(57)【要約】  本発明は、水素の少ないストリームから水素に富むストリーム製造する方法に関する。さらに、特に本発明は、炭化水素合成プロセス、例としてフィッシャートロプシュプロセスに関し、この炭化水素合成プロセスから、炭化水素並びに高純度水素が得られる。このプロセスは、水素の少ないストリームを第１の逆選択膜及び第２の逆選択膜に接触させて、ＣＯ２富化透過物及び水素含有残留物を供給する。高純度水素が、水素含有残留物から生成される。こうして得られた高純度水素は、炭化水素合成プロセスから生成された炭化水素の品質向上、天然ガスストリームの水素処理、炭化水素合成反応ユニットへの再循環、高純度水素生成、触媒再活性化、及びその組合せからなる群から選択されたプロセスにおいて使用することができる。
2008500253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）シンガスを使用して炭化水素合成プロセスを実施すること、
（ｂ）水素を含むガス状ストリームを、炭化水素合成プロセスから単離すること、
（ｃ）水素を含むガス状ストリームを、第１の逆選択膜と接触させて、第１のＣＯ２富化透過物及び第１の水素含有残留物を供給すること、
（ｄ）第１の水素含有残留物を、水性ガスシフト反応器を通過させて、水素含有ストリームを供給すること、
（ｅ）水素含有ストリームを、第２の逆選択膜と接触させて、第２のＣＯ２富化透過物及び第２の水素含有残留物を供給すること、及び
（ｆ）第２の水素含有残留物を、圧力変動吸着ユニットを通過させて、９０体積％より多い水素を含む水素に富むストリームを供給すること
を含む水素に富むストリームを供給する方法。
【請求項２】
炭化水素合成プロセスが、フィッシャートロプシュプロセスである請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第２の逆選択膜と接触させる前に、水素含有ストリームを、気液分離器を通過させて、水を除去することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
（ｉ）炭化水素合成プロセスからの炭化水素生成物ストリームの品質を向上させること、（ｉｉ）天然ガスストリームを水素処理すること、（ｉｉｉ）水素に富むストリームを炭化水素合成反応ユニットに再循環させること、（ｉｖ）炭化水素合成プロセス以外の使用のための水素を生成すること、（ｖ）炭化水素合成反応触媒を再活性化すること、及び（ｖｉ）その組合せからなる群から選択されたプロセスに対して、水素に富むストリームを使用することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第２の水素含有残留物が、約１００ｐｓｉｇ以上の圧力である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
第２の水素含有残留物が、約２００ｐｓｉｇ以上の圧力である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
水素を含むガス状ストリームが３５体積％未満の水素を含み、第２の水素含有残留物が４０体積％より多い水素を含む請求項３に記載の方法。
【請求項８】
９９体積％より多い水素を含む水素に富むストリームである請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ガス状ストリームが、ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２Ｏ（ｇ）、ガス状Ｃ１〜Ｃ５炭化水素、及び３５体積％未満のＨ２を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
水素を含むガス状ストリームを、（ｉ）炭化水素合成反応ユニットからのテールガス、（ｉｉ）炭化水素合成反応を実施する前のシンガス、（ｉｉｉ）品質を向上したプロセスからのテールガス、及び（ｖｉ）その組合せからなる群から選択された原料源から単離する請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
（ａ）炭化水素合成プロセス実施すること、
（ｂ）炭化水素合成プロセスから水素の少ないストリームを単離すること、及び
（ｃ）水素含有ストリームを第１の逆選択膜及び第２の逆選択膜と接触させることを含むプロセスによって、９０体積％より多い水素を含む水素に富むストリームを水素の少ないストリームから単離すること
を含む水素に富むストリームを供給する方法。
【請求項１２】
炭化水素合成プロセスが、フィッシャートロプシュプロセスである請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
水素の少ないストリームが、３５体積％未満の水素を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
水素の少ないストリームが、（ｉ）炭化水素合成反応ユニットからのテールガス、（ｉｉ）炭化水素合成反応を実施する前のシンガス、（ｉｉｉ）品質を向上したプロセスからのテールガス、及び（ｖｉ）その組合せからなる群から選択された原料源から単離される請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
構成している水素に富むストリームを単離するプロセスが、水素の少ないストリームを、水性ガスシフト反応器及び圧力変動吸着ユニットを通過させることをさらに含み、ここで、水素の少ないストリームを、第１の逆選択膜と接触させ、水性ガスシフト反応器を通過させ、及び圧力変動吸着ユニットの前に第２の逆選択膜と接触させる請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
水素に富むストリームが、９９体積％より多い水素を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
（ａ）シンガスを使用して、フィッシャートロプシュプロセスを実施して、炭化水素生成物ストリーム及び水素の少ないストリームを供給すること、
（ｂ）第１の逆選択膜及び第２の逆選択膜と接触させることを含むプロセスによって、水素に富むストリームを水素の少ないストリームから単離すること、及び
（ｃ）炭化水素生成物ストリームの少なくとも一部分を、水素に富むストリームの少なくとも一部分と反応させることによって品質向上させること
を含む統合されたフィッシャートロプシュプロセス。
【請求項１８】
水素の少ないストリームが４０体積％未満の水素を含み、水素に富むストリームが９５体積％より多い水素を含む請求項１７に記載の統合された方法。
【請求項１９】
水素の少ないストリームが３５体積％未満の水素を含み、水素に富むストリームが９９体積％より多い水素を含む請求項１７に記載の統合された方法。
【請求項２０】
（ｉ）水素の少ないストリームを、第１の逆選択膜と接触させて、第１のＣＯ２富化透過物、及び第１の水素含有残留物を供給すること、（ｉｉ）第１の水素含有残留物を、水性ガスシフト反応器を通過させて水素含有ストリームを供給すること、（ｉｉｉ）水素含有ストリームを、第２の逆選択膜と接触させて、第２のＣＯ２富化透過物、及び第２の水素含有残留物を供給すること、及び（ｉｖ）第２の水素含有残留物を、圧力変動吸着ユニットを通過させて、水素に富むストリームを供給することを含むプロセスによって、水素に富むストリームを、水素の少ないストリームから単離する請求項１７に記載の統合された方法。
【請求項２１】
水素の少ないストリームを、（ｉ）フィッシャートロプシュ合成反応ユニットからのテールガス、（ｉｉ）フィッシャートロプシュ合成反応を実施する前のシンガス、（ｉｉｉ）向上したプロセスからのテールガス、及び（ｉｖ）その組合せからなる群から選択された原料源から単離する請求項１７に記載の統合された方法。
【請求項２２】
第２の水素含有残留物が、約１００ｐｓｉｇ以上の圧力である請求項２０に記載の統合された方法。
【請求項２３】
水性ガスシフト反応の後及び第２の逆選択膜と接触させる前に、水素含有ストリームを、蒸気−液体分離器を通過させて、水を除去することをさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
（ｉ）天然ガスストリームを水素処理すること、（ｉｉ）水素に富むストリームを炭化水素合成反応ユニットに再循環させること、（ｉｉｉ）炭化水素合成プロセス以外の使用のための水素を生成すること、（ｉｖ）炭化水素合成反応触媒を再活性化すること、及び（ｖ）その組合せからなる群から選択されたプロセスに対して、水素に富むストリームの一部分を使用することを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
水素の少ないストリームが、３５体積％未満の水素を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
（ａ）シンガスを使用して、炭化水素合成プロセスを実施して、少なくとも１つの炭化水素ストリーム及び水素の少ないストリーム供給すること、
（ｂ）第１の逆選択膜と接触させること、水性ガスシフト反応を実施すること、及び第２の逆選択膜と接触させることを含み、ここで、水素含有ストリームの、水を含まないベースでの水素濃度は、水素の少ないストリームの水を含まないベースでの、水素濃度よりも少なくとも５体積％多いプロセスによって、水素の少ないストリームから水素含有ストリームを単離すること、及び
