特表 2024-524085 アンモニア分解プロセスからの再生可能な水素生成物の回収

(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】2024-07-05

(54)【発明の名称】アンモニア分解プロセスからの再生可能な水素生成物の回収

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/04 20060101AFI20240628BHJP

   C01B 3/56 20060101ALI20240628BHJP

   B01D 53/047 20060101ALI20240628BHJP

   B01D 53/14 20060101ALI20240628BHJP

【ＦＩ】

C01B3/04 B

C01B3/56 Z

B01D53/047

B01D53/14 200

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023577354

(86)(22)【出願日】2021-06-18

(85)【翻訳文提出日】2023-12-14

(86)【国際出願番号】 US2021037995

(87)【国際公開番号】W WO2022265647

(87)【国際公開日】2022-12-22

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】591035368

【氏名又は名称】エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＩＲ ＰＲＯＤＵＣＴＳ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100195213

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 健治

(74)【代理人】

【識別番号】100202441

【弁理士】

【氏名又は名称】岩田 純

(72)【発明者】

【氏名】ビンセント ホワイト

(72)【発明者】

【氏名】エドワード ランディス ウェイスト，ジュニア

(72)【発明者】

【氏名】アンドリュー ショウ

(72)【発明者】

【氏名】サイモン クレイグ サロウェイ

【テーマコード（参考）】

4D012

4D020

4G140

【Ｆターム（参考）】

4D012CA07

4D012CA20

4D012CB11

4D012CD07

4D012CD10

4D012CE03

4D012CF05

4D012CF10

4D012CH04

4D020AA10

4D020BA23

4D020BB03

4D020BC01

4D020CB25

4D020CD03

4D020DA03

4D020DB03

4D020DB20

4G140FA02

4G140FB06

4G140FC03

4G140FE01

(57)【要約】

分解されたガスが、第１のＰＳＡデバイス内で精製され、第１のＰＳＡ排ガスの少なくとも一部分が、燃料として再循環されて、再生可能な水素生成物の炭素強度を低減する、アンモニア分解プロセスからの再生可能な水素生成物の回収。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

再生可能な水素の供給源から誘導されたアンモニアから再生可能な水素を回収するためのプロセスであって、
再生可能な水素の供給源から誘導された液体アンモニア供給物を提供することと、
前記液体アンモニア供給物を加圧することと、
１つ以上の高温流体との熱交換によって、前記液体アンモニア供給物を加熱して（及び任意選択的に、気化させて）、加熱されたアンモニアを生成することと、
炉内で一次燃料を燃焼させて、触媒を含む反応器管を加熱し、煙道ガスを形成することと、
前記加熱されたアンモニアを、前記触媒を含む反応器管に供給して、水素ガス、窒素ガス、及び残留アンモニアを含む分解されたガスへの前記アンモニアの分解を引き起こすことと、
前記分解されたガス、又はそれから誘導されたアンモニアが枯渇したガスを、第１のＰＳＡデバイスにおいて精製して、第１のＰＳＡ排ガス、及び第１の水素ガスを含む再生可能な水素生成物ガスを生成することと、を含み、
前記１つ以上の高温流体が、前記煙道ガス及び／又は前記分解されたガスを含み、
前記一次燃料が、必要に応じて、前記第１のＰＳＡ排ガス及び／又はそれから誘導されたＰＳＡ排ガスの少なくとも一部分を含む二次燃料で補完され、
水素が、前記第１のＰＳＡ排ガスの任意の残りの部分から前記再生可能な水素生成物ガスに回収され、
前記プロセスの総炭素強度値が、前記再生可能な水素生成物ガスの全体的な炭素強度値が、所定の値を下回って留まるように、前記二次燃料対前記一次燃料の比を調整することによって変更される、プロセス。

【請求項2】

前記第１のＰＳＡ排ガスの前記残りの部分を圧縮して、圧縮されたＰＳＡ排ガスを生成することと、
前記圧縮されたＰＳＡ排ガスを、前記分解されたガス又は前記それから誘導されたアンモニア枯渇ガスで精製するために、前記第１のＰＳＡデバイスに再循環させることと、を含む、請求項１に記載のプロセス。

【請求項3】

前記第１のＰＳＡ排ガスの前記残りの部分を圧縮して、圧縮されたＰＳＡ排ガスを生成することと、
第２のＰＳＡデバイス内の前記圧縮されたＰＳＡ排ガスを精製して、第２のＰＳＡ排ガス及び第２の水素ガスを生成することと、を含む、請求項１に記載のプロセス。

【請求項4】

前記二次燃料が、前記第２のＰＳＡ排ガスを含む、請求項３に記載のプロセス。

【請求項5】

前記再生可能な水素生成物ガスが、前記第１の水素ガス及び前記第２の水素ガスを含む、請求項３又は４に記載のプロセス。

【請求項6】

前記一次燃料が、０～１００％超の前記第１のＰＳＡ排ガスによって補完される、請求項１～５のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項7】

前記一次燃料が、前記第１のＰＳＡ排ガスの０～１００％で補完される、請求項３～５のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項8】

前記一次燃料が、アンモニア、水素、及びメタンのうちの１つ以上を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項9】

前記一次燃料が、天然ガス又はバイオガスである、請求項１～８のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項10】

再生可能な水素の供給源から誘導されるアンモニアから再生可能な水素を回収するための装置であって、
再生可能な水素の供給源から誘導された液体アンモニア供給物を加圧するためのポンプと、
１つ以上の高温流体との熱交換によって前記ポンプからの前記液体アンモニア供給物を加熱して（及び任意選択的に、気化して）、加熱されたアンモニアを生成するために、前記ポンプと流体連通している少なくとも１つの熱交換器と、
前記第１の熱交換器からの加熱されたアンモニアを分解して、水素ガス、窒素ガス、及び残留アンモニアを含む分解されたガスを生成するために、前記第１の熱交換器と流体連通している触媒を含む反応器管と、
一次燃料を燃焼させて、前記触媒を含む反応器管を加熱し、煙道ガスを生成するために、前記触媒を含む反応器管と熱連通する炉と、
前記炉に一次燃料を供給するための燃料導管であって、任意選択的に前記熱交換器を通る通路を含む、燃料導管と、
前記炉への前記一次燃料の流量を調整するための前記燃料導管内の燃料バルブと、
前記熱交換器に煙道ガスを供給するための煙道ガス導管と、
前記熱交換器を通過した後、前記分解されたガスを精製して、第１のＰＳＡ排ガス、及び第１の水素ガスを含む再生可能な水素生成物ガスを生成するために、前記触媒を含む反応器管と流体連通している第１のＰＳＡデバイスと、
前記第１のＰＳＡデバイスから前記第１の水素ガスを除去するための第１の水素ガス導管と、
任意選択的に前記熱交換器を通過した後、前記第１のＰＳＡデバイスから前記炉へと第１のＰＳＡ排ガスの一部分を再循環させるための第１のＰＳＡ排ガス導管と、
前記炉への前記第１のＰＳＡ排ガスの流量を調整するための前記第１のＰＳＡ排ガス導管内のＰＳＡ排ガスバルブと、を備え、
前記装置が、前記炉内での燃焼のために前記二次燃料対前記一次燃料の比を調整するために、前記燃料バルブを単独で、前記ＰＳＡ排ガスバルブを単独で、又は前記燃料バルブと前記ＰＳＡ排ガスバルブとを並行して動作させるための制御システムを備える、装置。

