Ｃ20）セタンが、ディーゼル燃料として選択された。
【００５５】
原型的な炭質供給材料としての廃材（バイオマス）の水素添加ガス化転化の熱−化学および熱力学モデル化の結果を用いて、本発明を詳細に調べ、特徴を例証した。合成燃料の生産を行うために必要とされる熱−化学条件を見出すために、プロセスリアクターのこれらの一連の新規のシミュレーションが行われた。例えば合成ディーゼル燃料の生産において、これらの目標は、第一段階水素添加ガス化器の自立的操作を達成することであった。特定の実施形態において、これは、１，０００℃（断熱的である時は７３８℃）の平衡温度及び３０ａｔｍの圧力において、同様に１，０００℃（断熱的である時９００℃）及び３０ａｔｍの圧力で操作される第二段階蒸気改質リアクター中への総水素対炭素フィードモル比が少なくとも３．４８：１（断熱的である時１．６７：１）、水対炭素フィード比が少なくとも０．０７：１（断熱的である時０．４３）、水蒸気対炭素フィードモル比が少なくとも３．９１：１（断熱的である時１．６７：１）で実施され、第一段階水素添加ガス化リアクターの自立的操作のための生成物水素の量と、２００℃、１０ａｔｍの圧力で操作されている第三段階フィッシャー−トロプシュリアクターに供給する残留合成ガスストリーム中の少なくとも２．１：１の適切な水素対炭素モル比のための生成物水素の量とを同時に最適化する条件、及び従来の方法で操作されているＳＰＲおよびフィッシャー−トロプシュリアクターの前にある特別なＨＧＲ及びＳＰＲの組み合わせリアクターの断熱的自立操作のための条件が得られる。これらの操作は完全な熱および化学的ポテンシャルエネルギー支配の下で行われる。本発明者らは、触媒を適当に変化させて、より高い温度のフィッシャー−トロプシュリアクターは３５０℃までのより高品質の発熱をもたらし得ることを見いだした。
【００５６】
表１〜５は、転化プロセスの各操作モードについての各熱交換器及び電力変換構成要素中に入り、それから出るエネルギー移動総量率を示している。転化プロセスの５つの操作モードの各々についての質量流量、重量モル流量、熱エネルギー管理、水／蒸気、及び溶融塩概略図はまた、それぞれ図１４〜１８、１９〜２３、２４〜２８、２９〜３３、及び３４〜３８として示されている。表６及び７は、転化プロセスの５つの操作モードの各々についての性能調査の結果およびプロセス構成パラメーターを要約している。
【００５７】
本発明者らは記載されたプロセスの適切な動的性能は約７５０℃の温度で達成できることを見いだした。低い操作温度、約８００℃以下では、低温熱伝導流体、たとえば、溶融塩系または水−蒸気系を熱伝導に用いることができる。従って、低い操作温度での熱伝導のために水−蒸気熱伝導ループを溶融塩ループと置換することができる。
【００５８】
最初に上に記載された炭質材料供給プロセスは、水スラリー懸濁液原料供給技術を利用する。この技術はもともと、部分酸化ガス化器において使用するためにテキサコ（Ｔｅｘａｃｏ）によって開発され、多様な炭質材料を受入れることができ、制御されたポンプ汲み上げによって、第一段階水素ガス化リアクター（ＨＧＲ）に計量供給し、高い転化効率でメタンに富むガスを生成することができる（８５％以上の供給炭素化学使用効率を有すると測定された）。第二段階蒸気−メタン改質装置に補給されこれを作動するバイオマス−水スラリー供給物から、過熱蒸気を発生させるのに十分な熱を利用できる。改質装置生成物ガスは、水素膜フィルター中に供給され、このフィルターによって、ほぼ純粋な水素を第一段階リアクターに戻して、バイオマスの水素添加ガス化を維持することができる。残りの第二段階生成物ガスは、水素フィルターを通過せず、冷却されて、存在する水蒸気は凝縮し、スラリー炭質供給系にリサイクルされる。非濾過ガスは、燃料合成リアクターに供給される。これらのリアクターは、２００℃、１０ａｔｍで操作されるフィッシャー・トロプシュパラフィン炭化水素合成リアクターを含んでいる。プロセスのモデル化は、追加の燃料またはエネルギーを用いずに、化学的に純粋なクリーン燃焼（硫黄を含まない）ディーゼル様液体燃料及び高い価値の化学的に純粋なパラフィン様ワックスの生産を最適化するために、水素／炭素分子供給比が少なくとも２．１：１でなければならないことを明らかにしている。（図１４〜１８及び表１、６、７、または断熱第一段階リアクター操作については図３４〜３８、及び表５、６、７）。またはジメチルエーテル合成リアクターは、２００℃、７０ａｔｍで操作される。このリアクターは、約９２．４％ＤＭＥおよび７．１％メタノールを生成する。メタノールが燃焼されて、約３０ＭＷの電力、ならびに溶融塩および水／蒸気熱伝達ループとの熱交換（図１９〜２３、及び表２、６、７参照）、水素気体燃料合成（図２４〜２８、及び表３、６、７参照）、及び燃料合成を伴わないすべての電力生産（図２９〜３３、及び表４、６、７参照）のためのプロセス熱２０ＭＷが併給される。
【００５９】
電力の純生産が、このシミュレーションされたバイオマス水素添加ガス化プロセスプラントの５つの操作モード全部において可能である。これらのシミュレーションの結果が、表６及び７に要約されている。全体のエネルギー利用は、フィッシャー・トロプシュ合成の場合の５０．７％（断熱的である時７１．２％）から水素生成の場合の６７．２％になる。最適化された電力生産は、クリーン燃焼電力変換の場合、バイオマス供給原料において化学的ポテンシャルエネルギーの約３８．２％を利用する。一般にこのプロセスモードは、第一段階水素添加ガス化リアクターのための十分に純粋な水素ガスの分離後、合成ガス生産を分配するために適切な比例弁を用いて切り替えることができる。
【００６０】
図１に示されている全体的なモデル化の結果は、下記のように要約される。
【００６１】
１．ＨＧＲの最適条件：１，０００℃、３０ａｔｍでの操作；自立性を維持するために供給原料中のＣ１モルあたり２．７６モルのＨ2；供給原料中のＣ１モルあたり０．０６６モルのＨ2Ｏ。
【００６２】
２．ＳＰＲの最適条件：１，０００℃、３０ａｔｍでの操作；供給原料中のＣ１モルあたり４．０２２モルのＨ2Ｏ。
【００６３】
３．フィッシャー・トロプシュ生成物：供給原料１トンあたり０．１９９トンのワックス；供給原料１トンあたり６８．３ガロンのセタン（Ｃ16Ｈ34）ディーゼル。
【００６４】
本発明のもう一つ別の実施形態において、蒸気熱分解及び水素添加ガス化を炭質材料からエネルギーガスを発生させるために一段階に組み入れる方法が提供される。この方法は、水素及び蒸気の両方の存在下で炭質材料を同時に加熱することを含む。十分な温度及び圧力で、蒸気熱分解は炭質材料の水素添加ガス化を向上させることができる。
【００６５】
蒸気熱分解と水素添加ガスの組み合わせは、炭化水素ガスが植物材料、石炭および合成ポリマーなどの天然および合成炭質物質から、ならびにかかる天然および合成物質を含有するバイオマスおよび一般廃棄物などの炭質材料から製造する比率を向上させることができる。
【００６６】
