(57)【要約】  水素ガスから、塩素、クロラミン、及びアンモニアなどの不純物を除去するための方法及びシステム。本発明の一態様は、還元剤溶液を有した第１洗浄ユニットに水素ガスを通して、水素ガスから塩素及びクロラミンを少なくとも部分的に除去することを提供する。水素ガスは、第１洗浄ユニットから酸溶液を有した第２洗浄ユニットへと通されて、水素ガスから、アンモニアを少なくとも部分的に除去してもよい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスから不純物を除去するための方法であって、
ａ）還元剤溶液を備えた第１洗浄ユニットに前記水素ガスを通して、前記水素ガスから塩素及びクロラミンを少なくとも部分的に除去することであって、前記第１洗浄ユニットは、前記水素ガスを受けるための第１入口と、前記水素ガスが前記還元剤を有した前記溶液と接触する第１エンクロージャとを備えていること
を具備した方法。
【請求項２】
ｂ）酸溶液を備えた第２洗浄ユニットに前記第１洗浄ユニットからの前記水素ガスを通して、前記水素ガスからアンモニアを少なくとも部分的に除去することであって、前記第２洗浄ユニットは、前記水素ガスを受けるための第２入口と、前記水素ガスが前記酸を有した前記溶液と接触する第２エンクロージャとを備えていること
を更に具備した請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ｃ）水を備えた第３洗浄ユニットに前記第２洗浄ユニットからの前記水素ガスを通して、前記水素ガスから酸を少なくとも部分的に除去することであって、前記第３洗浄ユニットは、前記水素ガスを受けるための第３入口と、前記水素ガスが前記水と接触する第３エンクロージャとを備えていること
を更に具備した請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記水は脱塩されている請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記還元剤は、メタ重亜硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム及び次亜硫酸ナトリウムからなる群より選択される請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記酸は、リン酸及び硫酸からなる群より選択される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記還元剤は次亜硫酸ナトリウムであり、前記酸は硫酸である請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記還元剤は、約０．１モル％及び約１０モル％の間の濃度を有している請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記酸は、約１モル％及び約３０モル％の間の濃度を有している請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
それら洗浄ユニットは、パッキング材を更に具備している請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
前記パッキング材は、ポリプロピレンを具備している請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記パッキング材は、リング形状である請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記パッキング材は、約１インチ及び約３インチの間の直径を有している請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ｄ）前記塩素及びクロラミン除去の後であって、前記アンモニア除去の前に、第１デミスタパッドに前記水素ガスを通すことと、
ｅ）前記アンモニア除去の後に、第２デミスタパッドに前記水素ガスを通すことと
を更に具備した請求項２に記載の方法。
【請求項１５】
ｄ）前記塩素及びクロラミン除去の後であって、前記アンモニア除去の前に、第１デミスタパッドに前記水素ガスを通すことと、
ｅ）前記アンモニア除去の後であって、前記酸の除去の前に、第２デミスタパッドに前記水素ガスを通すことと、
ｆ）前記酸の除去の後に、第３デミスタパッドに前記水素ガスを通すことと
を更に具備した請求項３に記載の方法。
【請求項１６】