（ｃ）水素含有ストリームを、圧力変動吸着ユニットを通過させて、９０体積％より多い水素を含む水素に富むストリームを供給すること
を含む水素に富むストリームを供給する方法。
【請求項２７】
水素の少ないストリームから水素含有ストリームを単離するプロセスが、蒸気−液体分離器において、水を除去することをさらに含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
水素の少ないストリームが、４０体積％未満の水素を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
水素の少ないストリームが、３５体積％未満の水素を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
水素の少ないストリームが、（ｉ）炭化水素合成反応ユニットからのテールガス、（ｉｉ）炭化水素合成反応を実施する前のシンガス、（ｉｉｉ）品質を向上したプロセスからのテールガス、及び（ｉｖ）その組合せからなる群から選択された供給源から単離される請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
（ｉ）炭化水素合成プロセスから炭化水素生成物ストリームを品質を向上させること、（ｉｉ）天然ガスストリームを水素処理すること、（ｉｉｉ）水素に富むストリームを炭化水素合成反応ユニットに再循環させること、（ｉｖ）炭化水素合成プロセス以外に、使用のための水素を生成すること、（ｖ）炭化水素合成反応触媒を再活性化すること、及び（ｖｉ）その組合せからなる群から選択されたプロセスに対して、水素に富むストリームを使用することをさらに含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
炭化水素合成プロセスが、フィッシャートロプシュプロセスである請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００４年３月８日出願の米国特許出願番号１０／７９４，０８４の継続出願であり、その内容を参照により本明細書に合体する。
【０００２】
本発明は、低濃度の水素を含むストリーム、即ち水素の少ないストリームから水素に富むストリームを生成する方法に関する。さらに特に、本発明は、炭化水素合成プロセス、例として、炭化水素並びに高純度水素を生成するフィッシャートロプシュプロセスに関する。
【背景技術】
【０００３】
天然ガス、石炭、コークスなどの炭化水素供給源を、さらに価値のある炭化水素製品に転化する当技術分野において、多数の方法が知られている。典型的な転化プロセスは、先ず炭化水素供給源を合成ガス又はシンガスに転化するものであり、これは、水、二酸化炭素、一酸化炭素、及び水素の混合物である。炭化水素供給源が、天然ガスである場合は、触媒的リフォーミング反応を利用して、シンガスを作製する。供給源が、残油又は固体供給材料である場合は、部分酸化又は部分ガス化が使用される。次いで、シンガスを、可燃性液体燃料、メタノール、アンモニア、酢酸、ジメチルエーテル、オキソアルコール、及びイソシアナートを含めた広範囲の化学品を生成するための原料として使用することができる。
【０００４】
遠隔の天然ガス資源は、最初にシンガスを製造することによって、通常の輸送燃料、化学原料、及び潤滑剤に転化することができる。フィッシャートロプシュプロセスは、シンガスを輸送燃料及び潤滑剤に転化する通常の経路である。別法として、天然ガスをシンガスに転化してからメタノールを合成し、このメタノールを利用して様々な化学品を製造する。
【０００５】
特に、フィッシャートロプシュ合成反応は、合成ガスから高分子量炭化水素生成物を合成するために使用することができる。フィッシャートロプシュ合成反応において、合成ガスは、反応条件下で、フィッシャートロプシュ触媒と接触させることにより炭化水素に転化することができる。フィッシャートロプシュプロセスからの生成物は、Ｃ１〜Ｃ２００＋の範囲であり、大部分はＣ５〜Ｃ１００＋の範囲でありうる。フィッシャートロプシュ合成反応は、例えば１つ又は複数の触媒床を含む固定床反応器、スラリ反応器、流動床反応器、又は異なるタイプの反応器の組合せを含む種々のタイプにおいて実施することができる。
【０００６】
同様に、メタノールは、リフォーミング又はガス化により、最初に原料を合成ガスに転化することによって、広範囲の炭化水素原料から生成することができる。次いで、メタノール合成は触媒で促進した反応で実施することができる。
【０００７】
炭化水素合成プロセスは、一般に、プロセスにおいて使用するための水素ガスの供給源を必要とする。例として、合成ガス発生器への天然ガス供給材料は、合成ガス発生器に導入する前に水素処理を必要とする場合がある。その上、フィッシャートロプシュ生成物は、高度にパラフィン系であるので、一般に、１種又は複数の水素転化プロセスによって品質を向上させて、さらに価値のある生成物を供給する。水素転化プロセスの例には、水素処理、水素分解、水素異性化、水素フィニシィングが含まれる。これらの水素転化／水素処理プロセスにおいては、高価な水素ガスが消費される。
【０００８】
水素ガスの通常の供給源は、高価である。水素ガスは、通常のスチームメタンリフォーマーから得ることができる。しかし、このユニットは高価であり、プロセスは天然ガス供給材料を必要とするし、その天然ガス供給材料は、むしろ、追加のシンガス及び最終的にさらに価値のある高分子量生成物を生じるために使用することができる筈である。炭化水素合成プロセスは、低濃度の水素を含むガスストリームを生じる。しかし、水素は低濃度であるので、一般にこれらのガスストリームは燃料ガス系に送られる。
【０００９】
炭化水素合成プロセスは、水素ガスを必要とし、水素ガスの典型的供給源は高価であるので、これらの炭化水素合成プロセスにおいて使用する水素ガスの、さらに経済的及び効率的な供給源を開発する努力がなされている。例として、米国特許第６，０４３，２８８号及び第６，１０３，７７３号及びＷＯ０２／０５１７４４は、合成ガス供給材料から水素を生成するプロセスを記載している。米国特許第５，０８２，５５１号は、水素転化ゾーンの流出液からＨ２に富むガスを分離するプロセスを記載しており、米国特許第６，１４７，１２６号は、（ｉ）炭化水素合成反応触媒再活性化、（ｉｉ）炭化水素合成、及び（ｉｉｉ）水素生成の少なくとも１つに対する水素転化プロセスからのＨ２に富むテールガスを使用するプロセスを記載している。米国特許第５，８４４，００５号は、水素含有触媒再活性化ガスとして、炭化水素合成反応器からの水素含有テールガスを使用することを記載している。水素含有テールガス中にＣＯが存在する場合、ＣＯ含有量は１０モル％未満であり、ＣＯに対するＨ２のモル比は３：１より大きい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、水素ガスの経済的及び効率的な供給源に対する要望が当技術分野にある。即ち、低濃度の水素を含むガスストリームから、高純度水素ガスを供給するプロセスに対する当技術分野における要望である。さらに、当技術分野において、炭化水素合成プロセスに対する要望があり、この炭化水素合成プロセスにおいては、天然ガス供給材料を水素処理するため、及び／又は生成物の品質を向上させるために必要とされる水素は、外部の供給源からの水素の使用が最小限になるように、炭化水素合成プロセスそれ自体から、経済的及び効率的に供給されるものである。本発明は、かかるプロセスを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、水素に富むストリームを供給する方法に関する。１つの実施形態において、本方法は、シンガスを使用して、炭化水素合成プロセスを実施すること、及び炭化水素合成プロセスから水素を含むガス状ストリームを単離することを含む。水素を含むガス状ストリームを第１の逆選択膜と接触させて、第１のＣＯ２富化透過物及び第１の水素含有残留物を供給する。第１の水素含有残留物を、水性ガスシフト反応器を通過させて、水素含有ストリームを供給する。水素含有ストリームを第２の逆選択膜と接触させて、第２のＣＯ２富化透過物及び第２の水素含有残留物を供給する。第２の水素含有残留物を、圧力変動吸着ユニットを通過させて、９０体積％より多い水素を含む水素に富むストリームを供給する。
【００１２】
他の実施形態において、本発明は、水素に富むストリームを供給する方法に関する。本方法は、炭化水素合成プロセスを実施すること、炭化水素合成プロセスから水素の少ないストリームを単離すること、水素含有ストリームを第１の逆選択膜及び第２の逆選択膜と接触させることを含むプロセスにより、水素の少ないストリームから、９０体積％より多い水素を含む水素に富むストリームを単離することを含む。
【００１３】
さらなる実施形態において、本発明は、統合されたフィッシャートロプシュプロセスに関する。本方法は、シンガスを使用してフィッシャートロプシュプロセスを実施して、炭化水素生成物ストリーム及び水素の少ないストリームを供給すること；水素の少ないストリームを、第１の逆選択膜及び第２の逆選択膜と接触させることを含むプロセスにより、水素の少ないストリームから水素に富むストリームを単離すること；及び炭化水素生成物ストリームの少なくとも一部分を、水素に富むストリームの少なくとも一部分と反応させることによって品質向上させることを含む。
【００１４】
