(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の改質用供給物を水蒸気改質してＨ２及びＣＯを含む水蒸気改質生成物を産生すること（「水蒸気改質ステップ」）と、
任意で、前記水蒸気改質生成物を含む第２の改質用供給物を第２の改質ステップに供してＨ２及びＣＯを含む第２の改質生成物を産生することと、
前記Ｈ２及びＣＯを合成触媒と接触させて合成生成物及びテールガスを産生すること（「接触ステップ」）と
を含み、
前記合成生成物は、Ｃ１〜Ｃ１００の炭化水素、Ｃ１〜Ｃ１００の酸素含有炭化水素、またはこれらの組み合わせから選択される、１つ以上の化合物を含み、
前記第１の改質用供給物は、ＣＨ４を含み、
前記第１及び／または第２の改質用供給物は、
前記水蒸気改質生成物及び／もしくは前記第２の改質生成物から分離されたＣＯ２、
前記テールガスから分離されたＣＯ２、または
ＣＯ２及びＨ２を含む水性ガスシフト（「ＷＧＳ」）生成物を形成するＷＧＳ反応に前記テールガスの少なくとも一部分を供することによって形成されたＣＯ２
のうちの１つ以上を含み、
前記水蒸気改質ステップのための熱は、燃焼及び任意で部分酸化によって提供され、
燃焼及び任意の部分酸化は、Ｈ２を含む燃焼ガスをイオン輸送膜の透過表面上に流しかつＯ２含有ガスをイオン輸送膜の保持表面上に流して燃焼ガスを反応させ、熱を発生させ、かつＨ２Ｏを含む排ガスを産生すること（「燃焼ステップ」）を含む、方法。
【請求項２】
前記燃焼ガスは、
前記水蒸気改質生成物及び／もしくは前記第２の改質生成物から分離されたＨ２、
前記テールガスから分離されたＨ２、または
前記テールガスの少なくとも一部分を前記ＷＧＳ反応に供することによって形成されたＨ２
のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の改質用供給物が前記排ガスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記水蒸気改質生成物からのＨ２Ｏの一部分、前記第２の改質生成物からのＨ２Ｏの一部分、前記接触ステップで産生されたＨ２Ｏの一部分、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせが、ＷＧＳ反応における反応物として包含される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記合成触媒は、フィッシャートロプシュ触媒、メタノール製造触媒、高級アルコール合成触媒、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記接触ステップに供給されるＨ２対ＣＯの初期モル比が約０．５：１〜約４：１の範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記燃焼ガスは、
前記水蒸気改質生成物及び／もしくは前記第２の改質生成物から分離されたＣＯ２、
前記テールガスから分離されたＣＯ２、または
前記テールガスの少なくとも一部分をＷＧＳ反応に供することによって形成されたＣＯ２
のうちの少なくとも１つを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記合成生成物を、水素化分解触媒、水素化処理触媒、炭化水素酸化触媒、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせと接触させることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記水蒸気改質生成物を、部分酸化処理、自熱改質処理、ＣＯ２改質処理、石炭ガス化処理、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせの生成物と組み合わせて、組み合わせ供給物を産生することと、
前記組み合わせ供給物を前記合成触媒と接触させて、前記合成生成物を産生することと
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記水蒸気改質生成物を前記第２の改質ステップに供して、Ｈ２及びＣＯを含む前記第２の改質生成物を産生することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の改質ステップは、部分酸化、自熱改質、ＣＯ２改質、水蒸気改質、逆水性ガスシフト、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも前記第２の改質用供給物は、
前記水蒸気改質生成物及び／もしくは前記第２の改質生成物から分離されたＣＯ２、
前記テールガスから分離されたＣＯ２、または
前記テールガスの少なくとも一部分を前記ＷＧＳ反応に供することによって形成されたＣＯ２
のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも前記第２の改質用供給物は、
水蒸気改質生成物及び／もしくは第２の改質生成物から分離されたＨ２、または
前記テールガスの少なくとも一部分を前記ＷＧＳ反応に供することによって形成されたＨ２
のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の改質ステップは前記燃焼ステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記燃焼ステップが燃焼区域内で生じ、その後、前記第２の改質ステップが改質区域内で生じる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の改質ステップは、前記燃焼ステップを含む自熱改質ステップであり、
前記第２の改質用供給物は、前記燃焼ガスを含み、
自熱改質イオン輸送膜（ＡＴＲ−ＩＴＭ）は、前記燃焼ステップの前記イオン輸送膜を含み、
前記第２の改質生成物は、前記排ガスを含み、
前記第１の改質用供給物及び第２の改質用供給物は、前記排ガスを含まない、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記自熱改質は、前記ＡＴＲ−ＩＴＭの透過表面上に前記第２の改質用供給物を流しかつ前記ＡＴＲ−ＩＴＭの保持表面上に前記Ｏ２含有ガスを流して前記第２の改質生成物を産生することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＷＧＳ生成物の一部分を前記第１の改質用供給物、前記第２の改質用供給物、またはその両方に含めることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記接触ステップは、
前記合成触媒を含むマイクロチャネル反応器を通して前記Ｈ２及びＣＯを流して、前記合成生成物を産生すること
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記マイクロチャネル反応器は、熱交換マイクロチャネルと熱的連通している少なくとも１つの処理マイクロチャネルを備え、前記合成触媒が前記処理マイクロチャネル内に配置される、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本明細書は、２０１５年５月１日に出願の米国特許仮出願第６２／１５５，９９５号の優先権を主張し、その内容全体は、あらゆる目的で参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
分野
本技術は、統合ＧＴＬ（ｇａｓ−ｔｏ−ｌｉｑｕｉｄｓ）設備で使用するための改質及び合成方法に関する。より具体的には、本技術は、水蒸気改質とその後の合成生成物産生（ここで、本方法の下流の二酸化炭素及び／または水素が再生利用されて、合成生成物を生成する）とを伴う方法に一部関する。本技術は、また、イオン輸送膜の存在下でウイルス鋳型カップリング触媒を伴うエチレン形成方法にも、一部関する。
【発明の概要】
【０００３】
本技術は、改質及び／または合成方法の下流のＣＯ２を管理するのみでなく、有用な生成物を有利に産生するために、及び／または他の方法を促進するために、このＣＯ２を供給源として使用する方法も提供する。改質及び／または合成方法の下流のＨ２が改質されてもよい。加えて、本技術は、任意で、現在開示されている方法において有用な生成物の産生を促進するために、改質方法の下流のＨ２Ｏ及び／または合成反応の下流のＨ２Ｏを使用することが可能になる。
【０００４】
一態様においては、本技術は、第１の改質用供給物を水蒸気改質してＨ２及びＣＯを含む水蒸気改質生成物を産生することと、任意で、水蒸気改質生成物を含む第２の改質用供給物を第２の改質ステップに供してＨ２及びＣＯを含む第２の水蒸気改質生成物を提供することと、Ｈ２及びＣＯを合成触媒と接触させて合成生成物及びテールガスを産生することと、を伴う、水蒸気改質方法を提供する。合成生成物は、Ｃ１〜Ｃ１００の炭化水素、Ｃ１〜Ｃ１００の酸素含有炭化水素、またはこれらの組み合わせから選択される、１つ以上の化合物を含み、テールガスは、ＣＯ２を含む。本開示の水蒸気改質方法においては、水蒸気改質ステップのための熱は、燃焼によってもたらされる。こうした燃焼は、燃焼ガス（Ｈ２を含む）をイオン輸送膜の透過表面上に流しかつＯ２含有ガスをイオン輸送膜の保持表面上に流して燃焼ガスを反応させ、熱を発生させ、かつ排ガスを産生することと、を伴う。
【０００５】
特に、水蒸気改質方法においては、第１の改質用供給物はＣＨ４を含み、第１及び／または第２の改質用供給物は、
（１）水蒸気改質生成物及び／もしくは第２の改質生成物から分離されたＣＯ２、
（２）テールガスから分離されたＣＯ２、または
（３）ＣＯ２及びＨ２を含む水性ガスシフト（「ＷＧＳ」）生成物を形成するＷＧＳ反応にテールガスの少なくとも一部分を供することによって形成されたＣＯ２
のうちの１つ以上を含む。
【０００６】
関連態様においては、本技術は、イオン輸送膜の透過側に配置されたウイルス鋳型カップリング触媒上に反応供給物（メタンを含む）を流しかつイオン輸送膜の保持側上にＯ２含有ガスを流すことによってエチレンを形成することを伴い、イオン輸送膜の保持側上にＯ２含有ガスを流すことにより、Ｏ２枯渇ガスを産生する。こうした方法の実施形態のいずれにおいても、これは、エチレンを含むエチレン形成生成物を産生する方法であってもよい。こうした実施形態においては、エチレン形成生成物を分離させて、エチレン及びエチレン形成テールガス（「ＥＦテールガス」）がもたらされてもよい。ＥＦテールガスは、本技術の水蒸気改質方法のＷＧＳ反応に向けられてもよい。エチレンの形成を伴う方法の実施形態のいずれにおいても、エチレンの形成により、本技術の水蒸気改質方法の水蒸気改質ステップに熱がもたらされることもある。
[本発明1001]
第１の改質用供給物を水蒸気改質してＨ２及びＣＯを含む水蒸気改質生成物を産生すること（「水蒸気改質ステップ」）と、
任意で、前記水蒸気改質生成物を含む第２の改質用供給物を第２の改質ステップに供してＨ２及びＣＯを含む第２の改質生成物を産生することと、
Ｈ２及びＣＯを合成触媒と接触させて合成生成物及びテールガスを産生すること（「接触ステップ」）と
を含み、
前記合成生成物は、Ｃ１〜Ｃ１００の炭化水素、Ｃ１〜Ｃ１００の酸素含有炭化水素、またはこれらの組み合わせから選択される、１つ以上の化合物を含み、
前記第１の改質用供給物は、ＣＨ４を含み、
前記第１及び／または第２の改質用供給物は、
前記水蒸気改質生成物及び／もしくは前記第２の改質生成物から分離されたＣＯ２、
前記テールガスから分離されたＣＯ２、または
ＣＯ２及びＨ２を含む水性ガスシフト（「ＷＧＳ」）生成物を形成するＷＧＳ反応に前記テールガスの少なくとも一部分を供することによって形成されたＣＯ２
のうちの１つ以上を含み、
前記水蒸気改質ステップのための熱は、燃焼及び任意で部分酸化によって提供され、
燃焼及び任意の部分酸化は、Ｈ２を含む燃焼ガスをイオン輸送膜の透過表面上に流しかつＯ２含有ガスをイオン輸送膜の保持表面上に流して燃焼ガスを反応させ、熱を発生させ、かつＨ２Ｏを含む排ガスを産生すること（「燃焼ステップ」）を含む、方法。
[本発明1002]
前記燃焼ガスは、
前記水蒸気改質生成物及び／もしくは前記第２の改質生成物から分離されたＨ２、
前記テールガスから分離されたＨ２、または
前記テールガスの少なくとも一部分を前記ＷＧＳ反応に供することによって形成されたＨ２
のうちの１つ以上を含む、本発明1001の方法。
[本発明1003]
前記燃焼ステップが、燃焼触媒の存在下で実施される、本発明1001の方法。
[本発明1004]
前記第１の改質用供給物が前記排ガスを含む、本発明1001の方法。
[本発明1005]
前記第２の改質用供給物が前記排ガスを含む、本発明1001の方法。
[本発明1006]
前記燃焼ステップにおいて前記保持表面上に前記Ｏ２含有ガスを流すことにより、Ｏ２枯渇ガスを産生する、本発明1001の方法。
[本発明1007]
前記接触ステップにより、前記合成生成物、前記テールガス、及びＨ２Ｏを産生する、本発明1001の方法。
[本発明1008]
前記接触ステップで産生されたＨ２Ｏを前記合成生成物及び前記テールガスから分離させる、本発明1007の方法。
[本発明1009]
前記ＷＧＳ反応は、前記水蒸気改質生成物からのＨ２Ｏの一部分、前記第２の改質生成物からのＨ２Ｏの一部分、前記接触ステップで産生されたＨ２Ｏの一部分、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを含む、本発明1001の方法。
[本発明1010]
前記合成触媒は、フィッシャートロプシュ触媒、メタノール製造触媒、高級アルコール合成触媒、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを含む、本発明1001の方法。
[本発明1011]
前記接触ステップに供給されるＨ２対ＣＯの初期モル比が約０．５：１〜約４：１の範囲である、本発明1001の方法。
[本発明1012]
前記燃焼ガスは、
前記水蒸気改質生成物及び／もしくは前記第２の改質生成物から分離されたＣＯ２、
前記テールガスから分離されたＣＯ２、または
前記テールガスの少なくとも一部分をＷＧＳ反応に供することによって形成されたＣＯ２
のうちの少なくとも１つを更に含む、本発明1001〜1011のいずれかの方法。
[本発明1013]
前記合成生成物を、水素化分解触媒、水素化処理触媒、炭化水素酸化触媒、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせと接触させることを更に含む、本発明1001の方法。
[本発明1014]
前記水蒸気改質生成物を、部分酸化処理、自熱改質処理、ＣＯ２改質処理、石炭ガス化処理、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせの生成物と組み合わせて、組み合わせ供給物を産生することと、
前記組み合わせ供給物を前記合成触媒と接触させて、前記合成生成物を産生することと
を更に含む、本発明1001の方法。
[本発明1015]
前記水蒸気改質生成物を前記第２の改質ステップに供して、Ｈ２及びＣＯを含む前記第２の改質生成物を産生することを含む、本発明1001の方法。
[本発明1016]
前記第２の改質ステップは、部分酸化、自熱改質、ＣＯ２改質、水蒸気改質、逆水性ガスシフト、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを含む、本発明1015の方法。
[本発明1017]
少なくとも前記第２の改質用供給物は、
前記水蒸気改質生成物及び／もしくは前記第２の改質生成物から分離されたＣＯ２、
前記テールガスから分離されたＣＯ２、または
前記テールガスの少なくとも一部分を前記ＷＧＳ反応に供することによって形成されたＣＯ２
のうちの１つ以上を含む、本発明1001の方法。
[本発明1018]
少なくとも前記第２の改質用供給物は、
水蒸気改質生成物及び／もしくは第２の改質生成物から分離されたＨ２、または
前記テールガスの少なくとも一部分を前記ＷＧＳ反応に供することによって形成されたＨ２
のうちの１つ以上を含む、本発明1001の方法。
[本発明1019]
前記第２の改質ステップは前記燃焼ステップを含む、本発明1001〜1003及び1006〜1018のいずれかの方法。
[本発明1020]
前記燃焼ステップが燃焼区域内で生じ、その後、前記第２の改質ステップが改質区域内で生じる、本発明1019の方法。
[本発明1021]
前記第２の改質ステップは、前記燃焼ステップを含む自熱改質ステップであり、
前記第２の改質用供給物は、前記燃焼ガスを含み、
自熱改質イオン輸送膜（ＡＴＲ−ＩＴＭ）は、前記燃焼ステップの前記イオン輸送膜を含み、
前記第２の改質生成物は、前記排ガスを含み、
前記第１の改質用供給物及び第２の改質用供給物は、前記排ガスを含まない、本発明1001〜1003及び1006〜1018のいずれかの方法。
[本発明1022]
前記自熱改質は、前記ＡＴＲ−ＩＴＭの透過表面上に前記第２の改質用供給物を流しかつ前記ＡＴＲ−ＩＴＭの保持表面上に前記Ｏ２含有ガスを流して前記第２の改質生成物を産生することを含む、本発明1021の方法。
[本発明1023]
前記水蒸気改質は、水蒸気改質触媒を含み、前記水蒸気改質触媒が、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを含む、本発明1001〜1022のいずれかの方法。
[本発明1024]
前記水蒸気改質触媒は、Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｇｄ、またはＢのうちの少なくとも１つを更に含む、本発明1023の方法。
[本発明1025]
前記第２の改質ステップまたは前記接触ステップの前に、熱交換器を通して前記水蒸気改質生成物及び／または前記第２の改質生成物を流して、前記水蒸気改質生成物の温度を低下させることを更に含む、本発明1001の方法。
[本発明1026]
熱交換器を通して前記水蒸気改質生成物を流すことは、
第１の導管を通して前記水蒸気改質生成物及び／または前記第２の改質生成物を流すことと、
第２の導管を通して熱交換流体を流すことと
を含み、
前記水蒸気改質生成物及び熱交換流体は熱的連通している、本発明1025の方法。
[本発明1027]
前記熱交換流体は、空気、前記Ｏ２含有ガス、水、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを含む、本発明1026の方法。
[本発明1028]
前記熱交換流体は、水を含み、
前記熱交換器を通して前記水蒸気改質生成物及び／または前記第２の改質生成物を流すことは、前記熱交換流体から蒸気を生成することを更に含み、かつ、
第１の改質用供給物は、前記熱交換流体からの前記蒸気を更に含む、本発明1026または1027の方法。
[本発明1029]
熱交換器を通して前記水蒸気改質生成物を流すことは、
第１の導管を通して前記水蒸気改質生成物及び／または前記第２の改質生成物を流すことと、
第２の導管を通して第１の熱交換流体を流すことと、
第３の導管を通して第２の熱交換流体を流すことと
を含み、
前記水蒸気改質生成物と、前記第１の熱交換流体または前記第２の熱交換流体のうちの少なくとも１つとが熱的連通している、本発明1026または1027の方法。
[本発明1030]
前記水蒸気改質生成物及び／または前記第２の改質生成物はＨ２Ｏを含み
前記熱交換器を通して前記水蒸気改質生成物を流した後、前記水蒸気改質生成物から前記Ｈ２Ｏが分離される、本発明1026または1027の方法。
[本発明1031]
前記第１の導管は、前記水蒸気改質生成物に向かって配置された内側面を含み、前記内側面が保護コーティングを含む、本発明1029の方法。
[本発明1032]
前記保護コーティングは、金属酸化物、金属アルミナイド、または金属合金のうちの少なくとも１つを含む、本発明1031の方法。
[本発明1033]
前記保護コーティングは、２つ以上の層を含む、本発明1031または1032の方法。
[本発明1034]
前記保護コーティングは、前記導管の前記内側面と接触する少なくとも第１の層と、前記第１の層と接触する第２の層とを含み、前記第１の層は金属酸化物を含み、前記第２の層は金属合金を含む、本発明1031の方法。
[本発明1035]
前記金属酸化物がアルミナを含む、本発明1032または1034の方法。
[本発明1036]
前記金属合金がＡｌ含有合金を含む、本発明1032または1034の方法。
[本発明1037]
前記テールガスはＨ２及びＣＯを含み、かつ
前記方法は、Ｈ２及びＣＯを有する前記テールガスの一部分を前記接触ステップに含めること、前記テールガスの一部分を前記水蒸気改質ステップに再循環させること、ならびに／または前記テールガスの一部分を前記第２の改質ステップに再循環させることを更に含む、本発明1001の方法。
[本発明1038]
前記テールガスの一部分を前記水蒸気改質ステップに再循環させること、それを前記第２の改質ステップに再循環させること、及び／またはそれを前記接触ステップに含めることの前に、前記テールガスの前記一部分を精製することを含む、本発明1037の方法。
[本発明1039]
前記テールガスの前記一部分を精製することは、Ｈ２分離網によって前記テールガスからＨ２を分離すること、及び／またはＣＯ２分離網によって前記テールガスからＣＯ２を除去することを含む、本発明1038の方法。
[本発明1040]
前記テールガス及び／もしくは前記テールガスの一部分を前記ＷＧＳ反応に供すること、前記テールガスの前記一部分を前記水蒸気改質ステップに再循環させること、前記テールガスの前記一部分を前記第２の改質ステップに再循環させること、ならびに／または前記テールガスの前記一部分を前記接触ステップに含めることの前に、熱交換器を通して前記テールガス及び／もしくは前記テールガスの一部分を流して前記テールガスの温度を上昇させることを含む、本発明1001の方法。
[本発明1041]
前記ＷＧＳ生成物の一部分を前記第１の改質用供給物、前記第２の改質用供給物、またはその両方に含めることを含む、本発明1001の方法。
[本発明1042]