蒸気熱分解と水素添加ガス化を一段階に組み合わせることにより、まず炭質材料を別の蒸気熱分解工程に付すことなく炭質材料を効率よくエネルギーガスに転化することができる。さらに詳細には、本発明によると、非熱分解炭質材料は蒸気発生装置を回避し、直接水素添加ガス化リアクターに行くことができ、ここで非熱分解炭質材料が、蒸気熱分解および水素添加ガス化の複合プロセスを受けることができる。炭質材料はスラリーとして調製することができ、これはスラリーの供給源をリアクターに連結する配管を通って水素添加ガス化リアクター中に供給される。蒸気は、蒸気発生装置からの配管を通ってリアクター中に供給することができ、水素を蒸気熱分解改質装置からの配管を通ってリアクター中に供給することができる。
【００６７】
以下の実施例は、木材（実施例１〜７）、合成ポリマー（実施例８〜１０）、および石炭（実施例１１）からのエネルギーガスの生産において蒸気熱分解および水素添加ガス化を組み合わせる方法を説明するものである。
【実施例１】
【００６８】
この実施例は、ガスの実時間解析を用いてミクロバッチリアクターにおいて蒸気熱分解および水素添加ガス化を行う方法を提供する。
松木材寝具のチップ材料を代表的な炭質材料として使用した。図３９に関して、松木材、水及びガスをリアクター容器６２に添加し、容器を溶融塩浴６４中に浸漬することにより直ちに所望の温度にした。容器をサンプルインジェクター６６ならびに熱分解及び水素添加ガス化により発生した様々なガス種の実時間解析のために残留ガス分析器６８と直接連結させた。ガス種における分圧を反応の過程にわたって測定した。
図４０は、実験結果の典型的なデータ記録ディスプレーを提供する。長時間にわたる分圧値を水素７０、メタン７２、一酸化炭素７４、及び二酸化炭素７６、ならびに他のガス種に関して示す。
実験の典型的なセットにおいて、蒸気熱分解と水素添加ガス化を組み合わせる方法を３種の他のタイプの熱分解法−ヘリウムガスを用いる乾式熱分解、水素ガスを用いる乾式熱分解、およびヘリウムガスを用いる蒸気熱分解と比較した。
松木材サンプルおよびヘリウムをリアクター容器に添加し、次いで加熱することにより、ヘリウムガスを用いる乾式熱分解法を行った。リアクター容器に水を添加しなかったが、松木材の不完全な乾燥のために松木材中に多少の水が存在する。ヘリウムは不活性ガスであるので、この方法は熱分解の結果としてのみ生成物を生成させることができると考えられる。
松木材サンプル及び水素をリアクター容器に添加し、次いで加熱することにより、水素ガスを使用する乾式熱分解法を行った。水を添加しなかった。水素ガスは不活性でないので、水素の存在下での松木材サンプルの乾式熱分解は、バイオマス分子中の要素との還元反応、ならびに加熱分解によりバイオマス分子を分解する熱分解作用を誘発する。
ヘリウムガスを用いた蒸気熱分解法はそれ自体蒸気熱分解法の代表例と見なされる。この方法は、松木材、水及びヘリウムをリアクター容器に添加し、次いで加熱することにより行った。
表８は、実施例において使用した松木材の分析結果であり、従来の研究において他者が使用した松木材と比較するものである。元素分析（または「極限値」分析）の値は、この実施例において使用した松木材が他者により研究されたものに匹敵することを示す。
【実施例２】
【００６９】
この実施例は、４種の熱分解法に付された松木材からのメタンガスおよび一酸化炭素の発生についての速度定数測定値を提供する。
各熱分解法は、実施例１において記載されているようにして行った。プロセス温度は約５８０〜６００℃（６００℃）、６７０〜６９０℃（６７０℃）、及び７７０〜７９０℃（７７０℃）であった。松木材サンプルの公称粒子サイズは約４２５ミクロン（直径０．４２５ｍｍ）未満であった。
図４１は、異なる温度でのメタンの発生についての１分あたりの速度定数（モル）を示す棒グラフである。各温度で、ヘリウムを使用する蒸気熱分解の場合の速度定数は、いずれの乾式熱分解法による場合の速度定数よりも大きい。たとえば、６７０℃での蒸気熱分解の場合の速度定数７８は、ヘリウムを使用する乾式熱分解の場合の速度定数８０及び水素を使用する乾式熱分解の場合の速度定数８２よりも大きい。さらに、６７０℃及び７７０℃のどちらでも、蒸気熱分解と水素添加ガス化の複合プロセスの場合の速度定数は、蒸気熱分解単独の場合の速度定数よりも大きかった。たとえば、７７０℃で、蒸気熱分解と水素添加ガス化の場合の速度定数８４は、蒸気熱分解の場合の速度定数８６の約２倍であった。
同様の結果は、様々な温度での一酸化炭素の発生についての速度定数を示す棒グラフである図４２において示される。さらに、各温度で、蒸気熱分解の場合の速度定数は、いずれの乾式プロセスの場合よりも大きい。また、７７０℃では、蒸気熱分解と水素添加ガス化の場合の速度定数は、蒸気熱分解単独についての速度定数よりも大きかった。
これらの結果は、蒸気熱分解単独、または水素添加ガス化との組み合わせは炭質材料からのメタンガス及び一酸化炭素の発生の速度の増大をもたらし、蒸気熱分解と水素添加ガス化プロセスの場合の発生速度は、蒸気熱分解単独のプロセスの場合の発生速度を超え得ることを示す。
【実施例３】
【００７０】
この実施例は、４種の熱分解プロセスに付された松木材についての炭素の炭素含有ガスへの合計転化率の測定値を提供する。
各熱分解プロセスは、実施例２において記載されるようにして行った。
図４３は異なる温度での炭素の炭素含有ガスへの転化率（％）を示す棒グラフである。各温度で、転化率（％）は蒸気熱分解については、いずれかの乾式プロセスについてよりも大きい。加えて、６７０℃及び７７０℃で、蒸気熱分解と水素添加ガス化の場合の転化率（％）は蒸気熱分解単独の場合の転化率（％）よりも大きかった。
これらのデータは蒸気熱分解単独、または水素添加ガス化との組み合わせは、炭素の炭素含有ガスへの合計転化率を向上させることができ、蒸気熱分解と水素添加ガス化による転化率は蒸気熱分解単独よりも大きいことを示す。さらに、蒸気熱分解と水素添加ガス化の利点は、温度の上昇にともなって向上させることができる。
【実施例４】
【００７１】
この実施例は、４種の熱分解プロセスの１つの付された松木材から発生するガス種の分析を提供する。
各熱分解反応は、約７７０℃のリアクター温度で実施例１においてと同様にして行われた。
図４４は、各熱分解プロセスについての発生炉ガス組成を示す棒グラフである。結果は、蒸気熱分解が炭素の酸化物からメタンが優勢である炭化水素ガスへ発生炉ガスが移行し得ることを示す。たとえば、ヘリウムを使用した乾式熱分解の場合には、一酸化炭素ガス組成８８は約６４％、二酸化炭素ガス組成９０は約１８％、炭素酸化物組成合計は約８２％であった。ヘリウムを使用した乾式熱分解の場合のメタンガス組成９２は、約１４％であった。蒸気熱分解の場合には、一酸化炭素ガス組成９４は約４５％、二酸化炭素ガス組成９６は約２６％、炭素酸化物組成合計は約７１％であり、一方、メタンガス組成９８は約２２％に上昇した。
加えて、蒸気熱分解と水素添加ガス化についてのメタン組成１００は蒸気熱分解単独についてのメタン組成９８よりも大きかった。この結果は、蒸気熱分解と水素添加ガス化のプロセスは蒸気熱分解単独よりも多い炭化水素ガスを提供し得ることを示す。
【実施例５】
【００７２】
