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特表2024-515486水素生成ユニットにおいて水素富化生成物及びＣＯ２を回収する方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】2024-04-10

(54)【発明の名称】水素生成ユニットにおいて水素富化生成物及びＣＯ２を回収する方法

(51)【国際特許分類】

F25J 3/02 20060101AFI20240403BHJP

B01D 53/047 20060101ALI20240403BHJP

F25J 3/08 20060101ALI20240403BHJP

C07C 7/12 20060101ALI20240403BHJP

C07C 9/04 20060101ALI20240403BHJP

【ＦＩ】

F25J3/02 Z

B01D53/047

F25J3/08

C07C7/12

C07C9/04

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023559846

(86)(22)【出願日】2022-03-28

(85)【翻訳文提出日】2023-11-07

(86)【国際出願番号】 US2022071388

(87)【国際公開番号】W WO2022213056

(87)【国際公開日】2022-10-06

(31)【優先権主張番号】63/167,341

(32)【優先日】2021-03-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/451,941

(32)【優先日】2021-10-22

(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】598055242

【氏名又は名称】ユーオーピーエルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100117640

【弁理士】

【氏名又は名称】小野達己

(72)【発明者】

【氏名】クルス、アディソン

(72)【発明者】

【氏名】ラッセル、ブラッドリー

(72)【発明者】

【氏名】ベネットザサード、エリックジェイ．

(72)【発明者】

【氏名】キャディ、ウィリアム

(72)【発明者】

【氏名】クラウス、カート

(72)【発明者】

【氏名】ビエット、ステファノ

(72)【発明者】

【氏名】クエラー、カイル

(72)【発明者】

【氏名】カヨーデ、オルワセイ

【テーマコード（参考）】

4D012

4D047

4H006

【Ｆターム（参考）】

4D012BA01

4D012BA02

4D012BA03

4D012CG01

4D012CH02

4D047AA07

4D047AB00

4D047BB04

4D047BB07

4D047CA03

4D047CA16

4D047DA04

4H006AA02

4H006AD17

4H006BC51

4H006BC52

(57)【要約】

水素富化生成物を生成し、水素生成ユニットからの流出物流からＣＯ_２を回収するためのプロセス及び装置が説明される。水素、二酸化炭素、水、並びにメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンのうちの少なくとも１つを含むガスの混合物を含む、水素生成ユニットからの流出物は、分離のために少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムに送られる。少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムは、ガス混合物を、水素が富化された高圧力水素流と、任意選択的に、不純物の大部分を含有する第２のガス流と、ＣＯ_２及び一部の不純物が富化された低圧力テールガス流とに分離する。ＣＯ_２に富むテールガス流は、圧縮され、ＣＯ_２回収ユニットに送られ、そこでＣＯ_２富化流が回収される。ＣＯ_２枯渇塔頂ガス流は、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムに再循環される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素富化生成物を生成し、水素生成ユニットの流出物流からＣＯ_２を回収する方法であって、
前記水素生成ユニット（１２０）において炭化水素又は炭素質原料を含む供給流（１０５）を処理して、水素、二酸化炭素、水、並びにメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンのうちの少なくとも１つを含む合成ガス混合物（１３５）を生成することと、
少なくとも２つの生成物流を生成する圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システム（１５０）において、前記合成ガスを含む前記流出物流（１３５）を、少なくとも、水素が富化された高圧力水素流（１６０）と、二酸化炭素が富化された水素枯渇低圧力テールガス流（１６５）とに分離することと、
前記水素枯渇低圧力テールガス流（１６５）を圧縮機（１７０）内で圧縮して、圧縮テールガス流（１７５）を形成することと、
ＣＯ_２回収システム（１８０）において前記圧縮テールガス流（１７５）を、ＣＯ_２富化生成物流（１９０）と、前記水素の一部分、前記二酸化炭素の一部分、並びに前記メタン、前記一酸化炭素、前記窒素、及び前記アルゴンのうちの前記少なくとも１つを含む塔頂流（１９５）とに分離することと、
前記高圧力水素流（１６０）を回収することと、を含む、方法。

【請求項2】

少なくとも２つの生成物流を生成する前記ＰＳＡシステム（４５０）が、２つのＰＳＡユニット（５１０、５１５）を備え、前記流出物流（４４５）を分離することが、
前記流出物流（４４５）を前記第１のＰＳＡユニット（５１０）に導入し、前記流出物流（４４５）を、ＣＯ_２が富化された前記低圧力テールガス流（４６５）と、前記高圧力水素流（５２０）とに分離することであって、前記高圧力水素流（５２０）が、前記水素の７５％超と、前記メタン、前記一酸化炭素、前記窒素、及び前記アルゴンのうちの前記少なくとも１つの一部分とを含む、ことと、
ＣＯ_２が富化された前記低圧力テールガス流（４６５）を前記圧縮機（４７０）に通すことと、を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第２の２生成物ＰＳＡユニット（５１５）において、前記高圧力水素流（５２０）を、第２の高圧力水素流（４６０）と、第２のガス流（５００）とに分離することであって、前記第２の高圧力水素流（４６０）が、二酸化炭素、メタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンを実質的に含まず、前記第２のガス流（５００）が、前記メタン、前記一酸化炭素、前記窒素、及び前記アルゴンのうちの前記少なくとも１つを含む、分離することと、
前記第２の高圧力水素流（４６０）を回収することと、を更に含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

少なくとも２つの生成物流を生成する前記ＰＳＡシステム（１５０）が、３生成物ＰＳＡユニット（１５５）を備え、前記水素生成ユニット（１２０）から前記流出物流（１３５）を分離することが、
前記流出物流（１３５）を、３生成物ＰＳＡサイクルを有する前記３生成物ＰＳＡユニット（１５５）に導入することと、
前記ＰＳＡサイクルにおける高圧力並流吸着工程の間に前記高圧力水素流（１６０）を除去することであって、前記高圧力水素流（１６０）が、二酸化炭素、メタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンを実質的に含まない、除去することと、
前記３生成物ＰＳＡサイクルにおける並流減圧工程の間に第２のガス流（２００）を除去することと、
前記３生成物ＰＳＡサイクルにおける向流減圧工程及び向流パージ工程のうちの少なくとも１つの間に前記低圧力テールガス流（１６５）を除去することと、を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記ＣＯ_２回収システムが、冷凍ＣＯ_２分留プロセスを含み、冷凍冷却が、
少なくとも２つの冷凍回路（９１０、９１７）であって、前記冷凍回路のうちの１つが、前記ＣＯ_２回収システム（１８０）内の蒸留カラムから回収された前記ＣＯ_２富化生成物流（１９０）の一部分を利用する、少なくとも２つの冷凍回路（９１０、９１７）、又は、
単一閉ループ多成分混合冷凍システム（９１１）によって提供される、請求項１～２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

少なくとも２つの生成物流を生成する前記ＰＳＡシステム（１５０）からの第２のガス流（２００）の少なくとも一部分を前記水素生成ユニット（１２０）に再循環させること、
少なくとも２つの生成物流を生成する前記ＰＳＡシステム（１５０）からの第２のガス流（２００）の少なくとも一部分を水性ガスシフトプロセスユニット（１３０）に再循環させること、及び
少なくとも２つの生成物流を生成する前記ＰＳＡシステム（１５０）からの前記第２のガス流（２００）の少なくとも一部分を燃焼ユニットに送ること、のうちの少なくとも１つを更に含む、請求項４に記載の方法。

【請求項7】

前記塔頂流（１９５）の少なくとも一部分を、少なくとも２つの生成物流を生成する前記ＰＳＡシステム（１５０）に再循環させること、
前記塔頂流（１９５）の少なくとも一部分を水性ガスシフトプロセスユニット（１３０）に再循環させること、及び
前記塔頂流（１９５）の少なくとも一部分を前記ＣＯ_２回収システム（１８０）に再循環させること、のうちの少なくとも１つを更に含む、請求項１～２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記水素生成ユニット（１２０）が、水性ガスシフト（ＷＧＳ）流出物流（１３５）を生成するＷＧＳユニットを含み、前記水素生成ユニットからの前記流出物が、前記ＷＧＳ流出物流（１３５）を含み、
前記ＷＧＳ流出物流（１３５）をプロセス流と熱交換して、冷却された流出物流及び予熱されたプロセス流を形成することと、
前記冷却された流出物流から廃熱を回収して、リン酸の可逆的オリゴマー化反応を伴うプロセスを使用して蒸気を発生させることと、を更に含む、請求項１～２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記圧縮テールガス流（１７５）を乾燥機内で乾燥させて、乾燥テールガス流を形成することと、
前記乾燥テールガス流を冷却器内で冷却して、冷却テールガス流を形成することと、を更に含み、前記圧縮テールガス流を分離することが、前記冷却テールガス流を分離することを含む、請求項１～２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

水素を生成し、水素生成ユニットの流出物流からＣＯ_２を回収するための装置であって、
少なくとも１つの入口及び少なくとも１つの出口を有する水素生成プロセスユニット（１２０）と、
少なくとも入口、高圧力水素出口、及び低圧力テールガス出口を有するＰＳＡシステム（１５０）であって、前記ＰＳＡシステム入口が、前記水素生成ユニット（１２０）の前記出口と流体連通している、ＰＳＡシステム（１５０）と、
入口及び出口を有する圧縮機（１７０）であって、前記低圧力テールガス出口が、前記圧縮機入口と流体連通している、圧縮機（１７０）と、
ＣＯ_２回収システム（１８０）入口、第１の出口、及び塔頂出口であって、前記ＣＯ_２回収システム入口が、前記圧縮機出口と流体連通している、ＣＯ_２回収システム（１８０）と、を備える、装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（優先権の記載）
本出願は、２０２１年３月２９日に出願された米国特許仮出願第６３／１６７，３４１号、表題「ＭｅｔｈｏｄｏｆＲｅｃｏｖｅｒｉｎｇＨｙｄｒｏｇｅｎａｎｄＣＯ_２ｉｎａＨｙｄｒｏｇｅｎＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＵｎｉｔ」の利益を主張し、その全体が本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