他の実施形態において、本発明は、水素に富むストリームを供給する方法に関する。本方法は、シンガスを使用して、炭化水素合成プロセスを実施して、少なくとも１つの炭化水素ストリーム及び水素の少ないストリームを供給することを含む。第１の逆選択膜と接触させること、水性ガスシフト反応を実施すること、及び第２の逆選択膜と接触させることを含むプロセスによって水素含有ストリームは、水素の少ないストリームから単離される。ここで、水素含有ストリームの、水を含まないベースでの水素濃度は、水を含まないベースでの水素の少ないストリームの水素濃度よりも少なくとも５体積％多い。水素含有ストリームを、圧力変動吸着ユニットを通過させて、９０体積％より多い水素を含む水素に富むストリームを供給する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明によれば、水素に富むストリームを単離するためのプロセスが提供される。驚くべきことには、本発明のプロセスは、低濃度の水素を含むストリームから、水素に富むストリームを単離することを可能とする。好ましくは水素の少ないストリームは、炭化水素合成プロセスから単離される。一般に、低濃度の水素は、水素に富むストリームを回収するための圧力変動吸着の使用を妨げる。一般に、効果的に操作するためには、圧力変動吸着は、４０体積％より多い水素を含む水素供給材料が必要とされる。しかし、本発明のプロセスは、特に、４０体積％未満の水素、好ましくは３５体積％未満の水素を含むストリームである水素の少ないストリームから、水素に富むストリームを単離することを可能とする。
【００１６】
本発明による水素に富むストリームを単離するプロセスは、ストリーム中の水素濃度を上げるための方法を使用する。これらの方法は、二酸化炭素に対して選択的に透過性であり、したがって、水素の少ないガスストリームの他の成分から、二酸化炭素を分離する１つ又は複数の逆選択膜を使用することを含む。
【００１７】
好ましくは本発明のプロセスは、炭化水素合成プロセスにおいて生成されたストリームから水素に富むストリームを単離するために使用され、このように単離された水素に富むストリームは、次いで、炭化水素合成プロセスにおいて使用することができ、したがって、統合されたプロセスを提供する。
【００１８】
本発明のプロセスにより単離された水素に富むストリームは、高純度水素ガスが必要とされる任意の目的に使用することができる。例として、水素に富むストリームは、（ｉ）炭化水素合成プロセスからの炭化水素生成物ストリームの品質を向上、（ｉｉ）天然ガスストリームを水素処理すること、（ｉｉｉ）炭化水素合成反応ユニットに水素に富むストリームを再循環すること、（ｉｖ）炭化水素合成プロセス以外の使用のための水素生成、（ｖ）炭化水素合成反応触媒を再活性化すること、及びその組合せからなる群から選択されたプロセスに対して使用することができる。
【００１９】
定義
以下の用語は、本明細書を通して使用され、別に示さない限り以下の意味を有する。
【００２０】
炭化水素合成プロセスとは、天然ガス、重油、及び石炭などの炭化水素供給源の、さらに価値のある炭化水素への転化に対する一連のプロセスステップを言う。炭化水素合成プロセスは、先ず炭化水素供給源を合成ガス又はシンガスに転化することを含む。次いで、合成ガスは、炭化水素合成反応によって、さらに価値のある炭化水素へ転化される。この炭化水素合成プロセスは、炭化水素を、１種又は複数の商品性のある炭化水素系製品に品質向上させるために、１つ又は複数の品質向上ステップ含むことができる。炭化水素合成プロセスは、可燃性液体燃料、メタノール、酢酸、ジメチルエーテル、オキソアルコール、及びイソシアナートを含む広範囲の製品を製造するために使用することができる。炭化水素合成プロセスには、フィッシャートロプシュプロセス、メタノール合成プロセスなどが含まれる。
【００２１】
炭化水素合成反応とは、合成ガスを高級炭化水素に転化する反応のことを言う。炭化水素合成反応には、フィッシャートロプシュ合成反応、メタノール合成反応などが含まれる。
【００２２】
フィッシャートロプシュプロセスから得られるとは、当該の、原料、供給材料、生成物ストリーム、又はテールガスが、フィッシャートロプシュプロセスによって何らかのステージから発生するか、又は生成されることを意味する。
【００２３】
「フィッシャートロプシュ由来のストリーム」又は「フィッシャートロプシュストリーム」とは、ストリームがフィッシャートロプシュプロセスによる何らかのステージから発生するか、生成されることを意味する。
【００２４】
高度にパラフィン系とは、当該の、原料、ブレンド原料、又は生成物が、７０重量％より多いパラフィン、好ましくは８０重量％以上のパラフィン、最も好ましくは９０重量％以上のパラフィンを含むことを意味する。
【００２５】
シンガス又は合成ガスは、水素並びに一酸化炭素を含む混合物である。これらの化学種に加えて、水、二酸化炭素、未転化軽質炭化水素原料、及び種々の不純物が存在してもよい。
【００２６】
透過物とは、膜を選択的に通過するガスストリームを意味する。したがって、膜は、透過物に対して選択的に透過性である。
【００２７】
残留物とは、膜を通過せず、したがって、膜の供給材料側に残るガスストリームを意味する。したがって、膜は、残留物に対しては選択的に透過性でない。
【００２８】
逆選択膜は、より可溶性のガス成分に対して選択的に透過性である膜である。本発明によれば、逆選択膜は、ＣＯ２に対して選択的に透過性であり、したがって、膜は、選択的にＣＯ２を通過させるが、水素を含む元の供給材料ストリーム中の、より可溶性でない成分の通過を制限する。本発明によるプロセスは、１つ又は複数の逆選択膜、好ましくは１つ又は２つの膜を使用することができる。
【００２９】
ＣＯ２富化透過物とは、逆選択膜を通過するガスストリームを意味する。逆選択膜は、ＣＯ２に対して選択的に透過性であり、したがって、膜は、選択的にＣＯ２を通過させ、ＣＯ２は富化され、及び元のガス供給材料の、より可溶性でない成分が少ないガスストリームを生じる。膜は、ＣＯ２に対して選択的に透過性であることは、留意すべきである。選択的に透過性であることは、元のガス供給材料の、より可溶性でない成分と比較して、ＣＯ２に対する選択性がより高いことを示す。しかし、選択的に透過性であることは、元のガス供給材料の成分を完全に分離することを要求するものではない。
【００３０】
水素含有残留物とは、膜を通過しないガスストリームを意味する。逆選択膜は、ＣＯ２に対して選択的に透過性であり、したがって膜は、水素を含む元の供給材料ストリーム中の、より可溶性でないガス成分の通過を制限し、水素含有残留物を生じる。水素含有残留物は、水素、並びに膜が選択的に透過性でない、元のガスの他の成分を含む。本発明による膜は、ＣＯ２に対して選択的に透過性であり、したがって、膜を通過しないガスストリームは、水素、並びに、膜が選択的に透過性でない、元のガスの他の成分を含む。選択的に透過性であることは、元のガス供給材料の、より可溶性でない成分に比較して、ＣＯ２に対する選択性がより高いことを示す。しかし、選択的に透過性であることは、元のガス供給材料の成分を完全に分離することを要求するものではなく、したがって、水素含有残留物は、残存ＣＯ２、並びに水素、及び膜が選択的に透過性でない、元のガスの他の成分を含むことができる。
【００３１】
水素に富むストリームとは、９０体積％より多い水素、好ましくは９５体積％より多い水素、さらに好ましくは９９体積％より多い水素を含むストリームを意味する。
【００３２】
水素の少ないストリームとは、４０体積％未満の水素、好ましくは３５体積％未満の水素、さらに好ましくは３０体積％未満の水素を含むストリームを意味する。
【００３３】
低値水素ストリームは、水素の少ないストリームであり、したがって、４０体積％未満の水素、好ましくは３５体積％未満の水素、さらに好ましくは３０体積％未満の水素を含むストリームを意味する。
【００３４】
統合プロセスとは、ステップの配列を含むプロセスであり、いくつかのステップは、プロセス中の他のステップに平行であってよいが、それらは相互に関係があるか、又は全プロセス中の前後のステップに、ともかくも、依存している。したがって、統合プロセス中の１つのステップへの供給材料は、プロセス中の先行するステップからの生成物を含む。一方、統合プロセス中のステップの生成物は、単独又は他の供給材料とのブレンドとして、統合プロセス中の１つ又は複数の引き続くステップのための供給材料である。
【００３５】
「炭化水素又は炭化水素系」とは、水素及び炭素原子を含む化合物又は物質を意味し、酸素、硫黄又は窒素などのヘテロ原子も含むことができる。
【００３６】
別に示さない限り、本明細書では、百分率はすべて体積による。
【００３７】
本発明は、水素の少ないストリームから水素に富むストリームを単離する方法を提供する。上に規定した通り、水素に富むストリームは、９０体積％より多い水素、好ましくは９５体積％より多い水素、さらに好ましくは９９体積％より多い水素を含み、水素の少ないストリームは、４０体積％未満の水素、好ましくは３５体積％未満の水素を含む。水素に富むストリームを単離するための本発明のプロセスは、１つ又は複数の逆選択膜を使用する。本発明によれば、最初のガスストリーム（即ち、水素の少ないストリーム）は、最初のガスストリームを逆選択膜と接触させることを含むプロセスによって処理される。
【００３８】
