JP2020073688A - 都市固形廃棄物（ｍｓｗ）原料に由来する高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体の製造プロセス - Google Patents

Abstract

【課題】都市固形廃棄物（ＭＳＷ）を燃料に転化するためのプロセス、システム、及び設備を提供する。【解決手段】比較的高濃度の（植物由来の）生物起源炭素及び比較的低濃度の（化石資源由来の）非生物起源炭素を含む都市固形廃棄物（ＭＳＷ）原料の有機部分に由来する高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体を製造するプロセスであって、フィッシャー−トロプシュ液体の生物起源含量は、原料の生物起源含量と同じである、プロセス。【選択図】図１

Description

主題は、一般に、都市固形廃棄物（ＭＳＷ）を燃料に転化するためのプロセス、システム、及び設備に関する。

都市固形廃棄物（ＭＳＷ）には、自治体によって処分された全ての固形物が含まれる。この廃棄物の一部はリサイクルされるが、その大部分は典型的に、埋立地に投棄され、そこで何十年か何世紀にもわたって分解される。都市固形廃棄物は、エネルギー含量を有する有機物を含むことが認識されている。ＭＳＷを未処理のまま埋立地に放置すると、バクテリアによるプロセスによって埋立地からエネルギー含量が徐々に排出され得、それは、濃縮されたエネルギーを消散させるだけでなく、強い温室効果ガスであるメタンも製造する。幾つかの埋立地では、燃料に使用され得るメタンを収集しようとしている；しかしながら、メタンへの転化は長い時間スケールで行われ、ＭＳＷの利用可能なエネルギー含量の多くを回収するにはむしろ非効率的である。

ＭＳＷからエネルギーを回収する昔の方法は、焼却である。焼却には、ＭＳＷ又はごみ固形燃料（ＲＤＦ）を燃焼させて熱を生成することが含まれ、それは典型的に、タービンを駆動して電気を生成する。焼却の副産物には、フライアッシュ、ボトムアッシュ、及び硫黄化合物、温室効果ガスであるＣＯ_２、酸性ガス、並びに金属、金属化合物及び微粒子を含む汚染物質を含む煙道ガスが含まれる。回収された場合のフライアッシュ及びボトムアッシュは、典型的に埋立地で捨てられる。

ＭＳＷからエネルギーを回収する別の方法は、熱分解である。熱分解は、ＭＳＷの有機部分を、熱的に不安定な化合物が他の化合物に化学的に分解されるポイントまで加熱することを伴う。それらの化合物は他の揮発性成分と混合して、典型的にタール、アルケン、芳香族炭化水素、硫黄化合物、蒸気、及び二酸化炭素を含む熱分解ガスを形成する。熱分解からの固形残留物には、コークス（残留炭素）が含まれ、これは燃焼させるか、又はガス化原料として使用することができる。

ＭＳＷからエネルギーを回収する関連する方法は、ガス化である。ガス化は、ＭＳＷの少なくとも一部を、主に一酸化炭素、二酸化炭素、及び水素からなる合成ガス（「シンガス」）に転化することを伴う。ガス化技術は１９世紀から存在し、当時は、石炭及び泥炭を「都市ガス」にガス化して、料理、加熱及び照明に使用される一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ_４）及び水素（Ｈ_２）の可燃混合物を提供していた。第１次及び第２次世界大戦の間は、バイオマス及び石炭ガス化器を使用してＣＯ及びＨ_２を製造し、輸送の必要性を満たしていた。場合によっては、フィッシャー−トロプシュプロセスを用いて、シンガスの一部を液体輸送燃料に直接転化することもあった。

ガス化はＭＳＷに直接適用されてきたが、他の場合には、ＭＳＷは最初に熱分解され、その後二次ガス化プロセスにさらされる。ＭＳＷのガス化には、一般に、リサイクル可能物質及びエネルギー含量の低い又はエネルギー含量を有さないその他の物質を除去する機械的処理ステップが含まれる。次いで、処理されたＭＳＷ原料は、（少なくともいくらかの酸素及び場合によっては蒸気を含む）ガス化剤の存在下で、ガス化器で加熱される。ガス化器は、多くの形状を有することができる。例えば、固定床ガス化器は、原料を固定床に置き、次にそれを向流（「上向き通風」）又は並流（「下向き通風」）の何れかでガス化剤の流れと接触させる。また、ガス化器は、流動床反応器を使用してもよい。

ＭＳＷをガス化する別の方法は、酸素の存在下での高温プラズマによる処理である。このようなシステムは、ＭＳＷをシンガスに転化し、ガラス化した廃棄物及び金属を副生成物として残すことがある。

炭化水素を合成燃料として生成するための、シンガスを合成燃料に転化する既知の方法は、触媒的フィッシャー−トロプシュ（Ｆ−Ｔ）プロセスである。このプロセスは、液体輸送燃料を製造するためにさらに精製され得る炭化水素の混合物を製造する。

温室効果ガスの多くの有害な影響がますます文書化されるにつれ、化石燃料、特に石油及び石炭由来の燃料源からのエネルギー生産を削減する必要性は明らかである。化石燃料の使用の削減を助長するために、政府は化石燃料源ではなく再生可能な有機資源に由来する燃料の使用を促進している。

米国環境保護庁（ＥＰＡ）は、再生可能燃料基準（「ＲＦＳ」）を命じており、その下でセルロース系燃料は、義務付けられた団体（例えば精製所など）のコンプライアンスクレジットの一形態であるセルロースＲＩＮ（再生可能識別番号）を生成する。ＲＦＳの下では、義務付けられた団体は、セルロース燃料を化石由来の燃料に混ぜる必要がある。

燃料の生物起源含有率を決定するために、ＵＳＥＰＡは、放射性炭素年代測定法を用いる試験を要求する。より具体的には、現在のＵＳＥＰＡ規則は、セクション８．１４２６（ｆ）（９）で、燃料の再生可能部分を決定するための放射性炭素年代測定を行うために、団体にＡＳＴＭ Ｄ ６８６６の方法Ｂ又は方法Ｃを使用するよう要求する。

本開示は、一般に、ＭＳＷに含まれるような有機物を燃料に転化するプロセス及び方法に関する。より具体的には、本開示は、比較的高濃度の（植物に由来する）生物起源炭素及び比較的低濃度の他の非炭素物質を伴う（化石資源に由来する）非生物起源炭素を含む都市固形廃棄物（ＭＳＷ）原料の有機部分に由来する高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体及びそれぞれのアップグレードされた燃料生成物を製造するプロセスに関する。実際には、比較的高濃度の生物起源炭素は、約８０％までの生物起源炭素である。特に注目すべきは、高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体が、ＭＳＷ由来の原料と同じ比較的高濃度の生物起源炭素を含むことである。

添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書に開示された発明の１つ以上の例示的な実施形態を示し、詳細な説明とともに、それらの発明の原理及び例示的な実施を説明する役割を果たす。当業者は、図面が例示的なものに過ぎず、本開示に基づいて、この分野の知識に照らしてその中の描写を適合させることができることを理解するであろう。

図示された実施形態への追加及び変更を含む、本発明の様々な実施形態は、本明細書では、ＭＳＷ廃棄物由来の原料を燃料に転化するという文脈で記載される。

比較的高濃度の生物起源炭素及び比較的低濃度の他の非炭素物質を伴う非生物起源炭素を含む都市固形廃棄物（ＭＳＷ）原料に由来する高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体を製造するための全体システムの一実施形態を示す図である。 ガス化アイランドの一実施形態の一例を示す図である。 シンガス調整システムの一実施形態の一例を示す図である。 シンガス調整システムの一実施形態の一例を示し、図３Ａの続きを示す図である。 ＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ除去システムの一実施形態の一例を示す図である。 ＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ除去システムの別の実施形態の一例を示す図である。 Ｆ−Ｔ液体を生成するためのシステムの一実施形態の一例を示す図である。 図５のシステムから精製されたＦ−Ｔ液体を製造するためのシステムの一実施形態の一例を示す図である。 図５のシステムから精製されたＦ−Ｔ液体を製造するためのシステムの一実施形態の一例を示し、図６Ａの続きを示す図である。

当業者であれば、以下の詳細な説明は例示的なものに過ぎず、限定する意図ではないことを理解するであろう。本発明の他の実施形態は、関連技術において知られていることに照らして、本開示の恩恵を受ける当業者には容易に示唆されるであろう。