水素は、クリーン燃焼燃料であるので、著しい成長の可能性を有することが予想される。しかしながら、水素生成は、従来ＣＯ_２の著しい排出源であり、政府規制及び社会的圧力は、ＣＯ_２排出に益々課税若しくはペナルティを課すか、又はＣＯ_２捕捉を奨励している。その結果、成長する市場を捕らえるための後続の地質学的隔離のために副生成物ＣＯ_２を回収しながら水素生成のコストを下げるための著しい競争が予想される。ＣＯ_２は、共通のパイプラインに供給される蒸気として分離することができるが、現在の世界の特定の地域におけるＣＯ_２パイプラインインフラストラクチャの欠如に起因して、トラック又は船舶による容易な輸送のために液化形態で生成されることが必要となる可能性が高い。

【0003】

所望されるレベルのＣＯ_２排出の低減は、地域経済状態に依存し、一部の水素生成業者はＣＯ_２捕捉による水素生成の最大化を優先し、他の水素生成業者は水素生成によるＣＯ_２排出の最小化を優先し、一部はその間のいずれかである。別の重要な要因は、所与の水素生成ユニットのために選択される改質器技術である。水蒸気改質プラントでは、５０％～６０％のＣＯ_２捕捉で十分であり得るが、自己熱改質器（autothermal reformer、ＡＴＲ）、ガス化装置、又は部分酸化（partial oxidation、ＰＯＸ）改質器では、９０％超又は９５％超が予想され得る。

【0004】

ほとんどの既存の水素生成プロセスは、シフト合成ガスから高純度の生成物水素を回収するために圧力スイング吸着（pressure swing adsorption、ＰＳＡ）を利用する。ＰＳＡユニットからの低圧力テールガス流は、典型的には、燃焼されて、プロセスのための熱又は蒸気を発生させる。流れが燃焼器に送られない場合、プロセス中の不純物の蓄積を防止するためにパージが必要である。

【0005】

米国特許第８，０２１，４６４号は、合成ガスに変換される炭化水素の混合物から水素及びＣＯ_２を組み合わせて生成するためのプロセスを記載している。合成ガスは、ＰＳＡユニットにおいて、水素富化流とＰＳＡオフガス流とに分離される。ＰＳＡオフガスは、圧縮及び乾燥され、温度が各工程で低減されながら、ＣＯ_２に富む凝縮物を凝縮及び分離するいくつかの連続工程が続き、その温度は周囲温度から－５６℃の範囲である。しかしながら、このプロセスは、プロセスから除去されなければならない、著しい量のＣＯ_２を含有するパージ流をもたらす。分離を改善するために透過物モジュールを使用することができるが、電力要件の増加という犠牲を払う。

【0006】

米国特許第８，２４１，４００号は、改質器ユニット、任意選択的な水性ガスシフト反応器、ＰＳＡユニット、及び極低温精製ユニット又は触媒酸化装置を含むシステムを利用して、炭化水素の混合物から水素及びＣＯ_２を回収するためのプロセスを記載している。ＰＳＡユニットは、高圧力水素流、低圧力ＣＯ_２流、及びＣＯ_２共パージ工程の間に取り出されるＣＨ_４に富む流れの３つの流れを生成する。プロセスにおけるＣＯ_２精製ユニットからの精製されたＣＯ_２は、ＰＳＡユニットにおける共パージとして使用される。吸着工程は、２５０ｐｓｉｇ～７００ｐｓｉｇの圧力で行われる。共パージ工程の間の圧力は、３００ｐｓｉｇ～８００ｐｓｉｇの範囲内にあり、ＣＯ_２共パージ流は、好ましくは、吸着工程の間の圧力よりも高い圧力で導入される。

【0007】

第２の高圧力供給流（ＣＯ_２共パージ流）の使用は、米国特許第８，２４１，４００号におけるプロセスのコスト及び複雑さを増加させる。セグメント化された吸着器（又は２つの別個の容器）を有し、その２つの容器と中間のサイドドローとの間に隔離弁を有する必要性は、プロセスのコスト及び複雑さを更に増加させる。

【0008】

したがって、改善された費用効果の高いＣＯ_２回収を伴う、改善された水素分離プロセスが必要とされている。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムを使用して、水素生成ユニットの流出物流から水素流及びＣＯ_２流を分離する方法の一実施形態の図である。

【図2】本発明の少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムにおいて使用するための３生成物ＰＳＡユニットの一実施形態の図である。

【図3】本発明の少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムを使用して、水素生成ユニットの流出物流から水素流及びＣＯ_２流を分離する方法の別の実施形態の図である。

【図4】本発明の少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムを使用して、水素生成ユニットの流出物流から水素流及びＣＯ_２流を分離する方法の別の実施形態の図である。

【図5】二元冷媒ＣＯ_２分留プロセスを使用するＣＯ_２回収システムの一実施形態の図である。

【図6】混合冷媒ＣＯ_２分留プロセスを使用するＣＯ_２回収システムの別の実施形態の図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

プロセスは、水素富化生成物を生成し、水素生成ユニットからの流出物流からＣＯ_２を回収することを可能にする。水素、二酸化炭素、水、並びにメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンのうちの少なくとも１つを含むガスの混合物を含む、水素生成ユニットからの流出物は、分離のための少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムに送られる。少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムは、ガス混合物を、少なくとも、水素が富化された高圧力水素流と、ＣＯ_２及び一部の不純物が富化された低圧力テールガス流とに分離する。いくつかの実施形態では、不純物の大部分を含有する第２のガス流が存在し得る。ＣＯ_２に富むテールガス流は、圧縮され、ＣＯ_２回収ユニットに送られ、そこで高純度液体ＣＯ_２流が回収される。ＣＯ_２枯渇塔頂ガス流は、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムに再循環される。不純物に富む第２の流れは、存在する場合、上流プロセスのための熱及び蒸気を発生させるため別個の燃焼ヒータ若しくは廃熱ボイラーで燃焼させることができるか、又は水素生成ユニット内の炉において燃焼させることができる。いくつかの実施形態では、不純物に富む第２の流れの一部分は、改質器ユニット又は水性ガスシフトユニットの上流に再循環させて、追加の水素を捕捉し、ＣＯをＣＯ_２に変換して、全体的な回収率の増加を可能にすることができる。

【0011】

従来のＰＳＡの代わりに、直列の３つの生成物ＰＳＡユニット又は２つのＰＳＡユニットを含む少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムを利用することは、下流の機器サイズ及び有用性を低減し、（不純物に富む流れが、著しい量のＣＯ_２を含有しないため）捕捉されるＣＯ_２の量を増加させる、革新性及び柔軟性を提供する。

【0012】

少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムは、３つの生成物流を有する３生成物ＰＳＡユニット、２つの生成物流を有するＰＳＡユニット、又は第１のＰＳＡユニットからの高圧力生成物流が第２のＰＳＡユニットに供給される直列の２つの生成物流を各々有する２つのＰＳＡユニットであり得る。

【0013】

３生成物ＰＳＡユニットは、４つ以上のＰＳＡ吸着容器を含む。概して、少なくとも６つの容器が存在し、典型的には、８～１４の容器が存在する。容器は、１つ以上の吸着剤層、概して１～５つ、典型的には、２～３つの吸着剤層を含む。吸着層の床のパーセンテージは、典型的には、１０％～１００％である。吸着剤の異なる層は、当業者に既知であるように、塔頂流中の成分に対して異なる選択性を有する。いくつかの層は、メタン、一酸化炭素、窒素、アルゴン、及び水素に対してＣＯ_２を選択的に吸着するための吸着剤を含有し、限定されるものではないが、活性アルミナ、シリカゲル、及びナトリウムＹゼオライトの層を含む。他の層は、水素に対してＣＯ_２、メタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンの選択的吸着のための吸着剤を含有し、限定されるものではないが、活性炭、シリカゲル、及びモレキュラーシーブゼオライト（例えば、５Ａ又はナトリウムＸゼオライト）の層を含む。当業者は、他のゼオライトが使用され得ることを理解し、適切な吸着剤を選択する方法を既知である。

【0014】

容器の一方の端部に第１の開口部があり、反対側の端部に第２の開口部が存在する。便宜上、これらの端部を、容器の頂部及び底部と称する。底部の第１の開口部は、高圧力供給ガス入口ライン及び低圧力テールガス出口ラインに選択的に接続される。容器の頂部の第２の開口部は、高圧力生成物出口ライン、中間圧力ベントガス出口ライン、及び低圧力パージガス入口ラインに選択的に接続される。供給ガスは、容器の底部の第１の開口部を通って高圧力で入り、高圧力並流吸着及び生成物除去工程が行われ、生成物は、容器の頂部の第２の開口部を通って高圧力で容器を出る。少なくとも１つの並流減圧工程、次いで、中間圧力並流減圧及びベントガス除去工程が存在する。第２の流れは、第２の圧力で容器の頂部の開口部を通して除去される。向流ブローダウン工程及び向流パージ工程が存在する。パージガスは、低圧力で容器の頂部において開口部を通って入る。ＣＯ_２は、向流ブローダウン工程及び向流パージ工程のいずれか又は両方の間に、容器の底部の開口部を通して低圧力で除去することができる。向流パージ及びテールガス除去工程に続いて、少なくとも１つの向流再加圧工程が存在する。