前記水素ガスは、約１絶対バール及び約３絶対バールの間の初期圧力を有している請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記水素ガスは、約４０ｋｇ／時及び約１８００ｋｇ／時の間の流速を有している請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記水素ガスを活性炭と接触させることを更に具備した請求項２に記載の方法。
【請求項１９】
前記活性炭は、水酸化カリウムによって含浸されている請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記水素ガスを活性炭と接触させることを更に具備した請求項３に記載の方法。
【請求項２１】
水素ガスから不純物を除去するための方法であって、
ａ）前記水素ガスを還元剤水溶液と接触させて、前記水素ガスから塩素及びクロラミンを少なくとも部分的に除去することであって、前記還元剤は、メタ重亜硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム及び次亜硫酸ナトリウムからなる群より選択されること
を具備した方法。
【請求項２２】
ｂ）前記塩素及びクロラミン除去の後に、前記水素ガスを酸水溶液と接触させて、前記水素ガスからアンモニアを少なくとも部分的に除去することであって、前記酸は、硫酸及びリン酸からなる群より選択されること
を更に具備した請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
ｃ）前記アンモニア除去の後に、前記水素ガスを脱塩水と接触させて、前記水素ガスから酸を少なくとも部分的に除去すること
を更に具備した請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記還元剤は次亜硫酸ナトリウムである請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記酸は硫酸である請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記水素ガスは、前記還元剤及び前記酸との接触後に、約０．０１百万分率以下の塩素と、約０．０１百万分率以下のクロラミンと、約０．１百万分率以下のアンモニアとを具備している請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記次亜硫酸ナトリウムは、約０．１モル％及び約１モル％の間の濃度を有している請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記硫酸は、約５モル％及び約２０モル％の間の濃度を有している請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
ｃ）前記還元剤との接触の後であって、前記酸との接触の前に、第１デミスタパッドに前記水素ガスを通すことと、
ｄ）前記酸との接触の後であって、前記水との接触の前に、第２デミスタパッドに前記水素ガスを通すことと、
ｅ）前記水との接触の後に、第３デミスタパッドに前記水素ガスを通すことと
を更に具備した請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記水素ガスは、約１絶対バール及び約３絶対バールの間の初期圧力を有している請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
前記水素ガスは、約４００ｋｇ／時及び約８００ｋｇ／時の間の流速を有している請求項２１に記載の方法。
【請求項３２】
前記水素ガスを活性炭と接触させることを更に具備した請求項２２に記載の方法。
【請求項３３】
前記活性炭は、水酸化カリウムによって含浸されている請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
水素ガスから、塩素、クロラミン及びアンモニア不純物を除去するための方法であって、
ａ）前記水素ガスを次亜硫酸ナトリウム水溶液と接触させて、前記水素ガスから塩素及びクロラミンを少なくとも部分的に除去することと、
ｂ）前記塩素及びクロラミンを除去した後に、前記水素ガスを第１デミスタパッドに通すことと、
ｃ）前記第１デミスタパッドに通した後に、前記水素ガスを硫酸水溶液に接触させて、前記水素ガスからアンモニアを少なくとも部分的に除去することと、
ｄ）前記アンモニアを除去した後に、前記水素ガスを第２デミスタパッドに通すことと、
ｅ）前記第２デミスタパッドに通した後に、前記水素ガスを脱塩水と接触させて、前記水素ガスから酸を少なくとも部分的に除去することと、