【請求項11】

前記制御システムが、前記二次燃料対前記一次燃料の比を自動的に調整する、請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

前記第１のＰＳＡ排ガスを圧縮して、圧縮されたＰＳＡ排ガスを生成するための前記第１のＰＳＡデバイスと流体連通している圧縮機と、
前記圧縮されたＰＳＡ排ガスを前記第１のＰＳＡデバイスに再循環するための再循環導管と、を備える、請求項１０又は１１に記載の装置。

【請求項13】

前記第１のＰＳＡ排ガスを圧縮して、圧縮されたＰＳＡ排ガスを生成するための前記第１のＰＳＡデバイスと流体連通している圧縮機と、
前記圧縮されたＰＳＡ排ガスを精製して、第２のＰＳＡ排ガス及び第２の水素ガスを生成するために前記圧縮機と流体連通している第２のＰＳＡデバイスと、
前記第２のＰＳＡデバイスから前記第２の水素ガスを除去するための第２の水素ガス導管と、
前記第２のＰＳＡデバイスから前記第２のＰＳＡ排ガスを除去するための第２のＰＳＡ排ガス導管と、を備える、請求項１０又は１１に記載の装置。

【請求項14】

前記第１及び第２の水素ガス導管が、組み合わせて、再生可能な水素生成物ガス導管を形成する、請求項１３に記載の装置。

【請求項15】

前記第２のＰＳＡ排ガス導管が、任意選択的に前記熱交換器を通過した後に、前記第２のＰＳＡデバイスから前記炉に前記第２のＰＳＡ排ガスを再循環させる、請求項１３又は１４に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

再生可能エネルギーへの世界的な関心、及びこの再生可能エネルギーを使用してグリーン水素を発生させることは、アンモニアが数百又は数千マイルの距離を移送することにおいてより簡単であるため、グリーン水素をグリーンアンモニアに変換することへの関心を高めている。特に、液体水素の輸送は、現在商業的には可能ではないが、液体状態にあるアンモニアの輸送は、現在実践されている。

【0002】

市販の燃料電池における使用の場合、アンモニアは、反応により水素に変換されなければならない。

【数1】

これは吸熱プロセス、すなわち、熱を必要とするプロセスであり、触媒を介して実施される。このプロセスは、分解として既知である。生成されるガス（又は「分解されたガス」）は、水素（Ｈ₂）と窒素（Ｎ₂）の組み合わせである。分解反応は、平衡反応であるため、残留アンモニアもまた存在する。現行の分解装置のほとんどの用途において、水素＋窒素の混合物は、そのまま利用される。しかしながら、アンモニアは、燃料電池にとって害になるものであり得るため、この流れは、水で洗浄することによってなど、アンモニアを好適に除去することで、燃料電池において直接使用することができる。しかしながら、水素が車両の燃料供給において使用される場合、存在する窒素は、プロセスにペナルティを提供する。車両の燃料供給システムへの燃料は、最大９００ｂａｒという著しい圧力に圧縮される。これは、プロセスにおいて単なる希釈剤である窒素も圧縮され、電力を要し、貯蔵量を要し、アノードガスパージ要件を増加させ、効率を低下させることを意味する。したがって、水素が車両の燃料供給において使用される場合、水素＋窒素が精製されることが有益である。

【0003】

小規模分解反応器、又は「分解装置」は、典型的には、圧力スイング吸着（「ＰＳＡ」）デバイスを使用して、分解されたガスを分離し、水素を回収し、ＰＳＡ排ガス（又はオフガス）を生成する。しかしながら、これらの分解装置は、概して、電気的に加熱され、ＰＳＡ排ガスは、典型的には、大気中に排気される。

【0004】

蒸気メタン改質（ＳＭＲ）反応器からの水素生成において一般的であるように、ＰＳＡは、窒素＋水素を精製するために使用することができる。分解反応は、炉によって外部的に加熱される触媒が充填された管内で実施される（ＧＢ１１４２９４１を参照）。

【0005】

ＧＢ１１４２９４１は、アンモニアから都市ガスを作製するためのプロセスを開示する。アンモニアを、分解し、分解されたガスを、水で洗浄して、残留アンモニアを除去する。次いで、精製された水素／窒素混合物をプロパン及び／又はブタン蒸気で濃縮して、分配用の都市ガスを生成する。

【0006】

ＵＳ６８３５３６０Ａは、炭化水素原料及びメタノールを、水素及び一酸化炭素などの有用なガスに変換するための吸熱触媒反応装置を開示する。装置は、放射性燃焼室と組み合わせて、管状の吸熱触媒反応器を備える。結果として得られた分解されたガスは、ガス調節システムを通過した後、燃料電池内で直接使用される。

【0007】

ＧＢ９７７８３０Ａは、アンモニアを分解して、水素を生成するためのプロセスを開示する。このプロセスでは、分解されたガスを、窒素を吸着する分子ふるいの床に通すことによって、水素が窒素から分離される。次いで、窒素は、床から駆動され、ホルダ内に貯蔵され得る。

【0008】

ＪＰ５３３０８０２Ａは、アンモニアが１０ｋｇ／ｃｍ²（又は約９．８ｂａｒ）の圧力及び３００～７００℃の温度でアンモニア分解触媒と接触するアンモニア分解プロセスを開示する。水素は、ＰＳＡデバイスを使用して分解されたガスから回収される。参考文献は、脱着された窒素が上流プロセスを後押しするために使用され得ることに言及しているが、詳細は提供されていない。

【0009】

ＵＳ２００７／１７８０３４Ａは、アンモニア及び炭化水素原料の混合物が、６００℃及び３．２ＭＰａ（又は約３２ｂａｒ）の燃焼蒸気改質器を通過し、約７０体積％の水素を含む合成ガスに変換されるプロセスを開示する。合成ガスは、シフト反応で水素が濃縮され、冷却され、縮合物が除去される。結果として得られたガスは、ＰＳＡシステムに供給されて、９９体積％以上の水素を有する精製水素生成物を生成する。ＰＳＡシステムからのオフガスは、燃料として燃焼蒸気改質器に供給される。