【0015】

少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムは、２つの生成物流を有する１つのＰＳＡユニット、又は各々が直列の２つの生成物流を有する２つのＰＳＡユニットを含み得る。２つの生成物流を有する単一のＰＳＡユニットにおいて、流出物流は、ＰＳＡユニットに導入され、そこで、ＣＯ_２が富化された低圧力テールガス流及び水素が富化された高圧力流に分離される。それは、メタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンのうちの少なくとも１つの一部分を含有し得る。

【0016】

直列の２つのＰＳＡユニットを有して、流出物流は、２つの生成物流を有する第１のＰＳＡユニットに導入され、そこで、ＣＯ_２が富化された低圧力テールガス流と、実質的に全ての水素（例えば、８５％～９５％）、並びにメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンのうちの少なくとも１つの一部分を含む高圧力流とに分離される。高圧力流は、２つの生成物流を有する第２のＰＳＡユニットに供給され、そこで、水素が富化された高圧力水素流と、高圧力流中に実質的に全てのメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴン（例えば、９５％～１００％）を含有する低圧力流とに分離される。

【0017】

本発明の少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムは、いくつかの利点を提供する。第２のガス流は、高圧力では除去されない。３生成物ＰＳＡユニットでは、水素が除去される高圧力とＣＯ_２が除去される低圧力との間であるが、高圧力よりも低圧力に非常に近い中間圧力で除去される。中間圧力は、典型的には、４５０ｋＰａ未満である。少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムが２つのＰＳＡユニットを含むとき、第２の流れは、低圧力、典型的には、２５０ｋＰａ未満で除去される。

【0018】

加えて、高圧力共パージ流は使用されない。更に、容器は、セグメント化されず、第２の流れは、容器の頂部の開口部を通して取り出される。したがって、２つの吸着剤床の間に隔離弁及びサイドドロー出口は必要ない。これらの要因により、少なくとも２つの生成物流を有するＰＳＡユニットは、米国特許第８，２４１，４００号のＰＳＡ及びプロセスよりも、構築及び動作がはるかに複雑でなく、安価になる。

【0019】

供給ガス混合物の供給源は、水素、ＣＯ_２、並びにメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンのうちの少なくとも１つを含む任意のプロセス流であり得る。好適なプロセス流としては、限定されるものではないが、任意選択のガス加熱改質器による水蒸気改質、任意選択的なガス加熱改質器による自己熱改質、ガス化、又は部分酸化（partial oxidation、ＰＯＸ）などの新規及び既存の水素生成プロセスからのプロセス流が挙げられる。他の好適なプロセス流は、流動接触分解（fluidized catalytic cracking、ＦＣＣ）オフガスなどの精油所からの水素含有副生成物流、又は鋼生産プラントからの副生成物流（例えば、高炉オフガス）であり得る。

【0020】

少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムに流入する供給ガス混合物の温度は、典型的には、２０℃～６０℃、又は３０℃～５０℃、又は４０℃（又は温度範囲の任意の組み合わせ）の範囲内にある。

【0021】

少なくとも２つの生成物流を有するＰＳＡユニットへの供給ガス混合物中の水素濃度は、概して、５０モル％～８０モル％の範囲内にある。例えば、蒸気メタン改質プラント水素流出物中の水素濃度は、６０モル％～８０モル％であり、一方、ＰＯＸ反応器中の水素濃度は、５０モル％～７０モル％である。

【0022】

少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムへの供給ガス混合物中の水素の７０％～９０％は、典型的には、高圧力生成物流中に回収され、いくつかの場合では、高圧力水素流は、ＣＯ_２、メタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンを実質的に含まない。典型的には、供給ガス混合物に対して１％未満、又は０．１％未満、又は０．０１％未満のＣＯ_２を含有する。典型的には、供給ガス混合物に対して１０％未満、又は５％未満、又は２％未満、又は１％未満、又は０．１％未満のメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンを含有する。高圧力生成物流は、典型的には、１，０００～６，０００ｋＰａ、又は２，０００ｋＰａ～５，０００ｋＰａ、又は２，５００ｋＰａ～４，５００ｋＰａの範囲内にある高圧力で除去される。

【0023】

低圧力テールガス流は、典型的には、５０ｋＰａ～２５０ｋＰａ、又は１００ｋＰａ～２００ｋＰａの範囲内の低圧力で除去される。

【0024】

低圧力テールガス流は、典型的には、供給ガス混合物中に９５％～１００％のＣＯ_２を含有する。それは、典型的には、供給ガス混合物に対して１０％の水素（例えば、５％～１５％）、及び供給物に対して４０％のメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴン（例えば、２０％～６０％）を含有する。

【0025】

少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムが３生成物ＰＳＡユニットを含むとき、第２のガス流は、高圧力と低圧力との間の中間圧力で除去され、中間圧力は、高圧力よりも低圧力にはるかに近く、典型的には、低圧力の４００ｋＰａ、又は３００ｋＰａ、又は２００ｋＰａ以内である。典型的には、中間圧力生成物流は、１５０ｋＰａ～４５０ｋＰａ、又は２５０ｋＰａ～３５０ｋＰａの範囲の圧力で除去される。中間圧力範囲と低圧力範囲との間にはいくらかの重複が存在するが、特定の場合では、低圧力が中間圧力よりも低くなることが理解される。

【0026】

第２の流れは、典型的には、供給ガス混合物中に４０％～８０％のメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンを含有する。それは、典型的には、供給ガス混合物に対して１０％の水素（例えば、５％～２５％）、及び供給物に対して５％未満、又は１％未満、又は０．１％未満のＣＯ_２を含有する。

【0027】

第２の流れの全部又は一部分は、存在する場合、水素生成プロセスユニット、水性ガスシフトプロセスユニット、及び／又は燃焼ユニットに再循環させることができる。

【0028】

少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムがＰＳＡユニットを備えるとき、流出物流は、第１のＰＳＡユニットに導入され、そこで、ＣＯ_２が富化された低圧力テールガス流（９５％～１００％）と、水素の実質的に全て（例えば、７５％超、又は８５％～９５％）、並びにメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンのうちの少なくとも１つの一部分（５０％～９０％）を含む高圧力流とに分離される。低圧力テールガス流は、５０ｋＰａ～２５０ｋＰａ、又は１００ｋＰａ～２００ｋＰａの低圧力を有する。高圧力流は、１，０００～６，０００ｋＰａ、又は２，０００ｋＰａ～５，０００ｋＰａ、又は２，５００ｋＰａ～４，５００ｋＰａの範囲内の高圧力を有する。

【0029】

少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムが直列の２つのＰＳＡユニットを含むとき、第１のＰＳＡユニットからの高圧力流は、第２のＰＳＡユニットに供給され、そこで実質的に全ての水素（例えば、８０％～９０％）を含有する高圧力水素流と、第２のガス流とに分離される。第２のガス流は、メタン、一酸化炭素、窒素及びアルゴンのうちの少なくとも１つを実質的に全て（例えば、９５％～１００％）を含む。高圧力水素流は、典型的には、１，０００～６，０００ｋＰａ、又は２，０００ｋＰａ～５，０００ｋＰａ、又は２，５００ｋＰａ～４，５００ｋＰａの範囲内の高圧力を有する。この配置では、第２の流れは、５０ｋＰａ～２５０ｋＰａ、又は１００ｋＰａ～２００ｋＰａの範囲内の圧力を有する低圧力流である。

【0030】

第１のＰＳＡユニットは、メタン、一酸化炭素、窒素、アルゴン、及び水素に対してＣＯ_２を選択的に吸着するための吸着剤を含有し、限定されるものではないが、活性アルミナ、シリカゲル、及びナトリウムＹゼオライトの層を含む。第２のＰＳＡユニットは、水素に対してＣＯ_２、メタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンの選択的吸着のための吸着剤を含有し、限定されるものではないが、活性炭、シリカゲル、及びモレキュラーシーブゼオライト（例えば、５Ａ又はナトリウムＸゼオライト）の層を含む。当業者は、他のゼオライトが使用され得ることを理解し、第１及び第２の２生成物ＰＳＡユニットのための適切な吸着剤を選択する方法を知っている。

【0031】

水素が富化された高圧力水素流は、回収される。

【0032】

第２の流れの全部又は一部分は、存在する場合、水素生成ユニット、ＷＧＳユニット、及び燃焼ユニットのうちの１つ以上に送ることができる。第２の流れは、任意選択的に、所望の場合、水素生成ユニット又はＷＧＳユニットに送られる前に、圧縮することができる。

【0033】

テールガス流は、３，０００～６，０００ｋＰａの範囲内の圧力に圧縮され、ＣＯ_２回収システムに送られる。圧縮テールガス流は、乾燥され、－２０°Ｃ～－５０°Ｃの温度に冷却される。それは、ＣＯ_２富化生成物流と、水素、二酸化炭素の一部、並びにメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンのうちの少なくとも１つの一部を含有する塔頂流とに分離される。いくつかの実施形態では、ＣＯ_２富化生成物流は、水素ＰＳＡユニットからのテールガス流中のＣＯ_２の実質的に全て（例えば、９５％～１００％）を含み、水素、メタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンを実質的に含まない。いくつかの実施形態では、ＣＯ_２富化生成物流は、９５．０モル％以上のＣＯ_２、又は９８．０モル％以上のＣＯ_２、又は９８．５モル％以上のＣＯ_２、又は９９．０モル％以上のＣＯ_２、又は９９．５モル％以上のＣＯ_２、又は９９．９モル％以上のＣＯ_２を含む。