１つの実施形態において、水素の少ないストリームから、水素含有ストリームを単離するプロセスは、１つ又は複数の逆選択膜と接触させること、水性ガスシフト反応を実施すること、及び圧力変動吸着ユニットを通過させることを含む。圧力変動吸着ユニットを通過させる前に、逆選択膜と接触させること及び水性ガスシフト反応を実施することを実施して、水素濃度を、水素回収のための圧力変動吸着の使用に許容されるレベルに上げる。プロセスは、圧力変動吸着ユニットの前に、蒸気−液体分離器中の水を除去することをさらに含むことができる。プロセスは、水性ガスシフト反応を実施する前に第１の逆選択膜と接触させること、次いで、水性ガスシフト反応の実施の後であるが、圧力変動吸着ユニットを通過させる前に、第２の逆選択膜と接触させることを含むことができる。
【００３９】
１つの実施形態において、プロセスは、最初のガスストリームを逆選択膜と接触させて、ＣＯ２富化透過物及び水素含有残留物を供給すること、残留物を、水性ガスシフト反応器を通過させて、水素含有ストリームを供給すること、及び水素含有ストリームを、圧力変動吸着ユニットに通過させて、水素に富むストリームを供給することを含む。このプロセスは、圧力変動吸着ユニットの前に、水素含有ストリームを蒸気−液体分離器を通過させて水を除去することをさらに含む。有利には、水素含有残留物は、膜を通過しないので水素含有残留物は高圧であり、したがって、単離プロセスを完了するために再加圧する必要はない。好ましくは水素含有残留物は、圧力≧約１００ｐｓｉｇ、さらに好ましくは圧力≧約２００ｐｓｉｇである。
【００４０】
他の実施形態において、本発明のプロセスは、最初のガスストリームを、水性ガスシフト反応器を通過させて水素含有ストリームを供給すること、水素含有ストリームを逆選択膜と接触させて、ＣＯ２富化透過物及び水素含有残留物を供給すること、及び水素含有残留物を、圧力変動吸着ユニットを通過させて、水素に富むストリームを供給することを含む。プロセスは、逆選択膜の前に、水素含有ストリームを蒸気−液体分離器を通過させて水を除去することをさらに含む。有利には、水素含有残留物は、膜を通過しないので水素含有残留物は高圧であり、したがって、単離プロセスを完了するために再加圧する必要はない。好ましくは水素含有残留物は、圧力≧約１００ｐｓｉｇ、さらに好ましくは圧力≧約２００ｐｓｉｇである。
【００４１】
さらに他の実施形態において、プロセスは、最初のガスストリームを第１の逆選択膜と接触させて、第１のＣＯ２富化透過物及び第１の水素含有残留物を供給すること、第１の水素含有残留物を水性ガスシフト反応器に通過させて、水素含有ストリームを供給すること、及び水素含有ストリームを第２の逆選択膜と接触させて、第２のＣＯ２富化透過物及び第２の水素含有残留物を供給することを含む。第２の水素含有残留物を、圧力変動吸着ユニットに通過させて、水素に富むストリームを供給する。プロセスは、第２の逆選択膜の前に、水素含有ストリームを蒸気−液体分離器に通過させて水を除去することをさらに含むことができる。有利には、膜を通過しないので第２の水素含有残留物を高圧であり、したがって、単離プロセスを完了するために再加圧する必要はない。好ましくは第２の水素含有残留物は、圧力≧約１００ｐｓｉｇ、さらに好ましくは圧力≧約２００ｐｓｉｇである。
【００４２】
最初のガスストリーム
本発明プロセスへの最初のガスストリームは、水素を含む。有利には、本発明のプロセスは、低濃度の水素を含む最初のストリームから、水素に富むストリームを分離することを可能にする。したがって、これらの最初のガスストリームは、４０体積％未満の水素、好ましくは３５体積％未満の水素、及びさらに好ましくは３０体積％未満の水素を含む低値の、水素の少ないストリームである。また、最初のガスストリームは、ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２Ｏ（ｇ）、及びガス状Ｃ１〜Ｃ５炭化水素を含むこともできる。
【００４３】
最初のガスストリームは、そこから水素の少ないストリームが得られる任意の供給源から単離することができる。好ましくは水素の少ないストリームは、炭化水素合成プロセスから単離される。炭化水素合成プロセスにおいて、水素の少ないストリームは、かかる低値水素含有ストリームを共に供給する１つ又は複数のプロセスから単離することができる。好ましくは水素の少ないストリームは、（ｉ）炭化水素合成反応ユニットからのテールガス、（ｉｉ）炭化水素合成反応を実施する前のシンガス、（ｉｉｉ）品質向上プロセスからのテールガス、及び（ｉｖ）その組合せからなる群から選択された供給源から単離される。好ましくは水素の少ないストリームの少なくとも一部分は、炭化水素合成反応ユニットからのテールガスから単離される。
【００４４】
これらの最初のガスストリーム、即ち水素の少ないストリームは、４０体積％未満の水素を含むので、圧力変動吸着によって水素に富む生成物を生成するためには、水素含有量が不十分である。驚くことには、水素に富むストリームは、これらの低値、水素の少ないストリームから、圧力変動吸着の前のガス供給材料の水素含有量を、効果的に上げるための方法を使用することによって生成することができる。これらの方法は、最初のガス供給材料を、二酸化炭素に選択的に透過性である逆選択膜に接触させること、及び水性ガスシフト反応を実施することを含む。これらの方法を実施した後、得られたストリームの水を含まないベースにおける水素含有量は、最初の水素の少ないガスストリームの水を含まないベースにおける水素含有量よりも少なくとも５体積％多くすることができる。
【００４５】
逆選択膜
本発明によるプロセスにおいて、１つ又は複数の逆選択膜を使用することができる。好ましくは１つ又は２つの逆選択膜が使用される。単一逆選択膜を使用することができ、この逆選択膜は、水性ガスシフト反応器を通過させる前に、最初のガスストリームを分離するために使用することができる。別法として、最初のガスストリームを、水性ガスシフト反応器を通過させた後に、最初のガスストリームを分離するために単一逆選択膜を使用することができる。本発明の他の実施形態において、２つの逆選択膜を使用することができる。第１の逆選択膜は、水性ガスシフト反応器を通過させる前に最初のガスストリームを分離するために使用することができ、第２の逆選択膜は、最初のガスストリームを水性ガスシフト反応器に通過させた後に、ガスストリームを分離するために使用することができる。
【００４６】
本発明のプロセスにおいて使用される逆選択膜は、二酸化炭素に対して選択的に透過性であり、水素及び一酸化炭素を含む、元のガス供給材料のより可溶性でない成分に対しては比較的不透過性である。したがって、最初のガスストリームを本発明のプロセスによる逆選択膜と接触させると、ＣＯ２富化透過物及び水素含有残留物が供給される。ＣＯ２富化透過物は、膜を通過し、水素含有残留物は、膜の供給材料側に残る。上記のように、有利には、水素含有残留物は、膜を通過しないので水素含有残留物は高圧であり、したがって、単離プロセスを完了するために再加圧する必要はない。好ましくは水素含有残留物は、圧力≧約１００ｐｓｉｇ、さらに好ましくは圧力≧約２００ｐｓｉｇである。
【００４７】
逆選択膜はゴム状膜であり、より大きなより凝縮性の分子（即ち、より可溶性の分子）を優先的に透過するために、ゴム状膜が操作する。可溶性は、水素を含む溶解性のより小さい成分と比較して、ＣＯ２の透過を優先的に可能とする重要な因子である。
【００４８】
これに反し、多くの他の典型的な膜（即ち、「正規選択」膜）は、ガラス質の膜であり、したがって、より小さな分子が、より大きな分子よりもかなり速く膜を拡散して通る。溶解性よりも拡散性が、このタイプの膜に対する制御因子である。「正規選択」膜において、水素は、膜をより容易に透過し、ＣＯ２を含む残留物をもたらす。
【００４９】
逆選択膜は、二酸化炭素に対して選択的に透過性であり、本発明のプロセスにおいて有用であり、Ｍｅｎｌｏ  Ｐａｒｋ、ＣＡにあるＭｅｍｂｒａｎｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社から入手可能である。Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈから入手可能な逆選択膜は、二酸化炭素に対して選択的に透過性であり、ポリエーテル−ポリアミドブロックコポリマーベースでありうる。これらの膜の透過特性は、非極性ガスから極性ガスを分離するために最適化されている。
【００５０】
二酸化炭素に対して選択的に透過性である膜は、Ｍｅｎｌｏ  Ｐａｒｋ、ＣＡにあるＭｅｍｂｒａｎｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社から入手可能であり、米国特許第４，９６３，１６５号、第６，３６１，５８３号、第６，５７２，６７９号、及び第６，５７２，６８０号（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈに譲渡されている）に記載されており、それらの内容を、すべて、参照により合体する。二酸化炭素に対して選択的に透過性である逆選択膜は、好ましくは１０までのＣＯ２／Ｈ２の選択性を示す。
【００５１】
Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈから入手可能な逆選択膜のポリエーテル−ポリアミドブロックコポリマーの構造は、以下に示す通りである：
【化１】
2008500253.tif 000003