【0010】

ＣＮ１１１９５７２７０Ａは、アンモニアが炉内の管状反応器内で分解されるプロセスを開示する。分解されたガスは、吸着によって分離されて、水素ガス及び窒素リッチオフガスを生成する。分解されたガス、水素生成物ガス、及び／又はオフガスの組み合わせを使用して、炉の燃料需要が満たされるように見える。

【0011】

概して、アンモニアからの水素の生成のための改善されたプロセス、具体的には、エネルギー消費の観点からより効率的であるプロセス、及び／又はより高いレベルの水素回収を有するプロセス、及び／又は化石燃料を燃焼させる必要性を低減若しくは排除するプロセスのための改善されたプロセスが、必要である。

【0012】

以下の本発明の実施形態の考察では、特に明記されない限り、与えられた圧力は絶対圧力である。

【発明の概要】

【0013】

本発明の第１の態様によれば、再生可能な水素源から誘導されるアンモニアから再生可能な水素を回収するためのプロセスが提供され、
再生可能な水素源から誘導される液体アンモニア供給物を提供することと、
液体アンモニア供給物を加圧することと、
１つ以上の高温流体との熱交換によって、液体アンモニア供給物を加熱して（及び任意選択的に、気化させて）、加熱されたアンモニアを生成することと、
炉内で一次燃料を燃焼させて、触媒を含む反応器管を加熱し、煙道ガスを形成することと、
加熱されたアンモニアを、触媒を含む反応器管に供給して、水素ガス、窒素ガス、及び残留アンモニアを含む分解されたガスにアンモニアの分解を引き起こすことと、
分解されたガス、又はそれから誘導されたアンモニア枯渇ガスを、第１のＰＳＡデバイスにおいて精製して、第１のＰＳＡ排ガス及び第１の水素ガスを含む再生可能な水素生成物ガスを生成することと、を含み、
１つ以上の高温流体が、煙道ガス及び／又は分解されたガスを含み、
一次燃料が、必要に応じて、第１のＰＳＡ排ガス及び／又はそれから誘導されたＰＳＡ排ガスの少なくとも一部分を含む二次燃料で補完され、
水素は、第１のＰＳＡ排ガスの任意の残りの部分から再生可能な水素生成物ガスに回収され、
プロセスの総炭素強度値は、再生可能な水素生成物ガスの総炭素強度値が、所定の値を下回って留まるように、二次燃料対一次燃料の比を調整することによって変更される。

【0014】

炭素強度（ＣＩ）は、生成された再生可能な水素内に含まれるエネルギーの単位当たりに排出される重量による二酸化炭素の量として定義することができる。具体的には、水素（ｇＣＯ₂／ＭＪＨ₂）のメガジュール（ＭＪ）当たりの二酸化炭素のグラム（ｇ）として、再生可能な水素生成物のより低い加熱値に基づいて、報告される。炭素強度は、燃料がどの程度「グリーン」であるかの尺度として使用することができる。水素燃料の総炭素強度は、いくつかの部分で構成されている。これらには、輸送のための再生可能な水素のアンモニアへの変換と関連付けられた炭素強度、再生可能な水素の供給源から、分解によって再生可能な水素がアンモニアキャリアから解放される点までのアンモニア供給物の出荷及び輸送と関連付けられた二酸化炭素の量、アンモニアを分解するために必要な燃料、プラントを動作させるために使用される電力と関連付けられた二酸化炭素の量、並びに生成物の水素の分配と関連付けられた二酸化炭素の量が挙げられる。

【0015】

電力生産の炭素強度が、より多くの再生可能電力が送電網に追加されるにつれて低下し、船舶、トラック、及び他の輸送が炭素強度を低減させるにつれて（例えば、再生可能アンモニアを燃料として、又は水素燃料電池、又は再生可能電気で充電された電池を使用することによって）、アンモニア分解によって生成される水素燃料の炭素強度もまた低下する。鎖全体の炭素強度が低減するにつれて、再生可能な水素の回収を増加させることができ、それによって、水素のコストを低減させながら、再生可能な水素生成物の炭素強度値を制御することが可能である。

【0016】

「本プロセスの総炭素強度値」という表現は、プロセスの本質的な特徴によって定義されるアンモニアから再生可能な水素を回収するためのプロセスの炭素強度を指し、任意選択的に、本明細書において説明されたプロセスの任意選択的な特徴のいずれか又は全てを含む。

【0017】

「再生可能な水素生成物ガスの全体的な炭素強度値」という表現は、本プロセス及び本プロセス自体の上流及び下流のサプライチェーン全体を含む、水素生成物ガスの炭素強度である。

【0018】

本発明者らは、二次燃料対一次燃料の比を調整することによって、再生可能な水素生成物ガスの全体的な炭素強度値が所定の値を下回って留まるように、分解プロセスの炭素強度値を制御することが可能であることを認識している。所定の値は、国の規制によって規定されている通りであり得る。例えば、Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｒｅｄ ＩＩ Ｄｉｒｅｃｔｉｖｅは、「再生可能水素」とラベル付けされた水素は、炭素強度は２８．２ｇのＣＯ₂／ＭＪ Ｈ₂以下でなければならず、ＵＫは、３２．９ｇのＣＯ₂／ＭＪ Ｈ₂の制限を有する。

【0019】

再生可能な水素のアンモニアへの変換、及びアンモニアの再生可能な水素に戻す回収部位への分配と関連付けられた炭素強度値は、１０～２０ｇのＣＯ₂／ＭＪＨ２を消費し得、規制上の限界を超える前に、回収プロセスの炭素強度に対して相対的に小さい許容量のみ残す。

【0020】

プロセスの総炭素強度値はまた、アンモニアスリップを増加させ、アンモニアの水素への変換を低減させ、燃料として使用されるＰＳＡ排ガスの加熱量（すなわち、発熱量）を増加させるために、分解反応器をより低い温度で動作させることによって低減させることができ、これにより、必要な一次燃料の量を低減させ、それによって、炭素強度を低減させる。

【0021】

液体アンモニア供給物は、典型的には、１．１ｂａｒ超、例えば、少なくとも５ｂａｒ又は少なくとも１０ｂａｒの圧力に加圧される。いくつかの実施形態では、液体アンモニアは、約５ｂａｒ～約５０ｂａｒの範囲内、又は約１０～約４５ｂａｒの範囲内、又は約３０ｂａｒ～約４０ｂａｒの範囲内の圧力に加圧される。

【0022】

液体アンモニア供給物は、典型的には、約２５０℃超、例えば、約３５０℃～約８００℃、又は約４００℃～約６００℃の範囲内にある温度で加熱アンモニアを生成するように加熱される。問題の圧力において、液体アンモニアは、典型的には、完全に気化して、加熱されたアンモニア蒸気を形成する。