【0034】

ＣＯ_２回収システムは、蒸留カラムを含み得、ＣＯ_２富化生成物流がカラムの底部から回収され、軽質成分（水素、メタン、窒素など）は、カラムの頂部から回収される。ＣＯ_２回収システムは、代わりに又は同様に、単一又は複数の連続フラッシュ気液分離容器を含むことができ、各分離器が、物質移動の追加の理論的段階を提供し、ＣＯ_２富化生成物は液体流において回収され、軽質成分（水素、メタン、窒素など）は塔頂蒸気流において回収される。

【0035】

ＣＯ_２富化流は、回収される。ＣＯ_２富化流は、液体流であり得る。いくつかの場合では、所望の場合、液体流は、次いで、使用のために気化させてもよい。

【0036】

ＣＯ_２回収システムからの塔頂流の全部又は一部は、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステム、水素生成ユニット、ＷＧＳユニット、及びＣＯ_２回収ユニットのうちの１つ以上に再循環させることができる。

【0037】

本発明の一態様は、水素富化生成物を生成し、水素生成ユニットの流出物流からＣＯ_２を回収する方法である。一実施形態では、本方法は、炭化水素又は炭素質原料を含む供給流を処理して、水素生成ユニット内で水素、二酸化炭素、水、並びにメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンのうちの少なくとも１つを含む合成ガス混合物を生成することと、少なくとも２つの生成物流を生成する圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システムにおいて、合成ガスを含む流出物流を、水素が富化された高圧力水素流と、二酸化炭素が富化された水素枯渇低圧力テールガス流とに分離することと、水素枯渇低圧力テールガス流を圧縮機内で圧縮して、圧縮テールガス流を形成することと、ＣＯ_２回収システム中の圧縮テールガス流をＣＯ_２富化生成物流と、水素の一部分、二酸化炭素の一部分、並びにメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンのうちの少なくとも１つを含む塔頂流とに分離することと、高圧力水素流を回収することと、を含む。「水素枯渇」とは、低圧力テールガス流が、水素生成ユニットからの流出物流よりも少ない水素、例えば、２０％未満、又は１０％未満を有することを意味する。

【0038】

少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムが３生成物ＰＳＡユニットを備えるとき、高圧力水素流は、ＰＳＡサイクルにおける高圧力並流吸着工程の間に除去することができ、第２のガス流は、ＰＳＡサイクルにおける並流減圧工程の間に除去することができ、低圧力ＣＯ_２流は、ＰＳＡサイクルにおける向流減圧工程及び向流パージ工程のうちの少なくとも１つの間に除去することができる。

【0039】

いくつかの実施形態では、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムが３生成物ＰＳＡユニットであるとき、ＰＳＡサイクルは、
高圧力並流吸着及び水素除去工程と、
高圧力並流吸着工程及び水素除去工程に続く、少なくとも１つの並流減圧工程と、
少なくとも１つの並流減圧工程に続く、並流減圧及び第２のガス除去工程と、
中間圧力並流減圧及び第２のガス除去工程に続く、向流ブローダウン工程及びＣＯ_２除去工程と、
向流ブローダウン工程に続く、向流パージ及びＣＯ_２除去工程と、
向流パージ及びＣＯ_２除去工程に続く、少なくとも１つの向流再加圧工程と、
任意選択的に、少なくとも１つの向流再加圧工程に続く、並流供給物再加圧工程、又は少なくとも１つの向流再加圧工程に続く、向流生成物再加圧工程と、を含み得る。

【0040】

いくつかの実施形態では、ＰＳＡシステムは、１つのＰＳＡユニット、又は２つのＰＳＡユニットを備え、流出物流を分離することは、流出物流を第１のＰＳＡユニットに導入することと、流出物流を、ＣＯ_２が富化された低圧力テールガス流と、水素が富化された高圧力水素流とに分離することと、を含む。いくつかの場合では、高圧力水素流は、燃料として使用され得る。他の実施形態では、高圧力流は、第２のＰＳＡユニットにおいて、第２の高圧力水素流と、第２のガス流とに分離される。第２の高圧力水素流は、二酸化炭素、メタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンを実質的に含まず、第２のガス流は、塔頂流中にメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンのうちの少なくとも１つを含む。第２の高圧力水素流及び第２のガス流は、第２のＰＳＡユニットから除去される。

【0041】

いくつかの実施形態では、ＣＯ_２回収システムは、冷凍ＣＯ_２分留プロセスを含み、冷凍冷却は、少なくとも２つの冷凍回路によって提供され、冷凍回路のうちの１つは、ＣＯ_２回収システム内の蒸留カラムから回収されたＣＯ_２富化生成物流の一部分を利用するか、又は、以下でより完全に説明されるような単一の閉ループ多成分混合冷媒回路である。

【0042】

いくつかの実施形態では、本方法は、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムからの第２のガス流の少なくとも一部分を水素生成ユニットに再循環させること、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムからの第２のガス流の少なくとも一部分を水性ガスシフトプロセスユニットに再循環させること、及び少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムからの第２のガス流の少なくとも一部分を燃焼ユニットに送ること、のうちの少なくとも１つを更に含む。

【0043】

いくつかの実施形態では、本方法は、塔頂流の少なくとも一部分を、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムに再循環させること、塔頂流の少なくとも一部分を水性ガスシフトプロセスユニットに再循環させること、及び塔頂流の少なくとも一部分をＣＯ_２回収システムに再循環させること、のうちの少なくとも１つを更に含む。

【0044】

いくつかの実施形態では、方法は、流出物流を分離する前に、流出物流を圧縮することを更に含む。

【0045】

いくつかの実施形態では、プロセスは、水素生成プロセスからの未変換一酸化炭素及びメタン並びに未回収水素から高圧力蒸気の形態で熱を回収するために、第２の流れの上に触媒酸化（catalytic oxidation、ＣＡＴＯＸ）反応器を含むことができる。第２の流れが炉に送られるときとほぼ同じ量の熱又は蒸気が生成される。しかしながら、それをＣＡＴＯＸ反応器ユニットに送ることで、ＣＡＴＯＸ生成物流の少なくとも一部分を、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステム、水素生成ユニット、ＷＧＳユニット、又はＣＯ_２回収システムに戻して再循環させ、プロセスから捕捉されるＣＯ_２のパーセンテージを増加させることによって、炉内でこれらの成分を燃焼させることから作り出されることになるＣＯ_２排出の少なくとも一部を回避することができる。ＣＡＴＯＸ反応器ユニットは、ほぼ等温であり得、熱交換器の一方の側に触媒を有し、他方の側に沸騰水を有する。例えば、ＣＡＴＯＸ反応器ユニットは、２５０℃の水／蒸気（反応器）温度を有し得る。反応器の規模は、相対的に小さく、例えば、１００，０００Ｎｍ^３／時の水素生成プラント容量に対して、６４００Ｎｍ３／時の総ガス供給速度（燃料ガス＋酸素）とすることができる。

【0046】

いくつかの実施形態では、圧縮機又はＣＯ_２回収システムに問題がある場合に、システムが動作することを可能にする選択的バイパス配置が存在する。この場合、圧縮機又はＣＯ_２回収システムは、バイパスされ、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムからのテールガス流は、水素生成プロセスユニット又は他の場所における燃焼ユニットに送られ得る。

【0047】

追加のエネルギー回収は、本プロセスにおけるＷＧＳユニットの流出物から得ることができる。ＷＧＳユニットからの流出物流は、プロセス流と熱交換されて、冷却された流出物流及び予熱されたプロセス流を形成することができる。廃熱は、リン酸の可逆的オリゴマー化反応を伴うプロセスを使用して、蒸気を発生させるために冷却された流出物流から回収され得る。廃熱とリン酸との接触は、二リン酸へのオリゴマー化をもたらす。オリゴマー化の結果として、水分子が分離して凝縮し、廃熱の冷却を引き起こす。二リン酸流に対する圧力が増加する。廃熱は、次いで、二リン酸によって吸収される水を蒸発させる。これは、脱オリゴマー化及び加水分解を生じさせ、リン酸に戻る変換及びより高い価値のプロセス熱の生成をもたらす。次いで、リン酸流に対する圧力が減少し、サイクルが繰り返される。リン酸の可逆的オリゴマー化を使用する廃熱回収のプロセスは、Ｑｐｉｎｃｈ（Ａｎｔｗｅｒｐ、Ｂｅｌｇｉｕｍ）から入手可能である。

【0048】

いくつかの実施形態では、本方法は、圧縮テールガス流を乾燥器内で乾燥させて、乾燥テールガス流を形成することと、乾燥テールガス流を冷却器内で冷却して、冷却テールガス流を形成することと、を更に含み、圧縮テールガス流を分離することは、冷却テールガス流を分離することを含む。

【0049】

いくつかの実施形態では、乾燥テールガス流は、－２０℃～－５０℃の温度に冷却される。

【0050】

本発明の別の態様は、水素富化生成物を生成し、水素生成ユニットの流出物流からＣＯ_２を回収するための装置である。一実施形態では、装置は、少なくとも１つの入口及び少なくとも１つの出口を有する水素生成プロセスユニットと、少なくとも１つの入口、高圧力水素出口、及び低圧力テールガス出口を有するＰＳＡシステムであって、ＰＳＡシステム入口が、水素生成ユニットの出口と流体連通している、ＰＳＡシステムと、入口及び出口を有する圧縮機であって、低圧力テールガス出口が圧縮機入口と流体連通している、圧縮機と、入口、第１の出口、及び塔頂部出口を有するＣＯ_２回収システムであって、ＣＯ_２回収システム入口が圧縮機出口と流体連通している、ＣＯ_２回収システムと、を備える。

