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▶ ゾーンフロー リアクター テクノロジーズ リミテッド ライアビリティ カンパニーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-11-27
(54)【発明の名称】グリーンメタノールの製造
(51)【国際特許分類】
C07C 29/151 20060101AFI20231117BHJP
C07C 31/04 20060101ALI20231117BHJP
B01D 53/62 20060101ALI20231117BHJP
【ＦＩ】
C07C29/151
C07C31/04
B01D53/62 ZAB
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023528632
(86)(22)【出願日】2021-11-12
(85)【翻訳文提出日】2023-07-04
(86)【国際出願番号】 US2021072386
(87)【国際公開番号】W WO2022104375
(87)【国際公開日】2022-05-19
(31)【優先権主張番号】63/113,844
(32)【優先日】2020-11-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523176130
【氏名又は名称】ゾーンフロー リアクター テクノロジーズ リミテッド ライアビリティ カンパニー
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100119013
【弁理士】
【氏名又は名称】山崎 一夫
(74)【代理人】
【識別番号】100123777
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 さつき
(74)【代理人】
【識別番号】100111796
【弁理士】
【氏名又は名称】服部 博信
(74)【代理人】
【識別番号】100123766
【弁理士】
【氏名又は名称】松田 七重
(72)【発明者】
【氏名】ファインスタイン ジョナサン ジェイ
【テーマコード（参考）】
4D002
4H006
【Ｆターム（参考）】
4D002AA09
4D002AC10
4D002BA02
4D002CA01
4D002DA31
4H006AA02
4H006AA04
4H006AC41
4H006BC11
4H006BC31
4H006BD10
4H006BD33
4H006BD84
4H006BE20
4H006BE40
4H006BE41
4H006FE11
(57)【要約】
水蒸気改質、水分離、及び膜による水素分離は、水蒸気及び炭化水素の混合物に対して順に行うことができる。水素膜からの水素リッチ透過流は、燃焼加熱用の燃料として使用することができ、炭素酸化物に対する水素が所定の比率である残余分の混合物を残す。残余分は、メタノール合成反応器で圧縮してメタノールに合成することができる。合成されたメタノールは、メタノールリッチ流と、合成反応器からの残りの出口ガスを含むテールガス流とに分離することができる。メタノールリッチ流は、精製することができる。テールガス流は、メタノールループ再循環流、ＳＭＲ再循環流、及び窒素パージ流に分けることができる。メタノールループ再循環流は、圧縮され、メタノール合成反応器に再循環される。ＳＭＲ再循環流は、供給原料として改質器に再循環される。窒素パージ流は、バーナーで燃焼される。二酸化炭素は、燃焼生成物から分離して、隔離することができる。
【選択図】 図１
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
メタノールを製造する方法であって、水蒸気改質ユニットにおいて、水蒸気及び少なくとも１種の炭化水素を含む供給原料を改質し、水素及び１種以上の炭素酸化物を含む合成ガスを製造することと；
水素分離ユニットにおいて、合成ガスを水素リッチ流と第２の流れとに分離することと；
合成反応器において、第２の流れを処理し、メタノールを含む出口流を形成することと；
出口流をメタノールリッチ流とメタノールに乏しいテールガス流とに分離することとを含み、
テールガス流の第１部分が、合成反応器に再循環され、テールガス流の第２部分が、再循環されて供給原料の一部を形成する、前記方法。
【請求項2】
水素分離ユニットが、膜を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
さらに、水素リッチ流の少なくとも一部を燃焼し、水蒸気改質ユニットに熱を与えることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
第２の流れ中の炭素酸化物に対する水素の体積比率が、１．８／１．０～２．８／１．０である、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
第２の流れ中の炭素酸化物に対する水素の体積比率が、おおよそ２．５／１．０である、請求項４に記載の方法。
【請求項6】
テールガス流の第３部分が、燃料流に分離される、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
さらに、燃料流の少なくとも一部を燃焼して燃焼生成物を形成し、水蒸気改質ユニットに熱を与えることを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
燃焼生成物が、二酸化炭素を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
さらに、二酸化炭素の一部を燃焼生成物から分離及び隔離することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
さらに、分離された二酸化炭素を隔離することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項11】
出口流が、蒸留塔において分離される、請求項１に記載の方法
【請求項12】
さらに、圧縮機において第２の流れを加圧することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項13】
第２の流れが、５０バール超の圧力で合成ユニットに入る、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
さらに、出口流の少なくとも一部に対して、供給原料の少なくとも一部を予熱することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項15】
テールガス流の第２部分が、テールガス分離ユニットで、比較的低濃度の不活性ガスを含む水蒸気改質再循環流と比較的高濃度の不活性ガスを含むパージ流とに分離され、水蒸気改質再循環流が、水蒸気改質ユニットに再循環される、請求項１に記載の方法。
【請求項16】
パージ流が、燃焼されて熱を与える、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
メタノール製造システムであって、水蒸気及び少なくとも１種の炭化水素を含む供給原料を改質し、水素及び１種以上の炭素酸化物を含む合成ガスを製造するように設けられた水蒸気改質ユニットと；
合成ガスを水素リッチ流と第２の流れとに分離するように設けられた水素分離ユニットと；
第２の流れを処理し、メタノールを含む出口流を形成するように設けられた合成反応器と；