熱交換器を通して前記ＷＧＳ生成物の前記一部分を流して、前記第１の改質用供給物、前記第２の改質用供給物、またはその両方に含めることの前に前記ＷＧＳ生成物の前記温度を上昇させることを更に含む、本発明1041の方法。
[本発明1043]
熱交換器を通して前記テールガスの前記一部分及び／または前記ＷＧＳ生成物の前記一部分を流すことは、
第１の導管を通して前記テールガスの前記一部分及び／または前記ＷＧＳ生成物の前記一部分を流すことと、
第２の導管を通して熱交換流体を流すことと
を含み、
前記テールガスの前記一部分及び／または前記ＷＧＳの一部分と熱交換流体とが熱的連通している、本発明1041または1042の方法。
[本発明1044]
前記熱交換流体は、前記水蒸気改質生成物を含む、本発明1043の方法。
[本発明1045]
前記熱交換流体は、前記第２の改質生成物を含む、本発明1043の方法。
[本発明1046]
前記熱交換流体は、前記Ｏ２含有ガスを含む、本発明1043の方法。
[本発明1047]
前記熱交換流体は、前記Ｏ２枯渇ガスを含む、本発明1043の方法。
[本発明1048]
熱交換器を通して前記テールガスの前記一部分及び／または前記ＷＧＳ生成物の前記一部分を流すことは、
第１の導管を通して前記テールガスの前記一部分及び／または前記ＷＧＳ生成物の前記一部分を流すことと、
第２の導管を通して第１の熱交換流体を流すことと、
第３の導管を通して第２の熱交換流体を流すことと
を含み、
前記テールガスの前記一部分及び／または前記ＷＧＳ生成物の前記一部分と、前記第１の熱交換流体または前記第２の熱交換流体のうちの少なくとも１つとが熱的連通している、本発明1042の方法。
[本発明1049]
前記燃焼ガスは、水素分離網によって前記水蒸気改質生成物から分離されたＨ２を含む、本発明1001の方法。
[本発明1050]
前記燃焼ガスは、前記ＷＧＳ生成物から分離されたＨ２を含む、本発明1001の方法。
[本発明1051]
前記Ｏ２枯渇ガスは、約５００℃〜約１，２００℃の温度である、本発明1001〜1050のいずれかの方法。
[本発明1052]
前記合成生成物は、Ｃ１〜Ｃ５０の炭化水素から選択される１つ以上の化合物を主に含む、本発明1001〜1011、1013〜1018、1025〜1027、1037〜1042、及び1048〜1050のいずれかの方法。
[本発明1053]
前記合成触媒は、フィッシャートロプシュ触媒を含む、本発明1052の方法。
[本発明1054]
前記接触ステップは、
前記合成触媒を含むマイクロチャネル反応器を通して前記Ｈ２及びＣＯを流して、前記合成生成物を産生すること
を含む、本発明1001〜1011、1013〜1018、1025〜1027、1037〜1042、及び1048〜1050のいずれかの方法。
[本発明1055]
前記マイクロチャネル反応器は、熱交換マイクロチャネルと熱的連通している少なくとも１つの処理マイクロチャネルを備え、前記合成触媒が前記処理マイクロチャネル内に配置される、本発明1054の方法。
[本発明1056]
前記処理マイクロチャネルは、前記マイクロチャネル反応器内で前記Ｈ２及びＣＯを流すときに崩壊流を与えるように構成された内部表面特徴を含む、本発明1055の方法。
[本発明1057]
前記合成触媒は、前記処理マイクロチャネルに充填された粒状固体触媒、前記処理マイクロチャネル内に配置された工学構造、または前記処理マイクロチャネルの内壁に配置されたコーティングのうちの１つ以上を含む、本発明1054の方法。
[本発明1058]
前記接触ステップは、前記合成触媒を含むマイクロチャネル反応器を通して前記Ｈ２及びＣＯを流して、前記合成生成物を産生することを含み、
前記マイクロチャネル反応器は、
複数の処理マイクロチャネル及び複数の熱交換マイクロチャネルであって、前記合成触媒は、前記処理マイクロチャネル内に配置され、各熱交換マイクロチャネルは少なくとも１つの処理マイクロチャネルと熱的連通している、複数の処理マイクロチャネル及び複数の熱交換マイクロチャネルと、
前記Ｈ２及びＣＯを前記処理マイクロチャネルに流入させるための少なくとも１つのマニホールドと、
前記合成生成物を前記処理マイクロチャネルから流出させるための少なくとも１つのマニホールドと、
熱交換流体を前記熱交換マイクロチャネルに流入させるための少なくとも１つのマニホールドと、
前記熱交換流体を前記熱交換マイクロチャネルから流出させるための少なくとも１つのマニホールドと
を備える、本発明1001〜1011、1013〜1018、1025〜1027、1037〜1042、及び1048〜1050のいずれかの方法。
[本発明1059]
前記処理マイクロチャネルは、少なくとも１つの伝熱壁を含み、前記マイクロチャネル反応器内の熱交換のための熱流束が、前記少なくとも１つの伝熱壁の表面積の１平方センチメートル当たり少なくとも約０．５〜約１０ワットの範囲内である、本発明1058の方法。
[本発明1060]
前記水蒸気改質ステップは、改質エンクロージャ内で実施され、かつ前記接触ステップが、合成エンクロージャ内で実施される、本発明1001〜1011、1013〜1018、1025〜1027、1037〜1042、及び1048〜1050のいずれかの方法。
[本発明1061]
前記第２の改質ステップは、前記改質エンクロージャ内で実施される、本発明1060の方法。
[本発明1062]
改質装置トレインは１つ以上の改質エンクロージャを含む、本発明1060の方法。
[本発明1063]
前記改質装置トレインは複数の改質エンクロージャを含む、本発明1062の方法。
[本発明1064]
前記改質装置トレインは、前記合成エンクロージャと、制御された流れ連通状態にある、本発明1062の方法。
[本発明1065]
始動ステップを更に含み、前記始動ステップは、
前記燃焼ステップにおいて前記燃焼ガスとして天然ガス及び／または始動燃料を利用し、その後、前記水蒸気改質ステップを実施することと、
前記水蒸気改質生成物または前記第２の改質生成物が生成されたら、前記水蒸気改質生成物及び／または前記第２の改質生成物を前記燃焼ガスに含めることと、ならびに、天然ガス及び／または始動燃料を前記燃焼ガスに含めることを停止させることと、
その後、
前記水蒸気改質生成物及び／もしくは前記第２の改質生成物から分離されたＨ２、
前記テールガスから分離されたＨ２、または
前記テールガスの少なくとも一部分を前記ＷＧＳ反応に供することによって形成されたＨ２
のうちの１つ以上を前記燃焼ガスに含めることと、続いて、
前記接触ステップのための追加の圧力を提供するためにコンプレッサを始動させることと
を含む、本発明1001〜1011、1013〜1018、1025〜1027、1037〜1042、及び1048〜1050のいずれかの方法。
[本発明1066]
前記始動ステップにおいて、前記水蒸気改質生成物及び／または前記第２の改質生成物が、前記燃焼ガス中に含まれる前に精製される、本発明1065の方法。
[本発明1067]
前記始動ステップにおいて、前記制御された流れ連通は、前記始動ステップの前には存在せず、前記コンプレッサを始動させることの後に設けられる、本発明1065の方法。
[本発明1068]
前記始動ステップにおいて、前記制御された流れ連通は、前記始動ステップの前には存在せず、前記コンプレッサを始動させることの前に設けられる、本発明1065の方法。
[本発明1069]
前記水蒸気改質生成物及び／もしくは前記第２の改質生成物から分離されたＨ２、前記テールガスから分離されたＨ２、または前記テールガスの少なくとも一部分を前記ＷＧＳ反応に供することによって形成されたＨ２のうちの１つ以上を前記燃焼ガスに含めることの後に、前記水蒸気改質生成物及び／または前記第２の改質生成物を前記燃焼ガスに含めることが低減されるか、最小化されるか、または停止される、本発明1065の方法。
[本発明1070]
前記コンプレッサを始動させることの後に、前記水蒸気改質生成物及び／または前記第２の改質生成物を前記燃焼ガスに含めることが低減されるか、最小化されるか、または停止される、本発明1065の方法。
[本発明1071]
始動ステップを更に含み、前記始動ステップは、
前記燃焼ステップにおいて前記燃焼ガスとして天然ガス及び／または始動燃料を利用し、その後、前記水蒸気改質ステップを実施することと、
前記水蒸気改質生成物または前記第２の改質生成物が生成されたら、前記水蒸気改質生成物及び／または前記第２の改質生成物を前記燃焼ガスに含めることと、ならびに、天然ガス及び／または始動燃料を前記燃焼ガスに含めることを停止させることと、
その後、
前記水蒸気改質生成物及び／もしくは前記第２の改質生成物から分離されたＨ２、
前記テールガスから分離されたＨ２、または
前記テールガスの少なくとも一部分を前記ＷＧＳ反応に供することによって形成されたＨ２
のうちの１つ以上を前記燃焼ガスに含めることと、続いて
前記接触ステップのための追加の圧力を提供するためにコンプレッサを始動させることと
を含む、本発明1058〜1064のいずれかの方法。
[本発明1072]
前記始動ステップにおいて、前記水蒸気改質生成物及び／または前記第２の改質生成物が、前記燃焼ガス中に含まれる前に精製される、本発明1071の方法。
[本発明1073]
前記始動ステップにおいて、前記制御された流れ連通は、前記始動ステップの前には存在せず、前記コンプレッサを始動させることの後に設けられる、本発明1071または1072の方法。
[本発明1074]
前記始動ステップにおいて、前記制御された流れ連通は、前記始動ステップの前には存在せず、前記コンプレッサを始動させることの前に設けられる、本発明1071または1072の方法。
[本発明1075]
前記水蒸気改質生成物及び／もしくは前記第２の改質生成物から分離されたＨ２、前記テールガスから分離されたＨ２、または前記テールガスの少なくとも一部分を前記ＷＧＳ反応に供することによって形成されたＨ２のうちの１つ以上を前記燃焼ガスに含めることの後に、前記水蒸気改質生成物及び／または前記第２の改質生成物を前記燃焼ガスに含めることが低減されるか、最小化されるか、または停止される、本発明1071〜1074のいずれかの方法。
[本発明1076]
前記コンプレッサを始動させることの後に、前記水蒸気改質生成物及び／または前記第２の改質生成物を前記燃焼ガスに含めることが低減されるか、最小化されるか、または停止される、本発明1070〜1075のいずれかの方法。
[本発明1077]
第１の始動ステップが第１の改質エンクロージャ内で発生し、
第２の改質エンクロージャにおける第２の始動ステップは、
前記水蒸気改質生成物及び／もしくは前記第２の改質生成物から分離されたＨ２、
前記テールガスから分離されたＨ２、または
前記テールガスの少なくとも一部分を前記第１の改質エンクロージャの下流で生じた前記ＷＧＳ反応に供することによって形成されたＨ２
のうちの１つ以上の一部分を利用する、本発明1070〜1076のいずれかの方法。
[本発明1078]
周期的合成触媒再生ステップを更に含み、前記制御された流れ連通が前記合成触媒再生ステップの期間中停止される、本発明1064及び本発明1070〜1077のいずれかの方法。
[本発明1079]
前記周期的合成触媒再生ステップは、
前記合成触媒上に、Ｈ２を含む脱ろうガスを流すことを含む脱ろうステップと、
前記脱ろうステップの後の、前記合成触媒上に酸化ガスを流すことを含む酸化ステップと、
前記酸化ステップの後の、Ｈ２を含む還元ガスに前記合成触媒を曝露することを含む還元ステップと
を含む、本発明1078の方法。
[本発明1080]
前記脱ろうガス及び／または前記還元ガスは、
前記水蒸気改質生成物及び／もしくは前記第２の改質生成物から分離されたＨ２、
前記テールガスから分離されたＨ２、または
前記テールガスの少なくとも一部分を前記ＷＧＳ反応に供することによって形成されたＨ２
のうちの１つ以上を含む、本発明1079の方法。
[本発明1081]
前記酸化ガスは、前記Ｏ２枯渇ガスまたはその一部分を含む、本発明1079または1080の方法。
[本発明1082]
前記Ｏ２枯渇ガスまたはその一部分は、実質的に冷却することなく前記酸化ガスに使用される、本発明1081の方法。
[本発明1083]
周期的合成触媒再活性化ステップを更に含み、前記制御された流れ連通が、前記合成触媒再活性化ステップの期間中停止される、本発明1064及び本発明1070〜1082のいずれかの方法。
[本発明1084]
前記再活性化ステップは、前記合成触媒上に、Ｈ２を含む再活性化ガスを流すことを含む、本発明1083の方法。
[本発明1085]
前記再活性化ガスは、
前記水蒸気改質生成物及び／もしくは前記第２の改質生成物から分離されたＨ２、
前記テールガスから分離されたＨ２、または
前記テールガスの少なくとも一部分を前記ＷＧＳ反応に供することによって形成されたＨ２
のうちの１つ以上を含んでもよい、本発明1084の方法。
[本発明1086]
前記合成触媒再生ステップまたは前記合成触媒再活性化ステップ後に前記始動ステップを更に含む、本発明1078〜1085のいずれかの方法。
[本発明1087]
イオン輸送膜の透過側に配置されたウイルス鋳型カップリング触媒上にメタンを含む反応供給物を流しかつ前記イオン輸送膜の保持側上にＯ２含有ガスを流すことによって、エチレンを形成すること
を含み、
前記イオン輸送膜の前記保持側上に前記Ｏ２含有ガスを流すことにより、Ｏ２枯渇ガスが産生される、方法。
[本発明1088]
前記Ｏ２枯渇ガスは、約４００℃〜約１，０００℃の温度である、本発明1087の方法。
[本発明1089]
前記反応供給物の前記流れが、前記Ｏ２含有ガスの前記流れに対して並流、向流または横流である、本発明1087または1088の方法。
[本発明1090]
前記Ｏ２含有ガスが空気を含む、本発明1087の方法。
[本発明1091]
前記Ｏ２枯渇ガスは約０％〜約２０．０％Ｏ２である、本発明1087の方法。
[本発明1092]
前記ウイルス鋳型カップリング触媒は、酸化物として、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｗ、Ｌａ、Ｄｙ、Ｉｎ、Ｓ、Ｚｎ、Ｙｂ、Ｎｉ、Ｌｕ、Ｔａ、Ｐ、Ｐｔ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔｌ、Ｐｒ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｉｒ、Ａｓ、Ｔｂ、Ｅｒ、Ｔｅ、Ｍｏ、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせの少なくとも１つの酸化物を含む、本発明1087の方法。
[本発明1093]
前記ウイルス鋳型カップリング触媒は、アルカリ金属、アルカリ土類金属またはホウ素のうちの少なくとも１つを更に含む、本発明1092の方法。
[本発明1094]
前記ウイルス鋳型カップリング触媒は、シリカ支持体上に酸化マンガン、アルカリ金属、タングステン及びニオビウムを含む、本発明1092または1093の方法。
[本発明1095]
前記ウイルス鋳型カップリング触媒は、前記透過側の前記イオン輸送膜の前記表面に配置される、本発明1087の方法。
[本発明1096]
エチレンを形成することは、約４００℃〜約１，０００℃の温度で実施される、本発明1087の方法。
[本発明1097]
エチレンを形成することは、約４００℃〜約８００℃の温度で実施される、本発明1087の方法。
[本発明1098]
前記反応供給物は、約１気圧〜約２０気圧の範囲の圧力下である、本発明1087の方法。
[本発明1099]
前記反応供給物中のメタンの分圧は、約０．１気圧〜約２０気圧の範囲にある、本発明1087の方法。
[本発明1100]
前記メタン供給物のＧＳＨＶは、約２０，０００時間−１〜約５，０００，０００時間−１の範囲にある、本発明1087の方法。
[本発明1101]
エチレンを含むエチレン形成生成物を産生する、本発明1087の方法。
[本発明1102]
前記エチレン形成生成物を分離させて、エチレン及びエチレン形成テールガス（「ＥＦテールガス」）を提供する、本発明1101の方法。
[本発明1103]
前記ＥＦテールガスは、前記予備改質装置または本発明1001〜1086のいずれかの方法の前記ＷＧＳ反応に向けられる、本発明1102の方法。
[本発明1104]
エチレンを形成することは、本発明1001〜1086のいずれかの方法の前記水蒸気改質ステップに熱を供給する、本発明1087〜1103のいずれかの方法。
[本発明1105]
前記エチレンを合成触媒と接触させて合成生成物を産生することを更に含む、本発明1087〜1104のいずれかの方法。
[本発明1106]
前記合成触媒は、酸化エチレン製造触媒、ジメトキシエタン製造触媒、酢酸ビニルモノマー製造触媒、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを含む、本発明1105の方法。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】いくつかの実施形態により、水蒸気改質用供給物が、燃焼チャンバからの排ガスを含み、かつ燃焼チャンバが、イオン輸送膜を使用して、燃焼で使用される酸素を提供する水蒸気改質を伴う方法を例解する。図１においては、燃焼チャンバの排ガスは、変換方法に対する供給物中において水素に対する一酸化炭素の比率を上昇させるのに有用な水蒸気改質ステップの下流からのＣＯ２を含む。
【０００８】
【図２】水蒸気改質を伴う方法を例解する。例解においては、いくつかの実施形態により、水蒸気改質生成物は、水蒸気改質ステップの下流のＣＯ２と組み合わされて、自熱改質装置に供給される。図２においては、いくつかの実施形態により、自熱改質装置から、先行水蒸気改質ステップのための合成ガス生成物及び熱がもたらされる。
【０００９】
【図３】いくつかの実施形態によるエチレンの形成を伴う方法の略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な説明
Ｉ．定義
以下の用語は、全体を通じて、以下で定義されるように使用される。
【００１１】
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、要素を説明する文脈における（特に添付の特許請求の範囲の文脈において）「ａ」及び「ａｎ」及び「ｔｈｅ」などの単数冠詞、ならびに同様の指示対象は、本明細書中に別段の指示がない限り、または文脈と明確に矛盾しない限り、単数及び複数の両方を網羅すると解釈されるものとする。本明細書における値の範囲の列挙は、本明細書中で別段の指示がない限り、その範囲内にある各別個の値に個々に言及する簡略方法として役立つことのみを意図しており、各別個の値は本明細書に個別に列挙されているかのように、本明細書に組み込まれる。本明細書に記載されているすべての方法は、本明細書に別に示されているか、または文脈と明らかに矛盾しない限りは、任意の適切な順序で実施され得る。本明細書で提供される任意の及びすべての例または例示的な言語（例えば、「〜など」）の使用は、単に実施形態をよりよく示すことを意図しており、特に断らない限り、特許請求の範囲を限定するものではない。明細書中の言語は、主張されていない要素を必須として示すものと解釈されるべきではない。
【００１２】
本明細書で使用される場合、「約」は当業者に理解され、それが使用される文脈に応じてある程度変化する。当業者には明らかでない用語の使用がある場合、その用語が使用される文脈を考慮して、「約」はその特定の用語のプラスまたはマイナス１０％以下を意味する。
【００１３】
一般に、水素またはＨなどの特定の元素への言及は、その元素のすべての同位体を含むことを意味する。例えば、Ｒ基が水素またはＨを含むと定義される場合、Ｒ基は、重水素及び三重水素も含む。このため、三重水素、Ｃ１４、Ｐ３２、及びＳ３５などの放射性同位体を含む化合物は、本技術の範囲内である。こうした標識を本技術の化合物に挿入するための手順は、本明細書の開示に基づいて、当業者にとって容易に明らかであろう。
【００１４】
当業者には理解されるように、任意のかつすべての目的のために、特に書面による説明を提供する観点から、本明細書に開示されるすべての範囲は、可能な任意かつすべての部分範囲及びこれらの部分範囲の組み合わせをも包含する。列挙された範囲は、少なくとも半分、３分の１、４分の１、５分の１、１０分の１などに細分化した同じ範囲を十分に記載し、かつ可能なものとして、容易に認識され得る。非限定的な例として、本明細書に記載の各範囲は、下３分の１、真ん中３分の１及び上３分の１などに容易に細分化することができる。当業者であれば理解できるように、「〜まで」、「少なくとも」、「を超える」、「未満」などのすべての言い回しは、引用される数字を含み、その後、上述のような部分範囲に細分化され得る範囲を示す。最終的に、当業者には理解されるように、範囲は各個々の員を含む。したがって、例えば、１〜３個の原子を有する基は、１、２または３個の原子を有する基を指す。同様に、１〜５個の原子を有する基は、１、２、３、４、または５個の原子を有する基などを指す。
【００１５】
本明細書で使用される「マイクロチャネル」という用語は、約１０ミリメートル（ｍｍ）までの高さまたは幅の少なくとも１つの内部寸法を有するチャネルを指す。高さまたは幅の内部寸法は、約０．０５ｍｍ〜約１０ｍｍ、または約０．０５ｍｍ〜５ｍｍ、または約０．０５ｍｍ〜約２ｍｍ、または約０．１ｍｍ〜約２ｍｍ、または約０．５ｍｍ〜約２ｍｍ、または約０．５ｍｍ〜約１．５ｍｍ、または約０．０８ｍｍ〜約１．２ｍｍの範囲であってもよい。高さまたは幅の他の内部寸法は、例えば約１０センチメートル（ｃｍ）まで、または約０．１ｃｍ〜約１０ｃｍ、または約０．５ｃｍ〜約１０ｃｍ、または約０．５ｃｍ〜約５ｃｍまでの任意の寸法であってもよい。マイクロチャネルは、少なくとも１つの入口及び少なくとも１つの出口を含み得、少なくとも１つの入口は、少なくとも１つの出口とは異なる。前述の実施形態のいずれにおいても、マイクロチャネルは約１０メートルまでの長さを有するものであってもよい。マイクロチャネルの長さは、約２５０ｃｍまで、または約５ｃｍ〜約２５０ｃｍ、または約１０ｃｍ〜約１００ｃｍ、または約１０ｃｍ〜約７５ｃｍ、または約１０ｃｍ〜約６０ｃｍであってもよい。マイクロチャネルの長さは、高さまたは幅の少なくとも約２倍であってもよい。前述の実施形態のいずれにおいても、マイクロチャネルの高さもしくは幅の少なくとも約５倍、または高さもしくは幅の少なくとも約１０倍の長さを有するものであってもよい。マイクロチャネルは、任意の形状、例えば、正方形、長方形、円形、半円形、または台形の断面を有することができる。マイクロチャネルの断面の形状及び／またはサイズは、その長さにわたって変化してもよい。例えば、高さまたは幅は、マイクロチャネルの長さにわたって、比較的大きな寸法から比較的小さな寸法に細くする、またはその逆にすることができる。