明瞭化のために、本明細書に記載された例示的な実施の所定の特徴の全てが示され、説明されるわけではない。当然のことながら、そのような実際の実施の開発では、開発者の特定の目標を達成するために、実施固有の様々な決定を行う必要がある。特定の目標には、規制、安全、社会、環境、健康、及びビジネスに関連する制約への準拠が含まれる；これらの特定の目標は、実施毎に、また開発者毎に変化するだろう。

本開示を通じて、関連する用語は、関連技術において確立された典型的な意味と一致して理解されるべきである。しかしながら、本開示の範囲を限定することなく、以下に示すように、関連する用語及び概念のためにさらなる明確化及び説明が提供される。

本明細書で使用される用語「都市固形廃棄物（ＭＳＷ）」は、その用語が当業者によって理解されるのと同じ意味を有する。ＭＳＷの一例は、商業用及び家庭用ゴミの収集から得られる固形廃棄物である。その未加工の形態では、ＭＳＷは完全に固形である必要はないが、なぜなら、同伴又は吸収された液体、あるいは容器又は他の閉鎖空間内の液体を含み得るからである。当業者は、ＭＳＷが広範囲の組成を有し、ＭＳＷの供給源は必ずしも自治体からである必要はないことを理解するであろう。本開示の目的上、他の有機廃棄物及び栄養物質などの様々なバイオマス物質は、ＭＳＷと同等であり得る。

本明細書で使用される用語「流れ」は、任意の流体又は固体がある場所から別の場所まで直接的又は間接的に移動するか、又はその途中であることを意味する。流れは、一時的に静止していても依然として流れである。

流れ又は物質の「部分」への言及は、流れ又は物質全体を含む流れ又は物質の任意の部分を指す。流れ又は物質の部分は、他の物質組成物と混合されてもよく、その混合物は、元の流れ又は物質の部分を含むと考えられるだろう。

本明細書で使用される用語「流体連通状態」には、直接的、及び、例えば中間処理ユニットを介するなど間接的な流体連通の両方が含まれる。

本明細書で使用される用語「ユニット」は、システムの一部を意味し、例えば、ユニット運転、ユニット運転のシステム又はグループ、プラントなどを含むことができる。

本明細書で使用される用語「シンガス（合成ガス）」は、その用語が当業者によって使用されるのと同じ意味を有する。例えば、シンガスは、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、及び場合によっては、これらに限定されないが、水蒸気、硫黄又は窒素含有化合物、メタン及び他のアルカン、炭化水素、酸性ガス、ハロゲン及び微粒子などの他の成分の組み合わせを含むことができる。

本明細書で使用される用語「分離器」は、分離プロセスを行うための任意の処理ユニットを指す。状況に応じて、分離器は、蒸留塔、膜分離システム、イオン交換吸着システム、熱吸着、圧力スイング吸着、モレキュラーシーブ、フラッシュドラム、吸収又は吸着塔、湿式スクラバ、ベンチュリスクラバ、遠心分離機、クロマトグラフ、又は晶析装置を含むことができる。分離器は、液体から蒸気を、液体から液体を、固体から液体、液体から蒸気を、固体から固体を、又は固体から流体を分離することができる。

本明細書で使用される用語「熱交換器」は、限定されることなく任意の熱交換装置を含み、より広義には、物質の第１組成物のエンタルピー又は内部エネルギーを上昇させ、物質の第２組成物のエンタルピー又は内部エネルギーを低下させ、そして物質の第２組成物から物質の第１組成物に熱を移動させる任意の装置を含む。様々な熱交換手段が本明細書に開示されており、これらの全てがこの用語に包含される。この用語はまた、複数の熱交換器の組み合わせ又は一連の複数の熱交換器を含む。それには、シェルアンドチューブ熱交換器、エアー又は「フィンファン」クーラー、冷却（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）ユニット、冷却装置（ｃｈｉｌｌｅｒ）、冷却塔（ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｏｗｅｒ）、蒸気発生器、ボイラー、プレート熱交換器、断熱ホイール熱交換器、プレートフィン熱交換器、流体熱交換器、あらゆる種類の廃熱回収ユニット、又はあらゆる種類の相変化熱交換器が含まれるが、これらに限定されない。それらは、向流、並行、クロスカレント形状、又は他の流れ形状で動作してもよく、１つの流体から別の流体に熱を移動させるために、２つの流体の分離又は２つの流体間の直接的な接触、又は中間流体（水、高温油、溶融塩など）の使用を伴ってもよい。

本明細書で使用される用語「圧縮器」は、その用語の通常の意味において圧縮器として理解されるもの全てを含む。一般に、この用語は、断熱的に又は非断熱的に流体を第１の圧力から第２のより高い圧力に上昇させる任意の装置を含む。それには、遠心又は軸方向、又は正の変位（往復動、ダイヤフラム又は回転歯車など）を含むがこれらに限定されない、あらゆる種類の圧縮器又はポンプが含まれ得る。この用語はまた、１つ以上の段を有する多段式圧縮器を含むことができる。単数形で使用される用語「圧縮器」はまた、直列及び／又は並列に配置された複数の圧縮器を指すこともある。

図１において、符号１１は、比較的高濃度の生物起源炭素及び比較的低濃度の他の非炭素物質を伴う非生物起源炭素を含む都市固形廃棄物（ＭＳＷ）原料に由来する高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体を製造するための全体システムを示す。

システム１１の前部には、非生物起源由来の炭素物質及び非炭素物質をＭＳＷから除去して、ＭＳＷに見られる比較的高濃度の生物起源炭素及び比較的低濃度の他の非炭素物質を伴う非生物起源炭素を含む分離された原料を製造するためのＭＳＷ原料製造設備（全体的に符号１３で示す）が設けられている。

好ましい実施形態では、原料処理設備１３は入ってくるＭＳＷを処理し、物質を以下のカテゴリーに分ける：
・燃料に転化するために使用される、ＭＳＷ流から選別された原料物質；
・鉄及び非鉄金属、厚紙、プラスチック、紙、及び選別され商品市場に出荷され得るその他のリサイクル可能物質を含むがこれらに限定されない、回収可能物質；及び
・リサイクルされないか、又は原料として使用されない物質の残りであり、埋立地に送られ得る、残留物質。

特に高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのプラスチックを回収することによって、原料中の非生物起源の化石系炭素の割合は低減される。従って、原料処理設備は、ガス化してシンガスにすることができる高生物起源原料物質を提供するように機能する。上述の理由から、原料の生物起源含有率は、セルロース系燃料の経済的価値に重大な影響を及ぼす。

原料処理ユニット１３において、廃棄物質は、プロセスにおいて有用でないか、又はその効率を低下させる可能性がある物質を除去するために、寸法決めされ、分離され、かつ処理され得る。例えば、システムは、金属、無機物質、及び食品廃棄物又は農産物などの湿った物質を除去する。そのような物質は、例えば、リサイクルされてもよいし、又は埋立地に送られてもよい。生物起源含量が高い食品廃棄物及び農産物の一部は、乾燥され、他の物質とともに原料流に添加し戻され得る。

この図に示すように、原料処理設備１３は、図１に示すシステムの他の部分と物理的に別個の設備とすることができる。一例として、原料処理設備１３は、同時係属中の米国特許出願第１４／１３８，６３５号（都市固形廃棄物をエタノールに転化するためのプロセスにおける生成物再循環ループ（Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｒｅｃｙｃｌｅ Ｌｏｏｐｓ ｉｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｓｏｌｉｄ Ｗａｓｔｅ ｉｎｔｏ Ｅｔｈａｎｏｌ））に記載されているようなものであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。

原料は組成が大きく異なる可能性があるが、原料を再循環して選別した後に残存する物質の組成の例示的な公称値を以下の表１に列挙する。

好ましくは処理、貯蔵及び取り扱いプロセスによって除外される残留物質は、例えば、金属、岩石、土、ガラス、コンクリート、及びＰＶＣを含むことができる。通常の条件下では、不合格率は、物質処理ユニットへの総供給率の約１０％〜約５５％の間で実行される。しばしば、不合格物は原料から個別に分離され、容器に預けられ、埋立地又はコンポスト化作業に輸送されるか、又は適用される政府規制に従ってリサイクリング又はゴミ回収所に送られる。

重要なポイントは、全体的に符号１７で示されるバイオ精製所に、都市固形廃棄物からの比較的高濃度の生物起源炭素及び比較的低濃度の他の非炭素物質を伴う非生物起源炭素を含む流れ１５を供給することである。実際には、比較的高濃度の生物起源炭素は、約８０％までの生物起源炭素である。