【0023】

温度は、最終的に、触媒の同一性、動作圧力、及び所望の「スリップ」、すなわち、分解されることなく分解反応器を通過するアンモニアの量によって決定される。これに関して、プロセスは、典型的には、約４％以下のスリップで動作し、これは、分解プロセスが平衡に近いアプローチで５ｂａｒ及び３５０℃で動作させた場合のスリップ量である。いくつかの構造材料では、約７００℃を上回る温度で任意の認識可能な圧力において問題が発生する可能性がある。

【0024】

分解反応は、炉によって加熱される触媒で充填された反応器管内で起こる。しかしながら、理論的には、任意の不均一に触媒されたガス反応器は、潜在的に変換のために使用することができる。

【0025】

アンモニア分解反応に有用であるとして当技術分野において既知の多数の触媒が存在し、これらの従来の触媒のいずれかが、本発明において使用され得る。

【0026】

炉のための一次燃料は、典型的には、メタンを含む。燃料は、純粋なメタンであり得るが、天然ガス又はバイオガスである可能性も高い。いくつかの実施形態では、一次燃料は、任意選択的に、アンモニア分解ガスの形態で、二次燃料として水素で補完された天然ガス又はバイオガスである。これらの実施形態では、液体アンモニアは、ポンプ圧送され、分解されて、一次燃料に追加される分解ガスを形成することができる。

【0027】

第１のＰＳＡデバイスは、ＰＳＡサイクル又は真空スイング吸着（ＶＳＡ）サイクルを動作させ得る。ＴＳＡデバイスは、第１のＰＳＡデバイス、アンモニアを除去するためのＴＳＡデバイス（ＵＳ１０７８７３６７を参照）、及び窒素を除去し、水素生成物を生成するための第１のＰＳＡデバイスと組み合わせて使用され得る。好適なＰＳＡサイクルは、ＵＳ９３８１４６０、ＵＳ６３７９４３１、及びＵＳ８７７０５１に開示されているサイクルのいずれかを含み、これらの開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

【0028】

方法は、任意選択的に、第１のＰＳＡデバイスにおける更なる処理のために、第１のＰＳＡ排ガスの任意の残りの部分（すなわち、一次燃料を補完するために使用されない任意の部分）の再循環を含み得る。かかる実施形態では、プロセスは、第１のＰＳＡ排ガスの任意の残りの部分を圧縮して、圧縮されたＰＳＡ排ガスを生成することと、分解されたガス又はそれから誘導されたアンモニア枯渇ガスでの精製のため、圧縮されたＰＳＡ排ガスを第１のＰＳＡデバイスに再循環させることを含み得る。この方法で第１のＰＳＡ排ガスを再循環させることは、約９４％～約９６％の全体的な回収を達成することができる。

【0029】

第１のＰＳＡ排ガスは、典型的には、第１のＰＳＡデバイスへの供給物の圧力に圧縮される。第１のＰＳＡ排ガスは、典型的には、１．１ｂａｒ超、例えば、少なくとも５ｂａｒ又は少なくとも１０ｂａｒの圧力に加圧される。いくつかの実施形態では、第１のＰＳＡ排ガスは、約５ｂａｒ～約５０ｂａｒの範囲内、又は約１０～約４５ｂａｒの範囲内、又は約３０ｂａｒ～約４０ｂａｒの範囲内の圧力に加圧される。

【0030】

方法は、任意選択的に、第２のＰＳＡデバイスにおいて一次燃料を補完するために使用されない第１のＰＳＡ排ガスの任意の部分を精製することを含んでもよい。かかる実施形態では、プロセスは、第１のＰＳＡ排ガスの任意の残りの部分を圧縮して、圧縮されたＰＳＡ排ガスを生成することと、第２のＰＳＡデバイスにおいて圧縮されたＰＳＡ排ガスを精製して、第２のＰＳＡ排ガス（すなわち、第１のＰＳＡ排ガスから誘導される排ガス）及び第２の水素ガスを生成することと、を含み得る。炉内で燃焼した燃料は、第２のＰＳＡ排ガスを含み得る。

【0031】

かかる実施形態では、再生可能な水素生成物ガスは、第１の水素ガス及び第２の水素ガスを含む。この方法における更なる処理は、約９５％～約９７％の全体的な水素回収を達成することができる。

【0032】

第１のＰＳＡデバイスと同様に、第２のＰＳＡデバイスは、ＰＳＡサイクル又は真空スイング吸着（ＶＳＡ）サイクルを動作させ得る。ＴＳＡデバイスは、第２のＰＳＡデバイスと組み合わせて使用され得、ＴＳＡデバイスは、アンモニアを除去し、第２のＰＳＡデバイスは、窒素を除去し、水素生成物を生成する。好適なＰＳＡサイクルとしては、ＵＳ９３８１４６０、ＵＳ６３７９４３１及びＵＳ８７７８０５１に開示されているサイクルのいずれかが挙げられる。

【0033】

二次燃料は、第１のＰＳＡ排ガス、第２のＰＳＡ排ガス、又は第１のＰＳＡ排ガス及び第２のＰＳＡ排ガスの両方の混合物を含み得る。圧縮されたＰＳＡ排ガスが第１のＰＳＡデバイスに再循環される実施形態では、第１のＰＳＡ排ガスの残りの部分は、一次燃料を補完するために使用され、０よりも大きく、最大１００％であり、すなわち、その部分はゼロにすることができない。圧縮されたＰＳＡ排ガスが第２のＰＳＡデバイス内で精製される実施形態では、一次燃料を補完するために使用される第１のＰＳＡ排ガスの残りの部分は、０から１００％であり、すなわち、その部分は、ゼロであり得る。

【0034】

二次燃料として再循環される第１のＰＳＡ排ガスの部分が高いほど（例えば、二次燃料対一次燃料の比が高いほど）、水素の回収率は低いが、プロセスの総炭素強度値も低くなり、そのため再生可能な水素生成物の全体的な炭素強度値が低くなる。第１のＰＳＡ排ガスのいずれも二次燃料として再循環されないとき（すなわち、一次燃料及び第２のＰＳＡ排ガスのみが炉内で燃焼されるとき）、水素回収は、典型的には、炭素強度値と同様に、その最高値である。第１のＰＳＡ排ガスの全てが二次燃料として再循環される場合、水素回収は、プロセスの総炭素強度値及び再生可能水素生成物の全体的な炭素強度と同様に、その最小値になるであろう。

【0035】

第１又は第２のＰＳＡ排ガスの更なる部分、又はそれから誘導されたガスは、任意選択的に、膜分離器を使用して分離されて、窒素リッチ残留ガスを放出し、水素リッチ透過ガスを再循環して、ＰＳＡデバイス内で更に処理し、及び／又は水素生成物ガスに混合することができる。