この実施例は、４種の熱分解プロセスに付された松木材についてのエネルギーガスへの炭素の転化率の測定値を提供する。
各熱分解反応は実施例２に記載されたようにして行った。
図４５は、異なる温度でのエネルギーガスへの炭素転化率（％）を示す棒グラフを提供する。エネルギーガスは二酸化炭素および水蒸気以外の発生したすべてのガスを包含していた。炭素転化率（％）はいずれかの乾式熱分解プロセスについてよりも蒸気熱分解について大きかった。さらに、６７０℃及び７７０℃で、蒸気熱分解と水素添加ガス化についての炭素転化率（％）は蒸気熱分解単独についての炭素転化率（％）よりも大きかった。
これらの結果は、熱分解単独、または水素添加ガス化と組み合わせられた蒸気熱分解が、炭素のエネルギーガスへの合計転化率を向上させ得ることを示し、また、蒸気熱分解と水素添加ガス化による転化率が蒸気熱分解単独よりも大きいことを示す。加えて、蒸気熱分解と水素添加ガス化の蒸気熱分解単独に勝る利点が、温度の上昇に伴って向上する。
【実施例６】
【００７３】
この実施例は、ミクロバッチにおける様々な粒子サイズでの炭素転化率（％）を提供する。
水素を使用した乾式熱分解、及び水素添加ガス化と組み合わせた蒸気熱分解を実施例１においてと同様にして行った。温度範囲は６６０〜６８０℃であった。３種の公称粒子サイズ範囲は：約４２５ミクロン（直径０．４２５ｍｍ）未満；約４２５〜５００ミクロン（直径０．４２５〜０．５００ｍｍ）；及び約５００〜１０００ミクロン（直径０．５００〜１ｍｍ）と評価された。
図４６は、異なる粒子サイズの範囲での炭素転化率（％）を示す棒グラフである。４２５〜５００ミクロン粒子サイズにおける蒸気熱分解と水素添加ガス化の場合の炭素転化率（％）１０２は、５００〜１０００ミクロン粒子サイズにおける蒸気熱分解と水素添加ガス化の場合の炭素転化率（％）１０４と類似していた。この実験において、１０００ミクロン未満の粒子サイズは、使用された実験条件下でミクロバッチリアクター中の炭素転化率を向上させないようであった。
【実施例７】
【００７４】
この実施例は、様々なミクロバッチリアクター圧での松木材からのガス発生を示す。
水素添加ガス化と組み合わせた蒸気熱分解を約７７０〜７９０℃の温度範囲で実施例１においてと同様にして行い、公称松木材粒子は約４２５ミクロン未満、圧力は約１０バール（１３２ｐｓｉｇ）または３９バール（５６０ｐｉ）であった。
図４７は、２つの異なる圧力で発生した最も豊富なガス種のそれぞれについての発生炉ガス組成を示すグラフである。実施例４及び図６の結果と同様に、高圧での一酸化炭素及び二酸化炭素の合計ガス組成は低圧での炭素酸化物の合計ガス組成よりも少ない。さらに、メタン組成は高圧でより高い。これらの結果は、圧力の増大は、炭素酸化物を消費して、炭化水素ガスの方向に炭素の還元を推進することができることを示す。これにより、同時に炭素酸化物の生成を減少させつつ、メタンガスの発生を促進するプロセスを提供することができる。
【実施例８】
【００７５】
この実施例は、ポリウレタンフォーム材料を異なる温度及び圧力で蒸気熱分解および水素添加ガス化に用いた実験の結果を提供する。
蒸気熱分解と水素添加ガス化の組み合わせを実施例１と同様に、炭質材料として直径約０．５〜１ｍｍの粉砕されたポリウレタンフォーム材料を使用して行った。図４８は約６６０℃の温度、約１１．０バールの始動圧力、及び蒸気対サンプル質量比約０．５：１で行われた反応の結果を提供する。長時間にわたる分圧値を水素１０６、メタン１０８、一酸化炭素１１０、及び二酸化炭素１１２について示す。
図４９は、約６８０℃の温度、約１２．４バールの始動圧力、及び約１：１の蒸気対サンプル質量比で行われた反応の結果を提供する。長時間にわたる分圧値を水素１１４、メタン１１６、一酸化炭素１１８、及び二酸化炭素１２０について示す。
図５０は、約６８０℃の温度、約１９．３バールの始動圧力、及び約２：１の蒸気対サンプル質量比で行われた反応の結果を提供する。長時間にわたる分圧値をメタン１２２、Ｃ3Ｈ8１２４、一酸化炭素１２６、及び二酸化炭素１２８について示す。
【実施例９】
【００７６】
この実施例は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）材料を蒸気熱分解と水素添加ガス化に用いた実験の結果を提供する。
炭質材料として直径約０．５〜１ｍｍの粉砕されたＰＶＣ材料及び不活性ガスとしてヘリウムの代わりにアルゴンガスを使用して、蒸気熱分解を実施例１と同様にして行った。図５１は、約７２０℃の温度、約４１．４バールの始動圧力、及び約１：１の蒸気対サンプル質量比で行われた蒸気熱分解反応についての結果を提供する。長時間にわたる分圧値は水素１３０、メタン１３２、一酸化炭素１３４、二酸化炭素１３６、及びアルゴンガス１３８である。
蒸気熱分解と水素添加ガス化の組み合わせを実施例１と同様にして、約７００℃の温度、約３１．０バールの始動圧力、及び約１：１の蒸気対サンプル質量比で行った。図５２は反応の結果を提供する。長時間にわたる分圧値は水素１４０（Ｈ2／１０として示された値）、メタン１４２、Ｃ2Ｈ6１４４、一酸化炭素１４６、及び二酸化炭素１４８である。
【実施例１０】
【００７７】
この実施例は、ポリマータイヤゴム材料を蒸気熱分解と水素添加ガス化に用いた実験の結果を提供する。
炭質材料として直径約０．５〜１ｍｍの粉砕されたポリマータイヤゴム材料を用いてヘリウムガス中での蒸気熱分解を実施例１と同様にして行った。図５３は約７００℃の温度、約４５．５バールの始動圧力、及び約１：１の蒸気対ゴム質量比で行われた反応の結果を提供する。長時間にわたる分圧値は、水素１５０、メタン１５２、Ｃ2Ｈ6１５４、及びおよび一酸化炭素１５６である。
図５４は、約７００℃の温度、約４１．４バールの始動圧力、及び約１：１の蒸気対サンプル質量比で行われた蒸気熱分解と水素添加ガス化を組み合わせた反応の結果を提供する。長時間にわたる分圧値は、水素１５８、メタン１６０、及びＣ2Ｈ6１６２である。
実施例８〜１０において提示された実験から得られた定量データをポリウレタンフォーム（ＰＵＦ）、ポリ塩化ビニル、及びポリマータイヤゴム（ＴＲ）について表９にまとめる。この表は：ａ）使用されたプロセス、すなわち、水素添加ガス化（ＨＧＲ）及び／または蒸気熱分解（ＳＰＹ）；ｂ）蒸気対サンプル質量比；ｃ）溶融塩浴により維持されたバッチリアクター温度；ｄ）実験中に達成された最大内部バッチリアクター圧力；ｅ）その最大生成速度を達成するための主なガス生成物、メタンについての実験の最初からの時間（ｔ  ｍ  ｒａｔｅ）；ｆ）メタン生成の測定された最大速度（ｄ［ＣＨ４］／ｄｔ）（モル％／秒）；及びｇ）前記定義の値と蒸気熱分解無しの水素添加ガス化についての基準値との比について記載する。
ポリウレタンフォーム材料についての結果は、蒸気熱分解の使用はメタンの発生についての運動速度を向上させることができることを示す。これらの実験において、蒸気対サンプル質量比２について測定された最大の改善は、蒸気対サンプル質量比０．５について測定された速度よりも５．９倍速い。したがって、蒸気熱分解に使用される蒸気の量を増大させると、メタンの発生についての水素添加ガス化速度を向上させることができる。