【００１６】
本明細書で使用されるとき、組成物またはストリームの「一部分」は、組成物またはストリームの約１体積％〜約１００体積％、または約１％〜約１００％の任意の２つの整数を含むか、またはその間の任意の範囲を意味する。
【００１７】
本明細書で使用されるとき、「予備改質装置」は、水蒸気改質装置と区別できるものとして、当業者によって容易に理解されるであろう。典型的には、予備改質装置は、熱い供給物と蒸気、任意で二酸化炭素との断熱反応を収容する。備改質装置は、水蒸気改質装置と混同されるものではなく、水蒸気改質装置の操作は、典型的には反応区域への熱入力を特徴とし、本明細書でより詳細に記載される
【００１８】
本明細書で使用されるとき、「実質的に含まない」とは、当業者によって理解され、文脈に応じてある程度変化する。当業者に明らかでない用語の使用がある場合、その用語が使用される文脈を考慮して、「実質的に含まない」とは、モル基準で組成物の約０．５％未満を意味する。
【００１９】
本明細書で開示される技術に関して本明細書で使用されるとき「合成生成物」という用語は、炭化水素、酸素含有炭化水素、またはこれらの組み合わせを含む。酸素含有炭化水素としては、エポキシ、ヒドロキシル、またはカルボニル基の１つ以上でそれぞれ置換されたアルカン、アルケン、及びアルキンが挙げられるが、これらに限定されない。例示的なカルボニル含有基としては、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、カルボン酸無水物、またはエステルが挙げられるが、これらに限定されない。このため、本技術の合成生成物は、Ｃ１〜Ｃ１００の炭化水素、Ｃ１〜Ｃ１００の酸素含有炭化水素（例えば、アルコール）、もしくはこれらの組み合わせ、または、Ｃ１〜Ｃ１００の任意の炭素数を含み、かつその間の任意の範囲、から選択される１つ以上の化合物を含み、例えば、合成生成物は、Ｃ１０〜Ｃ１４の炭化水素を含んでもよい。更に、「Ｃ２＋炭化水素」、「Ｃ２＋アルコール」または同様の表現は、それぞれＣ２〜Ｃ１００の炭化水素またはＣ２〜Ｃ１００のアルコール、またはＣ２〜Ｃ１００の間の任意の炭素数を含み、かつその間にある任意の範囲を指す。本明細書に記載された実施形態のいずれにおいても、合成生成物は、Ｃ１〜Ｃ５０の炭化水素、Ｃ１〜Ｃ５０の酸素含有炭化水素、またはこれらの組み合わせから選択される１つ以上の化合物を主に含み得る。本明細書で使用されるとき、「主に」は、合成生成物の少なくとも約５１重量パーセント（「重量％」）を意味する。本技術の合成生成物は、約５１重量％〜約１００重量％、またはこれらの２つの値の間の任意の整数を含み、かつその間にある任意の範囲である量のＣ１〜Ｃ５０の炭化水素、Ｃ１〜Ｃ５０の酸素含有炭化水素、またはこれらの組み合わせから選択される１つ以上の化合物を含んでもよい。したがって、いくつかの実施形態においては、合成生成物は、４０重量％のＣ１４〜Ｃ１８の炭化水素、いくつかの実施形態においては、合成生成物は、７０重量％のＣ１〜Ｃ４のモノヒドロキシアルカン（すなわち、一価アルコール）を含む。
【００２０】
「熱的連通」という用語は、少なくとも２つの物体、例えば２つの導管または２つのマイクロチャネルを指し、この２つは、互いに物理的に接触するか、もしくは互いに隣接していてもよく、または互いに物理的に接触せずに、もしく互いに隣接せずに、それでも互いに熱を交換し得る。別の物体と熱的連通している１つの物体が、他の物体を加熱または冷却してもよい。
【００２１】
「流体」という用語は、気体、液体、気体と液体との混合物、または気体もしくは液体の混合物を指し、流体は、分散した固体、液滴及び／または気体の泡を更に含んでもよい。液滴及び／または気泡は、不規則または規則的な形状であってもよく、同様のまたは異なる大きさであってもよい。
【００２２】
本明細書で使用される「制御された流れ連通」とは、第１の領域から第２の領域への流体の流れを説明しているものと理解されよう。流速、圧力、及び温度などの流れの１つ以上の態様は、流れが必ずしも平衡によって左右されないように設定及び制御される。この用語は、流れが一時的に停止されている、すなわち、流速が０である期間も包含する。
【００２３】
ＩＩ．本技術
水蒸気改質は、一般に、天然ガスなどの炭化水素源からＣＯ及びＨ２を産生するための方法である。水蒸気改質では、メタン及び水蒸気を触媒の存在下で反応させて、以下の化学式に従って一酸化炭素と水素との混合物を形成する。
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ＋３Ｈ２
水蒸気改質は、加熱を必要とする吸熱反応である。ＣＯ及びＨ２は、様々な合成生成物を産生するために合成ガスとして一緒に使用されてもよい。しかし、合成生成物を産生するために使用される合成反応において、すべての反応物ＣＯを使用することはできない。ＣＯ２は、水蒸気改質ならびにその後の合成反応で産生されてもよい。水蒸気改質及び／または合成反応の下流のこのように残存しているＣＯ２は、工程管理ならびに費用の両面において考慮されなければならない。実際、ＣＯ２は多くの場合、廃棄物として排出される。更に、合成反応からのＨ２Ｏ及び／または水蒸気改質生成物中に残存するＨ２Ｏの管理を行う必要があり、このようなＨ２Ｏの管理には、典型的には高価であり、かつエネルギー集約的な浄化手順、処分またはその両方を含む。
【００２４】
本技術は、改質及び／または合成方法の下流のＣＯ及びＣＯ２を管理するのみでなく、有用な生成物を有利に産生するために、かつ／または他の方法を促進するために、これらを供給源として使用する方法を提供する。更に、全方法の炭素効率は、この下流ＣＯ２にエネルギーを加えることによって更に向上され得、合成方法で使用され得るＣＯ２からＣＯへの変換を促進する。本技術により、任意で、方法全体の生産性及び効率を更に向上させる改質及び／または合成方法の下流のＨ２の使用及び生成が可能になる。本技術は、また、有用な生成物の産生を促進するために、水蒸気改質方法の下流のＨ２Ｏ及び／または合成反応の下流のＨ２Ｏの使用が、任意で、可能になる。
【００２５】
このため、一態様においては、本技術は、第１の改質用供給物を水蒸気改質してＨ２及びＣＯを含む水蒸気改質生成物を産生すること（「水蒸気改質ステップ」）と、任意で、水蒸気改質生成物を含む第２の改質用供給物を第２の改質ステップに供してＨ２及びＣＯを含む第２の水蒸気改質生成物を提供することと、Ｈ２及びＣＯを合成触媒と接触させて合成生成物及びテールガスを産生すること（「接触ステップ」）と、を伴う、水蒸気改質方法を提供する。接触ステップに供給されるＨ２対ＣＯの初期モル比は、約１．０：１〜約２．１：１、または約１．５：１〜約２．１：１、または約１．６：１〜約２：１、または約１．６：１〜約１．９：１の範囲内であってもよい。水蒸気改質ステップのための熱は燃焼により提供される。こうした燃焼は、燃焼ガス（Ｈ２を含む）をイオン輸送膜の透過表面上に流しかつＯ２含有ガスをイオン輸送膜の保持表面上に流して燃焼ガスを反応させ、熱を発生させ、かつ排ガスを産生すること（「燃焼ステップ」）を伴う。排ガスは、Ｈ２Ｏを含む。合成生成物は、Ｃ１〜Ｃ１００の炭化水素、Ｃ１〜Ｃ１００の酸素含有炭化水素、またはこれらの組み合わせから選択される、１つ以上の化合物を含み、テールガスは、ＣＯ２を含む。
【００２６】
特に、本技術の水蒸気改質方法においては、水蒸気改質ステップ、第２の改質ステップ、及び／または接触ステップの下流の炭素を改質し、本方法に再導入して、合成生成物を生成する。この改質により、本来廃棄物である炭素を合成生成物に組み込むことを可能にする。このような改質は、より多くのＣＯ２を産生するために「ＷＧＳ」反応においてテールガスの少なくとも一部分を反応させることと、これを水蒸気改質ステップに向けることと、を伴ってもよい。ＷＧＳ反応により、ＣＯ及びＨ２Ｏは、ＣＯ２及びＨ２を含むＷＧＳ生成物に変換する。ＷＧＳ反応は、水蒸気改質生成物からのＨ２Ｏの一部分、第２の水蒸気改質生成物からのＨ２Ｏの一部分、接触ステップで産生されたＨ２Ｏの一部分、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを含んでもよい。ＷＧＳ反応、ＷＧＳ触媒、及びＷＧＳ反応器は、当業者に公知であり、高温ＷＧＳ反応及び低温ＷＧＳ反応を含む。ＷＧＳ触媒としては、典型的には、金属及び／またはＣｕ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏの金属酸化物、及びこれらの任意の２つまたはそれ以上の組み合わせが挙げられるが、これに限定されない。ＷＧＳ触媒はまた、酸化アルミニウムまたは酸化セリウムなどの支持体材料を含んでもよい。例えば、ＷＧＳ触媒は、Ａｌ２Ｏ３支持体上にＣｕＺｎを含んでもよく、またはＷＧＳ触媒は、Ｃｅ２Ｏ３支持体上にＦｅＣｒを含んでもよい。ＷＧＳ反応の組み込みにより、別の方法でテールガス中に存在し得るものよりも高い濃度のＣＯ２が提供されることによって、炭素回収率が更に向上する。水蒸気改質ステップ及び／または第２の改質ステップにおいてＣＯ２からＣＯへの変換を更に促進するためにＣＯ２を加熱してもよく、それによって全方法の炭素効率が高められる。
【００２７】
より具体的には、現在開示されている水蒸気改質方法では、第１の改質用供給物はＣＨ４を含み、第１及び／または第２の改質用供給物（第２の改質用供給物が存在する場合）は、以下のうちの１つ以上を含む。
（１）水蒸気改質生成物及び／もしくは第２の改質生成物から分離されたＣＯ２、
（２）テールガスから分離されたＣＯ２、または
（３）ＣＯ２を含むＷＧＳ生成物を形成するＷＧＳ反応にテールガスの少なくとも一部分を供することによって形成されたＣＯ２。
まとめて、上記（１）〜（３）を「下流ＣＯ２」と称する。
【００２８】
更に、本技術の水蒸気改質方法においては、水蒸気改質ステップの下流の、第２の改質ステップの下流の、またはＷＧＳ反応からのＨ２が改質されてもよい。この改質されたＨ２により、現在開示されている技術の効率及び生産性が更に向上する。特に、本明細書で開示される水蒸気改質方法の燃焼ガスは、以下のうちの１つ以上を含んでもよい。
（ｉ）水蒸気改質生成物及び／もしくは第２の改質生成物から分離されたＨ２、
（ｉｉ）テールガスから分離されたＨ２、または
（ｉｉｉ）テールガスの少なくとも一部分をＷＧＳ反応に供することによって形成されたＨ２（上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）をまとめて「下流Ｈ２」と称する）。
こうした実施形態においては、排ガスは下流Ｈ２から産生されたＨ２Ｏを含む。前述の実施形態のいずれにおいても、第１の改質用供給物及び／または第２の改質用供給物は、この下流Ｈ２から産生された排ガスを含むこともあり得る。燃焼ガス中の下流Ｈ２を利用することにより、第１の改質用供給物、第２の改質用供給物、またはその両方に水蒸気の形態で別の方法で添加する必要のあり得るＨ２Ｏの量は、低減され得るか、または別の方法で排ガスを使用することにより完全に回避され得る。
【００２９】
下流Ｈ２が燃焼ガスに含まれるか否かに関係なく、下流Ｈ２（（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）のいずれか、またはこれらの任意の２つ以上の任意の組み合わせ）もまた、第１の改質用供給物、第２の改質用供給物、またはその両方に組み込むことができる。前述の実施形態のいずれにおいても、第１の改質用供給物及び／または第２の改質用供給物は、排ガスを含むこともあり得る。このような実施形態では、排ガスは、ＣＯ２を更に含んでもよく、また、燃焼ガスは、水蒸気改質生成物及び／もしくは第２の改質生成物から分離されたＣＯ２、ＷＧＳ生成物から分離されたＣＯ２、またはテールガスから分離されたＣＯ２のうちの任意の１つ以上を更に含んでもよい。
【００３０】
一例として、第１の改質用供給物は、ＣＨ４を含み、第２改質用供給物は、Ｈ２Ｏ及びＣＯ２（Ｈ２Ｏ及びＣＯ２は両方とも、排ガスからのものである）を含んでもよく、排ガスの生成に使用される燃焼ガスには、ＷＧＳ生成物から分離されたＣＯ２が含まれる。別の例として、第１の改質用供給物は、ＣＨ４ならびに第２の改質生成物から分離された及びＣＯ２を含んでもよい。別の例としては、第１の改質用供給物がＣＨ４を含み、第２の改質用供給物が第２の改質生成物から分離されたＣＯ２を含む場合が挙げられる。更に別の例として、本方法は、ＣＨ４を含む第１の改質用供給物及び第２の改質生成物から分離されたＣＯ２ならびにＷＧＳ生成物から分離されたＣＯ２を含む第２の改質用供給物を伴ってもよい。
【００３１】
水蒸気改質ステップのテールガスは、接触ステップによって産生される出口ガスに由来し、接触ステップの後に出口ガスを冷却し、Ｈ２Ｏ、軽質炭化水素（例えば、Ｃ２〜Ｃ４の炭化水素）及び揮発性酸素含有炭化水素（例えば、１００℃未満の沸点を有する）を出口ガスから除去して、テールガスが得られる。このような冷却は、当業者に公知の様々な方法、及び／または、本明細書により詳細に記述しているように、出口ガスを熱交換流体として利用することによって達成することができる。
【００３２】
ここで図を参照すると、図１は、水蒸気改質方法のいくつかの実施形態による方法を組み込む統合ガス生成物設備の合成ガス生成部分を例解しており、この方法において、水蒸気改質用供給物は燃焼チャンバからの排ガスを含む。本明細書でより十分に述べられるように、図１はまた、本方法の炭素効率を向上させるために、本技術では、テールガスのＷＧＳ反応によってもたらされるＣＯ２及び任意でＨ２をどのように利用するかを例解する。図１は、典型的な始動と比較してエネルギー需要を大幅に低減する統合設備の任意の始動手順を更に例解する。
【００３３】
図１においては、天然ガス供給物１０１、蒸気供給物１０２、及び任意でテールガス再循環物１０３が組み合わされて予備改質装置供給物１０５を作る。天然ガス供給物１０１は、主にメタン（ＣＨ４）を含み、テールガス再循環物１０３は、テールガスの少なくとも一部分を含む。予備改質装置供給物１０５中の水蒸気対改質可能炭素（ＣＯ２ではなく、ＣＨ４など）のモル比は、約３．０以下、好ましくは約０．６〜約０．４であってもよい。予備改質装置供給物１０５は、熱交換器２４０に向けられ、予備改質装置供給物１０５の温度を上昇させる。本技術の熱交換器としては、熱交換網、及び熱交換ユニットが挙げられるが、これに限定されない。熱交換網は、２つ以上の熱交換ユニットを更に備えてもよい。熱交換器は、２ストリーム熱交換器、３ストリーム熱交換器、またはマルチストリーム熱交換器であってもよい。
【００３４】
予備改質装置供給物１０５は、この例解の目的上、予備改質装置２５０に導入する前に約３５０℃〜約５５０℃の温度に上昇させることができ、予備改質装置供給物１０５の温度は、約４２０℃に上昇させる。予備改質装置２５０は、予備改質装置供給物１０５（天然ガス供給物１０１中の軽質炭化水素に由来）中に存在するＣ２＋炭化水素をＨ２及びＣＯに変換する。予備改質装置２５０での反応は、システムにとって典型的には吸熱性であることから、予備改質装置生成物１０８の温度は、典型的には、予備改質装置供給物１０５の温度よりも低い。この例解のために、予備改質装置生成物１０８は、約３８０℃の温度で予備改質装置２５０から流出する。予備改質生成物１０８の温度は、排ガス１２７（下流ＣＯ２及び下流Ｈ２から生成されたＨ２Ｏを含む）と任意で改質ストリーム１６０（本明細書で更に詳細に論じられるように、下流ＣＯ２及び／または下流Ｈ２を含む）を組み合わせるとき、改質装置供給物１１０が、水蒸気改質装置２７０に導入されるのに十分な温度であるように、加熱器２６０を介して、上昇させてもよい。しかし、下流Ｈ２を含めることにより、排ガス１２７は、加熱器２６０によって提供される熱が最小であるような温度、または加熱器２６０が完全にオフになり得るような温度であってもよい。したがって、下流Ｈ２が燃焼ガス中で利用されるとき、その後の改質のために追加の熱入力を必要としないこともあり得る。改質装置供給物１１０は、約４５０℃〜約７５０℃の温度であってもよい。この例解のために、改質装置供給物１１０は、約６５０℃の温度にある。本明細書で論じられる加熱器は、これらに限定されるものではないが、天然ガス燃料加熱器、Ｃ２＋炭化水素燃料加熱器、メタノール燃料加熱器、水素燃料加熱器、電気加熱器、または燃料の組み合わせを使用する加熱器など、当業者に公知のものであってもよい。
【００３５】
本技術の方法においては、予備改質ステップは任意である。図１に示すように、第１の改質用供給物は、水蒸気としてメタン（ＣＨ４）及びＨ２Ｏを含み、この水蒸気は、排ガス（例えば、排ガス１２７）及び／または燃焼ステップで産生されたものではない水蒸気によってもたらされ得る。第１の改質用供給物が排ガスを含む場合、利用される追加の水蒸気（燃焼ステップからではない）の量は低減されてもよく、場合によっては第１の改質用供給物に含まれなくてもよい。第１の改質用供給物中の水蒸気対改質可能炭素（ＣＯ２ではなく、ＣＨ４など）モル比は、少なくとも約１．５、好ましくは少なくとも約３．０、及び好ましくは約４．０以下であってもよい。この方法の任意の実施形態は、テールガス再循環物１０３によって例解されるように、テールガスの一部分を予備改質及び／または水蒸気改質ステップに再循環させることを任意で伴ってもよい。再循環テールガスは、約０．５：１〜約０．７：１または約０．８：１または約０．９：１の範囲内のＨ２対ＣＯのモル比を有するＨ２及びＣＯを含んでもよい。再循環テールガスは、好ましくは、前処理されて、Ｃ３＋炭化水素を回収し、かつＣＯ及びエチレン成分を最小限に抑える。
【００３６】
排ガス１２７は、燃焼チャンバ２８０によって提供される。水蒸気改質装置２７０及び燃焼チャンバ２８０は、改質エンクロージャ２９０内に収容される。燃焼チャンバ２８０は、イオン輸送膜を使用して、水蒸気改質装置２７０及び排ガス１２７に輻射熱（１９０）を提供するために空気ストリーム１２８から燃焼ガス１２６に酸素を供給する。好適なイオン輸送膜の組成物及びそのような膜の作製方法は、当業者に公知である。イオン輸送膜としては、一般に、酸化マンガン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化亜鉛、酸化銅、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化鉄、酸化チタン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化ルテニウム、酸化ロジウム、酸化パラジウム、酸化銀、酸化インジウム、酸化スズ、酸化ランタン、酸化イリジウム、白金酸化物、金酸化物、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プラセオジム、酸化エルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化テルビウム、酸化ストロンチウム、酸化サマリウム、酸化ルテチウム、酸化ガドリニウム、酸化イッテルビウム、酸化ユーロピウム、酸化ホルミウム、酸化スカンジウムまたはこれらの任意の２つ以上の組み合わせなどの金属酸化物が挙げられるが、これらに限定されない。イオン輸送膜は、管またはプレートなど、様々な形状で使用され得る。例えば、水蒸気改質方法において、イオン輸送膜は管であってもよい。このような実施形態においては、透過表面は管の内側であってもよく、保持表面は管の外側であってもよい。
【００３７】
イオン輸送膜を使用する場合、イオン輸送膜の保持表面上にＯ２含有ガスを流すこと（図１、空気ストリーム１２８）は、典型的には、約１０ｐｓｉｇ〜約１５０ｐｓｉｇの圧力、またはこれらの２つの値の間の任意の整数を含み、かつその間にある任意の範囲である圧力を伴う。空気ストリーム１２８によって例解されるように、Ｏ２含有ガスは空気を含むこともあり得、空気は、Ｏ２富化空気であってもよい。Ｏ２含有ガスは、モル基準において、約０．１％〜約５０％Ｏ２であってもよく、またはこれらの２つの値の間の任意の２つの整数を含み、かつこれらの間の任意の範囲であってもよい。Ｏ２含有ガスは、約１０ｐｓｉｇ〜約１５０ｐｓｉｇ、またはこれらの２つの値の間の任意の２つの整数を含みかつその間にある任意の範囲の圧力下であってもよい。燃焼ガスは、約２０ｐｓｉｇ〜約５００ｐｓｉｇ、またはこれらの２つの値の間の任意の２つの整数を含みかつこれらの間の任意の範囲の圧力下であってもよい。
【００３８】
本明細書に記載の任意の実施形態においては、燃焼ステップは、所望の場合、燃焼触媒の存在下で行ってもよい。例示的な燃焼触媒としては、１つ以上の貴金属（例えば、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ）、こうした貴金属の酸化物、ペロブスカイト及び／またはアルミン酸塩を挙げることができる。このような燃焼触媒は、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｐｒ、これらの酸化物、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせなどの活性促進剤を更に含み得、好適な支持体を含んでもよい。好適な支持体は、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを含んでもよい。燃焼触媒は、イオン輸送膜の透過表面上に配置されてもよい。例えば、燃焼触媒は、イオン輸送膜の透過表面上に存在してもよく、または燃焼触媒は、イオン輸送膜の透過表面上に分散されてもよい。燃焼触媒材料が透過表面上に「分散」され得るということは、透過表面上、透過表面の隙間内、及び／または透過表面内の開気孔内に、ミクロ触媒粒子を分散させ得るという従来の理解を含む。燃焼触媒がイオン輸送膜の透過表面に化学的に結合されることもある。