【0036】

水素と同様に、アンモニアは、ガス分離に使用される膜を容易に透過する「高速ガス」である。ポリアミド又はポリスルホンポリマーで構成された膜など、いくつかの膜は、アンモニアに対してより耐性がある。しかしながら、ポリイミドポリマーで構成された膜などの一部の膜は、アンモニアに対する耐性が低い。したがって、アンモニアは、典型的には、膜分離器の上流で除去されるか、又はその濃度が少なくとも低減される。

【0037】

アンモニア除去は、プロセス内のいくつかの異なる場所で達成され得る。ＰＳＡ排ガスを分離する前に、アンモニアは、ＰＳＡ排ガスから除去され得る。代替的に、分解されたガスを精製する前に、アンモニアは、分解されたガスから除去され得る。両方の場合において、除去されたアンモニアは回収され、触媒を含む反応器管に供給されるアンモニアに再循環され得る。

【0038】

アンモニアは、吸着によって（例えば、ＴＳＡによって）、又は水中での吸収によって、例えば、スクラバ内の水でガスを洗浄することによって、ガスから除去され得る。結果として得られたアンモニア枯渇ガス及びアンモニア溶液は分離されるため、アンモニア枯渇ガスは、アンモニアが困難を引き起こすことなく更に処理することができる。アンモニアは、カラム内でストリッピングすることにより、アンモニア溶液から回収することができる。かかるプロセスは、ＰＳＡユニットに供給される前に分解されたガスに、又は代替的に、膜分離器に供給される前にＰＳＡ排ガスに適用され得る。

【0039】

本発明の第２の態様によれば、再生可能な水素の源から誘導されるアンモニアから再生可能な水素を回収するための装置が提供され、
再生可能な水素源に由来する液体アンモニア供給物を加圧するためのポンプと、
１つ以上の高温流体との熱交換によってポンプからの液体アンモニア供給物を加熱して（及び任意選択的に、気化して）、加熱されたアンモニアを生成するために、ポンプと流体連通している少なくとも１つの熱交換器と、
第１の熱交換器から加熱されたアンモニアを分解して、水素ガス、窒素ガス、及び残留アンモニアを含む分解されたガスを生成するために、第１の熱交換器と流体連通している触媒を含む反応器管と、
一次燃料を燃焼させて、触媒を含む反応器管を加熱し、煙道ガスを生成するために、触媒を含む反応器管と熱連通する炉と、
任意選択的に、熱交換器を通る通路を含む、炉に一次燃料を供給するための燃料導管と、
炉への一次燃料の流量を調整するための燃料導管内の燃料バルブと、
熱交換器に煙道ガスを供給するための煙道ガス導管と、
熱交換器を通過した後、分解されたガスを精製して、第１のＰＳＡ排ガス及び第１の水素ガスを含む再生可能な水素生成物ガスを生成するために、触媒を含む反応器管と流体連通している第１のＰＳＡデバイスと、
第１のＰＳＡデバイスから第１の水素ガスを除去するための第１の水素ガス導管と、
第１のＰＳＡデバイスから炉への第１のＰＳＡ排ガスの一部分を再循環させるための第１のＰＳＡ排ガス導管であって、任意選択的に、少なくとも１つの熱交換器を通る通路を含む、第１のＰＳＡ排ガス導管と、
炉への第１のＰＳＡ排ガスの流量を調整するための、第１のＰＳＡ排ガス導管内のＰＳＡ排ガスバルブと、を備え、
装置は、炉内での燃焼のために二次燃料対一次燃料の比を調整するために、燃料バルブを単独で、ＰＳＡ排ガスバルブを単独で、又は燃料バルブとＰＳＡ排ガスバルブとを並行して動作させるための制御システムを備える。

【0040】

炉は、触媒充填された反応器管から分離され得るが、炉及び触媒充填された反応器管は、好ましくは、同一ユニット内に統合される。好ましい実施形態では、蒸気メタン再形成（ＳＭＲ）タイプの反応器が使用され、炉は、触媒を含む反応器管を通過させる放射線部分を含む。

【0041】

いくつかの好ましい実施形態では、制御システムは、二次燃料対一次燃料の比を自動的に調整する。燃料の比は、分解プラントに送達される再生可能なアンモニアの上流処理及び分配によって既に割り当てられた炭素強度、並びに再生可能な水素生成物ガスの炭素強度値の所定値を超えないという目標を達成するために、再生可能な水素生成物の下流処理又は分配に割り当てられる必要があり得る任意の炭素強度によって決定される。

【0042】

圧縮機は、典型的には、第１のＰＳＡ排ガスを圧縮して、圧縮されたＰＳＡ排ガスを生成するために、第１のＰＳＡデバイスの下流に提供される。圧縮機は、１つ以上のステージからなり得、冷却は、各ステージの間及び最終ステージの後に行われる。水は、典型的には、インターステージ又はアフタークーラステージで圧縮されたＰＳＡ排ガスから凝縮する。水性凝縮物は、典型的には、圧縮機の各冷却ステージの後に除去され、少量のアンモニアが、この凝縮物とともに第１のＰＳＡ排ガスから出る。

【0043】

第１のＰＳＡデバイスから炉に再循環されていない第１のＰＳＡ排ガスの任意の部分は、分解されたガス又はそれから誘導されたアンモニア枯渇ガスで更に精製するために、第１のＰＳＡデバイスに再循環され得る。かかる実施形態では、装置は、
第１のＰＳＡ排ガスを圧縮して、圧縮されたＰＳＡ排ガスを生成するための第１のＰＳＡデバイスと流体連通している圧縮機と、
圧縮されたＰＳＡ排ガスを第１のＰＳＡデバイスに再循環するための再循環導管と、を備える。
第１のＰＳＡデバイスから炉に再循環されない第１のＰＳＡ排ガスの任意の部分は、任意選択的に、第２のＰＳＡデバイス内で精製され得る。かかる実施形態では、装置は、
第１のＰＳＡ排ガスを圧縮して、圧縮されたＰＳＡ排ガスを生成するための第１のＰＳＡデバイスと流体連通している圧縮機と、
圧縮されたＰＳＡ排ガスを精製して、第２のＰＳＡ排ガス及び第２の水素ガスを生成するために圧縮機と流体連通している第２のＰＳＡデバイスと、
第２のＰＳＡデバイスから第２の水素ガスを除去するための第２の水素ガス導管と、
第２のＰＳＡデバイスから第２のＰＳＡ排ガスを除去するための第２のＰＳＡ排ガス導管と、を備える。