ｆ）酸の除去の後に、前記水素ガスを第３デミスタパッドに通すことであって、前記第３デミスタパッドに通した後に、前記水素ガスが、約０．０１百万分率以下の塩素と、約０．０１百万分率以下のクロラミンと、約０．１百万分率以下のアンモニアとを備えていることと
を具備した方法。
【請求項３５】
水素ガスから、塩素、クロラミン、及びアンモニア不純物を除去するためのシステムであって、
ａ）ｉ）      第１パッキング材と、
ｉｉ）    水素源から前記水素ガスを受けるための第１水素ガス入口チップと、
ｉｉｉ）  還元剤水溶液を前記第１パッキング材上へと導くように適合させた第１液体分配器であって、前記水素ガスは、前記水素ガスから塩素及びクロラミンを少なくとも部分的に除去するために、前記パッキング材上の前記還元剤と接触させられる第１液体分配器と、
ｉｖ）    前記水素ガスから前記塩素及びクロラミンを少なくとも部分的に除去するために前記還元剤と接触させられた後の前記水素ガスを出力するための第１水素ガス出口供給ラインと
を備えた塩素及びクロラミン洗浄ユニットと、
ｂ）ｉ）      第２パッキング材と、
ｉｉ）    前記第１水素ガス出口供給ラインと流体で連絡し、前記水素ガスを受ける第２ガス入口と、
ｉｉｉ）  酸水溶液を前記第２パッキング材上へと導くように適合させた第２液体分配器であって、前記水素は、前記水素ガスからアンモニアを少なくとも部分的に除去するために、前記パッキング材上の前記酸と接触させられる第２液体分配器と、
ｉｖ）    前記水素ガスから前記アンモニアを少なくとも部分的に除去するために前記酸と接触させられた後の前記水素ガスを出力するための第２水素ガス出口供給ラインと
を備えたアンモニア洗浄ユニットと
を具備したシステム。
【請求項３６】
ｃ）ｉ）      第３パッキング材と、
ｉｉ）    前記第２水素ガス出口供給ラインと流体で連絡し、前記水素ガスを受ける第３ガス入口と、
ｉｉｉ）  水を前記第３パッキング材上へと導くように適合させた第３液体分配器であって、前記水素は、前記水素ガスから酸を少なくとも部分的に除去するために、前記パッキング材上の前記水と接触させられる第３液体分配器と、
ｉｖ）    前記水素ガスから前記酸を少なくとも部分的に除去するために前記水と接触させられた後の前記水素ガスを出力するための第３水素ガス出口供給ラインと
を備えた酸洗浄ユニット
を更に具備した請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
ｄ）  前記第１パッキング材と前記第１水素ガス出口供給ラインとの間に配置された第１デミスタパッドと、
ｅ）  前記第２パッキング材と前記第２水素ガス出口供給ラインとの間に配置された第２デミスタパッドと、
ｆ）  前記第３パッキング材と前記第３水素ガス出口供給ラインとの間に配置された第３デミスタパッドと
を更に具備した請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
ｇ）  前記塩素及びクロラミン洗浄ユニットに入る第１水供給ラインと、
ｈ）  前記アンモニア洗浄ユニットに入る第２水供給ラインと
を更に具備した請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
ｉ）  前記塩素及びクロラミン洗浄ユニットから溶液を除去するための第１出口ラインと、
ｊ）  前記アンモニア洗浄ユニットから溶液を除去するための第２出口ラインと、
ｋ）  前記酸洗浄ユニットから水を除去するための第３出口ラインと
を更に具備した請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
ｌ）ｉ）      塩素及びクロラミン洗浄ユニットから使用済み溶液を除去するための前記第１出口ラインと、
ｉｉ）    前記第１出口ライン中の前記使用済み溶液を汲み出すための第１ポンプと、
ｉｉｉ）  第２ポンプを介して前記第１出口ラインへと流体で接続される還元剤貯蔵器と、
ｉｖ）    前記第１液体分配器に前記還元剤を供給するために前記第１出口ラインへと流体で接続される供給ラインと
を備えた還元剤溶液サイクルと、
ｍ）ｉ）      アンモニア洗浄ユニットから使用済み溶液を除去するための前記第２出口ラインと、
ｉｉ）    前記第２出口ライン中の前記使用済み溶液を汲み出すための第３ポンプと、
ｉｉｉ）  第４ポンプを介して前記第２出口ラインへと流体で接続される酸貯蔵器と、
ｉｖ）    前記第２液体分配器に前記酸を供給するために前記第２出口ラインへと流体で接続される供給ラインと