出口流をメタノールリッチ流とメタノールに乏しいテールガス流とに分離するように設けられた蒸留塔とを含み、
蒸留塔が、テールガス流の第１部分を合成反応器に再循環し、及びテールガス流の第２部分を再循環して供給原料の一部を形成するように接続された、１つ以上のラインに接続している、前記製造システム。
【請求項18】
さらに、水素分離ユニットと合成反応器との間に、第２の流れを加圧するように設けられた少なくとも１つの圧縮機を含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項19】
さらに、水素リッチ流を燃焼して水蒸気改質ユニットに熱を与えるように設けられたバーナーを有する炉を含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項20】
さらに、テールガス流の第２部分の少なくとも一部を受けるように接続されたターボ膨張機を含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項21】
水素分離ユニットが、膜を含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項22】
さらに、出口流の少なくとも一部に対して、供給原料の少なくとも一部を予熱するように配置された１つ以上の熱交換器を含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項23】
さらに、隔離のために、メタノールに乏しいテールガス流の少なくとも一部から二酸化炭素を除去するように設けられた二酸化炭素スクラバーを含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項24】
さらに、テールガス流の第２部分を、比較的低濃度の不活性ガスを含む水蒸気改質再循環流と比較的高濃度の不活性ガスを含むパージ流とに分離するように設けられたテールガス分離ユニットを含み、水蒸気改質再循環流が、水蒸気改質ユニットに再循環される、請求項１７に記載のシステム。
【請求項25】
パージ流が、燃焼されて熱を与える、請求項２４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【0001】
（技術分野）
本開示は、水蒸気改質及び触媒合成による、メタノールの製造システム及び製造方法に関する。
本開示は、水蒸気改質及び触媒合成による、メタノールの製造システム及び製造方法に関する。
【0002】
（概要）
第１の観点において、メタノールを製造する方法は、水蒸気改質ユニットにおいて、水蒸気及び少なくとも１種の炭化水素を含む原料を改質し、水素及び１種以上の炭素酸化物を含む合成ガスを製造することと；水素分離ユニットにおいて、合成ガスを水素リッチ流と第２の流れとに分離することと；合成反応器において、第２の流れを処理し、メタノールを含む出口流を形成することと；出口流をメタノールリッチ流とメタノールに乏しいテールガス流とに分離することとを含む。テールガス流の第１部分は、合成反応器に再循環され、テールガス流の第２部分は、再循環されて原料の一部を形成する。
いくつかの実施形態において、水素分離ユニットは、膜を含む。
いくつかの実施形態において、方法は、さらに、水素リッチ流の少なくとも一部を燃焼し、水蒸気改質ユニットに熱を与えることを含む。
いくつかの実施形態において、第２の流れ中の炭素酸化物に対する水素の体積比率は、１．８／１．０～２．８／１．０である。
いくつかの実施形態において、第２の流れ中の炭素酸化物に対する水素の体積比率は、おおよそ２．５／１．０である。
いくつかの実施形態において、テールガス流の第３部分は、燃料流に分離される。
いくつかの実施形態において、方法は、さらに、燃料流の少なくとも一部を燃焼して燃焼生成物を形成し、水蒸気改質ユニットに熱を与えることを含む。
いくつかの実施形態において、燃焼生成物は、二酸化炭素を含む。
いくつかの実施形態において、方法は、さらに、二酸化炭素の一部を燃焼生成物から分離（separating）及び隔離（sequestering）することを含む。
いくつかの実施形態において、方法は、さらに、分離された二酸化炭素を隔離することを含む。
いくつかの実施形態において、出口流は、蒸留塔において分離される。
いくつかの実施形態において、方法は、さらに、圧縮機において第２の流れを加圧することを含む。
いくつかの実施形態において、第２の流れは、５０バール超の圧力で合成ユニットに入る。
いくつかの実施形態において、方法は、さらに、出口流の少なくとも一部に対して、原料の少なくとも一部を予熱することを含む。
いくつかの実施形態において、テールガス流の第２部分は、テールガス分離ユニットで、比較的低濃度の不活性ガスを含む水蒸気改質再循環流と比較的高濃度の不活性ガスを含むパージ流とに分離され、水蒸気改質再循環流は、水蒸気改質ユニットに再循環される。
いくつかの実施形態において、パージ流は、燃焼されて熱を与える。
第１の観点において、メタノールを製造する方法は、水蒸気改質ユニットにおいて、水蒸気及び少なくとも１種の炭化水素を含む原料を改質し、水素及び１種以上の炭素酸化物を含む合成ガスを製造することと；水素分離ユニットにおいて、合成ガスを水素リッチ流と第２の流れとに分離することと；合成反応器において、第２の流れを処理し、メタノールを含む出口流を形成することと；出口流をメタノールリッチ流とメタノールに乏しいテールガス流とに分離することとを含む。テールガス流の第１部分は、合成反応器に再循環され、テールガス流の第２部分は、再循環されて原料の一部を形成する。
いくつかの実施形態において、水素分離ユニットは、膜を含む。
いくつかの実施形態において、方法は、さらに、水素リッチ流の少なくとも一部を燃焼し、水蒸気改質ユニットに熱を与えることを含む。
いくつかの実施形態において、第２の流れ中の炭素酸化物に対する水素の体積比率は、１．８／１．０～２．８／１．０である。
いくつかの実施形態において、第２の流れ中の炭素酸化物に対する水素の体積比率は、おおよそ２．５／１．０である。
いくつかの実施形態において、テールガス流の第３部分は、燃料流に分離される。
いくつかの実施形態において、方法は、さらに、燃料流の少なくとも一部を燃焼して燃焼生成物を形成し、水蒸気改質ユニットに熱を与えることを含む。
いくつかの実施形態において、燃焼生成物は、二酸化炭素を含む。
いくつかの実施形態において、方法は、さらに、二酸化炭素の一部を燃焼生成物から分離（separating）及び隔離（sequestering）することを含む。
いくつかの実施形態において、方法は、さらに、分離された二酸化炭素を隔離することを含む。
いくつかの実施形態において、出口流は、蒸留塔において分離される。
いくつかの実施形態において、方法は、さらに、圧縮機において第２の流れを加圧することを含む。
いくつかの実施形態において、第２の流れは、５０バール超の圧力で合成ユニットに入る。
いくつかの実施形態において、方法は、さらに、出口流の少なくとも一部に対して、原料の少なくとも一部を予熱することを含む。
いくつかの実施形態において、テールガス流の第２部分は、テールガス分離ユニットで、比較的低濃度の不活性ガスを含む水蒸気改質再循環流と比較的高濃度の不活性ガスを含むパージ流とに分離され、水蒸気改質再循環流は、水蒸気改質ユニットに再循環される。
いくつかの実施形態において、パージ流は、燃焼されて熱を与える。
【0003】