【0044】

これらの実施形態では、第１及び第２の水素ガス導管は、組み合わせて、再生可能な水素生成物ガス導管を形成し得る。

【0045】

二次ＰＳＡ排ガス導管は、典型的には、任意選択的に、熱交換器を通過した後に、第２のＰＳＡ排ガスを、第２のＰＳＡデバイスから炉に再循環する。

【0046】

ここで、本発明を、以下の図面を参照しながら詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0047】

【図1】水素を生成するためのアンモニア分解プロセスの第１の参考例のプロセスフロー図である。

【図2】水素生成物を燃料として使用しない、図１のアンモニア分解プロセスに基づく、別の参考例のプロセスフロー図である。

【図3】ＰＳＡ排ガスのみを燃料として使用する、図１及び２のアンモニア分解プロセスに基づく、更なる参考例のプロセスフロー図である。

【図4】本発明による、再生可能な水素の供給源から誘導されるアンモニアから再生可能な水素を回収するためのプロセスの第１の実施形態のプロセスフロー図である。

【図5】本発明による、再生可能な水素の供給源から誘導されるアンモニアから再生可能な水素を回収するためのプロセスの第２の実施形態のプロセスフロー図である。

【図6】燃料として再循環された第１のＰＳＡ排ガスのパーセンテージの関数として、再生可能な水素生成物ガス及び水素回収の炭素強度を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0048】

アンモニアを分解することによって水素を生成するためのプロセスが本明細書において説明される。プロセスは、化石燃料の代わりに再生可能エネルギーを使用して生成される水素である、いわゆる「グリーン」水素を生成するための特定の用途を有する。この場合、アンモニアは、典型的には、水素を生成するために、風力及び／又は太陽エネルギーなどの再生可能エネルギーから生成された電気を使用して水を電解することによって生成され、次いで、水素よりも輸送しやすいアンモニアを生成するために窒素と触媒的に反応させる（Ｈａｂｅｒプロセス）。目的地に到達した後、アンモニアは、次いで分解されて、水素を再生する。

【0049】

本発明のプロセスでは、反応に必要とされる熱は、典型的には、炉内でのＰＳＡ排ガス（通常、ある程度の量の残留水素及びアンモニアを含む）の燃焼によって提供される。ＰＳＡ排ガスが、気化されたアンモニア、生成物水素の一部分、又は代替燃料のいずれかよりも不十分な加熱値を有する場合、トリム燃料として排ガスとともに使用され得る。

【0050】

実際には、天然ガスは、水素に関するＳＭＲで実践されるように、ＰＳＡ排ガスとともにトリム燃料として使用され得る。しかしながら、そのように生成された水素の「グリーン」又は再生可能な資質を維持することを所望して、「再生可能な燃料」を使用する動機が存在する。これは、分解された「再生可能な」アンモニア、アンモニア自体、又はバイオガスなどの別の再生可能エネルギー源であり得、又は電気が、それ自体が再生可能な源からであるかどうかにかかわらず、実際には電気加熱であり得、この場合は、アンモニアの形態で輸送された水素を生成するために使用される再生可能な電気とは対照的に、分解プロセスに対して局所的である。

【0051】

プロセスの参考例は、図１に示される。このプロセスは、貯蔵（図示せず）から液体アンモニアを取り出す。分解されるアンモニア（ライン２）は、所望の分解圧力（ＧＢ１１４２９４１を参照）を超える圧力に液体としてポンプ圧送される（ポンプＰ２０１）。反応圧力は、ルシャトリエの原理により、動作圧力と変換の間の折衷である。液体アンモニアをポンプ圧送することは、生成物の水素を圧縮するよりも少ない電力及び資本を必要とするため、反応器（８）をより高い圧力で動作させる動機となる。

【0052】

次いで、加圧された液体アンモニア（ライン４）を加熱し、気化させ（それがその臨界圧力を下回る場合）、反応管を離れる分解されたガス及び炉からの煙道ガスにおいて利用可能な熱を使用して、熱交換器（Ｅ１０１）を介して最大２５０℃超の温度に更に加熱する。図では、熱交換器（Ｅ１０１）は、１つの熱交換器として示されているが、実際には、ネットワーク内の一連の熱交換器になる。

【0053】

代替的に、加圧された液体アンモニアの初期加熱及び気化は、冷却水又は周囲空気などの代替熱源に対して行われてもよい。典型的な反応温度は、５００℃超（ＵＳ２６０１２２１参照）であり、パラジウム系システムは、６００℃及び１０ｂａｒで動作することができ、一方でＲｅｎＣａｔの金属酸化物系システムは、３００℃及び１ｂａｒ未満で動作する。（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ａｍｍｏｎｉａｅｎｅｒｇｙ．ｏｒｇ／ａｒｔｉｃｌｅｓ／ａｍｍｏｎｉａ－ｃｒａｃｋｉｎｇ－ｔｏ－ｈｉｇｈ－ｐｕｒｉｔｙ－ｈｙｄｒｏｇｅｎ－ｆｏｒ－ｐｅｍ－ｆｕｅｌ－ｃｅｌｌｓ－ｉｎ－ｄｅｎｍａｒｋ／を参照されたい）。分解装置の動作圧力は、典型的には、いくつかの要因の最適化である。水素及び窒素へのアンモニアの分解は、低圧によって好まれるが、他の要因は、消費電力（生成物水素を圧縮するのではなく供給アンモニアをポンプ圧送することによって最小限に抑えられる）、及びＰＳＡサイズ（より高い圧力でより小さい）などのより高い圧力を好む。

【0054】

高温のアンモニア（ライン６）は、所望の圧力で反応器（８）の反応管に入り、そこで炉（１０）によって追加の熱が提供されて、アンモニアを窒素及び水素に分解する。結果として得られた残留アンモニア、水素、及び窒素の混合物は、反応温度及び圧力で反応器の反応管（８）を出る（ライン１２）。反応生成物は、供給アンモニア（ライン４から）、炉燃料（この場合はライン１４、ポンプＰ２０２及びライン１６からポンプ圧送されたアンモニア、ライン１８からのＰＳＡ排ガス、並びにライン２０内で燃料として使用される生成物水素）、及び燃焼空気（ライン２２、ファンＫ２０１及びライン２４から）の組み合わせに対して熱交換器（Ｅ１０１）内で冷却されて、ＰＳＡデバイス（２６）の入口に必要な温度にできるだけ近づくように温度を低減させる。分解されたガス混合物（ライン２８）中の残留熱は、水冷装置（図示せず）内で除去されて、ＰＳＡデバイス（２６）への入口温度を約２０℃～約６０℃の範囲内、例えば約５０℃で達成する。

