触媒部分酸化改質
合成ガスを生成するためのシステム及びプロセスが提供される。第１の炭化水素の一部を部分燃焼させるのに十分な条件で、酸化剤及び１種又は複数の第１の触媒の存在下、第１の炭化水素を部分酸化することにより、二酸化炭素、燃焼していない第１の炭化水素、及び熱を提供することができる。燃焼していない第１の炭化水素の少なくとも一部は、部分酸化ステップで発生した熱の少なくとも一部及び１種又は複数の第１の触媒の存在下で改質することにより、第１の合成ガスを提供することができる。第１の合成ガスは、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含むことができる。水蒸気及び１種又は複数の第２の触媒の存在下、熱が第１の合成ガスから第２の炭化水素へと間接的に交換されて第２の炭化水素の少なくとも一部を改質することにより、第２の合成ガスを提供することができる。第２の合成ガスは、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含むことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般的に、合成ガス及びそれから作製された生成物を製造するためのシステム及びプロセスに関する。より詳細には、本発明の実施形態は、部分酸化技法によって、合成ガス及びそれから作製された生成物を製造するためのシステム及びプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
部分酸化（「ＰＯＸ」）システムは、典型的には、非常に高い温度、例えば約１，０００℃（１，８３２°Ｆ）から約１，３００℃（２，３７２°Ｆ）に予熱された炭化水素ガス及び酸化剤を、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、及び水を含有する合成ガスに変換する。次いで高温合成ガスを、さらに処理する前に、典型的には約２００〜３００℃（３９２〜５７２°Ｆ）にクエンチし又は冷却しなければならない。
【０００３】
典型的には、合成ガスは、水蒸気を発生させるための非常に高価な熱伝達媒体として使用される。しかし、水蒸気の生成は、プロセス要求をはるかに超える可能性があり、したがって、水蒸気での用途がないので運び去られ又は単に廃棄される。言い換えれば、合成ガスの冷却は、反応熱の大部分が失われ又は廃棄されることを意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
既存プラントでの水素及び一酸化炭素の生成を最大限にし又は増大させることが、望ましい。しかし、ＰＯＸ反応器は、生成を増大させるために容易に拡張することができないので、ＰＯＸ反応器はしばしば、用量限定的な操作を行う。したがって、合成ガスを生成するための、よりエネルギー効率の高いシステム及びプロセスが求められている。
【０００５】
本発明の上述の特徴を詳細に理解することができるように、本発明のより具体的な記述は、そのいくつかが添付図面に例示されている実施形態を参照することによって、提示される。しかし、添付図面は、本発明の典型的な実施形態を示すだけであり、したがってその範囲を限定すると見なすものではなく、したがって本発明は、その他の等しく有効な実施形態を認め得ることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】記述される１つ又は複数の実施形態による、部分酸化技法を使用した合成ガスを生成するための例示的なシステムを示す図である。
【図２】記述される１つ又は複数の実施形態による、複数のチューブを有する改質交換器を示す例示的な断面上面図である。
【図３】記述される１つ又は複数の実施形態による、部分酸化技法を使用した合成ガスを生成するための別の例示的なシステムを示す図である。
【図４】記述される１つ又は複数の実施形態による、部分酸化技法を使用した合成ガスを生成するための別の例示的なシステムを示す図である。
【図５】記述される１つ又は複数の実施形態による、部分酸化技法を使用した合成ガスを生成するためのさらに別の例示的なシステムを示す図である。
【図６】記述される１つ又は複数の実施形態による、複数のチューブを有する改質交換器を示す例示的な断面上面図である。
【図７】記述される１つ又は複数の実施形態による、合成ガスとそれから得られる１種又は複数の水素含有生成物とを生成するための例示的なシステムを示す図である。
【図８】記述される１つ又は複数の実施形態による、合成ガス、水素生成物、及びアンモニアを生成するための例示的なシステムを示す図である。
【図９】記述される１つ又は複数の実施形態による、合成ガス、アンモニア、及びアンモニア誘導体を生成するための例示的なシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
次に詳細な記述を提示する。添付された特許請求の範囲のそれぞれは、個別の発明を定義しており、それらは侵害目的で、特許請求の範囲で指定された様々な要素又は制限の均等物を含むと認識される。文脈に応じて、「本発明」に対する全ての言及は、場合によってはある特定の実施形態だけを指してもよい。その他の場合には、「本発明」に対する言及は、特許請求の範囲の１つ又は複数であって必ずしも全てである必要はないものに列挙される対象を指すことになると認識されよう。次に本発明のそれぞれについて、特定の実施形態、変形、及び例を含めて以下により詳細に記述するが、本発明は、これらの実施形態、変形、又は例に限定するものではなく、これらは、この特許の情報を利用可能な情報及び技術と組み合わせたときに当業者が本発明を作製し使用できるようにするために含まれる。
【０００８】
合成ガス及びこれから得られた生成物を生成するためのシステム及びプロセスが提供される。１つ又は複数の実施形態では、第１の炭化水素の一部を部分燃焼させるよう十分な条件の下、酸化剤の存在下で第１の炭化水素を部分酸化して、二酸化炭素、非燃焼炭化水素、及び熱を提供することができる。１つ又は複数の実施形態では、非燃焼炭化水素の少なくとも一部を、部分酸化ステップで発生した熱の少なくとも一部と１種又は複数の第１の触媒との存在下で改質して、第１の合成ガスを提供することができる。１つ又は複数の実施形態では、第１の合成ガスは、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含有することができるが、これらに限定するものではない。１つ又は複数の実施形態では、第１の合成ガスから得た熱を、第２の炭化水素と間接的に交換することにより、水蒸気と１種又は複数の第２の触媒との存在下で第２の炭化水素の少なくとも一部を改質して、第２の合成ガスを提供することができる。１つ又は複数の実施形態では、第２の合成ガスは、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含有することができるが、これらに限定するものではない。
【０００９】
図１は、１つ又は複数の実施形態による、部分酸化技法を使用して合成ガスを生成するための例示的なシステムを示す。システムは、１つ又は複数の触媒部分酸化（「ＣＰＯＸ」）反応器１５０と、１つ又は複数の改質交換器２００とを含むことができる。１種又は複数の第１の触媒は、ＣＰＯＸ反応器１５０内の１つ又は複数の第１の触媒ゾーン又は触媒床１５５、１５７（２つが図示されている。）に配置することができる。１つ又は複数の第１の触媒床１５５、１５７は、固定床、流動床、モノリス型の床、又はこれらの任意の組合せにすることができるが、これらに限定するものではない。１つ又は複数の触媒床１５５、１５７は、スクリーン、サポートロッド／バー、又はその他の適切なサポート構造など、任意の公知の方法によりサポートすることができる。
【００１０】
改質交換器２００の少なくとも１つは、シェルアンドチューブ型（ｓｈｅｌｌ−ａｎｄ−ｔｕｂｅ ｔｙｐｅ）交換器にすることができる。改質交換器２００は、この改質交換器２００のシェル内に少なくとも部分的に配置された１つ又は複数のチューブ２０５を含むことができる。１種又は複数の第２の触媒は、１つ又は複数のチューブ２０５内に１つ又は複数の第２の触媒ゾーン２１０が得られるように、１つ又は複数のチューブ２０５内に配置することができる。１種又は複数の第２の触媒は、１つ又は複数のスクリーン２１５又はその他の適切な担持構造（サポート構造）によって、１つ又は複数のチューブ２０５内にサポートすることができる。
【００１１】
１つ又は複数のチューブ２０５は、改質交換器２００のシェル内に、任意のパターン又は構成で並べることができる。図示しないが、チューブ２０５は、このチューブ２０５の外面及び／又は内面に配置された、１つ又は複数のフィン、静止ミキサ、旋条、熱伝導パック、乱流誘発突起、又はこれらの任意の組合せを含むことができるが、これらに限定するものではない。１つ又は複数のチューブは、様々なタイプのもの、例えばストレート管、差込み管（図示せず。）、Ｕ字管、コイル管（図示せず。）、又はこれらの任意の組合せにすることができる。１つ又は複数の実施形態では、同じ又は異なる形状、長さ、及び／又は直径、又は断面積を有することができる２つ以上のチューブ２０５を使用することができる。１つ又は複数のチューブ２０５は、改質交換器２００内で垂直、水平、又は任意のその他の角度に配置することができる。
【００１２】
チューブ２０５は、１つ又は複数のチューブシート２０１によって、改質交換器２００のシェル内にサポートされることができる。１つ又は複数のチューブシート２０１は、改質交換器２００のシェル側を１つ又は複数のチューブ２０５の第１の端部から分離することができ、１つ又は複数のチューブ２０５の第１の端部と改質交換器２００のシェル側との間の流体連絡を防止することができる。１つ又は複数のチューブ２０５の第２の端部は、改質交換器２００のシェル側と流体連絡することができる。
【００１３】
図２は、１つ又は複数の実施形態による、複数のチューブを有する改質交換器の例示的な断面上面図を示す。図２は、複数のチューブ２０５内に配置された１つ又は複数の第２の触媒ゾーン２１０を示す。複数のチューブは、２つ以上のチューブ２０５と定義される。１つ又は複数のチューブ２０５の間又は周りのスペースによって画定された加熱ゾーン２０７（図１も参照）によって、改質交換器２００のシェル側に導入された熱伝達媒体から１つ又は複数の触媒ゾーン２１０へと熱を間接的に伝達することが可能になる。
【００１４】
再び図１を参照すると、ＣＰＯＸ反応器１５０内の１種又は複数の第１の触媒及び／又は改質交換器２００内の１種又は複数の第２の触媒には、アルカリ土類金属、希土類金属、クロム、マンガン、モリブデン、タングステン、スズ、レニウム、ビスマス、インジウム、リン、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金、これらの酸化物、これらの誘導体、これらの混合物、又はこれらの組合せを含めることができるが、これらに限定するものではない。改質交換器２００内の１種又は複数の第２の触媒は、１つ又は複数のＣＰＯＸ反応器１５０内の１種又は複数の第１の触媒と同じに又は異ならせることができる。ＣＰＯＸ反応器１５０内に配置された１種又は複数の第１の触媒、改質交換器２００内に配置された１種又は複数の第２の触媒、又はこれらの両方は、さらに、１種又は複数の触媒担持材料（触媒サポート材料）を含むことができる。
【００１５】
１つ又は複数の実施形態では、触媒担持材料は、耐火性酸化物にすることができ又は耐火性酸化物を含むことができる。例えば耐火性酸化物は、アルミナ、特にαアルミナ；ジルコニア；チタニア；ハフニア；シリカ；又はこれらの混合物にすることができる。触媒担持材料は、希土類修飾耐火性金属酸化物にすることができ、又は希土類修飾耐火性金属酸化物を含むことができ、この希土類は、任意の希土類金属であってよく、例えばランタン、又はイットリウム；及び／又はアルカリ土類金属修飾耐火性酸化物であってもよい。触媒担持材料は、反応条件で実質的に安定な表面積、例えば、反応条件によってそれほど大きくは変化せず又は反応に影響を及ぼすようには変化しない表面積を有する材料として分類することができる。
【００１６】
１種又は複数の第１の触媒及び／又は第２の触媒（「触媒」）は、顆粒、粉末、ビーズ、丸剤、ペレット、薄片、円筒、球、又はその他の形状をとることができる。触媒は、５０ミクロン（０．００２インチ）から約１ｃｍ（０．４インチ）に及ぶ長さ又はサイズを有することができる。１つ又は複数の実施形態では、触媒は、約０．２５ｍｍ（０．０１インチ）から約６．５ｍｍ（０．２６インチ）、又は約０．５ｍｍ（０．０２インチ）から約０．４ｍｍ（０．１６インチ）に及ぶ長さ又はサイズを有することができる。
【００１７】
追加の反応条件、触媒、及びＣＰＯＸ反応器１５０の詳細は、その全てが本明細書に参照により完全に組み込まれている米国特許第５，４８６，３１３号；第５，７２０，９０１号；第７，２２６，５４８号；及び第７，２６１，７５１号に見出すことができる。追加の改質プロセス条件、触媒、及び改質交換器２００の詳細は、その全てが本明細書に参照により完全に組み込まれている米国特許第５，０１１，６２５号；第５，１２２，２９９号；第５，３６２，４５４号；第６，８５５，２７２号；第７，１３８，００１号；及び第７，２２０，５０５号に見出すことができる。
【００１８】
ライン１１０を介した第１の炭化水素及びライン１４０を介した酸化剤は、１つ又は複数のＣＰＯＸ反応器１５０に導入することができる。第１の炭化水素は、酸化剤と１種又は複数の第１の触媒との存在下で部分酸化することができる。部分酸化は、二酸化炭素、非燃焼炭化水素、及び熱が提供されるように第１の炭化水素の一部を部分燃焼するのに十分な条件で引き起こすことができる。非燃焼炭化水素は、第１の合成ガスが得られるように、部分酸化ステップで発生した熱の少なくとも一部と１種又は複数の第１の触媒との存在下で、少なくとも部分的に改質することができる。第１の合成ガスは、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含むことができるが、これらに限定するものではない。部分燃焼した第１の炭化水素は、１つ又は複数の第１の触媒ゾーン１５５、１５７を通して／横断して流れるので、非燃焼炭化水素の少なくとも一部は、第１の合成ガスが得られるように反応（即ち、改質）することができる。１つ又は複数の実施形態では、ライン１１０を介した第１の炭化水素は、１つ又は複数のＣＰＯＸ反応器１５０に第１の炭化水素を導入する前に、ライン１１５を介した水蒸気及び／又は二酸化炭素と混合することができる。図示されていないが、１つ又は複数の実施形態では、第１の炭化水素及び酸化剤を、ＣＰＯＸ反応器１５０の上流で混合して、反応混合物を提供することができ、次いでこの混合物をＣＰＯＸ反応器１５０に導入することができる。図示しないが、１つ又は複数の実施形態では、ライン１１５を介して水蒸気及び／又は二酸化炭素を、１つ又は複数のＣＰＯＸ反応器１５０に直接導入することができ、又は酸化剤と予備混合することができる。
【００１９】
ライン１４０を介した１種又は複数の酸化剤は、１つ又は複数の第１の触媒ゾーン１５５、１５７の第１の前に、１つ又は複数のＣＰＯＸ反応器１５０に導入することができる。１つ又は複数の実施形態では、１つ又は複数の第１の触媒ゾーン１５５、１５７のそれぞれの前に、ライン１４０を介して１種又は複数の酸化剤の一部を導入し、それによって、触媒床間酸化剤注入をもたらすことができる。触媒床間酸化剤注入は、各触媒床１５５、１５７にライン１４０を介して導入された酸化剤の量の、独立した調節及び制御をもたらすことができる。１つ又は複数の触媒床１５５、１５７にライン１４０を介して導入された酸化剤の量の制御は、１つ又は複数の第１の触媒ゾーン１５５、１５７内での反応速度及び温度の調節を改善することができる。
【００２０】
ＣＰＯＸ反応器１５０は、第１の合成ガスがライン１６０を介してＣＰＯＸ反応器１５０から出るときに第１の合成ガスの温度によって測定されたように、約７００℃（１，２９２°Ｆ）から約１，５００℃（２，７３２°Ｆ）の温度で操作することができる。ＣＰＯＸ反応器１５０は、約７００℃（１，２９２°Ｆ）、約８００℃（１，４７２°Ｆ）、又は約９００℃（１，６５２°Ｆ）から約１，１００℃（２，０１２°Ｆ）、約１，２００℃（２，１９２°Ｆ）、又は約１，３００℃（２，３７２°Ｆ）の温度で操作することができる。ＣＰＯＸ反応器１５０は、約１００ｋＰａ（０ｐｓｉｇ）から約１５，０００ｋＰａ（２，１６２ｐｓｉｇ）、又は約４００ｋＰａ（４４ｐｓｉｇ）から約８，５００ｋＰａ（１，２１９ｐｓｉｇ）の圧力で操作することができる。
【００２１】
ライン１８０を介した第２の炭化水素は、１つ又は複数の改質交換器２００に導入することができる。第２の炭化水素は、ライン１８５を介した水蒸気と混合することができる。１つ又は複数の実施形態では、第２の炭化水素は、ライン１８５を介した水蒸気及び二酸化炭素と混合することができる。ライン１８０を介した第２の炭化水素及び水蒸気の混合物は、二酸化炭素と共に又は二酸化炭素なしで、１つ又は複数の第２の触媒ゾーン２１０に導入することができる。例えば、ライン１８０を介した第２の炭化水素は、１つ又は複数の第２の触媒含有チューブ２０５の第１の端部に導入することができる。第２の炭化水素は、第２の合成ガスが得られるように、１つ又は複数の第２の触媒ゾーン２１０にこの第２の炭化水素を通すことによって、少なくとも部分的に改質することができる。第２の合成ガスは、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含むことができるが、これらに限定するものではない。第２の合成ガスは、スクリーン２１５を通して１つ又は複数のチューブ２０５の第２の端部から出ることができ、混合ゾーン２２２内で第１の合成ガスと混合されて、ライン２３０を介して混合合成ガス又は合成ガス生成物を提供することができる。
【００２２】
ライン１６０を介した第１の合成ガスは、改質交換器２００のシェル側に導入することができる。第１の合成ガス及び第２の合成ガスを、混合ゾーン２２２内で混合して、混合合成ガスを提供することができる。第２の触媒ゾーン２１０で第２の炭化水素を改質するのに必要な熱は、混合合成ガスが加熱ゾーン２０７を通して１つ又は複数のチューブ２０５に沿って／横断して流れるときに、この混合合成ガスによって提供することができる。図示していないが、第１の合成ガスは、１つ又は複数のチューブ２０５の外側を横断又は通過して、熱を第１の合成ガスから第２の触媒ゾーン２１０に間接的に伝達することができ、その後、第１の合成ガス及び第２の合成ガスを混合ゾーン２２２内で混合することができる。混合合成ガスは、ライン２３０を介して合成ガス生成物（「合成ガス」）として回収することができる。
【００２３】
ライン１１０を介した第１の炭化水素及びライン１８０を介した第２の炭化水素は、１種又は複数の炭素含有材料を含むことができるが、これらに限定するものではない。炭素含有材料には、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、又は、合計で１から２０個の炭素原子（Ｃ１からＣ２０）を含有する任意のその他の炭化水素、又はこれらの任意の混合物を含めることができるが、これらに限定するものではない。炭素含有材料には、天然ガス、メタン、脱硫天然ガス、脱硫メタン、これらの混合物、又はこれらの任意の組合せを含めることができるが、これらに限定するものではない。第１の炭化水素及び第２の炭化水素は、同じ又は異なる炭素含有材料にすることができる。第１の炭化水素、第２の炭化水素、又はその両方は、硫黄、水銀、一硫化炭素、及びその他の汚染物質などの汚染物質を、実質的に含まないようにすることができる。
【００２４】
ライン１１０を介した第１の炭化水素及び／又はライン１８０を介した第２の炭化水素は、乾燥ベースで約８０モル％以上のメタン、又は乾燥ベースで約９０モル％以上のメタン、又は乾燥ベースで約９５モル％以上のメタン、又は乾燥ベースで約９７モル％以上のメタン、又は乾燥ベースで約９９モル％以上のメタンを含有することができる。本明細書で使用される「乾燥ベース」という用語は、水及び／又は窒素を含まない供給材料、生成物、合成ガス、又は中間体を指す。
【００２５】