【００３９】
空気水蒸気１２８は、水蒸気改質生成物１１５との熱伝達を介して熱交換器２４０内で予熱することによる、及び／または加熱器２９１によるなど、酸素を供給する前に加熱してもよい。空気ストリーム１２８を加熱することは、燃焼熱を発生させるのに必要な酸素がより少ないために、必要な膜表面積が最小化されるという理由から、特に有利である。このような高温は、例えば、電気加熱要素を備えた加熱器を使用することによって達成され得る。したがって、加熱器２９１は、好ましくは、電気加熱要素を含んでもよい。燃焼チャンバ２８０はまた、合成触媒再生のために、または他の方法のために熱を供給するために使用され得る、Ｏ２枯渇空気ストリーム１２９を提供する。この方法は、複数の並列改質装置及び／または接触トレインが利用される場合（本明細書でより詳細に論じられる）、合成触媒再生のためのＯ２枯渇空気ストリームの使用に特に適している。例えば、通常の生産で動作している１つの改質装置トレインからのＯ２枯渇空気ストリームは、再生を行う別の接触トレインに直接流れを供給することができる。本方法の任意の実施形態に関しては、本方法は、保持表面から燃焼ガスへのイオン輸送膜を通る酸素の最終的な透過を伴う。このため、最終的な効果は、保持表面から透過表面への酸素のイオン輸送であり、したがって、燃焼ステップにおいて保持表面上にＯ２含有ガスを流すことにより、Ｏ２枯渇ガスを産生する。いずれの実施形態においても、燃焼ガスの流れは、Ｏ２含有ガスの流れに対して並流、向流または横流であってもよい点に留意されたい。Ｏ２枯渇ガス空気ストリーム１２９などのＯ２枯渇ガスの温度は、約６００℃〜約１，２００℃であってもよい。Ｏ２枯渇ガスは、約６００℃、約６５０℃、約７００℃、約７５０℃、約８００℃、約８５０℃、約９００℃、約９５０℃、約１，０００℃、約１，０５０℃、約１，１００℃、約１，１５０℃、約１，２００℃、これらの値のうちの任意の２つを含むか、またはその間にある任意の範囲の温度であってもよい。Ｏ２枯渇ガスは、モル基準において約０％〜約２０％Ｏ２、またはこれらの２つの値の間の任意の２つの整数を含み、かつその間にある任意の範囲であってもよく、いくつかの実施形態においては、Ｏ２枯渇ガスは、Ｏ２を実質的に含まない。
【００４０】
排ガス１２７は燃焼チャンバ２８０から流出し、ここで、排ガス１２７はＨ２Ｏ及びＣＯ２を含む。上述のとおり、予備改質装置生成物１０８は、排ガス１２７と組み合わされて、改質装置供給物１１０を産生する。改質装置生成物１１０は、水蒸気改質装置２７０において水蒸気改質反応を受けて、水蒸気改質生成物１１５を産生する。水蒸気改質装置２７０は水蒸気改質触媒を含む。こうした水蒸気改質触媒は、当業者に公知である。例えば、水蒸気改質触媒は、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、またはこれらの２つ以上の任意の組み合わせを含むことができ、また、Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｆｅ、ＧｄまたはＢの少なくとも１つを含んでもよい。活性触媒材料または金属が支持されていてもよい。かかる支持体は、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＣｅＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを含んでもよい。本明細書に記載の実施形態のいずれにおいても、水蒸気改質ステップのための熱としては、燃焼ステップからの輻射熱を含むこともあり得る。本明細書に記載の方法の実施形態のいずれにおいても、水蒸気改質ステップのための熱は、少なくとも一部Ｏ２枯渇ガスによって提供されてもよい。Ｏ２枯渇ガスを介して熱を供給することは、本明細書でより十分に記載されるような熱交換器を伴ってもよい。このため、熱交換器は、他の用途においてＯ２枯渇ガスを使用する前にＯ２枯渇ガスを冷却するために使用されてもよい。
【００４１】
水蒸気改質生成物１１５は、合成ガス（すなわち、Ｈ２及びＣＯ）、ＣＯ２、及びＨ２Ｏを含む。水蒸気改質生成物１１５は、約８５０℃〜約９２０℃の範囲の温度及び約１０バール〜約４０バール、より好ましくは約１５バール〜約２０バールの範囲内の圧力で水蒸気改質装置２７０から流出する。この例解のために、水蒸気改質生成物１１５は、約９２０℃の温度及び約１５バールの圧力で水蒸気改質装置２７０から流出する。次いで、水蒸気改質生成物１１５を熱交換器２４０に向け、改質生成物１１５を冷却し、水分離ユニット２０１から水を除去して生合成ガス１１７を供給する。
【００４２】
したがって、本明細書に記載されるいずれの実施形態においても、また図１に例解されるとおり、本方法は、熱交換器を通して水蒸気改質生成物を流して、接触ステップの前に、水蒸気改質生成物の温度を低下させることを伴うこともあり得る。熱交換器を通して水蒸気改質生成物を流すことは、第１の導管を通して水蒸気改質生成物を流すことと、改質生成物と熱交換流体が熱的連通する第２の導管を通して熱交換流体を流すことと、を伴ってもよい。前述の実施形態のいずれにおいても、熱交換器を通して水蒸気改質生成物を流すことは、第１の導管を通して蒸気改質生成物を流すことと、第２の導管を通して第１の熱交換流体を流すことと、第３の導管を通して第２の熱交換流体を流すことと、を伴い、水蒸気改質生成物と、第１の熱交換流体または第２の熱交換流体のうちの少なくとも１つとが熱的連通していることもあり得る。前述の実施形態のいずれにおいても、熱交換器は、第１の導管を通して水蒸気改質生成物を流すこと、及び複数の他の導管を通して複数の熱交換流体を流すことを伴うものであってもよい。更に、本明細書に記載の実施形態のいずれにおいても、熱交換導管を含む導管のいずれかがマイクロチャネルであってもよい。一般的な熱交換のための方法、及び特にマイクロチャネルを伴う熱交換方法に関する方法は、あらゆる目的において、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる、国際公開第２００４／０１６３４７号に記載されている。熱交換流体としては、空気、水蒸気、液体水、気体窒素、他の不活性ガス、合成ガス、溶融塩、鉱油などの油、気体炭化水素、液体炭化水素のうちの任意の１つ以上、Ｄｏｗ−ＵｎｉｏｎＣａｒｂｉｄｅから入手可能なＤｏｗｔｈｅｒｍＡ及びＴｈｅｒｍｉｎｏｌなどの熱交換流体、またはこれらの２つ以上の混合物などを挙げることができる。「Ｄｏｗｔｈｅｒｍ」及び「Ｔｈｅｒｍｉｎｏｌ」は商標である。本明細書に記載の実施形態のいずれにおいても、熱交換流体は、本明細書に記載のＯ２含有ガス、Ｏ２枯渇ガス、水蒸気改質生成物、第２の改質生成物、ＷＧＳ生成物、ＣＯ２含有ストリーム、及び本明細書に記載のテールガスのうちの任意の１つ以上を含むこともあり得る。冷却する必要のある処理ストリームから、加熱を必要とするこれらの水蒸気までの熱の伝達を最適化するための熱交換網分析方法は、当業者に公知である
【００４３】
図１に戻り、生合成ガス１１７は、水分離ユニット２０１から流出すると、コンプレッサ２２０によって加圧され、続いてＣＯ２吸収ユニット２０２に送られ、精製された合成ガスストリーム１１９がもたらされてもよい。本技術によるＣＯ２の分離は、ＣＯ２分離網を伴ってもよく、ＣＯ２収着及びそれに続くストリッピング、ＣＯ２吸着及び脱着、及び／またはＣＯ２除去膜によって生じ得る。図１は、ＣＯ２吸収（ＣＯ２収着ユニット２０２）及びＣＯ２ストリッピング（ＣＯ２ストリッピングユニット２０３）を使用する実施形態を例解する。次いで、精製合成ガスストリーム１１９は、調整合成ガスストリーム１３１（ＣＯに富化）と組み合わせて、Ｈ２対ＣＯのモル比を最適化させてもよく、これは、この例解の目的上、合成ガスストリーム１２０を産生するため、Ｈ２対ＣＯのモル比はモル基準で１．９５：１である。合成ガスストリーム１２０は、次いで、接触ステップ（図示せず）に向けられる。提供される調節合成ガスストリーム１３１の量は、Ｈ２対ＣＯの所望の目標比となるように制御され、必要に応じて停止され得る。本明細書の記載の方法の前述の実施形態のいずれにおいても、接触ステップに供給されるＨ２対ＣＯの初期モル比は、約０．５：１〜約４：１の範囲内であってもよい。接触ステップに供給されるＨ２対ＣＯの初期モル比は、約１．４：１〜約２．１：１、または約１．５：１〜約２．１：１、または約１．６：１〜約２：１、または約１．６：１〜約１．９：１であってもよい。調整合成ガスストリーム１３１を精製合成ガスストリーム１１９と組み合わせない場合、精製合成ガスストリーム１１９は合成ガスストリーム１２０である。
【００４４】
図示していないが、この方法は、テールガスの一部分を接触ステップに含めることを伴ってもよい。接触ステップにおけるテールガスの一部分に対するＨ２及び他の供給源（例えば、水蒸気改質生成物または第２の改質生成物）のＣＯを含む合成ガスの容積比は、約０．５：１〜約１０：１、または約１：１〜約８：１、または約１：１〜約６：１、または約１：１〜約４：１、または約３：２〜約７：３、または約２：１の範囲内であってもよい。
【００４５】
前述の実施形態のいずれにおいても、本方法は、テールガスを水蒸気改質ステップに、第２の改質ステップに、接触ステップに再循環させること、それを燃焼ステップに含めること、及び／またはそれをＷＧＳ反応に供することの前に、熱交換器を通してテールガスの一部分を流してテールガスの温度を上昇させることを伴ってもよい。前述の実施形態のいずれにおいても、熱交換器を通してテールガスを流すことには、第１の導管を通してテールガスを流すこと、テールガスと熱交換流体とが熱的連通する第２の導管を通して交換流体を流すこと、を伴ってもよい。熱交換流体は、以下でより十分に記載されるが、熱交換流体は、空気、水蒸気改質生成物、第２の改質生成物、Ｈ２Ｏ、Ｏ２含有ガス、または本明細書に記載の実施形態のいずれか１つによって提供されるＯ２枯渇ガスのいずれか１つ以上を含んでもよい。熱交換器を通してテールガスを流すことは、第１の導管を通してテールガスを流すこと、第２の導管を通して第１の熱交換流体を流すこと、及び第３の導管を通して第２の熱交換流体を流すこと、を伴ってもよく、テールガスと第１の熱交換流体または第２の熱交換流体のうちの少なくとも１つとは熱的連通している。第１の熱交換流体及び第２の熱交換流体は、異なる流体であってもよく、または同じ流体であってもよい。前述の実施形態のいずれにおいても、熱交換器を通してテールガスを流すことは、第１の導管を通してテールガスを流すこと、及び複数の他の導管を通して複数の熱交換流体を流すことを伴うものであってもよい。
【００４６】
水素含有ストリーム１３４は、一部、Ｈ２富化ストリーム１４０から生じる。Ｈ２富化ストリーム１４０は、水素分離網２００によって提供される。Ｈ２富化ストリーム１４０のＨ２は、水素分離網２００によって、テールガス（１３０）から産生されたＷＧＳ生成物及び／またはスリップストリーム１２１から分離される。本技術の水素分離網は、水素除去膜を伴ってもよく、圧力スイング吸着に依存し、かつ／または温度スイング吸着に依存し得る。水素分離網２００は、単一のユニットまたは複数の水素分離ユニットであってもよい。本明細書に記載の実施形態のいずれにおいても、燃焼ガスは、ＷＧＳ生成物によって提供されるＨ２を含むこともあり得る。したがって、燃焼ガスは、ＷＧＳ生成物を含んでもよく、または（図１に例解するように）燃焼ガス中に使用する前に、Ｈ２は、水素分離網によってＷＧＳ生成物から分離されてもよい。図１に提供された例解においては、水素分離網２００内の水素除去膜が、約９５％（モル基準において）未満の純度でＨ２富化ストリームをまずもたらし、調節合成ガスストリーム１３１（ＣＯに富化）をもたらす。約９５％未満の純度を有するＨ２富化ストリームの一部分は、Ｈ２富化ストリーム１４０として使用されてもよい。水蒸気改質生成物、第２の改質生成物、及び／もしくはテールガスのＷＧＳ生成物から分離されたＨ２富化ストリームまたはこれらの一部分は、水蒸気改質ステップ、第２の改質ステップ、燃焼ステップ、及び／または接触ステップで使用されてもよい。次いで、Ｈ２富化ストリームまたはその一部分は、圧力スイング吸着または温度スイング吸着に向けられて、高純度Ｈ２ストリーム１４１を提供してもよい。高純度のＨ２ストリーム１４１は、約９５％超（モル基準）、好ましくは約９８％超の純度であってもよく、かつ約０．５％未満のＮ２を有してもよい。高純度Ｈ２ストリーム１４１は、このような高純度のＨ２が望ましい方法、例えばこれらに限定するものではないが、当技術分野で公知でありかつ本明細書で論じられるような、合成触媒再生、合成触媒再活性化、または水素化処理反応などで使用されてもよい。水素分離網２００はまた、他の用途での使用及び窒素などの不活性成分をパージするための燃料ガスストリーム１３２を提供することができる。
【００４７】
特に、水素含有ストリーム１３４はまた、ＣＯ２ストリッピングユニット２０３からのＣＯ２ストリーム１３８によって提供されるＣＯ２を含む。このような方法により、燃焼ガス１２６を介して水蒸気改質装置２７０に戻って貴重な炭素を再循環させることが可能になり、再循環されたＣＯ２を水蒸気改質装置２７０で反応させて、ＣＯを得て、そのＣＯは、炭化水素を産生するために合成ガスストリーム１２０に組み込まれ得る。ＣＯ２ストリーム１３８は、コンプレッサ２２２によって加圧されてもよい。ＷＧＳ反応（１５０）の生成物の一部分が利用されてもよい。一部分１５０は、コンプレッサ２２３によって加圧され、かつ、ＣＯ２ストリーム１３８とＨ２富化ストリーム１４０とを組み合わせて、水素含有ストリーム１３４を産生してもよい。水素含有ストリーム１３４の生成に使用される一部分１５０、ＣＯ２ストリーム１３８、及びＨ２富化ストリーム１４０の量は、水素含有ストリーム１３４中所望の濃度のＨ２及びＣＯ２をもたらすように制御される。実際には、一部分１５０またはＣＯ２ストリーム１３８のいずれかが停止されてもよいが、任意の改質ストリーム１６０が本明細書で説明されるように利用されない限り、両方とも停止されることはない。図示していないが、水素含有ストリーム１３４は、合成ガススリップストリーム１２５と組み合わせる前に、または燃焼ガス１２６として使用する前に、温度を上昇させるために、熱交換器２４０に向けられてもよい。同様に、燃焼ガス１２６は、燃焼チェンバ２８０への導入前に温度を上昇させるために熱交換器２４０に向けられてもよい。テールガスをシフトさせることによる利点は、このシフトガスが、外来性冶金（例えば、インコネルなどの比較的高いＮｉ及びＣｒ含有量を有する合金組成物）を使用せずに、より高温に加熱され得ることである。すなわち、シフトガスは、より高い温度まで加熱するとき、シフトガスを含む導管及び装置の構築に、より安価な材料を使用できるような組成物である。また、テールガスの一部分をより低い温度（約３００℃以下）で燃焼チャンバに向けることも可能である。シフトされたテールガスは、水素化分解または水素化反応に供し、コークスの形成なく加熱を促進させてもよい。
【００４８】
燃焼ガス１２６中の高濃度ＣＯ２により、例えば、ＣＯ２と反応させることにより、燃焼チャンバ２８０のイオン輸送膜の組成物または化学量論を変更させ得る点に留意されたい。こうしたＣＯ２との反応に伴う例示的膜は、例えば、アルカリ土類金属（例えば、Ｃａ）などを含む膜である。臨界閾値として定義され得る平衡状態でのＣＯ２分圧に関しては、ＣＯ２存在下でのイオン輸送膜の分解を表すことができる。ＣＯ２分圧が臨界閾値未満である間、ＣＯ２反応による分解は、許容できるほど少ないか、または無視できるものであってもよい。しかし、イオン輸送膜の臨界閾値よりも高いＣＯ２分圧では、イオン輸送膜はＣＯ２との反応によって変化する。臨界閾値の値は、温度、酸素分圧、及びイオン輸送膜の組成物に応じる。このように、ＣＯ２を含む燃焼ガスを伴う前術の実施形態のいずれにおいても、本方法は、燃焼ステップに使用されるイオン輸送膜の臨界閾値未満である燃焼ガス中のＣＯ２分圧を維持することを更に伴うこともあり得る。
【００４９】
任意の再生ストリーム１６０は、ストリーム１５０、ＣＯ２ストリーム１３８、またはＨ２富化ストリーム１４０のうちの少なくとも一部分を含み、それぞれの量は、任意のストリーム１６０中所望の濃度のＨ２及びＣＯ２をもたらすように制御される。使用するとき、任意のストリーム１６０は、（１）予備改質装置供給物１０５と組み合わせて、両方を予備改質装置２５０に導入させて予備改質装置生成物１０８を産生するか、または（２）予備改質装置生成物１０８と排ガス１２７と組み合わせて、改質装置供給物１１０を形成するか、（３）（１）と（２）の両方、のいずれかであってもよい。例えば、改質装置供給物１１０は、改質ストリーム１６０を含んでもよく、改質ストリーム１６０は、下流ＣＯ２が水蒸気装置２７０に提供されて水蒸気改質生成物１１５を産生するように、ＣＯ２ストリーム１３８を含む。排ガス１２７と組み合わせることにより、ＣＯ２ストリーム１３８の温度を上昇させて、下流ＣＯ２からのＣＯの産生を更に向上させるだけでなく、燃焼ステップ後に下流ＣＯ２をこうして組み込むことにより、イオン輸送膜がＣＯ２に関して臨界閾値を示すべき場合、下流ＣＯ２をより多く含めることが可能になる。
【００５０】
特に、図１は、典型的な始動と比較して、それぞれ、エネルギー需要が大きく減少する３つの任意の始動手順を例解する。
【００５１】
第１の選択肢では、接触ステップを含む反応器は実行せず、コンプレッサ２２０はオフであり、水蒸気改質装置２７０は蒸気改質生成物１１５をまだ生成していない。この第１の選択肢では、燃焼チャンバ２８０内の反応は、燃焼ガス（図示せず）として、天然ガス及び／または始動燃料（Ｈ２、Ｃ２＋炭化水素、または酸素含有炭化水素など）により開始され得る。始動コンプレッサ２２１を使用してガスを循環させ、徐々に温度を上昇させ、水蒸気改質装置２７０から水蒸気改質生成物１１５の産生を開始する。水蒸気改質生成物１１５の産生及びその後の生合成ガス１１７の生成時に、低圧合成ガススリップストリーム１２５は、燃焼ガス１２６として置換される。こうした始動時には、合成ガススリップストリーム１２５は、燃焼ガス１２６として燃焼チャンバ２８０に導入される前に、始動コンプレッサ２２１で加圧されてもよい。水蒸気改質生成物１１５が所望の合成ガス流量及び／または所望のＨ２対ＣＯモル比で生成されると、コンプレッサ２２０が開始されて接触ステップに必要な圧力を提供する。コンプレッサ２２０の開始（すなわち、コンプレッサ２２１の使用）前、または代替的にコンプレッサ２２０の開始後のいずれかにおいて、ＣＯ２ストリーム１３８及びＨ２富化ストリーム１４０が生成することにより、水素含有ストリーム１３４を燃焼ガス１２６中に組み込むことができる。こうして組み込むことにより、燃焼ガス１２６中に組み込まれる合成ガススリップストリーム１２５の量を減少させることができ、最終的に合成ガススリップストリーム１２５は、すべてを最小化させ得るか、または停止させ得る。コンプレッサ２２０の始動後、水素含有ストリーム１３４を選択して、合成スリップストリーム１２５は、減少または停止されてもよい。
【００５２】
第２の選択肢では、燃焼チャンバ２８０内の反応は、燃焼ガス（図示せず）として、天然ガス及び／または始動燃料により開始され得、接触ステップを含む全体の方法は、コンプレッサ２２０をオフにして実施される。第１の選択肢と同様に、生合成ガス１１７（接触ステップに同時に送られる一部分）の初期生成時に、低圧合成ガススリップストリーム１２５は、燃焼ガス１２６に置換され、この場合、合成ガススリップストリーム１２５は、始動コンプレッサ２２１にて加圧されてもよい。水蒸気改質生成物１１５が所望の合成ガス流量及び／または所望のＨ２対ＣＯモル比で産生されると、コンプレッサ２２０が開始されて、接触ステップのためにより高い圧力を提供し、このため接触ステップの効率が高まる。その後、水素含有ストリーム１３４（コンプレッサ２２０始動前または始動後のいずれか）の産生により、燃焼ガス１２６中に組み込まれる合成スリップストリーム１２５の量を減少させ、最終的にはすべてを最小化し、停止させ得る。第１の選択肢とほぼ同じように、コンプレッサ２２０の始動後、水素含有ストリーム１３４を選択して、合成ガススリップストリーム１２５は、減少または停止されてもよい。
【００５３】
図１には示していないが、複数の改質エンクロージャが合成ガスストリーム１２０の供給に関与している場合、いくつかの改質エンクロージャが、コンプレッサ２２０を開始させるにあたって、所望の合成ガス流量、圧力、及び／または所望のＨ２対ＣＯのモル比に到達するために、水蒸気改質生成物１１５に含まれる改質生成物の一助となってもよい。このため、単一水蒸気改質装置２７０を用いるか、または水蒸気改質装置を含む改質エンクロージャ／トレイン及び／もしくは他の改質反応を使用するかのいずれかによる場合は、こうした始動手順（選択肢１または選択肢２による）により、コンプレッサ２２０を始動するエネルギー需要が大幅に減少されるように、十分な圧力で十分な合成ガスを提供するために、比較的小型の始動コンプレッサ２２１を使用することができる。
【００５４】
第３の選択肢は、複数の改質エンクロージャに依存し、第１の選択肢または第２の選択肢のいずれかが使用されても、使用されなくてもよく、第１の改質エンクロージャ及び第１の接触ステップ（「第１のトレイン」）を伴う。この第１トレインの始動時に、（第１の改質エンクロージャ及び／または第１のトレインからの）下流Ｈ２を利用して、第２の改質エンクロージャ内の水素含有ストリーム（１３４に類似）を産生する。下流ＣＯ２も、この水素含有ストリームに組み込まれてもよい。この第２の改質エンクロージャは、水素含有ストリームを利用して、第２の改質エンクロージャの燃焼チャンバ内で反応を行い、第２の改質エンクロージャ内の水蒸気改質を可能にしてもよい。主要コンプレッサは、一旦、１つ、２つ、またはそれ以上の改質エンクロージャからの生合成ガスからの適切な流れが存在すると、開始されてもよい。この第３の選択肢はまた、第２の接触ステップを伴ってもよく、第２の改質エンクロージャは、第２の接触ステップのために、主コンプレッサを始動させる第１または第２の選択肢を利用する。第３の選択肢は、同様に、複数の改質装置トレイン及び接触ステップと共に使用されてもよい。