第２の観点において、メタノール製造システムは、水蒸気及び少なくとも１種の炭化水素を含む原料を改質し、水素及び１種以上の炭素酸化物を含む合成ガスを製造するように設けられた水蒸気改質ユニットと；合成ガスを水素リッチ流と第２の流れとに分離するように設けられた水素分離ユニットと；第２の流れを処理し、メタノールを含む出口流を形成するように設けられた合成反応器と；出口流をメタノールリッチ流とメタノールに乏しいテールガス流とに分離するように設けられた蒸留塔とを含む。蒸留塔は、テールガス流の第１部分を合成反応器に再循環し、及びテールガス流の第２部分を再循環して原料の一部を形成するように接続された、１つ以上のラインに接続している。
いくつかの実施形態において、システムは、さらに、水素分離ユニットと合成反応器との間に、第２の流れを加圧するように設けられた少なくとも１つの圧縮機を含む。
いくつかの実施形態において、システムは、さらに、水素リッチ流を燃焼して水蒸気改質ユニットに熱を与えるように設けられたバーナーを有する炉を含む。
いくつかの実施形態において、システムは、さらに、テールガス流の第２部分の少なくとも一部を受けるように接続されたターボ膨張機を含む。
いくつかの実施形態において、水素分離ユニットは、膜を含む。
いくつかの実施形態において、システムは、さらに、出口流の少なくとも一部に対して、原料の少なくとも一部を予熱するように配置された１つ以上の熱交換器を含む。
いくつかの実施形態において、システムは、さらに、隔離のために、メタノールに乏しいテールガス流の少なくとも一部から二酸化炭素を除去するように設けられた二酸化炭素スクラバーを含む。
いくつかの実施形態において、システムは、さらに、テールガス流の第２部分を、比較的低濃度の不活性ガスを含む水蒸気改質再循環流と比較的高濃度の不活性ガスを含むパージ流とに分離するように設けられたテールガス分離ユニットを含み、水蒸気改質再循環流は、水蒸気改質ユニットに再循環される。
いくつかの実施形態において、パージ流は、燃焼されて熱を与える。
いくつかの実施形態において、システムは、さらに、水素分離ユニットと合成反応器との間に、第２の流れを加圧するように設けられた少なくとも１つの圧縮機を含む。
いくつかの実施形態において、システムは、さらに、水素リッチ流を燃焼して水蒸気改質ユニットに熱を与えるように設けられたバーナーを有する炉を含む。
いくつかの実施形態において、システムは、さらに、テールガス流の第２部分の少なくとも一部を受けるように接続されたターボ膨張機を含む。
いくつかの実施形態において、水素分離ユニットは、膜を含む。
いくつかの実施形態において、システムは、さらに、出口流の少なくとも一部に対して、原料の少なくとも一部を予熱するように配置された１つ以上の熱交換器を含む。
いくつかの実施形態において、システムは、さらに、隔離のために、メタノールに乏しいテールガス流の少なくとも一部から二酸化炭素を除去するように設けられた二酸化炭素スクラバーを含む。
いくつかの実施形態において、システムは、さらに、テールガス流の第２部分を、比較的低濃度の不活性ガスを含む水蒸気改質再循環流と比較的高濃度の不活性ガスを含むパージ流とに分離するように設けられたテールガス分離ユニットを含み、水蒸気改質再循環流は、水蒸気改質ユニットに再循環される。
いくつかの実施形態において、パージ流は、燃焼されて熱を与える。
【図面の簡単な説明】
【0004】
【0005】
（詳細な説明）
水蒸気メタン改質（ＳＭＲ）法は、炭化水素原料を触媒上で水蒸気及び／又は二酸化炭素と反応させ、水素及び１種以上の炭素酸化物の混合物である合成ガスを製造することを含む。メタノール合成ユニットにこのような合成ガスを供給し、メタノールを製造することができる。ＳＭＲユニットからの合成ガスは、炭素酸化物（例えば、ＣＯ及び／又はＣＯ2）に対する水素の比率が比較的高く、例えば、３／１～４／１又はそれ以上であることが多い。しかしながら、より低い比率、例えば、約２．５／１が、有利であり得る。
合成ユニット（例えば、合成反応器、触媒反応器等を含むもの）は、ループの形態であってもよく、原料は、１パスでメタノールに増分的に合成されるだけであり、商業的実施において合成反応器を通して複数回再循環することができる。各パスにおいて、ＳＭＲからの補給用合成ガスを添加することができる。補給用合成ガスは、比較的低い圧力（例えば、４０バール未満）でＳＭＲにおいて生成することができる。補給用合成ガスは加圧して前回の再循環からの戻りガス（returns）若しくはテールガスに添加するか、又は合成ユニットを通過させることできる。合わせたガスは、更に加圧すること（例えば、５０バール超の圧力に）ができ、温度は、合成ガスを、行われる増分的転化に最適な温度で触媒反応器に入るように調整することができる。
触媒反応器において合成されたメタノールは、メタン合成反応器からのテールガスとしての他のテールガス成分（ＣＨ4、ＣＯ2、ＣＯ、Ｈ2及び／又はＮ2を含み得る）から分離することができる。テールガスの一部は、既述の２つの加圧ステーションの間の合成ループ内に再循環することができる。一部は、水蒸気改質ユニットに入った原料又は水蒸気に再循環して、メタンを水素及び炭素酸化物に更に転化し、メタンに含まれる炭素が燃焼システムに入ることを防ぐことができる。一部は、水蒸気改質炉に点火するための燃料として送ることができ、蓄積した窒素をループから効率的にパージする。
水蒸気メタン改質（ＳＭＲ）法は、炭化水素原料を触媒上で水蒸気及び／又は二酸化炭素と反応させ、水素及び１種以上の炭素酸化物の混合物である合成ガスを製造することを含む。メタノール合成ユニットにこのような合成ガスを供給し、メタノールを製造することができる。ＳＭＲユニットからの合成ガスは、炭素酸化物（例えば、ＣＯ及び／又はＣＯ2）に対する水素の比率が比較的高く、例えば、３／１～４／１又はそれ以上であることが多い。しかしながら、より低い比率、例えば、約２．５／１が、有利であり得る。
合成ユニット（例えば、合成反応器、触媒反応器等を含むもの）は、ループの形態であってもよく、原料は、１パスでメタノールに増分的に合成されるだけであり、商業的実施において合成反応器を通して複数回再循環することができる。各パスにおいて、ＳＭＲからの補給用合成ガスを添加することができる。補給用合成ガスは、比較的低い圧力（例えば、４０バール未満）でＳＭＲにおいて生成することができる。補給用合成ガスは加圧して前回の再循環からの戻りガス（returns）若しくはテールガスに添加するか、又は合成ユニットを通過させることできる。合わせたガスは、更に加圧すること（例えば、５０バール超の圧力に）ができ、温度は、合成ガスを、行われる増分的転化に最適な温度で触媒反応器に入るように調整することができる。
触媒反応器において合成されたメタノールは、メタン合成反応器からのテールガスとしての他のテールガス成分（ＣＨ4、ＣＯ2、ＣＯ、Ｈ2及び／又はＮ2を含み得る）から分離することができる。テールガスの一部は、既述の２つの加圧ステーションの間の合成ループ内に再循環することができる。一部は、水蒸気改質ユニットに入った原料又は水蒸気に再循環して、メタンを水素及び炭素酸化物に更に転化し、メタンに含まれる炭素が燃焼システムに入ることを防ぐことができる。一部は、水蒸気改質炉に点火するための燃料として送ることができ、蓄積した窒素をループから効率的にパージする。
【0006】
いくつかの先行技術のメタノール製造方法は、精製された酸素による炭化水素原料のある程度の部分酸化を行い、合成ループに供給する炭素酸化物に対する水素の比率を下げることができる。この方法では、合成ループへの注入要件のバランスを取る一方で、空気分離ユニットが必要であり、空気分離ユニットで使用する電力の生成に伴う資金、コスト及びＣＯ2排出が大幅に増加する。