ＰＶＣ材料についての結果を次に表９に示す。蒸気熱分解および水素添加ガス化によるメタン発生の測定された速度は、蒸気熱分解単独についてよりも３倍増大した。
最後に、ポリマータイヤゴム材料を試験した結果を記載する。蒸気熱分解と水素添加ガス化によるメタン発生の測定された速度は、蒸気熱分解単独についてよりも１．５倍増大した。
表９に記載した結果は、メタン発生速度の増大は、蒸気熱分解でプラスチック及びポリマーサンプルを同時に処理する場合に水素添加ガス化リアクター中で達成することができることを示す。
【実施例１１】
【００７８】
この実施例において、石炭を蒸気熱分解および水素添加ガス化に付した。
蒸気熱分解と水素添加ガス化を実施例１と同様にして、炭質材料として石炭を使用して行った。石炭組成は、約７４．９重量％炭素、４．９重量％水素、１．２重量％窒素、０．７重量％硫黄及び１１．９重量％無機物であった。石炭の近似分析は、２４．０重量％水分、１０．０重量％灰分、３５．２重量％揮発性物質、５２．４重量％固定［Ｃ］、及びメッシュ６０を示した。すべての実験についての公称出発条件は、サンプル質量約１００ｍｇ、塩浴設定温度約７００℃、ガス化剤充填圧力約２２℃で約６．０バールであった。
表１０は、水素ガスを使用した乾式熱分解（Ｄｒｙ  ＨＧＲ）、ヘリウムガスを使用した乾式熱分解（Ｄｒｙ  ｐｙｒｏ）、ヘリウムガスを使用した蒸気熱分解（ＳＰＹ）、及び複合蒸気熱分解および水素添加ガス化（ＨＧＲ＋ＳＰＹ）のプロセスについての結果を提供する。表は：ａ）使用したガス；ｂ）水対石炭サンプル質量比（［Ｈ２Ｏ］／［Ｃ］）；ｃ）測定されたメタン発生速度（ｄ［ＣＨ４］／ｄ）であって、リアクター中の絶対圧力における任意の変化について標準化されたもの；ｄ）相対メタン発生速度比（乾燥Ｈｅ［ＣＨ４］／ｄｔ）であって、ヘリウムガスを使用した乾式熱分解のメタン発生速度に標準化されたもの；及びｅ）相対メタン発生速度比（ｄｒｙ  Ｈ２［ＣＨ４］／ｄｔ）であって、水素ガスを使用した乾式熱分解のメタン発生速度に標準化したものを記載する。
結果は、蒸気熱分解と水素添加ガス化を組み合わせると、石炭中の揮発性物質からのメタンの発生を向上させることができることを示す。これらの実験において、ヘリウムガスの存在下での蒸気熱分解のメタン発生速度は、水が存在しない場合の速度よりも４２倍高かった。同様に、水素ガスを用いた乾式熱分解のメタン発生速度は、不活性ガス、ヘリウムを用いた乾式熱分解の速度よりも約４０％向上された。しかしながら、水素添加ガス化及び蒸気熱分解が組み合わせられた場合にメタン発生速度において有意な増加はなかった。たとえば、メタン発生速度は、水対石炭質量比が約１．５倍である場合は１０倍近く、また水対石炭質量比が３．０である場合、乾式水素添加速度の１００倍以上増加した。
これらの同じ結果を図５５において棒グラフの形態で図示し、ここにおいて、たとえば、ある棒グラフについて、水対石炭質量比１６４（左軸から読み取る）は同じ棒グラフのメタン発生速度１６６（右軸から読み取る）の上に表示される。
これらの結果は、石炭の蒸気熱分解と水素添加ガス化を組み合わせることにより、メタン発生速度を向上させることができることを示す。
本発明及びその利点が詳細に記載されているが、様々な変更、置換、及び改変が、添付されたクレームによって規定されている本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明においてなされ得ると理解すべきである。さらには本出願の範囲は、本明細書に記載されているプロセスおよび装置の特定の実施形態に限定されるものではない。当業者なら本発明の開示から容易に理解するように、本明細書に記載されている対応実施形態と実質的に同じ機能を果たすか、または実質的に同じ結果を達成する、現在存在するか、またはあとで開発されることになるプロセスおよび装置は、本発明にしたがって利用することができる。したがって添付クレームは、このようなプロセスおよび装置をその範囲内に包含するように意図されている。
【表１】
2008525532.tif 000003
【表２】
2008525532.tif 000004
【表３】
2008525532.tif 000005
【表４】
2008525532.tif 000006
【表５】
2008525532.tif 000007
【表６】
2008525532.tif 000008
2008525532.tif 000009
【表７】
2008525532.tif 000010
2008525532.tif 000011
【表８】
2008525532.tif 000012
注：
ｄａｆ：乾燥−無灰分ベース
参考文献
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２  Ｇａｒｃｉａ−Ｇａｒｃｉａら、  Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第８８巻、１号、２００３年５月、２７〜３２ページ
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７  Ｚｅｖｅｎｈｏｖｅｎら、  Ｆｕｅｌ、第８１巻、４号、２００２年３月、５０７〜５１ページ
８  本研究
【表９】
2008525532.tif 000013
【表１０】
2008525532.tif 000014
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一実施形態の全体的なモデルを示すフローチャートである。
【図２】ＨＰＲにおける８００℃、３０ａｔｍでのＨ2／ＣおよびＨ2Ｏ／Ｃ比に対する炭素転化のプロットを示すグラフである。
【図３】ＨＰＲにおける８００℃、３０ａｔｍでのＨ2／ＣおよびＨ2Ｏ／Ｃ比に対するＣＨ4／Ｃ供給比のプロットを示すグラフである。
【図４】ＨＰＲにおける８００℃、３０ａｔｍでのＨ2／ＣおよびＨ2Ｏ／Ｃ比に対するＣＯ2／Ｃ供給比のプロットを示すグラフである。
【図５】ＨＰＲにおける８００℃、３０ａｔｍでのＨ2／ＣおよびＨ2Ｏ／Ｃ比に対するＣＯ／Ｃ供給比のプロットを示すグラフである。
【図６】Ｃ１モルあたり２．６２９モルのＨ2および０．０６５７モルのＨ2Ｏの固定供給での、水素添加ガス化リアクター（ＨＧＲ）におけるＣＯ2／Ｈ比に対する温度および圧力条件の影響を示すグラフである。
【図７】Ｃ１モルあたり２．６２９モルのＨ2および０．０６５７モルのＨ2Ｏの固定供給での、ＨＧＲにおけるＣＨ4／Ｈ比に対する温度および圧力条件の影響を示すグラフである。
【図８】Ｃ１モルあたり２．６２９モルのＨ2および０．０６５７モルのＨ2Ｏの固定供給での、ＨＧＲにおけるＨ2／Ｃ比に対する温度および圧力条件の影響を示すグラフである。
【図９】Ｃ１モルあたり２．６２９モルのＨ2および０．０６５７モルのＨ2Ｏの固定供給での、ＨＧＲにおけるＣＯ／Ｈ比に対する温度および圧力条件の影響を示すグラフである。
【図１０】１，０００℃および３０ａｔｍにおいてＨＧＲへＨ2をリサイクルした後、正味のＨ2／ＣＯ比による蒸気改質装置（ＳＰＲ）の性能基準に対する投入Ｈ2Ｏ／Ｃ比の影響を示すグラフである。