【００５５】
本技術による他の改質方法
図１は、水蒸気改質を伴う例解を提供する。しかし、更なる改質方法を用いて、接触ステップにＨ２及びＣＯを提供するため、ならびにＣＯ対Ｈ２のモル比を調整するために、水蒸気改質生成物と組み合わせることができる生成物を産生してもよい。
【００５６】
例えば、この方法は、接触ステップにＨ２及びＣＯを提供するために最終的に組み合わされる２つの改質生成物を産生するための２つの平行な水蒸気改質ステップを伴ってもよい。更に、３つ以上の改質ステップを並列及び／または直列に利用して、Ｈ２及びＣＯを接触ステップに提供するために最終的に組み合わされる３つ以上の合成ガス生成物を産生することもあり得る。前述の実施形態のいずれにおいても、接触ステップへのＨ２とＣＯは、部分酸化改質ステップ、自熱改質ステップ、ＣＯ２改質ステップ（「改質乾燥」としても公知）、石炭ガス化処理、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせに由来するＨ２とＣＯを含むこともあり得る。これらのそれぞれについて、Ｈ２及びＣＯを含む生成物が産生され、Ｈ２及びＣＯの量は、Ｈ２をＣＯ及び／または膜を使用する他の成分または圧力スイング吸着から分離することによって調整することができる。
【００５７】
更に、前述の実施形態のいずれにおいても、燃焼ステップは、部分酸化改質、自熱改質、乾式改質、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせの一部であってもよく、Ｈ２及びＣＯを接触ステップに提供するために、水蒸気改質生成物と組み合わせ得る合成ガスを産生してもよい。前述したように、燃焼ステップの排ガスは水蒸気改質用供給物として含まれてもよく、したがって、排ガスは部分酸化改質生成物、自熱改質生成物、乾式改質生成物、またはこれらの任意の２つ以上を含む。燃焼ステップを含む部分酸化改質、自熱改質、及び／または乾式改質については、最初に「燃料区域」において燃焼ステップが生じ、その後、「改質区域」において改質反応が生じることもあり得る。
【００５８】
しかし、第２の改質ステップは、第２の改質ステップの一部として燃焼ステップを含んでもよい。したがって、部分酸化改質、自熱改質、またはこれらの組み合わせは、本技術の燃焼ステップを含んでもよく、燃焼ステップの燃焼ガスは水蒸気改質生成物の一部分を含み、排ガスは第２の改質生成物合成ガスとなる。このような実施形態においては、第２改質生成物は水蒸気改質用供給物に含まれない。この第２の改質ステップは、第２の改質反応の後に燃焼区域における燃焼ステップを含むことができる。
【００５９】
段落００５７または００５８のいずれかの段落に記載された燃焼区域はイオン輸送膜を含むが、改質区域は、イオン輸送膜を含んでも含まなくてもよい。いくつかの実施形態においては、改質区域は、燃焼ステップのイオン輸送膜を含む。燃焼区域には、段落００３８に記載されているような燃焼触媒を更に含んでもよい。燃焼触媒は、燃焼区域内のイオン輸送膜の透過表面上に配置されてもよい。例えば、燃焼触媒は、イオン輸送膜の透過表面上に存在してもよく、または燃焼触媒は、イオン輸送膜の透過表面上に分散されてもよい。燃焼触媒材料が透過表面上に「分散」され得るということは、透過表面上、透過表面の隙間内、及び／または透過表面内の開気孔内に、ミクロ触媒粒子を分散させ得るという従来の理解を含む。燃焼触媒の一部分がイオン輸送膜の透過表面に化学的に結合していることが更にあってもよい。
【００６０】
前述の実施形態のいずれにおいても、接触ステップのＨ２及びＣＯは、自熱改質（ＡＴＲ）によって産生された（以下、「自熱改質ステップ」と称する）自熱改質生成物（ＡＴＲ生成物）からのＨ２及びＣＯを含むこともあり得る。前述の実施形態のいずれにおいても、第２の改質ステップは、自熱改質ステップを含むものであってもよい。前述の実施形態のいずれにおいても、ＡＴＲステップは、本方法の燃焼ステップを含み、したがって第２の改質用供給物は燃焼ガスを含み、第２の改質生成物は排ガスを含むものであってもよい。このような実施形態においては、ＡＴＲステップは水蒸気改質ステップに熱を供給する。
【００６１】
自熱改質を伴う実施形態のいずれにおいても、ＡＴＲステップは、イオン輸送膜の存在下で発生することもあり得る。このイオン輸送膜は、自熱改質イオン輸送膜（ＡＴＲ−ＩＴＭ）と呼ばれる。このような実施形態においては、ＡＴＲは、ＡＴＲ生成物を生成するために、ＡＴＲ供給物をＡＴＲ−ＩＴＭの透過表面上に流すこと、及びＯ２含有ガスをＡＴＲ−ＩＴＭの保持表面に流すことを伴ってもよい。ＡＴＲ供給物の少なくとも１つの成分はＣＨ４である。例えば、ＡＴＲ供給物が水蒸気改質生成物を含む場合、水蒸気改質生成物は水蒸気改質反応で消費されないＣＨ４を含むことができる。自熱改質触媒は、ＡＴＲ−ＩＴＭの改質装置表面上に配置されてもよい。Ｏ２含有ガスは、約１０ｐｓｉｇ〜約１５０ｐｓｉｇ、またはこれらの２つの値の間の任意の２つの整数を含みかつその間にある任意の範囲の圧力下であってもよい。透過表面と接触しているＡＴＲ供給物は、約２０ｐｓｉｇ〜約５００ｐｓｉｇ、またはこれらの２つの値の間の任意の２つの整数を含みかつその間にある任意の範囲の圧力下であってもよい。保持表面上にＯ２含有ガスを流すことにより、ＡＴＲ−ＩＴＭ  Ｏ２枯渇ガスが産生される。ＡＴＲ−ＩＴＭ  Ｏ２枯渇ガスの温度は、約６００℃〜約１，２００℃、またはこれらの２つの値の間の任意の整数を含み、かつその間にある任意の範囲であってもよい。ＡＴＲ−ＩＴＭ  Ｏ２枯渇ガスは、モル基準で約０％〜約２０％Ｏ２、またはこれらの２つの値の間の任意の２つの整数を含み、かつその間にある任意の範囲であってもよい。
【００６２】
ＡＴＲ−ＩＴＭは、燃焼ガスを反応させる方法で使用されるイオン輸送膜とは別個の構造であってもよい。しかし、ＡＴＲステップが本方法の燃焼ステップを含む実施形態においては、ＡＴＲ−ＩＴＭは、燃焼ステップのイオン輸送膜である。
【００６３】
図２は、ＡＴＲステップが燃焼ステップを含むＡＴＲ−ＩＴＭを伴う方法の例解的実施形態を提供する。水蒸気改質生成物上でＣＯ２含有供給物と組み合わせて自熱改質を利用することにより、Ｈ２対ＣＯのモル比を更に変えることができる。図２も、本方法の炭素効率を高めるために、本技術では、テールガスのＷＧＳ反応によってもたらされるＣＯ２及びＨ２をどのように利用するかを例解する。本技術は、上述したように、本明細書に記載の特定の図に関して限定されるものではなく、これらは、本技術の単なる例解として意図される。また、図１の実施形態に記載された要素いずれも、図２の実施形態と同様に利用することができ、逆も可能である。
【００６４】
図２においては、天然ガス供給物３０１、蒸気供給物３０２、及び任意でテールガス再循環物３０３が組み合わされて予備改質装置供給物３０５を作る。予備改質装置供給物３０５中の水蒸気対改質可能炭素（ＣＯ２ではなく、ＣＨ４など）のモル比は、約３．０以下、好ましくは約０．６〜約０．４であってもよい。天然ガス供給物３０１は、主にメタンを含み、使用される場合には、任意のテールガス再循環物３０３は、テールガスの少なくとも一部分を含む。予備改質装置供給物３０５を、熱交換器４４０に向けて（段落００３３及び００４２を参照されたい）、予備改質装置４５０に導入する前に、約４２０℃まで予備改質装置供給物３０５の温度を上昇させる。予備改質装置４５０の前に、予備改質装置供給物３０５は、（以下に詳述するように、方法の下流のＣＯ２及び／またはＨ２を含む）改質ストリーム３６０と組み合わせてもよい。予備改質装置４５０は、予備改質装置生成物３０８を産生し、水蒸気改質装置４７０に導入する前に、改質ストリーム３６１（本方法の下流のＣＯ２及び／またはＨ２を含む）と任意で組み合わせて、加熱器４６０に向けて、予備改質装置生成物３０８の温度を例えば約６５０℃まで上昇させてもよい。図示していないが、ＡＴＲ供給物に対して、直接一部のテールガス３０３の再循環を行うことは、当業者において既知である。再循環テールガスを前処理して、エチレン及びＣ３＋炭化水素を除去してもよい。特に、図２は予備改質ステップを例解するが、このような予備改質ステップは任意である（段落００３５を参照されたい）。
【００６５】
水蒸気改質装置供給物３０８は、水蒸気改質装置４７０において水蒸気改質反応を受けて、水蒸気改質生成物３１０を産生する。図示していないが、本方法の任意の実施形態においては、水蒸気改質生成物中のＨ２の一部分は、水蒸気改質生成物を更に使用する前に、水素分離網によって水蒸気改質生成物から分離され得る。水蒸気改質生成物３１０は、ＡＴＲ供給物３２７を提供するために、供給物３２６と組み合わせ、ＡＴＲ供給物３２７は、自熱改質装置４８０（「ＡＴＲ４８０」）において自熱改質に供する。本明細書に記載の任意の実施形態において、第２の改質用供給物（ＡＴＲ供給物３２７など）中の水蒸気対改質可能炭素（例えば、ＣＯ２ではなく、ＣＨ４）のモル比は、約０．６以下、好ましくは約０．６〜約０．４であることもあり得る。図２には図示されていないが、本方法のいずれの実施形態も、テールガスの一部分を第２の改質ステップに再循環することを任意に伴ってもよい。再循環テールガスは、約０．５：１〜約２：１、または約０．６：１〜約１．８：１、または約０．７：１〜約１．２：１の範囲内のＨ２対ＣＯのモル比を有するＨ２及びＣＯを含んでもよい。第２の改質ステップにおける水蒸気３１０対テールガスの一部分の容積比は、約０．５：１〜約１０：１、または約１：１〜約８：１、または約１：１〜約６：１、または約１：１〜約４：１、または約３：２〜約７：３、または約２：１の範囲内であってもよい。
【００６６】
ＡＴＲ４８０は、ＡＴＲ生成物３１５を提供するために、イオン輸送膜（ＡＴＲ−ＩＴＭ、イオン輸送膜及びその使用に関しては、例えば、段落００３６〜００３６を参照されたい）を使用して、空気ストリーム３２８からＡＴＲ供給物３２７に酸素を供給する。自熱改質反応の一部として、ＡＴＲ４８０もまた熱を供給する。したがって、水蒸気改質装置４７０で行われる水蒸気改質反応のための熱は、ＡＴＲ４８０によって提供される熱を含む。図示していないが、ＡＴＲ４８０は、段落００５８で論じられる第１の燃焼区域、次に、自熱改質区域を含んでもよい。このような実施形態においては、燃焼区域は、段落００３８及び００５９の前述の燃焼触媒のいずれか１つ以上を含んでも含まなくてもよく、こうした燃焼触媒は、自熱改質区域において自己燃焼改質触媒（以下に記載）に加えて、ＡＴＲ−ＩＴＭ上に配置され得る。水蒸気改質装置４７０及びＡＴＲ４８０は、改質エンクロージャ４９０内に収容される。空気水蒸気３２８は、ＡＴＲ生成物４１５との熱伝達を介して熱交換器４４０内で予熱することにより、及び／または加熱器４９１によるなどにより、酸素を供給する前に加熱されてもよい（段落００３９及び００４２を参照されたい）。加熱器４９１により空気ストリーム３２８を加熱することは、ＡＴＲ供給物３２７中の多くのメタン及びＣＯ２がＣＯに転化され得るように、より加熱し、酸素の移動により、燃焼からの熱がより少なくなることから、必要とされる膜面積が減少する。ＡＴＲ４８０はまた、触媒再生のために、または他の方法のために熱を供給するために使用され得る、Ｏ２枯渇空気ストリーム３２９を提供する。本明細書に記載された実施形態のいずれにおいても、水蒸気改質ステップのための熱（例えば、水蒸気改質装置４７０のための熱）は、Ｏ２枯渇ガス、例えばＯ２枯渇空気ストリーム３２９によって供給される熱を含むこともあり得る。
【００６７】
本技術の自熱改質は、自熱改質触媒を伴う。自熱改質触媒は、白金、ロジウム、ルテニウム、またはニッケルを含むことができ、酸化物支持体材料を含んでもよい。本明細書に記載の方法の実施形態のいずれにおいても、自熱改質触媒の酸化物支持材料は、ガドリニウムドープセリア（ＣＧＯ）を含んでもよい。本明細書に記載の実施形態のいずれにおいても、自熱改質触媒は、Ｒｈ−ＣＧＯ、Ｒｈ−Ｐｔ−ＣＧＯ，及び／またはＬａ０．８Ｓｒ０．２Ｃｒ０．９Ｎｉ０．１Ｏ３を含んでもよい。図２に例解するように、第２の改質用供給物（この場合、ＡＴＲ供給物）は、水蒸気改質生成物、メタン（ＣＨ４）、水蒸気、再循環されたテールガス成分などの１つ以上の供給物成分を含んでもよい。本方法のいずれの実施形態も、テールガスの一部分を第２の改質ステップに再循環させることを任意で伴ってもよい。
【００６８】
図２には示さないが、自熱改質を伴う本技術の実施形態のいずれにおいても、ＡＴＲステップは、
（１）ＡＴＲ−ＩＴＭの透過表面上にＡＴＲ供給物を流しかつＡＴＲ−ＩＴＭの保持表面上にＯ２含有ガスを流して段間生成物を産生することを伴う第１の段階と、
（２）段階生成物を第２のＡＴＲ−ＩＴＭの段間表面上に流しかつＯ２含有ガスを第２のＡＴＲ−ＩＴＭの保持表面上に流してＡＴＲ生成物を産生することを伴う第２の段階
を含むものであってもよい。
自熱改質ステップを伴う前述の実施形態のいずれにおいても、自熱改質ステップは、ＡＴＲ生成物を産生するために、複数の段階を含んでもよい。図２に例解するように、これらのＡＴＲ段階のうちの１つ以上は、従来の水蒸気改質ステップに熱を供給することができる。
【００６９】
ＡＴＲ生成物３１５は、合成ガス（すなわち、Ｈ２及びＣＯ）、ＣＯ２及びＨ２Ｏを含む。この例解のために、ＡＴＲ生成物３１５は、約９４０℃〜約１，１００℃の温度でＡＴＲ２７０から流出して、熱交換器４４０に向けられる（段落００４２を参照されたい）。水分離ユニット４０１から水が除去されて生合成ガス３１７が産生され得るように、ＡＴＲ生成物３１５は熱交換器４４０で冷却される。その後、生合成ガス３１７は、コンプレッサ４２０で加圧され、その後ＣＯ２収着ユニット４０２に送られて、精製合成ガスストリーム３１９を生成してもよい。次いで、精製合成ガスストリーム３１９は、合成ガスストリーム３２０を産生するために、調整合成ガスストリーム３３１（ＣＯに富化）と組み合わせて、Ｈ２対ＣＯのモル比を最適化させてもよい（段落００４３を参照されたい）（この例解の目的上、Ｈ２対ＣＯのモル比はモル基準で１．９５：１である）。合成ガスストリーム３２０は、次いで、接触ステップ（図示せず）に向けられる。提供される調節合成ガスストリーム３３１の量は、所望の目標Ｈ２対ＣＯ比をもたらすように制御され、必要に応じて停止されてもよい。
【００７０】
水素分離網４００（段落００４６を参照されたい）により調節合成ガスストリーム３３１が提供され、水素分離網４００は、スリップストリームによって、精製合成ガス（３２１）から供給されるか、かつ／またはＷＧＳ生成物３３０を含む。ＷＧＳ生成物３３０は、テールガスの一部分でＷＧＳ反応を実施することによって生成される。図２に提供された例解では、水素分離網４００の水素除去膜が、約９５％（モル基準において）未満の純度でＨ２富化ストリームをまずもたらし、次いで調節合成ガスストリーム３３１（ＣＯに富化）をもたらす。純度約９５％未満のＨ２富化ストリームの一部分は、Ｈ２富化ストリーム３４０として使用され得る。次いで、Ｈ２富化ストリームまたはその一部分は、圧力スイング吸着または温度スイング吸着に向けられて、高純度Ｈ２ストリーム３４１を提供してもよい。高純度のＨ２ストリーム３４１は、約９５％超（モル基準）、好ましくは約９８％超の純度であってもよく、かつ約０．５％未満のＮ２を有してもよい。高純度Ｈ２ストリーム３４１は、このような高純度のＨ２が望ましい方法、例えば当技術分野で知られておりかつ本明細書で論じられるような合成触媒再生、合成触媒再活性化、または水素化処理反応などで使用されてもよいが、これらに限定されない。水素分離網４００はまた、他の用途で使用するための燃料ガスストリーム３３２を提供することができる。
【００７１】
ＷＧＳ反応（３５０）の生成物の一部分は、直接利用してもよい。一部分３５０は、コンプレッサ４２３によって加圧し、ＣＯ２ストリーム３３８及びＨ２富化ストリーム３４０と組み合わせて、水素含有ストリーム３３４を産生してもよい。水素含有ストリーム３３４の産生に使用される一部分３５０、ＣＯ２ストリーム３３８、及びＨ２富化ストリーム３４０の量は、水素含有ストリーム３３４中に所望の濃度のＨ２及びＣＯ２をもたすように制御される。実際には、一部分３５０またはＣＯ２ストリーム３３８のいずれかが停止されてもよいが、任意の改質ストリーム３６０が本明細書で説明されるように利用されない限り、両方とも停止されることはない。水素含有ストリーム３３４は、任意で、合成ガススリップストリーム３２５（生合成ガスストリーム３１７の一部分である）の一部分と組み合わせて、供給物３２６をもたらしてもよく、合成ガススリップストリーム３２５を使用しない場合、水素含有ストリーム３３４の組成物は、供給物３２６の組成物である。上記で論じたとおり、供給物３２６は水蒸気改質生成物３１０と組み合わせてＡＴＲ供給物３２７をもたらす（段落００４８を参照されたい）。図示していないが、水素含有ストリーム３３４は、熱交換器４４０に向けられて、蒸気合成ガススリップストリーム３２５と組み合わせる前に、または供給物３２６として使用する前に、温度を上昇させてもよい。同様に、供給物３２６は、熱交換器４４０に向けられて、水蒸気改質生成物３１０（図示せず）と組み合わせる前に温度を上昇させてもよい。
【００７２】
任意の改質ストリーム３６０は、部分３５０またはＣＯ２ストリーム３３８のうちの少なくとも１つを含み、Ｈ２富化ストリーム３４０を任意で含んでもよく、それぞれの量は、任意の改質ストリーム３６０中に所望の濃度のＨ２及びＣＯ２をもたすように制御される。使用するとき、任意の改質ストリーム３６０は、（１）予備改質装置供給物３０５と組み合わせて、両方を予備改質装置４５０に導入して予備改質装置生成物３０８を産生するか、または（２）予備改質装置生成物３０８と組み合わせて、両方を水蒸気改質装置４７０に導入して、水蒸気改質生成物３１０を形成するか、（３）（１）と（２）の両方、のいずれかであってもよい。
【００７３】
図１と同様に、図２では、典型的な始動と比較して、それぞれ、エネルギー需要を大きく減少させる３つの任意の始動手順を例解する。
【００７４】
第１の選択肢においては、接触ステップを含む反応器は実行せず、コンプレッサ４２０はオフであり、かつ水蒸気改質装置４７０は、まだ水蒸気改質生成物３１０を生成していない。ＡＴＲ４８０における自熱改質は、ＡＴＲ供給物３２７として、天然ガス及び／または始動燃料（Ｈ２、Ｃ２＋炭化水素、または、酸素含有炭化水素など）により開始されてもよい（図示せず）。始動コンプレッサ４２１を使用してガスを循環させ、徐々に温度を上昇させ、水蒸気改質装置４７０からＡＴＲ改質生成物３１５の産生を開始する。ＡＴＲ改質生成物３１５の産生及びその後の生合成ガス３１７の生成時に、低圧合成ガススリップストリーム３２５が、ＡＴＲ供給物３２７の一部として組み込まれる。こうした始動時には、合成ガススリップストリーム３２５は、ＡＴＲ４８０に導入される前に、始動コンプレッサ４２１で加圧されてもよい。ＡＴＲ４８０により十分な熱が発生したときに、水蒸気改質装置４７０による水蒸気改質が開始される。ＡＴＲ生成物３１５が所望の合成ガス流量及び／または所望のＨ２対ＣＯモル比で産生されると、コンプレッサ４２０が開始されて接触ステップに必要な圧力を提供する。コンプレッサ４２０の開始（すなわち、コンプレッサ４２１の使用）前、または代替的にコンプレッサ４２０の開始後のいずれかにおいて、その後、ＣＯ２ストリーム３３８及びＨ２富化ストリーム３４０が産生され、水素含有ストリーム３３４を供給物３２６中に組み込むことができる。このような組み込みにより、ＡＴＲ供給物３２７に組み込まれる合成スリップストリーム３２５の量を減少させ、最終的に合成ガススリップストリーム３２５は、すべてを最小化し、停止させ得る。
【００７５】
第２の選択肢では、ＡＴＲ４８０内の反応は、ＡＴＲ供給物３２７として、天然ガス及び／または始動燃料により開始され得（図示せず）、接触ステップを含む方法全体が、コンプレッサ４２０をオフにして実施される。第１の選択肢と同様に、生合成ガス３１７の初期生成時に（その一部分は同時に接触ステップに送られる）、低圧合成スリップストリーム３２５がＡＴＲ供給物３２７の一部分として組み込まれる。水素含有ストリーム３３４のその後の産生（コンプレッサ４２０を始動する前または後のいずれか）は、ＡＴＲ供給物３２７に組み込まれる合成ガススリップストリーム３２５の量を減少させ、最終的にすべてを最小化または停止させることができる。ＡＴＲ生成物３１５が所望の合成ガス流量及び／または所望のＨ２対ＣＯモル比で産生されるとき、コンプレッサ４２０は、接触ステップに向けてより高い圧力を提供するように開始され、このため、接触ステップの効率を高める。
【００７６】
図２に示していないが、複数の改質エンクロージャが合成ガスストリーム１２０の供給に関与する場合、改質エンクロージャの一部分は、コンプレッサ４２０の始動に必要なＨ２からＣＯの最小流量に達するように、ＡＴＲ生成物３１５と共に含まれる改質生成物の一助となってもよい。したがって、単一の水蒸気改質装置４７０及び単一のＡＴＲ４８０を用いるか、または追加の水蒸気改質装置及び／もしくは他の改質反応を含む改質エンクロージャ／トレインを使用することによって、こうした始動手順では、主コンプレッサ４２０の開始のエネルギー需要が大幅に減少されるように、十分な圧力で十分な合成ガスを提供するために、比較的小型の始動コンプレッサ４２１を使用することができる。
【００７７】
図１に関して論じられたのと同様に、第３の選択肢は、複数の改質エンクロージャに依存し、第１の選択肢または第２の選択肢のいずれかが使用されても、使用されなくてもよく、これには第１の改質エンクロージャ及び第１の接触ステップ（「第１のトレイン」）を伴う。複数の接触ステップが存在してもしなくてもよい点に留意されたい。この第１のトレイン始動時に、第１の接触ステップからのテールガスの一部分は、ＷＧＳ反応に供する。次いで、下流Ｈ２の一部分（第１の改質エンクロージャ及び／または第１のトレインから）は、第２の改質エンクロージャ内で水素含有ストリーム（３３４と同様）を産生するために利用されてもよい。下流ＣＯ２も、この水素含有ストリームに組み込まれてもよい。この第２の改質エンクロージャは、水素含有ストリームを利用して第２の改質エンクロージャ内で自熱改質反応を開始させ、その後第２の改質エンクロージャ内での水蒸気改質を可能にする。主要コンプレッサは、一旦、１つ、２つ、またはそれ以上の改質エンクロージャからの生合成ガスからの適切な流れが存在すると、開始されてもよい。この第３の選択肢はまた、第２の接触ステップを伴ってもよく、第２の改質エンクロージャは、第２の接触ステップのために、主コンプレッサを始動させる第１または第２の選択肢を利用する。第３の選択肢は、同様に、複数の改質装置トレイン及び接触ステップと共に使用されてもよい。