ライン１１０を介した第１の炭化水素は、第１の炭化水素及び第２の炭化水素を組み合わせた合計（全供給材料）の約１０重量％から９０重量％に及ぶことができる。第１の炭化水素は、全供給材料の約２０重量％から約８０重量％に及ぶことができ、又は全供給材料の約３０重量％から約７０重量％に及ぶことができ、又は全供給材料の約４０重量％から約６０重量％に及ぶことができる。ライン１８０を介した第２の炭化水素は、全供給材料の約１０重量％から約９０重量％に及ぶことができる。第２の炭化水素は、全供給材料の約２０重量％から約８０重量％、又は全供給材料の約３０重量％から約７０重量％、又は全供給材料の約４０重量％から約６０重量％に及ぶことができる。
【００２６】
ライン１４０を介して１つ又は複数のＣＰＯＸ反応器１５０に導入される１種又は複数の酸化剤のタイプ及び量は、ライン１６０を介する第１の合成ガス及びライン２３０を介する合成ガスの組成及び物理的性質に影響を及ぼす可能性がある。１種又は複数の酸化剤は、空気、酸素、本質的な酸素、酸素に富む空気、酸素及び空気の混合物、水、二酸化炭素、酸素及び窒素やアルゴンなどの不活性ガスの混合物、窒素に富む空気、及びこれらの任意の混合物を含むことができるが、これらに限定するものではない。酸化剤は、約６０体積％以上の酸素、又は約７０体積％以上の酸素、又は約８０体積％以上の酸素、又は約９０体積％以上の酸素、又は約９５体積％以上の酸素、又は約９９体積％以上の酸素を含有することができる。本明細書で使用される「本質的な酸素」という用語は、５０体積％よりも多い酸素を含有する酸化剤を指す。本明細書で使用される「酸素に富む空気」という用語は、２１体積％よりも多い酸素を含有する酸化剤流を指す。酸素、本質的な酸素、又は酸素に富む空気は、例えば、低温蒸留、圧力スイング吸着、膜分離、又はこれらの任意の組合せから得ることができる。ライン１４０を介した１種又は複数の酸化剤は、窒素を含まず又は本質的に窒素を含まなくてよい。本明細書で使用される「本質的に窒素を含まない」という用語は、約５体積％以下の窒素、４体積％以下の窒素、３体積％以下の窒素、２体積％以下の窒素、又は１体積％以下の窒素を含有する酸化剤流を指す。
【００２７】
ＣＰＯＸ反応器１５０で引き起こすことができる触媒部分酸化反応は、ライン１４０を介して導入される１種又は複数の炭素含有材料と分子状の酸素（Ｏ２）との濃度を最適化することによって、促進させる（即ち、制御する）ことができる。第１の炭化水素及び酸化剤は、例えば、炭素：Ｏ２のモル比（Ｃ：Ｏ２）が約１：１のＣ：Ｏ２から約１０：１のＣ：Ｏ２、又は約１：１のＣ：Ｏ２から約８：１のＣ：Ｏ２、又は約１：１のＣ：Ｏ２から約６：１のＣ：Ｏ２の範囲にあるように調節することができる。Ｃ：Ｏ２のモル比は、約１．５：１のＣ：Ｏ２から約４：１のＣ：Ｏ２、又は約１．６：１のＣ：Ｏ２から約３．５：１のＣ：Ｏ２、又は約１．６：１のＣ：Ｏ２から約２．５：１のＣ：Ｏ２の範囲にすることができる。
【００２８】
１つ又は複数の実施形態では、水蒸気及び／又は二酸化炭素を、ライン１１０を介して第１の炭化水素中に存在させることができる。水蒸気及び／又は二酸化炭素は、ライン１１０を介してＣＰＯＸ反応器１５０及び／又は第１の炭化水素に直接導入することができる。第１の触媒ゾーン１５５に最初に接触した、ライン１１０を介した第１の炭化水素の水蒸気と炭素との重量比は、約０から約３にすることができ、第１の触媒ゾーン１５５に最初に接触する第１の炭化水素の二酸化炭素と炭素との重量比は、約０から約２にすることができる。
【００２９】
ＣＰＯＸ反応器１５０にライン１４０を介して導入される１種又は複数の酸化剤は、ライン１６０を介して第１の合成ガスを、１つ又は複数のチューブ２０５から出ていく第２の合成ガスを、及び／又は乾燥ベースで約３０モル％以上の水素、若しくは乾燥ベースで約４０モル％以上の水素、若しくは乾燥ベースで約５０モル％の水素、若しくは乾燥ベースで約６０モル％以上の水素、若しくは乾燥ベースで約７０モル％以上の水素を含有することができる合成ガス生成物をライン２３０を介して提供するよう選択することができる。ライン１４０を介する酸化剤は、ライン１６０を介して第１の合成ガスを、１つ又は複数のチューブ２０５から出ていく第２の合成ガスを、及び／又はライン２３０を介して、乾燥ベースで約５モル％以上の一酸化炭素、若しくは乾燥ベースで約１０モル％以上の一酸化炭素、若しくは乾燥ベースで約１５モル％以上の一酸化炭素、若しくは乾燥ベースで約２０モル％以上の一酸化炭素、若しくは乾燥ベースで約２５モル％以上の一酸化炭素、若しくは乾燥ベースで約３０モル％以上の一酸化炭素、若しくは乾燥ベースで約３５モル％以上の一酸化炭素を含有することができる合成ガス生成物を提供するよう選択することができる。ライン１４０を介する酸化剤は、ライン１６０を介して第１の合成ガスを、及び／又はライン２３０を介して、乾燥ベースで約２モル％以上の二酸化炭素、若しくは乾燥ベースで５モル％以上の二酸化炭素、若しくは乾燥ベースで約１０モル％以上の二酸化炭素、若しくは乾燥ベースで約２０モル％以上の二酸化炭素を含有することができる合成ガス生成物を提供するよう選択することができる。
【００３０】
ライン１６０を介した第１の合成ガス、第２の合成ガス、及び／又はライン２３０を介した合成ガス生成物中の水素の濃度は、乾燥ベースで約３０モル％、乾燥ベースで４０モル％、又は乾燥ベースで５０モル％という低い濃度から、乾燥ベースで約５０モル％、乾燥ベースで６０モル％、又は乾燥ベースで７０モル％という高い濃度に及ぶことができる。ライン１６０を介した第１の合成ガス、第２の合成ガス、及び／又はライン２３０を介した合成ガス生成物中の水素濃度は、乾燥ベースで約２５モル％、乾燥ベースで３５モル％、又は乾燥ベースで４５モル％という低い濃度から、乾燥ベースで約５５モル％、又は乾燥ベースで６５モル％という高い濃度に及ぶことができる。ライン１６０を介した第１の合成ガス、第２の合成ガス、及び／又はライン２３０を介した合成ガス生成物中の一酸化炭素濃度は、乾燥ベースで約５モル％、乾燥ベースで１０モル％、乾燥ベースで１５モル％、又は乾燥ベースで２０モル％という低い濃度から、乾燥ベースで約２５モル％、乾燥ベースで３０モル％、又は乾燥ベースで３５モル％という高い濃度に及ぶことができる。第１６０を介した第１の合成ガス、第２の合成ガス、及び／又はライン２３０を介した合成ガス生成物中の二酸化炭素濃度は、乾燥ベースで約２モル％、乾燥ベースで５モル％、又は乾燥ベースで７モル％という低い濃度から、乾燥ベースで約１０モル％、乾燥ベースで１５モル％、又は乾燥ベースで２５モル％という高い濃度に及ぶことができる。
【００３１】
ライン１６０を介した第１の合成ガス、１つ又は複数のチューブ２０５から出ていく第２の合成ガス、及び／又はライン２３０を介した第２の合成ガス生成物の組成は、異なる濃度の水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を有することができる。例えば、ライン１６０を介した第１の合成ガスは、乾燥ベースで約６０モル％の水素濃度を有することができ、ライン２３０を介した合成ガス生成物は、乾燥ベースで約７０モル％の水素濃度を有することができる。ライン１６０を介した第１の合成ガス及びライン２３０を介した合成ガス生成物中の、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素の濃度は、時間と共に変化する可能性がある。いくつかの要因が、ライン１６０を介した第１の合成ガス及びライン２３０を介した合成ガス生成物の濃度に影響を及ぼす可能性があり、その要因には、流量、炭化水素供給組成、温度、圧力、触媒のタイプ、触媒の経年数、及び酸化剤を含めることができるが、これらに限定するものではない。
【００３２】
ライン２３０を介した合成ガス生成物の組成は、乾燥ベースで約６５モル％の水素、乾燥ベースで約３０モル％の一酸化炭素、及び乾燥ベースで約４モル％の二酸化炭素にすることができる。ライン２３０を介した合成ガス生成物の組成は、乾燥ベースで約６５モル％の水素、乾燥ベースで約１５モル％の一酸化炭素、及び乾燥ベースで約１５モル％の二酸化炭素にすることができる。
【００３３】
図３は、１つ又は複数の実施形態による、部分酸化技法を使用して合成ガスを生成するための別の例示的なシステムを示す。１つ又は複数のＣＰＯＸ反応器１５０、ライン１１０を介した第１の炭化水素、ライン１４０を介した酸化剤、ライン１６０を介した第１の合成ガス、ライン１８０を介した第２の炭化水素、及びライン２３０を介した合成ガス生成物は、図１に関して上記にて論じ説明したようにすることができる。１つ又は複数の改質交換器２００は、図１に関して上記にて論じ説明した通りにすることができるが、シェルアンドチューブ型交換器の内部構成は、異ならせることができる。１つ又は複数の実施形態では、１つ又は複数の触媒含有チューブ２０５は、チューブ２０５の周りに配置された２つ以上のチューブシート２０１（２つが図示されている。）を有することができる。１つ又は複数の触媒含有チューブ２０５は、チューブ２０５の第１の端部に又はこの第１の端部付近に配置された少なくとも１つのチューブシートと、チューブ２０５の第２の端部に又はこの第２の端部付近に配置された少なくとも１つのチューブシートとを、第２の触媒ゾーン２１０の少なくとも一部が２つのチューブシート２０１の間に位置決めできるように有することができる。この実施形態では、触媒含有チューブ２０５の両端を、改質交換器２００のシェル側から分離する（即ち、流体連絡をとらないようにする）ことができる。
【００３４】
ライン１８０を介した第２の炭化水素は、１つ又は複数のチューブ２０５の第１の端部に導入することができる。第２の炭化水素は、１つ又は複数のチューブ２０５内の第２の触媒ゾーン２１０で改質することができる。チューブ２０５は、２つ以上のチューブシート２０１の間のスペース又は容積によって画定することができる加熱ゾーン２０７に延ばすことができる。ライン１８０を介した第２の炭化水素の吸熱改質反応の熱は、加熱ゾーン２０７にライン１６０を介して導入された第１の合成ガスからの熱によって、提供することができる。図１に示されるように、合成ガス生成物が提供されるよう第１の合成ガス及び第２の合成ガスを混合するのではなく、第１の合成ガスはライン２２３を介して回収することができ、第２の合成ガスはライン２２７を介して回収することができる。１つ又は複数の実施形態では、ライン２２３を介した第１の合成ガスの少なくとも一部及びライン２２７を介した合成ガスの少なくとも一部を混合して、ライン２３０を介する合成ガス生成物を提供することができる。ライン２２３を介する第１の合成ガス、ライン２２７を介する第２の合成ガス、又はライン２３０を介するこれらの混合物（即ち、合成ガス生成物）は、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含有することができるが、これらに限定するものではない。
【００３５】
図示していないが、１つ又は複数の実施形態では、３つ以上のチューブシート２０１を設置して、改質交換器２００内に２つ以上の加熱ゾーン２０７を設けることができる。例えば、３つのチューブシート２０１（２つが図示されている。）は、第１のチューブシート２０１を１つ又は複数のチューブ２０５の第１の端部に又は第１の端部付近に配置し、第２のチューブシート２０１を１つ又は複数のチューブ２０５の第２の端部に又は第２の端部付近に配置した状態で設置することができ、第３のチューブシート（図示せず）は、第１のチューブシート２０１と第２のチューブシート２０１との間に配置して、２つの独立した加熱ゾーンを設けることができる。１つ又は複数の実施形態では、ライン１６０を介した第１の合成ガスを分割し、ライン１６０を介した第１の合成ガスの少なくとも一部を、独立した各加熱ゾーンに導入することができる。１つ又は複数の実施形態では、ライン１６０を介した第１の合成ガスを、独立した加熱ゾーンの１つに導入することができ、水蒸気などの第２の熱伝達媒体は、他の独立した加熱ゾーンに導入することができる。この配置構成では、ライン１６０を介して第１の合成ガスから特定の加熱ゾーンに導入された熱の量を、２つ以上の加熱ゾーンに導入された第１の合成ガス（又はその他の熱伝達媒体）の量を制御することによって独立して制御できるので、多数の反応ゾーン内の温度制御を改善することができる。
【００３６】
図４は、１つ又は複数の実施形態による、部分酸化技法を使用して合成ガスを生成するための別の例示的なシステムを示す。１つ又は複数のＣＰＯＸ反応器１５０、１つ又は複数の改質交換器２００、ライン１１０を介した第１の炭化水素、ライン１４０を介した酸化剤、ライン１６０を介した第１の合成ガス、ライン１８０を介した第２の炭化水素、第２の合成ガス、及びライン２３０を介して合成ガス生成物は、図１〜３に関して上記にて論じ説明した通りにすることができる。１つ又は複数の実施形態では、システムは、１つ又は複数の熱交換器（２つが示されている（１３０、１７０）。）をさらに含むことができる。熱交換器は、ライン１１０を介した第１の炭化水素、ライン１８０を介した第２の炭化水素を予熱し、及び／又はライン１６０を介した第１の合成ガスを冷却するのに使用することができる。
【００３７】
ライン１１０内の第１の炭化水素は、ライン１２０を介して供給された水蒸気などの熱伝達媒体により、１つ又は複数の熱交換器１３０で予熱することができる。ライン１１０内の第１の炭化水素は、約１００℃（２１２°Ｆ）から約９００℃（１，６５２°Ｆ）、又は約１００℃（２１２°Ｆ）から約７００℃（１，２９２°Ｆ）、又は約３００℃（５７２°Ｆ）から約５００℃（９３２°Ｆ）の温度に予熱することができる。例えば、ライン１１０内の第１の炭化水素は、約４００℃（７５２°Ｆ）、約５００℃（９３２°Ｆ）、又は約６００℃（１，１１２°Ｆ）の温度に予熱することができる。
【００３８】
ライン１８０内の第２の炭化水素は、熱伝達媒体としてライン１６０の第１の合成ガスを使用して、１つ又は複数の熱交換器１７０で予熱することができる。１つ又は複数の実施形態では、ライン１８０内の第２の炭化水素は、水蒸気などの外部から供給された熱伝達媒体からライン１８０の第２の炭化水素に熱を伝達することにより、熱交換器１７０で予熱することができる。ライン１８０を介した第２の炭化水素は、約１００℃（２１２°Ｆ）から約９００℃（１，６５２°Ｆ）、又は約３００℃（２１２°Ｆ）から約７００℃（１，２９２°Ｆ）、又は約４５０℃（８４２°Ｆ）から約６５０℃（１，２０２°Ｆ）の温度に予熱することができる。例えば、ライン１８０内の第２の炭化水素は、約４００℃（７５２°Ｆ）、約５００℃（９３２°Ｆ）、又は約６００℃（１，１１２°Ｆ）の温度に予熱することができる。
【００３９】
１つ又は複数の実施形態では、ライン１６０内の第１の合成ガスを、ＣＰＯＸ反応器１５０と改質交換器２００との間で冷却することができる。ライン１６０の第１の合成ガスは、間接冷却、直接冷却、又はその両方によって冷却することができる。ライン１６０の第１の合成ガスは、例えば、ライン１６５を介して導入された水、二酸化炭素、又は任意のその他の適切な冷却媒体を用いた直接冷却によって、冷却することができる。ライン１６０の第１の合成ガスは、非接触冷却、例えば、１つ又は複数の熱交換器、例えば熱交換器１７０の熱伝達媒体を用いて熱を間接的に伝達することによって、冷却することができる。任意の適切な熱伝達媒体を、熱交換器１７０で使用することができ、例えば、ライン１８０を介した第２の炭化水素、水（図示せず。）、プラント内からの別のプロセス供給材料（図示せず。）、これらの混合物、又はこれらの組合せを使用することができる。ライン１６０を介した第１の合成ガスは、約７００℃（１，２９２°Ｆ）から約１，１００℃（２，０１２°Ｆ）、又は約７５０℃（１，３８２°Ｆ）から約１，０００℃（１，８３２°Ｆ）の温度に冷却することができる。
【００４０】
改質交換器２００にライン１６０を介して導入された第１の合成ガスの温度は、改質交換器２００にライン１８０を介して導入された第２の炭化水素の温度よりも、約１０％から約３００％高くすることができる。改質交換器２００にライン１６０を介して導入された第１の合成ガスの温度は、改質交換器２００にライン１８０を介して導入された第２の炭化水素の温度よりも、約３０％高く、約４０％高く、約５０％高く、約６０％高く、又は約７０％又はそれ以上高くすることができる。
【００４１】
図示されていないが、１つ又は複数の実施形態では、ＣＰＯＸ反応器１５０にライン１４０を介して導入された酸化剤は、１つ又は複数の熱交換器で予熱することができ、又は第１の炭化水素と混合し、熱交換器１３０で加熱することができる。酸化剤は、約１００℃（２１２°Ｆ）から約９００℃（１，６５２°Ｆ）、又は約１００℃（２１２°Ｆ）から約７００℃（１，２９２°Ｆ）、又は約３００℃（５７２°Ｆ）から約５００℃（９３２°Ｆ）の温度に予熱することができる。
【００４２】
図５は、１つ又は複数の実施形態による、部分酸化技法を使用して合成ガスを生成するための、さらに別の例示的なシステムを示す。１つ又は複数のＣＰＯＸ反応器１５０、ライン１１０を介した第１の炭化水素、ライン１４０を介した酸化剤、ライン１８０を介した第２の炭化水素、ライン１６０を介した第１の合成ガス、第２の合成ガス、及び第２３０を介した合成ガス生成物は、図１〜４に関して上記にて論じ説明した通りにすることができる。１つ又は複数の改質交換器２００は、図１に関して上記にて論じ説明した通りにすることができるが、シェルアンドチューブ型交換器の内部構成は、異ならせることができる。１つ又は複数の実施形態では、１つ又は複数の第２の触媒を、改質交換器２００内のシェル側の少なくとも一部に配置して、１つ又は複数の第２の触媒ゾーン２２０を設けることができる。第２の触媒ゾーン２２０の１つ又は複数の第２の触媒は、触媒スクリーン２２５、又は、１つ若しくは複数のチューブ２０５の第２の端部に隣接した混合ゾーン２２２を提供するための任意のその他の適切な支持構造によって、支持することができる。１つ又は複数の実施形態では、第２の触媒は、触媒スクリーン２２５がない改質交換器内のシェル側に配置することができ、その場合、混合ゾーン２２２は、第２の触媒の一部を含有することができる。
【００４３】
図６は、記述される１つ又は複数の実施形態による、複数のチューブを有する改質交換器の例示的な断面上面図を示す。図６は、改質交換器２００内のシェル側の少なくとも一部に配置された、第２の触媒ゾーン２２０を示す。第２の触媒ゾーン２２０は、１つ又は複数の触媒を含まないチューブ２０５の周りに配置することができる。熱は、チューブ２０５を通って第２の触媒ゾーン２２０に流れることができる熱伝達媒体から、間接的に伝達することができる。
【００４４】
再び図５を参照すると、ライン１６０を介した第１の合成ガスは、改質交換器２００のチューブ側に導入することができる。ライン１６０を介した第１の合成ガスは、１つ又は複数のチューブ２０５内を流れることができる。第２の炭化水素は、ライン１８０を介して改質交換器２００のシェル側に導入することができ、この炭化水素は第２の触媒ゾーン２２０を通して及び／又は横断して流れることができ、そこで第２の炭化水素は改質されて、触媒スクリーン２２５を通して混合ゾーン２２２に導入することができる第２の合成ガスを提供することができる。第２の炭化水素を改質するのに必要な熱は、１つ又は複数のチューブ２０５内を通って第２の触媒ゾーン２２０に流れる第１の合成ガスから、間接的に伝達することができる。
【００４５】
図示されていないが、１つ又は複数の実施形態では、第１の合成ガス及び第２の合成ガスを、図３に関して論じ説明したように、改質交換器２００の外側で混合することができる。１つ又は複数の実施形態では、第１の合成ガス及び第２の合成ガスは、改質交換器２００から独立して回収する（即ち、混合しない）ことができる。例えば、触媒スクリーン２２５の代わりに第２のチューブシート２０１を用いることができ、それによって、第１の合成ガス及び第２の合成ガス用の個別の独立した流路を提供することができる。第２の合成ガスは、改質交換器２００のシェル側と流体連絡している出口ラインから回収することができ、第１の合成ガスは、改質交換器のチューブ側と流体連絡している出口ラインから回収することができる。
【００４６】