［式中、ＰＡは、脂肪族ポリアミドブロック及びＰＥは、ポリエーテルブロックである］。したがって、ポリエーテル−ポリアミドブロックコポリマーの繰り返し単位がある。脂肪族ポリアミド（ＰＡ）単位は、ナイロン６又はナイロン１２などの単位であり、ポリエーテル（ＰＥ）単位は、ポリエチレングリコール又はポリテトラメチレングリコールなどの単位である。
【００５２】
水性ガスシフト反応器
逆選択膜と接触させる前、又はかかる接触の後に、水素含有ストリームを、水性ガスシフト反応器を通過させる。二者択一で、逆選択膜を水性ガスシフト反応器の前及び後に利用することができる。水性ガスシフト反応器において、ＣＯは、シフト触媒の存在下で、水素及び二酸化炭素の混合物を形成するのに効果的な反応条件で、水蒸気と反応する。水性ガスシフト反応条件は、当分野の技術者にはよく知られている。シフト触媒には、例えば鉄ベースシフト触媒、銅ベースシフト触媒、及びニッケルベースシフト触媒が含まれる。
【００５３】
鉄ベースシフト触媒は、高温シフト触媒として知られており、一般に３２０〜４５０℃の温度範囲で操作する。銅ベースシフト触媒は、低温シフト触媒として知られており、一般に２００〜２５０℃の温度範囲で操作する。工業的シフトコンバータは、大気圧から８５００ｋＰａ、ＣＯ濃度３％から８０％のＣＯ濃度で操作する。
【００５４】
他の多くの遷移金属が、ある程度のシフト活性を実証することが示されている。注目されるものは、アルミナ上のスルフィド化酸化コバルト−酸化モリブデンである。コバルトフィッシャートロプシュ触媒を含む他の触媒も、少なくともある程度のシフト活性を有することが知られている。
【００５５】
本発明によるプロセスにおいて、ＣＯ及びＨ２を含むガスストリームを、過剰の水蒸気と共に水性ガスシフト反応器に供給して、増加した水素含有量を有するストリームを供給する。水蒸気を過剰に供給することが、水素及び二酸化炭素を形成する反応を促進する。水性ガスシフト反応後、過剰の水は、冷却、及びストリームを、蒸気−液体分離器を通過させることによって除去することができる。
【００５６】
水性ガスシフト反応条件は、例えば、Ｎｅｗｓｏｍｅ、Ｄａｖｉｄ  Ｓ．、「水性ガスシフト反応（Ｔｈｅ  Ｗａｔｅｒ−Ｇａｓ  Ｓｈｉｆｔ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）」Ｃａｔａｌ．Ｒｅｖ．−Ｓｃｉ．Ｅｎｇ．、２１（２）２７５−３１８頁（１９８０）に記載されている。
【００５７】
圧力変動吸着
圧力変動吸着ユニットを通過させる前に、１つ又は複数の逆選択膜との接触及び水性ガスシフト反応を実施して、水素濃度を水素回収のための圧力変動吸着の使用に許容されるレベルに上げる。効果的に操作するために、圧力変動吸着ユニットへの水素含有ガス供給材料は、約４０体積％より多い水素を含む必要がある。最初のガスストリームを１つ又は複数の逆選択膜と接触させ、水性ガスシフト反応器を通過させて、水を含まないベースでの、ガスストリーム中の水素の体積パーセントを上げる。これらの方法を実施した後、水を含まないベースでの、得られたストリームの水素含有量は、水を含まないベースでの、最初の水素の少ないガスストリームの水素含有量よりも少なくとも５体積％多くすることができる。したがって、驚くことには本発明のプロセスを使用して、水素の少ないストリームを水素に富むストリームを供給するための最初のガスストリームとして使用することができる。
【００５８】
圧力変動吸着は、汚染ガス及び炭化水素を除去することによって、水素含有ガスを精製するために操作する。圧力変動吸着ユニットへの供給材料である水素含有ガスは、効果的に操作するために、４０体積％より多い水素を含む。水素濃度がより高いと、より高い水素回収効率及びより良い経済性をもたらす。圧力変動吸着システムは、当分野の技術者にはよく知られている。圧力変動吸着システムは、ガスから選択的に不純物を吸収することによって作動する。吸着材の脱着及び再生は、圧力を下げること及び水素に富むガスの一部分で吸着材をパージすることにより、吸着材の吸着能力を低下させことによって達成される。圧力変動吸着は、熱変動吸着において可能であるよりも、より迅速な吸着−脱着サイクルを可能にする。
【００５９】
圧力変動サイクルは、吸着、脱圧、低圧でのパージ、及び再加圧からなる。このサイクルは、複数の、水素に富むストリームからメタンなどの不純物を選択的に吸着できる吸着材床を使用することによって実施することができる。かかる吸着材には、分子篩、特にゼオライト系分子篩、シリカゲル、活性炭及びその混合物が含まれる。最も効率的なシステムは、１つ又は複数の吸着床を有する、２つを超える吸着床により作動し、他方が吸着している間に再生が行われる。他の吸着床をパージ及び再加圧するために、水素に富むガスをできるだけ使用する。
【００６０】
精製された水素ガス生成物、即ち水素に富むストリームは、圧力変動吸着から得られる。上に示したように、この水素に富むストリームの水素含有量は、少なくとも約９０体積％、さらに好ましくは少なくとも９５体積％、及びよりさらに好ましくは少なくとも９９体積％である。上に示したように、ユニットが効果的に作動するために、圧力変動吸着への供給材料ガスの水素含有量は、約４０体積％より多い。より低い水素濃度では、圧力変動吸着床を再生するには生成物水素が不十分である。本発明のプロセスによれば、上記のように、水素に富むストリームは、圧力変動吸着の前に、ガス供給材料の水素含有量を上げるための方法を使用することによって、低濃度の水素を含む最初のガスストリーム（即ち、水素の少ないストリーム）から単離することができる。
【００６１】
水素に富む生成物ストリームは、一般に実質上、システムに入るガスと同じ圧力である。と言うのも、通常、水素のための圧力変動吸着システムを通しても水素の圧力低下は、非常に少ないからである。不純物は、「他のガス」ラインによってシステムを離れる。一般に不純物は、大気圧から約１５０ｐｓｉｇの範囲の圧力で、システムから出る。取り出されたガスの圧力は、一般に圧力変動吸着システムの重要な操作パラメータである。原則として、この圧力が低いほど、供給材料ガスからの水素回収は高い。一般に、取り出されたガスの圧力に対する供給材料ガスの圧力の比は、約４：１又はより高く維持される。
【００６２】
炭化水素合成プロセス
好ましくは、本発明のプロセスにおいて使用するための水素の少ないストリームは、炭化水素合成プロセスから単離される。
【００６３】
炭化水素合成プロセスとは、天然ガス、重油、及び石炭などの炭化水素供給源を、さらに価値のある炭化水素に転化するための一連のプロセスのことを言う。炭化水素合成プロセスは、先ず、炭化水素供給源を合成ガス又はシンガスに転化することを含む。合成ガスは、次いで、炭化水素合成反応によって、さらに価値のある炭化水素に転化される。炭化水素合成プロセスは、炭化水素を、１つ又は複数の商品性のある炭化水素系製品に品質向上させるために、１つ又は複数の品質向上ステップを含むことができる。炭化水素合成プロセスは、可燃性液体燃料、メタノール、酢酸、ジメチルエーテル、オキソアルコール、及びイソシアナートを含む広範囲の製品を製造するために使用することができる。炭化水素合成プロセスには、フィッシャートロプシュプロセス、メタノール合成プロセスなどが含まれる。
【００６４】
炭化水素合成反応は、合成ガスを高級炭化水素に転化するための反応である。炭化水素合成反応には、フィッシャートロプシュ合成反応、メタノール合成反応などが含まれる。
【００６５】
メタノール合成反応及びメタノール合成プロセスは、当分野の技術者にはよく知られている。メタノール合成プロセスにおいて、シンガスは、炭化水素供給源から得られる。次いで、シンガスは、反応条件下で、触媒と接触させることによってメタノールに転化される。メタノール合成反応を実施するための反応条件及び触媒は、当分野の技術者にはよく知られている。メタノール合成反応は、例えば米国特許第４，３４８，４８６号及び第６，２５８，８６０号に記載されており、その内容を、すべて、参照により合体する。
【００６６】
また、フィッシャートロプシュ合成反応及びフィッシャートロプシュプロセスは、当分野の技術者にはよく知られている。フィッシャートロプシュプロセスにおいて、炭化水素供給源、好ましくは天然ガスは、合成ガスに転化される。フィッシャートロプシュ合成反応において、高度にパラフィン性の高級炭化水素生成物が、合成ガスから合成される。フィッシャートロプシュ合成反応において、合成ガスは、反応条件下で、フィッシャートロプシュ触媒と接触させることによって炭化水素に転化される。フィッシャートロプシュ合成反応からの生成物は、Ｃ１からＣ２００＋の範囲、大分画はＣ５〜Ｃ１００＋の範囲であってよい。フィッシャートロプシュ合成反応は、例えば１つ又は複数の触媒床を含む固定床反応器、スラリ反応器、流動床反応器、又は異なるタイプの反応器の組合せを含む種々の反応器タイプにおいて実施することができる。さらに、フィッシャートロプシュプロセスは、高度にパラフィン性の炭化水素を、１つ又は複数の商品性のある炭化水素系製品に品質向上させるために、１つ又は複数の品質向上ステップを含むことができる。
【００６７】
好ましくは、本発明の炭化水素合成反応及びプロセスは、フィッシャートロプシュ合成反応及びフィッシャートロプシュプロセスである。
【００６８】