【0051】

いくつかの実施形態では、ＣＯ_２回収システム塔頂部出口は、ＰＳＡシステムの入口と流体連通している、ＣＯ_２回収システム塔頂部出口は、水性ガスシフトプロセスユニットの入口と流体連通している、第２のガス流は、水素生成プロセスユニットと流体連通している、のうちの少なくとも１つである、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムは、第２のガス流出口を更に備え、第２のガス流出口が、水性ガスシフトプロセスユニットへの入口と流体連通している、第２のガス流出口が、燃焼ユニットへの入口と流体連通している、及び第２のガス流出口が、触媒酸化ユニットへの入口と流体連通している、及び触媒酸化ユニットの出口が、圧縮機の入口と流体連通している、のうちの１つである。

【0052】

いくつかの実施形態では、装置は、圧縮機とＣＯ_２回収システムとの間に位置決めされた乾燥器及び冷却器を更に備え、乾燥機が、入口及び少なくとも１つの出口を有し、乾燥機入口が、圧縮機出口と流体連通しており、冷却器が、ガス入口、ガス出口、冷却流体入口、冷却流体出口を有し、冷却器ガス入口が、乾燥機出口と流体連通し、冷却器流体入口が、冷却流体源と流体連通し、ＣＯ_２回収システム入口が、冷却器ガス出口と流体連通する。

【0053】

いくつかの実施形態では、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムは、入口並びに第１及び第２の出口を有する第１のＰＳＡユニットと、入口並びに第１及び第２の出口を有する第２のＰＳＡユニットと、を備え、第１のＰＳＡユニットの入口は、ＰＳＡシステムの入口を備え、第１のＰＳＡユニットの第１の出口は、低圧力ＣＯ_２出口を備え、第２のＰＳＡユニットの入口は、第１のＰＳＡユニットの第２の出口と流体連通しており、第２のＰＳＡユニットの第１の出口は、高圧力水素出口を備え、第２のＰＳＡユニットの第２の出口は、第２のガス出口を備える。

【0054】

図１は、本発明の少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムを組み込む水素生成プロセス１００の一実施形態を例解する。

【0055】

天然ガス１０５、酸素１１０、及び蒸気１１５は、ＡＴＲ／ＧＨＲプロセスユニット１２０に送られる。流出物流１２５は、ＷＧＳユニット１３０に送られる。ＡＴＲ／ＧＨＲ、水蒸気改質、及びＰＯＸプロセスのために天然ガスの代わりに使用され得る炭化水素を含む他の供給流としては、限定されるものではないが、ナフサ及び液化石油ガス（liquefied petroleum gas、ＬＰＧ）が挙げられる。ＰＯＸ及びガス化プロセスは、限定されるものではないが、石炭及び石油コークスを含む固体供給原料を使用することができる。

【0056】

ＷＧＳユニット１３０からの流出物流１３５は、水素、ＣＯ_２、水、並びにメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンのうちの少なくとも１つを含む。温度は、３０℃～５０℃（熱回収及び冷却後）、圧力は、１，０００～６，０００ｋＰａである。

【0057】

流出物流１３５は、任意選択の圧縮機１４０に送ることができ、ここで２，８００ｋＰａ～６，０００ｋＰａの圧力に圧縮することができる。代替的に、流出物流１３５は、圧縮されることなく、少なくとも２つの生成物流１５０を生成するＰＳＡシステムに直接送られてもよい。

【0058】

圧縮された流出物１４５は、少なくとも２つの生成物流とともに、３生成物ＰＳＡユニット１５５を備えるＰＳＡシステム１５０に送られ、そこで３つの流れに分離される。水素が富化され（例えば、９８％超、又は９９％超、又は９９．５％超、又は９９．９％超、又は９９．９９％超）、二酸化炭素、メタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンを実質的に含まない高圧力水素流１６０が回収される。これは、１０００～６，０００ｋＰａの高圧力を有する。

【0059】

実質的に全ての二酸化炭素を含むＣＯ_２が富化された低圧力テールガス流１６５は、圧縮機１７０に送られる。これは、５０ｋＰａ～２５０ｋＰａの低圧力を有する。圧縮テールガス流１７５は、ＣＯ_２回収ユニット１８０に送られ、そこで乾燥されて、水流１８５が除去され、－２０℃～－５０℃の温度に冷却され、底部流１９０と、塔頂流１９５とに分離される。液体ＣＯ_２を含む底部流１９０が回収される。塔頂流１９５の全部又は一部分は、ＣＯ_２回収ユニット１８０、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステム１５０、ＷＧＳユニット１３０、及び／又はＡＴＲ／ＧＨＲプロセスユニット１２０に再循環させることができる。

【0060】

第２のガス流２００は、水と、メタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンの一部分とを含む。これは、５０ｋＰａ～２５０ｋＰａの中間圧力を有する。第２のガス流２００は、任意選択的に、圧縮機２０５内で圧縮され得る。第２のガス流２００の全部又は一部分は、燃料として使用され、ＷＧＳユニット１３０に再循環され、及び／又はＡＴＲ／ＧＨＲプロセスユニット１２０に再循環され得る。

【0061】

図２は、ＰＳＡ吸着容器３１０を含む、ＰＳＡユニット３０５を例解する。ＰＳＡ吸着容器３１０は、３つの吸着層３１５、３２０、３２５を含む。ＰＳＡ吸着容器３１０は、第１の端部３３５において第１の開口部３３０を含み、第２の端部３４５において第２の開口部３４０を含む。第１の開口部３３０は、弁３５５を介して高圧力供給ガス入口ライン３５０と選択的に流体連通しており、弁３６５を介して低圧力テールガス出口ライン３６０と選択的に流体連通している。第２の開口部３４０は、弁３７５を介して高圧力生成物出口ライン３７０と、弁３８５を介して中間圧力ベントガス出口ライン３８０と、かつ弁３９５を介して低圧力パージガス入口ライン３９０と選択的に流体連通している。

【0062】

ＰＳＡサイクルの高圧力並流吸着及び水素除去工程の間、弁３５５及び３７５を開放し、弁３６５、３８５、及び３９５を閉鎖して、高圧力供給ガスをＰＳＡ吸着容器３１０に入れ、高圧力水素流を出すことを可能にする。

【0063】

少なくとも１つの並流減圧工程の間、弁３５５、３６５、３７５、３８５、及び３９５は閉鎖される。

【0064】

中間圧力並流減圧及びベント除去工程の間、弁３８５は開放され、弁３５５、３６５、３７５、及び３９５は閉鎖される。

【0065】

向流ブローダウン工程及びテールガス除去工程の間、弁３６５は開放され、弁３５５、３７５、３８５、及び３９５は閉鎖される。床は、弁３６５を通して減圧され、ＣＯ_２の一部が離脱される。

【0066】

向流パージ及びテールガス除去工程の間、弁３６５及び３９５は開放され、弁３５５、３７５、及び３８５は閉鎖される。パージガスが導入され、ＣＯ_２が除去される。

【0067】

少なくとも１つの向流再加圧工程の間、弁３５５、３６５、３７５、３８５、及び３９５は閉鎖される。

【0068】

図３は、本発明の少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムを組み込む水素生成プロセス４００の一実施形態を例解する。

【0069】

天然ガス流４０５、酸素流４１０、及び蒸気流４１５は、ＡＴＲ／ＧＨＲプロセスユニット４２０に送られる。流出物流４２５は、ＷＧＳユニット４３０に送られる。

【0070】

ＷＧＳユニット４３０からの流出物流４３５は、水素、ＣＯ_２、水、並びにメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンのうちの少なくとも１つを含む。温度は、３０℃～５０℃（熱回収及び冷却後）、圧力は、１，０００～６，０００ｋＰａである。

【0071】

流出物流４４５は、２つのＰＳＡユニット５１０、５１５を含む、少なくとも２つの生成物流４５０を生成するＰＳＡシステムに送られる。流出物流４３５は、第１のＰＳＡユニット５１０に送られ、そこで、ＣＯ_２が富化された低圧力テールガス流４６５と、実質的に全ての水素、並びにメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンの一部分を含む高圧力流５２０とに分離される。低圧力テールガス流４６５は、５０ｋＰａ～２５０ｋＰａの低圧力を有する。高圧力流５２０は、１，０００～６，０００ｋＰａの高圧力を有する。高圧力流５２０は、第２のＰＳＡユニット５１５に送られ、そこで高圧力水素流４６０と、低圧力の第２の流れ５００とに分離される。

【0072】

水素が富化され、二酸化炭素、メタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンを実質的に含まない高圧力水素流４６０が回収される。

【0073】

実質的に全ての二酸化炭素を含むＣＯ_２が富化された低圧力テールガス流４６５は、圧縮機４７０に送られる。低圧力圧縮テールガス流４７５は、５０ｋＰａ～２５０ｋＰａの圧力を有する。これはＣＯ_２回収ユニット４８０に送られ、そこで乾燥されて、水流４８５が除去され、－２０℃～－５０℃の温度に冷却され、底部流４９０と、塔頂流４９５とに分離される。液体ＣＯ_２を含む底部流４９０が回収される。塔頂流４９５の全部又は一部分は、ＣＯ_２回収ユニット４８０、少なくとも２つの生成物流４５０を生成するＰＳＡシステム、ＷＧＳユニット４３０、及び／又はＡＴＲ／ＧＨＲプロセスユニット４２０に再循環させることができる。