図１に示すシステムの残りの部分は、処理された原料の流れ１５をフィッシャー−トロプシュ液体の流れ５２０及び５２４に転化するバイオ精製所１７である。特に注目すべきは、高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体が、入力流１５と同じ比較的高濃度の生物起源炭素を含むことである。換言すれば、その製造プロセスにおいて高率の非生物起源炭素はフィッシャー−トロプシュ液体に添加されず、実際には、その一部は取り除かれ得る。

図示された実施形態では、バイオ精製所１７は、全体的に符号２１で示されるガス化システムを含み、場合によっては本明細書において、ＭＳＷ由来の原料をシンガスに転化し、さらにそのシンガスを以下で説明するような炭化水素改質器（ＨＲ）を介して処理し、高生物起源含量のシンガスを生成する、ガス化アイランド（ＧＩ）を指す。ガス化システム２１は、再循環された炭化水素生成物及び中間生成物をそれぞれＨＲに運ぶ流れ２３１及び２３３を受け取ることに留意されたい。また、ＧＩ２１は、以下で詳細に説明されるその段階１及び段階２に再循環されたＣＯ_２を運ぶ流れ２７を受け取る。以下でもさらに説明するように、再循環されたＣＯ_２は、ＧＩ２１の蒸気改質器内の水性ガスシフト反応を緩和するために、また計器、計器システム及びＭＳＷ供給器システムのためのパージガスとして使用される。さらに、ＧＩ２１は、酸素の流れ２７３及びＦ−Ｔ排ガスの流れ２５を受け取る。

ガス化アイランド２１では、一般的に言えば、生物起源炭素は、蒸気改質、準化学量論的炭素酸化及び炭化水素改質の組み合わせによって、生物起源シンガスに転化される。ＣＯ、Ｈ_２及びＣＯ_２を含むシンガス生成物は、図示された実施形態では流れ２９によって運ばれる。ＧＩ２１で起こるガス化反応については、以下でさらに説明する。

シンガス流２９は、以下でより詳細に説明するように、シンガス調整システム４１で処理され、シンガス供給流３１をＦ−Ｔ反応器システム３３に提供する。シンガス調整システム４１は、ＣＯ_２をＧＩ２１に再循環し戻すためのＣＯ_２再循環流２７を提供することに留意されたい。

Ｆ−Ｔ反応器システム３３からの出力は、ともにＦ−Ｔ炭化水素である中間フィッシャー−トロプシュ液体（ＭＦＴＬ）の流れ５２０及び重質フィッシャー−トロプシュ液体（ＨＦＴＬ）の流れ５４０を含有するＦ−Ｔ流体を含む。以下に説明するように、未反応のシンガスはＦ−Ｔ反応器３３で再循環され得る。さらに、Ｆ−Ｔ反応器システム３３の出力は、前述のＦ−Ｔ排ガスの流れ２５を含む。

バイオ精製所には、アップグレーディングに必要な水素を調整されたシンガスから除去するための水素回収システムが含まれる。調整されたシンガスの一部は、コンビネーション膜／ＰＳＡユニットを通って流れ、アップグレーディングユニット用の高純度水素流を生み出す。膜からの回収された水素（透過物）はＰＳＡユニットに供給され、残留物はバイパスシンガスと組み合わされ、ＦＴ反応器に供給される。回収された水素は、比較的高純度の水素流（＞９９．５％Ｈ_２）が製造されるＰＳＡユニットに供給され、ＰＳＡ不合格流は、不合格シンガスを回収するために、シンガス圧縮器の吸入口に送られる。

図１のバイオ精製所１７は、Ｆ−Ｔシステム３３からＦ−Ｔ流体を受け取るためのアップグレーディングシステム５４をさらに含む。図示された実施形態では、重質フィッシャートロプシュ液体（ＨＦＴＬ）の流れ５４０及び中間フィッシャートロプシュ液体（ＭＦＴＬ）の流れ５２０の両方が、アップグレーディングシステム５４に供給される。アップグレーディングシステム５４からのＦ−Ｔ液体の出力液体は、図示された実施形態では、流れ５８によって運ばれる。実際には、Ｆ−Ｔ液体は、ナフサ、ディーゼル、合成パラフィンケロシン（ＳＰＫ）、イソアルカン、酸素化物及びオレフィンを伴う重質アルカン、又はこれらの全成分の組み合わせを含むことができる。アップグレーディングシステム５４からの他の出力は、ナフサの前述の流れ２３１及びオフガスの流れ２３３である。

ガス化アイランドシステム２１は、図２に詳細に示すように、３段階ガス化プロセスを実施する。好ましい実施形態では、３段階ガス化プロセスは以下を含む：
ａ．段階１−蒸気改質；
ｂ．段階２−蒸気改質後の未反応炭素をガス化するための準化学量論的炭素酸化；及び
ｃ．段階３−炭化水素改質。

図示された実施形態では、段階１のガス化ユニット２５１は、処理された原料の流れ１５を選択的に受け取り、シンガスの流れ２５４を製造する。ガス化ユニット２７１は、ガス化ユニット２５１から未反応の炭素を受け取り、シンガスの流れ２７７を製造する。シンガス蒸気２５４及び２７７は組み合わされ、シンガス流２１９を形成する。

図示された実施形態では、全体的に符号２１１で示されるガス化ユニットはそれぞれ、全体的に符号２５１及び２７１で示される段階１及び２のユニットを含む。ユニット２５１はガス化が達成される蒸気改質器であることが理解できる。さらに、ユニット２７１は、段階１のガス化からの未反応の炭素が化学量論的にシンガスに転化される炭素酸化システムであることが理解できる。またガス化アイランド２１において、炭化水素改質は、全体的に符号２１５で示される炭化水素改質システムによって第３段階で提供される。

図示された実施形態では、段階１のガス化ユニット２５１は、処理された原料の流れ１５を選択的に受け取り、シンガスの流れ２５４を製造する。ガス化ユニット２７１は、ガス化ユニット２５１から未反応の炭素を受け取り、シンガスの流れ２７７を製造する。シンガス蒸気２５４及び２７７は組み合わされ、シンガス流２１９を形成する。また、ガス化ユニット２１１は、再循環されたＣＯ_２の流れ２７を受け取る。ガス化ユニット２１１では、流れ２７中の回収された高生物起源ＣＯ_２は、準化学量論的炭素酸化ユニット２７１及び炭化水素改質器２１５において、床物質（ｂｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌ）を流動化させ、水性ガスシフト反応を緩和し、蒸気改質器２５１内の器具をパージする手助けをするために使用され得る。また、流れ２７中の回収された高生物起源ＣＯ_２は、図のように、処理された原料の流れ１５に添加することができる。

上述したように、図２の実施形態におけるガス化ユニット２１１は、蒸気改質器２５１及び準化学量論的炭素酸化ユニット２７１を含む。処理された原料の蒸気１５を最初に受け取るのは蒸気改質器２５１である。また、酸素の蒸気２７３を最初に受け取るのも蒸気改質器２５１である。好ましくは、蒸気改質器２５１は、間接熱源２５３を含む。蒸気改質器２５１からの出力流は、シンガスの流れ２５４及び固体の流れ２５６を含む。シンガス流２５４は、流れ２１９とともに炭化水素改質ユニット２１５に運ばれる。主として灰分と細かい炭化物からなる固体流２５６は、準化学量論的炭素酸化ユニット２７１に運ばれる。

好ましい実施形態では、蒸気改質器２５１は、流動床媒体として過熱された蒸気、ＣＯ_２及びＯ_２を利用する流動床システムである。別の実施形態では、蒸気及びＯ_２のみが流動床媒体として使用される。好ましくは、外部燃焼間接ヒーター２５３は、改質器の床温度を維持し、ガス化プロセスで必要とされる吸熱反応を支援するためのエネルギーの大部分を提供する。プロセスガス流は、一連のサイクロンを介して蒸気改質器２５１を出ることができる。好ましくは、内部サイクロンが同伴された床媒体の大部分を分離して改質器の流動床に戻しながら、準化学量論的炭素酸化ユニット２７１においてシンガスにさらに転化するために、第２の外部サイクロンが未反応の炭化物を集める。好ましくは、蒸気改質器の間接ヒーターからの煙道ガスは、煙管ボイラーで使用され、プラントで使用するための蒸気を生成する。