図示されていないが、１つ又は複数の実施形態では、ライン１６０を介して導入された第１の合成ガスを、触媒ゾーンの全体にわたって異なる領域にそれぞれ分配することができる。例えば、第２の触媒ゾーン２２０の内部及び／又はこのゾーン２２０を通して配置された、２組以上の独立供給チューブには、ライン１６０を介して様々な量の第１の合成ガスを導入することができる。例えば、ライン１６０を介して第１の合成ガスの７０％を第１の組のチューブに導入することができ、３０％を第２の組のチューブに導入することができ、それによって、ライン１８０を介したより多くの未反応の第２の炭化水素が存在する可能性のある触媒ゾーン２２０の第１の部分に、より多くの熱を提供することができる。第２の触媒ゾーン２２０の内部及び／又はこのゾーン２２０を通して配置された２組以上の独立供給チューブは、ストレート、Ｕ字形、渦巻き型、及び／又は差込み形のチューブにすることができる。
【００４７】
図示されていないが、１つ又は複数の実施形態では、ライン１６０を介した第１の合成ガスを、１つ又は複数のチューブ２０５のどちらかの端部、及び／又は１つ又は複数のチューブ２０５の長さに沿ったいずれかの場所に導入することができる。例えば、ライン１６０を介した第１の合成ガスは、混合ゾーン２２２に直接導入することができ、この混合ガスは、１つ又は複数のチューブ２０５内を流れることができる。
【００４８】
図７は、１つ又は複数の実施形態による、合成ガス及びそれから得られる１種又は複数の水素含有生成物を生成するための、例示的なシステムを示す。ライン２３０を介した合成ガス生成物は、図１〜６に関して上記にて論じ説明した１つ又は複数の実施形態を使用して、生成することができる。システムは、さらに、１つ又は複数の高温シフトコンバータ（「ＨＴＳＣ」）３５０、１つ又は複数の媒体温度シフトコンバータ（「ＭＴＳＣ」）４００、１つ又は複数の低温シフトコンバータ（「ＬＴＳＣ」）４５０、及び／又は１つ又は複数の分離システム５００を含むことができる。ライン２３０を介した合成ガスの少なくとも一部は、１つ又は複数のＨＴＳＣ ３５０、ＭＴＳＣ ４００、ＬＴＳＣ ４５０、及び／又は分離システム５００に導入することができる。図示されていないが、１つ又は複数の実施形態では、合成ガスは、図３に関して論じられ説明された通りである。例えば、ライン２３０を介した合成ガス生成物は、ライン２２３を介した合成ガス生成物、ライン２２７を介した合成ガス生成物、ライン２３０を介した合成ガス生成物、又はこれらの組合せにすることができる（即ち、第１の合成ガス及び／又は第２の合成ガスは、混合することなく独立して処理し、又はそれぞれの一部のみを混合して、ライン２３０を介した合成ガスを得ることができる。）。
【００４９】
再び図７を参照すると、ＨＴＳＣ ３５０、ＭＴＳＣ ４００、及びＬＴＳＣ ４５０は、１種又は複数の触媒を含有することができる。ＨＴＳＣ ３５０、ＭＴＳＣ ４００、及びＬＴＳＣ ４５０は、一酸化炭素を酸化するのに十分な温度の下、ＨＴＳＣ ３５０、ＭＴＳＣ ４００、及び／又はＬＴＳＣ ４５０に配置された触媒の存在下で一酸化炭素を反応させることによって、ライン２３０の合成ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換することができる。ＨＴＳＣ ３５０に配置された触媒は、酸化鉄、亜鉛フェライト、マグネタイト、酸化クロム、これらの誘導体、又はこれらの任意の組合せを含むことができるが、これらに限定するものではない。ＨＴＳＣ ３５０は、約３２５℃（６１７°Ｆ）から約５５０℃（１，０２２°Ｆ）の温度で操作することができる。ＭＴＳＣ ４００に配置された触媒は、酸化鉄、酸化クロム、これらの誘導体、又はこれらの任意の組合せを含むことができるが、これらに限定するものではない。ＭＴＳＣ ４００は、約２５０℃（４８２°Ｆ）から約３００℃（５７２°Ｆ）の温度で操作することができる。ＬＴＳＣ ４５０に配置された触媒は、銅、亜鉛、銅促進クロミア、これらの誘導体、又はこれらの任意の組合せを含むことができるが、これらに限定するものではない。ＬＴＳＣ ４５０は、約１８０℃（３５６°Ｆ）から約２２０℃（４２８°Ｆ）の温度で操作することができる。
【００５０】
１つ又は複数の分離システム５００は、ライン２３０を介して導入された合成ガスを選択的に分離して、ライン５１０を介する水素生成物及びライン５１５を介する廃棄物を得ることができる。１つ又は複数の実施形態において、１つ又は複数の分離システム５００には、膜分離システム、圧力スイング吸着システム、及び／又は低温分離システムを含めることができるが、これらに限定するものではない。膜分離システムは、１つ又は複数のカーボンモレキュラーシーブ、ポリマー膜、コポリマー膜、パラジウム合金膜、セラミック膜、ペロブスカイトをベースにした膜、ゼオライトをベースにした膜、モレキュラーシーブ、又はこれらの任意の組合せを含むことができるが、これらに限定するものではない。圧力スイング吸着システムは、水素が圧力スイング吸着システム内を通過できるように、またそれと同時にその他のガス、例えば一酸化炭素や二酸化炭素の通過が妨げられるように選択された、１種又は複数の吸着材料を含むことができるが、これらに限定するものではない。吸着材料には、活性炭、ゼオライト、シリカゲル、選択的表面流動膜、無水流酸カルシウム、塩化リチウム、これらの誘導体、これらの混合物、又はこれらの組合せを含めることができるが、これらに限定するものではない。低温分離システムは、混合ガス流を、２つ以上の部分に分離することができる。低温分離システムは、圧縮、脱水、低温蒸留による分離、及び再蒸発を含むがこれらに限定されない１つ又は複数の操作システムを使用することができる。
【００５１】
１つ又は複数の実施形態では、合成ガスの少なくとも一部を、ライン２３０を介して１つ又は複数のＨＴＳＣ ３５０に導入して、ライン３６０を介する中間体を得ることができる。１つ又は複数の実施形態では、ライン３６０を介する中間体の少なくとも一部を、１つ又は複数のＭＴＳＣ ４００、１つ又は複数のＬＴＳＣ ４５０、分離システム５００、又はこれらの任意の組合せに導入することができる。
【００５２】
１つ又は複数の実施形態では、合成ガスの少なくとも一部を、ライン２３０を介して１つ又は複数のＭＴＳＣ ４００に導入することにより、ライン４１０を介する中間体を得ることができる。１つ又は複数の実施形態では、ライン４１０を介した中間体の少なくとも一部を、１つ又は複数のＨＴＳＣ ３５０、１つ又は複数のＬＴＳＣ ４５０、分離システム５００、又はこれらの任意の組合せに導入することができる。
【００５３】
１つ又は複数の実施形態では、ライン２３０を介する合成ガスの少なくとも一部を１つ又は複数のＬＴＳＣ ４５０に導入して、ライン４６０を介する中間体を得ることができる。１つ又は複数の実施形態では、ライン４６０を介する中間体の少なくとも一部を、１つ又は複数のＨＴＳＣ ３５０、１つ又は複数のＭＴＳＣ ４００、分離システム５００、又はこれらの任意の組合せに導入することができる。
【００５４】
ＨＴＳＣ ３５０からライン３６０を介して、ＭＴＳＣからライン４１０を介して、及び／又はＬＴＳＣ ４５０からライン４６０を介して提供された合成ガスは、ライン２３０を介して導入された合成ガス、及び／又はライン３６０、４１０、及び／又は４６０を介したその他の中間体よりも、少ない一酸化炭素を含有することができる。ＨＴＳＣ ３５０からライン３６０を介して、ＭＴＳＣ ４００からライン４１０を介して、及び／又はＬＴＳＣ ４５０からライン４６０を介して提供された中間体は、乾燥ベースで５モル％以下の一酸化炭素、又は乾燥ベースで３モル％以下の一酸化炭素、又は乾燥ベースで２モル％以下の一酸化炭素、又は乾燥ベースで１モル％以下の一酸化炭素、又は乾燥ベースで０．５モル％以下の一酸化炭素を含有することができる。
【００５５】
ライン２３０を介した合成ガス、ライン３６０を介した中間体、ライン４１０を介した中間体、及び／又はライン４６０を介した中間体は、以下の要素、即ち：ＨＴＳＣ ３５０、ＭＴＳＣ ４００、ＬＴＳＣ ４５０、及び／又は分離システム５００のいずれか１つ又は複数に、均等に又は不均等に分配することができる。例えば、ライン２３０を介した合成ガスの約７５％をＨＴＳＣ ３５０に導入することができ、２５％をＭＴＳＣ ４００に導入することができる。次いでライン３６０及び４１０を介した中間体を、分離システム５００に導入して、ライン５１０を介する水素生成物及びライン５１５を介する廃棄物を得ることができる。
【００５６】
１つ又は複数の実施形態では、合成ガスを、ライン２３０を介して１つ又は複数のＨＴＳＣ ３５０に導入することにより、ライン３６０を介する中間体を得ることができる。ライン３６０を介する中間体を、１つ又は複数のＭＴＳＣ ４００に導入して、ライン４１０を介する中間体を得ることができる。ライン４１０を介した中間体を、１つ又は複数のＬＴＳＣ ４５０に導入することにより、ライン４６０を介する中間体を得ることができる。ライン４６０を介した中間体を１つ又は複数の分離システム５００に導入して、ライン５１０を介する水素生成物及びライン５１５を介する廃棄物を得ることができる。
【００５７】
ライン５１０を介する水素生成物は、乾燥ベースで約９０モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９５モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９７モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９９モル％以上の水素を含有することができる。ライン５１０を介した水素生成物は、乾燥ベースで約９９．５モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９９．９モル％以上水素を含有することができる。ライン５１５を介する廃棄物は、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素、窒素、水、及び不活性物質を含むことができるが、これらに限定するものではない。
【００５８】
図８は、１つ又は複数の実施形態による、合成ガス、水素生成物、及びアンモニアを生成するための、例示的なシステムを示す。ライン２３０を介する合成ガスは、図１〜６に関して上記にて論じ説明したシステム及びプロセスを使用して、生成することができる。システムは、図７に関して上記にて論じることができる１つ又は複数のＨＴＳＣ ３５０、１つ又は複数のＭＴＳＣ ４００、１つ又は複数のＬＴＳＣ ４５０を、さらに含むことができる。システムは、１つ又は複数の二酸化炭素除去システム５５０を含むことができる。システムは、１つ又は複数の乾燥器６５０、低温分離ユニット７００、及び／又はアンモニア合成ユニット７５０を含むことができる。ライン２３０を介した合成ガスの少なくとも一部は、１つ又は複数のＨＴＳＣ ３５０、１つ又は複数のＭＴＳＣ ４００、１つ又は複数のＬＴＳＣ ４５０、及び／又は１つ又は複数の二酸化炭素除去システム５５０に導入することができる。図示されていないが、１つ又は複数の実施形態では、合成ガスは、図３に関して上記にて論じ説明した通りにすることができる（即ち、第１の合成ガス及び／又は第２の合成ガスは、混合せずに又はそれぞれの一部のみを混合して、下流で独立して処理することにより、ライン２３０を介する合成ガスを得ることができる。）。
【００５９】
図７に関して上記にて論じたように、図７の１つ又は複数の分離システム５００にライン２３０を介して合成ガスの少なくとも一部を導入する前に、ライン２３０を介する合成ガスの少なくとも一部を均等に又は不均等に、且つ任意の順序又は組合せで、１つ又は複数のＨＴＳＣ ３５０、１つ又は複数のＭＴＳＣ ４００、及び／又は１つ又は複数のＬＴＳＣ ４５０のいずれか１つ又は複数に分配することにより、ライン３６０、４１０、及び／又は４６０をそれぞれ介する中間体を得ることができ、この中間体を、１つ又は複数の二酸化炭素除去システム５５０に導入することができる。
【００６０】
１つ又は複数の二酸化炭素除去システム５５０は、膜型システム及び溶媒ベースのシステムを含むがこれらに限定されない１つ又は複数の物理的分離システムを含むことができる。例えば、１つ又は複数の二酸化炭素除去システム５５０は、吸収／脱着型、溶媒ベースのシステムを含むが、これらに限定するものではない。二酸化炭素除去システム５５０は、ライン２３０を介して導入された合成ガス、及び／又はライン４１０、４６０、及び／又は５１０を介して導入された中間体を、１種又は複数の吸収剤と接触させて、二酸化炭素の少なくとも一部を除去することができる。二酸化炭素選択性吸着剤には、モノエタノールアミン（「ＭＥＡ」）、ジエタノールアミン（「ＤＥＡ」）、トリエタノールアミン（「ＴＥＡ」）、炭酸カリウム、メチルジエタノールアミン（「ＭＤＥＡ」）、ジグリコールアミン（「ＤＧＡ」）、ジイソプロパノールアミン（「ＤＩＰＡ」）、これらの誘導体、これらの混合物、又はこれらの任意の組合せを含めることができるが、これらに限定するものではない。その他の適切な吸着剤及び技法には、プロピレンカーボネート物理吸着溶媒並びにその他のアルキルカーボネート、２から１２グリコール単位のポリエチレングリコールのジメチルエーテル（Ｓｅｌｅｘｏｌ（商標）プロセス）、ｎ−メチル−ピロリドン、スルホラン、及びＳｕｌｆｉｎｏｌ（登録商標）ガス処理プロセスの使用を含めることができるが、これらに限定するものではない。
【００６１】
１つ又は複数の二酸化炭素除去システム５５０は、ライン５６０を介して水素生成物を、ライン５６５を介して二酸化炭素生成物を提供することができる。ライン５６０を介する水素生成物は、乾燥ベースで約９０モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９５モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９７モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９９モル％以上の水素を含有することができる。ライン５６０を介した水素生成物又は二酸化炭素リーン合成ガスは、乾燥ベースで約１０モル％以下の一酸化炭素及び二酸化炭素、又は乾燥ベースで５モル％以下の一酸化炭素及び二酸化炭素、又は乾燥ベースで３モル％以下の一酸化炭素及び二酸化炭素、又は乾燥ベースで１モル％以下の一酸化炭素及び二酸化炭素を含有することができる。
【００６２】
ライン５６５を介して回収された二酸化炭素は、油及びガスの回収を増大させるために燃料回収プロセスで使用することができる。例示的な油回収プロセスでは、「残」油が存在する既存の油井よりも低い領域に、二酸化炭素を注入しフラッシュすることができる。次いで原油と共に除去された水及び二酸化炭素を、分離しリサイクルすることができる。
【００６３】
窒素を必要とするアンモニア生成及びその他の窒素含有生成物の場合、窒素を含有する酸化剤を、ライン１４０を介してＣＰＯＸ反応器１５０に導入することができる（図１参照）。ライン１１０の第１の炭化水素に、ライン１４０を介して導入された酸化剤は、空気、窒素に富む空気、その他の窒素含有ガス、又は過剰な空気にすることができ、又はこれらを含むことができる。本明細書で使用される「過剰な空気」という用語は、合成ガス中の水素と窒素とに関して得られるモル比（シフト変換後）が約３未満（アンモニア合成ガス構成に関する典型的な化学量論比）になり得ることを意味する。本明細書で使用される「窒素に富む空気」という用語は、７９体積％以上の窒素を含有する酸化剤流を指す。酸素又は酸素に富む空気の代わりの空気の使用は、経済的に有益にすることができ、合成ガスの窒素含量及び／又は水素の純度は、例えば燃料電池で、原油若しくはその重質画分の水素化処理で、又は窒素が不活性でありその存在がプロセスの経済性に著しい影響を与えない適用例で、それほど重要ではない。浮動式生産貯蔵積出（「ＦＰＳＯ」）設備で使用される水素を生成するためにＣＰＯＸ反応器１５０及び改質交換器２００が使用される場合など、経済的な又はスペース上の問題によって従来の空気分離ユニット（「ＡＳＵ」）の使用が制約される場合は、純粋な酸素の代わりとして空気を使用することができる。必要に応じて、空気を、ガスタービンによって駆動することができる圧縮器で供給することができ、ガスタービンの排気から回収された熱は、例えばプロセス供給流を予熱したりプロセス水蒸気を発生させるのに使用することができる。
【００６４】
空気又は過剰な空気を酸化剤として使用することにより、ライン１６０を介して第１の合成ガスを、及び第２３０を介して合成ガスを提供することができ、これらのガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、及び窒素を含有することができるがこれらに限定するものではない。ライン２３０を介した合成ガスは、乾燥ベースで２０モル％から乾燥ベースで約８０モル％に及ぶ窒素含量を有することができる。
【００６５】
ライン５６０を介した水素生成物（窒素を含み又は含まない）の少なくとも一部は、メタン化器６００に導入することができる。メタン化器６００は、ライン５６０の水素生成物中の任意の残留一酸化炭素及び二酸化炭素の少なくとも一部を、メタン及び水に変換して、一酸化炭素及び二酸化炭素の全てを実質的に含まない可能性がある（即ち、５００ｐｐｍｗ未満）ライン６１０を介した水素生成物を提供することができる。メタン化器６００は、一酸化炭素及び二酸化炭素の少なくとも一部をメタン及び水に変換し又は反応させるのに十分な温度で操作する、触媒プロセスにすることができる。適切なメタン化器触媒には、ニッケル、希土類促進ニッケル、これらの誘導体、又はこれらの組合せを含めることができるが、これらに限定するものではない。メタン化器６００は、約２００℃（３９２°Ｆ）から約４００℃（７５２°Ｆ）の温度で操作することができる。ライン６１０の水素生成物は、約５０ｐｐｍ以下の一酸化炭素及び二酸化炭素、又は３０ｐｐｍ以下の一酸化炭素及び二酸化炭素、又は１０ｐｐｍ以下の一酸化炭素及び二酸化炭素を含有することができる。窒素を含有する酸化剤を使用する場合、ライン６１０を介した水素生成物は、約２０モル％（水を除く。）から約８０モル％（水を除く。）の窒素を含有することができる。
【００６６】
ライン６１０を介する水素生成物の少なくとも一部は、乾燥器６５０、低温分離ユニット７００、アンモニア合成ユニット７５０、又はこれらの組合せに導入することができる。乾燥器６５０は、水素生成物から水を除去することにより、ライン６６０を介する乾燥水素生成物及びライン６６５を介する水を提供することができる。乾燥器６５０は、１つ又は複数のモレキュラーシーブ、吸収剤、吸着剤、フラッシュタンク分離器、焼却炉、又はこれらの任意の組合せを含むことができるが、これらに限定するものではない。適切な吸収剤には、グリコール、アルカリ土類ハロゲン化物塩、これらの誘導体、又はこれらの混合物を含めることができるが、これらに限定するものではない。適切な吸着剤には、活性アルミナ、シリカゲル、モレキュラーシーブ、活性炭、これらの誘導体、又はこれらの混合物を含めることができるが、これらに限定するものではない。ライン６６０を介する水素生成物は、乾燥ベースで約９０モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９５モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９７モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９９モル％以上の水素を含有することができる。
【００６７】
１つ又は複数の実施形態では、ライン６１０を介した水素生成物の少なくとも一部、ライン６６０を介した乾燥水素生成物の少なくとも一部、又はその両方を、低温分離ユニット７００及び／又はアンモニア合成ユニット７５０に導入することができる。低温分離ユニット７００は、メタン及び不活性物質などの汚染物質を除去することにより、ライン７１０を介する精製済み水素生成物を提供することができる。１つ又は複数の実施形態では、ライン６１０の水素生成物及び／又はライン６６０の乾燥水素生成物中に存在する場合、過剰な窒素を除去することにより、ライン７１０を介する精製済み水素生成物に約３：１（又は任意のその他の所望の比）の水素と窒素との（水素：Ｎ２）比をもたらすことができる。ライン７１５を介して除去された汚染物質、即ち廃棄物は、メタン、窒素、水、及び不活性物質を含有することができるが、これらに限定するものではなく、これらの汚染物質を、ライン７１５を介して回収することができる。
【００６８】