【００７８】
触媒の再生
図１及び２に示すように、水蒸気改質生成物、第２の改質生成物、及び／またはテールガスからのＷＧＳ生成物から分離された高純度Ｈ２（例えば、水素ストリーム１４１／３４１）を使用して、周期的合成触媒再活性化ステップ（合成触媒がフィッシャートロプシュ触媒を含む場合）、周期的合成触媒再生ステップ（合成触媒がフィッシャートロプシュ触媒を含む場合）、または水素化処理に水素を供給することができる。
【００７９】
したがって、本方法は、合成触媒がフィッシャートロプシュ触媒（本明細書でより詳細に記載される）を含む場合、周期的合成触媒再活性化ステップを含み得る。周期的合成触媒再生ステップにおいては、合成触媒再活性化ステップの期間中、再活性化させるための合成触媒を用いる接触ステップを停止させる。本明細書で使用される「周期的」は、合成触媒による一定のＣＯ転化率（パーセント）を維持するために、接触ステップの温度の特定の上昇後に生じることを意味すると理解される。特定の温度上昇は、同じＣＯ転化率のためにこれまでに使用された温度と比較して、少なくとも約５℃であってもよい。特定の温度上昇は、少なくとも約５℃、または少なくとも約１０℃、または少なくとも約１５℃、または少なくとも約２０℃、または約３０℃、またはこれらの値のいずれか１つより高い温度の上昇であってもよい。再活性化ステップは、合成触媒上に、Ｈ２を含む再活性化ガスを流すことを伴い、約２００℃〜約４００℃、またはこれらの２つの値の間の任意の２つの整数を含み、かつこれらの間の任意の範囲、好ましくは約３５０℃を伴ってもよい。再活性化ガスは、水素分離網によってもたらされた高純度Ｈ２など（例えば、高純度Ｈ２ストリーム１４１／３４１）、下流Ｈ２を含んでもよい。再活性化ガスは、Ｏ２枯渇ガスまたはその一部分を含んでもよい。このような再活性化ステップにより、接触ステップの間に合成触媒（例えば、ＮＨ３）と関連し得る毒の一部分を取り除く。
【００８０】
本方法は、触媒がフィッシャートロプシュ触媒を含む場合、周期的合成触媒再生ステップを含み得る。当業者であれば、再生ステップよりは再活性化ステップを実施すること、またはその逆が望ましい場合があることを理解し、また、他方に対して一方を実施することも理解している。周期的合成触媒の再生ステップにおいては、合成触媒再生ステップの期間中、再生させる予定の合成触媒を用いる接触ステップを停止させる。このような合成触媒の再生は、当該技術分野において公知であり、再生させる予定の特定の合成触媒については、合成触媒供給業者によって推奨されるとおりである。フィッシャートロプシュ反応などの反応条件で接触ステップが液体生成物を産生する前述の実施形態のいずれにおいても、合成触媒再生ステップは、
（１）合成触媒上に、Ｈ２を含む脱ろうガスを流すことを伴う脱ろうステップと、
（２）合成ガス上に酸化ガスを流すことを伴う酸化ステップと、
（３）Ｈ２を含む還元性ガスに合成触媒を暴露することを伴う還元ステップと、を伴ってもよい。
脱ろうステップ、酸化ステップ、及び還元ステップの温度は、それぞれ、独立して、約２００℃〜約４００℃、またはこれらの２つの値の間の任意の２つの整数を含み、かつその間にある任意の範囲であってもよく、好ましくは約３５０℃である。脱ろうガス及び還元ガスは、それぞれ独立して、水素分離網によってもたらされる高純度Ｈ２（例えば、高純度Ｈ２ストリーム１４１／３４１）を含んでもよく、また、それぞれ独立して、Ｏ２枯渇ガスまたはその一部分を含んでもよい。酸化ガスは、空気、Ｎ２希釈空気、またはＯ２枯渇ガスまたはその一部のうちの１つ以上を含んでもよい。脱ろうステップは、典型的には、合成触媒に関連する合成生成物を除去すること（例えば、分解、水素化分解及び／または可溶化など）を伴い、酸化ステップは、典型的には、残留炭化水素及び／または酸素含有炭化水素を燃焼させることを伴い、合成触媒を酸化し、還元ステップは、典型的には、酸化された合成触媒を還元してその活性形態に戻すことを伴う。
【００８１】
Ｏ２枯渇ガスを伴う合成触媒再活性化ステップまたは合成触媒再生ステップの実施形態においては、実質的に冷却することなくＯ２枯渇ガスを含められることもあり得る。しかし、実施形態によっては、実質的に冷却した後にＯ２枯渇ガスを含めるか、または実質的に加熱してＯ２枯渇ガスを含めることもあり得る。加熱及び冷却に関して使用される「実質的に」は、少なくとも約１００℃以上の温度の変化を指す。このような冷却及び加熱は、本明細書に記載されている熱交換器、ならびに当業者に公知の方法によって達成されてもよい。温度を最適化する場合、当業者は、酸化ステップが約２００℃〜約４００℃の範囲で有効であることを認識している。
【００８２】
方法の始動／再始動
前述の実施形態のいずれにおいても、始動ステップが方法に先行するか、または触媒再生ステップの後に行われることもあり得る。始動ステップは、図１に関する段落００５０〜００５４に記載された手順、または図２に関する段落００７３〜００７７に記載された手順のうちのいずれか１つ以上を含むことができる。この手順に加えてまたはその代替として、始動ステップは、合成触媒を反応温度まで加熱することを伴ってもよい。
【００８３】
いくつかの実施形態においては、合成触媒を加熱することは、水蒸気改質生成物、第２の改質生成物、Ｏ２枯渇ガス、加熱された液体Ｈ２Ｏ、水蒸気、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせから熱を供給することを伴う。いくつかの実施形態では、合成触媒を反応温度まで加熱することは、ボイラから合成触媒に熱を供給することを伴う。ボイラは、加熱された液体Ｈ２Ｏ、水蒸気、またはその両方を提供することができる。このようなボイラとしては、天然ガスまたはプロパン燃焼ボイラ、炭化水素燃料ボイラ、電気ボイラなどが挙げられるが、これらに限定されない。
【００８４】
ボイラを伴う実施形態においては、ボイラは、接触ステップのための蒸気ドラムとして機能するように構成されてもよい。当業者は、蒸気ドラムの組み立て及び使用方法を理解している。蒸気ドラムは、熱交換流体が水と蒸気との間の相変化を含む場合に、熱交換流体の圧力を調整するように構成される。各熱交換導管内の圧力を制御することによって、各熱交換導管内の温度を制御してもよい。例えば、この方法は、最初に平衡状態にある水／水蒸気の入った蒸気ドラム内の圧力を確立し、次に水を熱交換流体として接触ステップに循環させることを含んでもよい。接触ステップにおいて合成生成物及びテールガスの産生が生じると、熱交換流体が加熱され、かつ／または完全にもしくは部分的に気化され、熱交換流体が最終的に蒸気ドラムに戻される。
【００８５】
冷却前に改質生成物で使用するための保護コーティング
図１に例解するように、水蒸気改質生成物１１５は、水分離装置２０１から水を除去して合成ガス１１７を提供できる熱交換器２４０に向けられる。同様に、図２においては、ＡＴＲ生成物３１５は、冷却が行われる熱交換器４４０に向けられる。冷却する前に、このような温かい改質生成物は、導管の金属粉塵腐食を引き起こすおそれがある。これは、ニッケル及び／または鉄含有金属または金属合金に関して特に当てはまる。
【００８６】
本明細書に記載の実施形態のいずれにおいても、改質生成物を含む導管は、改質生成物に向かって配置された内側面を含むことができ、内側面には保護コーティングを含む。このような保護コーティングとしては、あらゆる目的のためにその全体が参照によって本明細書に組み込まれる、国際公開ＷＯ２０１２／０５４４５５Ａ２号に記載されているものが挙げられるが、これらに限定されない。保護コーティングは、金属酸化物または金属のうちの少なくとも１つを含むことができる。このような金属は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせ、または金属の炭化物を含むことができる。このような金属の組み合わせとしては、合金が挙げられる。したがって、保護コーティングは、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ａｇ、Ａｌ−Ｃｒ、及びＣｕ−Ｃｒ合金などの金属合金を含むことができる。Ａｌ含有合金を使用することにより、ＣＯと接触する内側表面上にアルミナスケールを形成することが可能になり、したがって追加の層を提供する。金属酸化物としては、Ａｌ及びＡｌ含有合金の酸化物が挙げられる。アルミナは、Ａｌの代表的な酸化物である。前述の実施形態及び態様のいずれにおいても、保護コーティングは２つ以上の層を含んでもよい。
【００８７】
保護コーティングは、導管の内側面と接触する少なくとも第１の層と、第１の層と接触する第２の層とを含み、第１の層は金属酸化物を含み、第２の層は金属を含んでもよい。前述の実施形態のいずれにおいても、保護コーティングは、導管の内側面と接触する第１の層と、第１の層と接触する第２の層と、第２の層と接触するが第１の層と接触しない第３の層とを含むことができ、第１の層は金属酸化物を含み、第２の層は金属を含み、第３の層は金属酸化物を含む。第１及び第３の層の金属酸化物は、同じ金属酸化物であってもなくてもよい。例えば、好ましい実施形態においては、第１の層はアルミナであり、第２の層はＡｌ含有合金（例えば、Ｃｕ−Ａｌ合金）であり、第３の層はアルミナであってもよい。更に、前述の実施形態のいずれにおいても、保護コーティングは４つ以上の層を含むこともあり得、各層は独立して金属酸化物または金属であってもよい。好ましい実施形態においては、改質生成物及び改質生成物に向かって配置された内側面を含む導管は、高ニッケル（＞３０重量％）合金材料を含む材料から構成される。適切な高ニッケル合金材料は、合金６１７、インコネル、または「超合金」として一般的に公知の他の合金を含み得る。熱交換器は、多層の保護コーティングを有する１つ以上の熱交換器壁を含むことができ、１つの層は金属アルミナイドを含み、別の層は、熱処理ステップを使用して金属アルミナイド層から成長したアルミナスケールを含む。多層保護コーティングは、好ましくは、金属アルミナイド層、アルミナスケール層、Ｃｕ−Ａｌ合金層、及び第２のアルミナスケール層を含んでもよい。
【００８８】
本技術によるエチレン合成
本技術はまた、イオン輸送膜の透過側に配置されたウイルス鋳型カップリング触媒上にＣＨ４を含む反応供給物を流しかつＯ２含有ガスをイオン輸送膜の保持側に流すことによって、エチレンを形成すること、を伴う方法を提供する。図３は、本技術により、エチレンの形成を伴う方法の例示的概略図を提供する。
【００８９】
図３では、反応供給物５０１は、イオン輸送膜６１０の透過側に配置されたウイルス鋳型カップリング触媒６２０上を流れる。この例解では、ウイルス鋳型カップリング触媒６２０は、イオン輸送膜６１０の透過側の表面に配置されている。本技術では、ウイルス鋳型カップリング触媒が透過側に配置される方法には、ウイルス鋳型カップリング触媒の独立した層が透過側に存在する、ウイルス鋳型カップリング触媒の独立した層が透過側に配置される、ウイルス鋳型カップリング触媒の独立した層のウイルス鋳型カップリング触媒の一部分がイオン輸送膜の透過側に化学的に結合されているか、またはウイルス鋳型カップリング触媒がイオン輸送膜の透過側と一体であり、イオン輸送膜内に層を形成すること、を挙げることができるが、これらに限定されない。ウイルス鋳型カップリング触媒６２０は、約１マイクロメートル（μｍ）〜約１ミリメートル（ｍｍ）、好ましくは約１０マイクロメートル〜約５０マイクロメートルの層であってもよい。
【００９０】
本技術の水蒸気改質方法と同様に、イオン輸送膜６１０の保持側上にＯ２含有ガス５１０を流すことにより、イオン輸送膜６１０を通る酸素の最終的な透過によってＯ２枯渇ガス５１５が産生される。これにより、イオン輸送膜６１０の透過側に酸素が導入され、ウイルス鋳型カップリング触媒６２０を介して反応供給物５０１を反応させてエチレン形成生成物５０５をもたらす。エチレン形成生成物５０５は、エチレンを含むが、Ｃ２＋炭化水素（例えば、エタン、アセチレン、プロパン、プロペンなど）、酸素含有炭化水素（例えば、酢酸）、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、これらの任意の２つ以上の組み合わせを含んでもよい。エチレン形成生成物の他の可能性のある成分からのエチレンの分離は、すべての目的において、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる、国際公開ＷＯ２００８／１５０４５１Ａ２号に記載されているこれらの方法など、当業者に公知の様々な方法によって達成することができる。エチレン形成生成物の分離は、エチレン形成テールガス（「ＥＦテールガス」）をもたらし得、ＥＦテールガスはＣＨ４、ＣＯ、ＣＯ２、またはＨ２Ｏのうちの１つ以上を含み得る。ＥＦテールガスは、水蒸気改質方法に向けられてもよく、改質ストリームとして改質装置供給物と直接組み合わせてもよいか、またはＣＯ２回収ステップに供給させてもよい。このため、エチレンの形成を伴う方法は、前述した水蒸気改質方法のためにより多くのＣＯ２及び／またはＨ２を更に提供してもよく、統合設備における組み合わせ方法の全炭素効率を高める。更に、エチレンの形成を伴う方法は、前述の水蒸気改質方法に熱を供給することができる。この熱は、輻射熱であってもよい。
【００９１】
イオン輸送膜６１０は、管またはプレートなど、様々な形状であってもよい。エチレンの形成を伴う方法において、イオン輸送膜は管であってもよい。このような実施形態においては、透過側は管の内側であってもよく、保持側は管の外側であってもよい。
【００９２】
エチレンの形成に伴う方法においては、Ｏ２枯渇ガスは、約６００℃〜約１，２００℃の温度、またはこれらの２つの値の間の任意の整数を含み、かつその間にある任意の範囲である。前述の実施形態のいずれにおいても、Ｏ２枯渇ガスは、モル基準で、約０％〜約２０％Ｏ２、またはこれらの２つの値の間の任意の２つの整数を含み、かつその間にある任意の範囲であってもよい。
【００９３】
反応供給物の流れは、Ｏ２含有ガスの流れに対して並流、向流または横流であってもよいことが理解されるべきである。Ｏ２含有ガスは、空気またはＯ２を富化された空気を含んでもよい。Ｏ２含有ガスは、モル基準で約０．１％〜約５０％Ｏ２、またはこれらの２つの値の間の任意の整数を含み、かつその間にある任意の範囲であってもよい。Ｏ２含有ガスは、約２０ｐｓｉｇ〜約５００ｐｓｉｇの圧力下、またはこれらの２つの値の間の任意の整数を含みかつその間にある任意の範囲である圧力下であってもよい。
【００９４】
ウイルス鋳型カップリング触媒は、米国特許第８，４３６，５０６号及び米国特許公開第２０１４／００４８１２６号に例解されているとおり、当該技術分野において公知である。例えば、遺伝的改変Ｍ１３バクテリオファージは、生体抱合に用いられる架橋剤（例えば、カルボジイミド）を使用する共有層毎の組み立て方法によって無機材料を堆積するための多孔質鋳型を生成するために使用され得る。これらのバクテリオファージを三次元網に組織化することにより、金属ナノ粒子、結晶、及び／または金属酸化物をナノワイヤ網に組み立てるための多孔性足場が生成される。このようなウイルス鋳型触媒は、酸化物として、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｅ、Ａｌ、希土類金属、これらの任意の２つ以上の組み合わせのうちの少なくとも１つの酸化物を含んでもよい。したがって、ウイルス鋳型触媒は、酸化物として、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｗ、Ｌａ、Ｄｙ、Ｉｎ、Ｓ、Ｚｎ、Ｙｂ、Ｎｉ、Ｌｕ、Ｔａ、Ｐ、Ｐｔ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔｌ、Ｐｒ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｉｒ、Ａｓ、Ｔｂ、Ｅｒ、Ｔｅ、Ｍｏ、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせのうちの少なくとも１つの酸化物を含み、アルカリ金属、アルカリ土類金属またはホウ素のうちの少なくとも１つを更に含んでもよい。エチレンの形成を含む前述の実施形態のいずれにおいても、ウイルス鋳型カップリング触媒は、酸化マンガン、少なくとも１つのアルカリ金属、アルカリ土類金属またはホウ素；Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｗ、Ｌａ、Ｄｙ、Ｉｎ、Ｓ、Ｚｎ、Ｙｂ、Ｎｉ、Ｌｕ、Ｔａ、Ｐ、Ｐｔ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔｌ、Ｐｒ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｉｒ、Ａｓ、Ｔｂ，Ｅｒ、Ｔｅ、またはＭｏのうちの少なくとも１つを含んでもよい。こうした実施形態においては、ウイルス鋳型カップリング触媒は、シリカ支持体上に酸化マンガン、アルカリ金属、タングステン及びニオビウムを含んでもよい。エチレンの形成を伴う前述の実施形態のいずれにおいても、ウイルス鋳型カップリング触媒は、透過側のイオン輸送膜の表面に配置され得る。
【００９５】
前述の実施形態のいずれにおいても、エチレンの形成は、約４００℃〜約１，０００℃の温度、またはこれらの２つの値の間の任意の整数を含み、かつその間にある任意の範囲である温度で、実施されてもよい。一例として、エチレンの形成は、約４００℃〜約８００℃の温度で実施されてもよい。
【００９６】
エチレンの形成を前述の実施形態のいずれにおいても、反応供給物は、約１気圧〜約２０気圧の範囲、またはこれらの２つの値の間の任意の整数を含み、かつその間にある任意の範囲であってもよい。反応供給物中のメタンの分圧は、約０．１気圧〜約２０気圧の範囲にあるか、またはこれら２つの値の間の整数の任意の十分の１を含みかつその間にある任意の範囲であってもよい。メタン供給物のＧＳＨＶは、約２０，０００時間−１〜約５，０００，０００時間−１の範囲にあってもよい。
【００９７】
エチレンの形成を伴う前述の実施形態のいずれにおいても、少なくとも産生された生成物はエチレン（「エチレン形成生成物」）を含む。エチレン形成生成物は、ＣＨ４（反応供給物中において未反応）、Ｃ２＋炭化水素（例えば、エタン、アセチレン、プロパン、プロペン、等）、酸素含有炭化水素（例えば、酢酸）、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを更に含んでもよい。エチレンの形成を伴う前述の実施形態のいずれにおいても、エチレン形成生成物を合成触媒と接触させて合成生成物を産生することを更に伴う方法であってもよい。合成生成物は、Ｃ１〜Ｃ１００の炭化水素、Ｃ１〜Ｃ１００の酸素含有炭化水素、またはこれらの組み合わせから選択される、１つ以上の化合物を含んでもよい。このような実施形態においては、合成触媒は、酸化エチレン製造触媒、ジメトキシエタン製造触媒、酢酸ビニルモノマー製造触媒、またはこれらの２つ以上の組み合わせを含んでもよい。
【００９８】
エチレンは、酢酸ビニルモノマー（ＶＡＭ）を産生するために使用することができ、このようなＶＡＭの産生はＶＡＭ触媒を含むことができる。ＶＡＭ触媒は、Ｐｄ、Ａｕ、及び酢酸カリウム（ＫＯＡｃ）を含んでもよい。ＶＡＭ触媒は、好ましくは、シリカ、シリカ−アルミナ、チタニア、またはジルコニアなどの耐火性支持体を含有する。前述の実施形態のいずれにおいても、触媒は、約２重量％を超えるＰｄ、約４重量％を超えるＰｄ、約１０重量％を超えるＰｄを含んでもよく、及びいくつかの実施形態において、少なくとも約１２重量％のＰｄを含んでもよい。ＶＡＭ産生において、接触ステップの供給物は、エチレン、酢酸及びＯ２を含んでもよい。接触ステップ（すなわち、反応前）におけるエチレン対酢酸対Ｏ２の初期モル比は、約６：３：１〜約２：２：１の範囲内であってもよい。
【００９９】
本技術の合成触媒
当業者は、異なる合成反応を実施するにあたって好適な合成触媒に精通している。
【０１００】
例えば、合成反応にフィッシャートロプシュ（ＦＴ）処理を伴う方法の実施形態においては、合成触媒には、ＦＴ触媒が挙げられ、テールガスにはＦＴテールガスが挙げられる。ＦＴ触媒は、コバルトまたは鉄を含むことができ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｏｓ、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせなどの促進剤を更に含んでもよい。例えば、ＦＴ触媒としては、ＦｅＣｕＭｎを挙げることができる。ＦＴ触媒はまた、支持体材料を含むことができる。好適な支持体材料としては、耐火性金属酸化物、炭化物、炭素、窒化物またはこれらの任意の２つ以上の混合物が挙げられる。ＦＴ触媒は、表面修飾支持体材料を更に含んでもよく、支持体材料の表面は、シリカ、チタニア、ジルコニア、マグネシア、クロミア、アルミナ、またはこれらの任意の２つ以上の混合物で処理することによって修飾されている。前述の実施形態のいずれにおいても、支持体材料は、アルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア、またはこれらの２つ以上の混合物を含んでもよい。いくつかの実施形態では、支持体材料はＴｉＯ２修飾シリカを含むことができる。前述の実施形態のいずれにおいても、表面修飾支持体材料の表面は非晶質であってもよい。本明細書に記載の態様及び実施形態のいずれにおいても、ＦＴ触媒は段階的触媒（ｇｒａｄｅｄ  ｃａｔａｌｙｓｔ）を含むこともあり得る。
【０１０１】
合成反応がメタノールの産生を伴う場合、合成触媒はＣｕ／ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３などの銅系触媒を含み、テールガスはメタノール産生由来のテールガスを含んでもよい。