を備えた酸溶液サイクルと、
ｎ）ｉ）      酸洗浄ユニットから使用済み溶液を除去するための前記第３出口ラインと、
ｉｉ）    前記第２出口ライン中の前記使用済み溶液を汲み出すための第５ポンプと、
ｉｉｉ）  第６ポンプを介して前記第３出口ラインへと流体で接続される水貯蔵器と、
ｉｖ）    前記第３液体分配器に前記水を供給するために前記第３出口ラインへと流体で接続される供給ラインと
を備えた水サイクルと
を具備した請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
ｏ）前記還元剤溶液サイクルから前記使用済みの還元剤溶液を除去するために、前記第１出口ラインに流体で接続される廃棄ラインと、
ｐ）前記酸溶液サイクルから前記使用済みの酸溶液を除去するために、前記第２出口ラインに流体で接続される廃棄ラインと、
ｑ）前記水溶液サイクルから前記使用済みの水を除去するために、前記第３出口ラインに流体で接続される廃棄ラインと
を更に具備した請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
ｄ）活性炭を備えた吸着ユニットであって、前記第３水素ガス出口供給ラインは、前記水素ガスを前記吸着ユニットへと送る吸着ユニット
を更に具備した請求項３６に記載のシステム。
【請求項４３】
前記活性炭は、水酸化カリウムによって含浸されている請求項４２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
背景  
水素ガスは、蒸気メタン改質装置の使用、水の電気分解、アルカリ金属塩化物溶液の電気分解を含む種々のプロセスにより、及び、塩素の製造に由来する廃ガスとして製造されうる。アルカリ金属塩化物溶液の電気分解により生成される未精製水素（raw hydrogen）は、しばしば、塩素（Ｃｌ2）及びアンモニア（ＮＨ3）等の不純物を含んでいる。アンモニア不純物は、多くの場合、アルカリ金属塩化物を得るために使用される岩塩採掘プロセスにおいて用いられた爆発物に由来した残留物の結果である。塩素の濃度は、数十百万分率（ｐｐｍ）もの高さとなるかもしれず、アンモニアの濃度は、数百ｐｐｍもの高さとなるかもしれない。
【０００２】
塩素及びアンモニアは、それら自体で、触媒の被毒、吸着剤の破壊、及び腐食等の下流のプロセス及び装置への悪影響の原因となるかもしれない。塩素とアンモニアとは、化合すると、モノクロラミン（ＮＨ2Ｃｌ）、ジクロラミン（ＮＨＣｌ2）、及びトリクロラミン（ＮＣｌ3）等のクロラミンを生成する。クロラミンは、非常に不安定な化合物であり、クロラミンの濃度が蓄積されて少なくとも３％を超えると、激しく分解し、爆発をもたらすかもしれない。活性炭等の吸着剤を用いた水素ガスの精製は、クロラミンの生成及びその危険な蓄積を促進する。
【０００３】
それゆえ、水素ガス流から、塩素、クロラミン及びアンモニアを除去するための、費用対効果が高く且つ安全な方法及び装置に対するニーズが存在している。
【０００４】
要約  
本発明の態様は、一般に、水素ガス流から、塩素、クロラミン及びアンモニアを除去するための方法を提供する。本発明の一態様は、還元剤溶液を含んだ第１洗浄ユニット（scrubbing unit）に水素ガスを通して、水素ガスから塩素及びクロラミンを除去することにより、水素ガスから不純物を除去するための方法を提供する。第１洗浄ユニットは、水素ガスを受けるための第１入口と、水素ガスが還元剤溶液と接触する第１エンクロージャとを有している。水素ガスは、その後、水素ガスからアンモニアを除去するために、第１洗浄ユニットから、酸溶液を含んだ第２洗浄ユニットへと通されてもよい。第２洗浄ユニットは、水素ガスを受けるための第２入口と、水素ガスが酸溶液と接触する第２エンクロージャとを有している。水素ガスから酸の痕跡を除去するために、水素は、水素ガスを第２洗浄ユニットから水を含んだ第３洗浄ユニットへと通すことによる酸除去プロセスを更に通過してもよい。第３洗浄ユニットは、水素ガスを受けるための第３入口と、水素ガスが水と接触する第３エンクロージャとを有している。
【０００５】
本発明の他の態様は、水素ガスを還元剤水溶液と接触させて、塩素及びクロラミンを水素ガスから除去することにより、水素ガスから不純物を取り除く方法であって、還元剤は、メタ重亜硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム及び次亜硫酸ナトリウムからなる群より選択される方法を提供する。塩素及びクロラミンの除去の後、水素ガスは、水素ガスからアンモニアを除去するために、酸水溶液と接触させられてもよい。酸は、硫酸及びリン酸からなる群より選択される。水素ガスは、アンモニアの除去の後、水素ガスから酸の痕跡を除去するために、脱塩水と接触させられてもよい。