図示された炭化水素改質器ユニット２１５は、シンガス流２１９を受け取り、微量成分とともにＣＯ、Ｈ_２及びＣＯ_２を含むシンガスの上述の一次流２９を製造する。さらに、炭化水素改質器ユニット２１５は、酸素の流れ２７３及びＦ−Ｔ排ガスの流れ２５を受け取る。最後に、炭化水素改質器ユニット２１５は、上述のナフサの流れ２３１及びオフガスの２３３を受け取る。

炭化水素改質器ユニット２１５は、２２００°Ｆを超える温度で炭化水素を熱解離させることによって生物起源炭素を回収するように動作する。炭化水素改質器のための熱は、一酸化炭素及び水素の酸化によって提供される。これらの反応は発熱性であることに留意されたい。

図２の実施形態における炭化水素改質器ユニット２１５は、シンガス冷却セクション２２５を含む。シンガス冷却セクションは、例えば、放射スラッギング冷却器又はリサイクルシンガススラッギングクエンチャーを含むことができる。

好ましい実施例では、炭化水素改質ユニット２１５は、１８００°Ｆから３０００°Ｆの範囲で作動する酸素ガスバーナー／ミキサーを有する耐火物内張容器であり、ガス流中のタールを含む全ての炭化水素化合物をシンガスに転化し、硫黄化合物をＨ_２Ｓに転化し、水性ガスシフト反応が平衡に近づくことを保証する。炭化水素改質ユニット２１５では、Ｆ−Ｔ排ガスが、Ｆ−Ｔ反応ループからパージされ、純化システムのオフガス及び蒸発したナフサの流れ２３１をＣＯ及びＨ_２に転化し戻す。

準化学量論的炭素酸化ユニット２７１は、固体流２５６を受け取ることに加えて、再循環されたＣＯ_２流の流れ２７及び酸素の流れ２７３を受け取る。炭素準化学量論的酸化ユニット２７１における加熱は、未反応炭素の準化学量論的酸化によって提供される。低圧蒸気の流れ２７５は、準化学量論的炭素酸化ユニット内で過熱され、段階１及び段階２の両方のガス化のための流動化蒸気として使用される。準化学量論的炭素酸化ユニット２７１の出力は、シンガス流２７７であり、図示された実施形態では、蒸気改質器２５１からのシンガス流２５４と合流して、炭化水素改質器ユニット２１５に供給されるシンガス流２１９を形成する。

好ましい実施形態では、準化学量論的炭素酸化ユニット２７１は、流動床を利用し、そこでは酸素が流動化蒸気及びＣＯ_２とともに添加され、細かい炭化物をさらにシンガスに転化する。準化学量論的炭素酸化ユニット２７１内で生成され、それを通過したガスは、外部サイクロンを通過し、一次シンガス流２１９に再び入る。好ましくは、サイクロンで除去された灰分は、現地外処分のために冷却され、収集サイロに輸送される。準化学量論的炭素酸化ユニット２７１の流動床に沈められた熱交換器は、流動床蒸気改質器２５１及びユニット２７１自体の流動床で使用するために、低圧蒸気を１１００°Ｆに過熱することによっていくらかの熱を除去する。

図２のシステムの動作では、蒸気改質器２５１の流動床内で、外部燃焼ヒーターが、循環床媒体及び容器に入る原料を急速に加熱する。ほぼ直ちに、原料は乾燥及び熱分解を受け、それによってガス状及び固体（炭化物）生成物を作り出す。ガス状の熱分解生成物は水性ガスシフト反応を受け、固体炭化物質の同時の蒸気改質とともに、主にＨ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、及び幾つかの炭化水素からなるシンガスを製造する。残りのほとんどの炭化物は、過熱蒸気及び酸素と反応してシンガスを製造する。蒸気改質器を出る炭化物は、サイクロンを介して分離され、追加のガス化及び転化のために準化学量論的炭素酸化ユニット内に落とされる。蒸気改質器及び準化学量論的炭素酸化ユニットは、内部及び外部のサイクロンを利用して、プロセスガス流中に同伴されるようになる床媒体を分離して保持する。蒸気改質器２５１及び準化学量論的炭素酸化ユニット２７１から、シンガスは流れ２１９を介して炭化水素改質器ユニット２１５に流れ、残りの炭化物、炭化水素及びタールをシンガスに転化する。

上述したように、炭化水素改質器ユニット２１５の出力はシンガス流２９であり、それは、図３とともに説明されるシンガス調整システム４１に供給される。

図３に示すように、全体的に符号４１で示されている例示的なシンガス調整システムは、一次シンガス流２９を受け取り、その流れを調整してＦ−Ｔ反応器へのガス状供給流３１を生成する。図示された実施形態では、シンガス調整システム４１は、連続的な流体連通状態で、廃熱回収のためのシンガス熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）ユニット４１１と、シンガススクラバユニット４２１と、シンガス圧縮器４３１と、一次ガード床４３６と、水性ガスシフト反応器４４１と、アンモニア除去ユニット４４６と、二次ガード床４５１と、ＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ除去システム４６１と、を含む。ＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ除去システム４６１の１つの出力は、図示された実施形態では、シンガス供給流４７０である。ＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ除去システム４６１の別の出力は、再循環されたＣＯ_２の流れ２７である。

図からわかるように、蒸気はプロセス内の幾つかの供給源から生成される。ＨＲＳＧは、蒸気改質器ユニット２５１の間接燃焼ヒーターユニット２５３で生成された煙道ガスから蒸気を回収する。蒸気はまた、ガス化アイランドを離れるシンガス流２９から熱を回収するＨＲＳＧユニット４１１で生成され、蒸気は発電ボイラーで生成される。全ての３つの供給源からの蒸気を組み合わせて過熱して、シンガス圧縮器（すなわちユニット４３１）蒸気タービン又は蒸気タービン発電機（図１）の何れかにおける動力流体として使用される中圧蒸気を提供する。組み合わされた中圧蒸気は、外部ヒーターを燃焼するのに使用される天然ガスの量に応じて、ＭＳＷ供給に等しい生物起源含量を有することができる。好ましい実施形態では、生成されたシンガスの一部は、ガスタービン／蒸気タービン（複合サイクル発電プラント）に供給されて、プラントの電気需要を供給するために使用される高生物起源含量の動力を生成する。別の実施形態では、シンガスの全てを使用して生物起源の動力用の蒸気を生成し、シンガス圧縮器ユニット４３１を蒸気タービン駆動装置で駆動する。

シンガススクラバユニット４２１は、シンガス流４２０及び腐食性又は他の適切なアルカリ性溶液の流れ４２４を受け取る従来のガススクラビング装置である。スクラバユニット４２１から除去された液体は、廃水処理システムに搬送され得る酸性水流４２６を含む。酸性水は、例えば、灰分粒子、酸、水銀、及びシンガスから除去される塩酸（ＨＣｌ）及び硫化水素（Ｈ_２Ｓ）などの酸性化合物などの望ましくない汚染物質を含み得る。従って、シンガススクラバユニット４２１は、下流の設備に潜在的にダメージを与え、Ｆ−Ｔ合成触媒の性能に影響を及ぼす可能性のある汚染物質を除去するために設けられることが理解されよう。

好ましくは、シンガススクラバユニットは、３つの主要なセクション−ベンチュリスクラバ、充填タワーセクション、及び直接接触クーラーセクション、を有する。シンガスクエンチクーラーが利用される場合、シンガススクラバユニットを離れる洗浄されたシンガスの約半分は、クエンチブロワーを介して炭化水素改質器クエンチクーラーに循環し戻され、一方、残りの半分は、Ｆ−Ｔ合成プロセスの要件を満たすために、シンガス圧縮器４３１内で圧縮される。放射スラッギングクーラーが使用される場合、リサイクルガスブロワーは必要なく、スクラバ内への流れはガス化アイランド２１を離れる流れに等しい。シンガススクラビングは、同時係属中の米国特許出願第１４／１３８，６３５号においてさらに記載され、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。スクラブされたシンガスは、流れ４２８で搬送される。

図示された実施形態では、シンガス圧縮器段４３１は、シンガス流の少なくとも一部を含む圧縮器入口流の圧力を所定のレベルに上昇させるために直列に配置された１つ以上の従来の圧縮器段４３３を含み、それにより圧縮されたシンガス流４３６を産出する。実際には、シンガス流４３４の最終圧力は、Ｆ−Ｔ合成プロセスのプロセス要件を満たすために、約４００ｐｓｉｇから約６００ｐｓｉｇの範囲であり得る。好ましくは、最終段を除く全ての段の後で圧縮熱を中間クーラーで除去し、全ての凝縮水を集め、回収のために廃水処理プラントに送る。圧縮器の出口は、一次ガード床４３６に高温で送られ、ここで任意のＣＯＳ及びＨＣＮがＨ_２Ｓ及びＮＨ_３に加水分解され、次いでシフト反応器４４１に送られる。