【0074】

水、並びにメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンの一部分を含む第２のガス流５００は、５０ｋＰａ～２５０ｋＰａの圧力を有する低圧力流である。第２のガス流５００は、任意選択的に、圧縮機５０５内で圧縮され得る。第２のガス流５００の全部又は一部分は、燃料として使用されるか、ＷＧＳユニット４３０に再循環されるか、又はＡＴＲ／ＧＨＲプロセスユニット４２０に再循環され得る。

【0075】

図４は、本発明の少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムを組み込む水素生成プロセス４００の別の実施形態を例解する。

【0076】

【0077】

ＷＧＳユニット４３０からの流出物流４４５は、水素、ＣＯ_２、水、並びにメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンのうちの少なくとも１つを含む。温度は、３０℃～５０℃（熱回収及び冷却後）、圧力は、１，０００～６，０００ｋＰａである。

【0078】

流出物流４４５は、少なくとも２つの生成物流とともに、２つの２生成物ＰＳＡユニット５１０、５１５を含むＰＳＡシステム４５０に送られる。流出物流４４５は、第１の２生成物ＰＳＡユニット５１０に送られ、そこで、ＣＯ_２が富化された低圧力テールガス流４６５と、実質的に全ての水素、並びにメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンの一部分を含む高圧力流５２０とに分離される。低圧力テールガス流４６５は、５０ｋＰａ～２５０ｋＰａの低圧力を有する。高圧力流５２０は、１，０００～６，０００ｋＰａの高圧力を有する。高圧力流５２０は、第２の２生成物ＰＳＡユニット５１５に送られ、そこで高圧力水素流４６０と、低圧力の第２の流れ５００とに分離される。

【0079】

メタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンを含む低圧力の第２の流れ５００は、酸素流４１０の一部分４６６とともに、触媒酸化反応ゾーン４６３に送られる。メタン及び一酸化炭素及び水素の触媒酸化反応は、ＣＯ_２再循環流４６４を形成する。水流４６７は、触媒酸化反応器４６３を冷却するために使用され、蒸気流４６８を生成する。蒸気流４６８は、蒸気流４１５中で使用し、ＡＴＲ／ＧＨＲ反応ゾーン４２０に送ることができる。ＣＯ_２再循環流４６４は、圧縮機４７０に再循環される。ブリード流４６２は、ＣＯ_２再循環流４６４から除去されて、プロセス中の不純物の蓄積を防止する。触媒酸化ゾーン４６３において形成された水は、ＣＯ_２回収システム４８０における下流の乾燥機において流れ４８５内で除去される。

【0080】

水素が富化され、二酸化炭素、メタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンを実質的に含まない高圧力水素流４６０が回収される。

【0081】

【0082】

図５は、合成ガス流からの水素及び軽質成分から二酸化炭素を除去するためのＣＯ_２回収システムの設計を示すプロセスフロー図である。このプロセスは、二重冷媒ＣＯ_２分留プロセスの使用を伴う。

【0083】

このプロセスでは、入口ガスは、供給流９３１としてプラントに入る。供給流９３１は、通常、極低温条件下での水和物（氷）形成を防止するために脱水される。固体乾燥剤及び液体乾燥剤の両方が、この目的のために使用されてきた。

【0084】

供給流９３１は、２つの流れ（流れ９３９及び９４０）に分割される。流れ９３９は、熱交換器９１１において、冷却二酸化炭素蒸気（流れ９３８ｃ）及び低温残留ガス（流れ９３３ａ）との熱交換によって冷却される。流れ９４０は、熱交換器９１０において、カラム再沸器液体（流れ９３６）及びカラムサイド再沸器液体（流れ９３５）との熱交換によって冷却される。熱交換器９１０及び９１１からの冷却された流れは、流れ９３１ａに再結合される。流れ９３１ａは、市販の冷媒９５０（例えば、プロパン又はＲ－１３４Ａ）で更に冷却され、結果として生じる流れ（冷却された流れ９３１ｂ）は、膨張弁９１２によって分留塔９１３の動作圧力まで膨張され、その頂部カラム供給点において、分留塔９１３に供給される前に、流れ９３１ｃを冷却する。

【0085】

塔頂蒸気流９３２は、分留塔９１３を出て、熱交換器９１４で冷却され、部分的に凝縮される。部分的に凝縮された流れ９３２ａは、分離器９１５に入り、そこで蒸気（低温残留ガス流９３３）が、凝縮された液体流９３４から分離される。凝縮された液体流９３４は、液体流９３４ａが熱交換器９１６に入る前に、ポンプ９１９によって分留塔９１３の動作圧力よりもわずかに上回ってポンプ圧送され、蒸留カラムの底部からの二酸化炭素冷媒との熱交換によって加熱され、部分的に気化される（以下に記載）。部分的に気化された流れ９３４ｂは、その後、中間カラム供給点において分留塔９１３への供給物として供給される。ＰＳＡシステムへの供給物においてより高い圧力及び／又はより低い二酸化炭素含有量が望ましい場合、低温圧縮機（図示せず）を塔頂蒸気流９３２に適用することができる。圧縮機がこの流れで使用される場合、ポンプ９１９が省略され得、分離器９１５からの液体は、液面制御弁を介して分留塔９１３に送られる。

【0086】

分留塔９１３は、複数の垂直に離間されたトレイ、１つ以上の充填床、又はトレイと充填物のいくつかの組み合わせを含む従来の蒸留カラムである。それはまた、カラムを流下する液体の一部分を加熱及び気化させて、ストリッピング蒸気を提供する（前述の再沸器及びサイド再沸器などの）再沸器を含み、ストリッピング蒸気は、カラムを上昇して、水素及び軽質成分のカラム底部液体生成物流９３７をストリッピングする。トレイ及び／又は充填物は、上方に上昇するストリッピング蒸気と下方に落下する低温液体との間の必要な接触を提供し、そのため、カラム底部液体生成物流９３７は、底部生成物中の水素及び軽質成分の濃度を低減させて、非常に純粋な二酸化炭素生成物を作製することに基づいて、塔の底部を出る。

【0087】

カラム底部液体生成物流９３７は、主に液体二酸化炭素である。小部分（流れ９３８）は、前述のように分離器９１５からの液体流９３４ａによって熱交換器９１６内で過冷却される。過冷却された液体（流れ９３８ａ）は、膨張弁９２０によってより低い圧力に膨張され、部分的に気化され、熱交換器９１４に入る前に、流れ９３８ｂを更に冷却する。流れ９３８ｂは、熱交換器９１４において冷媒として機能して、前述のように部分的に凝縮された流れ９３２ａの冷却を提供し、得られた二酸化炭素蒸気は、流れ９３８ｃとして離れる。

【0088】

熱交換器９１４からの冷却二酸化炭素蒸気（流れ９３８ｃ）は、前述のように供給ガスとの熱交換によって熱交換器９１１内で加熱される。次いで、加温二酸化炭素蒸気（流れ９３８ｄ）は、圧縮機９２１、９２３、及び９２５によって３段階で分留塔９１３の圧力を上回る圧力に圧縮され、圧縮の各段階後に、排出冷却器９２２、９２４、及び９２６によって冷却される。次いで、圧縮された二酸化炭素流（流れ９３８ｊ）は、弁９４２を通してフラッシュ膨張され、分留塔９１３内の底部供給場所に戻される。再循環された二酸化炭素（流れ９３８ｋ）は、分留塔９１３において更なる熱負荷及びストリッピングガスを提供する。カラム底部液体生成物流９３７の残りの部分（流れ９４１）は、流れ９４１ａが高圧力二酸化炭素流を形成し、次いで、パイプライン又は再注入に流動するように、ポンプ９２９によって高圧力にポンプ圧送される。場合によっては、二酸化炭素流は、断熱輸送コンテナにおいて輸送することができる低圧力の過冷却液体として送達される必要がある。これらの場合、二酸化炭素生成物（流れ９４１）は、熱交換器９１７において、貯蔵タンク条件に下げられる前に冷媒９５０で過冷却される。したがって、ポンプ９２９は、省略される。

【0089】

低温残留ガス流９３３は、分離器９１５を離れ、熱交換器９１４において追加の冷却を提供する。加温された残留ガス流９３３ａは、前述のように熱交換器９１１において供給ガスと熱交換した後に更に加熱される。次いで、加温残留ガス流９３３ｂは、更なる処理のためにＰＳＡシステムに送られる。

【0090】

図６は、合成ガス流からの水素及び軽質成分から二酸化炭素を除去するための処理ユニットの設計を示すプロセスフロー図である。このプロセスでは、入口ガスは、供給流９３１としてプラントに入る。このプロセスは、混合冷媒ＣＯ_２分留プロセスの使用を伴う。

【0091】

供給流９３１は、通常、極低温条件下での水和物（氷）形成を防止するために脱水される。固体乾燥剤及び液体乾燥剤の両方が、この目的のために使用されてきた。

【0092】

供給流９３１は、熱交換器９１０において、カラム再沸器液体（流れ９３６）及びカラムサイド再沸器液体（流れ９３５）との熱交換によって冷却される。流れ９３１ａは、熱交換器９１１において、低温残留ガス流９３３と、炭化水素成分及び非炭化水素成分の両方からなるフラッシュ膨張多成分混合冷媒流との熱交換によって更に冷却される。混合冷媒流中の成分混合物は、入口ガス供給条件に基づいて、熱交換器９１１内で最も効率的な冷却曲線を提供するように設計される。更に冷却された流れ９３１ｂは、膨張弁９１２によって分留塔９１３の動作圧力まで膨張され、中間カラム供給点で分留塔９１３に送られる。