これらの炭化水素合成プロセスにおいて、水素の少ないストリームが生成される。本発明のプロセスにおいて使用する水素の少ないストリームは、炭化水素合成プロセスにおける１つ又は複数のプロセスステップから単離することができる。炭化水素合成プロセスにおける１つ又は複数のプロセスステップから単離された、組み合わせたストリームは、低値、水素の少ないストリームを供給し得る。好ましくは、水素の少ないストリームは、（ｉ）炭化水素合成反応ユニットからのテールガス、（ｉｉ）炭化水素合成反応を実施する前のシンガス、（ｉｉｉ）品質向上プロセスからのテールガス、及び（ｉｖ）その組合せからなる群から選択された供給源から単離される。好ましくは、水素の少ないストリームの少なくとも一部を、炭化水素合成反応ユニットからのテールガスから単離する。
【００６９】
本発明のプロセスにより単離された水素に富むストリームは、（ｉ）炭化水素合成プロセスからの炭化水素生成物ストリームの品質を向上すること、（ｉｉ）天然ガスストリームを水素処理すること、（ｉｉｉ）炭化水素合成反応ユニットに水素に富むストリームを再循環すること、（ｉｖ）炭化水素合成プロセス以外の使用のための水素生成、（ｖ）炭化水素合成反応触媒を再活性化すること、及び（ｖｉ）その組合せからなる群から選択されたプロセスのために使用することができる。
【００７０】
好ましくは、本発明のプロセスは、炭化水素合成プロセスにおいて生成したストリームから、水素に富むストリームを単離するために使用され、このように単離された水素に富むストリームは、炭化水素合成プロセスにおいて使用され、したがって、統合されたプロセスを提供する。有利には、これらの統合されたプロセスにおいて、本発明のプロセスにより単離された水素に富むストリームは、（ｉ）炭化水素合成プロセスからの炭化水素生成物ストリームの品質を向上すること、（ｉｉ）天然ガスストリームを水素処理すること、（ｉｉｉ）炭化水素合成反応ユニットに水素に富むストリームを再循環すること、（ｉｖ）炭化水素合成反応触媒を再活性化すること、及び（ｖ）その組合せからなる群から選択されたプロセスのために使用することができる。
【００７１】
統合された方法における炭化水素合成プロセスから単離された水素に富むストリームを使用することは、通常の供給源からの必要とされる水素ガスを減少、又は潜在的に除去する。したがって、この統合されたプロセスは、効率的だけでなく経済的利点をもたらす。
【００７２】
フィッシャートロプシュプロセス
好ましくは本発明の炭化水素合成プロセスは、フィッシャートロプシュプロセスである。
【００７３】
フィッシャートロプシュプロセスにおいて、炭化水素供給源、好ましくは天然ガスは合成ガスに転化される。合成ガスは、フィッシャートロプシュ合成反応によって、高度にパラフィン性の高級炭化水素生成物に転化される。さらに、フィッシャートロプシュプロセスは、高度なパラフィン系炭化水素を、１種又は複数の商品性のある炭化水素系製品に品質向上するために１つ又は複数の品質向上ステップを含むことができる。
【００７４】
フィッシャートロプシュ合成反応において、シンガスは、反応条件下で、フィッシャートロプシュ触媒と接触させることによって液体炭化水素に転化される。一般に、メタン及び場合によって、より重い炭化水素（エタン及びより重いもの、コークス、又は石炭）は、合成ガスを供給するために通常のシンガス発生器を通して送ることができる。一般に、合成ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、及び水を含む。天然ガスが原料であり、天然ガスが硫黄を含む場合には、硫黄はリフォーミング触媒並びにフィッシャートロプシュ触媒に対する触媒毒であるので、硫黄は天然ガスから除去しなければならない。有機硫黄化合物をＨ２Ｓに転化することによって天然ガスから硫黄を除去するために水素が必要である。
【００７５】
シンガス中の窒素、ハロゲン、セレン、燐、及び砒素汚染物質も望ましくない。これらの汚染物質除去する手段は、当分野の技術者にはよく知られている。
【００７６】
石炭又はコークスが原料である場合、硫黄も除去しなければならず、硫黄の除去は、シンガス発生ユニットの下流側で実施される。硫黄の大量除去は、Ｓｅｌｅｘｏｌなどの溶媒吸着プロセスにより実施される。ＺｎＯガードベッド（ｇｕａｒｄｂｅｄｓ）は、極微量の硫黄不純物を除去するために好ましい。他の汚染物質を除去する手段は、当分野の技術者にはよく知られている。
【００７７】
フィッシャートロプシュ合成反応において、Ｈ２及びＣＯの混合物を含む合成ガスを、適切な温度及び圧力反応条件下で、フィッシャートロプシュ触媒と接触させると、液体及びガス状炭化水素が形成する。一般に、フィッシャートロプシュ合成反応は、温度約３００〜７００°Ｆ（１４９〜３７１℃）、好ましくは約４００〜５５０°Ｆ（２０４〜２２８℃）、圧力約１０〜６００ｐｓｉａ（０．７〜４１ｂａｒｓ）、好ましくは約３０〜３００ｐｓｉａ（２〜２１ｂａｒｓ）、及び触媒空間速度約１００〜１０，０００ｃｃ／ｇ／時間、好ましくは約３００〜３，０００ｃｃ／ｇ／時間、で実施される。フィッシャートロプシュ合成反応を実施する条件の例は、当分野の技術者にはよく知られている。
【００７８】
フィッシャートロプシュ合成反応の生成物は、Ｃ１からＣ２００＋の範囲、大分画はＣ５からＣ１００＋の範囲であってよい。合成反応は、１つ又は複数の触媒床を含む固定床反応器、スラリ反応器、流動床反応器、又は異なるタイプの反応器の組合せなどの、種々の反応器タイプ又は合成反応ユニットにおいて実施することができる。かかる合成反応及び反応器は、よく知られており、文献に記録されている。
【００７９】
本発明の実施において好ましい、スラリフィッシャートロプシュ合成反応は、強い発熱合成反応に対する優れた熱（及び物質）移動特性を利用し、コバルト触媒を使用した場合、比較的高分子量、パラフィン系炭化水素を生成することができる。スラリ合成反応において、水素及び一酸化炭素の混合物を含むシンガスを、スラリを通して第３相として泡立たせる。このスラリは、反応条件下で液体である、合成反応の炭化水素生成物を含むスラリ液体中に分散及び懸濁された、微粒子フィッシャートロプシュタイプ炭化水素合成触媒を含む。一酸化炭素に対する水素のモル比は、約０．５から約４の広い範囲であってよいが、より一般には約０．７から約２．７５及び好ましくは約０．７から約２．５の範囲内である。特に好ましいフィッシャートロプシュ合成反応は、ＥＰ０６０９０７９号に教示されており、またあらゆる目的で、参照により本明細書に完全に合体する。
【００８０】
一般にフィッシャートロプシュ触媒は、金属酸化物支持体上の第８族遷移金属を含む。また触媒は、貴金属促進剤及び／又は結晶性分子篩を含むことができる。適切なフィッシャートロプシュ触媒は、１種又は複数のＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、及びＲｅを含み、コバルトが好ましい。好ましいフィッシャートロプシュ触媒は、適切な無機支持材料上の有効量の、コバルト及び１種又は複数のＲｅ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｈ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｕ、Ｍｇ、及びＬａを含み、好ましくは無機支持材料は、１種又は複数の耐熱性金属酸化物を含む。一般に触媒中に存在するコバルトの量は、総触媒組成物の約１から約５０重量％である。また触媒は、ＴｈＯ２、Ｌａ２Ｏ３、ＭｇＯ及びＴｉＯ２などの塩基性酸化物促進剤、Ｚｒ０２、貴金属（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ）、貨幣金属（Ｃｕ，Ａｇ、Ａｕ）などの促進剤、及びＦｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、及びＲｅなどの他の遷移金属を含み得る。適切な支持材料には、アルミナ、シリカ、マグネシア、及びチタニア又はその混合物が含まれる。コバルト含有触媒に対する好ましい支持体は、チタニアを含む。有用な触媒及びその調製は、米国特許第４，５６８，６６３号で知られ、説明されており、これは、例示的であることを意図しているが、触媒選択に関しては限定していない。
【００８１】
ある種の触媒は、比較的低度から中程度である連鎖成長確率をもたらすことが知られており、合成反応生成物は、比較的高い割合の低分子（Ｃ２−８）量オレフィン及び比較的低い割合の高分子量（Ｃ３０＋）ワックスを含む。ある種の他の触媒は比較的高い連鎖成長確率を提供することが知られており、合成反応生成物は低分子量（Ｃ２−８）オレフィンを比較的低い割合で、高分子量（Ｃ３０＋）ワックスを比較的高い割合で含む。かかる触媒は、当分野の技術者にはよく知られており、容易に、得ること、及び／又は調製することができる。
【００８２】
フィッシャートロプシュ合成反応からの生成物は、主にパラフィンを含む。一般にフィッシャートロプシュ合成反応からの生成物は、軽質反応生成物及びワックス状反応生成物を含む。またテールガスも生成される。軽質反応生成物（即ち、凝縮物分画）は、沸点約７００°Ｆ（例えば、中間留出物燃料まで）未満、大分画Ｃ５〜Ｃ２０の範囲、少量が約Ｃ３０までの炭化水素を含む。ワックス状反応生成物（即ち、ワックス部分）は、沸点約６００°Ｆ超（例えば、真空ガスオイルから重質パラフィンまで）、大分画Ｃ２０＋の範囲、少量がＣ１０までの炭化水素を含む。
【００８３】