一実施形態では、シンガス圧縮器駆動装置は、プロセス要件のために低圧で抽出された蒸気の一部で過熱された高圧蒸気によって駆動される抽出／凝縮タービンである。また、Ｆ−Ｔ再循環圧縮器（図５のユニット５１１）は、シンガス圧縮器シャフト上にあり、シンガス圧縮器蒸気タービン駆動装置によって駆動することができる。別の実施形態では、シンガス圧縮器は、高生物起源動力を製造するためにシンガスを燃料として使用する複合サイクル発電プラントで生成される動力からエネルギーを与えられる電気モーターによって駆動される。

図３にも示しているように、水性ガスシフト反応器４４１は、加圧された一次シンガス流４４０の一部を受け取り、出口流４５０の必要とされるＨ_２／ＣＯ比率が満たされるまで、水性ガスシフト反応を介して蒸気及びＣＯの一部をＨ_２及びＣＯにシフトさせる。続いて、加圧された一次シンガスの副流４４２は、水性ガスシフト反応器４４１をバイパスすることができ、水性ガスシフト反応器４４１からの出口流４５０と再び組み合わさることができる。水性ガスシフトユニットで高圧蒸気が生成され、シフト反応の熱を除去する。生成された蒸気は、反応器に供給されるシンガス流４４０内に供給し戻され、シフト反応用の水素源を提供する。必要とされる追加の蒸気は、プラント蒸気システムによって供給することができる。

図３の実施形態では、水性ガスシフト反応器４４１からのシンガスの出口流４５０は、従来のアンモニア除去ユニット４４６に搬送される。アンモニア除去ユニット４４６では、シンガスは、吸収されたアンモニアとともに過剰の水が凝縮するまで冷却される。次いで、シンガスは、流れ４４８として凝縮器４４６を離れる。凝縮器４４６からの酸性水は、廃水処理システムに搬送することができる。流れ４４８は二次ガード床４５１の入口に搬送され、そこで揮発したＨｇが除去される。

図３にさらに示すように、二次ガード床４５１からの加圧された一次シンガスは、流れ４６０としてＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ除去システム４６１に搬送される。ＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ除去システム４６１は、図４Ａ及び図４Ｂとともにさらに説明される。ＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ除去システム４６１の１つの出力は、硫黄の流れ４６４である。別の出力は、硫黄が除去されたシンガスの流れ４７０である。第３の出力は、ＣＯ_２再循環流２７である。

図３の図示された実施形態では、シンガス供給流４７０はＨ_２Ｓ及びアルシンガード床４７１に搬送され、次いでＨ_２回収ユニット４８１に搬送される。

Ｈ_２Ｓ／アルシンガード床からのシンガスは、水素回収ユニット４８１に流入する。水素回収ユニット４８１は、以下に説明するように、水素化分解アップグレーディングプロセスに必要とされる高純度Ｈ_２の蒸気４８２を抽出する。Ｈ_２回収ユニット４８１の出力は、Ｆ−Ｔ反応器３３へのシンガス供給流３１である。水素回収ユニット４８１からの第３の出力は、不合格シンガスの流れ４８３である。流れ４８３は、流れ４２８に合流するように再循環することができる。

好ましい実施形態では、水素回収ユニット（ＨＲＵ）４８１は、膜と圧力変動吸着（「ＰＳＡ」）の組み合わせシステムを用いてＨ_２を抽出する。ＨＲＵ膜保持ガスは、バルクシンガス流と再混合され、Ｆ−Ｔ反応器に送られる。ＨＲＵ ＰＳＡパージガスは、シンガス圧縮器４３１の吸引口に送られ、純化されたＨ_２流４８２は、アップグレーディングに送られる。

図５に示すように、Ｆ−Ｔ液体を生成するシステム３３は、シンガス供給流３１を受け取る。このシステムは、１つ以上のＦ−Ｔ反応器５３３を含み、上述したように、Ｆ−Ｔ液体及びＦ−Ｔ排ガスを含む流体出力流５３５を提供する。Ｆ−Ｔ反応器出力流５３５は、全体的に符号５００で示される熱分離システムに供給され、Ｆ−Ｔ液体をその重質Ｆ−Ｔ液体（ＨＦＴＬ）、中間ＦＴ液体（ＭＦＴＬ）、水及びＦ−Ｔ排ガスに分離する。

図５に示すような好ましい実施形態では、熱分離システム５００は、２つの凝縮器５０１及び５３１、並びに２つの分離器５０３及び５０４を含む。ＨＦＴＬ分離器５０３は、それぞれ出口５１８及び５２０を有する。実際には、凝縮器５０１は、調節された熱水ループを冷却媒体として用いて作動し、Ｆ−Ｔ水及びＭＦＴＬ液体部分からＨＦＴＬ液体部分を凝縮及び分離する。ＭＦＴＬ水とＦＴ排ガスはともに、蒸気相のままである。ＨＦＴＬ流は、さらなる処理のためのタンク５２１に貯蔵するために、出口５２０によって運ばれる。実際には、ＨＦＴＬ流５２０は、主として、室温で固体の重質炭化水素ワックスからなる。これらのワックスは、固化を防ぐために２３０°Ｆを超えて温かく保たれる。

また図５に示すように、熱分離システム５００は、ＨＦＴＬ分離器５０３からの流れ５１８を介してＦ−Ｔ水及びＭＦＴＬを受け取る第２凝縮器５３１を含む。実際には、第２凝縮器５３１は、冷却水を使用して、未反応シンガス及び非凝縮性炭化水素（すなわち、メタンなど）からＦ−Ｔ水及びＭＦＴＬを凝縮及び分離する。凝縮されたＦ−Ｔ水及びＭＦＴＬ流相は、第２分離器５０４で分離され、ＭＦＴＬ流は流れ５４０を介して貯蔵ユニット５２２に送られ、Ｆ−Ｔ水は流れ５４２を介して廃水処理に送られる。

さらに図５に示すように、Ｆ−Ｔ排ガスは、流れ５３７を介してＦ−Ｔ反応器５３３に再循環することができる。図示された実施形態では、Ｆ−Ｔ排ガスは、ＭＦＴＬ分離器５０４で分離され、流れ５５０によって圧縮器５１１に運ばれ、その出力はシンガス再循環ライン５３７に搬送される。再循環圧縮器５１１の前に、パージ流５５２が流れ５５０から分岐する。パージ流５５２は、再循環シンガス中の炭化水素含量を制御するために流れ２５を介して炭化水素改質器２１５に向かい（図２）、また、再循環シンガスからの不活性ガスをパージするために発電ボイラーに向かうことができる。

図６は、図１のアップグレーディングシステム５４の一実施形態の例を示す。より詳細には、この図は、図５のシステムから精製Ｆ−Ｔ液体を製造するシステムを示す。図示されたシステムは、前述のタンク５２１及び５２２によって供給される水素化分解装填容器５２４（図５）から液体を受け取る水素化分解装置反応器ユニット６４３を含む。好ましい実施形態では、水素化分解装置反応器ユニット６４３は、ＨＦＴＬ及びＭＦＴＬ炭化水素流を輸送燃料（ＳＰＫ又はディーゼル）にアップグレードする高温、高圧触媒プロセスを採用する。アップグレーディングの程度が低いため、水素化処理と水素化分解とは１つの反応器で生じる。オレフィン及びアルコールは最初に飽和化され、次いでアルカンがＳＰＫ製品の範囲に分解される。プロトン化されたシクロプロパン中間体を伴う水素化分解機構は、直鎖状生成物とともに異性体生成物を形成する。水素化分解装置反応器ユニット６４３において、供給混合物は、より短い鎖状炭化水素に転化するための一連の触媒床を通過する。

別の実施形態では、ＭＦＴＬは予め分留され、炭化水素改質器の塔頂の軽質分を除去することができる：次いで、重質分がＨＦＴＬとともに、アップグレーディングのために水素化分解装置に搬送される。この実施形態は、水素化分解装置に流れる流れから大部分の酸素化物を除去し、水素化分解装置の水素化処理負荷を軽減する。

図６にさらに示すように、水素化分解装置反応器ユニット６４３は、全体的に符号７０１で示される炭化水素熱分離システムに供給される出力流れ６４４を提供し、その分解物は、一連の熱交換器及び分離容器を用いて、冷却され、凝縮され、２つの分離した重質及び軽質分解物流に分離される。