【図１１】１，０００℃および３０ａｔｍにおいて、ＳＰＲ中のＳＰＲ生成物、ＣＯ、ＣＯ2、およびＣＨ4に対する投入Ｈ2Ｏ／Ｃ比の変更の影響を示すグラフである。
【図１２】ＳＰＲ中のＨ2／ＣＯ比（２．７６モルのＨ2Ｏ／ＳＰＲに添加されたＣのモル）に対する温度および圧力条件の影響を示すグラフである。
【図１３】ＳＰＲ中のＣＨ4／Ｃ比（２．７６モルのＨ2Ｏ／ＳＰＲに添加されたＣのモル）に対する温度および圧力条件の影響を示すグラフである。
【図１４】フィッシャー・トロプシュパラフィン燃料の生産のための、バイオマス水素添加ガス化の質量フロー図を示す図である。
【図１５】フィッシャー・トロプシュパラフィン燃料の生産のための、バイオマス水素添加ガス化のモルフロー図を示す図である。
【図１６】フィッシャー・トロプシュパラフィン燃料の生産のための、バイオマス水素添加ガス化の熱エネルギー管理図を示す図である。
【図１７】フィッシャー・トロプシュパラフィン燃料の生産のための、バイオマス水素添加ガス化の水／蒸気フロー図を示す図である。
【図１８】フィッシャー・トロプシュパラフィン燃料の生産のための、バイオマス水素添加ガス化の溶融塩フロー図を示す図である。
【図１９】ジメチルエーテルの生産のための、バイオマス水素添加ガス化の質量フロー図を示す図である。
【図２０】ジメチルエーテルの生産のための、バイオマス水素添加ガス化のモルフロー図を示す図である。
【図２１】ジメチルエーテルの生産のための、バイオマス水素添加ガス化の熱エネルギー管理図を示す図である。
【図２２】ジメチルエーテルの生産のための、バイオマス水素添加ガス化の水／蒸気フロー図を示す図である。
【図２３】ジメチルエーテルの生産のための、バイオマス水素添加ガス化の溶融塩フロー図を示す図である。
【図２４】気体水素燃料の生産のための、バイオマス水素添加ガス化の質量フロー図を示す図である。
【図２５】気体水素燃料の生産のための、バイオマス水素添加ガス化のモルフロー図を示す図である。
【図２６】気体水素燃料の生産のための、バイオマス水素添加ガス化の熱エネルギー管理図を示す図である。
【図２７】気体水素燃料の生産のための、バイオマス水素添加ガス化の水／蒸気フロー図を示す図である。
【図２８】気体水素燃料の生産のための、バイオマス水素添加ガス化の溶融塩フロー図を示す図である。
【図２９】電力生産のための、バイオマス水素添加ガス化の質量フロー図を示す図である。
【図３０】電力生産のための、バイオマス水素添加ガス化のモルフロー図を示す図である。
【図３１】電力生産のための、バイオマス水素添加ガス化の熱エネルギー管理図を示す図である。
【図３２】電力生産のための、バイオマス水素添加ガス化の水／蒸気フロー図を示す図である。
【図３３】電力生産のための、バイオマス水素添加ガス化の溶融塩フロー図を示す図である。
【図３４】断熱ＨＧＲおよび９：１の水供給を用いた、フィッシャー・トロプシュパラフィン燃料生産のためのバイオマス水素添加ガス化の質量フロー図である。
【図３５】断熱ＨＧＲおよび９：１の水供給を用いた、フィッシャー・トロプシュパラフィン燃料生産のためのバイオマス水素添加ガス化のモルフロー図である。
【図３６】断熱ＨＧＲおよび９：１の水供給を用いた、フィッシャー・トロプシュパラフィン燃料生産のためのバイオマス水素添加ガス化の熱エネルギー管理図である。
【図３７】断熱ＨＧＲおよび９：１の水供給を用いた、フィッシャー・トロプシュパラフィン燃料生産のためのバイオマス水素添加ガス化の水／蒸気フロー図である。
【図３８】断熱ＨＧＲおよび９：１の水供給を用いた、フィッシャー・トロプシュパラフィン燃料生産のためのバイオマス水素添加ガス化の溶融塩フロー図である。
【図３９】本発明のもう一つ別の実施形態における、残留ガス分析装置と連結された蒸気熱分解／水素添加ガス化ミクロバッチリアクターの溶融塩フロー図である。
【図４０】ミクロバッチリアクターにおいて生成したガス種のデータ記録ディスプレーである。
【図４１】松木材から発生するメタンガスの速度定数測定値のグラフである。
【図４２】松木材から発生する二酸化炭素ガスの速度定数測定値のグラフである。
【図４３】様々な温度での松木材の炭素転化率（％）を表すグラフである。
【図４４】松木材の７７０℃での発生炉ガス組成のグラフである。
【図４５】様々な温度での松木材のエネルギーガスへの炭素転化率を示すグラフである。
【図４６】様々な粒子サイズでの松木材の炭素転化率（％）のグラフである。
【図４７】様々なリアクター圧での松木材からのガス発生のグラフである。
【図４８】６６０℃でのポリウレタンフォーム材料から発生するガス種のデータ記録ディスプレーである。
【図４９】６８０℃および１２．４バールの始動圧力でポリウレタンフォーム材料から発生するガス種のデータ記録ディスプレーである。
【図５０】６８０℃および１９．３バールの始動圧力でポリウレタンフォーム材料から発生するガス種のデータ記録ディスプレーである。
【図５１】７２０℃でポリ塩化ビニル材料から発生するガス種のデータ記録ディスプレーである。
【図５２】７００℃でポリ塩化ビニル材料から発生するガス種のデータ記録ディスプレーである。
【図５３】７００℃および４５．５バールの始動圧力でポリマータイヤゴム材料から発生するガス種のデータ記録ディスプレーである。
【図５４】７００℃および４１．４バールの始動圧力でポリマータイヤゴム材料から発生するガス種のデータ記録ディスプレーである。
【図５５】異なる熱分解条件下でのメタン生成速度のグラフである。
【符号の説明】
【００８０】
１０  粉砕機
１１  供給物
１２  回収水
１４  タンク
１６  液体懸濁スラリー
１８  ポンプ
２０  蒸気発生装置
２２  蒸気分離器
２４  配管
２６  濃密スラリーペースト
２７  直接蒸気熱分解供給物（またはその配管）
２８  水素添加ガス化レアクター（ＨＧＲ）
３０  蒸気熱分解改質装置（ＳＰＲ）
３２  配管
３４  ヒーター
３６  配管
３８  配管
４０  熱交換器
４２  熱交換器
４４  凝縮水
４６  水素分離フィルター
４７  熱交換器及び液体水エキスパンダー
４８  タービン
４９  フィルター
５０  フィッシャー−トロプシュリアクター
５１  ＰＳＦ
５３  熱交換器
５４  エキスパンダー
５６  燃焼装置
５７  エアコンプレッサー
５８  熱交換器
６２  リアクター容器
６４  溶融塩浴
６６  サンプルインジェクター
６８  残留ガス分析装置
７０  水素
７２  メタン
７４  一酸化炭素
７６  二酸化炭素
７８  蒸気熱分解についての速度定数
８０  ヘリウムを使用する乾式熱分解の場合の速度定数
８２  水素を使用する乾式熱分解の場合の速度定数
８４  蒸気熱分解と水素添加ガス化の場合の速度定数
８８  ヘリウムを使用する乾式熱分解の場合の一酸化炭素ガス組成
９０  ヘリウムを使用する乾式熱分解の場合の二酸化炭素ガス組成
９２  ヘリウムを使用する乾式熱分解の場合のメタンガス組成
９４  蒸気熱分解の場合の一酸化炭素ガス組成