空気分離プラントを使用せずに、合成ループに供給する炭素酸化物に対する水素の比率を既存のシステムにおける比率より下げることが望ましいであろう。例えば、一酸化炭素又は二酸化炭素の形態で排出される炭素をより少なくなることもまた望ましいであろう。さらに、ＳＭＲへの原料中の多くの炭素が、排出される二酸化炭素の一部ではなく、製造されるメタノールの一部となるようにすることも望ましいであろう。本技術により、上記の目標の一部又はすべてを達成することができ、本開示により導かれる当業者であれば、他の目標を達成するのも明らかである。
いくつかの実施形態において、水蒸気及び原料炭化水素（又は、水素及び炭素を含む他の原料）の混合原料を水蒸気改質ユニットにおいて改質して、水素及び炭素酸化物を含む合成ガスを形成する。合成ガスは、冷却することができる。凝縮水は、冷却した合成ガスから分離することができる。
除湿された合成ガスは、水素分離ユニットにおいて、水素リッチ流又は透過流と、合成ガスの残りの成分を含む第２又は残余分の流れとに分離することができる。いくつかの実施形態に基づいて、水素リッチ流は、少なくとも８０体積％、少なくとも９０体積％、ある場合には少なくとも９５体積％の水素を含み得る。第２の流れ又は残余分の流れ中の炭素酸化物（例えば、一酸化炭素及び二酸化炭素）に対する水素の体積比率は、水素リッチ流の除去により、例えば、１．８／１．０～２．８／１．０に、ある場合には約２．５／１．０に調整することができる。
水素分離ユニットは、任意の種類、例えば、圧力スイング吸着ユニット、蒸留塔、又は他の水素分離ユニットであってもよく、合成ガス中の他の種よりも水素に対してより高い透過性を有する膜分離ユニットであることもできる。膜分離ユニットを含む例示的な実施態様では、水素リッチ透過流の背圧を使用して透過流を制御し、それによって残余分中の炭素酸化物に対する水素の比率をメタノール合成に適した所定の比率に調整することができる。
水素リッチ流又は透過流は、改質炉、ボイラー、原料、又は水蒸気改質ユニット、メタノール合成ユニット、及び／又はメタノール分離ユニットを含むメタノール製造ユニットの内部若しくは外部の他のあらゆる加熱機能構造物（function）を加熱するための燃料として燃焼することができる。
空気分離プラントを使用せずに、合成ループに供給する炭素酸化物に対する水素の比率を既存のシステムにおける比率より下げることが望ましいであろう。例えば、一酸化炭素又は二酸化炭素の形態で排出される炭素をより少なくなることもまた望ましいであろう。さらに、ＳＭＲへの原料中の多くの炭素が、排出される二酸化炭素の一部ではなく、製造されるメタノールの一部となるようにすることも望ましいであろう。本技術により、上記の目標の一部又はすべてを達成することができ、本開示により導かれる当業者であれば、他の目標を達成するのも明らかである。
いくつかの実施形態において、水蒸気及び原料炭化水素（又は、水素及び炭素を含む他の原料）の混合原料を水蒸気改質ユニットにおいて改質して、水素及び炭素酸化物を含む合成ガスを形成する。合成ガスは、冷却することができる。凝縮水は、冷却した合成ガスから分離することができる。
除湿された合成ガスは、水素分離ユニットにおいて、水素リッチ流又は透過流と、合成ガスの残りの成分を含む第２又は残余分の流れとに分離することができる。いくつかの実施形態に基づいて、水素リッチ流は、少なくとも８０体積％、少なくとも９０体積％、ある場合には少なくとも９５体積％の水素を含み得る。第２の流れ又は残余分の流れ中の炭素酸化物（例えば、一酸化炭素及び二酸化炭素）に対する水素の体積比率は、水素リッチ流の除去により、例えば、１．８／１．０～２．８／１．０に、ある場合には約２．５／１．０に調整することができる。
水素分離ユニットは、任意の種類、例えば、圧力スイング吸着ユニット、蒸留塔、又は他の水素分離ユニットであってもよく、合成ガス中の他の種よりも水素に対してより高い透過性を有する膜分離ユニットであることもできる。膜分離ユニットを含む例示的な実施態様では、水素リッチ透過流の背圧を使用して透過流を制御し、それによって残余分中の炭素酸化物に対する水素の比率をメタノール合成に適した所定の比率に調整することができる。
水素リッチ流又は透過流は、改質炉、ボイラー、原料、又は水蒸気改質ユニット、メタノール合成ユニット、及び／又はメタノール分離ユニットを含むメタノール製造ユニットの内部若しくは外部の他のあらゆる加熱機能構造物（function）を加熱するための燃料として燃焼することができる。
【0007】
残余分は、合成ループからのテールガスのおおよその圧力まで圧縮し、補給用ガスとしてそのテールガスと混合することができる。補給用ガス及びテールガスの混合物は、メタノール合成反応器の注入口に適した圧力（例えば、いくつかの実施形態において、少なくとも５０バール）まで圧縮することができる。混合物の温度は、メタノール合成反応器の注入口に適した温度に調整し、メタノール合成反応器へ輸送し、そこで、混合物の少なくとも部分的にメタノールに転化する。合成反応器からの出口ガスは、冷却し、例えば、蒸留又は他の手段により、メタノールリッチ流とテールガス流とに分離することができる。メタノールリッチ流は、所定の純度のメタノールに更に精製されてもよい。
いくつかの実施形態において、テールガス流は、３つの流れに分離することができる。第１のテールガス流は、水蒸気改質ユニットからの残余分の又は補給用の合成ガスと混合して、メタノール合成ユニットに再循環することができる。第２のテールガス流は、水蒸気改質ユニットへの補給用の原料及び水蒸気と混合して、改質器において改質して合成ガスを製造することができる。第３のテールガス流は、バーナーに輸送することができ、空気などの酸化剤で燃焼して、負荷（例えば、改質器への原料の予熱、水蒸気の昇温（raising）、又は水蒸気改質器内の混合原料の加熱など）を加熱するために熱を与える。テールガスを供給したバーナーからの排ガスは、アミンによる吸収などの任意の手段で二酸化炭素をスクラブしてもよく、ＣＯ2リッチ流と排ガスの残りの成分を含む放出流とを産生する。ＣＯ2リッチ流は、圧縮して隔離することができる。本開示の目的に関して、隔離は、貯蔵によるか、又は生成物の生成における使用若しくは消費によっても、環境又は大気から隔離することを意味する。
いくつかの実施形態において、テールガス流は、３つの流れに分離することができる。第１のテールガス流は、水蒸気改質ユニットからの残余分の又は補給用の合成ガスと混合して、メタノール合成ユニットに再循環することができる。第２のテールガス流は、水蒸気改質ユニットへの補給用の原料及び水蒸気と混合して、改質器において改質して合成ガスを製造することができる。第３のテールガス流は、バーナーに輸送することができ、空気などの酸化剤で燃焼して、負荷（例えば、改質器への原料の予熱、水蒸気の昇温（raising）、又は水蒸気改質器内の混合原料の加熱など）を加熱するために熱を与える。テールガスを供給したバーナーからの排ガスは、アミンによる吸収などの任意の手段で二酸化炭素をスクラブしてもよく、ＣＯ2リッチ流と排ガスの残りの成分を含む放出流とを産生する。ＣＯ2リッチ流は、圧縮して隔離することができる。本開示の目的に関して、隔離は、貯蔵によるか、又は生成物の生成における使用若しくは消費によっても、環境又は大気から隔離することを意味する。
【0008】