炭化水素熱分離システム７０１の図示された実施形態では、分解物は供給／流出熱交換器７０２で冷却され、重質分解物は重質分解物分離器７０３において軽質分解物から分離される。重質分解物分離器７０３から、重質分解物及び軽質分解物は、流れ７０４及び７５０によって分留器８５３に送られる。さらに、重質分解物の一部は、水素化分解装置６４３に再循環されて、始動中及び分留塔が誤動作している場合に水素化分離装置内への材料の流れを維持することができる。

図示された実施形態では、生成された水及び水素から軽質分解物を分離するために、軽質分解物分離器７０５が設けられる。分離された軽質分解物は、流れ７５０によって分留器８５３に送られる。重質分解水は、ライン７０６によって、処理用のバイオ製油所の廃水処理プラントに送られる。分離された水素ガスは、流れ７０８、７４１及び７４２によって再循環するために送られる。新鮮な水素は、流れ７４１によってシステム内に導入される。

ここで、図６の分留プロセスについて、より詳細に説明する。前述したように、分留器８５３は、重質分解液の流れ７０４及び軽質分解液の流れ７５０を受け取る。分留器８５３の目的は、重質分解物留分及びナフサ留分からＳＰＫ又はディーゼルを分離することである。副ドロー流８５６は、ストリッパー塔８５７内に供給され、ＳＰＫ／ディーゼル供給から軽質分を除去し、ＳＰＫ／ディーゼル生成物の最終的な清浄化及び回収を提供する。分留器８５３では、流入する重質及び軽質分解物流を合流させ、分留塔での最初の分離のために天然ガス燃焼ヒーターによって加熱する。好ましくは、分留器８５３は直接蒸気注入を使用し、高温リボイラー構造を利用することなく、高沸点炭化水素から低沸点炭化水素を除去する。

分留器８５３からの出力は、再循環可能な炭化水素生成物を運ぶ塔頂流２３を含む。好ましくは、塔頂流８２３は凝縮器ユニット８６０に供給され、そこでその流れは、３つの流れ：主分留器（「ＭＦ」）水流８６２、前述の軽質相（ナフサ）流２３１、及びオフガス流２３３、に凝縮及び分離される。実際には、ナフサの一部を分留器５３内に還流し戻すことができ、かつ／又は、炭化水素改質器内に注入するために一部をナフサ気化器に送ることができる。オフガス流２３３は、再処理のために、オフガス圧縮器によって炭化水素改質器に再循環される。分留塔８５３からの底部は、追加の水素化分解のために、流れ８５５によって水素化分解装填容器５２４にポンプ輸送される。水は処理用のバイオ精製所の廃水処理プラントに送られる。

分留器ＯＨ分離器からのナフサは、ナフサ気化器内にポンプ輸送され、そこで低圧蒸気を用いて気化される。次いで、ナフサ蒸気は、回収のために図２の炭化水素改質器２１５に流入する。分留塔の塔頂圧力は、オフガスの圧縮器排出速度で浮動する。オフガス圧縮器は、分留器の塔頂分離器のオフガスをナフサ気化器の排出口に移動する原動力を提供する。次いで、組み合わされた流れは、炭化水素改質器に流入する。

分留器８５３の上部からの流れ８５６によって引き出されるＳＰＫ生成物は、最終生成物を分離するために生成物ストリッパー塔８５７に送られる。生成物ストリッパー塔８５７への熱は、例えば、天然ガス燃焼の生成物ストリッパーリボイラーによって提供される。生成物ストリッパーの塔頂流は、分留器８５３に再循環し戻される。底流８００は冷却され、流れ５８を介してＳＰＫ生成物として貯蔵ユニット８０３に送られる。

図４Ａに示すように、例示的なＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ除去システム４６１の一実施形態は、流れ４６０を受け取る硫黄除去ユニット４６３を含む。硫黄除去ユニット４６３の１つの出力は、硫黄の流れ４６４である。除去ユニット４６３の別の出力は、硫黄が除去されたシンガスの流れ４６６である。

シンガス流４６６は、全体的に符号４９１で示されるアミン溶媒システムに供給される。図示された実施形態では、アミン溶媒システム４９１Ａは、向流関係で接続された吸収ユニット４９３と再生ユニット４９５とを含む。再生ユニット４９３の出力は、上述したシンガス供給流４７０である。吸収ユニット４９５の出力は、上述した再循環ＣＯ_２の流れ２７である。

図４Ａの好ましい実施形態では、吸収ユニット４９３は、循環アミン／水溶液との接触によってＣＯ_２が除去される塔である。この実施形態では、アミン吸収器は、硫黄除去ユニットが実行されている場合に、流れ４６６からＨ_２Ｓを除去することができる。処理されたシンガスを水洗して、同伴されたアミン溶液を除去する。好ましい実施形態では、溶媒吸収器４９３を離れる清浄なシンガスは、中圧（ＭＰ）飽和蒸気を用いて加熱され、流れ４７０としてガード床に送られ、Ｆ−Ｔ合成プロセス内に導入される前に微量Ｈ_２Ｓ及びヒ素触媒毒を除去する。

図４Ｂに示すように、別の例示的なＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ除去システム４６１はアミンユニットを含み、そこで、シンガス流４６０は、全体的に符号４９１Ｂで示されるアミン溶媒システムに供給される。図示された実施形態では、アミン溶媒システム４９１Ｂは、向流関係で接続された吸収ユニット４９３と再生ユニット４９５とを含む。再生ユニット４９５の出力は、硫黄除去ユニット４６３に供給される。吸収ユニット４９３の出力は、上述したシンガス供給流４７０である。この実施形態では、吸収ユニット４９３は、循環アミン／水溶液との接触によってＣＯ_２及びＨ_２Ｓが除去される塔である。次いで、処理されたシンガスを水洗して、同伴されたアミン溶液を除去し、流れ４７０として最終ガード床に送る。

図４Ｂの実施形態では、再生器の塔頂出力流４６６は、硫黄除去ユニット４６３に供給され、そこで、Ｈ_２Ｓは不合格ＣＯ_２流から除去される。硫黄除去ユニット４６３の１つの出力は、上述した再循環ＣＯ_２の流れ２７及び硫黄の流れ４６４である。硫黄除去ユニットからの塔頂ＣＯ_２不合格流の一部は圧縮され、ガス化アイランドに再循環し戻され、過剰分は大気に排出される。

図４Ａ及び図４ＢにおけるＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ除去システムの動作において、吸収塔からの「リッチ」アミン（すなわち、ＣＯ_２吸収後のアミン）は、リーン／リッチ交換器を通過し、次いでリッチ溶媒フラッシュドラム内にフラッシュする。ＣＯ及びＨ_２に富むフラッシュガスは、シンガス圧縮器の吸引口に流入し、プロセスで再利用される。フラッシュされたリッチ液体流は、溶媒再生塔に流入する。溶媒再生器では、リッチ溶媒を蒸気リボイラーで加熱し、吸収されたＣＯ_２／Ｈ_２Ｓを追い出す。溶媒再生器の底部から流出する「リーン」溶媒は、リーン／リッチ交換器及び溶媒クーラーを介して、再利用のために吸収器に再循環し戻される。溶媒再生器からの塔頂ＣＯ_２不合格流の一部は圧縮され、ガス化アイランドに再循環し戻され、過剰分は大気に排出される。好ましくは、システムは、ＣＯ及びＨ_２の損失を最小限に抑えながら、シンガス流中のＣＯ_２含量を＜１ｍｏｌ％に、Ｈ_２Ｓ含量を＜５ｐｐｍｖに低下させるように設計される。

上記システムの全体的な動作において、ＭＳＷがガス化される際に複数の反応が起こる。主な反応は、炭化物（炭素）が蒸気と反応して主に水素（Ｈ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）及び幾つかの炭化水素からなるシンガスを製造するときに、高温で生じる：
Ｃ＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋ＣＯ
２Ｃ＋Ｏ_２→２ＣＯ
Ｃ＋Ｏ_２→ＣＯ_２。
同時に、可逆的「水性ガスシフト」反応は、ガス化動作温度での平衡定数に基づくＣＯ／Ｈ_２Ｏ及びＣＯ_２／Ｈ_２比を有する平衡状態に近づく：
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ⇔ＣＯ_２＋Ｈ_２。
ガス化システムは、少なくとも以下のガス化反応が生じるように提供された条件で構成されてもよい：
Ｃ＋Ｈ_２Ｏ⇔Ｈ_２＋ＣＯ。
同時に、条件は好ましくは、以下の可逆的な「水性シフト」反応が主にガス化装置の温度によって決定される平衡状態に到達し、圧力が好ましくは大気圧付近であるように提供され得る：
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ⇔ＣＯ_２＋Ｈ_２。
一次ＦＴ反応は、触媒の存在下で、シンガスをより高い分子量の炭化水素及び水に転化する：
ｎＣＯ＋（２ｎ＋１）Ｈ_２→Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２＋ｎＨ_２Ｏ。