９６  蒸気熱分解の場合の二酸化炭素ガス組成
９８  蒸気熱分解単独の場合のメタンガス組成
１００  蒸気熱分解と水素添加ガス化の場合のメタンガス組成
１０２  ４２５〜５００ミクロン粒子サイズにおける蒸気熱分解と水素添加ガス化の場合の炭素転化率（％）
１０４  ５００〜１０００ミクロン粒子サイズにおける蒸気熱分解と水素添加ガス化の場合の炭素転化率
１０６  水素
１０８  メタン
１１０  一酸化炭素
１１２  二酸化炭素
１１４  水素
１１６  メタン
１１８  一酸化炭素
１２０  二酸化炭素
１２２  メタン
１２４  Ｃ3Ｈ8
１２６  一酸化炭素
１２８  二酸化炭素
１３０  水素
１３２  メタン
１３４  一酸化炭素
１３６  二酸化炭素
１３８  アルゴンガス
１４０  水素
１４２  メタン
１４４  Ｃ2Ｈ6
１４６  一酸化炭素
１４８  二酸化炭素
１５０  水素
１５２  メタン
１５４  Ｃ2Ｈ6
１５６  一酸化炭素
１５８  水素
１６０  メタン
１６２  Ｃ2Ｈ6
１６４  水対石炭質量比
１６６  メタン発生速度
【図１】
2008525532.tif 000015
【図２】
2008525532.tif 000016
【図３】
2008525532.tif 000017
【図４】
2008525532.tif 000018
【図５】
2008525532.tif 000019
【図６】
2008525532.tif 000020
【図７】
2008525532.tif 000021
【図８】
2008525532.tif 000022
【図９】
2008525532.tif 000023
【図１０】
2008525532.tif 000024
【図１１】
2008525532.tif 000025
【図１２】
2008525532.tif 000026
【図１３】
2008525532.tif 000027
【図１４】
2008525532.tif 000028
【図１５】
2008525532.tif 000029
【図１６】
2008525532.tif 000030
【図１７】
2008525532.tif 000031
【図１８】
2008525532.tif 000032
【図１９】
2008525532.tif 000033
【図２０】
2008525532.tif 000034
【図２１】
2008525532.tif 000035
【図２２】
2008525532.tif 000036
【図２３】
2008525532.tif 000037
【図２４】
2008525532.tif 000038
【図２５】
2008525532.tif 000039
【図２６】
2008525532.tif 000040
【図２７】
2008525532.tif 000041
【図２８】
2008525532.tif 000042
【図２９】
2008525532.tif 000043
【図３０】
2008525532.tif 000044
【図３１】
2008525532.tif 000045
【図３２】
2008525532.tif 000046
【図３３】
2008525532.tif 000047
【図３４】
2008525532.tif 000048
【図３５】
2008525532.tif 000049
【図３６】
2008525532.tif 000050
【図３７】
2008525532.tif 000051
【図３８】
2008525532.tif 000052
【図３９】
2008525532.tif 000053
【図４０】
2008525532.tif 000054
【図４１】
2008525532.tif 000055
【図４２】
2008525532.tif 000056
【図４３】
2008525532.tif 000057
【図４４】
2008525532.tif 000058
【図４５】
2008525532.tif 000059
【図４６】
2008525532.tif 000060
【図４７】
2008525532.tif 000061
【図４８】
2008525532.tif 000062
【図４９】
2008525532.tif 000063
【図５０】
2008525532.tif 000064
【図５１】
2008525532.tif 000065
【図５２】
2008525532.tif 000066
【図５３】
2008525532.tif 000067
【図５４】
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【図５５】
2008525532.tif 000069
【手続補正書】
【提出日】平成19年8月2日(2007.8.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭質材料をエネルギーガスに変換する方法であって、ａ）炭質材料を水に添加し、ｂ）前記炭質材料および前記水を水素の存在下で、メタンおよび一酸化炭素に富む発生炉ガスが発生するために十分な温度および圧力で加熱することを含む方法。
【請求項２】
工程ｂ）における前記温度が約５８０℃〜７９０℃である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程ｂ）における前記圧力が約１３２ｐｓｉ〜５６０ｐｓｉである請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記炭質材料が直径約１ｍｍの公称粒子サイズを有する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記炭質材料が一般廃棄物、バイオマス、木材、石炭、あるいは天然または合成ポリマーを含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記炭質材料がバイオマスを含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記炭質材料が、木材あるいは天然または合成ポリマーを含む一般廃棄物を含む請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記炭質材料が、木材あるいは天然または合成ポリマーを含む請求項５に記載の方法
【請求項９】
合成ガスを生成させる方法であって：
ａ）炭質材料を水に添加し；
ｂ）前記炭質材料および前記水を、水素の存在下で、メタンおよび一酸化炭素に富む発生炉ガスが発生するために十分な温度および圧力で加熱し；
ｃ）水素および一酸化炭素を含む合成ガスが発生する条件下で前記メタンおよび一酸化炭素に富む発生炉ガスを水蒸気改質反応に付すことを含む方法。
【請求項１０】