ライン７１０の精製済み水素生成物は、乾燥ベースで約９７モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９９モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９９．５モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９９．９モル％以上の水素を含有することができる。ライン７１０の精製済み水素生成物（例えば、アンモニア合成で使用される。）は、窒素を含有することができ、約３：１（又は任意のその他の所望の比）の水素と窒素との比を有することができる。
【００６９】
１つ又は複数の実施形態では、ライン５６０を介する水素生成物、ライン６１０を介する水素生成物、ライン６６０を介する乾燥水素生成物、ライン７１０を介する精製済み水素生成物の少なくとも一部、又はこれらの任意の組合せを、アンモニア合成供給材料としてアンモニア合成ユニット７５０に供給することにより、ライン７６０を介するアンモニア生成物を提供することができる。しかし、最適な供給材料組成、したがって最適なアンモニア収率は、過剰な窒素を含有するアンモニア合成供給材料を導入することによって、妨げられる可能性がある。
【００７０】
１つ又は複数の実施形態では、アンモニア合成ユニット７５０は、アンモニアが得られるよう水素及び窒素を変換し又は反応させるのに適した任意のシステム、装置、及び／又はこれらの組合せを含むことができる。図示されていないが、１つ又は複数の実施形態では、アンモニア合成ユニット７５０は、少なくとも１つの触媒合成反応器、生成物ガスを冷却するためのユニット、未反応ガスからアンモニア生成物を分離するためのユニット、反応器供給材料を再加熱するためのユニット、補給ガスを添加するための装置、及び補給ガスが不活性物質を含有する場合にはパージガスを除去するための装置、未反応ガス及び補給ガスを反応器システムに再循環させるための装置を含むことができる、反応器システムを含むことができるが、これらに限定するものではない。
【００７１】
触媒合成反応器は、マグネタイト及び／又は白金族金属触媒、例えばルテニウムを使用する、シングル又はマルチパスコンバータにすることができる。１つ又は複数の実施形態では、１つ又は複数の触媒合成反応器は、窒素及び水素を含有する供給ガスの少なくとも一部をアンモニアに変換し又は反応させるため、高い圧力及び／又は温度で操作することを目的とする任意の反応器を含むことができる。アンモニアの生成に使用することができる追加の反応器、触媒、及び触媒合成反応器の詳細は、そのそれぞれが参照により本明細書に完全に組み込まれる米国特許第７，０８１，２３０号、第６，１７１，５７０号及び第６，１３２，６８７号に見い出すことができる。
【００７２】
図９は、１つ又は複数の実施形態による、合成ガス、アンモニア、及びアンモニア誘導体を生成するための、例示的なシステムを示す。ライン２３０を介する合成ガスは、図１〜６に関して上記にて論じ説明したシステムを使用して、生成することができる。１つ又は複数のＨＴＳＣ ３５０、１つ又は複数のＭＴＳＣ ４００、１つ又は複数のＬＴＳＣ ４５０、１つ又は複数の分離システム５００、１つ又は複数の二酸化炭素除去システム５５０、１つ又は複数のメタン化器６００、１つ又は複数の乾燥器６５０、１つ又は複数の低温分離器７００、及び１つ又は複数のアンモニア合成ユニット７５０は、図７及び８に関して上記にて論じ説明した通りにすることができる。
【００７３】
１つ又は複数の実施形態では、ライン５１０を介した水素生成物、ライン６１０を介した水素生成物、ライン６６０を介した乾燥水素生成物、及び／又はライン７１０を介した精製済み水素生成物は、窒素を用い又は用いない意図される用途に応じて、さらに処理することができ、又は様々なプロセスで、例えばアンモニア、メタノール、水素化プロセス、及びその他の化学物質の生成で、及び燃料電池及び炉などでの発電のため、使用することができる。
【００７４】
１つ又は複数の実施形態では、ライン７６０を介したアンモニア生成物を、尿素合成ユニット、アンモニウム塩合成ユニット、リン酸アンモニウム合成ユニット、硝酸合成ユニット、アクリロニトリル合成ユニット、アミド合成ユニット、水又は廃水処理ユニット、工業冷蔵ユニット、又はアンモニア由来生成物を生成することができる任意のその他の合成ユニットにすることができるがこれらに限定するものではない合成ユニット８００に、供給することができる。
【００７５】
１つ又は複数の実施形態では、尿素合成ユニット８００は、アンモニアと二酸化炭素とを反応させることができる。二酸化炭素は、ライン５６５（図示せず）を介して二酸化炭素除去ユニット５５０（又はその他の供給源）から尿素合成ユニット８００に導入されて、カルバミン酸アンモニウムを提供することができる。カルバミン酸アンモニウムは、ライン８１０を介して、尿素が得られるように脱水することができる。１つ又は複数の実施形態では、ライン８１０を介した尿素を、化学肥料として又はその他の生成物の合成に使用することができる。ライン８１０を介した尿素をさらに処理して、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン、アシル尿素、ウレタン、メラミン−ホルムアルデヒド、及びこれらの誘導体を生成することができる。
【００７６】
１つ又は複数の実施形態では、アンモニウム塩合成ユニットは、ライン８１０を介してアンモニウム塩及びその誘導体を提供することができる。１つ又は複数の実施形態では、アンモニウム塩は、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、及びこれらの誘導体にすることができるが、これらに限定するものではない。
【００７７】
１つ又は複数の実施形態では、リン酸アンモニウムユニット８００は、ライン８１０を介して、リン酸アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、及びこれらの誘導体を提供することができる。１つ又は複数の実施形態では、硝酸合成ユニットが、ライン８１０を介して硝酸及びその誘導体を提供することができる。１つ又は複数の実施形態では、アクリロニトリル合成ユニットは、ライン８１０を介してアクリロニトリル及びその誘導体を提供することができる。１つ又は複数の実施形態では、アミド合成ユニットは、ライン８１０を介してポリアミド、例えばナイロンと、その誘導体を提供することができる。
【００７８】
ある実施形態及び特徴について、一組の数値的上限及び一組の数値的下限を使用して記述してきた。任意の下限から任意の上限までの範囲が、他に指示しない限り企図されることを理解すべきである。ある特定の下限、上限、及び範囲は、下記の１つ又は複数の請求項に示される。全ての数値は、「約」又は「およそ」の指示値であり、当業者が予測可能な実験誤差及びばらつきを考慮する。
【００７９】
様々な用語は、上記にて定義されている。請求項で使用される用語が上記にて定義されない範囲まで、その用語が少なくとも１つの印刷された文献又は発行された特許に反映されている限り、当業者が有する最も広い定義が与えられるべきである。さらに、本出願に引用された全ての特許、試験手順、及びその他の文書は、そのような開示が本出願と矛盾しない程度まで、参照により完全に組み込まれており、またそのような組込みが認められる全ての範囲を目的に、完全に組み込まれている。
【００８０】
前述の内容は、本発明の実施形態を対象にするが、本発明のその他及び別の実施形態を、その基本的な範囲から逸脱することなく考えることができ、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定されるものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般的に、合成ガス及びそれから作製された生成物を製造するためのシステム及びプロセスに関する。より詳細には、本発明の実施形態は、部分酸化技法によって、合成ガス及びそれから作製された生成物を製造するためのシステム及びプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
部分酸化（「ＰＯＸ」）システムは、典型的には、非常に高い温度、例えば約１，０００℃（１，８３２°Ｆ）から約１，３００℃（２，３７２°Ｆ）に予熱された炭化水素ガス及び酸化剤を、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、及び水を含有する合成ガスに変換する。次いで高温合成ガスを、さらに処理する前に、典型的には約２００〜３００℃（３９２〜５７２°Ｆ）にクエンチし又は冷却しなければならない。
【０００３】
典型的には、合成ガスは、水蒸気を発生させるための非常に高価な熱伝達媒体として使用される。しかし、水蒸気の生成は、プロセス要求をはるかに超える可能性があり、したがって、水蒸気での用途がないので運び去られ又は単に廃棄される。言い換えれば、合成ガスの冷却は、反応熱の大部分が失われ又は廃棄されることを意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
既存プラントでの水素及び一酸化炭素の生成を最大限にし又は増大させることが、望ましい。しかし、ＰＯＸ反応器は、生成を増大させるために容易に拡張することができないので、ＰＯＸ反応器はしばしば、用量限定的な操作を行う。したがって、合成ガスを生成するための、よりエネルギー効率の高いシステム及びプロセスが求められている。
【０００５】
本発明の上述の特徴を詳細に理解することができるように、本発明のより具体的な記述は、そのいくつかが添付図面に例示されている実施形態を参照することによって、提示される。しかし、添付図面は、本発明の典型的な実施形態を示すだけであり、したがってその範囲を限定すると見なすものではなく、したがって本発明は、その他の等しく有効な実施形態を認め得ることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】記述される１つ又は複数の実施形態による、部分酸化技法を使用した合成ガスを生成するための例示的なシステムを示す図である。
【図２】記述される１つ又は複数の実施形態による、複数のチューブを有する改質交換器を示す例示的な断面上面図である。
【図３】記述される１つ又は複数の実施形態による、部分酸化技法を使用した合成ガスを生成するための別の例示的なシステムを示す図である。
【図４】記述される１つ又は複数の実施形態による、部分酸化技法を使用した合成ガスを生成するための別の例示的なシステムを示す図である。
【図５】記述される１つ又は複数の実施形態による、部分酸化技法を使用した合成ガスを生成するためのさらに別の例示的なシステムを示す図である。
【図６】記述される１つ又は複数の実施形態による、複数のチューブを有する改質交換器を示す例示的な断面上面図である。
【図７】記述される１つ又は複数の実施形態による、合成ガスとそれから得られる１種又は複数の水素含有生成物とを生成するための例示的なシステムを示す図である。
【図８】記述される１つ又は複数の実施形態による、合成ガス、水素生成物、及びアンモニアを生成するための例示的なシステムを示す図である。
【図９】記述される１つ又は複数の実施形態による、合成ガス、アンモニア、及びアンモニア誘導体を生成するための例示的なシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
次に詳細な記述を提示する。添付された特許請求の範囲のそれぞれは、個別の発明を定義しており、それらは侵害目的で、特許請求の範囲で指定された様々な要素又は制限の均等物を含むと認識される。文脈に応じて、「本発明」に対する全ての言及は、場合によってはある特定の実施形態だけを指してもよい。その他の場合には、「本発明」に対する言及は、特許請求の範囲の１つ又は複数であって必ずしも全てである必要はないものに列挙される対象を指すことになると認識されよう。次に本発明のそれぞれについて、特定の実施形態、変形、及び例を含めて以下により詳細に記述するが、本発明は、これらの実施形態、変形、又は例に限定するものではなく、これらは、この特許の情報を利用可能な情報及び技術と組み合わせたときに当業者が本発明を作製し使用できるようにするために含まれる。
【０００８】
合成ガス及びこれから得られた生成物を生成するためのシステム及びプロセスが提供される。１つ又は複数の実施形態では、第１の炭化水素の一部を部分燃焼させるよう十分な条件の下、酸化剤の存在下で第１の炭化水素を部分酸化して、二酸化炭素、非燃焼炭化水素、及び熱を提供することができる。１つ又は複数の実施形態では、非燃焼炭化水素の少なくとも一部を、部分酸化ステップで発生した熱の少なくとも一部と１種又は複数の第１の触媒との存在下で改質して、第１の合成ガスを提供することができる。１つ又は複数の実施形態では、第１の合成ガスは、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含有することができるが、これらに限定するものではない。１つ又は複数の実施形態では、第１の合成ガスから得た熱を、第２の炭化水素と間接的に交換することにより、水蒸気と１種又は複数の第２の触媒との存在下で第２の炭化水素の少なくとも一部を改質して、第２の合成ガスを提供することができる。１つ又は複数の実施形態では、第２の合成ガスは、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含有することができるが、これらに限定するものではない。
【０００９】
図１は、１つ又は複数の実施形態による、部分酸化技法を使用して合成ガスを生成するための例示的なシステムを示す。システムは、１つ又は複数の触媒部分酸化（「ＣＰＯＸ」）反応器１５０と、１つ又は複数の改質交換器２００とを含むことができる。１種又は複数の第１の触媒は、ＣＰＯＸ反応器１５０内の１つ又は複数の第１の触媒ゾーン又は触媒床１５５、１５７（２つが図示されている。）に配置することができる。１つ又は複数の第１の触媒床１５５、１５７は、固定床、流動床、モノリス型の床、又はこれらの任意の組合せにすることができるが、これらに限定するものではない。１つ又は複数の触媒床１５５、１５７は、スクリーン、サポートロッド／バー、又はその他の適切なサポート構造など、任意の公知の方法によりサポートすることができる。
【００１０】
改質交換器２００の少なくとも１つは、シェルアンドチューブ型（ｓｈｅｌｌ−ａｎｄ−ｔｕｂｅ ｔｙｐｅ）交換器にすることができる。改質交換器２００は、この改質交換器２００のシェル内に少なくとも部分的に配置された１つ又は複数のチューブ２０５を含むことができる。１種又は複数の第２の触媒は、１つ又は複数のチューブ２０５内に１つ又は複数の第２の触媒ゾーン２１０が得られるように、１つ又は複数のチューブ２０５内に配置することができる。１種又は複数の第２の触媒は、１つ又は複数のスクリーン２１５又はその他の適切な担持構造（サポート構造）によって、１つ又は複数のチューブ２０５内にサポートすることができる。
【００１１】
１つ又は複数のチューブ２０５は、改質交換器２００のシェル内に、任意のパターン又は構成で並べることができる。図示しないが、チューブ２０５は、このチューブ２０５の外面及び／又は内面に配置された、１つ又は複数のフィン、静止ミキサ、旋条、熱伝導パック、乱流誘発突起、又はこれらの任意の組合せを含むことができるが、これらに限定するものではない。１つ又は複数のチューブは、様々なタイプのもの、例えばストレート管、差込み管（図示せず。）、Ｕ字管、コイル管（図示せず。）、又はこれらの任意の組合せにすることができる。１つ又は複数の実施形態では、同じ又は異なる形状、長さ、及び／又は直径、又は断面積を有することができる２つ以上のチューブ２０５を使用することができる。１つ又は複数のチューブ２０５は、改質交換器２００内で垂直、水平、又は任意のその他の角度に配置することができる。
【００１２】
チューブ２０５は、１つ又は複数のチューブシート２０１によって、改質交換器２００のシェル内にサポートされることができる。１つ又は複数のチューブシート２０１は、改質交換器２００のシェル側を１つ又は複数のチューブ２０５の第１の端部から分離することができ、１つ又は複数のチューブ２０５の第１の端部と改質交換器２００のシェル側との間の流体連絡を防止することができる。１つ又は複数のチューブ２０５の第２の端部は、改質交換器２００のシェル側と流体連絡することができる。
【００１３】
図２は、１つ又は複数の実施形態による、複数のチューブを有する改質交換器の例示的な断面上面図を示す。図２は、複数のチューブ２０５内に配置された１つ又は複数の第２の触媒ゾーン２１０を示す。複数のチューブは、２つ以上のチューブ２０５と定義される。１つ又は複数のチューブ２０５の間又は周りのスペースによって画定された加熱ゾーン２０７（図１も参照）によって、改質交換器２００のシェル側に導入された熱伝達媒体から１つ又は複数の触媒ゾーン２１０へと熱を間接的に伝達することが可能になる。
【００１４】
再び図１を参照すると、ＣＰＯＸ反応器１５０内の１種又は複数の第１の触媒及び／又は改質交換器２００内の１種又は複数の第２の触媒には、アルカリ土類金属、希土類金属、クロム、マンガン、モリブデン、タングステン、スズ、レニウム、ビスマス、インジウム、リン、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金、これらの酸化物、これらの誘導体、これらの混合物、又はこれらの組合せを含めることができるが、これらに限定するものではない。改質交換器２００内の１種又は複数の第２の触媒は、１つ又は複数のＣＰＯＸ反応器１５０内の１種又は複数の第１の触媒と同じに又は異ならせることができる。ＣＰＯＸ反応器１５０内に配置された１種又は複数の第１の触媒、改質交換器２００内に配置された１種又は複数の第２の触媒、又はこれらの両方は、さらに、１種又は複数の触媒担持材料（触媒サポート材料）を含むことができる。
【００１５】
１つ又は複数の実施形態では、触媒担持材料は、耐火性酸化物にすることができ又は耐火性酸化物を含むことができる。例えば耐火性酸化物は、アルミナ、特にαアルミナ；ジルコニア；チタニア；ハフニア；シリカ；又はこれらの混合物にすることができる。触媒担持材料は、希土類修飾耐火性金属酸化物にすることができ、又は希土類修飾耐火性金属酸化物を含むことができ、この希土類は、任意の希土類金属であってよく、例えばランタン、又はイットリウム；及び／又はアルカリ土類金属修飾耐火性酸化物であってもよい。触媒担持材料は、反応条件で実質的に安定な表面積、例えば、反応条件によってそれほど大きくは変化せず又は反応に影響を及ぼすようには変化しない表面積を有する材料として分類することができる。
【００１６】
１種又は複数の第１の触媒及び／又は第２の触媒（「触媒」）は、顆粒、粉末、ビーズ、丸剤、ペレット、薄片、円筒、球、又はその他の形状をとることができる。触媒は、５０ミクロン（０．００２インチ）から約１ｃｍ（０．４インチ）に及ぶ長さ又はサイズを有することができる。１つ又は複数の実施形態では、触媒は、約０．２５ｍｍ（０．０１インチ）から約６．５ｍｍ（０．２６インチ）、又は約０．５ｍｍ（０．０２インチ）から約０．４ｍｍ（０．１６インチ）に及ぶ長さ又はサイズを有することができる。
【００１７】
追加の反応条件、触媒、及びＣＰＯＸ反応器１５０の詳細は、その全てが本明細書に参照により完全に組み込まれている米国特許第５，４８６，３１３号；第５，７２０，９０１号；第７，２２６，５４８号；及び第７，２６１，７５１号に見出すことができる。追加の改質プロセス条件、触媒、及び改質交換器２００の詳細は、その全てが本明細書に参照により完全に組み込まれている米国特許第５，０１１，６２５号；第５，１２２，２９９号；第５，３６２，４５４号；第６，８５５，２７２号；第７，１３８，００１号；及び第７，２２０，５０５号に見出すことができる。
【００１８】