第３のテールガス流（いくつかの実施形態において、窒素パージ流を構成する）の流速は、テールガスの窒素含有量が所定の濃度を超えないように調整することができる。第２のテールガス流又はＳＭＲ再循環流の流速は、テールガスのメタン含有量が所定の濃度を超えないように調整することができる。
ここで、図１を参照して、本技術のグリーンメタノール製造態様を実施するメタノール製造ユニットの例を説明する。図１は、本技術の実施形態の例示にすぎず、本技術のグリーンメタノール製造態様は、現在の開示をガイドとして使用し、他のメタノール製造ユニットの構成で、同様に実施することができることを理解されたい。図１に示すように、ライン１は、炭化水素原料を熱交換器２に運ぶ。炭化水素原料は、有利には天然ガスであってもよく、別の炭化水素であってもよい。いくつかの実施形態において、炭化水素原料は、液体であり、加熱されて、ガス又は蒸気になる。いくつかの実施形態において、炭化水素原料をガスとして導入する。ライン１内の原料は、熱交換器２におけるライン３８内のガスに対して予熱される。ライン３８内のガスは、メタン合成ユニット（以下に説明する）からの排ガスであるか、又は別の方法からの若しくはシステムの別のコンポーネントからの排ガスであることができる。
ここで、図１を参照して、本技術のグリーンメタノール製造態様を実施するメタノール製造ユニットの例を説明する。図１は、本技術の実施形態の例示にすぎず、本技術のグリーンメタノール製造態様は、現在の開示をガイドとして使用し、他のメタノール製造ユニットの構成で、同様に実施することができることを理解されたい。図１に示すように、ライン１は、炭化水素原料を熱交換器２に運ぶ。炭化水素原料は、有利には天然ガスであってもよく、別の炭化水素であってもよい。いくつかの実施形態において、炭化水素原料は、液体であり、加熱されて、ガス又は蒸気になる。いくつかの実施形態において、炭化水素原料をガスとして導入する。ライン１内の原料は、熱交換器２におけるライン３８内のガスに対して予熱される。ライン３８内のガスは、メタン合成ユニット（以下に説明する）からの排ガスであるか、又は別の方法からの若しくはシステムの別のコンポーネントからの排ガスであることができる。
【0009】
ライン３は、予熱された原料を熱交換器２からヒーター４に運び、予熱された原料は、そこで脱硫に適した温度に更に予熱される。ライン５は、予熱された原料をヒーター４から脱硫ユニット６に運び、原料はそこで脱硫される。ライン７は、脱硫原料を脱硫ユニット６からライン８に運び、原料は、そこでライン１３からの水蒸気と混合する。
ライン９は、ボイラー供給水を熱交換器１０に運び、ボイラー供給水は、そこでライン３９内のガスに対して予熱される。いくつかの実施形態において、ライン３９内のガスは、排ガスであるか、メタン合成ユニットからの出口／排ガスであるか、又は別の供給源からのものであり得る。ライン１１は、予熱されたボイラー供給水を熱交換器１０からボイラー１２に運び、予熱されたボイラー供給水は、そこで水蒸気になる。ライン１３は、水蒸気をボイラー１２からライン８に運び、水蒸気は、そこでライン７からの原料と混合して、混合原料（例えば、脱硫された炭化水素及び水蒸気を含む）を形成する。
ライン８は、混合原料をライン７及び１３から水蒸気改質反応器１４に運び、混合原料を、そこで水素及び炭素酸化物を含む合成ガスに転化する。水蒸気改質反応器１４は、炉１５によって加熱される。水蒸気改質反応器１４は、例えば、「Ｂａｙｏｎｅｔ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅａｃｔｏｒ」と題する、２０２０年７月３日に出願された米国出願番号１６／９２０，５６２に記載の水蒸気改質反応器であってもよく、それらの全体の内容が参照として本明細書に含まれる。いくつかの実施形態において、水蒸気改質反応器は、別のタイプの水蒸気改質反応器であり得る。
ライン９は、ボイラー供給水を熱交換器１０に運び、ボイラー供給水は、そこでライン３９内のガスに対して予熱される。いくつかの実施形態において、ライン３９内のガスは、排ガスであるか、メタン合成ユニットからの出口／排ガスであるか、又は別の供給源からのものであり得る。ライン１１は、予熱されたボイラー供給水を熱交換器１０からボイラー１２に運び、予熱されたボイラー供給水は、そこで水蒸気になる。ライン１３は、水蒸気をボイラー１２からライン８に運び、水蒸気は、そこでライン７からの原料と混合して、混合原料（例えば、脱硫された炭化水素及び水蒸気を含む）を形成する。
ライン８は、混合原料をライン７及び１３から水蒸気改質反応器１４に運び、混合原料を、そこで水素及び炭素酸化物を含む合成ガスに転化する。水蒸気改質反応器１４は、炉１５によって加熱される。水蒸気改質反応器１４は、例えば、「Ｂａｙｏｎｅｔ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅａｃｔｏｒ」と題する、２０２０年７月３日に出願された米国出願番号１６／９２０，５６２に記載の水蒸気改質反応器であってもよく、それらの全体の内容が参照として本明細書に含まれる。いくつかの実施形態において、水蒸気改質反応器は、別のタイプの水蒸気改質反応器であり得る。
【0010】
ライン１６は、合成ガスを水蒸気改質反応器１４から熱交換器１７に運び、合成ガスは、そこで、加熱される流れに対して冷却される。加熱される流れは、流れ１、３、９、１１、４７、６０、２６、５４若しくは３３、又は他の流れ若しくは流体のいずれかであってもよい。ライン１８は、冷却された合成ガスを熱交換器１７から扇風機１９に運ぶ。
扇風機１９又は合成ガスを冷却するための他の類似装置において、合成ガスを周囲空気又は水に対して冷却し、合成ガス中の水蒸気の一部が凝縮する。ライン２０は、冷却した合成ガスを水の除去ユニット（water knock out unit）２１に運び、凝縮した水蒸気（液体水の形態で）は、そこで、残りの合成ガスから分離される。凝縮した水蒸気は、ライン２２によってメタノール製造ユニット又はシステムから排出される。
ライン２３は、除湿された合成ガスを水の除去ユニット２１から水素分離ユニット２４に運び、合成ガスの一部は、そこで、水素リッチ流２５と補給用合成ガス流２９とに分離される。水素分離ユニット２４は、合成ガス中の他の種よりも水素に対してより高い透過性を有する膜であってもよく、例えば、蒸留塔又は分子篩などの異なるタイプの分離ユニットであってもよい。ライン２５は、水素リッチ流を水素分離ユニット２４からバーナー２６に運び、いくつかの実施形態において、バーナー２６は、熱交換器付バーナ（recuperative burner）であることができる。水素リッチ流は、炉１５から出た燃焼生成物に対して予熱され、予熱された酸化剤、例えば、空気と一緒に燃焼して炉１５に熱を与える。
扇風機１９又は合成ガスを冷却するための他の類似装置において、合成ガスを周囲空気又は水に対して冷却し、合成ガス中の水蒸気の一部が凝縮する。ライン２０は、冷却した合成ガスを水の除去ユニット（water knock out unit）２１に運び、凝縮した水蒸気（液体水の形態で）は、そこで、残りの合成ガスから分離される。凝縮した水蒸気は、ライン２２によってメタノール製造ユニット又はシステムから排出される。