前記炭質材料が非熱分解炭質材料である請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記炭質材料が、一般廃棄物、バイオマス、木材、石炭、あるいは天然または合成ポリマーを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記炭質材料がバイオマスを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記炭質材料が、木材あるいは天然または合成ポリマーを含む一般廃棄物を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記炭質材料が木材あるいは天然または合成ポリマーを含む合成ガスを生成させ、水素及び一酸化炭素を含む合成ガスが発生する条件下で、前記メタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスを水蒸気改質反応に付すことからなる請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
液体燃料を製造する方法であって：
水素及び一酸化炭素を含む合成ガスが発生する条件下で、前記メタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスを水蒸気改質反応に付し；及び
液体燃料が製造される条件下で、前記合成ガスをフィッシャー・トロプシュ反応に付すことを含む液体燃料を製造する請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記炭質材料が非熱分解炭質材料である請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記炭質材料が、一般廃棄物、バイオマス、木材、石炭、あるいは天然または合成ポリマーを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記炭質材料がバイオマスを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記炭質材料が、木材あるいは天然または合成ポリマーを含む一般廃棄物を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
気体燃料として、または液体燃料を製造するためのフィッシャー−トロプシュリアクター中へのフィードとして、使用する合成ガスを製造する方法であって：
前記炭質材料を前記水に添加して前記炭質材料のスラリーを生成させ、内部供給源からの前記水素、及び前記スラリーを、メタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスが発生する条件下で水素添加ガス化リアクター中に供給し；
前記水素添加ガス化リアクターからの前記メタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスを水蒸気メタン改質装置中に、水素及び一酸化炭素を含む合成ガスが発生する条件下で供給し；
前記水蒸気メタン改質装置により発生した前記水素の一部を、内部供給源からの上記の水素として前記水素添加ガス化リアクター中に供給し；及び
プロセス加熱のために、または電気を発生させるエンジンの燃料として蒸気メタン改質装置により発生した前記合成ガスを利用するか、または液体燃料が製造される条件下で前記合成ガスを前記フィッシャー−トロプシュリアクター中に供給するかのいずれかを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記非熱分解炭質材料を水中で粉砕することにより前記スラリーが形成される請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記炭質材料が、一般廃棄物、バイオマス、木材、石炭、あるいは天然または合成ポリマーを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記炭質材料がバイオマスを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記炭質材料が、木材あるいは天然または合成ポリマーを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
上記水蒸気メタン改質装置により発生した合成ガスが、液体燃料が製造される条件下でフィッシャー−トロプシュリアクター中に供給される請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記条件ならびに前記フィッシャー−トロプシュリアクター中の水素および一酸化炭素の相対量が、前記液体燃料が発熱的に製造されるようなものである請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記水素添加ガス化リアクターおよび前記フィッシャー−トロプシュリアクターの一方または両方からの発熱を前記水蒸気メタン改質装置に移すことを含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記水素添加ガス化リアクターおよびフィッシャー−トロプシュリアクターからの発熱を前記水蒸気メタン改質装置に移すことを含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
上記の発熱を移すために溶融塩ループまたは水−蒸気ループが使用される請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記フィッシャー−トロプシュリアクター中に供給される水素および一酸化炭素の相対量が、上記の液体燃料が実質的にセタンであるようなものである請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
液体燃料を製造する自立的な製造方法であって：
前記炭質材料を水に添加して、炭質材料のスラリーを形成し；
内部供給源からの前記水素、及び前記スラリーを水素添加ガス化リアクター中に、メタン及び一酸化炭素に富むガスが超大気圧下で発熱的に発生するような量及び条件下で供給し；
水素添加ガス化リアクターからの前記メタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスを、前記水素及び一酸化炭素を含む合成ガスが発生するような条件下で水蒸気メタン改質装置中に供給し；
水素精製フィルターを通して、前記水蒸気メタン改質装置により発生した水素の一部を、これから得られる前記水素が内部供給源からの上記の水素を構成する前記水素添加ガス化リアクター中に供給し；
前記蒸気メタン改質装置により発生した前記合成ガスの残りを前記フィッシャー−トロプシュリアクター中に、液体燃料が発熱的に製造される条件下で供給し；
前記水素添加ガス化リアクター及びフィッシャー−トロプシュリアクターからの発熱を前記水蒸気メタン改質装置に移すことを含み、これにより実質的に自立的であるクレーム１に記載の製造方法。
【請求項３２】
上記の発熱を移すために溶融塩ループまたは水−蒸気ループが使用される請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