【０１０２】
合成反応は、高級アルコール（「高級アルコール」とは、Ｃ２＋アルコールである）の生産を伴う場合、合成触媒は、高級アルコール合成触媒を含んでもよい。高級アルコール合成触媒は、１つ以上の触媒（Ｌｉ，Ｄ．ら、Ｆｕｅｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，８８，１２５−１２７；Ｘｉａｎｇ，Ｍ．ら、Ｃａｔａｌｙｓｉｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２００７，８，５０３−５０７；Ｘｉａｎｇ，Ｍ．ら、Ｆｕｅｌ，２００８，８７，５９９−６０３；米国特許第７，８５８，６６７号、それぞれに引用されている参考文献に記載されている触媒）、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを含んでもよい。例えば、高級アルコール合成触媒は、約１：６〜約１：８のＮｉ対Ｍｏモル比を任意で有するＫ／Ｎｉ／β−Ｍｏ２Ｃ触媒、約１：６〜約１：８のＣｏ対Ｍｏモル比を任意で有するＫ／Ｃｏ／β−Ｍｏ２Ｃ触媒、もしくは、約１：６〜約１：８のＦｅ対Ｍｏモル比を任意で有するＫ／Ｆｅ／β−Ｍｏ２Ｃ触媒などのＭｏ２Ｃ系触媒、任意でＦＴ触媒と組み合わせる、アルミナ上に分散させたＰｄ−Ｚｎ合金などのＰｄ−Ｚｎ系触媒、または、これらの任意の２つ以上に組み合わせ、であってもよい。
【０１０３】
合成反応が酸化エチレン（「ＥＯ」）産生を伴う場合、合成触媒は、金属、金属酸化物、またはＡｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｓ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｅの混合金属酸化物、またはこれらの任意の２つ以上の混合物を含んでもよい。これらのＥＯ合成触媒はまた、１つ以上のアルカリ金属またはアルカリ土類金属または他の遷移金属、希土類金属またはランタニドを含んでもよい。Ｐ及びＢｉなどの元素が存在してもよい。ＥＯ合成触媒は支持されていてもよい。有用な支持体材料としては、金属酸化物（例えば、アルミナ、チタニア、ジルコニア）、シリカ、メソポーラス材料、ゼオライト、耐火材料、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。具体的には、ＥＯ合成触媒は、米国特許第５，５９７，７７３号、米国特許第５，７０３，２５３号、米国特許第５，７０５，６６１号、米国特許第６，７６２，３１１号、及び欧州特許第０２６６０１５号に開示されている触媒のいずれか１つであってもよく、これらの各々は、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。ＥＯ産生において、エチレン酸化物は、一般に、ＥＯ触媒上でのエチレンの酸化によって産生され、接触ステップの供給物はエチレンと酸素の混合物を含むことになる。エチレン対酸素のモル比は、約４：１未満、または約３：１未満であってもよい。エチレン対酸素のモル比は、０．２：１〜約４：１、または約０．５：１〜約３：１、または約１：１〜約３：１の範囲であってもよい。ＥＯ産生を伴うこうした実施形態においては、テールガスは、ＥＯ産生由来のテールガスを含んでもよい。
【０１０４】
合成反応がＤＭＥ産生を伴う場合、合成触媒は、Ｃｕ／ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３などのメタノール合成触媒と、γ−Ａｌ２Ｏ３などの脱水触媒とのブレンドを含んでもよい。ＤＭＥ産生を伴うこうした実施形態においては、テールガスは、ＤＭＥ産生由来のテールガスを含んでもよい。
【０１０５】
エチレンの形成を伴う方法の合成生成物及び／またはエチレンを更に反応させて所望の生成物を得ることができる。
【０１０６】
例えば、合成生成物は、水素化分解反応に向けてもよい。このような反応に好適な水素化分解触媒としては、ゼオライト触媒を挙げることができる。ゼオライト触媒としては、ベータゼオライト、オメガゼオライト、Ｌ−ゼオライト、ＺＳＭ−５ゼオライト及びＹ型ゼオライトが挙げられるが、これらに限定されない。水素化分解触媒はまた、１つ以上の柱状クレー、ＭＣＭ−４１、ＭＣＭ−４８、ＨＭＳ、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを含んでもよい。水素化分解触媒は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを含んでもよい。水素化分解触媒は、アルミナ、マグネシア、シリカ、チタニア、ジルコニア、シリカ−アルミナ、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせなどの耐火性無機酸化物を更に含んでもよい。水素化分解触媒は、水素化成分を更に含んでいてもよい。好適な水素化成分の例としては、周期律表の第ＩＶＢ族及び第ＶＩＩＩ族の金属及びこのような金属の化合物が挙げられるが、これらに限定されない。例えば、モリブデン、タングステン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ロジウム、ルテニウム、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを水素化成分として使用することができる。例示的な触媒は、米国特許第６，３１２，５８６号に記載されており、これは、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０１０７】
合成生成物は、水素化処理に向けられてもよく、水素化処理は水素化処理触媒を伴う。水素化処理触媒は、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｗ、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを含んでもよい。水素化処理触媒は、支持触媒、例えばアルミナ上に支持された水素化処理触媒であってもよい。いくつかの実施形態においては、触媒は、Ｍｏ−Ｗ／Ａｌ２Ｏ３を含んでもよい。
【０１０８】
合成生成物は、酸化触媒を伴う炭化水素の酸化に向けられることもあり得る。酸化触媒としては、金属、金属酸化物、またはＭｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｓ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｅの混合金属酸化物、これらの任意の２つ以上の組み合わせを挙げることができる。これらの触媒は、１つ以上のアルカリ金属またはアルカリ土類金属または他の遷移金属、希土類金属またはランタニドを更に含んでもよい。Ｐ及びＢｉなどの元素が存在してもよい。触媒は支持されていてもよいが、支持される場合には、有用な支持体材料としては、金属酸化物（例えば、アルミナ、チタニア、ジルコニア）、シリカ、メソポーラス材料、ゼオライト、耐火材料、またはこれらの２つ以上の組み合わせが挙げられる。
【０１０９】
本明細書に記載の態様及び実施形態のいずれにおいても、合成触媒を接触させた後に、得られる合成生成物は、水素化分解、水素化処理、またはこれらの組み合わせに向けられることもあり得る。例えば、第１の合成触媒は、ＦＴ生成物を産生するためのＦＴ触媒であってもよく、その後、ＦＴ生成物を水素化処理触媒と接触させて水素化処理生成物を産生させる。その後、水素化処理生成物は、水素化分解生成物を産生するために、水素化分解触媒と接触させてもよい。
【０１１０】
本技術によるマイクロチャネル処理
本明細書に記載のあらゆる態様及び実施形態において、接触ステップは、合成触媒を含むマイクロチャネル反応器を通してＨ２及びＣＯを流して、合成生成物を産生することを伴ってもよい。このような実施形態では、マイクロチャネル反応器は、熱交換マイクロチャネルと熱的連通している少なくとも１つの処理マイクロチャネルを備えてもよく、合成触媒は処理マイクロチャネル内に配置される。
【０１１１】
本明細書に記載された実施形態のいずれにおいても、水蒸気改質ステップは、水蒸気改質触媒を含むマイクロチャネル反応器を通して第１の改質用供給物を流して水蒸気改質生成物を産生することを伴ってもよい。このような実施形態においては、マイクロチャネル反応器は、熱交換マイクロチャネルと熱的連通している少なくとも１つの処理マイクロチャネルを含み、水蒸気改質触媒は、処理マイクロチャネル内に配置される。本明細書に記載の実施形態のいずれにおいても、第２の改質は、第２の改質触媒を含むマイクロチャネル反応器を通して第２の改質用供給物を流して第２の改質生成物を産生することを伴ってもよい。このような実施形態では、マイクロチャネル反応器は、熱交換マイクロチャネルと熱的連通している少なくとも１つの処理マイクロチャネルを備えてもよく、第２の改質触媒は処理マイクロチャネル内に配置される。
【０１１２】
前述の実施形態のいずれにおいても、熱交換マイクロチャネルは、熱交換流体を含み、この方法は、熱交換マイクロチャネルを通して熱交換流体を流すことを伴う。合成触媒及び／または水蒸気改質触媒は、処理マイクロチャネルの内壁に配置されてもよい。合成触媒及び／または水蒸気改質触媒が処理マイクロチャネル内にある場合、合成触媒または水蒸気改質触媒は、処理チャネルに装填され、処理マイクロチャネルの内壁にコーティングされ、及び／または処理マイクロチャネルの内壁で成長させた粒子状固体として使用されてもよい。合成触媒及び／または水蒸気改質触媒は、フローバイ（ｆｌｏｗ−ｂｙ）構成、フロースルー（ｆｌｏｗ−ｔｈｒｏｕｇｈ）構成またはサーペンタイン（ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅ）構成を有する支持体上に支持されてもよい。合成触媒及び／または水蒸気改質触媒は、気泡、フェルト、ワッド、フィン、またはこれらの２つ以上の組み合わせの構成を有する支持体上に支持されてもよい。代替的に、合成触媒及び／または水蒸気改質触媒は、反応器内の好適なスロット内に嵌め込まれ得るインサートの形態であってもよい。
【０１１３】
本明細書に記載の態様及び実施形態のいずれにおいても、処理マイクロチャネルにおける合成触媒の失活速度は、１日当たり約０．２％のＣＯ転化率の損失よりも小さいこともあり得る。本明細書に記載の態様及び実施形態のいずれにおいても、合成触媒は段階的触媒を含むこともあり得る。「段階的触媒」は、触媒活性の１つ以上の勾配を有する触媒を指す。段階的触媒は、触媒活性金属の様々な濃度または表面積を有することができる。段階的触媒は、触媒活性部位の様々な転換率を有してもよい。段階的触媒は、距離に対応して変化する物理的特性及び／または形態を有してもよい。例えば、段階的触媒は、処理マイクロチャネルの入口では比較的低く、処理マイクロチャネルの出口付近でより高い濃度に増加するか、もしくはその逆であってもよいか、または処理マイクロチャネルの中心（すなわち中点）に近いほど触媒活性金属の濃度が低く、処理マイクロチャネル壁に近いほど高い濃度であるか、もしくはその逆である、活性金属濃度を有してもよい。
【０１１４】
処理マイクロチャネルは、マイクロチャネル反応器内でＨ２及びＣＯを流すときに崩壊流を与えるように構成された内部表面特徴を含んでもよい。マイクロチャネル反応器は、複数の処理マイクロチャネルと、複数の熱交換マイクロチャネルとを更に備えてもよく、合成触媒は、処理マイクロチャネル内に配置され、各熱交換マイクロチャネルは、少なくとも１つの処理マイクロチャネルと、Ｈ２及びＣＯを処理マイクロチャネルに流入させるための少なくとも１つのマニホールドと、合成生成物を処理マイクロチャネルから流出させるための少なくとも１つのマニホールドと、熱交換流体を熱交換マイクロチャネルに流入させるための少なくとも１つのマニホールドと、熱交換流体を熱交換マイクロチャネルから流出させるための少なくとも１つのマニホールドと、熱的連通している。処理マイクロチャネル内の流れは、熱交換チャネル内の流れに対して並流、向流または横流であってもよい。
【０１１５】
処理マイクロチャネルを備える実施形態のいずれにおいても、処理マイクロチャネルは、少なくとも１つの伝熱壁を備えることができ、マイクロチャネル反応器内の熱交換の熱流束は、少なくとも１つの伝熱壁の表面積１平方センチメートル当たり約０．０５〜約２００ワットの範囲内である。熱流束はまた、約０．１〜約１０Ｗ／ｃｍ２、または約１〜約１０Ｗ／ｃｍ２、または約１〜約８Ｗ／ｃｍ２、または約１〜約５Ｗ／ｃｍ２あってもよい。
【０１１６】
マイクロチャネル内の圧力は、約５０気圧までであり得る。マイクロチャネル内の圧力は、約５気圧、約１０気圧、約１５気圧、約２０気圧、約２５気圧、約３０気圧、約３５気圧、約４０気圧、約４５気圧、約５０気圧、これらの値のいずれか２つを含み、かつその間にある任意の範囲であってもよい。処理マイクロチャネル内の温度は、約１５０℃〜約４００℃であり得る。処理マイクロチャネル内の合成触媒がＦＴ触媒である場合、ＦＴ触媒を用いた処理マイクロチャネル内の温度は、約１５０℃〜約３００℃であり得る。ＦＴ触媒を用いた処理マイクロチャネル内の温度は、約１５０℃、約１６０℃、約１７０℃、約１８０℃、約１９０℃、約２００℃、約２１０℃、約２２０℃約２３０℃、約２４０℃、約２５０℃、約２６０℃、約２７０℃、約２８０℃、約２９０℃、約３００℃、またはこれらの値のうちの任意の２つを含み、かつその間にある任意の範囲であってもよい。
【０１１７】
マイクロチャネルのいずれかにおける流体の流れの時間当たりのガス空間速度（ＧＨＳＶ）は、少なくとも約５００時間−１であってもよく、例えば、マイクロチャネルのいずれかにおけるＧＳＨＶは、約５００時間−１から約１００，０００時間−１の範囲内であってもよい。処理マイクロチャネルにおけるＧＳＨＶは、少なくとも約５００時間−１であってもよい。例えば、処理マイクロチャネルにおけるＧＳＨＶは、約５００時間−１〜約１００，０００時間−１であってもよい。
【０１１８】
処理マイクロチャネル内のＨ２及びＣＯと合成触媒または水蒸気改質用供給物と水蒸気改質触媒との接触時間は、約３０〜約２０００ミリ秒（ｍｓ）の範囲であり得る。処理マイクロチャネル内での合成触媒との接触時間は、約３０ｍｓ〜約１，０００ｍｓ、または約３０ｍｓ〜約５００ｍｓ、または約３０ｍｓ〜約２５０ｍｓ、または約３０ｍｓ〜約１００ｍｓであってもよい。
【０１１９】
本技術によるモジュラ処理
本明細書に記載の態様及び実施形態のいずれにおいても、改質エンクロージャ内で水蒸気改質ステップを行い、接触ステップを合成エンクロージャ内で行ってもよい。少なくとも１つの水蒸気改質ステップ及び少なくとも１つの第２の改質ステップは、改質エンクロージャ内で実施されることもある。このような実施形態においては、改質装置トレインが１つ以上の改質エンクロージャを含み、少なくとも１つの水蒸気改質ステップは、少なくとも１つの改質エンクロージャ内で実施されることもある。例えば、図１の改質エンクロージャ２９０は、水蒸気改質ステップならびに燃焼ステップを含み、図２の改質エンクロージャ４９０は、水蒸気改質ステップ及びそれに続く自熱改質ステップを含む。改質装置トレインは、複数の改質エンクロージャを備えてもよい。各改質エンクロージャは異なる改質反応を実施してもよい。例えば、１つの改質エンクロージャが自熱改質を実施し、別の改質エンクロージャが水蒸気改質ステップを実施してもよい。同様に、各合成エンクロージャは、異なる合成触媒を含むことによって異なる合成反応を実施してもよい。前述の実施形態のいずれにおいても、改質装置トレインは、合成エンクロージャと、制御された流れ連通状態にあってもよい。
【０１２０】
本方法は、周期的合成触媒再生ステップを伴ってもよく、制御された流れ連通は合成触媒再生ステップの期間中停止される。本方法は、制御された流れ連通が、合成触媒再活性化ステップの期間中停止される、周期的合成触媒再活性化ステップを伴ってもよい。
【０１２１】
改質エンクロージャ及び合成エンクロージャを伴う前述の実施形態のいずれにおいても、本方法は、合成触媒再生ステップに続く始動ステップを更に伴い得る。始動ステップは、図１及び図２に記載の任意の始動ステップのうちの任意の１つを含んでもよく、かつ／または反応温度まで触媒を加熱することを含んでもよい。このような実施形態においては、反応温度まで触媒を加熱することは、ボイラから熱を供給することを伴ってもよい。ボイラは、接触ステップのための蒸気ドラムとして構成されてもよい。
【０１２２】
前述の実施形態のいずれにおいても、反応温度まで触媒を加熱することは、合成エンクロージャの触媒を加熱することを伴ってもよく、合成エンクロージャの触媒を加熱することは、少なくとも第２の合成エンクロージャ、少なくとも１つの改質エンクロージャ、少なくとも１つの改質装置トレイン、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせから熱を供給することを伴う。前述の実施形態のいずれにおいても、合成エンクロージャの触媒を加熱することは、少なくとも１つの改質エンクロージャから熱を供給することを伴ってもよい。
【０１２３】
前述の実施形態のいずれにおいても、合成エンクロージャの合成触媒を加熱することは、少なくとも１つの改質装置トレインから熱を供給することを伴ってもよい。このような熱は、Ｏ２枯渇ガスから生じてもよい。この熱は、合成触媒が熱交換マイクロチャネルと熱的連通する処理マイクロチャネル内にあり、かつ、熱交換マイクロチャネルが改質装置トレインからのＯ２枯渇ガスを含む場合など、本明細書に記載のとおり熱交換器から伝達され得る。前述の実施形態のいずれにおいても、合成エンクロージャの触媒を加熱することは、ボイラに熱を供給し、続いてボイラから合成エンクロージャの触媒に熱を供給することを伴うこともあり得る。
【０１２４】
ＩＩＩ．結論
本技術は、本明細書に記載の特定の図に関して限定されるものではなく、これらの図は、本技術の個々の態様の単一の図として意図されたものである。当業者には明らかであるように、本技術の多くの改変及び変形がその趣旨及び範囲から逸脱することなくなされ得る。本技術の範囲内の機能的に等価な方法は、本明細書に列挙したものに加えて、前述の記載から当業者には明らかであろう。こうした改変及び変形は、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図される。本技術は、特定の方法、試薬、化合物、組成物または標識化合物に限定されず、当然変わり得ることが理解されるべきである。本明細書で使用される用語は、特定の態様のみを記載するためのものであり、限定することを意図するものではないことも理解されたい。
【０１２５】
本明細書において例解的に記載された実施形態は、本明細書に具体的に開示されていない要素（複数可）、制限（複数可）がない場合に適切に実施することができる。したがって、例えば、「備える」、「含む」、「含有する」などという用語は、広範であり、かつ制限なく読まれるものとする。更に、本明細書で使用される用語及び表現は、限定ではなく説明の用語として使用されており、このような用語及び表現を使用するにあたって、示し、記載された特徴の等価物またはその一部を排除する意図はないが、請求された技術の範囲内で様々な変更が可能であることが認識される。更に、「本質的にからなる」という句は、具体的に列挙された要素及び請求される技術の基本的及び新規の特徴に実質的に影響を与えない追加の要素を含むと理解される。「からなる」という句は、特定されていない要素を除外する。
【０１２６】
更に、本開示の特徴または態様がマーカッシュ群によって記載されている場合、当業者は、本開示がまた、マーカッシュ群の個別の構成事項または構成事項亜群によって記載されることを認識するであろう。包括的な開示に含まれるより狭い種及び亜属のグループの各々も、本発明の一部をなす。これには、その属から任意の主題を削除する条件または否定的制限を伴う本発明の包括的な説明も、削除される事項が本明細書に具体的に列挙されているかどうかにかかわらず、含む。
【０１２７】
本明細書で言及されるすべての刊行物、特許出願、発行された特許、及び他の文書（例えば、雑誌、記事、及び／または教科書）は、個々の刊行物、特許出願、発行された特許または他の文書が具体的かつ個別に参照によりその全体が本明細書に組み込まれることが示されるように、参照により本明細書に組み込まれる。参照によって組み込まれる本文に含まれる定義は、本開示における定義と矛盾する範囲で除外される。
【０１２８】
本技術は、以下のアルファベットを付した段落を含むが、これに制限されるものではない。
Ａ． 第１の改質用供給物を水蒸気改質してＨ２及びＣＯを含む水蒸気改質生成物を産生すること（「水蒸気改質ステップ」）と、
任意で、水蒸気改質生成物を含む第２の改質用供給物を第２の改質ステップに供してＨ２及びＣＯを含む第２の水蒸気改質生成物を提供することと、
Ｈ２及びＣＯを合成触媒と接触させて合成生成物及びテールガスを産生すること（「接触ステップ」）と
を含み、
合成生成物は、Ｃ１〜Ｃ１００の炭化水素、Ｃ１〜Ｃ１００の酸素含有炭化水素、またはこれらの組み合わせから選択される、１つ以上の化合物を含み、
第１の改質用供給物は、ＣＨ４を含み、
第１及び／または第２の改質用供給物は、
水蒸気改質生成物及び／もしくは第２の改質生成物から分離されたＣＯ２、
テールガスから分離されたＣＯ２、または
ＣＯ２及びＨ２を含む水性ガスシフト（「ＷＧＳ」）生成物を形成するＷＧＳ反応にテールガスの少なくとも一部分を供することによって形成されたＣＯ２
のうちの１つ以上を含み、
水蒸気改質ステップのための熱は、燃焼及び任意で部分酸化によって提供され、
燃焼及び任意の部分酸化は、Ｈ２を含む燃焼ガスをイオン輸送膜の透過表面上に流しかつＯ２含有ガスをイオン輸送膜の保持表面上に流して燃焼ガスを反応させ、熱を発生させ、かつＨ２Ｏを含む排ガスを産生すること（「燃焼ステップ」）を含む、方法。
Ｂ．燃焼ガスは、
水蒸気改質生成物及び／もしくは第２の改質生成物から分離されたＨ２、
テールガスから分離されたＨ２、または
テールガスの少なくとも一部分をＷＧＳ反応に供することによって形成されたＨ２