軽質反応生成物並びにワックス状生成物は、実質上パラフィン系である。一般にワックス状生成物は、７０重量％より多い正規パラフィン、及びしばしば８０重量％より多い正規パラフィンを含む。この軽質反応生成物は、かなりの分画の、アルコール及びオレフィンを有するパラフィン系生成物を含む。いくつかの場合には、軽質反応生成物は、５０重量％ほどの、及びさらにより多いアルコール及びオレフィンを含むことができる。テールガスは、ＣＯ、Ｈ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、（ｇ）及びガス状Ｃ１〜Ｃ５炭化水素を含む。フィッシャートロプシュ合成反応ユニットからのテールガスは、本発明による水素の少ないガスストリームである。好ましくはフィッシャートロプシュ合成反応からのテールガスが、本発明のプロセスにおいて使用される。
【００８４】
フィッシャートロプシュプロセスにおいて、フィッシャートロプシュ合成反応からの反応生成物は、１つ又は複数の品質向上プロセスによって品質向上させることができる。したがって、フィッシャートロプシュプロセスは、反応生成物を１種又は複数の商品性のある炭化水素系生成物に品質向上させるための１つ又は複数の品質向上ステップを含むことができる。生成物を品質向上させるには、水素が必要となる。また水素は、フィッシャートロプシュプロセスにおける種々の再循環ストリームにおいて含まれているオレフィンを飽和するために使用することができる。
【００８５】
水素に富むストリームの使用
本発明のプロセスから単離された水素に富むガスは、９０体積％より多い水素、好ましくは９５体積％より多い水素、及びさらに好ましくは９９体積％より多い水素を含む。したがって、水素に富むガスは、高純度水素を必要とする任意の目的に使用することができる。
【００８６】
例として、本発明のプロセスから生成された水素に富むストリームは、炭化水素合成プロセスからの炭化水素生成物ストリームを品質向上させるために使用することができる。水素に富むガスは、天然ガスストリームを水素処理するために使用することができる。水素に富むガスは、炭化水素合成反応ユニットに対する供給材料として使用することができる。したがって、水素に富むガスは、炭化水素合成プロセス内で再循環することができ、このプロセスにおいて水素に富むガスが、炭化水素合成反応ユニットに対して生成される。水素に富むガスは、炭化水素合成反応触媒を再活性化するために使用することができる。水素に富むガスは、炭化水素合成プロセス以外の用途のための水素生成のために使用することができる。生成された水素に富むガスが、炭化水素合成プロセス内で使用されない場合は、高純度水素を必要とする他のプロセスにおいて使用するために、他の場所に適宜出荷することができる。
【００８７】
好ましくは本発明のプロセスによって単離された水素に富むガスは、それが単離された炭化水素合成プロセスにおいて使用され、したがって、統合されたプロセスをもたらす。したがって、水素に富むガスは、水素に富むガスが必要とされる炭化水素合成プロセスにおける任意の目的のために使用することができる。好ましくは水素に富むガスは、炭化水素合成プロセス中で生成した炭化水素生成物ストリームを品質向上させる、合成ガス作製において使用される天然ガスストリームを水素処理する、炭化水素合成反応ユニットへ再循環する、炭化水素合成反応触媒を再活性化する、又はその組合せのために使用される。炭化水素合成プロセスにおける炭化水素合成プロセスから単離された水素に富むガスを使用することは、通常の供給源からの必要とされる水素ガスを減少、又は場合によっては、なくする。したがって、この統合されたプロセスは、効率的だけでなく経済的利点をもたらす。
【００８８】
炭化水素合成反応触媒再活性化
本発明のプロセスによれば、水素に富むストリームは、炭化水素合成反応触媒の再活性化のために使用することができる。炭化水素合成反応操作の間、炭化水素合成反応触媒は、シンガス中の失活化学種及び合成反応から生じる失活化学種によって活性を失う（失活する）。これらの失活化学種には、例えば窒素、又は窒素含有化合物が含まれる。この失活は可逆的であり、触媒活性は、失活した触媒を水素と接触させることによって回復される（即ち、触媒は再活性化される）。スラリ反応器中の炭化水素合成反応触媒の活性は、スラリを水素に富むガスと接触させて、炭化水素合成反応器中のその場で、又は外部の再活性容器中で触媒再活性化スラリを形成することによって、間欠的に又は連続的に再活性化することができる。このタイプの再活性化プロセスは、例えば米国特許第５，２６０，２３９号、第５，２６８，３４４号、及び第５，２８３，２１６号に開示されている。
【００８９】
品質向上プロセス
本発明によれば、炭化水素生成物ストリームは、炭化水素生成物ストリームを水素に富むストリームと接触させることを含むプロセスによって品質向上させることができ、ここで、水素に富むストリームは、４０体積％未満の水素を含むストリームから単離される。
【００９０】
炭化水素合成プロセスから単離された炭化水素生成物ストリームは、しばしば水素転化プロセス／水素化処理により品質向上させる必要がある。フィッシャートロプシュ生成物は、高度にパラフィン系であるが、一般にさらに価値のある生成物を供給するために１つ又は複数の水素転化プロセスによって品質向上される。水素転化プロセスの例には、水素処理、水素分解、水素化、水素異性化脱蝋、及び水素フィニッシングが含まれる。
【００９１】
生成物ストリームに加えて、シンガス発生器への最初の原料並びに再循環ストリームは、品質向上を必要とする場合がある。例として、シンガス発生器への天然ガス供給材料は、硫黄及び硫黄含有化合物を除去するために水素処理を必要とする場合がある。炭化水素合成プロセス中の種々の再循環ストリームは、水素処理によって飽和される必要があるオレフィンを含み得る。
【００９２】
一般に、水素転化プロセス又は水素化処理は、当分野の技術者には、よく知られている。水素化処理の目的の中で、窒素及び硫黄などのヘテロ原子を減少又は好ましくは完全に除去することが可能である。さらに、水素化処理は、オレフィンを減少又は完全に除去することができる。その上、留出生成物中のイソ／ノルマルパラフィンの比を増大することができる。さらに水素化処理は、重質化学種を転化させることによって留出生成物の生成を増大することができる。
【００９３】
典型的水素化処理条件は、広範囲にわたり変化し、当分野の技術者には、よく知られている。
【００９４】
水素処理
水素処理は、窒素及び硫黄などのヘテロ原子を減少又は好ましくは完全に除去するために使用することができる。典型的水素処理条件は、当分野の技術者には、よく知られており、例えば米国特許第６，１７９，９９５号に記載されており、参照によりその全体を本明細書に合体する。
【００９５】
水素処理条件は、一般に、反応温度４００°Ｆ〜９００°Ｆ（２０４℃〜４８２℃）、好ましくは６５０°Ｆ〜８５０°Ｆ（３４３℃〜４５４℃）、圧力５００〜５０００ｐｓｉｇ（平方インチ当りポンドゲージ）（３．５〜３４．６ＭＰａ）、好ましくは１０００〜３０００ｐｓｉｇ（７．０〜２０．８ＭＰａ）、供給速度（ＬＨＳＶ）０．５ｈｒ−１〜２０ｈｒ−１（ｖ／ｖ）、及び液体炭化水素供給材料のバレル当り全水素消費量３００から２０００ｓｃｆ（５３．４〜３５６ｍ３Ｈ２／ｍ３供給材料）、を含む。触媒床用の水素処理触媒は、一般にアルミナなどの多孔性耐熱性ベース上に支持された、第ＶＩ族金属又はその化合物及び第ＶＩＩＩ族金属又はその化合物の複合材料である。水素処理触媒の例は、アルミナで支持された、コバルト−モリブデン、ニッケルスルフィド、ニッケル−タングステン、コバルト−タングステン及びニッケル−モリブデンである。一般に、かかる水素処理触媒は、過硫化されている。
【００９６】
水素分解
水素分解は、当分野の技術者には知られている通常の方法により実施することができる。典型的水素分解条件は、例えば米国特許第６，１７９，９９５号に記載されており、参照によりその全体を本明細書に合体する。水素分解は、ワックス状炭化水素供給材料の沸点範囲転化を起こさせるために使用される。一般に、水素分解は、大きい炭素分子を小さい炭素分子に切断するプロセスである。水素分解は、特別の分画又は分画の組合せを、約６００〜９００°Ｆ（３１６〜４８２℃）、好ましくは６５０〜８５０°Ｆ（３４３〜４５４℃）の範囲の温度で、約２００〜４０００ｐｓｉａ（１３〜２７２ａｔｍ）、好ましくは５００〜３０００ｐｓｉａ（３４〜２０４ａｔｍ）の範囲の圧力で、炭化水素原料に対して約０．１ｈｒ−１〜１０ｈｒ−１、好ましくは０．２５ｈｒ−１〜５ｈｒ−１の空間速度で、及び水素消費量、液体炭化水素供給材料バレル当り５００〜２５００ｓｃｆ（８９．１〜４４５ｍ３Ｈ２／ｍ３供給材料）で、適切な水素分解触媒の存在下で、水素と接触させることによって実施することができる。
【００９７】
一般に、水素分解触媒は、分解成分、水素化成分及びバインダーを含む。かかる触媒は、当技術分野ではよく知られている。分解成分は、非晶性シリカ／アルミナ相及び／又は、Ｙ−タイプ又はＵＳＹゼオライトなどのゼオライト含むことができる。一般に、バインダーは、シリカ又はアルミナである。水素化成分は、第ＶＩ族、第ＶＩＩ族、第ＶＩＩＩ族金属、又はその酸化物又はスルフィドであり、好ましくは１種又は複数のモリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル、又はそのスルフィド又は酸化物である。触媒中に存在する場合、一般にこれらの水素化成分は、触媒の約５％から４０重量％を占める。別法としては、プラチナ族金属、特にプラチナ及び／又はパラジウムが、単独、又は塩基金属水素化成分モリブデン、タングステン、コバルト、又はニッケルと組み合わせて、水素化成分として存在することができる。存在する場合、一般に、プラチナ族金属は、触媒の約０．１％から２重量％を占める。
【００９８】
水素化