【0055】

ＰＳＡ生成物（ライン３０）は、ＩＳＯ規格１４６８７（水素燃料品質）に準拠した純粋な水素であり、ほぼ反応圧力で、残留アンモニア＜０．１ｐｐｍｖ、窒素＜３００ｐｐｍｖを有する。生成物水素（ライン３０）は、輸送のため、管トレーラ（図示せず）に充填するために更に圧縮（図示せず）されるか、又は任意の必要な圧縮後に水素液化器（図示せず）内で液化され得る。ＰＳＡデバイス（２６）からのＰＳＡ排ガス（ライン１８）又は「パージガス」は、燃焼燃料として（ライン３６内で）炉に送られる前に、反応器（８）の反応管を離れる分解されたガス（ライン１２）又は炉煙道ガス（ライン３２）を使用して、熱交換器Ｅ１０１を介して加熱されるように示される。しかしながら、ＰＳＡ排ガス（ライン１８）は、加熱せずに炉（１０）に直接供給される場合もある）。代替的に、ＰＳＡ排ガスは、水素回収を増加させるＰＳＡ排ガスのためのより低い圧力を可能にするために、中間流体によって予熱されてもよい。

【0056】

結果として得られた加温されたアンモニア燃料（ライン３４）及び加温された水素（ライン４０）は、ミキサ（４２）内で（任意選択的に）加温されたＰＳＡ排ガス（ライン３６）と組み合わされて、組み合わされた燃料を生成するように描写され、これは燃焼のために炉（１０）に供給されて（ライン４４）、煙道ガスを生成する（ライン３２、及び、Ｅ１０１で冷却した後、ライン４８）。しかしながら、１つ以上の燃料は、事前に混合することなく、炉に直接供給され得ることに留意されたい。加温された空気（燃料の燃焼用）は、ライン４６において炉（１０）に供給される。

【0057】

本プロセスの好ましい実施形態の目的のうちの１つは、再生可能なアンモニアを分解することによって生成される水素の量を最大化することである。つまり、燃料として使用される水素の量を最小限に抑えること、又はアンモニアを直接燃料として使用する場合はアンモニアを最小限に抑えることを意味する。したがって、熱煙道ガス及び分解されたガスを適切に使用するために、例えば、空気（ライン２４）及びアンモニア（ライン４）を分解装置に対して予熱するために、熱統合が重要であり、これにより、炉（１０）のバーナにおいて使用される「燃料」の量を低減させる。これは、より少ない水素が水として炉煙道ガス（ライン３２及び４８）中で失われるので、より高い水素回収につながる。したがって、例えば、蒸気生成は、プロセス内熱統合を支持して最小限に抑えられるべきである。

【0058】

図１は、燃料（ライン３４＆４４）及び供給物（ライン６）として提供されるアンモニアを示し、また、燃料として生成物水素（ライン４０＆４４）も示し、実際には、これらの流れのうちの１つのみが燃料として使用される可能性が高い。これに関連して、図２は、アンモニアが燃料（ライン３４）として使用されているが、生成物水素が使用されていない図１と同様のプロセスを描写する。図２に描写されるプロセスの他の全ての特徴は、図１と同じであり、共通の特徴は、同じ参照番号を与えられている。

【0059】

本発明者らは、水素が燃料としても使用される場合、特に、起動時及びウォームアップ時に、アンモニアの安定した燃焼が促進されることを認識している。

【0060】

図３は、図２において描写されるものと同様のプロセスを描写する。このプロセスでは、ＰＳＡからの水素の回収（ライン３０）が調整されて、燃焼時にプロセスに必要な全ての熱を提供し、そのためトリム燃料の必要性を排除する排ガス（ライン１８）を提供し得る。図３に描写されるプロセスの他の全ての特徴は、図１と同じであり、共通の特徴は、同じ参照番号を与えられている。

【0061】

上で考察されたように、分解反応のための実行可能な再生可能エネルギーの代替源が存在する場合、ＰＳＡから生成された水素に加えて、プロセスからの純水素生成を増加させるために、ＰＳＡ排ガスから水素を回収することを検討することができる。かかるプロセスは、水素に対して容易に透過性であるが、窒素に対して相対的に不透過性である選択層を有する膜を使用して、窒素リッチＰＳＡ排ガス流から水素を分離することができる（図４）。

【0062】

アンモニアを特に除去する必要があるが、膜材料は高濃度のアンモニアに耐性がなく、アンモニアは高速ガスであり、水素で浸透するため、除去されない場合プロセス内に蓄積するため、膜が分離プロセスの一部として使用されている場合、この限りではない。アンモニアは、例えば、水洗い又はアンモニア除去のための他の周知の技術によって、膜の上流で除去することができる。アンモニアは、ストリッピングカラムを使用して水洗いで生成されたアンモニア水溶液から回収され得、回収されたアンモニアは、分解反応器への供給物に再循環され得る。これは、理論的には、プロセスからの水素回収率を最大１００％まで増加させることができる。分解されたガスからアンモニアを回収することは、水素精製工程を簡素化し、分離されたアンモニアが供給物として回収された場合、アンモニアからの水素の回収率を増加させ得、また、バーナへの供給物からアンモニアを除去し、アンモニアを燃焼させることによって引き起こされるＮＯ_xの生成に関する懸念を排除する。

【0063】

アンモニア分解触媒への損傷を防止するために、供給アンモニアから水を除去する必要もあり得る。典型的には、アンモニアには少量の水が追加されており、輸送及び貯蔵中の船舶内の応力腐食分解を防止する。これは、除去される必要があり得る。しかしながら、水除去は、上記のストリッピングカラムに組み込むことができる。アンモニアは、必要な圧力で気化し、水が蒸発器アンモニアを有するストリッピングカラムを通って搬送されることを確実とするように、蒸発器の設計に注意を払う。この主に気相アンモニアは、カラムの中間点に入り、純粋なアンモニアはカラムの上部を通って離れる。カラムは、部分凝縮器（還流に十分な液体のみを凝縮）を有し、オーバーヘッド蒸気は、供給アンモニア（水を含まない）と分解装置ガス流から回収されたアンモニアを含む。

【0064】

分解されたガスを最初に膜に供給して、水素濃縮透過物流及び排気され得る窒素リッチ残留物流を生成することは、よりエネルギー効率が高い可能性がある。水素濃縮透過物は、ＰＳＡ中で更に精製され得る。第２の膜を、ＰＳＡ排ガス流に追加して、全体的な水素回収を更に促進することができる。この構成は、排ガス圧縮機のサイズを大幅に低減させるであろう。

【0065】

水素回収を増加させるための膜分離器の使用は、プロセスの燃焼セクションを通過することなく、プロセスから窒素を排気することを可能にする。窒素流が圧力であるプロセスでは、膨張タービンを通じて電力を回収するための排気前に、窒素を大気圧に膨張させることが有益であろう。煙道ガス又は分解されたガス流中で利用可能な熱を使用して膨張前に加圧窒素を加熱する場合、回収される電力量が増加する。