ライン２３は、除湿された合成ガスを水の除去ユニット２１から水素分離ユニット２４に運び、合成ガスの一部は、そこで、水素リッチ流２５と補給用合成ガス流２９とに分離される。水素分離ユニット２４は、合成ガス中の他の種よりも水素に対してより高い透過性を有する膜であってもよく、例えば、蒸留塔又は分子篩などの異なるタイプの分離ユニットであってもよい。ライン２５は、水素リッチ流を水素分離ユニット２４からバーナー２６に運び、いくつかの実施形態において、バーナー２６は、熱交換器付バーナ（recuperative burner）であることができる。水素リッチ流は、炉１５から出た燃焼生成物に対して予熱され、予熱された酸化剤、例えば、空気と一緒に燃焼して炉１５に熱を与える。
【0011】
ライン２７は、周囲空気をバーナー２６に運び、空気は、そこで炉１５から出た燃焼生成物に対して予熱され、ライン２５からの水素と一緒に燃焼して燃焼生成物を形成する。燃焼生成物は、バーナー２６を介して炉１５から排出され、ライン２５からの水素及びライン２７からの空気に対して冷却される。ライン２８は、冷却された燃焼生成物を炉１５から運ぶ。いくつかの実施形態において、水素リッチ流は、その後の販売若しくは使用のために貯蔵ユニットに送ることができるか、又は別の用途で使用するための別のシステムに供給することができる。
ライン２９は、補給用合成ガス流を水素分離ユニット２４から圧縮機３０に運び、そこで補給用合成ガスは圧縮される。ライン３１は、圧縮機３０からの圧縮された補給用合成ガスと、ライン４６からの戻り合成ガスの原料とを更なる圧縮機３２に運び、そこで、合わせた原料は圧縮される。ライン３３は、圧縮された合わせた原料を圧縮機３２から熱交換器３４に運び、原料は、そこで、ライン４０内のプロセスガスに対して加熱される。ライン３５は、加熱された原料を熱交換器３４からメタノール合成反応器３６に運び、原料の一部は、触媒上でメタノールに転化される。
ライン２９は、補給用合成ガス流を水素分離ユニット２４から圧縮機３０に運び、そこで補給用合成ガスは圧縮される。ライン３１は、圧縮機３０からの圧縮された補給用合成ガスと、ライン４６からの戻り合成ガスの原料とを更なる圧縮機３２に運び、そこで、合わせた原料は圧縮される。ライン３３は、圧縮された合わせた原料を圧縮機３２から熱交換器３４に運び、原料は、そこで、ライン４０内のプロセスガスに対して加熱される。ライン３５は、加熱された原料を熱交換器３４からメタノール合成反応器３６に運び、原料の一部は、触媒上でメタノールに転化される。
【0012】
メタノール合成反応器からの排出物（outlet）は、メタノール、メタン、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2（相対的少量で）、及び他の可能な種を含むことができる混合物である。ライン３７は、メタノールを含む排出混合物（outlet mixture）を合成反応器からライン３８と３９に運ぶ。ライン３８は、混合物の一部を、ライン３７から熱交換器２を通って（そこで、混合物は、ライン１からの原料に対して冷却される）、ライン４０に運ぶ。ライン３９は、混合物の一部を、ライン３７から熱交換器１０を通って（そこで、混合物は、ライン９からの水に対して冷却される）、ライン４０に運ぶ。ライン４０は、混合物をライン３８と３９から熱交換器３４に運び、混合物は、そこで、ライン３３からの原料に対して冷却される。ライン４１は、冷却された混合物を熱交換器３４から熱交換器４２に運び、混合物は更に冷却される。ライン４３は、そこで、冷却された混合物を熱交換器４２から蒸留塔４４に運び、混合物は、メタノールリッチ流４５とメタノールに乏しい流れ４６とに分離される。ライン４５は、メタノールリッチ流を精製ユニットに運び、メタノールリッチ流は、そこでより高濃度のメタノールに更に精製されるか、又は貯蔵ユニットに送られるか若しくは別の用途で使用するために送られる。メタノールに乏しい流は、温室ガスとして環境中への直接放出が望ましくない炭素種（例えば、ＣＨ4、ＣＯ、ＣＯ2）、又は有利に使用若しくは隔離される炭素種を含むことができる。
【0013】
ライン４６は、再循環ガスとして、メタノールに乏しい流れ又は混合物の第１部分を蒸留塔４４からライン３１に運び、再循環合成ガスは、そこで、圧縮機３０からの補給用合成ガスと混合する。ライン４７は、メタノールに乏しい流れの第２部分をライン４６から加圧型ヒーター４８に運び、そこで、第２部分の一部は加熱され、ライン５２に至る。
システムは、メタノールに乏しいライン４７において、炭素を含まない種から炭素を含む種を分離する分離ユニット（図示しない）を含むことができる。例えば、窒素気体、酸素気体、及び水素気体は、炭素を含む種から分離することができる。窒素、水素、酸素、及び炭素を含まない種は、ライン５２に分離することができ、炭素を含む種は、ライン４９に分離することができる。ライン４９は、第２部分の加熱された部分をヒーター４８からターボ膨張機５０に運び、混合物は、そこで、シャフト又は発電機５１などに作業を行うために膨張する。ライン６５は、膨張した混合物をターボ膨張機５０からライン８に運び、再循環原料として水蒸気改質反応器１４に至る。第２のテールガス流４７又はＳＭＲ再循環流の流速は、例えば、バルブ、スロットル、レデューサー、フローコンストリクター、又は他の類似装置を使用することにより、テールガスのメタン含有量が所定の濃度を超えないように調整することができる。
システムは、メタノールに乏しいライン４７において、炭素を含まない種から炭素を含む種を分離する分離ユニット（図示しない）を含むことができる。例えば、窒素気体、酸素気体、及び水素気体は、炭素を含む種から分離することができる。窒素、水素、酸素、及び炭素を含まない種は、ライン５２に分離することができ、炭素を含む種は、ライン４９に分離することができる。ライン４９は、第２部分の加熱された部分をヒーター４８からターボ膨張機５０に運び、混合物は、そこで、シャフト又は発電機５１などに作業を行うために膨張する。ライン６５は、膨張した混合物をターボ膨張機５０からライン８に運び、再循環原料として水蒸気改質反応器１４に至る。第２のテールガス流４７又はＳＭＲ再循環流の流速は、例えば、バルブ、スロットル、レデューサー、フローコンストリクター、又は他の類似装置を使用することにより、テールガスのメタン含有量が所定の濃度を超えないように調整することができる。
【0014】
ライン５２は、メタノールに乏しい流れの第３部分を、炭素を含まない種を分離する分離ユニットからのライン４７から、バーナー５３（熱交換器付高圧型バーナー（recuperative high-pressure burner）など）に運び、そこで、第２部分の残りは、ヒーター４８からの燃焼生成物に対して予熱され、ライン５４からの空気と一緒に燃焼する。第３のテールガス流５２（いくつかの実施形態において、窒素パージ流を構成する）の流速は、テールガスの窒素含有量が所定の濃度を超えないように調整することができる。ライン５５は、周囲空気を圧縮機５６に運び、そこで、空気は圧縮される。ライン５４は、圧縮された空気を圧縮機５６からバーナー５３に運び、そこで、圧縮された空気は、ヒーター４８からの燃焼生成物に対して加熱され、ライン５２からのメタノールに乏しい流れと一緒に燃焼して燃焼生成物を形成する。バーナー５３において形成された燃焼生成物は、ヒーター４８を循環して、バーナー５３を通過してヒーター４８から排出され、ライン５２からのメタノールに乏しい流れ及びライン５４からの空気に対して冷却される。ライン５７は、冷却された燃焼生成物をバーナー５３からスクラバーなどの二酸化炭素分離ユニット５８に運び、そこで、二酸化炭素は、高圧において燃焼生成物から分離される。ライン５９は、メタノール製造システムから分離された二酸化炭素を運ぶ。
【0015】