【０００６】
本発明の他の態様は、水素ガスを次亜硫酸ナトリウム水溶液と接触させて、水素ガスから塩素及びクロラミンを除去すること、塩素及びクロラミンの除去の後に、水素ガスを第１デミスタパッド（demister pad）に通すこと、第１デミスタパッドを通した後に、水素ガスを硫酸水溶液と接触させて、水素ガスからアンモニアを除去すること、アンモニアの除去の後、水素ガスを第２デミスタパッドに通すこと、第２デミスタパッドを通した後に、水素ガスを脱塩水と接触させて、水素ガスから酸を除去すること、及び、酸の除去の後、水素ガスを第３デミスタパッドに通すことにより、水素ガスから、塩素、クロラミン、及びアンモニア不純物を除去するための方法を提供する。一態様では、第３デミスタパッドを通過した後、水素ガスは、約０．０１百万分率以下の塩素と、約０．０１百万分率以下のクロラミンと、約０．１百万分率以下のアンモニアとを備えている。
【０００７】
本発明の他の態様は、水素ガスから、塩素、クロラミン、及びアンモニア不純物を除去するためのシステムを提供する。本システムは、塩素及びクロラミン洗浄ユニットと、アンモニア洗浄ユニットと、任意の酸洗浄ユニットとを有している。各々の洗浄ユニットは、パッキング材、水素ガス入口チップ又は拡散器、還元剤水溶液、酸水溶液、又は水をパッキング材上へと導く液体分配器を有している。水素は、還元剤、酸、及び水と接触させられて、それぞれ、水素ガスから、塩素及びクロラミン、アンモニア、並びに、酸を除去する。
【０００８】
図面の簡単な説明  
本発明の性質及び目的の更なる理解のため、同様の要素には同様又は類似の参照符号が付与される添付の図面と共に、以下の詳細な説明が参照されるべきであり、ここで：
図１は、水素ガス流から、塩素、クロラミン、及びアンモニアを除去するための本発明の一態様に係るプロセスのフローチャートを示し；  
図２は、塩素、クロラミン、及びアンモニアの除去のための本発明の一態様に係るプロセシングユニットを示し；  
図３は、塩素及びクロラミンの除去のための本発明の一態様に係るプロセシングユニットを示し；  
図４は、アンモニアの除去のための本発明の一態様に係るプロセシングユニットを示し；及び  
図５は、酸の除去のための本発明の一態様に係るプロセシングユニットを示している。
【０００９】
好ましい態様の記載  
図１は、水素ガスの流れから、塩素、クロラミン及びアンモニアを除去するための本発明の一態様に係るプロセス１００のフローチャートを示している。プロセス１００は、塩素及びクロラミンの除去プロセス１０と、アンモニア除去プロセス２０と、酸除去プロセス３０とを含んでいる。
【００１０】
図２は、プロセス１００が行われるプロセシングユニットを描いた本発明の一態様に係るシステム２００を示している。水素ガスは、水素ガス源１０５から、供給ライン１０６を通って、プロセス１０が行われる洗浄ユニット１１０へと供給される。
【００１１】
塩素及びクロラミンの除去プロセス１０では、水素ガスは、還元剤水溶液と接触するように流される。還元剤は、塩素ガスを塩化物イオンへと還元し、クロラミンと結合して、安定で無害な化合物を形成する任意の化合物であってもよい。一態様では、還元剤は、メタ重亜硫酸ナトリウム（Ｎａ2Ｓ2Ｏ5）、亜硫酸ナトリウム（Ｎａ2ＳＯ3）及び／又は次亜硫酸ナトリウム（Ｎａ2Ｓ2Ｏ3）などのサルファイト（sulfite）である。還元剤溶液は、約２０モル％以下の濃度、例えば、約０．０１モル％及び約２０モル％の間、より好ましくは、約０．１モル％及び約１０モル％の間の濃度を有していてもよい。一態様では、還元剤の濃度は、約０．５モル％である。最適濃度は、水素フィードガス中の塩素及びクロラミンの最大（ピーク）濃度により決定されてもよい。還元剤溶液は、供給ライン１１３及び液体分配器１１４を通って、洗浄ユニット１１０中へと導入される。液体分配器１１４は、還元剤溶液を、パッキング材１１２上へと導く。パッキング材１１２は、反応のための表面積の増大をもたらし、水素ガス中のクロラミン及び塩素の還元剤溶液中への拡散速度を向上させる。パッキング材１１２は、どんな形状であってもよく、金属、金属合金、又は高分子により形成されていてもよい。一態様では、パッキング材１１２は、約１インチ及び約３インチ間の範囲の直径を有したポリプロピレン製のリングからなる。特定の態様では、その直径は、約２インチである。水素ガスは、入口チップ（tip）１１１を通って、洗浄ユニット１１０へと導入される。