【0066】

図４は、一次燃料が、第１のＰＳＡ排ガスの一部分を含む二次燃料で補完される、本発明の第１の実施形態によるプロセスを描写する。図１～３のプロセスに共通する図４のプロセスの特徴は、同じ参照番号を与えられている。以下は、図４の新機能の考察である。

【0067】

一次燃料（ライン５０）は、熱交換器（Ｅ１０１）で加温され、任意選択的に、加温されたＰＳＡ排ガス（ライン３６）と組み合わされて、燃焼のために炉（１０）に供給される組み合わされた燃料（ライン４４）を生成し、分解反応器（８）の触媒充填管を加熱し、煙道ガス（ライン３２、及びＥ１０１における冷却後のライン４８）を生成する。加温された空気は、ライン４６において炉（１０）に供給される。一次燃料（ライン５０）及びＰＳＡ排ガス（ライン３６）は、混合することなく別々に炉に供給することができる（図示せず）。

【0068】

冷却された分解されたガス（ライン２８）は、第１のＰＳＡデバイス（２６）に供給される。分解されたガスは、水素生成物（ライン３０）及び排ガス（ライン１８）を形成するように分離される。第１のＰＳＡデバイス（２６）からの排ガス（ライン５４）の第１の部分は、圧縮機（Ｋ３０１）内で圧縮され、圧縮されたＰＳＡ排ガス（ライン６２）を生成する。圧縮されたＰＳＡ排ガス（ライン６２）は、冷却された分解されたガス（２８）又はそれから誘導されたアンモニア枯渇ガスで精製するために、第１のＰＳＡデバイス（２６）に再循環される。

【0069】

第１のＰＳＡ排ガスの第２の部分（ライン５６）は、（任意選択的に、熱交換器（Ｅ１０１）及びミキサ（４２）を介して）炉に戻って供給される第１のＰＳＡ排ガス（６０）の一部分を制御するＰＳＡ排ガスバルブ（５８）を通して供給される。第１のＰＳＡ排ガスの全てが炉に戻って供給される場合、水素回収は、その最小値（典型的には、約５０％）である。第１のＰＳＡ排ガスの約５０％が燃料として再循環される場合、約９５％の水素回収を達成することができる。

【0070】

代替的に、図５に示されるように、圧縮されたＰＳＡ排ガス（ライン６２）は、第２のＰＳＡデバイス（６４）に供給することができる。第２のＰＳＡデバイス（ライン６８）からの生成物水素は、第１のＰＳＡデバイス（２６）からの水素生成物（ライン３０）と組み合わされて、組み合わされた水素生成物ガス（ライン７０）を形成する。燃料として使用される第１のＰＳＡ排ガスの部分（ライン６０）は、第２のＰＳＡデバイス（６４）からのＰＳＡ排ガス（ライン６６）と組み合わされて、組み合わされたＰＳＡ排ガス（ライン７２）を生成する。図１及び２のプロセスと同様に、組み合わされたＰＳＡ排ガス（ライン６６）は、（ライン３６において）燃焼燃料として炉に送られる前に、反応管又は炉煙道ガス（ライン３２）を離れる分解されたガス（ライン１２）を使用して、熱交換器Ｅ１０１を介して加熱され得る。しかしながら、組み合わされたＰＳＡ排ガス（ライン７２）は、加熱なしで炉（１０）に直接供給されてもよい（図示せず）。

【実施例】

【0071】

ここで、本発明を、以下の発明の実施例を参照して、及び以下の参考例との比較によって例解する。シミュレーションの目的のために、発明の実施例及び参考例の両方は、１１ｂａｒ及び５００℃での分解反応の平衡を想定している。

【0072】

参考例１
図２に描写されるプロセスは、コンピュータ（Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ，ｖｅｒ．１０、Ａｓｐｅｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．）によってシミュレートされ、及び結果は、表１に描写される。
表１

【表1】

【0073】

この参考例では、アンモニアからの水素回収率は、７７．１８％であり、ＰＳＡ回収率は８３．５％である。アンモニア供給ポンプ（Ｐ２０１）、アンモニア燃料ポンプ（Ｐ２０２）及び空気ファン（Ｋ２０１）の総出力は、約１．３６ｋＷである。

【0074】

参考例２
図３に描写されるプロセスは、コンピュータ（Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ、ｖｅｒ．１０）によってシミュレートされており、結果は、表２に描写される。
表２

【表2】

【0075】

この参考例では、アンモニアからの水素回収率は、７７．０５％であり、ＰＳＡ回収率は７９．４％である。アンモニア供給ポンプ（Ｐ２０１）及び空気ファン（Ｋ２０１）の総出力は、約１．３７ｋＷである。

【0076】

発明の実施例１
図５に描写されるプロセスは、コンピュータ（Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ、ｖｅｒ．１０）によってシミュレートされており、結果は、表３に描写される。
表３

【表3】

【0077】

発明の実施例では、アンモニアからの水素回収率は、９３．８５％である。発明の実施例では、ＰＳＡ排ガスバルブは閉鎖されているため、第１のＰＳＡ排ガスの全てが、第２のＰＳＡデバイスにおける更なる精製のために再循環される。第２のＰＳＡデバイスからの第２のＰＳＡ排ガスは、二次燃料として炉に再循環される。これは、第１のＰＳＡデバイスから燃料への排ガスの再循環が、プロセスの炭素強度値に及ぼす影響を示すための出発点として提供される。

【0078】

本発明の実施例２
図５に描写されるプロセスは、コンピュータ（Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ、ｖｅｒ．１０）によってシミュレートされており、結果は、表４に描写される。
表４

【表4】

【0079】

発明の実施例では、燃料バルブを通って迂回され、二次燃料として再循環される第１のＰＳＡ排ガスの部分は、０％～１００％で変化する。この実施例では、水素生成を一定に保ち、ライン２を通るアンモニア供給速度を増加させて、水素回収における低減を補償した。図６のデータは、二次燃料として再循環された第１のＰＳＡ排ガスの量を増加させることは、水素回収を低減させるが、また必要な一次燃料が少ないため、再生可能な水素生成物の炭素強度も低減させることを示す。

【0080】

これらのデータは、再生可能な水素生成物の炭素強度値に対する燃焼プロセスの影響を明示する。このデータはまた、一次燃料対二次燃料の比を変化させることによって、再生可能な水素生成物の炭素強度値を制御することができることを明示する。

【0081】

本発明は、本発明のいくつかの態様の例解として意図される実施例に開示される特定の態様又は実施形態によって範囲が限定されるべきではなく、機能的に等価である任意の実施形態は、本発明の範囲内にある。本明細書に示され、説明されるものに加えて、本発明の様々な修正が、当業者に明らかとなり、添付の特許請求の範囲内であることが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】