【0093】

塔頂蒸気流９３２は、分留塔９１３を離れて、熱交換器９１１において、混合冷媒流で冷却され、部分的に凝縮される。部分的に凝縮された流れ９３２ａは、分離器９１５に入り、そこで蒸気（低温残留ガス流９３３）が、凝縮された液体流９３４から分離される。凝縮された液体流９３４は、液体流９３４ａが頂部供給点において分留塔９１３に送られる前に、ポンプ９１９によって分留塔９１３の動作圧力をわずかに上回ってポンプ圧送される。ＰＳＡシステムへの供給物においてより高い圧力及び／又はより低い二酸化炭素含有量が望ましい場合、低温圧縮機（図示せず）を塔頂蒸気流９３２に適用することができる。圧縮機がこの流れで使用される場合には、ポンプ９１９が省略され得、分離器９１５からの液体は、液面制御弁を介して分留塔９１３に送られる。

【0094】

【0095】

カラム底部液体生成物流９３７は、主に液体二酸化炭素である。カラム底部液体生成物流９３７は、流れ９３７ａが高圧力二酸化炭素流を形成し、次いでこれがパイプライン又は再注入に流動するように、ポンプ９２９によって高圧力にポンプ圧送される。場合によっては、二酸化炭素流は、断熱輸送コンテナにおいて輸送することができる低圧力の過冷却液体として送達される必要がある。これらの場合、カラム底部液体生成物流９３７中の二酸化炭素生成物は、熱交換器９１１において、貯蔵タンク条件に下げられる前に、混合冷媒９５０で過冷却される。したがって、ポンプ９２９は、省略される。

【0096】

加温残留ガス流９３３ａは、前述のように供給ガスと熱交換した後、熱交換器９１１を離れる。次いで、加温残留ガス流９３３ａは、更なる処理のためにＰＳＡシステムに送られる。

【実施例】

【0097】

以下の実施例は、一体化したプロセスを更に例解することを意図する。これらの実施例は、本発明の特許請求の範囲を実施例の特定の詳細に限定するものではない。

【0098】

実施例１－２つのＰＳＡユニットを備えるＰＳＡシステム
表１～表１０は、直列の２つのＰＳＡユニットを備えるＰＳＡシステムについてのコンピュータシミュレーション結果を提供する。

【0099】

表１は、第１のＰＳＡユニットに対して２つの均圧化工程を有する８床サイクルを示す。これは、全体のＰＳＡサイクルの短縮形であり（サブサイクルと呼ばれる）、完全な多床ＰＳＡサイクルを表すのに必要な最小量の情報を捕捉するために実行者によって日常的に使用される。これらのサブサイクルは、完全なサイクルチャートを生成するために、既知の手順に従って繰り返される（各行が１つの床に対応する）。サイクルの詳細の他の変形が可能であることが理解される。表２は、表１の８床サブサイクルの詳細な説明を提供する。

【0100】

これらのサイクルを、表３～表５に示される第１の２生成物ＰＳＡユニット５１０（図３）の結果を提供するために、コンピュータシミュレーションにおいて使用した。

【0101】

【表1】

【0102】

【表2】

^＊ｘ＝サブサイクル時間（５０～１５０秒の範囲）

【0103】

表１～表２に示されるサイクルを使用する、第１のＰＳＡユニットについてコンピュータシミュレーションを行った。供給ガス組成を表３に示し、床充填量を表４に示す。表５に見られ得るように、低圧力ＣＯ_２流は、９９．５％のＣＯ_２と、流出物流中のわずか８．２％の水素とを含有する。低圧力ＣＯ_２流はまた、２４％のＣＯ、２９％のＣＨ_４、及び１６％の窒素を含む。高圧力ガス流は、７６％のＣＯ、７０％を超えるＣＨ_４、及び８４％の窒素とともに、流出物流中の９３％を超える水素及び０．５％のＣＯ_２を含有する。

【0104】

【表3】

【0105】

【表4】

【0106】

【表5】

【0107】

表６は、第２のＰＳＡユニットのための２つの均圧化工程を有する６床サイクルを示し、表７は、表６における６床ＰＳＡサイクルの詳細な説明を提供する。

【0108】

これらのサイクルを、表８～表１０に示される第２の２生成物ＰＳＡユニット２１０（図３）の結果を提供するために、コンピュータシミュレーションにおいて使用した。

【0109】

【表6】

【0110】

【表7】

^＊ｘ＝サブサイクル時間（３０～１５０秒の範囲）

【0111】

表６～表７に示されるサイクルを使用して、第２のＰＳＡユニットについてコンピュータシミュレーションを行った。供給ガス組成を表８に示し、床充填量を表９に示す。表１０に示されるように、高圧力水素流は、流入する第３の流れ中の水素の７６％、窒素の７％を含有し、ＣＯ、ＣＯ_２又はＣＨ_４は含有しない。低圧力の第２のガス流（テールガス流）は、流入する第３の流れ中の水素の残りの２４％、窒素の９３％、並びに全てのＣＯ_２、ＣＯ、及びＣＨ_４を含有する。このＰＳＡは、純度を犠牲にすることなく、高圧力流中の水素回収率を最大９０％又は最大９３％増加させるように設計することができるが、この実施例は、低い水素回収率がより最適であり得るとき、低い炭素強度を有するより高い熱含有量が低圧力の第２のガス流において所望されるときのシナリオを反映する。

【0112】

【表8】

【0113】

【表9】

【0114】

【表10】

【0115】

本明細書において使用される際、「流れ」という用語は、様々な炭化水素分子及び他の物質を含むことができる。

【0116】

本明細書において使用される際、「流れ」、「供給物」、「生成物」、「部」又は「部分」という用語は、直鎖及び分岐鎖アルカン、ナフタレン、アルケン、アルカジエン、及びアルキンなどの様々な炭化水素分子、並びに、任意選択的に、例えば、水素などの気体、又は重金属、並びに、硫黄及び窒素化合物などの不純物などの他の物質を含むことができる。上記の各々は、芳香族及び非芳香族炭化水素も含み得る。

【0117】

本明細書において使用される際、「塔頂流」という用語は、カラムなどの容器の頂部又はその付近で取り出された流れを意味することができる。

【0118】

本明細書において使用される際、「底部流」という用語は、カラムなどの容器の底部又はその付近で取り出された流れを意味することができる。

【0119】

本明細書において使用される際、「ユニット」という用語は、１つ以上の設備機器及び／又は１つ以上のサブゾーンを含む領域を指すことができる。設備機器としては、１つ以上の反応器又は反応容器、分離容器、蒸留塔、加熱器、交換器、パイプ、ポンプ、圧縮機、及びコントローラを挙げることができるが、これらに限定されない。加えて、反応器、乾燥機、又は容器などの設備機器は、１つ以上のゾーン又はサブゾーンを更に含むことができる。

【0120】

「カラム」という用語は、異なる揮発性の１つ以上の成分を分離するための１つ又は複数の蒸留カラムを意味する。別途記載のない限り、各カラムは、カラムの頂部に戻る塔頂流の一部を凝縮かつ還流させるためにカラムの塔頂に凝縮器と、底部流の一部を、気化させ、カラムの底部へと返送するためにカラムの底部に再沸器と、を含む。カラムへの供給物は、予熱され得る。頂部又は塔頂部の圧力は、カラムの蒸気出口における塔頂蒸気の圧力である。底部温度は、液体底部出口温度である。正味塔頂部ライン及び正味底部ラインは、特に示されない限り、カラムへの任意の還流又は再沸騰の下流にあるカラムからの正味のラインを指す。ストリッピングカラムは、カラムの底部にある再沸器を省略し、代わりに、加熱要件、及び蒸気などの流動化不活性媒体からの分離推進力を提供し得る。再沸騰吸収カラムは、カラムの頂部の凝縮器を省略し得る。

【0121】

図示されているように、図中のプロセスフローラインは、例えば、ライン、パイプ、供給物、ガス、生成物、排出物、部品、部分、又は流れとして互換的に称することができる。

【0122】

「通過する」という用語は、材料が導管又は容器から対象物へと通過することを意味する。

【0123】

「水素富化」及び「水素富化流」という用語は、生成物流の水素含有量／濃度が入口ガス流よりも高いことを意味する。例えば、いくつかの実施形態では、生成物流は、４０モル％超、又は５０モル％超、又は６０モル％超、又は７０モル％超、又は８０モル％超、又は９０モル％超、又は９５モル％超、又は９８モル％超、又は９９モル％超、又は９９．９モル％超の水素を含有し得る。

【0124】

特定の実施形態
以下を特定の実施形態と併せて説明するが、本明細書は、前述の説明及び添付の特許請求の範囲の範囲を例解するものであり、限定することを意図するものではないことが理解されよう。