ライン６０は、脱炭された燃焼生成物を二酸化炭素分離ユニットからヒーター４８に運び、そこで、燃焼生成物は加熱される。ライン６１は、加熱された、脱炭された燃焼生成物をヒーター４８からターボ膨張機６２に運び、そこで、燃焼生成物は、発電機又はシャフト６３などに作業を行うために膨張する。ライン６４は、膨張した、脱炭された燃焼生成物をメタノール製造システムから運ぶ。
破線で示されている合成ループ内のラインにおける圧力は、いくつかの実施形態において、好ましくは５０バール超であり得る。実線で示されているプロセスガスラインの圧力は、いくつかの実施形態において、好ましくは２０バール超であり得る。点線で示されているライン２７、２８、５５及び６４の圧力は、いくつかの実施形態において、好ましくは大気圧に近い圧力である。
破線で示されている合成ループ内のラインにおける圧力は、いくつかの実施形態において、好ましくは５０バール超であり得る。実線で示されているプロセスガスラインの圧力は、いくつかの実施形態において、好ましくは２０バール超であり得る。点線で示されているライン２７、２８、５５及び６４の圧力は、いくつかの実施形態において、好ましくは大気圧に近い圧力である。
【0016】
図２は、グリーンメタノールの製造を実施するメタノール製造ユニットの実施形態を示す。図２のいくつかのライン、コンポーネント及び特徴は、図１について説明したものと同様であり得る。ライン及び／又はコンポーネントが同様であり得る場合、同じ参照番号を使用している。同様のコンポーネントの図１の説明は、図２のコンポーネントに適用することができる。
図２において、ライン１は、炭化水素原料を熱交換器２に運び、原料は、そこで、ライン３７内のガスに対して予熱される。
ライン３は、予熱された原料を熱交換器２から脱硫ユニット６に運び、原料はそこで、脱硫される。ライン８は、脱硫原料を脱硫ユニット６から運ぶ。
ライン９は、ボイラー供給水をボイラー１７に運び、そこで、ボイラー供給水は、ライン１６内の合成ガスに対して水蒸気になる。ライン１３は、水蒸気をボイラー１７からライン８に運び、そこで、水蒸気は、ライン８からの原料と混合して混合原料を形成する。ライン４９も、ライン８と混合し、混合原料の一部となる。ライン４９のコンポーネントについての説明は、以下のとおりである。
ライン８は、混合原料を水蒸気改質反応器１４に運び、そこで、混合原料は、水素及び炭素酸化物を含む合成ガスに転化される。水蒸気改質反応器１４は、炉１５により加熱される。
図２において、ライン１は、炭化水素原料を熱交換器２に運び、原料は、そこで、ライン３７内のガスに対して予熱される。
ライン３は、予熱された原料を熱交換器２から脱硫ユニット６に運び、原料はそこで、脱硫される。ライン８は、脱硫原料を脱硫ユニット６から運ぶ。
ライン９は、ボイラー供給水をボイラー１７に運び、そこで、ボイラー供給水は、ライン１６内の合成ガスに対して水蒸気になる。ライン１３は、水蒸気をボイラー１７からライン８に運び、そこで、水蒸気は、ライン８からの原料と混合して混合原料を形成する。ライン４９も、ライン８と混合し、混合原料の一部となる。ライン４９のコンポーネントについての説明は、以下のとおりである。
ライン８は、混合原料を水蒸気改質反応器１４に運び、そこで、混合原料は、水素及び炭素酸化物を含む合成ガスに転化される。水蒸気改質反応器１４は、炉１５により加熱される。
【0017】
ライン１６は、合成ガスを水蒸気改質反応器１４から熱交換器１７に運び、そこで、合成ガスは、流れ９に対して冷却される。図２では、ライン１６内の合成ガスが流れ９に対して冷却されることが示されているものの、ライン１６内の熱い合成ガスを使用して、流れ１、３、９、１１、４７、６０、２６、５４若しくは３３、又は別の流れ若しくは流体のいずれかを加熱することができる。ライン１８は、冷却された合成ガスを熱交換器１７から扇風機１９に運ぶ。
扇風機１９又は合成ガスを冷却するための他の類似装置において、合成ガスを周囲空気又は水に対して冷却し、合成ガス中の水蒸気の一部は凝縮する。ライン２０は、冷却した合成ガスを水の除去ユニット２１に運び、そこで、凝縮した水蒸気（液体の水の形態で）は、残りの合成ガスから分離される。凝縮した水蒸気は、ライン２２を介してシステムから排出される。
ライン２３は、除湿された合成ガスを水の除去ユニット２１から水素分離ユニット２４に運び、そこで、合成ガスの一部は、水素リッチ流２５と補給用合成ガス流２９とに分離される。水素分離ユニット２４は、合成ガス中の他の種よりも水素に対してより高い透過性を有する膜であってもよく、例えば、蒸留塔若しくは分子篩などの異なるタイプの分離ユニットであってもよい。ライン２５は、水素リッチ流を水素分離ユニット２４からバーナー２６に運び、そこで、いくつかの実施形態において、バーナー２６は、熱交換器付バーナであり得る。水素リッチ流は、炉１５から出た燃焼生成物に対して予熱され、予熱された酸化剤、例えば、空気と一緒に燃焼して炉１５に熱を与える。
扇風機１９又は合成ガスを冷却するための他の類似装置において、合成ガスを周囲空気又は水に対して冷却し、合成ガス中の水蒸気の一部は凝縮する。ライン２０は、冷却した合成ガスを水の除去ユニット２１に運び、そこで、凝縮した水蒸気（液体の水の形態で）は、残りの合成ガスから分離される。凝縮した水蒸気は、ライン２２を介してシステムから排出される。
ライン２３は、除湿された合成ガスを水の除去ユニット２１から水素分離ユニット２４に運び、そこで、合成ガスの一部は、水素リッチ流２５と補給用合成ガス流２９とに分離される。水素分離ユニット２４は、合成ガス中の他の種よりも水素に対してより高い透過性を有する膜であってもよく、例えば、蒸留塔若しくは分子篩などの異なるタイプの分離ユニットであってもよい。ライン２５は、水素リッチ流を水素分離ユニット２４からバーナー２６に運び、そこで、いくつかの実施形態において、バーナー２６は、熱交換器付バーナであり得る。水素リッチ流は、炉１５から出た燃焼生成物に対して予熱され、予熱された酸化剤、例えば、空気と一緒に燃焼して炉１５に熱を与える。
【0018】
ライン２７は、周囲空気をバーナー２６に運び、空気は、そこで、炉１５から出た燃焼生成物に対して予熱され、ライン２５からの水素と一緒に燃焼して燃焼生成物を形成する。燃焼生成物は、バーナー２６を介して炉１５から排出され、ライン２５からの水素及びライン２７からの空気に対して冷却される。ライン２８は、冷却された燃焼生成物を炉１５から運ぶ。いくつかの実施形態において、水素リッチ流は、その後の販売若しくは使用のために貯蔵ユニットに送ることができるし、又は別の用途で使用するための別のシステムに供給することができる。
ライン２９は、補給用合成ガス流を水素分離ユニット２４から圧縮機３０に運び、そこで補給用合成ガスは圧縮される。ライン３１は、圧縮機３０からの圧縮された補給用合成ガスと、ライン４６（後述する）からの戻り合成ガスの原料とを更なる圧縮機３２に運び、合わせた原料はそこで圧縮される。ライン３３は、圧縮された合わせた原料を圧縮機３２から熱交換器３４に運び、そこで、原料は、ライン４０内のプロセスガスに対して加熱される。ライン３５は、加熱された原料を熱交換器３４からメタノール合成反応器３６に運び、そこで、原料の一部は、触媒上でメタノールに転化される。
メタノール合成反応器からの排出物は、メタノール、メタン、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2（相対的少量で）、及び他の可能な種を含むことができる混合物である。ライン３７は、メタノールを含む排出混合物を合成反応器からライン３８に運ぶ。ライン３８は、混合物を、ライン３７から熱交換器２を通って（そこで、混合物は、ライン１からの原料に対して冷却される）、ライン４０に運ぶ。ライン４０は、混合物をライン３８から熱交換器３４に運び、そこで、混合物は、ライン３３からの原料に対して冷却される。