一態様では、入口チップ１１１は、散布器の形態であってもよい。洗浄ユニット１１０に入るときの水素ガスの圧力は、約１絶対バール及び約３絶対バールの間であってもよい。一態様では、圧力は、約１．７絶対バールである。水素ガスの流速は、約４０ｋｇ／時及び約１８００ｋｇ／時の間であり、好ましくは、約４００ｋｇ／時及び約１２００ｋｇ／時の間である。一態様では、流速は、約６２０ｋｇ／時である。水素ガスは、パッキング材１１２を通って流れ、水素ガスと共に流れているクロラミン及び塩素ガスが還元剤と反応するように、還元剤溶液と接触する。水溶液中では、次亜硫酸ナトリウムとモノクロラミン等のクロラミンとの特定の反応は：  
ＮＨ2Ｃｌ＋２Ｎａ2Ｓ2Ｏ3＋Ｈ2Ｏ ＝ ＮａＣｌ＋Ｎａ2Ｓ4Ｏ6＋ＮａＯＨ＋ＮＨ3  式１  
である。
【００１２】
塩素は、式２に示すように、次亜硫酸ナトリウムによって、塩化物へと還元される。  
Ｃｌ2＋２Ｎａ2Ｓ2Ｏ3 ＝ ２ＮａＣｌ＋Ｎａ2Ｓ4Ｏ6  式２
式１及び２に見られるように、気体のクロラミン及び塩素は、次亜硫酸ナトリウムと反応して、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、テトラチオン酸ナトリウム（Ｎａ2Ｓ4Ｏ6）及び水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ、式１）をもたらす。これら結果物は、水とともに溶液中に留まり、出口１１６を通って洗浄ユニット１１０を出て行き、これにより、出力供給ライン１１５を通って洗浄ユニット１１０を出て行く水素ガスと分離される。洗浄ユニット１１０を出て行くに際して、塩素及びクロラミンは、少なくとも部分的に除去され、水素ガスは、水素ガス中に含まれた約０．０１ｐｐｍ未満の塩素と約０．０１ｐｐｍ未満のクロラミンとを有していてもよい。還元剤又は何れかの反応生成物を含んだあらゆる水滴が水素ガスと共にアンモニア除去プロセス２０中へと流れ込むことを回避すべく、水素ガスは、デミスタパッド１１７を通って流される。例えば、デミスタパッド１１７は、ステンレス鉄、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン又はナイロンの編まれたワイヤにより製作されてもよい。
【００１３】
図３は、本発明の一態様に係るプロセス１０の更なる詳細を示している。水は、水源１４０から供給され、水ポンプ１４２によって、水供給ライン１４３を通って、洗浄ユニット１１０へと汲み出される。一態様では、水は、脱塩される。ポンプ１４２は、洗浄ユニット１１０の底部において、一定の液体レベル１２０を保つように制御される。出口ライン１１６は、洗浄ユニット１１０の底部から流体を取り除き、ポンプ１２４は、その流体を、供給ライン１１３へと汲み上げて、液体分配器１１４に通過させる。還元剤は、貯蔵タンク１３０に貯蔵される。濃縮された還元剤は、還元剤の空気中において起こりうるあらゆる酸化を防止すべく、不活性ガス下で貯蔵される。一態様では、不活性ガスは、窒素である。一態様では、還元剤溶液は、水酸化ナトリウム、亜硫酸ナトリウム又は炭酸ナトリウムによっても安定化され、溶液を中性又は弱塩基性に維持し且つ次亜硫酸ナトリウムがサルファイト、硫黄、及び二酸化硫黄へと分解することを防ぐ。送出（dosage）ポンプ１３２は、貯蔵タンク１３０から還元剤を汲み出し、供給ライン１１３の流体中にそれを希釈させる。還元剤溶液が塩素及びクロラミンの除去プロセス１０において使用された後、溶液は、出口ライン１１６を通って再循環させられる。溶液の一部は、反応生成物である塩化ナトリウム、水酸化ナトリウム及びテトラチオン酸ナトリウムの濃度を、堆積及び詰まりの原因となる沈殿及びフレーキングを回避するのに十分なほど低く維持するために、廃棄ライン１２６において、溶液サイクルから除去される。廃棄ライン１２６を通って除去される溶液の量は、バルブ１２８によって制御される。溶液は、流体サイクルの種々の位置において、ｐＨ値及び酸化還元電位を測定することによって監視される。測定は、塩化ナトリウム、水酸化ナトリウム及びテトラチオン酸ナトリウム等のあらゆる反応生成物を除去するためにバルブ１２８が開かれる必要があるか否かを決定するために使用される。
【００１４】