【0125】

本発明の第１の実施形態は、水素富化生成物を生成し、水素生成ユニットの流出物流からＣＯ_２を回収する方法であって、炭化水素又は炭素質原料を含む供給流を、水素生成ユニットにおいて処理して、水素、二酸化炭素、水、並びにメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンのうちの少なくとも１つを含む合成ガス混合物を生成することと、少なくとも２つの生成物流を生成する圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システムにおいて、合成ガスを含む流出物流を、少なくとも、水素が富化された高圧力水素流と、二酸化炭素が富化された水素枯渇低圧力テールガス流とに分離することと、水素枯渇低圧力テールガス流を圧縮機内で圧縮して、圧縮テールガス流を形成することと、ＣＯ_２回収システム中の圧縮テールガス流をＣＯ_２富化生成物流と、水素の一部分、二酸化炭素の一部分、並びにメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンのうちの少なくとも１つを含む塔頂流とに分離することと、高圧力水素流を回収することと、を含む、方法である。本発明の一実施形態は、少なくとも２つの生成物流を有するＰＳＡシステムが、３生成物ＰＳＡユニットを含み、水素生成ユニットから流出物流を分離することが、流出物流を、３生成物ＰＳＡサイクルを有する３生成物ＰＳＡユニットに導入することと、ＰＳＡサイクルにおける高圧力並流吸着工程の間に高圧力水素流を除去することであって、高圧力水素流が二酸化炭素、メタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンを実質的に含まない、除去することと、３生成物ＰＳＡサイクルにおける並流減圧工程の間に第２のガス流を除去することと、３生成物ＰＳＡサイクルにおける向流減圧工程及び向流パージ工程のうちの少なくとも１つの間に低圧力テールガス流を除去することと、を含む、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の一実施形態は、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムが、高圧力並流吸着及び水素除去工程と、高圧力並流吸着工程及び水素除去工程に続く、少なくとも１つの並流減圧工程と、少なくとも１つの並流減圧工程に続く、並流減圧及び第２のガス除去工程と、中間圧力並流減圧及び第２のガス除去工程に続く、向流ブローダウン工程及びＣＯ_２除去工程と、向流ブローダウン工程に続く、向流パージ及びＣＯ_２除去工程と、向流パージ及びＣＯ_２除去工程に続く、少なくとも１つの向流再加圧工程と、任意選択的に、少なくとも１つの向流再加圧工程に続く、並流供給物再加圧工程、又は少なくとも１つの向流再加圧工程に続く、向流生成物再加圧工程と、を含む３生成物ＰＳＡサイクルを有する３生成物ＰＳＡユニットを含む、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の一実施形態は、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムが、２つのＰＳＡユニットを含み、流出物流を分離することが、流出物流を第１のＰＳＡユニットに導入し、流出物流を、ＣＯ_２が富化された低圧力テールガス流と、高圧力水素流とに分離することであって、高圧力水素流が、水素の７５％超、並びにメタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンのうちの少なくとも１つの一部分を含む、分離することと、ＣＯ_２が富化された低圧力テールガス流を圧縮機に送ることと、を含む、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の一実施形態は、第２の２生成物ＰＳＡユニット内の高圧力水素流を、第２の高圧力水素流と、第２のガス流とに分離することであって、第２の高圧力水素流が、二酸化炭素、メタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンを実質的に含まず、第２のガス流が、メタン、一酸化炭素、窒素、及びアルゴンのうちの少なくとも１つを含む、分離することと、第２の高圧力水素流を回収することと、を更に含む、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の一実施形態は、水素生成ユニットが、任意選択のガス加熱改質器を有する水蒸気改質ユニット、任意選択のガス加熱改質器を有する自己熱改質ユニット、ガス化ユニット、又は部分酸化ユニットである、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の一実施形態は、ＣＯ_２回収システムが、冷凍ＣＯ_２分留プロセスを含み、冷凍冷却が、少なくとも２つの冷凍回路によって提供され、冷凍回路のうちの１つが、ＣＯ_２回収システム内の蒸留カラムから回収されたＣＯ_２富化生成物流の一部分、又は、単一閉ループ多成分混合冷凍システムを利用する、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の一実施形態は、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムからの第２のガス流の少なくとも一部分を水素生成ユニットに再循環させること、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムからの第２のガス流の少なくとも一部分を水性ガスシフトプロセスユニットに再循環させること、及び少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムからの第２のガス流の少なくとも一部分を燃焼ユニットに送ること、のうちの少なくとも１つを更に含む、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の一実施形態は、塔頂流の少なくとも一部分を、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムに再循環させること、塔頂流の少なくとも一部分を水性ガスシフトプロセスユニットに再循環させること、及び塔頂流の少なくとも一部分をＣＯ_２回収システムに再循環させること、のうちの少なくとも１つを更に含む、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の一実施形態は、流出物流を分離する前に、流出物流を圧縮することを更に含む、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の一実施形態は、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムからの第２のガス流中のメタン及び一酸化炭素を、触媒酸化ユニットにおいて酸素で酸化して、水、ＣＯ_２、及び熱を生成することと、ＣＯ_２の少なくとも一部分を触媒酸化ユニットから圧縮機に送ることと、を更に含む、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の一実施形態は、圧縮機及びＣＯ_２回収システムを選択的にバイパスすることと、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムからの第２のガス流を燃焼ユニットに送ることとを更に含む、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の一実施形態は、水素生成ユニットが、ＷＧＳ流出物流を生成する水性ガスシフト（ＷＧＳ）ユニットを含み、水素生成ユニットからの流出物が、ＷＧＳ流出物流を含み、ＷＧＳ流出物流をプロセス流と熱交換して、冷却された流出物流及び予熱されたプロセス流を形成することと、冷却された流出物流からの廃熱を回収して、リン酸の可逆的オリゴマー化反応を伴うプロセスを使用して蒸気を発生させることと、を更に含む、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の一実施形態は、圧縮テールガス流を乾燥器内で乾燥させて、乾燥テールガス流を形成することと、乾燥テールガス流を冷却器内で冷却して、冷却テールガス流を形成することと、を更に含み、圧縮テールガス流を分離することが、冷却テールガス流を分離することを含む、本段落の先の実施形態から本段落の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の一実施形態は、乾燥テールガス流が、ー２０℃～ー５０℃の温度まで冷却される、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の一実施形態は、高圧力水素流のうちの少なくとも１つが、１０００ｋＰａ～６，０００ｋＰａの範囲内の圧力で除去され、低圧力テールガス流が、１００ｋＰａ～２５０ｋＰａの範囲内の圧力で除去され、任意選択的に、第２のガス流が、１００ｋＰａ～４５０ｋＰａの範囲内の圧力で少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムから除去される、本項の先の実施形態から本項の第１の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。

【0126】

本発明の第２の実施形態は、少なくとも１つの入口及び少なくとも１つの出口を有する水素生成プロセスユニットと、少なくとも１つの入口、高圧力水素出口、及び低圧力テールガス出口を有するＰＳＡシステムであって、ＰＳＡシステム入口が水素生成ユニットの出口と流体連通している、ＰＳＡシステムと、入口及び出口を有する圧縮機であって、低圧力テールガス出口が圧縮機入口と流体連通している、圧縮機と、入口、第１の出口、及び塔頂部出口を有するＣＯ_２回収システムであって、ＣＯ_２回収システム入口が圧縮機出口と流体連通している、ＣＯ_２回収システムと、を備える、水素を生成し、水素生成ユニットの流出物流からＣＯ_２を回収するための装置である。本発明の一実施形態は、ＣＯ_２回収システム塔頂部出口のうちの少なくとも１つが、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムの入口と流体連通しており、ＣＯ_２回収システム塔頂部出口が、水性ガスシフトプロセスユニットの入口と流体連通しており、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムが、第２のガス流出口を更に備え、第２のガス流出口のうちの少なくとも１つが、水素生成プロセスユニットの入口と流体連通しており、第２のガス流出口が、水性ガスシフトプロセスユニットへの入口と流体連通しており、第２のガス流出口が、燃焼ユニットへの入口と流体連通しており、第２のガス流出口が、触媒酸化ユニットへの入口と流体連通しており、触媒酸化ユニットの出口が、圧縮機の入口と流体連通している、本項の先の実施形態から本項の第２の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の一実施形態は、圧縮機とＣＯ_２回復システムとの間に位置決めされた乾燥機及び冷却器を更に備え、乾燥機が、入口及び少なくとも１つの出口を有し、乾燥機入口が、圧縮機出口と流体連通しており、冷却器が、ガス入口と、ガス出口と、冷却流体入口と、冷却流体出口と、を有し、冷却器ガス入口が、乾燥機出口と流体連通しており、冷却器流体入口が、冷却流体源と流体連通しており、ＣＯ_２回収システム入口が、冷却器ガス出口と流体連通している、本項の先の実施形態から本項の第２の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。本発明の一実施形態は、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムが、入口並びに第１及び第２の出口を有する第１のＰＳＡユニットと、入口並びに第１及び第２の出口を有する第２のＰＳＡユニットとを備え、第１のＰＳＡユニットの入口が、少なくとも２つの生成物流を生成するＰＳＡシステムの入口を備え、第１のＰＳＡユニットの第１の出口が、低圧力ＣＯ_２出口を備え、第２のＰＳＡユニットの入口が、第１のＰＳＡユニットの第２の出口と流体連通しており、第２のＰＳＡユニットの第１の出口が、高圧力水素出口を備え、第２のＰＳＡユニットの第２の出口が、第２のガス出口を備える、本項の先の実施形態から本項の第２の実施形態までのうちの１つ、いずれか、又は全てである。

【0127】

更に詳述することなく、前述の説明を使用して、当業者が、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく本発明を最大限まで利用し、かつ本発明の本質的な特性を容易に確認することができ、本発明の様々な変更及び修正を行い、様々な使用及び条件に適合させることができると考えられる。したがって、先行する好ましい特定の実施形態は、単なる例示として解釈されるべきであり、いかなるようにも本開示の残りを限定するものではなく、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれる様々な修正及び同等の構成を網羅することを意図するものである。

【0128】

上記では、全ての温度は摂氏度で記載され、全ての部及び百分率は、別途記載のない限り、重量基準である。

【図1】