ライン２９は、補給用合成ガス流を水素分離ユニット２４から圧縮機３０に運び、そこで補給用合成ガスは圧縮される。ライン３１は、圧縮機３０からの圧縮された補給用合成ガスと、ライン４６（後述する）からの戻り合成ガスの原料とを更なる圧縮機３２に運び、合わせた原料はそこで圧縮される。ライン３３は、圧縮された合わせた原料を圧縮機３２から熱交換器３４に運び、そこで、原料は、ライン４０内のプロセスガスに対して加熱される。ライン３５は、加熱された原料を熱交換器３４からメタノール合成反応器３６に運び、そこで、原料の一部は、触媒上でメタノールに転化される。
メタノール合成反応器からの排出物は、メタノール、メタン、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2（相対的少量で）、及び他の可能な種を含むことができる混合物である。ライン３７は、メタノールを含む排出混合物を合成反応器からライン３８に運ぶ。ライン３８は、混合物を、ライン３７から熱交換器２を通って（そこで、混合物は、ライン１からの原料に対して冷却される）、ライン４０に運ぶ。ライン４０は、混合物をライン３８から熱交換器３４に運び、そこで、混合物は、ライン３３からの原料に対して冷却される。
【0019】
ライン４１は、冷却された混合物を熱交換器３４から熱交換器４２に運び、そこで、混合物は更に冷却される。ライン４３は、冷却された混合物を熱交換器４２から蒸留塔４４に運び、そこで、混合物は、メタノールリッチ流４５とメタノールに乏しい流れ４６とに分離される。ライン４５は、メタノールリッチ流を精製ユニットに運び、そこで、メタノールリッチ流は、より高濃度のメタノールに更に精製されるか、又は貯蔵ユニットに送られるか若しくは別の用途のために使用される。
メタノールに乏しい流れは、温室効果ガスとして環中へ直接放出することが望ましくない炭素種（例えば、ＣＨ4、ＣＯ、ＣＯ2）、又は有利に使用若しくは隔離される炭素種を含み得る。
ライン４６は、再循環ガスとして、メタノールに乏しい流れ又は混合物の第１部分を蒸留塔４４からライン３１に運び、そこで、再循環合成ガスは、圧縮機３０からの補給用合成ガスと混合する。
ライン４７は、メタノールに乏しい流れの第２部分をライン４６から分離器７０に運び、そこで、第２部分は、比較的高濃度の窒素又は合成方法に対して不活性な他のガスを含むパージ流と、比較的低濃度の窒素又は合成方法に対して不活性な他の種を含むＳＭＲ再循環流とに分離される。分離器は、任意の種類であってもよく、蒸留塔、吸着材、又は吸収材が挙げられる。
メタノールに乏しい流れは、温室効果ガスとして環中へ直接放出することが望ましくない炭素種（例えば、ＣＨ4、ＣＯ、ＣＯ2）、又は有利に使用若しくは隔離される炭素種を含み得る。
ライン４６は、再循環ガスとして、メタノールに乏しい流れ又は混合物の第１部分を蒸留塔４４からライン３１に運び、そこで、再循環合成ガスは、圧縮機３０からの補給用合成ガスと混合する。
ライン４７は、メタノールに乏しい流れの第２部分をライン４６から分離器７０に運び、そこで、第２部分は、比較的高濃度の窒素又は合成方法に対して不活性な他のガスを含むパージ流と、比較的低濃度の窒素又は合成方法に対して不活性な他の種を含むＳＭＲ再循環流とに分離される。分離器は、任意の種類であってもよく、蒸留塔、吸着材、又は吸収材が挙げられる。
【0020】
ライン４９は、ＳＭＲ再循環流を分離器７０からライン８に運び、そこで、ＳＭＲ再循環流は、ユニット６からの脱硫原料と混合する。ＳＭＲ再循環ガスは、ＣＨ4、ＣＯ、及び／又はＣＯ2を含むことができる。
ライン５２は、パージガスを分離器７０からライン２５に運び、そこで、パージガスは、ライン２５において水素リッチガスと混合し、燃料としてバーナー２６に運ばれ、そこで燃焼する。パージガスは、水素と、より高濃度の窒素気体及び水素気体とを含むことができるが、炭素を含む種は、分離器７０において最小化、削減、又は除去されている。
本発明の他の利点及び他の実施形態は、当業者にとって明らかであろう。本明細書から本発明の他の利点及び他の実施形態を省略したことは、それらを本願の特許請求の範囲から除外することを意図していない。
本明細書に説明されている方法により、炭素を環境に排出する必要性又は炭素スクラバーの必要性を低減、最小化、又は排除することができる。テールガスをメタノール合成ユニット及び蒸留塔を通して再循環することにより、１回目のパスからの未反応の炭素種は、２回目以降のパスで、メタノール合成ユニット３６及び蒸留塔を通して反応することができ、そこで、メタノールをシステムから分離して除去することができる。テールガスの一部を水蒸気改質ユニットを通して再循環することにより、１回目のパスからの未反応のメタンは、２回目以降のパスで、水蒸気改質ユニット１４において反応することができる。パージガスをシステムから排出することにより、窒素などの不活性ガスの蓄積を管理することができる。
ライン５２は、パージガスを分離器７０からライン２５に運び、そこで、パージガスは、ライン２５において水素リッチガスと混合し、燃料としてバーナー２６に運ばれ、そこで燃焼する。パージガスは、水素と、より高濃度の窒素気体及び水素気体とを含むことができるが、炭素を含む種は、分離器７０において最小化、削減、又は除去されている。
本発明の他の利点及び他の実施形態は、当業者にとって明らかであろう。本明細書から本発明の他の利点及び他の実施形態を省略したことは、それらを本願の特許請求の範囲から除外することを意図していない。
本明細書に説明されている方法により、炭素を環境に排出する必要性又は炭素スクラバーの必要性を低減、最小化、又は排除することができる。テールガスをメタノール合成ユニット及び蒸留塔を通して再循環することにより、１回目のパスからの未反応の炭素種は、２回目以降のパスで、メタノール合成ユニット３６及び蒸留塔を通して反応することができ、そこで、メタノールをシステムから分離して除去することができる。テールガスの一部を水蒸気改質ユニットを通して再循環することにより、１回目のパスからの未反応のメタンは、２回目以降のパスで、水蒸気改質ユニット１４において反応することができる。パージガスをシステムから排出することにより、窒素などの不活性ガスの蓄積を管理することができる。
【0021】
特定の好ましい実施形態に関して本発明を説明してきたが、別の実施形態の様々な特徴を組み合わせて、明示的に説明していない追加の実施形態を形成することができる。また、本開示に接した当業者にとって明らかである他の実施形態も、本開示の範囲内に含まれる。さらに、本技術を実施するために、必ずしもすべての特徴、観点、利点が必要な訳ではない。したがって、上記の詳細な説明は、様々な実施形態に適用される本技術の新規な特徴を示し、説明し、及び指摘している一方で、具体的に説明した装置又は方法の形態及び詳細における様々な省略、置換及び変更は、本開示の精神又は範囲から逸脱することなく、本技術の当業者によって行うことができるものであることを理解されたい。本技術は、本明細書において明示的に説明されていない他の特定の形態で具体化することができる。上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示であり、いかなる形でも限定するものではないと考えられるべきである。
【図1】
【図2】
【国際調査報告】