のうちの１つ以上を含む、段落Ａに記載の方法。
Ｃ．燃焼ステップが、燃焼触媒の存在下で実施される、段落Ａまたは段落Ｂに記載の方法。
Ｄ．第１の改質用供給物が記排ガスを含む、段落Ａ〜Ｃのいずれか１つに記載の方法。
Ｅ．第２の改質用供給物が排ガスを含む、段落Ａ〜Ｄのいずれか１つに記載の方法。
Ｆ．燃焼ステップにおいて保持表面上にＯ２含有ガスを流すことにより、Ｏ２枯渇ガスを産生する、段落Ａ〜Ｅのいずれか１つに記載の方法。
Ｇ．接触ステップにより、合成生成物、テールガス、及びＨ２Ｏを産生する、段落Ａ〜Ｆのいずれか１つに記載の方法。
Ｈ．接触ステップで産生されたＨ２Ｏを合成生成物及びテールガスから分離させる、段落Ｇに記載の方法。
Ｉ．ＷＧＳ反応は、水蒸気改質生成物からのＨ２Ｏの一部分、第２改質生成物からのＨ２Ｏの一部分、接触ステップで産生されたＨ２Ｏの一部分、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを含む、段落Ａ〜Ｈのいずれか１つに記載の方法。
Ｊ．合成触媒は、フィッシャートロプシュ触媒、メタノール製造触媒、高級アルコール合成触媒、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを含む、段落Ａ〜Ｉのいずれか１つに記載の方法。
Ｋ．接触ステップに供給されるＨ２対ＣＯの初期モル比が約０．５：１〜約４：１の範囲である、段落Ａ〜Ｊのいずれか１つに記載の方法。
Ｌ．燃焼ガスは、
水蒸気改質生成物及び／もしくは第２の改質生成物から分離されたＣＯ２、
テールガスから分離されたＣＯ２、または
テールガスの少なくとも一部分をＷＧＳ反応に供することによって形成されたＣＯ２
のうちの少なくとも１つを更に含む、段落Ａ〜Ｋのいずれか１つに記載の方法。
Ｍ．水蒸気改質生成物は、任意の第２の改質ステップまたは接触ステップ前に生成される、段落Ａ〜Ｌのいずれか１つに記載の方法。
Ｎ．水蒸気改質生成物を精製することは、水素分離網によって提供されたＣＯを添加することを含む、段落Ｍに記載の方法。
Ｏ．水蒸気改質生成物を精製することは、ＣＯ２分離網によってＣＯ２を除去することを含む、段落Ｍ及び段落Ｎに記載の方法。
Ｐ．水蒸気改質生成物を精製することは、ＷＧＳ生成物を添加すること含む、段落Ｍ〜Ｏのいずれか１つに記載の方法。
Ｑ．水蒸気改質生成物を精製することは、水素分離網によってＷＧＳ生成物から分離されたＣＯを添加することを含む、段落Ｍ〜Ｐのいずれか１つに記載の方法。
Ｒ．水蒸気改質生成物は、Ｈ２Ｏを含み、水蒸気改質生成物を精製することは、水蒸気改質生成物からＨ２Ｏを分離することを含む、段落Ａ〜Ｑのいずれか１つに記載の方法。
Ｓ．合成生成物を、水素化分解触媒、水素化処理触媒、炭化水素酸化触媒、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせと接触させることを更に含む、段落Ａ〜Ｒのいずれか１つに記載の方法。
Ｔ．水蒸気改質生成物を、部分酸化処理、自熱改質処理、ＣＯ２改質処理、石炭ガス化処理、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせの生成物と組み合わせて、組み合わせ供給物を産生することと、
組み合わせ供給物を合成触媒と接触させて、合成生成物を産生することと
を更に含む、段落Ａ〜Ｓのいずれか１つに記載の方法。
Ｕ．水蒸気改質生成物を第２の改質ステップに供して、Ｈ２及びＣＯを含む第２の水蒸気改質生成物を産生することを含む、段落Ａ〜Ｔのいずれか１つに記載の方法。
Ｖ．第２の改質ステップが、部分酸化、自熱改質、ＣＯ２改質、水蒸気改質、逆水性ガスシフト、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを含む、段落Ｕに記載の方法。
Ｗ．少なくとも第２の改質用供給物は、
水蒸気改質生成物及び／もしくは第２の改質生成物から分離されたＣＯ２、
テールガスから分離されたＣＯ２、または
テールガスの少なくとも一部分をＷＧＳ反応に供することによって形成されたＣＯ２
のうちの１つ以上を含む、段落Ａ〜Ｖのいずれか１つに記載の方法。
Ｘ．少なくとも第２の改質用供給物は、
水蒸気改質生成物及び／もしくは第２の改質生成物から分離されたＨ２、
テールガスの少なくとも一部分をＷＧＳ反応に供することによって形成されたＨ２
のうちの１つ以上を含む、段落Ａ〜Ｗのいずれか１つに記載の方法。
Ｙ．第２の改質ステップは燃焼ステップを含む、段落Ａ〜Ｃ及びＦ〜Ｘのいずれか１つに記載の方法。
Ｚ．燃焼ステップが燃焼区域内で生じ、その後、第２の改質ステップが改質区域内で生じる、段落Ｙに記載の方法。
ＡＡ．第２の改質ステップは、燃焼ステップを含む自熱改質ステップであり、
第２の改質用供給物は、燃焼ガスを含み、
自熱改質イオン輸送膜（ＡＴＲ−ＩＴＭ）は、燃焼ステップのイオン輸送膜を含み、
第２の改質生成物は、排ガスを含み、
第１の改質用供給物及び第２の改質用供給物は、排ガスを含まない、段落Ａ〜Ｃ及びＦ〜Ｚのいずれか１つに記載の方法。
ＡＢ．自熱改質は、ＡＴＲ−ＩＴＭの透過表面上に第２の改質用供給物を流しかつＡＴＲ−ＩＴＭの保持表面上にＯ２含有ガスを流して改質生成物を産生することを含む、段落ＡＡに記載の方法。
ＡＣ．水蒸気改質は、水蒸気改質触媒を含み、水蒸気改質触媒が、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを含む、段落Ａ〜ＡＢのいずれか１つに記載の方法。
ＡＤ．水蒸気改質触媒が、Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｇｄ、またはＢのうちの少なくとも１つを更に含む、段落ＡＣに記載の方法。
ＡＥ．第２の改質ステップまたは接触ステップの前に、熱交換器を通して水蒸気改質生成物及び／または第２の改質生成物を流して、水蒸気改質生成物の温度を低下させることを更に含む、段落Ａ〜ＡＤのいずれか１つに記載の方法。
ＡＦ．熱交換器を通して水蒸気改質生成物を流すことは、
第１の導管を通して蒸気改質生成物及び／または第２の改質生成物を流すことと、
第２の導管を通して熱交換流体を流すことと、を含み、
水蒸気改質生成物及び熱交換流体は熱的連通している、段落ＡＥに記載の方法。
ＡＧ．熱交換流体は、空気、Ｏ２含有ガス、水、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを含む、段落ＡＦに記載の方法。
ＡＨ．熱交換流体は、水を含み、
熱交換器を通して水蒸気改質生成物及び／または第２の改質生成物を流すことは、熱交換流体から蒸気を産生することを更に含み、
第１の改質用供給物は、熱交換流体からの蒸気を更に含む、段落ＡＦまたは段落ＡＧに記載の方法。
ＡＩ．熱交換器を通して水蒸気改質生成物を流すことは、
第１の導管を通して蒸気改質生成物及び／または第２の改質生成物を流すことと、
第２の導管を通して第１の熱交換流体を流すことと、
第３の導管を通して第２の熱交換流体を流すことと、を含み、
水蒸気改質生成物と、第１の熱交換流体または第２の熱交換流体のうちの少なくとも１つとが熱的連通している、段落ＡＥ〜ＡＨのいずれか１つに記載の方法。
ＡＪ．水蒸気改質生成物及び／または第２の改質生成物はＨ２Ｏを含み
熱交換器を通して水蒸気改質生成物を流した後、水蒸気改質生成物からＨ２Ｏが分離される、段落ＡＦ〜ＡＩのいずれか１つに記載の方法。
ＡＫ．第１の導管は、水蒸気改質生成物に向かって配置された内側面を含み、内側面が保護コーティングを含む、段落ＡＦ〜ＡＪのいずれか１つに記載の方法。
ＡＬ．保護コーティングは、金属酸化物、金属アルミナイド、または金属合金のうちの少なくとも１つを含む、段落ＡＫに記載の方法。
ＡＭ．保護コーティングは、２つ以上の層を含む、段落ＡＫまたは段落ＡＬに記載の方法。
ＡＮ．保護コーティングは、導管の内側面と接触する少なくとも第１の層と、第１の層と接触する第２の層とを少なくとも含み、第１の層は金属酸化物を含み、第２の層は金属合金を含む、段落ＡＫ〜ＡＭのいずれか１つに記載の方法。
ＡＯ．金属酸化物がアルミナを含む、段落ＡＬ〜ＡＮのいずれか１つに記載の方法。
ＡＰ．金属合金がＡｌ含有合金を含む、段落ＡＬ〜ＡＯのいずれか１つに記載の方法。
ＡＱ．Ｈ２及びＣＯを有するテールガスの一部分を接触ステップに含めること、テールガスの一部分を水蒸気改質ステップに再循環させること、ならびに／またはテールガスの一部分を第２の改質ステップに再循環させること
を更に含む、段落Ａ〜ＡＰのいずれか１つに記載の方法。
ＡＲ．テールガスの一部分を水蒸気改質ステップに再循環させること、それを第２の改質ステップに再循環させること、および／またはそれを接触ステップに含めることの前に、テールガスの一部分を精製することを含む、段落Ａ〜ＡＱのいずれか１つに記載の方法。
ＡＳ．テールガスの一部分を精製することは、Ｈ２分離網によってテールガスからＨ２を分離すること、及び／またはＣＯ２分離網によってテールガスからＣＯ２を除去することを含む、段落ＡＲに記載の方法。
ＡＴ．テールガス及び／もしくはテールガスの一部分をＷＧＳ反応に供すること、テールガスの一部分を蒸気改質ステップに再循環させること、テールガスの一部分を第２の改質ステップに再循環させること、ならびに／またはテールガスの一部分を接触ステップに含めることの前に、熱交換器を通してテールガス及び／もしくはテールガスの一部分を流してテールガスの温度を上昇させることを含む、段落Ａ〜ＡＳのいずれか１つに記載の方法。
ＡＵ．ＷＧＳ生成物の一部分を第１の改質用供給物、第２の改質用供給物、またはその両方に含めることを含む、段落Ａ〜ＡＴのいずれか１つに記載の方法。
ＡＶ．熱交換器を通してＷＧＳ生成物の一部分を流して、第１の改質用供給物、第２の改質用供給物、またはその両方に含めることの前にＷＧＳ生成物の温度を上昇させることを更に含む、段落ＡＵに記載の方法。
ＡＷ．熱交換器を通してテールガスの一部分及び／またはＷＧＳ生成物の一部分を流すことは、
第１の導管を通してテールガスの一部分及び／またはＷＧＳ生成物の一部分を流すことと、
第２の導管を通して熱交換流体を流すことと
を含み、
テールガスの一部分及び／またはＷＧＳの一部分と熱交換流体とが熱的連通している、段落ＡＵまたは段落ＡＶに記載の方法。
ＡＸ．熱交換流体は、水蒸気改質生成物を含む、段落ＡＷに記載の方法。
ＡＹ．熱交換流体は、第２の水蒸気改質生成物を含む、段落ＡＷまたは段落ＡＸに記載の方法。
ＡＺ．熱交換流体は、Ｏ２含有ガスを含む、段落ＡＷ〜ＡＹのいずれか１つに記載の方法。
ＢＡ．熱交換流体は、Ｏ２枯渇ガスを含む、段落ＡＷ〜ＡＺのいずれか１つに記載の方法。
ＢＢ．熱交換器を通してテールガスの一部分及び／またはＷＧＳ生成物の一部分を流すことは、
第１の導管を通してテールガスの一部分及び／またはＷＧＳ生成物の一部分を流すことと、
第２の導管を通して第１の熱交換流体を流すことと、
第３の導管を通して第２の熱交換流体を流すことと
を含み、
テールガスの一部分及び／またはＷＧＳ生成物の一部分と、第１の熱交換流体または第２の熱交換流体のうちの少なくとも１つとが熱的連通している、段落ＡＶ〜ＢＡのいずれか１つに記載の方法。
ＢＣ．燃焼ガスは、水素分離網によって水蒸気改質生成物から分離されたＨ２を含む、段落Ａ〜ＢＢのいずれか１つに記載の方法。
ＢＤ．燃焼ガスは、ＷＧＳ生成物から分離されたＨ２を含む、段落Ａ〜ＢＣのいずれか１つに記載の方法。
ＢＥ．Ｏ２枯渇ガスは、約５００℃〜約１，２００℃の温度である、段落Ａ〜ＢＤのいずれか１つに記載の方法。
ＢＦ．合成生成物は、Ｃ１〜Ｃ５０の炭化水素から選択される１つ以上の化合物を主に含む、段落Ａ〜ＢＥのいずれか１つに記載の方法。
ＢＧ．合成触媒は、フィッシャートロプシュ触媒を含む、段落ＢＦに記載の方法。
ＢＨ．接触ステップは、
合成触媒を含むマイクロチャネル反応器を通してＨ２及びＣＯを流して、合成生成物を産生することを含む、段落Ａ〜ＢＧのいずれか１つに記載の方法。
ＢＩ．マイクロチャネル反応器は、熱交換マイクロチャネルと熱的連通している少なくとも１つの処理マイクロチャネルを備え、合成触媒が処理マイクロチャネル内に配置される、段落ＢＨに記載の方法。
ＢＪ．処理マイクロチャネルは、マイクロチャネル反応器内でＨ２及びＣＯを流すときに崩壊流を与えるように構成された内部表面特徴を含む、段落ＢＩに記載の方法。
ＢＫ．合成触媒は、処理マイクロチャネルに充填された粒状固体触媒、処理マイクロチャネル内に配置された工学構造、または処理マイクロチャネルの内壁に配置されたコーティングのうちの１つ以上を含む、段落ＢＩまたは段落ＢＪに記載の方法。
ＢＬ．マイクロチャネル反応器は、
複数の処理マイクロチャネル及び複数の熱交換マイクロチャネルであって、合成触媒は、処理マイクロチャネル内に配置され、各熱交換マイクロチャネルは少なくとも１つの処理マイクロチャネルと熱的連通している、複数の処理マイクロチャネル及び複数の熱交換マイクロチャネルと、
Ｈ２及びＣＯを処理マイクロチャネルに流すための少なくとも１つのマニホールドと、
処理マイクロチャネルから合成生成物を流すための少なくとも１つのマニホールドと、
熱交換流体を熱交換マイクロチャネルに流入させるための少なくとも１つのマニホールドと、
熱交換流体を熱交換マイクロチャネルから流出させるための少なくとも１つのマニホールドと、を備える、段落ＢＨ〜ＢＫのいずれか１つに記載の方法。
ＢＭ．処理マイクロチャネルは、少なくとも１つの伝熱壁を含み、マイクロチャネル反応器内の熱交換のための熱流束が、１つの伝熱壁の表面積の１平方センチメートル当たり少なくとも約０．５〜約１０ワットの範囲内である、段落ＢＩ〜ＢＬのいずれか１つに記載の方法。
ＢＮ．水蒸気改質ステップは、改質エンクロージャ内で実施され、かつ接触ステップが、合成エンクロージャ内で実施される、段落Ａ〜ＢＭのいずれか１つに記載の方法。
ＢＯ．第２の改質ステップは、前記改質エンクロージャ内で実施される、段落ＢＮに記載の方法。
ＢＰ．改質装置トレインは１つ以上の改質エンクロージャを含む、段落ＢＮまたは段落ＢＯに記載の方法。
ＢＱ．改質装置トレインは複数の改質エンクロージャを含む、段落ＢＰに記載の方法。
ＢＲ．改質装置トレインは、合成エンクロージャと、制御された流れ連通状態にある、段落ＢＰまたは段落ＢＱに記載の方法。
ＢＳ．始動ステップを更に含み、始動ステップは、
燃焼ステップにおいて燃焼ガスとして天然ガス及び／または始動燃料を利用し、その後、水蒸気改質ステップを実施することと、
水蒸気改質生成物または第２の改質生成物が生成されたら、水蒸気改質生成物及び／または第２の改質生成物を燃焼ガスに含めることと、ならびに、天然ガス及び／または始動燃料を燃焼ガスに含めることを停止させることと、
その後、
水蒸気改質生成物及び／もしくは第２の改質生成物から分離されたＨ２、
テールガスから分離されたＨ２、または
テールガスの少なくとも一部分をＷＧＳ反応に供することによって形成されたＨ２
のうちの１つ以上を燃焼ガスに含めることと、続いて、
接触ステップのための追加の圧力を提供するためにコンプレッサを始動させることと
を含む、段落Ａ〜ＢＲのいずれか１つに記載の方法。
ＢＴ．始動ステップにおいて、水蒸気改質生成物及び／または第２の改質生成物が、燃焼ガス中に含まれる前に精製される、段落ＢＳに記載の方法。
ＢＵ．始動ステップにおいて、制御された流れ連通は、始動ステップの前には存在せず、コンプレッサを始動させることの後に設けられる、段落ＢＳまたは段落ＢＴに記載の方法。
ＢＶ．始動ステップにおいて、制御された流れ連通は、始動ステップの前には存在せず、コンプレッサを始動させることの前に設けられる、段落ＢＳまたは段落ＢＴに記載の方法。
ＢＷ．
水蒸気改質生成物及び／もしくは第２の改質生成物から分離されたＨ２、
テールガスから分離されたＨ２、または
テールガスの少なくとも一部分をＷＧＳ反応に供することによって形成されたＨ２
のうちの１つ以上を燃焼ガスに含めることの後に、水蒸気改質生成物及び／または第２の改質生成物を燃焼ガスに含めることが低減されるか、最小化されるか、または停止される、段落ＢＳ〜ＢＶのいずれか１つに記載の方法。
ＢＸ．コンプレッサを始動させることの後に、水蒸気改質生成物及び／または第２の改質生成物を燃焼ガスに含めることが低減されるか、最小化されるか、または停止される、段落ＢＳ〜ＢＷのいずれか１つに記載の方法。
ＢＹ．第１の始動ステップが第１の改質エンクロージャ内で発生し、
第２の改質エンクロージャにおける第２の始動ステップは、
水蒸気改質生成物及び／もしくは第２の改質生成物から分離されたＨ２、
テールガスから分離されたＨ２、または
テールガスの少なくとも一部分を第１の改質エンクロージャの下流で生じたＷＧＳ反応に供することによって形成されたＨ２
のうちの１つ以上の一部分を利用する、段落ＢＳ〜ＢＸのいずれか１つに記載の方法。
ＢＺ．周期的合成触媒再生ステップを更に含み、制御された流れ連通が合成触媒再生ステップの期間中停止される、段落ＢＲ〜ＢＹのいずれか１つに記載の方法。
ＣＡ．周期的合成触媒再生ステップは、
合成触媒上に、Ｈ２を含む脱ろうガスを流すことを含む脱ろうステップと、
脱ろう処理の後の、合成触媒上に酸化ガスを流すことを含む酸化ステップと、
酸化処理の後の、Ｈ２を含む還元ガスに合成触媒を曝露することを含む還元ステップと
を含む、段落ＢＺに記載の方法。
ＣＢ．脱ろうガス及び／または還元ガスは、
水蒸気改質生成物及び／もしくは第２の改質生成物から分離されたＨ２、
テールガスから分離されたＨ２、または
テールガスの少なくとも一部分をＷＧＳ反応に供することによって形成されたＨ２
のうちの１つ以上を含む、段落ＣＡに記載の方法。
ＣＣ．酸化ガスは、Ｏ２枯渇ガスまたはその一部分を含む、段落ＣＡまたは段落ＣＢに記載の方法。
ＣＤ．Ｏ２枯渇ガスまたはその一部分は、実質的に冷却することなく前記酸化ガスに使用される、段落ＣＣに記載の方法。
ＣＥ．制御された流れ連通が、合成触媒再活性化ステップの期間中停止される、周期的合成触媒再活性化ステップを更に含む、段落ＢＲ〜ＣＤのいずれか１つに記載の方法。
ＣＦ．再活性化ステップは、合成触媒上に、Ｈ２を含む再活性化ガスを流すことを含む、段落ＣＥに記載の方法。
ＣＧ．再活性化ガスは、
水蒸気改質生成物及び／もしくは第２の改質生成物から分離されたＨ２、
テールガスから分離されたＨ２、または
前記テールガスの少なくとも一部分を前記ＷＧＳ反応に供することによって形成されたＨ２
のうちの１つ以上を含む、段落ＣＦに記載の方法。
ＣＨ．合成触媒再生ステップまたは合成触媒再活性化ステップ後に始動ステップを更に含む、段落ＢＺ〜ＣＧのいずれか１つに記載の方法。
ＣＩ．イオン輸送膜の透過側に配置されたウイルス鋳型カップリング触媒上にメタンを含む反応供給物を流しかつイオン輸送膜の保持側上にＯ２含有ガスを流すことによって、エチレンを形成すること
を含み、
イオン輸送膜の保持側上にＯ２含有ガスを流すことにより、Ｏ２枯渇ガスが産生される、方法。
ＣＪ．Ｏ２枯渇ガスは、約４００℃〜約１，０００℃の温度である、段落ＣＩに記載の方法。
ＣＫ．反応供給物の流れが、Ｏ２含有ガスの流れに対して並流、向流または横流である、段落ＣＩまたは段落ＣＪに記載の方法。
ＣＬ．Ｏ２含有ガスが空気を含む、段落ＣＩ〜ＣＫのいずれか１つに記載の方法。
ＣＭ．Ｏ２枯渇ガスは約０％〜約２０．０％Ｏ２である、段落ＣＩ〜ＣＬのいずれか１つに記載の方法。
ＣＮ．ウイルス鋳型カップリング触媒は、酸化物として、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｗ、Ｌａ、Ｄｙ、Ｉｎ、Ｓ、Ｚｎ、Ｙｂ、Ｎｉ、Ｌｕ、Ｔａ、Ｐ、Ｐｔ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔｌ、Ｐｒ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｉｒ、Ａｓ、Ｔｂ、Ｅｒ、Ｔｅ、Ｍｏ、またはこれらの２つ以上の組み合わせの少なくとも１つの酸化物を含む、段落ＣＩ〜ＣＭのいずれか１つに記載の方法。
ＣＯ．ウイルス鋳型カップリング触媒は、少なくとも１つのアルカリ金属、アルカリ土類金属またはホウ素を更に含む、段落ＣＮに記載の方法。
ＣＰ．ウイルス鋳型カップリング触媒は、シリカ支持体上に酸化マンガン、アルカリ金属、タングステン及びニオビウムを含む、段落ＣＮまたは段落ＣＯに記載の方法。
ＣＱ．ウイルス鋳型カップリング触媒は、透過側のイオン輸送膜の表面に配置される、段落ＣＩ〜ＣＰのいずれか１つに記載の方法。
ＣＲ．エチレンを形成することは、約４００℃〜約１，０００℃の温度で実施される、段落ＣＩ〜ＣＱのいずれか１つの方法。
ＣＳ．エチレンを形成することは、約４００℃〜約８００℃の温度で実施される、段落ＣＩ〜ＣＲのいずれか１つの方法。
ＣＴ．反応供給物は、約１気圧〜約２０気圧の範囲の圧力下である、段落ＣＩ〜ＣＳのいずれか１つに記載の方法。
ＣＵ．反応供給物中のメタンの分圧は、約０．１気圧〜約２０気圧の範囲にある、段落ＣＩ〜ＣＴのいずれか１つに記載の方法。
ＣＶ．メタン供給物のＧＳＨＶは、約２０，０００時間−１〜約５，０００，０００時間−１の範囲にある、段落ＣＩ〜ＣＵのいずれか１つに記載の方法。
ＣＷ．エチレンを含むエチレン形成生成物を産生する、段落ＣＩ〜ＣＶのいずれか１つに記載の方法。
ＣＸ．エチレン形成生成物を分離させて、エチレン及びエチレン形成テールガス（「ＥＦテールガス」）を提供する、段落ＣＷに記載の方法。
ＣＹ．ＥＦテールガスは予備改質装置または、段落Ａ〜ＣＨのいずれか１つに記載の方法のＷＧＳ反応に向けられる、段落ＣＸに記載の方法。
ＣＺ．エチレンを形成することは、段落Ａ〜ＣＨのいずれか１つに記載の方法の水蒸気改質ステップに熱を供給する、段落ＣＩ〜ＣＹのいずれか一項に記載の方法。
ＤＡ．エチレンを合成触媒と接触させて合成生成物を産生することを更に含む、段落ＣＪ〜ＣＺのいずれか１つに記載の方法。
ＤＢ．合成触媒は、酸化エチレン製造触媒、ジメトキシエタン製造触媒、酢酸ビニルモノマー製造触媒、またはこれらの任意の２つ以上の組み合わせを含む、段落ＤＡに記載の方法。
【０１２９】
他の実施形態は、かかる特許請求の範囲が権利を与えられる均等物の全範囲と共に、添付の特許請求の範囲に記載される。
【図１】
0006442088.tif 000002
【図２】
0006442088.tif 000003
【図３】
0006442088.tif 000004