さらに、システムの全体的な動作に関し、ガス化アイランド２１で製造されたシンガスは、Ｆ−Ｔ液体の効果的な製造及びアップグレーディングには不十分な水素量を有することに留意されたい。酸性シフト反応器４４１は、追加の水素を生成し、シンガス中のＨ_２：ＣＯ比を約０．８から約２．０に増加させる。水性ガスシフト反応は、シンガス中のＣＯ及びＨ_２Ｏの一部をＨ_２及びＣＯ_２に転化する。この反応は発熱性であり、酸性シフト触媒上で起こる。この反応は、Ｈ_２Ｓがシンガス流中に依然として存在するため、「酸性シフト」である。多用途の蒸気及びシフト反応器４４１によって生成された蒸気は、シンガスと混合され、水性ガスシフト反応のための水を提供し、反応器における温度上昇を抑える。水素製造及びシンガスのＨ_２：ＣＯ比は、シフト反応器周りのシンガス流の一部をバイパスすることによって制御される。シフト反応器の流出熱は、反応器流入シンガスと交換し、シフト反応器蒸気を生成し、かつボイラー給水を予熱することによって回収される。

上記システムによるＭＳＷからの燃料の生成は、顕著な利点を有する。それは、非常に低い排出プロファイルを有するエネルギー効率の良いシステムを提供し、埋立地に入るＭＳＷを低減し（従って、埋立地からの有害なメタンガス排出を劇的に低減し、かつ新しい又は拡大した埋立地の必要性を軽減し）、石油及び石炭由来の燃焼生成物の使用に伴う温室効果ガスを置換によって低減する。そのシステムは、セルロース系燃料の生物起源含量を増加させ、従って、このような燃料の価値を実質的に増加させる。

例示的な実施形態は、特定の構造を参照して記載された。特定の実施形態及び実施例の前述の記載は、例示及び説明のみの目的で提示されており、本発明は先の特定の実施例によって例示されているが、それによって本発明を制限することは意図していない。

１１ システム
１３ ＭＳＷ原料製造設備、原料処理設備（ユニット）
１７ バイオ精製所
２１ ガス化システム、ガス化アイランド
３３ Ｆ−Ｔ反応器システム
４１ シンガス調整システム
５４ アップグレーディングシステム
２１１ ガス化ユニット
２１５ 炭化水素改質システム、炭化水素改質器（ユニット）
２２５ シンガス冷却セクション
２５１ 段階１のガス化ユニット、蒸気改質器
２７１ 段階２のガス化ユニット、準化学量論的炭素酸化ユニット
４１１ シンガス熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）ユニット
４２１ シンガススクラバユニット
４３１ シンガス圧縮器
４３３ 圧縮器段
４３６ 一次ガード床
４４１ 水性ガスシフト反応器
４４６ アンモニア除去ユニット
４５１ 二次ガード床
４６１ ＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ除去システム
４６３ 硫黄除去システム
４７１ Ｈ_２Ｓ及びアルシンガード床
４８１ 水素回収ユニット
４９１ アミン溶媒システム
４９３ 吸収ユニット
４９５ 再生ユニット
５００ 熱分離システム
５０１ 凝縮器
５０３ ＨＦＴＬ分離器
５０４ ＭＦＴＬ分離器
５１１ Ｆ−Ｔ再循環圧縮器
５２１ タンク
５２２ タンク、貯蔵ユニット
５３１ 第２凝縮器
５３３ Ｆ−Ｔ反応器
６４３ 水素化分解装置反応器ユニット
７０１ 炭化水素熱分離システム
７０２ 供給／流出熱交換器
７０３ 重質分解物分離器
８０３ 貯蔵ユニット
８５３ 分留器
８５７ 生成物ストリッパー塔
８６０ 凝縮器ユニット

Claims (49)