式１に見られるように、次亜硫酸ナトリウムのクロラミンとの反応は、アンモニアを生ずる。形成されたアンモニア又は形成されたアンモニアの一部は、溶液を抜け出し、水素ガスと共に流れる。それゆえ、少なくとも一態様においては、塩素及びクロラミンの除去プロセスがアンモニア除去プロセス２０の前に実行されることが有益である。しかしながら、一態様では、水素ガスは、塩素及びクロラミンの除去プロセス１０から出て来た後、アンモニア除去プロセス２０を通過しない。この態様では、水素ガスは、塩素及びクロラミンの除去プロセス１０から出て来た後、水素ガス中のアンモニアの存在が許容されるかもしれない下流プロセスにおいて又はアンモニアを除去するための代替法が下流プロセスにある場合には、使用されてもよい。
【００１５】
アンモニア除去プロセス２０では、水素ガスは、酸水溶液と接触するように流される。酸は、アンモニアと化合して、安定で無害な化合物を形成する任意の化合物であってもよい。ある態様では、酸は、リン酸（Ｈ3ＰＯ4）である。他の態様では、酸は、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）である。一態様では、酸溶液は、約１モル％及び約３０モル％の間、好ましくは、約５モル％及び約２０モル％の間の濃度範囲を有している。特定の態様では、酸濃度は、約１０モル％である。最適な酸濃度は、水素フィードガス中のアンモニアの最大濃度により決定される。酸溶液は、供給ライン２１３及び液体分配器２１４を通って、洗浄ユニット２１０中へと導入される。液体分配器２１４は、酸溶液を、パッキング材２１２上へと導く。水素ガスは、出口供給ライン１１５を介して洗浄ユニット１１０から出て来て、入口チップ２１１を通って、洗浄ユニット２１０中へと導入される。一態様では、入口チップ２１１は、拡散器の形態であってもよい。水素ガスは、パッキング材２１２を通って流れ、水素ガスと共に流れているアンモニアガスが酸と反応するように、酸溶液と接触する。アンモニアの硫酸との主たる反応は、硫酸アンモニウムを形成する：  
２ＮＨ3＋Ｈ2ＳＯ4 ＝ （ＮＨ4）2ＳＯ4  式３。
【００１６】
硫酸アンモニウムに加えて、いくらかの重硫酸アンモニウム（ＮＨ4ＨＳＯ4）もまた、その反応により形成されるかもしれない。硫酸アンモニウム及び重硫酸アンモニウムの両方は、水とともに溶液中に留まり、出口２１６を通って洗浄ユニット２１０を出て行き、これにより、デミスタパッド２１７の第２セット及び出力供給ライン２１５を通って洗浄ユニット２１０を出て行く水素ガスと分離される。洗浄ユニット２１０から出て行くに際して、アンモニアは、少なくとも部分的に除去され、水素ガスは、水素ガス中に含まれた０．１ｐｐｍ未満のアンモニアを有していてもよい。
【００１７】
図４は、本発明の一態様に係るプロセス２０の更なる詳細を示している。水は、水源２４０から供給され、水ポンプ２４２によって、水供給ライン２４３を通って、洗浄ユニット２１０へと汲み出される。一態様では、水は、脱塩される。ポンプ２４２は、洗浄ユニット２１０の底部において、一定の液体レベル２２０を保つように制御される。出口ライン２１６は、洗浄ユニット２１０の底部から流体を取り除き、ポンプ２２４は、その流体を、供給ライン２１３へと汲み上げて、液体分配器２１４に通過させる。濃縮された酸は、貯蔵タンク２３０に貯蔵される。送出ポンプ２３２は、貯蔵タンク２３０から濃縮された酸を汲み出し、それを供給ライン２１３の流体中に希釈させる。酸溶液がアンモニア除去プロセス２０において使用された後、溶液は、出口ライン２１６を通って再循環させられる。溶液の一部は、硫酸アンモニウム及び重硫酸アンモニウム等の反応生成物の濃度を、沈殿及びフレーキングを回避するのに十分なほど低く維持するために、廃棄ライン２２６において、溶液サイクルから除去される。廃棄ライン２２６から除去される溶液の量は、バルブ２２８によって制御される。溶液は、流体サイクルの種々の位置において、ｐＨ値及び酸化還元電位を測定することによって監視される。測定は、硫酸アンモニウム及び重硫酸アンモニウムを除去するためにバルブ２２８が開かれる必要があるか否かを決定するために使用される。
【００１８】
いくつかの下流プロセスでは、アンモニア除去プロセス２０を離れる水素流からの酸のあらゆる痕跡の完全な除去を保証することが重要であるかもしれない。それゆえ、酸除去プロセス３０は、プロセス２０のデミスタ２１７によって捕らえられなかった、存在しうるあらゆる酸を除去するための任意のプロセスである。図５は、本発明のある態様に係る酸除去プロセス３０を示している。出口供給ライン２１５を通ってアンモニア除去プロセス２０を出た水素ガスは、入口チップ３１１を通って、洗浄ユニット３１０へと導入される。脱塩水は、水源３３０から供給され、ポンプ３３２によって、供給ライン３１３を通って、洗浄ユニット３１０内の液体分配器３１４へと汲み上げられる。液体分配器３１４は、水を、パッキング材３１２上へと導く。