ライン１１０を介した第１の炭化水素及びライン１４０を介した酸化剤は、１つ又は複数のＣＰＯＸ反応器１５０に導入することができる。第１の炭化水素は、酸化剤と１種又は複数の第１の触媒との存在下で部分酸化することができる。部分酸化は、二酸化炭素、非燃焼炭化水素、及び熱が提供されるように第１の炭化水素の一部を部分燃焼するのに十分な条件で引き起こすことができる。非燃焼炭化水素は、第１の合成ガスが得られるように、部分酸化ステップで発生した熱の少なくとも一部と１種又は複数の第１の触媒との存在下で、少なくとも部分的に改質することができる。第１の合成ガスは、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含むことができるが、これらに限定するものではない。部分燃焼した第１の炭化水素は、１つ又は複数の第１の触媒ゾーン１５５、１５７を通して／横断して流れるので、非燃焼炭化水素の少なくとも一部は、第１の合成ガスが得られるように反応（即ち、改質）することができる。１つ又は複数の実施形態では、ライン１１０を介した第１の炭化水素は、１つ又は複数のＣＰＯＸ反応器１５０に第１の炭化水素を導入する前に、ライン１１５を介した水蒸気及び／又は二酸化炭素と混合することができる。図示されていないが、１つ又は複数の実施形態では、第１の炭化水素及び酸化剤を、ＣＰＯＸ反応器１５０の上流で混合して、反応混合物を提供することができ、次いでこの混合物をＣＰＯＸ反応器１５０に導入することができる。図示しないが、１つ又は複数の実施形態では、ライン１１５を介して水蒸気及び／又は二酸化炭素を、１つ又は複数のＣＰＯＸ反応器１５０に直接導入することができ、又は酸化剤と予備混合することができる。
【００１９】
ライン１４０を介した１種又は複数の酸化剤は、１つ又は複数の第１の触媒ゾーン１５５、１５７の第１の前に、１つ又は複数のＣＰＯＸ反応器１５０に導入することができる。１つ又は複数の実施形態では、１つ又は複数の第１の触媒ゾーン１５５、１５７のそれぞれの前に、ライン１４０を介して１種又は複数の酸化剤の一部を導入し、それによって、触媒床間酸化剤注入をもたらすことができる。触媒床間酸化剤注入は、各触媒床１５５、１５７にライン１４０を介して導入された酸化剤の量の、独立した調節及び制御をもたらすことができる。１つ又は複数の触媒床１５５、１５７にライン１４０を介して導入された酸化剤の量の制御は、１つ又は複数の第１の触媒ゾーン１５５、１５７内での反応速度及び温度の調節を改善することができる。
【００２０】
ＣＰＯＸ反応器１５０は、第１の合成ガスがライン１６０を介してＣＰＯＸ反応器１５０から出るときに第１の合成ガスの温度によって測定されたように、約７００℃（１，２９２°Ｆ）から約１，５００℃（２，７３２°Ｆ）の温度で操作することができる。ＣＰＯＸ反応器１５０は、約７００℃（１，２９２°Ｆ）、約８００℃（１，４７２°Ｆ）、又は約９００℃（１，６５２°Ｆ）から約１，１００℃（２，０１２°Ｆ）、約１，２００℃（２，１９２°Ｆ）、又は約１，３００℃（２，３７２°Ｆ）の温度で操作することができる。ＣＰＯＸ反応器１５０は、約１００ｋＰａ（０ｐｓｉｇ）から約１５，０００ｋＰａ（２，１６２ｐｓｉｇ）、又は約４００ｋＰａ（４４ｐｓｉｇ）から約８，５００ｋＰａ（１，２１９ｐｓｉｇ）の圧力で操作することができる。
【００２１】
ライン１８０を介した第２の炭化水素は、１つ又は複数の改質交換器２００に導入することができる。第２の炭化水素は、ライン１８５を介した水蒸気と混合することができる。１つ又は複数の実施形態では、第２の炭化水素は、ライン１８５を介した水蒸気及び二酸化炭素と混合することができる。ライン１８０を介した第２の炭化水素及び水蒸気の混合物は、二酸化炭素と共に又は二酸化炭素なしで、１つ又は複数の第２の触媒ゾーン２１０に導入することができる。例えば、ライン１８０を介した第２の炭化水素は、１つ又は複数の第２の触媒含有チューブ２０５の第１の端部に導入することができる。第２の炭化水素は、第２の合成ガスが得られるように、１つ又は複数の第２の触媒ゾーン２１０にこの第２の炭化水素を通すことによって、少なくとも部分的に改質することができる。第２の合成ガスは、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含むことができるが、これらに限定するものではない。第２の合成ガスは、スクリーン２１５を通して１つ又は複数のチューブ２０５の第２の端部から出ることができ、混合ゾーン２２２内で第１の合成ガスと混合されて、ライン２３０を介して混合合成ガス又は合成ガス生成物を提供することができる。
【００２２】
ライン１６０を介した第１の合成ガスは、改質交換器２００のシェル側に導入することができる。第１の合成ガス及び第２の合成ガスを、混合ゾーン２２２内で混合して、混合合成ガスを提供することができる。第２の触媒ゾーン２１０で第２の炭化水素を改質するのに必要な熱は、混合合成ガスが加熱ゾーン２０７を通して１つ又は複数のチューブ２０５に沿って／横断して流れるときに、この混合合成ガスによって提供することができる。図示していないが、第１の合成ガスは、１つ又は複数のチューブ２０５の外側を横断又は通過して、熱を第１の合成ガスから第２の触媒ゾーン２１０に間接的に伝達することができ、その後、第１の合成ガス及び第２の合成ガスを混合ゾーン２２２内で混合することができる。混合合成ガスは、ライン２３０を介して合成ガス生成物（「合成ガス」）として回収することができる。
【００２３】
ライン１１０を介した第１の炭化水素及びライン１８０を介した第２の炭化水素は、１種又は複数の炭素含有材料を含むことができるが、これらに限定するものではない。炭素含有材料には、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、又は、合計で１から２０個の炭素原子（Ｃ１からＣ２０）を含有する任意のその他の炭化水素、又はこれらの任意の混合物を含めることができるが、これらに限定するものではない。炭素含有材料には、天然ガス、メタン、脱硫天然ガス、脱硫メタン、これらの混合物、又はこれらの任意の組合せを含めることができるが、これらに限定するものではない。第１の炭化水素及び第２の炭化水素は、同じ又は異なる炭素含有材料にすることができる。第１の炭化水素、第２の炭化水素、又はその両方は、硫黄、水銀、一硫化炭素、及びその他の汚染物質などの汚染物質を、実質的に含まないようにすることができる。
【００２４】
ライン１１０を介した第１の炭化水素及び／又はライン１８０を介した第２の炭化水素は、乾燥ベースで約８０モル％以上のメタン、又は乾燥ベースで約９０モル％以上のメタン、又は乾燥ベースで約９５モル％以上のメタン、又は乾燥ベースで約９７モル％以上のメタン、又は乾燥ベースで約９９モル％以上のメタンを含有することができる。本明細書で使用される「乾燥ベース」という用語は、水及び／又は窒素を含まない供給材料、生成物、合成ガス、又は中間体を指す。
【００２５】
ライン１１０を介した第１の炭化水素は、第１の炭化水素及び第２の炭化水素を組み合わせた合計（全供給材料）の約１０重量％から９０重量％に及ぶことができる。第１の炭化水素は、全供給材料の約２０重量％から約８０重量％に及ぶことができ、又は全供給材料の約３０重量％から約７０重量％に及ぶことができ、又は全供給材料の約４０重量％から約６０重量％に及ぶことができる。ライン１８０を介した第２の炭化水素は、全供給材料の約１０重量％から約９０重量％に及ぶことができる。第２の炭化水素は、全供給材料の約２０重量％から約８０重量％、又は全供給材料の約３０重量％から約７０重量％、又は全供給材料の約４０重量％から約６０重量％に及ぶことができる。
【００２６】
ライン１４０を介して１つ又は複数のＣＰＯＸ反応器１５０に導入される１種又は複数の酸化剤のタイプ及び量は、ライン１６０を介する第１の合成ガス及びライン２３０を介する合成ガスの組成及び物理的性質に影響を及ぼす可能性がある。１種又は複数の酸化剤は、空気、酸素、本質的な酸素、酸素に富む空気、酸素及び空気の混合物、水、二酸化炭素、酸素及び窒素やアルゴンなどの不活性ガスの混合物、窒素に富む空気、及びこれらの任意の混合物を含むことができるが、これらに限定するものではない。酸化剤は、約６０体積％以上の酸素、又は約７０体積％以上の酸素、又は約８０体積％以上の酸素、又は約９０体積％以上の酸素、又は約９５体積％以上の酸素、又は約９９体積％以上の酸素を含有することができる。本明細書で使用される「本質的な酸素」という用語は、５０体積％よりも多い酸素を含有する酸化剤を指す。本明細書で使用される「酸素に富む空気」という用語は、２１体積％よりも多い酸素を含有する酸化剤流を指す。酸素、本質的な酸素、又は酸素に富む空気は、例えば、低温蒸留、圧力スイング吸着、膜分離、又はこれらの任意の組合せから得ることができる。ライン１４０を介した１種又は複数の酸化剤は、窒素を含まず又は本質的に窒素を含まなくてよい。本明細書で使用される「本質的に窒素を含まない」という用語は、約５体積％以下の窒素、４体積％以下の窒素、３体積％以下の窒素、２体積％以下の窒素、又は１体積％以下の窒素を含有する酸化剤流を指す。
【００２７】
ＣＰＯＸ反応器１５０で引き起こすことができる触媒部分酸化反応は、ライン１４０を介して導入される１種又は複数の炭素含有材料と分子状の酸素（Ｏ２）との濃度を最適化することによって、促進させる（即ち、制御する）ことができる。第１の炭化水素及び酸化剤は、例えば、炭素：Ｏ２のモル比（Ｃ：Ｏ２）が約１：１のＣ：Ｏ２から約１０：１のＣ：Ｏ２、又は約１：１のＣ：Ｏ２から約８：１のＣ：Ｏ２、又は約１：１のＣ：Ｏ２から約６：１のＣ：Ｏ２の範囲にあるように調節することができる。Ｃ：Ｏ２のモル比は、約１．５：１のＣ：Ｏ２から約４：１のＣ：Ｏ２、又は約１．６：１のＣ：Ｏ２から約３．５：１のＣ：Ｏ２、又は約１．６：１のＣ：Ｏ２から約２．５：１のＣ：Ｏ２の範囲にすることができる。
【００２８】
１つ又は複数の実施形態では、水蒸気及び／又は二酸化炭素を、ライン１１０を介して第１の炭化水素中に存在させることができる。水蒸気及び／又は二酸化炭素は、ライン１１０を介してＣＰＯＸ反応器１５０及び／又は第１の炭化水素に直接導入することができる。第１の触媒ゾーン１５５に最初に接触した、ライン１１０を介した第１の炭化水素の水蒸気と炭素との重量比は、約０から約３にすることができ、第１の触媒ゾーン１５５に最初に接触する第１の炭化水素の二酸化炭素と炭素との重量比は、約０から約２にすることができる。
【００２９】
ＣＰＯＸ反応器１５０にライン１４０を介して導入される１種又は複数の酸化剤は、ライン１６０を介して第１の合成ガスを、１つ又は複数のチューブ２０５から出ていく第２の合成ガスを、及び／又は乾燥ベースで約３０モル％以上の水素、若しくは乾燥ベースで約４０モル％以上の水素、若しくは乾燥ベースで約５０モル％の水素、若しくは乾燥ベースで約６０モル％以上の水素、若しくは乾燥ベースで約７０モル％以上の水素を含有することができる合成ガス生成物をライン２３０を介して提供するよう選択することができる。ライン１４０を介する酸化剤は、ライン１６０を介して第１の合成ガスを、１つ又は複数のチューブ２０５から出ていく第２の合成ガスを、及び／又はライン２３０を介して、乾燥ベースで約５モル％以上の一酸化炭素、若しくは乾燥ベースで約１０モル％以上の一酸化炭素、若しくは乾燥ベースで約１５モル％以上の一酸化炭素、若しくは乾燥ベースで約２０モル％以上の一酸化炭素、若しくは乾燥ベースで約２５モル％以上の一酸化炭素、若しくは乾燥ベースで約３０モル％以上の一酸化炭素、若しくは乾燥ベースで約３５モル％以上の一酸化炭素を含有することができる合成ガス生成物を提供するよう選択することができる。ライン１４０を介する酸化剤は、ライン１６０を介して第１の合成ガスを、及び／又はライン２３０を介して、乾燥ベースで約２モル％以上の二酸化炭素、若しくは乾燥ベースで５モル％以上の二酸化炭素、若しくは乾燥ベースで約１０モル％以上の二酸化炭素、若しくは乾燥ベースで約２０モル％以上の二酸化炭素を含有することができる合成ガス生成物を提供するよう選択することができる。
【００３０】
ライン１６０を介した第１の合成ガス、第２の合成ガス、及び／又はライン２３０を介した合成ガス生成物中の水素の濃度は、乾燥ベースで約３０モル％、乾燥ベースで４０モル％、又は乾燥ベースで５０モル％という低い濃度から、乾燥ベースで約５０モル％、乾燥ベースで６０モル％、又は乾燥ベースで７０モル％という高い濃度に及ぶことができる。ライン１６０を介した第１の合成ガス、第２の合成ガス、及び／又はライン２３０を介した合成ガス生成物中の水素濃度は、乾燥ベースで約２５モル％、乾燥ベースで３５モル％、又は乾燥ベースで４５モル％という低い濃度から、乾燥ベースで約５５モル％、又は乾燥ベースで６５モル％という高い濃度に及ぶことができる。ライン１６０を介した第１の合成ガス、第２の合成ガス、及び／又はライン２３０を介した合成ガス生成物中の一酸化炭素濃度は、乾燥ベースで約５モル％、乾燥ベースで１０モル％、乾燥ベースで１５モル％、又は乾燥ベースで２０モル％という低い濃度から、乾燥ベースで約２５モル％、乾燥ベースで３０モル％、又は乾燥ベースで３５モル％という高い濃度に及ぶことができる。第１６０を介した第１の合成ガス、第２の合成ガス、及び／又はライン２３０を介した合成ガス生成物中の二酸化炭素濃度は、乾燥ベースで約２モル％、乾燥ベースで５モル％、又は乾燥ベースで７モル％という低い濃度から、乾燥ベースで約１０モル％、乾燥ベースで１５モル％、又は乾燥ベースで２５モル％という高い濃度に及ぶことができる。
【００３１】
ライン１６０を介した第１の合成ガス、１つ又は複数のチューブ２０５から出ていく第２の合成ガス、及び／又はライン２３０を介した第２の合成ガス生成物の組成は、異なる濃度の水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を有することができる。例えば、ライン１６０を介した第１の合成ガスは、乾燥ベースで約６０モル％の水素濃度を有することができ、ライン２３０を介した合成ガス生成物は、乾燥ベースで約７０モル％の水素濃度を有することができる。ライン１６０を介した第１の合成ガス及びライン２３０を介した合成ガス生成物中の、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素の濃度は、時間と共に変化する可能性がある。いくつかの要因が、ライン１６０を介した第１の合成ガス及びライン２３０を介した合成ガス生成物の濃度に影響を及ぼす可能性があり、その要因には、流量、炭化水素供給組成、温度、圧力、触媒のタイプ、触媒の経年数、及び酸化剤を含めることができるが、これらに限定するものではない。
【００３２】
ライン２３０を介した合成ガス生成物の組成は、乾燥ベースで約６５モル％の水素、乾燥ベースで約３０モル％の一酸化炭素、及び乾燥ベースで約４モル％の二酸化炭素にすることができる。ライン２３０を介した合成ガス生成物の組成は、乾燥ベースで約６５モル％の水素、乾燥ベースで約１５モル％の一酸化炭素、及び乾燥ベースで約１５モル％の二酸化炭素にすることができる。
【００３３】
図３は、１つ又は複数の実施形態による、部分酸化技法を使用して合成ガスを生成するための別の例示的なシステムを示す。１つ又は複数のＣＰＯＸ反応器１５０、ライン１１０を介した第１の炭化水素、ライン１４０を介した酸化剤、ライン１６０を介した第１の合成ガス、ライン１８０を介した第２の炭化水素、及びライン２３０を介した合成ガス生成物は、図１に関して上記にて論じ説明したようにすることができる。１つ又は複数の改質交換器２００は、図１に関して上記にて論じ説明した通りにすることができるが、シェルアンドチューブ型交換器の内部構成は、異ならせることができる。１つ又は複数の実施形態では、１つ又は複数の触媒含有チューブ２０５は、チューブ２０５の周りに配置された２つ以上のチューブシート２０１（２つが図示されている。）を有することができる。１つ又は複数の触媒含有チューブ２０５は、チューブ２０５の第１の端部に又はこの第１の端部付近に配置された少なくとも１つのチューブシートと、チューブ２０５の第２の端部に又はこの第２の端部付近に配置された少なくとも１つのチューブシートとを、第２の触媒ゾーン２１０の少なくとも一部が２つのチューブシート２０１の間に位置決めできるように有することができる。この実施形態では、触媒含有チューブ２０５の両端を、改質交換器２００のシェル側から分離する（即ち、流体連絡をとらないようにする）ことができる。
【００３４】
ライン１８０を介した第２の炭化水素は、１つ又は複数のチューブ２０５の第１の端部に導入することができる。第２の炭化水素は、１つ又は複数のチューブ２０５内の第２の触媒ゾーン２１０で改質することができる。チューブ２０５は、２つ以上のチューブシート２０１の間のスペース又は容積によって画定することができる加熱ゾーン２０７に延ばすことができる。ライン１８０を介した第２の炭化水素の吸熱改質反応の熱は、加熱ゾーン２０７にライン１６０を介して導入された第１の合成ガスからの熱によって、提供することができる。図１に示されるように、合成ガス生成物が提供されるよう第１の合成ガス及び第２の合成ガスを混合するのではなく、第１の合成ガスはライン２２３を介して回収することができ、第２の合成ガスはライン２２７を介して回収することができる。１つ又は複数の実施形態では、ライン２２３を介した第１の合成ガスの少なくとも一部及びライン２２７を介した合成ガスの少なくとも一部を混合して、ライン２３０を介する合成ガス生成物を提供することができる。ライン２２３を介する第１の合成ガス、ライン２２７を介する第２の合成ガス、又はライン２３０を介するこれらの混合物（即ち、合成ガス生成物）は、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含有することができるが、これらに限定するものではない。
【００３５】
図示していないが、１つ又は複数の実施形態では、３つ以上のチューブシート２０１を設置して、改質交換器２００内に２つ以上の加熱ゾーン２０７を設けることができる。例えば、３つのチューブシート２０１（２つが図示されている。）は、第１のチューブシート２０１を１つ又は複数のチューブ２０５の第１の端部に又は第１の端部付近に配置し、第２のチューブシート２０１を１つ又は複数のチューブ２０５の第２の端部に又は第２の端部付近に配置した状態で設置することができ、第３のチューブシート（図示せず）は、第１のチューブシート２０１と第２のチューブシート２０１との間に配置して、２つの独立した加熱ゾーンを設けることができる。１つ又は複数の実施形態では、ライン１６０を介した第１の合成ガスを分割し、ライン１６０を介した第１の合成ガスの少なくとも一部を、独立した各加熱ゾーンに導入することができる。１つ又は複数の実施形態では、ライン１６０を介した第１の合成ガスを、独立した加熱ゾーンの１つに導入することができ、水蒸気などの第２の熱伝達媒体は、他の独立した加熱ゾーンに導入することができる。この配置構成では、ライン１６０を介して第１の合成ガスから特定の加熱ゾーンに導入された熱の量を、２つ以上の加熱ゾーンに導入された第１の合成ガス（又はその他の熱伝達媒体）の量を制御することによって独立して制御できるので、多数の反応ゾーン内の温度制御を改善することができる。
【００３６】
図４は、１つ又は複数の実施形態による、部分酸化技法を使用して合成ガスを生成するための別の例示的なシステムを示す。１つ又は複数のＣＰＯＸ反応器１５０、１つ又は複数の改質交換器２００、ライン１１０を介した第１の炭化水素、ライン１４０を介した酸化剤、ライン１６０を介した第１の合成ガス、ライン１８０を介した第２の炭化水素、第２の合成ガス、及びライン２３０を介して合成ガス生成物は、図１〜３に関して上記にて論じ説明した通りにすることができる。１つ又は複数の実施形態では、システムは、１つ又は複数の熱交換器（２つが示されている（１３０、１７０）。）をさらに含むことができる。熱交換器は、ライン１１０を介した第１の炭化水素、ライン１８０を介した第２の炭化水素を予熱し、及び／又はライン１６０を介した第１の合成ガスを冷却するのに使用することができる。
【００３７】
ライン１１０内の第１の炭化水素は、ライン１２０を介して供給された水蒸気などの熱伝達媒体により、１つ又は複数の熱交換器１３０で予熱することができる。ライン１１０内の第１の炭化水素は、約１００℃（２１２°Ｆ）から約９００℃（１，６５２°Ｆ）、又は約１００℃（２１２°Ｆ）から約７００℃（１，２９２°Ｆ）、又は約３００℃（５７２°Ｆ）から約５００℃（９３２°Ｆ）の温度に予熱することができる。例えば、ライン１１０内の第１の炭化水素は、約４００℃（７５２°Ｆ）、約５００℃（９３２°Ｆ）、又は約６００℃（１，１１２°Ｆ）の温度に予熱することができる。
【００３８】