1. 比較的高濃度の生物起源炭素（植物由来の炭素）及び比較的低濃度の他の非炭素物質を伴う非生物起源炭素（化石資源からの炭素）を含む都市固形廃棄物（ＭＳＷ）処理原料に由来する高生物起源炭素濃度のフィッシャー−トロプシュ（Ｆ−Ｔ）液体を製造するシステムであって、
   ａ）前記都市固形廃棄物からの比較的高濃度の生物起源炭素及び比較的低濃度の非生物起源炭素を維持しながら、前記処理原料をフィッシャー−トロプシュ液体に転化するための、バイオ精製所と、
   ｂ）前記バイオ精製所内の、比較的高濃度の生物起源炭素を含む前記処理原料の少なくともガス化及び準化学量論的酸化を提供するガス化アイランド（ＧＩ）であって、
   前記処理原料を選択的に受け取り、ＣＯ、Ｈ_２、Ｈ_２Ｏ及びＣＯ_２を含むシンガスを製造し；
   再循環された炭化水素生成物及び中間生成物を選択的に受け取り、生物起源化合物の炭化水素改質によって前記生物起源炭素を回収し；
   再循環されたＣＯ_２を選択的に受け取る、ガス化アイランド（ＧＩ）と、
   ｃ）発電プロセスにおいて、高生物起源炭素含量の物質の一部又は全部を高生物起源動力に転化し、ライフサイクル温室効果ガスの排出を低減することと、
   を含む、システム。
2. 前記比較的高濃度の生物起源炭素は、前記原料及び前記フィッシャー−トロプシュ液体の両方において約８０％までの生物起源炭素である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体は、前記比較的高濃度の生物起源炭素を含む、請求項２に記載のシステム。
4. シンガス調整システムと、前記シンガス調整システムからシンガスを受け取るＦ−Ｔ反応器とをさらに含む、請求項３に記載のシステム。
5. 前記シンガス調整システムは、前記ＧＩシステムに前記ＣＯ_２を再循環させる、請求項４に記載のシステム。
6. 前記Ｆ−Ｔ反応器は、重質ＦＴ液体留分（ＨＦＴＬ）と、中間液体留分ＭＦＴＬと、Ｆ−Ｔ排ガスとを含むＦＴ液体を提供する、請求項４に記載のシステム。
7. 前記Ｆ−Ｔ排ガスは、前記Ｆ−Ｔ反応器に再循環される、請求項６に記載のシステム。
8. 前記Ｆ−Ｔ液体を受け取るための水素化分解装置をさらに含む、請求項６に記載のシステム。
9. 前記水素化分解装置から重質分解物と軽質分解物とを受け取るための分留器をさらに含む、請求項８に記載のシステム。
10. 前記分留器は、高生物起源の前記再循環された炭化水素生成物を提供する、請求項９に記載のシステム。
11. 前記分留器は、前記高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体を提供する、請求項９に記載のシステム。
12. 請求項１に記載の高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体を製造するシステムであって、前記液体は燃料を含む、システム。
13. 請求項１に記載の高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体を製造するシステムであって、前記液体はディーゼル燃料を含む、システム。
14. 請求項１に記載の高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体を製造するシステムであって、前記液体は合成パラフィンケロシン（ＳＰＫ）を含む、システム。
15. 請求項１に記載の高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体を製造するシステムであって、前記液体はナフサを含む、システム。
16. 請求項１に記載の高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体を製造するシステムであって、前記液体は、少なくともナフサ、ディーゼル燃料及び合成パラフィンケロシン（ＳＰＫ）を含む、システム。
17. 請求項１に記載の高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体を製造するシステムであって、ＣＯ、Ｈ_２及びＣＯ_２は、ナフサ及びメタンを含む選択された前記再循環された炭化水素生成物とともに再循環される、システム。
18. 請求項１に記載の高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体を製造するシステムであって、選択された前記再循環された炭化水素生成物及び中間生成物は、フィッシャー−トロプシュプロセスからの排ガスを含む、システム。
19. 請求項１に記載の高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体を製造するシステムであって、このプロセスで製造される高生物起源二酸化炭素（ＣＯ_２）はガス流から除去され、前記ＣＯ_２の一部はガス化システムに再循環される、システム。
20. 植物由来の炭素（生物起源）から製造された物質、並びに非生物起源由来の炭素（化石系）物質を含む都市固形廃棄物に由来する高生物起源炭素含量のフィッシャー−トロプシュ液体を製造するプロセスであって、
    ａ）原料処理ステップにおいて、前記都市固形廃棄物から非生物起源由来の炭素物質及び非炭素物質を除去して、前記都市固形廃棄物から、比較的高濃度の生物起源炭素及び比較的低濃度の他の非炭素物質を伴う非生物起源炭素を含む原料を製造することと、
    ｂ）発電プロセスにおいて、高生物起源炭素含量の物質の一部又は全部を高生物起源動力に転化し、ライフサイクル温室効果ガスの排出を低減することと、
    ｃ）バイオ精製所において、前記都市固形廃棄物からの比較的高濃度の生物起源炭素及び比較的低濃度の他の非炭素物質を伴う非生物起源炭素を維持しながら、前記処理原料をフィッシャー−トロプシュ液体に転化することと、
    を含む、プロセス。
21. 前記原料処理ステップは、少なくとも２つの処理ステップを含む、請求項２０に記載のプロセス。
22. 前記原料処理ステップにおいて、約１０％を超える前記非生物起源由来の炭素物質が、（意図的に）前記都市固形廃棄物から除去される、請求項２０に記載のプロセス。
23. 前記原料処理ステップにおいて、約８０％までの前記非生物起源由来の炭素物質が、前記都市固形廃棄物から除去される、請求項２０に記載のプロセス。
24. 前記原料処理ステップから製造された生成物において、約１０％と約８０％の間の前記非生物起源由来の炭素物質が前記都市固形廃棄物から除去される、請求項２０に記載のプロセス。
25. 前記比較的高濃度の生物起源炭素は、約６０％までの生物起源炭素を含む、請求項２０に記載のプロセス。
26. 前記比較的高濃度の生物起源炭素は、約９０％までの生物起源炭素を含む、請求項２０に記載のプロセス。
27. 前記比較的低濃度は、前記都市固形廃棄物からの、約１０％の他の非炭素物質を伴う非生物起源炭素である、請求項２０に記載のプロセス。
28. 前記比較的低濃度は、前記都市固形廃棄物からの、約１０％の他の非炭素物質を伴う非生物起源炭素である、請求項２６に記載のプロセス。
29. 植物由来の炭素（生物起源）から製造された物質、並びに非生物起源由来の炭素（化石系）物質を含む都市固形廃棄物に由来する高生物起源炭素含量のフィッシャー−トロプシュ液体燃料であって、
    ａ）原料処理ステップにおいて、前記都市固形廃棄物から非生物起源由来の炭素物質及び非炭素物質を除去して、前記都市固形廃棄物から、比較的高濃度の生物起源炭素及び比較的低濃度の他の非炭素物質を伴う非生物起源炭素を含む原料を製造することと、
    ｂ）発電プロセスにおいて、高生物起源炭素含量の物質の一部又は全部を高生物起源動力に転化し、ライフサイクル温室効果ガスの排出を低減し、再生可能エネルギークレジットを高めることと、
    ｃ）バイオ精製所において、前記都市固形廃棄物からの比較的高濃度の生物起源炭素及び比較的低濃度の他の非炭素物質を伴う非生物起源炭素を維持しながら、前記処理原料をフィッシャー−トロプシュ液体に転化すること、
    を含むプロセスによって製造される、高生物起源炭素含量のフィッシャー−トロプシュ液体燃料。
30. 比較的高濃度の生物起源炭素（植物由来の炭素）及び比較的低濃度の他の非炭素物質を伴う非生物起源炭素（化石資源からの炭素）を含む都市固形廃棄物（ＭＳＷ）処理原料に由来する高生物起源炭素濃度のフィッシャー−トロプシュ（Ｆ−Ｔ）液体を製造するプロセスであって、
    ａ）前記都市固形廃棄物からの比較的高濃度の生物起源炭素及び比較的低濃度の非生物起源炭素を維持しながら、前記処理原料をフィッシャー−トロプシュ液体に転化するための、バイオ精製所と、
    ｂ）前記バイオ精製所内の、ＣＯ、Ｈ_２及びＣＯ_２を含むシンガスを製造しながら、蒸気改質、準化学量論的炭素酸化及び炭化水素改質の組み合わせによって前記生物起源炭素を生物起源シンガスに転化するための、ガス化アイランド（ＧＩ）と、
    を含む、プロセス。
31. 比較的高濃度の生物起源炭素（植物由来の炭素）及び比較的低濃度の他の非炭素物質を伴う非生物起源炭素（化石資源からの炭素）を含む都市固形廃棄物（ＭＳＷ）処理原料に由来する高生物起源炭素濃度のフィッシャー−トロプシュ（Ｆ−Ｔ）液体を製造するシステムであって、
    ａ）前記都市固形廃棄物からの比較的高濃度の生物起源炭素及び比較的低濃度の非生物起源炭素を維持しながら、前記処理原料をフィッシャー−トロプシュ液体に転化するための、バイオ精製所と、
    ｂ）前記バイオ精製所内の、比較的高濃度の生物起源炭素を含む前記処理原料の少なくともガス化及び準化学量論的酸化を提供するガス化アイランド（ＧＩ）であって、
    前記処理原料を選択的に受け取り、ＣＯ、Ｈ_２、Ｈ_２Ｏ及びＣＯ_２を含むシンガスを製造し；
    再循環された炭化水素生成物及び中間生成物を選択的に受け取り、生物起源化合物の炭化水素改質によって前記生物起源炭素を回収し；
    再循環されたＣＯ_２を選択的に受け取る、ガス化アイランド（ＧＩ）と、
    を含む、システム。
32. 前記比較的高濃度の生物起源炭素は、前記原料及び前記フィッシャー−トロプシュ液体の両方において約８０％までの生物起源炭素である、請求項３１に記載のシステム。
33. 前記高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体は、前記比較的高濃度の生物起源炭素を含む、請求項３２に記載のシステム。
34. シンガス調整システムと、前記シンガス調整システムからシンガスを受け取るＦ−Ｔ反応器とをさらに含む、請求項３３に記載のシステム。
35. 前記シンガス調整システムは、前記ＧＩシステムに前記ＣＯ_２を再循環させる、請求項３４に記載のシステム。
36. 前記Ｆ−Ｔ反応器は、重質ＦＴ液体留分（ＨＦＴＬ）と、中間液体留分ＭＦＴＬと、Ｆ−Ｔ排ガスとを含むＦＴ液体を提供する、請求項３４に記載のシステム。
37. 前記Ｆ−Ｔ排ガスは、前記Ｆ−Ｔ反応器に再循環される、請求項３６に記載のシステム。
38. 前記Ｆ−Ｔ液体を受け取るための水素化分解装置をさらに含む、請求項３６に記載のシステム。
39. 前記水素化分解装置から重質分解物と軽質分解物とを受け取るための分留器をさらに含む、請求項３８に記載のシステム。
40. 前記分留器は、高生物起源の前記再循環された炭化水素生成物を提供する、請求項３９に記載のシステム。
41. 前記分留器は、前記高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体を提供する、請求項９３に記載のシステム。
42. 請求項３１に記載の高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体を製造するシステムであって、前記液体は燃料を含む、システム。
43. 請求項３１に記載の高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体を製造するシステムであって、前記液体はディーゼル燃料を含む、システム。
44. 請求項３１に記載の高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体を製造するシステムであって、前記液体は合成パラフィンケロシン（ＳＰＫ）を含む、システム。
45. 請求項１に記載の高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体を製造するシステムであって、前記液体はナフサを含む、システム。
46. 請求項３１に記載の高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体を製造するシステムであって、前記液体は、少なくともナフサ、ディーゼル燃料及び合成パラフィンケロシン（ＳＰＫ）を含む、システム。
47. 請求項３１に記載の高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体を製造するシステムであって、ＣＯ、Ｈ_２及びＣＯ_２は、ナフサ及びメタンを含む選択された前記再循環された炭化水素生成物とともに再循環される、システム。
48. 請求項３１に記載の高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体を製造するシステムであって、選択された前記再循環された炭化水素生成物及び中間生成物は、フィッシャー−トロプシュプロセスからの排ガスを含む、システム。
49. 請求項３１に記載の高生物起源濃度のフィッシャー−トロプシュ液体を製造するシステムであって、このプロセスで製造される高生物起源二酸化炭素（ＣＯ_２）はガス流から除去され、前記ＣＯ_２の一部はガス化システムに再循環される、システム。