水素ガスは、パッキング材３１２を通って流れ、水素ガスと共に流れている酸が水に吸着されるように、水と接触する。水素ガスは、その後、水素ガスが更なる下流プロセスのために出口供給ライン３１５を通過させられる前に、あらゆる水滴を除去すべく、デミスタ３１７を通過する。パッキング材３１２を通過した水は、洗浄ユニット３１０の底部に蓄積し、一定のレベル３２０に維持される。過剰の水は、出口ライン３１６を通って、ポンプ３２４によって制御される速度で、供給ライン３１３へと再循環させられる。水は、水サイクルの種々の位置で、水のｐＨ値を測定することにより監視される。水は、廃棄ライン３２６を通って、サイクルから除去される。廃棄ライン３２６を通って除去された水の量は、水サイクルにおける非酸性を保証するために、バルブ３２８により制御される。本発明のある態様では、プロセス３０の酸性の廃棄水は、アンモニア除去プロセス２０のための水源２４０として使用される。
【００１９】
本発明の他の態様では、酸の除去は、液体分配器２１４に加えて、過度の霧を引き起こさないための設計を有した高効率デミスタ２１７を用いて達成されてもよい。ある態様では、液体分配器２１４は、樋（trough）型の分配器である。
【００２０】
本発明の他の態様は、精製プロセス１００の効率を監視するために用いられる任意のプロセスを含んでいる。この態様では、プロセス１００にさらされた水素ガスは、出口供給ライン３１５によって、活性炭が詰められた容器へと供給される。活性炭は、プロセス１００によって除去されなかった全ての存在しうる残存塩素及びクロラミンを吸着する。好ましい態様では、活性炭は、酸の痕跡を吸着すべく、水酸化カリウム（ＫＯＨ）によって含浸される。全ての存在しうる塩素及びクロラミンのレベルが継続的に監視されて、激しい反応を避けるべく、約３％より高い濃度へのクロラミンの蓄積を回避する。
【００２１】
本発明の他の態様では、洗浄ユニット１１０、２１０及び３１０は、上記の塩素及びクロラミン、アンモニア、並びに、酸を除去するための個々の洗浄ユニットを含んだ単一のユニットへと組み合わされてもよい。本発明の他の態様では、洗浄ユニット１１０は、分離されたままであってもよく、洗浄ユニット２１０及び３１０は、上記のアンモニア及び酸のための個々の洗浄ユニットを含んだ単一のユニットへと組み合わされてもよい。
【００２２】
例  
本発明の一態様では、水で飽和され、１９．９ｐｐｍのアンモニアと、１．５ｐｐｍの塩素と、１．５ｐｐｍのモノクロラミンとを有した水素ガスが、６２３ｋｇ／時の速度、１．５絶対バールの圧力、及び、３２℃で、入口チップ１１１を通って、洗浄ユニット１１０中へと流される。洗浄ユニット１１０は、３．０フィートの直径及び３０フィートの高さを有している。次亜硫酸ナトリウムの０．５モル％溶液が、液体分配器１１４から、１９０００ｋｇ／時の速さで流される。洗浄ユニット２１０は、２．５フィートの直径及び３０フィートの高さを有している。硫酸の１０モル％溶液が、液体分配器２１４から、２３６３６ｋｇ／時の速さで流される。洗浄ユニット３１０は、３．０フィートの直径及び１０フィートの高さを有している。脱塩水が、液体分配器３１４から、８０７５ｋｇ／時の速さで流される。洗浄ユニット３１０を出て行くに際して、水素ガスは、水素ガス内に、約０．０１ｐｐｍ未満の塩素と、約０．０１ｐｐｍ未満のクロラミンと、約０．１ｐｐｍ未満のアンモニアとを有している。
【００２３】
本発明の性質を説明するためにここで記載及び説明された細部、材料、工程、及び、部品の配置における多くの付加的な変形が、添付した請求の範囲に表された発明の思想及び範囲の中で当業者によって為されてもよいことは、理解されるであろう。したがって、本発明は、上記の実施例及び／又は添付図面中の特定の態様に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】水素ガス流から、塩素、クロラミン及びアンモニアを除去するための本発明の一態様に係るプロセスのフローチャートを示す図。
【図２】塩素、クロラミン及びアンモニアの除去のための本発明の一態様に係るプロセシングユニットを示す図。
【図３】塩素及びクロラミンの除去のための本発明の一態様に係るプロセシングユニットを示す図。
【図４】アンモニアの除去のための本発明の一態様に係るプロセシングユニットを示す図。
【図５】酸の除去のための本発明の一態様に係るプロセシングユニットを示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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