ライン１８０内の第２の炭化水素は、熱伝達媒体としてライン１６０の第１の合成ガスを使用して、１つ又は複数の熱交換器１７０で予熱することができる。１つ又は複数の実施形態では、ライン１８０内の第２の炭化水素は、水蒸気などの外部から供給された熱伝達媒体からライン１８０の第２の炭化水素に熱を伝達することにより、熱交換器１７０で予熱することができる。ライン１８０を介した第２の炭化水素は、約１００℃（２１２°Ｆ）から約９００℃（１，６５２°Ｆ）、又は約３００℃（２１２°Ｆ）から約７００℃（１，２９２°Ｆ）、又は約４５０℃（８４２°Ｆ）から約６５０℃（１，２０２°Ｆ）の温度に予熱することができる。例えば、ライン１８０内の第２の炭化水素は、約４００℃（７５２°Ｆ）、約５００℃（９３２°Ｆ）、又は約６００℃（１，１１２°Ｆ）の温度に予熱することができる。
【００３９】
１つ又は複数の実施形態では、ライン１６０内の第１の合成ガスを、ＣＰＯＸ反応器１５０と改質交換器２００との間で冷却することができる。ライン１６０の第１の合成ガスは、間接冷却、直接冷却、又はその両方によって冷却することができる。ライン１６０の第１の合成ガスは、例えば、ライン１６５を介して導入された水、二酸化炭素、又は任意のその他の適切な冷却媒体を用いた直接冷却によって、冷却することができる。ライン１６０の第１の合成ガスは、非接触冷却、例えば、１つ又は複数の熱交換器、例えば熱交換器１７０の熱伝達媒体を用いて熱を間接的に伝達することによって、冷却することができる。任意の適切な熱伝達媒体を、熱交換器１７０で使用することができ、例えば、ライン１８０を介した第２の炭化水素、水（図示せず。）、プラント内からの別のプロセス供給材料（図示せず。）、これらの混合物、又はこれらの組合せを使用することができる。ライン１６０を介した第１の合成ガスは、約７００℃（１，２９２°Ｆ）から約１，１００℃（２，０１２°Ｆ）、又は約７５０℃（１，３８２°Ｆ）から約１，０００℃（１，８３２°Ｆ）の温度に冷却することができる。
【００４０】
改質交換器２００にライン１６０を介して導入された第１の合成ガスの温度は、改質交換器２００にライン１８０を介して導入された第２の炭化水素の温度よりも、約１０％から約３００％高くすることができる。改質交換器２００にライン１６０を介して導入された第１の合成ガスの温度は、改質交換器２００にライン１８０を介して導入された第２の炭化水素の温度よりも、約３０％高く、約４０％高く、約５０％高く、約６０％高く、又は約７０％又はそれ以上高くすることができる。
【００４１】
図示されていないが、１つ又は複数の実施形態では、ＣＰＯＸ反応器１５０にライン１４０を介して導入された酸化剤は、１つ又は複数の熱交換器で予熱することができ、又は第１の炭化水素と混合し、熱交換器１３０で加熱することができる。酸化剤は、約１００℃（２１２°Ｆ）から約９００℃（１，６５２°Ｆ）、又は約１００℃（２１２°Ｆ）から約７００℃（１，２９２°Ｆ）、又は約３００℃（５７２°Ｆ）から約５００℃（９３２°Ｆ）の温度に予熱することができる。
【００４２】
図５は、１つ又は複数の実施形態による、部分酸化技法を使用して合成ガスを生成するための、さらに別の例示的なシステムを示す。１つ又は複数のＣＰＯＸ反応器１５０、ライン１１０を介した第１の炭化水素、ライン１４０を介した酸化剤、ライン１８０を介した第２の炭化水素、ライン１６０を介した第１の合成ガス、第２の合成ガス、及び第２３０を介した合成ガス生成物は、図１〜４に関して上記にて論じ説明した通りにすることができる。１つ又は複数の改質交換器２００は、図１に関して上記にて論じ説明した通りにすることができるが、シェルアンドチューブ型交換器の内部構成は、異ならせることができる。１つ又は複数の実施形態では、１つ又は複数の第２の触媒を、改質交換器２００内のシェル側の少なくとも一部に配置して、１つ又は複数の第２の触媒ゾーン２２０を設けることができる。第２の触媒ゾーン２２０の１つ又は複数の第２の触媒は、触媒スクリーン２２５、又は、１つ若しくは複数のチューブ２０５の第２の端部に隣接した混合ゾーン２２２を提供するための任意のその他の適切な支持構造によって、支持することができる。１つ又は複数の実施形態では、第２の触媒は、触媒スクリーン２２５がない改質交換器内のシェル側に配置することができ、その場合、混合ゾーン２２２は、第２の触媒の一部を含有することができる。
【００４３】
図６は、記述される１つ又は複数の実施形態による、複数のチューブを有する改質交換器の例示的な断面上面図を示す。図６は、改質交換器２００内のシェル側の少なくとも一部に配置された、第２の触媒ゾーン２２０を示す。第２の触媒ゾーン２２０は、１つ又は複数の触媒を含まないチューブ２０５の周りに配置することができる。熱は、チューブ２０５を通って第２の触媒ゾーン２２０に流れることができる熱伝達媒体から、間接的に伝達することができる。
【００４４】
再び図５を参照すると、ライン１６０を介した第１の合成ガスは、改質交換器２００のチューブ側に導入することができる。ライン１６０を介した第１の合成ガスは、１つ又は複数のチューブ２０５内を流れることができる。第２の炭化水素は、ライン１８０を介して改質交換器２００のシェル側に導入することができ、この炭化水素は第２の触媒ゾーン２２０を通して及び／又は横断して流れることができ、そこで第２の炭化水素は改質されて、触媒スクリーン２２５を通して混合ゾーン２２２に導入することができる第２の合成ガスを提供することができる。第２の炭化水素を改質するのに必要な熱は、１つ又は複数のチューブ２０５内を通って第２の触媒ゾーン２２０に流れる第１の合成ガスから、間接的に伝達することができる。
【００４５】
図示されていないが、１つ又は複数の実施形態では、第１の合成ガス及び第２の合成ガスを、図３に関して論じ説明したように、改質交換器２００の外側で混合することができる。１つ又は複数の実施形態では、第１の合成ガス及び第２の合成ガスは、改質交換器２００から独立して回収する（即ち、混合しない）ことができる。例えば、触媒スクリーン２２５の代わりに第２のチューブシート２０１を用いることができ、それによって、第１の合成ガス及び第２の合成ガス用の個別の独立した流路を提供することができる。第２の合成ガスは、改質交換器２００のシェル側と流体連絡している出口ラインから回収することができ、第１の合成ガスは、改質交換器のチューブ側と流体連絡している出口ラインから回収することができる。
【００４６】
図示されていないが、１つ又は複数の実施形態では、ライン１６０を介して導入された第１の合成ガスを、触媒ゾーンの全体にわたって異なる領域にそれぞれ分配することができる。例えば、第２の触媒ゾーン２２０の内部及び／又はこのゾーン２２０を通して配置された、２組以上の独立供給チューブには、ライン１６０を介して様々な量の第１の合成ガスを導入することができる。例えば、ライン１６０を介して第１の合成ガスの７０％を第１の組のチューブに導入することができ、３０％を第２の組のチューブに導入することができ、それによって、ライン１８０を介したより多くの未反応の第２の炭化水素が存在する可能性のある触媒ゾーン２２０の第１の部分に、より多くの熱を提供することができる。第２の触媒ゾーン２２０の内部及び／又はこのゾーン２２０を通して配置された２組以上の独立供給チューブは、ストレート、Ｕ字形、渦巻き型、及び／又は差込み形のチューブにすることができる。
【００４７】
図示されていないが、１つ又は複数の実施形態では、ライン１６０を介した第１の合成ガスを、１つ又は複数のチューブ２０５のどちらかの端部、及び／又は１つ又は複数のチューブ２０５の長さに沿ったいずれかの場所に導入することができる。例えば、ライン１６０を介した第１の合成ガスは、混合ゾーン２２２に直接導入することができ、この混合ガスは、１つ又は複数のチューブ２０５内を流れることができる。
【００４８】
図７は、１つ又は複数の実施形態による、合成ガス及びそれから得られる１種又は複数の水素含有生成物を生成するための、例示的なシステムを示す。ライン２３０を介した合成ガス生成物は、図１〜６に関して上記にて論じ説明した１つ又は複数の実施形態を使用して、生成することができる。システムは、さらに、１つ又は複数の高温シフトコンバータ（「ＨＴＳＣ」）３５０、１つ又は複数の媒体温度シフトコンバータ（「ＭＴＳＣ」）４００、１つ又は複数の低温シフトコンバータ（「ＬＴＳＣ」）４５０、及び／又は１つ又は複数の分離システム５００を含むことができる。ライン２３０を介した合成ガスの少なくとも一部は、１つ又は複数のＨＴＳＣ ３５０、ＭＴＳＣ ４００、ＬＴＳＣ ４５０、及び／又は分離システム５００に導入することができる。図示されていないが、１つ又は複数の実施形態では、合成ガスは、図３に関して論じられ説明された通りである。例えば、ライン２３０を介した合成ガス生成物は、ライン２２３を介した合成ガス生成物、ライン２２７を介した合成ガス生成物、ライン２３０を介した合成ガス生成物、又はこれらの組合せにすることができる（即ち、第１の合成ガス及び／又は第２の合成ガスは、混合することなく独立して処理し、又はそれぞれの一部のみを混合して、ライン２３０を介した合成ガスを得ることができる。）。
【００４９】
再び図７を参照すると、ＨＴＳＣ ３５０、ＭＴＳＣ ４００、及びＬＴＳＣ ４５０は、１種又は複数の触媒を含有することができる。ＨＴＳＣ ３５０、ＭＴＳＣ ４００、及びＬＴＳＣ ４５０は、一酸化炭素を酸化するのに十分な温度の下、ＨＴＳＣ ３５０、ＭＴＳＣ ４００、及び／又はＬＴＳＣ ４５０に配置された触媒の存在下で一酸化炭素を反応させることによって、ライン２３０の合成ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換することができる。ＨＴＳＣ ３５０に配置された触媒は、酸化鉄、亜鉛フェライト、マグネタイト、酸化クロム、これらの誘導体、又はこれらの任意の組合せを含むことができるが、これらに限定するものではない。ＨＴＳＣ ３５０は、約３２５℃（６１７°Ｆ）から約５５０℃（１，０２２°Ｆ）の温度で操作することができる。ＭＴＳＣ ４００に配置された触媒は、酸化鉄、酸化クロム、これらの誘導体、又はこれらの任意の組合せを含むことができるが、これらに限定するものではない。ＭＴＳＣ ４００は、約２５０℃（４８２°Ｆ）から約３００℃（５７２°Ｆ）の温度で操作することができる。ＬＴＳＣ ４５０に配置された触媒は、銅、亜鉛、銅促進クロミア、これらの誘導体、又はこれらの任意の組合せを含むことができるが、これらに限定するものではない。ＬＴＳＣ ４５０は、約１８０℃（３５６°Ｆ）から約２２０℃（４２８°Ｆ）の温度で操作することができる。
【００５０】
１つ又は複数の分離システム５００は、ライン２３０を介して導入された合成ガスを選択的に分離して、ライン５１０を介する水素生成物及びライン５１５を介する廃棄物を得ることができる。１つ又は複数の実施形態において、１つ又は複数の分離システム５００には、膜分離システム、圧力スイング吸着システム、及び／又は低温分離システムを含めることができるが、これらに限定するものではない。膜分離システムは、１つ又は複数のカーボンモレキュラーシーブ、ポリマー膜、コポリマー膜、パラジウム合金膜、セラミック膜、ペロブスカイトをベースにした膜、ゼオライトをベースにした膜、モレキュラーシーブ、又はこれらの任意の組合せを含むことができるが、これらに限定するものではない。圧力スイング吸着システムは、水素が圧力スイング吸着システム内を通過できるように、またそれと同時にその他のガス、例えば一酸化炭素や二酸化炭素の通過が妨げられるように選択された、１種又は複数の吸着材料を含むことができるが、これらに限定するものではない。吸着材料には、活性炭、ゼオライト、シリカゲル、選択的表面流動膜、無水流酸カルシウム、塩化リチウム、これらの誘導体、これらの混合物、又はこれらの組合せを含めることができるが、これらに限定するものではない。低温分離システムは、混合ガス流を、２つ以上の部分に分離することができる。低温分離システムは、圧縮、脱水、低温蒸留による分離、及び再蒸発を含むがこれらに限定されない１つ又は複数の操作システムを使用することができる。
【００５１】
１つ又は複数の実施形態では、合成ガスの少なくとも一部を、ライン２３０を介して１つ又は複数のＨＴＳＣ ３５０に導入して、ライン３６０を介する中間体を得ることができる。１つ又は複数の実施形態では、ライン３６０を介する中間体の少なくとも一部を、１つ又は複数のＭＴＳＣ ４００、１つ又は複数のＬＴＳＣ ４５０、分離システム５００、又はこれらの任意の組合せに導入することができる。
【００５２】
１つ又は複数の実施形態では、合成ガスの少なくとも一部を、ライン２３０を介して１つ又は複数のＭＴＳＣ ４００に導入することにより、ライン４１０を介する中間体を得ることができる。１つ又は複数の実施形態では、ライン４１０を介した中間体の少なくとも一部を、１つ又は複数のＨＴＳＣ ３５０、１つ又は複数のＬＴＳＣ ４５０、分離システム５００、又はこれらの任意の組合せに導入することができる。
【００５３】
１つ又は複数の実施形態では、ライン２３０を介する合成ガスの少なくとも一部を１つ又は複数のＬＴＳＣ ４５０に導入して、ライン４６０を介する中間体を得ることができる。１つ又は複数の実施形態では、ライン４６０を介する中間体の少なくとも一部を、１つ又は複数のＨＴＳＣ ３５０、１つ又は複数のＭＴＳＣ ４００、分離システム５００、又はこれらの任意の組合せに導入することができる。
【００５４】
ＨＴＳＣ ３５０からライン３６０を介して、ＭＴＳＣからライン４１０を介して、及び／又はＬＴＳＣ ４５０からライン４６０を介して提供された合成ガスは、ライン２３０を介して導入された合成ガス、及び／又はライン３６０、４１０、及び／又は４６０を介したその他の中間体よりも、少ない一酸化炭素を含有することができる。ＨＴＳＣ ３５０からライン３６０を介して、ＭＴＳＣ ４００からライン４１０を介して、及び／又はＬＴＳＣ ４５０からライン４６０を介して提供された中間体は、乾燥ベースで５モル％以下の一酸化炭素、又は乾燥ベースで３モル％以下の一酸化炭素、又は乾燥ベースで２モル％以下の一酸化炭素、又は乾燥ベースで１モル％以下の一酸化炭素、又は乾燥ベースで０．５モル％以下の一酸化炭素を含有することができる。
【００５５】
ライン２３０を介した合成ガス、ライン３６０を介した中間体、ライン４１０を介した中間体、及び／又はライン４６０を介した中間体は、以下の要素、即ち：ＨＴＳＣ ３５０、ＭＴＳＣ ４００、ＬＴＳＣ ４５０、及び／又は分離システム５００のいずれか１つ又は複数に、均等に又は不均等に分配することができる。例えば、ライン２３０を介した合成ガスの約７５％をＨＴＳＣ ３５０に導入することができ、２５％をＭＴＳＣ ４００に導入することができる。次いでライン３６０及び４１０を介した中間体を、分離システム５００に導入して、ライン５１０を介する水素生成物及びライン５１５を介する廃棄物を得ることができる。
【００５６】
１つ又は複数の実施形態では、合成ガスを、ライン２３０を介して１つ又は複数のＨＴＳＣ ３５０に導入することにより、ライン３６０を介する中間体を得ることができる。ライン３６０を介する中間体を、１つ又は複数のＭＴＳＣ ４００に導入して、ライン４１０を介する中間体を得ることができる。ライン４１０を介した中間体を、１つ又は複数のＬＴＳＣ ４５０に導入することにより、ライン４６０を介する中間体を得ることができる。ライン４６０を介した中間体を１つ又は複数の分離システム５００に導入して、ライン５１０を介する水素生成物及びライン５１５を介する廃棄物を得ることができる。
【００５７】
ライン５１０を介する水素生成物は、乾燥ベースで約９０モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９５モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９７モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９９モル％以上の水素を含有することができる。ライン５１０を介した水素生成物は、乾燥ベースで約９９．５モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９９．９モル％以上水素を含有することができる。ライン５１５を介する廃棄物は、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素、窒素、水、及び不活性物質を含むことができるが、これらに限定するものではない。
【００５８】
図８は、１つ又は複数の実施形態による、合成ガス、水素生成物、及びアンモニアを生成するための、例示的なシステムを示す。ライン２３０を介する合成ガスは、図１〜６に関して上記にて論じ説明したシステム及びプロセスを使用して、生成することができる。システムは、図７に関して上記にて論じることができる１つ又は複数のＨＴＳＣ ３５０、１つ又は複数のＭＴＳＣ ４００、１つ又は複数のＬＴＳＣ ４５０を、さらに含むことができる。システムは、１つ又は複数の二酸化炭素除去システム５５０を含むことができる。システムは、１つ又は複数の乾燥器６５０、低温分離ユニット７００、及び／又はアンモニア合成ユニット７５０を含むことができる。ライン２３０を介した合成ガスの少なくとも一部は、１つ又は複数のＨＴＳＣ ３５０、１つ又は複数のＭＴＳＣ ４００、１つ又は複数のＬＴＳＣ ４５０、及び／又は１つ又は複数の二酸化炭素除去システム５５０に導入することができる。図示されていないが、１つ又は複数の実施形態では、合成ガスは、図３に関して上記にて論じ説明した通りにすることができる（即ち、第１の合成ガス及び／又は第２の合成ガスは、混合せずに又はそれぞれの一部のみを混合して、下流で独立して処理することにより、ライン２３０を介する合成ガスを得ることができる。）。
【００５９】
図７に関して上記にて論じたように、図７の１つ又は複数の分離システム５００にライン２３０を介して合成ガスの少なくとも一部を導入する前に、ライン２３０を介する合成ガスの少なくとも一部を均等に又は不均等に、且つ任意の順序又は組合せで、１つ又は複数のＨＴＳＣ ３５０、１つ又は複数のＭＴＳＣ ４００、及び／又は１つ又は複数のＬＴＳＣ ４５０のいずれか１つ又は複数に分配することにより、ライン３６０、４１０、及び／又は４６０をそれぞれ介する中間体を得ることができ、この中間体を、１つ又は複数の二酸化炭素除去システム５５０に導入することができる。
【００６０】
１つ又は複数の二酸化炭素除去システム５５０は、膜型システム及び溶媒ベースのシステムを含むがこれらに限定されない１つ又は複数の物理的分離システムを含むことができる。例えば、１つ又は複数の二酸化炭素除去システム５５０は、吸収／脱着型、溶媒ベースのシステムを含むが、これらに限定するものではない。二酸化炭素除去システム５５０は、ライン２３０を介して導入された合成ガス、及び／又はライン４１０、４６０、及び／又は５１０を介して導入された中間体を、１種又は複数の吸収剤と接触させて、二酸化炭素の少なくとも一部を除去することができる。二酸化炭素選択性吸着剤には、モノエタノールアミン（「ＭＥＡ」）、ジエタノールアミン（「ＤＥＡ」）、トリエタノールアミン（「ＴＥＡ」）、炭酸カリウム、メチルジエタノールアミン（「ＭＤＥＡ」）、ジグリコールアミン（「ＤＧＡ」）、ジイソプロパノールアミン（「ＤＩＰＡ」）、これらの誘導体、これらの混合物、又はこれらの任意の組合せを含めることができるが、これらに限定するものではない。その他の適切な吸着剤及び技法には、プロピレンカーボネート物理吸着溶媒並びにその他のアルキルカーボネート、２から１２グリコール単位のポリエチレングリコールのジメチルエーテル（Ｓｅｌｅｘｏｌ（商標）プロセス）、ｎ−メチル−ピロリドン、スルホラン、及びＳｕｌｆｉｎｏｌ（登録商標）ガス処理プロセスの使用を含めることができるが、これらに限定するものではない。
【００６１】
１つ又は複数の二酸化炭素除去システム５５０は、ライン５６０を介して水素生成物を、ライン５６５を介して二酸化炭素生成物を提供することができる。ライン５６０を介する水素生成物は、乾燥ベースで約９０モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９５モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９７モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９９モル％以上の水素を含有することができる。ライン５６０を介した水素生成物又は二酸化炭素リーン合成ガスは、乾燥ベースで約１０モル％以下の一酸化炭素及び二酸化炭素、又は乾燥ベースで５モル％以下の一酸化炭素及び二酸化炭素、又は乾燥ベースで３モル％以下の一酸化炭素及び二酸化炭素、又は乾燥ベースで１モル％以下の一酸化炭素及び二酸化炭素を含有することができる。