上記の炭質材料が、一般廃棄物、バイオマス、木材、石炭、あるいは天然または合成ポリマーを含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記炭質材料がバイオマスを含む請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記炭質材料が、木材あるいは天然または合成ポリマーを含む一般廃棄物を含む請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
気体燃料として、または液体燃料を製造するためのフィッシャー−トロプシュリアクター中へのフィードとして使用される合成ガスを製造する装置であって、
炭質材料及び水の供給源；
水素添加ガス化リアクター；及び
水蒸気熱分解改質装置；
炭質材料及び水を供給して、メタン及び一酸化炭素を発生させるための、前記水素添加ガス化リアクターに炭質材料及び水の上記の供給源を連結させる配管；
水素及び一酸化炭素を含む合成ガスを発生させるために、前記水素添加ガス化リアクターにおいて発生したメタンに富む発生炉ガスを前記水蒸気熱分解改質装置に供給するための、前記蒸気熱分解改質装置に前記水素添加ガス化リアクターを連結させる配管；
前記水蒸気熱分解改質装置により発生した水素の一部を前記水素添加ガス化リアクター中に供給するための、前記水素添加ガス化リアクターに前記水蒸気熱分解改質装置を連結させる配管；及び
フィッシャー−トロプシュリアクター、ならびに前記水蒸気熱分解改質装置により発生した前記合成ガスの残りを前記フィッシャー−トロプシュリアクター中に供給して、液体燃料を製造するための、前記フィッシャー−トロプシュリアクターに水蒸気熱分解改質装置を連結させる配管;
前記水素添加ガス化リアクター及びフィッシャー−トロプシュリアクターの一方または両方からの熱を前記水蒸気発生装置及び前記水蒸気熱分解改質装置の一方または両方に移すための水−蒸気ループを含む装置。
【請求項３７】
実質的に自立的な方法において液体燃料を製造するための装置であって：
水素精製フィルター；
フィッシャー−トロプシュリアクター；
前記炭質材料の粒子を形成するための粉砕器；
前記炭質粒子のスラリーを形成するための前記粒子及び水の容器；及び
前記スラリーを加熱し、過熱された蒸気での熱分解により炭素を活性化させるための水蒸気発生装置を含む請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
装置であって：
過熱された水蒸気を提供するための水蒸気発生装置；
炭質材料及び水を供給して、水素及び過熱された水蒸気の存在下でメタン及び一酸化炭素を発生させるための、前記水素添加ガス化リアクターに炭質材料及び水の上記の供給源を連結させる配管；
水素及び一酸化炭素を含む合成ガスを発生させるために、前記水素添加ガス化リアクターにおいて発生したメタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスを前記水蒸気熱分解装置に供給するための、前記水蒸気熱分解改質装置に前記水素添加ガス化リアクターを連結させる配管；
前記水蒸気熱分解改質装置により発生した水素の一部を水素添加ガス化リアクター中に供給するための、前記水素添加ガス化リアクターに前記水蒸気熱分解改質装置を連結させる配管；
過熱された水蒸気を供給するための、前記水素添加ガス化リアクターに前記水蒸気発生装置を連結させる配管；及び
前記メタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスと反応させるために過熱された水蒸気を供給するための、前記水蒸気熱分解改質装置に前記水蒸気発生装置を連結させる配管をさらに含む請求項３６に記載の装置。
【請求項３９】
フィッシャー−トロプシュリアクター、ならびに水蒸気熱分解改質装置により発生した前記合成ガスの残りを前記フィッシャー−トロプシュリアクターに供給して、液体燃料を製造するために、前記水蒸気熱分解改質装置を前記フィッシャー−トロプシュリアクターに連結する配管を含む請求項に３８記載の装置。
【請求項４０】
前記水素添加ガス化リアクター及びフィッシャー−トロプシュリアクターの一方または両方からの熱を前記水蒸気発生装置及び前記水蒸気熱分解改質装置の一方または両方に移すための溶融塩ループまたは水−蒸気ループを含む請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
前記水素添加ガス化リアクター及びフィッシャー−トロプシュリアクターからの熱を前記水蒸気発生装置及び前記水蒸気熱分解改質装置に移すための溶融塩または水−蒸気ループを含む請求項３９に記載の装置。
【請求項４２】
実質的に自立的方法において液体燃料を製造するための装置であって：
水素精製フィルター；
フィッシャー−トロプシュリアクター；
前記炭質材料の粒子を形成するための粉砕器；
前記炭質粒子のスラリーを形成するための前記粒子及び水の容器；
加熱された水蒸気を提供するための水蒸気発生装置；
前記スラリーを供給して、水素及び過熱された水蒸気の存在下でメタン及び一酸化炭素を発生させるための、前記水素添加ガス化リアクターに前記容器を連結させる配管；
過熱された水蒸気を供給するための、前記水素添加ガス化リアクターに前記水蒸気発生装置を連結させる配管；
水素及び一酸化炭素を含む合成ガスを形成するために、前記水素添加ガス化リアクターにおいて発生したメタン及び一酸化炭素に富む発生炉ガスを前記水蒸気熱分解改質装置に供給するための、前記水蒸気熱分解改質装置に前記水素添加ガス化リアクターを連結させる配管；
前記水蒸気熱分解改質装置により発生した水素の一部を前記水素添加ガス化リアクター中に供給するための、前記水素精製フィルターを介して前記水素添加ガス化リアクターに前記水蒸気熱分解改質装置を連結させる配管；及び
前記水蒸気熱分解改質装置により発生した合成ガスの残りを前記フィッシャー−トロプシュリアクター中に供給して液体燃料を製造するために、前記フィッシャー−トロプシュリアクターに前記水蒸気熱分解改質装置を連結させる配管を含む請求項３６に記載の装置。
【請求項４３】
前記水素添加ガス化リアクター及びフィッシャー−トロプシュリアクターの一方または両方からの熱を前記水蒸気発生装置及び水蒸気熱分解改質装置の一方または両方に移すための溶融塩ループまたは水−蒸気ループを含む請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
前記水素添加ガス化リアクター及びフィッシャー−トロプシュリアクターからの熱を前記蒸気発生装置及び前記水蒸気熱分解改質装置に移すための溶融塩ループまたは水−蒸気ループを含む請求項４２に記載の装置。
【請求項４５】
工程ａ）が、水蒸気発生装置からの過熱された蒸気を前記水素添加ガス化リアクター中に供給することをさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項４６】
前記水素添加ガス化リアクターおよびフィッシャー−トロプシュリアクターの一方または両方からの発熱を前記水蒸気発生装置に移すことをさらに含む請求項４５に記載の方法。