【００６２】
ライン５６５を介して回収された二酸化炭素は、油及びガスの回収を増大させるために燃料回収プロセスで使用することができる。例示的な油回収プロセスでは、「残」油が存在する既存の油井よりも低い領域に、二酸化炭素を注入しフラッシュすることができる。次いで原油と共に除去された水及び二酸化炭素を、分離しリサイクルすることができる。
【００６３】
窒素を必要とするアンモニア生成及びその他の窒素含有生成物の場合、窒素を含有する酸化剤を、ライン１４０を介してＣＰＯＸ反応器１５０に導入することができる（図１参照）。ライン１１０の第１の炭化水素に、ライン１４０を介して導入された酸化剤は、空気、窒素に富む空気、その他の窒素含有ガス、又は過剰な空気にすることができ、又はこれらを含むことができる。本明細書で使用される「過剰な空気」という用語は、合成ガス中の水素と窒素とに関して得られるモル比（シフト変換後）が約３未満（アンモニア合成ガス構成に関する典型的な化学量論比）になり得ることを意味する。本明細書で使用される「窒素に富む空気」という用語は、７９体積％以上の窒素を含有する酸化剤流を指す。酸素又は酸素に富む空気の代わりの空気の使用は、経済的に有益にすることができ、合成ガスの窒素含量及び／又は水素の純度は、例えば燃料電池で、原油若しくはその重質画分の水素化処理で、又は窒素が不活性でありその存在がプロセスの経済性に著しい影響を与えない適用例で、それほど重要ではない。浮動式生産貯蔵積出（「ＦＰＳＯ」）設備で使用される水素を生成するためにＣＰＯＸ反応器１５０及び改質交換器２００が使用される場合など、経済的な又はスペース上の問題によって従来の空気分離ユニット（「ＡＳＵ」）の使用が制約される場合は、純粋な酸素の代わりとして空気を使用することができる。必要に応じて、空気を、ガスタービンによって駆動することができる圧縮器で供給することができ、ガスタービンの排気から回収された熱は、例えばプロセス供給流を予熱したりプロセス水蒸気を発生させるのに使用することができる。
【００６４】
空気又は過剰な空気を酸化剤として使用することにより、ライン１６０を介して第１の合成ガスを、及び第２３０を介して合成ガスを提供することができ、これらのガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、及び窒素を含有することができるがこれらに限定するものではない。ライン２３０を介した合成ガスは、乾燥ベースで２０モル％から乾燥ベースで約８０モル％に及ぶ窒素含量を有することができる。
【００６５】
ライン５６０を介した水素生成物（窒素を含み又は含まない）の少なくとも一部は、メタン化器６００に導入することができる。メタン化器６００は、ライン５６０の水素生成物中の任意の残留一酸化炭素及び二酸化炭素の少なくとも一部を、メタン及び水に変換して、一酸化炭素及び二酸化炭素の全てを実質的に含まない可能性がある（即ち、５００ｐｐｍｗ未満）ライン６１０を介した水素生成物を提供することができる。メタン化器６００は、一酸化炭素及び二酸化炭素の少なくとも一部をメタン及び水に変換し又は反応させるのに十分な温度で操作する、触媒プロセスにすることができる。適切なメタン化器触媒には、ニッケル、希土類促進ニッケル、これらの誘導体、又はこれらの組合せを含めることができるが、これらに限定するものではない。メタン化器６００は、約２００℃（３９２°Ｆ）から約４００℃（７５２°Ｆ）の温度で操作することができる。ライン６１０の水素生成物は、約５０ｐｐｍ以下の一酸化炭素及び二酸化炭素、又は３０ｐｐｍ以下の一酸化炭素及び二酸化炭素、又は１０ｐｐｍ以下の一酸化炭素及び二酸化炭素を含有することができる。窒素を含有する酸化剤を使用する場合、ライン６１０を介した水素生成物は、約２０モル％（水を除く。）から約８０モル％（水を除く。）の窒素を含有することができる。
【００６６】
ライン６１０を介する水素生成物の少なくとも一部は、乾燥器６５０、低温分離ユニット７００、アンモニア合成ユニット７５０、又はこれらの組合せに導入することができる。乾燥器６５０は、水素生成物から水を除去することにより、ライン６６０を介する乾燥水素生成物及びライン６６５を介する水を提供することができる。乾燥器６５０は、１つ又は複数のモレキュラーシーブ、吸収剤、吸着剤、フラッシュタンク分離器、焼却炉、又はこれらの任意の組合せを含むことができるが、これらに限定するものではない。適切な吸収剤には、グリコール、アルカリ土類ハロゲン化物塩、これらの誘導体、又はこれらの混合物を含めることができるが、これらに限定するものではない。適切な吸着剤には、活性アルミナ、シリカゲル、モレキュラーシーブ、活性炭、これらの誘導体、又はこれらの混合物を含めることができるが、これらに限定するものではない。ライン６６０を介する水素生成物は、乾燥ベースで約９０モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９５モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９７モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９９モル％以上の水素を含有することができる。
【００６７】
１つ又は複数の実施形態では、ライン６１０を介した水素生成物の少なくとも一部、ライン６６０を介した乾燥水素生成物の少なくとも一部、又はその両方を、低温分離ユニット７００及び／又はアンモニア合成ユニット７５０に導入することができる。低温分離ユニット７００は、メタン及び不活性物質などの汚染物質を除去することにより、ライン７１０を介する精製済み水素生成物を提供することができる。１つ又は複数の実施形態では、ライン６１０の水素生成物及び／又はライン６６０の乾燥水素生成物中に存在する場合、過剰な窒素を除去することにより、ライン７１０を介する精製済み水素生成物に約３：１（又は任意のその他の所望の比）の水素と窒素との（水素：Ｎ２）比をもたらすことができる。ライン７１５を介して除去された汚染物質、即ち廃棄物は、メタン、窒素、水、及び不活性物質を含有することができるが、これらに限定するものではなく、これらの汚染物質を、ライン７１５を介して回収することができる。
【００６８】
ライン７１０の精製済み水素生成物は、乾燥ベースで約９７モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９９モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９９．５モル％以上の水素、又は乾燥ベースで約９９．９モル％以上の水素を含有することができる。ライン７１０の精製済み水素生成物（例えば、アンモニア合成で使用される。）は、窒素を含有することができ、約３：１（又は任意のその他の所望の比）の水素と窒素との比を有することができる。
【００６９】
１つ又は複数の実施形態では、ライン５６０を介する水素生成物、ライン６１０を介する水素生成物、ライン６６０を介する乾燥水素生成物、ライン７１０を介する精製済み水素生成物の少なくとも一部、又はこれらの任意の組合せを、アンモニア合成供給材料としてアンモニア合成ユニット７５０に供給することにより、ライン７６０を介するアンモニア生成物を提供することができる。しかし、最適な供給材料組成、したがって最適なアンモニア収率は、過剰な窒素を含有するアンモニア合成供給材料を導入することによって、妨げられる可能性がある。
【００７０】
１つ又は複数の実施形態では、アンモニア合成ユニット７５０は、アンモニアが得られるよう水素及び窒素を変換し又は反応させるのに適した任意のシステム、装置、及び／又はこれらの組合せを含むことができる。図示されていないが、１つ又は複数の実施形態では、アンモニア合成ユニット７５０は、少なくとも１つの触媒合成反応器、生成物ガスを冷却するためのユニット、未反応ガスからアンモニア生成物を分離するためのユニット、反応器供給材料を再加熱するためのユニット、補給ガスを添加するための装置、及び補給ガスが不活性物質を含有する場合にはパージガスを除去するための装置、未反応ガス及び補給ガスを反応器システムに再循環させるための装置を含むことができる、反応器システムを含むことができるが、これらに限定するものではない。
【００７１】
触媒合成反応器は、マグネタイト及び／又は白金族金属触媒、例えばルテニウムを使用する、シングル又はマルチパスコンバータにすることができる。１つ又は複数の実施形態では、１つ又は複数の触媒合成反応器は、窒素及び水素を含有する供給ガスの少なくとも一部をアンモニアに変換し又は反応させるため、高い圧力及び／又は温度で操作することを目的とする任意の反応器を含むことができる。アンモニアの生成に使用することができる追加の反応器、触媒、及び触媒合成反応器の詳細は、そのそれぞれが参照により本明細書に完全に組み込まれる米国特許第７，０８１，２３０号、第６，１７１，５７０号及び第６，１３２，６８７号に見い出すことができる。
【００７２】
図９は、１つ又は複数の実施形態による、合成ガス、アンモニア、及びアンモニア誘導体を生成するための、例示的なシステムを示す。ライン２３０を介する合成ガスは、図１〜６に関して上記にて論じ説明したシステムを使用して、生成することができる。１つ又は複数のＨＴＳＣ ３５０、１つ又は複数のＭＴＳＣ ４００、１つ又は複数のＬＴＳＣ ４５０、１つ又は複数の分離システム５００、１つ又は複数の二酸化炭素除去システム５５０、１つ又は複数のメタン化器６００、１つ又は複数の乾燥器６５０、１つ又は複数の低温分離器７００、及び１つ又は複数のアンモニア合成ユニット７５０は、図７及び８に関して上記にて論じ説明した通りにすることができる。
【００７３】
１つ又は複数の実施形態では、ライン５１０を介した水素生成物、ライン６１０を介した水素生成物、ライン６６０を介した乾燥水素生成物、及び／又はライン７１０を介した精製済み水素生成物は、窒素を用い又は用いない意図される用途に応じて、さらに処理することができ、又は様々なプロセスで、例えばアンモニア、メタノール、水素化プロセス、及びその他の化学物質の生成で、及び燃料電池及び炉などでの発電のため、使用することができる。
【００７４】
１つ又は複数の実施形態では、ライン７６０を介したアンモニア生成物を、尿素合成ユニット、アンモニウム塩合成ユニット、リン酸アンモニウム合成ユニット、硝酸合成ユニット、アクリロニトリル合成ユニット、アミド合成ユニット、水又は廃水処理ユニット、工業冷蔵ユニット、又はアンモニア由来生成物を生成することができる任意のその他の合成ユニットにすることができるがこれらに限定するものではない合成ユニット８００に、供給することができる。
【００７５】
１つ又は複数の実施形態では、尿素合成ユニット８００は、アンモニアと二酸化炭素とを反応させることができる。二酸化炭素は、ライン５６５（図示せず）を介して二酸化炭素除去ユニット５５０（又はその他の供給源）から尿素合成ユニット８００に導入されて、カルバミン酸アンモニウムを提供することができる。カルバミン酸アンモニウムは、ライン８１０を介して、尿素が得られるように脱水することができる。１つ又は複数の実施形態では、ライン８１０を介した尿素を、化学肥料として又はその他の生成物の合成に使用することができる。ライン８１０を介した尿素をさらに処理して、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン、アシル尿素、ウレタン、メラミン−ホルムアルデヒド、及びこれらの誘導体を生成することができる。
【００７６】
１つ又は複数の実施形態では、アンモニウム塩合成ユニットは、ライン８１０を介してアンモニウム塩及びその誘導体を提供することができる。１つ又は複数の実施形態では、アンモニウム塩は、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、及びこれらの誘導体にすることができるが、これらに限定するものではない。
【００７７】
１つ又は複数の実施形態では、リン酸アンモニウムユニット８００は、ライン８１０を介して、リン酸アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、及びこれらの誘導体を提供することができる。１つ又は複数の実施形態では、硝酸合成ユニットが、ライン８１０を介して硝酸及びその誘導体を提供することができる。１つ又は複数の実施形態では、アクリロニトリル合成ユニットは、ライン８１０を介してアクリロニトリル及びその誘導体を提供することができる。１つ又は複数の実施形態では、アミド合成ユニットは、ライン８１０を介してポリアミド、例えばナイロンと、その誘導体を提供することができる。
【００７８】
ある実施形態及び特徴について、一組の数値的上限及び一組の数値的下限を使用して記述してきた。任意の下限から任意の上限までの範囲が、他に指示しない限り企図されることを理解すべきである。ある特定の下限、上限、及び範囲は、下記の１つ又は複数の請求項に示される。全ての数値は、「約」又は「およそ」の指示値であり、当業者が予測可能な実験誤差及びばらつきを考慮する。
【００７９】
様々な用語は、上記にて定義されている。請求項で使用される用語が上記にて定義されない範囲まで、その用語が少なくとも１つの印刷された文献又は発行された特許に反映されている限り、当業者が有する最も広い定義が与えられるべきである。さらに、本出願に引用された全ての特許、試験手順、及びその他の文書は、そのような開示が本出願と矛盾しない程度まで、参照により完全に組み込まれており、またそのような組込みが認められる全ての範囲を目的に、完全に組み込まれている。
【００８０】
前述の内容は、本発明の実施形態を対象にするが、本発明のその他及び別の実施形態を、その基本的な範囲から逸脱することなく考えることができ、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定されるものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の炭化水素の一部を部分燃焼させるのに十分な条件で、酸化剤及び１種又は複数の第１の触媒の存在下で、前記第１の炭化水素を部分酸化することにより、二酸化炭素、燃焼していない第１の炭化水素、及び熱を提供するステップと；
前記部分酸化する工程で発生した熱の少なくとも一部、及び１種又は複数の第１の触媒の存在下で、前記燃焼していない第１の炭化水素の少なくとも一部を改質することにより、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含む第１の合成ガスを提供するステップと；
水蒸気、及び１種又は複数の第２の触媒の存在下で、前記第１の合成ガスからの熱を第２の炭化水素に間接的に交換して、前記第２の炭化水素の少なくとも一部を改質することにより、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含む第２の合成ガスを提供するステップと
を含む、合成ガスを生成するための方法。
【請求項２】
水蒸気及び１種又は複数の第２の触媒の存在下で、前記第１の合成ガスからの熱を前記第２の炭化水素に間接的に交換する前に、熱伝達媒体を用いた直接熱交換、間接熱交換、又はその両方によって、前記第１の合成ガスを冷却するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の合成ガスの少なくとも一部、及び前記第２の合成ガスの少なくとも一部を混合することにより、合成ガス生成物を提供するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の合成ガス、前記第２の合成ガス、又はこれらの混合物中の一酸化炭素の少なくとも一部を二酸化炭素に対して反応させることにより、乾燥ベースで５モル％以下の一酸化炭素を含む変換済み合成ガスを提供するステップと；
前記水素の少なくとも一部を、前記変換済み合成ガスから分離することにより、水素生成物を提供するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
１種又は複数の第３の触媒の存在下、前記水素生成物の少なくとも一部を窒素と反応させることにより、アンモニア生成物を提供するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記アンモニア生成物の少なくとも一部を１種又は複数の反応物に反応させることにより、１種又は複数のアンモニア誘導体を提供するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の合成ガス、前記第２の合成ガス、又はこれらの混合物中の一酸化炭素の少なくとも一部を二酸化炭素に対して反応させることにより、乾燥ベースで５モル％以下の一酸化炭素を含む変換済み合成ガスを提供するステップと；
前記二酸化炭素の少なくとも一部を前記変換済み合成ガスから分離することにより、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含む第１の水素生成物を提供するステップと；
前記第１の水素生成物中の一酸化炭素及び二酸化炭素の少なくとも一部を反応させることにより、水素、メタン、及び水を含む第２の水素生成物を提供するステップと；
１種又は複数の第３の触媒の存在下、前記第２の水素生成物の少なくとも一部を窒素と反応させることにより、アンモニア生成物を提供するステップとを
さらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記アンモニア生成物の少なくとも一部と１種又は複数の反応物とを反応させることにより、１種又は複数のアンモニア誘導体を提供するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の合成ガス、前記第２の合成ガス、又はこれらの混合物の少なくとも一部の中の一酸化炭素の少なくとも一部を二酸化炭素に対して反応させることにより、乾燥ベースで５モル％以下の一酸化炭素を含む変換済み合成ガスを提供するステップと；
前記二酸化炭素の少なくとも一部を前記変換済み合成ガスから分離することにより、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含む第１の水素生成物を提供するステップと；
前記第１の水素生成物中の一酸化炭素及び二酸化炭素の少なくとも一部を反応させることにより、水素、メタン、及び水を含む第２の水素生成物を提供するステップと；
前記水の少なくとも一部を前記第２の水素生成物から分離することにより、乾燥水素生成物を提供するステップと；
１種又は複数の第３の触媒の存在下、前記乾燥水素生成物の少なくとも一部を窒素と反応させることにより、アンモニア生成物を提供するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記アンモニア生成物の少なくとも一部を１種又は複数の反応物と反応させることにより、１種又は複数のアンモニア誘導体を提供するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の合成ガス、前記第２の合成ガス、又はこれらの混合物中の一酸化炭素の少なくとも一部を二酸化炭素に対して反応させることにより、乾燥ベースで５モル％以下の一酸化炭素を含む変換済み合成ガスを提供するステップと；
前記二酸化炭素の少なくとも一部を前記変換済み合成ガスから分離することにより、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含む第１の水素生成物を提供するステップと；
前記第１の水素生成物中の一酸化炭素及び二酸化炭素の少なくとも一部を反応させることにより、水素、メタン、及び水を含む第２の水素生成物を提供するステップと；
前記水の少なくとも一部を前記第２の水素生成物から分離することにより、乾燥水素生成物を提供するステップと；
前記乾燥水素生成物の少なくとも一部を精製することにより、水素を含む第４の水素生成物を提供するステップであって、任意の残留ガスの少なくとも一部を分離する操作を含み、前記残留ガスが、一酸化炭素、二酸化炭素、水、及び不活性物質の１種又は複数を含む上記ステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の合成ガス、前記第２の合成ガス、又はこれらの混合物中の一酸化炭素の少なくとも一部を二酸化炭素に対して反応させることにより、乾燥ベースで５モル％以下の一酸化炭素を含む変換済み合成ガスを提供するステップと；
前記二酸化炭素の少なくとも一部を前記変換済み合成ガスから分離することにより、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含む第１の水素生成物を提供するステップと；
前記第１の水素生成物中の一酸化炭素及び二酸化炭素の少なくとも一部を反応させることにより、水素、メタン、及び水を含む第２の水素生成物を提供するステップと；
前記メタン及び水の少なくとも一部を前記第２の水素生成物から分離することにより、乾燥水素生成物を提供するステップと；
前記乾燥水素生成物の少なくとも一部を精製することにより、約２．７から約３．３のモル比で水素及び窒素を含む精製済み水素生成物を提供するステップであって、任意の残留ガスの少なくとも一部及び過剰な窒素を分離する操作を含み、前記残留ガスが、一酸化炭素、二酸化炭素、水、及び不活性物質の１種又は複数を含み、前記酸化剤が、空気、過剰な空気、窒素に富む空気、又はこれらの混合物を含む上記ステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記１種又は複数の第１の触媒、第２の触媒、又はその両方が、２種以上の触媒を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の炭化水素及び前記第２の炭化水素が、１種又は複数のＣ１〜Ｃ２０炭化水素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の炭化水素及び前記第２の炭化水素が、天然ガス、脱硫天然ガス、メタン、脱硫メタン、又はこれらの混合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の炭化水素及び前記第２の炭化水素が異なる、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
第１の炭化水素の少なくとも一部を部分燃焼させるのに十分な条件で、第１の反応ゾーンで酸化剤及び１種又は複数の第１の触媒の存在下、前記第１の炭化水素を部分酸化することにより、二酸化炭素、燃焼していない第１の炭化水素、及び熱を提供するステップと；
前記部分酸化する工程で発生した熱の少なくとも一部、及び１種又は複数の第１の触媒の存在下で、第１の反応ゾーンで前記燃焼していない炭化水素を少なくとも部分的に改質することにより、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含む第１の合成ガスを提供するステップと；
水蒸気及び１種又は複数の第２の触媒の存在下、第２の反応ゾーンで前記第１の合成ガスからの熱を第２の炭化水素に間接的に交換して、前記第２の炭化水素の少なくとも一部を改質することにより、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含む第２の合成ガスを提供するステップと
を含む、合成ガスを生成するための方法。
【請求項１８】
前記第１の合成ガスからの熱を前記第２の炭化水素に間接的に交換する前に、熱伝達媒体を用いる直接熱交換、間接熱交換、又はその両方によって、前記第１の合成ガスを冷却するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
１種又は複数の第１の触媒、第２の触媒、又はその両方が、２種以上の触媒を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の反応ゾーン、前記第２の反応ゾーン、又はその両方が、２つ以上の触媒含有床を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２の反応ゾーンが、１つ又は複数のチューブを含み、そのそれぞれが前記第２の触媒を含有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
第１の炭化水素の少なくとも一部を部分燃焼するのに十分な条件で、酸化剤の存在下で、前記第１の炭化水素を部分酸化することにより、二酸化炭素、燃焼していない炭化水素、及び熱を提供するように適合され、且つ前記部分酸化する工程で発生した熱及び１種又は複数の第１の触媒の存在下で、燃焼していない炭化水素を少なくとも部分的に改質することにより、一酸化炭素、二酸化炭素、及び水素を含む第１の合成ガスを提供するように適合された第１の反応器と；
水蒸気及び１種又は複数の第２の触媒の存在下、前記第１の合成ガスからの熱を第２の炭化水素へと間接的に交換して前記第２の炭化水素の少なくとも一部を改質することにより、一酸化炭素、二酸化炭素、及び水素を含む第２の合成ガスを提供するように適合された第２の反応器と
を含む、合成ガスを生成するためのシステム。
【請求項２３】
前記第１の合成ガス及び前記第２の合成ガスの少なくとも一部を混合することにより合成ガスを提供するように適合された混合ゾーンをさらに含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第１の合成ガス、前記第２の合成ガス、又は前記第１の合成ガス及び前記第２の合成ガスの混合物中の一酸化炭素の少なくとも一部を二酸化炭素に変換することにより、乾燥ベースで２モル％未満の一酸化炭素を含む合成ガスを提供するように適合された１つ又は複数のコンバータをさらに含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
前記合成ガス中の二酸化炭素の少なくとも一部を除去することにより、二酸化炭素のリーン合成ガス及び二酸化炭素廃棄物を提供するように適合された、１つ又は複数の二酸化炭素除去システムをさらに含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２６】
１種又は複数の第１の触媒、第２の触媒、又はその両方が、２種以上の触媒を含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項１】
第１の炭化水素の一部を部分燃焼させるのに十分な条件で、酸化剤及び１種又は複数の第１の触媒の存在下で、前記第１の炭化水素を部分酸化することにより、二酸化炭素、燃焼していない第１の炭化水素、及び熱を提供するステップと；
前記部分酸化する工程で発生した熱の少なくとも一部、及び１種又は複数の第１の触媒の存在下で、前記燃焼していない第１の炭化水素の少なくとも一部を改質することにより、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含む第１の合成ガスを提供するステップと；
水蒸気、及び１種又は複数の第２の触媒の存在下で、前記第１の合成ガスからの熱を第２の炭化水素に間接的に交換して、前記第２の炭化水素の少なくとも一部を改質することにより、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含む第２の合成ガスを提供するステップと
を含む、合成ガスを生成するための方法。
【請求項２】
水蒸気及び１種又は複数の第２の触媒の存在下で、前記第１の合成ガスからの熱を前記第２の炭化水素に間接的に交換する前に、熱伝達媒体を用いた直接熱交換、間接熱交換、又はその両方によって、前記第１の合成ガスを冷却するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の合成ガスの少なくとも一部、及び前記第２の合成ガスの少なくとも一部を混合することにより、合成ガス生成物を提供するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の合成ガス、前記第２の合成ガス、又はこれらの混合物中の一酸化炭素の少なくとも一部を二酸化炭素に対して反応させることにより、乾燥ベースで５モル％以下の一酸化炭素を含む変換済み合成ガスを提供するステップと；
前記水素の少なくとも一部を、前記変換済み合成ガスから分離することにより、水素生成物を提供するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
１種又は複数の第３の触媒の存在下、前記水素生成物の少なくとも一部を窒素と反応させることにより、アンモニア生成物を提供するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記アンモニア生成物の少なくとも一部を１種又は複数の反応物に反応させることにより、１種又は複数のアンモニア誘導体を提供するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の合成ガス、前記第２の合成ガス、又はこれらの混合物中の一酸化炭素の少なくとも一部を二酸化炭素に対して反応させることにより、乾燥ベースで５モル％以下の一酸化炭素を含む変換済み合成ガスを提供するステップと；
前記二酸化炭素の少なくとも一部を前記変換済み合成ガスから分離することにより、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含む第１の水素生成物を提供するステップと；
前記第１の水素生成物中の一酸化炭素及び二酸化炭素の少なくとも一部を反応させることにより、水素、メタン、及び水を含む第２の水素生成物を提供するステップと；
１種又は複数の第３の触媒の存在下、前記第２の水素生成物の少なくとも一部を窒素と反応させることにより、アンモニア生成物を提供するステップとを
さらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記アンモニア生成物の少なくとも一部と１種又は複数の反応物とを反応させることにより、１種又は複数のアンモニア誘導体を提供するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の合成ガス、前記第２の合成ガス、又はこれらの混合物の少なくとも一部の中の一酸化炭素の少なくとも一部を二酸化炭素に対して反応させることにより、乾燥ベースで５モル％以下の一酸化炭素を含む変換済み合成ガスを提供するステップと；
前記二酸化炭素の少なくとも一部を前記変換済み合成ガスから分離することにより、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含む第１の水素生成物を提供するステップと；
前記第１の水素生成物中の一酸化炭素及び二酸化炭素の少なくとも一部を反応させることにより、水素、メタン、及び水を含む第２の水素生成物を提供するステップと；
前記水の少なくとも一部を前記第２の水素生成物から分離することにより、乾燥水素生成物を提供するステップと；
１種又は複数の第３の触媒の存在下、前記乾燥水素生成物の少なくとも一部を窒素と反応させることにより、アンモニア生成物を提供するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記アンモニア生成物の少なくとも一部を１種又は複数の反応物と反応させることにより、１種又は複数のアンモニア誘導体を提供するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の合成ガス、前記第２の合成ガス、又はこれらの混合物中の一酸化炭素の少なくとも一部を二酸化炭素に対して反応させることにより、乾燥ベースで５モル％以下の一酸化炭素を含む変換済み合成ガスを提供するステップと；
前記二酸化炭素の少なくとも一部を前記変換済み合成ガスから分離することにより、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含む第１の水素生成物を提供するステップと；
前記第１の水素生成物中の一酸化炭素及び二酸化炭素の少なくとも一部を反応させることにより、水素、メタン、及び水を含む第２の水素生成物を提供するステップと；
前記水の少なくとも一部を前記第２の水素生成物から分離することにより、乾燥水素生成物を提供するステップと；
前記乾燥水素生成物の少なくとも一部を精製することにより、水素を含む第４の水素生成物を提供するステップであって、任意の残留ガスの少なくとも一部を分離する操作を含み、前記残留ガスが、一酸化炭素、二酸化炭素、水、及び不活性物質の１種又は複数を含む上記ステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の合成ガス、前記第２の合成ガス、又はこれらの混合物中の一酸化炭素の少なくとも一部を二酸化炭素に対して反応させることにより、乾燥ベースで５モル％以下の一酸化炭素を含む変換済み合成ガスを提供するステップと；
前記二酸化炭素の少なくとも一部を前記変換済み合成ガスから分離することにより、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含む第１の水素生成物を提供するステップと；
前記第１の水素生成物中の一酸化炭素及び二酸化炭素の少なくとも一部を反応させることにより、水素、メタン、及び水を含む第２の水素生成物を提供するステップと；
前記メタン及び水の少なくとも一部を前記第２の水素生成物から分離することにより、乾燥水素生成物を提供するステップと；
前記乾燥水素生成物の少なくとも一部を精製することにより、約２．７から約３．３のモル比で水素及び窒素を含む精製済み水素生成物を提供するステップであって、任意の残留ガスの少なくとも一部及び過剰な窒素を分離する操作を含み、前記残留ガスが、一酸化炭素、二酸化炭素、水、及び不活性物質の１種又は複数を含み、前記酸化剤が、空気、過剰な空気、窒素に富む空気、又はこれらの混合物を含む上記ステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記１種又は複数の第１の触媒、第２の触媒、又はその両方が、２種以上の触媒を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の炭化水素及び前記第２の炭化水素が、１種又は複数のＣ１〜Ｃ２０炭化水素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の炭化水素及び前記第２の炭化水素が、天然ガス、脱硫天然ガス、メタン、脱硫メタン、又はこれらの混合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の炭化水素及び前記第２の炭化水素が異なる、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
第１の炭化水素の少なくとも一部を部分燃焼させるのに十分な条件で、第１の反応ゾーンで酸化剤及び１種又は複数の第１の触媒の存在下、前記第１の炭化水素を部分酸化することにより、二酸化炭素、燃焼していない第１の炭化水素、及び熱を提供するステップと；
前記部分酸化する工程で発生した熱の少なくとも一部、及び１種又は複数の第１の触媒の存在下で、第１の反応ゾーンで前記燃焼していない炭化水素を少なくとも部分的に改質することにより、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含む第１の合成ガスを提供するステップと；
水蒸気及び１種又は複数の第２の触媒の存在下、第２の反応ゾーンで前記第１の合成ガスからの熱を第２の炭化水素に間接的に交換して、前記第２の炭化水素の少なくとも一部を改質することにより、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含む第２の合成ガスを提供するステップと
を含む、合成ガスを生成するための方法。
【請求項１８】
前記第１の合成ガスからの熱を前記第２の炭化水素に間接的に交換する前に、熱伝達媒体を用いる直接熱交換、間接熱交換、又はその両方によって、前記第１の合成ガスを冷却するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
１種又は複数の第１の触媒、第２の触媒、又はその両方が、２種以上の触媒を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の反応ゾーン、前記第２の反応ゾーン、又はその両方が、２つ以上の触媒含有床を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２の反応ゾーンが、１つ又は複数のチューブを含み、そのそれぞれが前記第２の触媒を含有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
第１の炭化水素の少なくとも一部を部分燃焼するのに十分な条件で、酸化剤の存在下で、前記第１の炭化水素を部分酸化することにより、二酸化炭素、燃焼していない炭化水素、及び熱を提供するように適合され、且つ前記部分酸化する工程で発生した熱及び１種又は複数の第１の触媒の存在下で、燃焼していない炭化水素を少なくとも部分的に改質することにより、一酸化炭素、二酸化炭素、及び水素を含む第１の合成ガスを提供するように適合された第１の反応器と；
水蒸気及び１種又は複数の第２の触媒の存在下、前記第１の合成ガスからの熱を第２の炭化水素へと間接的に交換して前記第２の炭化水素の少なくとも一部を改質することにより、一酸化炭素、二酸化炭素、及び水素を含む第２の合成ガスを提供するように適合された第２の反応器と
を含む、合成ガスを生成するためのシステム。
【請求項２３】
前記第１の合成ガス及び前記第２の合成ガスの少なくとも一部を混合することにより合成ガスを提供するように適合された混合ゾーンをさらに含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第１の合成ガス、前記第２の合成ガス、又は前記第１の合成ガス及び前記第２の合成ガスの混合物中の一酸化炭素の少なくとも一部を二酸化炭素に変換することにより、乾燥ベースで２モル％未満の一酸化炭素を含む合成ガスを提供するように適合された１つ又は複数のコンバータをさらに含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
前記合成ガス中の二酸化炭素の少なくとも一部を除去することにより、二酸化炭素のリーン合成ガス及び二酸化炭素廃棄物を提供するように適合された、１つ又は複数の二酸化炭素除去システムをさらに含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２６】
１種又は複数の第１の触媒、第２の触媒、又はその両方が、２種以上の触媒を含む、請求項２２に記載のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２０１１−５２８６４８（Ｐ２０１１−５２８６４８Ａ）
【公表日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１８７０５（Ｐ２０１１−５１８７０５）
【出願日】平成２１年６月２９日（２００９．６．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／００３８５０
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／００８４９４
【国際公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（５０８３６４７４９）ケロッグ ブラウン アンド ルート エルエルシー (10)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２９日（２００９．６．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／００３８５０
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／００８４９４
【国際公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（５０８３６４７４９）ケロッグ ブラウン アンド ルート エルエルシー (10)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]