水素化の条件は、この工業においてよく知られており、周囲を超える温度、及び大気より大きい圧力を含む。水素化に好ましい条件には、温度３００から８００°Ｆ、最も好ましくは４００から６００°Ｆ、圧力５０から２０００ｐｓｉｇ、最も好ましくは１００から５００ｐｓｉｇ、液体毎時空間速度（ＬＨＳＶ）０．２からｈｒ−１〜１０ｈｒ−１、最も好ましくは１．０ｈｒ−１から３．０ｈｒ−１、及びガス速度５００から１０，０００ＳＣＦＢ、最も好ましくは１０００から５０００ＳＣＦＢが含まれる。
【００９９】
水素化に使用される触媒は、一般に水素処理において使用されるものであるが、Ｐｔ及び／又はＰｄを含む非スルフィド化触媒が好ましく、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、又は炭素などの支持体上にＰｔ及び／又はＰｄを分散することが好ましい。好ましい支持体は、シリカ−アルミナである。
【０１００】
水素異性化脱ワックス
本発明よれば、ワックス状炭化水素原料は、水素異性化ゾーンにおいて、水素異性化にかけることができる。
【０１０１】
水素異性化脱ワックスは、分子構造に選択的に分枝を加えることによって潤滑剤ベースオイルのコールドフロー特性を改善しようとするものである。水素異性化脱ワックスは、理想的には、ワックス状供給材料の非ワックス状イソ−パラフィンへの、高レベルの転化を、分解による転化を同時に最小限にしながら実現する。
【０１０２】
典型的水素異性化条件は、当分野の技術者にはよく知られており、広く変化させることができる。一般に、水素異性化プロセスは、２００°Ｆから７００°Ｆ、好ましくは３００°Ｆから６５０°Ｆの温度で、ＬＨＳＶ、０．１から１０ｈｒ−１、好ましくは０．２５から５ｈｒ−１で実施される。水素は、炭化水素に対する水素のモル比が１：１から１５：１であるように使用される。一般に、水素異性化プロセスに有用な触媒は、脱水素化／水素化成分、及び酸性成分を含む二官能性触媒である。酸性成分には、１種又は複数のアルミナ、シリカ、シリカ−アルミナなどの非晶質酸化物、ゼオライトＹ、ウルトラステーブルＹ、ＳＳＺ−３２、ベータゼオライト、モルデナイト、ＺＳＭ−５等などのゼオライト性材料、又はＳＡＰＯ−１１、ＳＡＰＯ−３１及びＳＺＰＯ−４１などの非ゼオライト性分子篩を含むことができる。さらに、酸性成分には、フッ素などのハロゲン成分を含むことができる。水素化成分は、プラチナ及び／又はパラジウムなどの第ＶＩＩＩ族貴金属から、ニッケル及びタングステンなどの第ＶＩＩＩ族非貴金属から、及びコバルト及びモリブデンなどの第ＶＩ族金属から、選択することができる。プラチナ族金属は、存在する場合一般に触媒の約０．１％から約２重量％を占める。触媒中に存在する場合、非貴金属水素化成分は、一般に触媒の約５％から約４０重量％を占める。
【０１０３】
水素フィニシング
炭化水素合成プロセスから生成された潤滑剤ベースオイル生成物は、生成物品質及び安定性を改善するために水素フィニシュすることができる。水素フィニシングの間、全ＬＨＳＶは、約０．２５から２．０ｈｒ−１、好ましくは約０．５から１．０ｈｒ−１である。水素分圧は、２００ｐｓｉａより大きく、好ましくは約５００ｐｓｉａから約２０００ｐｓｉａの範囲である。一般に水素再循環速度は、５０ＳＣＦ／Ｂｂｌより大きく、好ましくは１０００から５０００ＳＣＦ／Ｂｂｌである。温度は、約３００°Ｆから約７５０°Ｆ、好ましくは４５０°Ｆから６００°Ｆの範囲である。
【０１０４】
適切な水素フィニシング触媒には、アルミナ又はケイ酸塩マトリックス上のプラチナ又はパラジウムなどの第ＶＩＩＩＡ族（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｕｎｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙの１９７５年規則による）からの貴金属、及びアルミナ又はケイ酸塩マトリックス上のニッケル−モリブデン又はニッケル−錫などの非スルフィド化第ＶＩＩＩＡ族及び第ＶＩＢ族が含まれる。米国特許第３，８５２，２０７号は、適切な貴金属触媒及び穏やかな条件を記載している。他の適切な触媒は、例えば米国特許第４，１５７，２９４号及び第３，９０４，５１３号に記載されている。非貴金属（ニッケル−モリブデン及び／又はタングステンなどの）、及び対応する酸化物として求められた少なくとも約０．５、及び一般に約１から約１５重量％のニッケル及び／又はコバルト。貴金属（プラチナなどの）触媒は、０．０１パーセント以上の金属、好ましくは０．１から１．０パーセントの金属を含む。またプラチナ及びパラジウムの混合物などの貴金属の組合せを使用することができる。
【０１０５】
例示的実施形態
例示的実施形態を厚さ１．０ミクロンの活性層を有する逆選択膜により実施する。膜は、以下の表Ｉに要約する通り、最初のガス供給材料の種々の成分に対する透過性（バーラー（ｂａｒｒｅｒ））を示す。
【０１０６】
【表１】
2008500253.tif 000004
【０１０７】
図１は、水素に富むストリームを供給するプロセスの１つの実施形態を表す。このプロセスは、シンガスを使用して、炭化水素合成反応を実施すること、及び炭化水素合成反応ユニットからテールガスを単離することを含む。好ましくは炭化水素合成反応は、フィッシャートロプシュ合成反応である。テールガス（１）をＣＯ２（１００）に選択的に透過性である逆選択膜と接触させて、ＣＯ２富化透過物（２）及び水素含有残留物（３）を供給する。有利には、水素含有残留物（３）は、膜を通過しないので高圧で残留し、したがって、単離プロセスを完了するために、再加圧する必要がない。好ましくは水素含有残留物（３）は、≧約１００ｐｓｉｇ、さらに好ましくは≧約２００ｐｓｉｇの圧力である。
【０１０８】
水素含有残留物（３）を熱交換器（２００）を使用して加熱する。水蒸気（４）を水素含有残留物（３）に過剰に添加して、組み合わせたストリーム（５）を供給する。組み合わせたストリーム（５）を水性ガスシフト反応器（３００）に供給する。水素及び二酸化炭素の混合物即ち水素含有ストリーム（６）を形成するのに有効な反応条件で、シフト触媒の存在において、組み合わせたガスストリーム（５）中のＣＯは、水性ガスシフト反応器（３００）において、水蒸気と反応する。
【０１０９】
水素含有ストリーム（６）は、水性ガスシフト反応器（３００）を出て、熱交換器（２００）及び熱交換器（４００）の使用により冷却され、熱交換器（４００）は冷却水を使用している。次いで、水素含有ストリーム（６）を、蒸気−液体分離器（５００）を通過させて、水（１１）を除去し、水素含有ストリーム（７）を供給する。水素含有ストリーム（７）を、圧力変動吸着ユニット（６００）を通過させて、水素に富むストリーム（１０）及び吸収ガスストリーム（８）を供給する。吸収ガスストリーム（８）は、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ（ｇ）、ガス状炭化水素、及び残存水素を含み、ＣＯ２富化透過物（２）と組み合わせて、燃料として燃焼できる組み合わせたガスストリーム（９）を形成することができる。水素に富むストリーム（１０）は、９０体積％より多い水素、好ましくは９５体積％より多い水素、さらに好ましくは９９体積％より多い水素を含み、高純度水素を必要とする任意の目的に使用することができる。
【０１１０】
図２における表ＩＩは、図１からのガスストリームのストリーム要約を提供する。ストリーム要約は、コンピュータモデリングによって作り出した。
【０１１１】
図３は、本発明による水素に富むストリームを供給するプロセスの他の実施形態を表す。プロセスは、シンガスを使用して炭化水素合成反応を実施すること及び炭化水素合成反応ユニットからテールガスを単離することを含む。好ましくは炭化水素合成反応は、フィッシャートロプシュ合成反応である。テールガス（２１）は、熱交換器（２００）で加熱される。次いで、テールガス（２１）を、過剰に添加された水蒸気（２２）で、水蒸気（２２）と組み合わせて、組み合わせたストリーム（２３）を供給する。組み合わせたストリーム（２３）を水性ガスシフト反応器（３００）に供給する。水性ガスシフト反応器（３００）において、組み合わせたガスストリーム（２３）中のＣＯは、シフト触媒の存在において水素及び二酸化炭素の混合物、即ち水素含有ストリーム（２４）を形成するのに有効な反応条件で水蒸気と反応させる。
【０１１２】
水素含有ストリーム（２４）水性ガスシフト反応器（３００）を出て、熱交換器（２００）及び熱交換器（４００）の使用により冷却され、熱交換器（４００）は、冷却水を使用している。次いで、水素含有ストリーム（２４）を、蒸気液体分離器（５００）を通過させて、水（３１）を除去し、水素含有ストリーム（２５）を供給する。
【０１１３】
水素含有ストリーム（２５）を、ＣＯ２（１００）に選択的に透過性である逆選択膜と接触させて、ＣＯ２富化透過物（２６）及び水素含有残留物（２７）を供給する。有利には、水素含有残留物（２７）は、膜を通過しないので、高圧で残存し、したがって、単離プロセスを完了するための再加圧を必要としない。好ましくは水素含有残留物（２７）は、圧力、≧約１００ｐｓｉｇ、さらに好ましくは≧約２００ｐｓｉｇである。
【０１１４】
水素含有残留物（２７）を、圧力変動吸着ユニット（６００）を通過させて、水素に富むストリーム（３０）及び吸収されたガスストリーム（２８）を供給する。吸収されたガスストリーム（２８）は、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ（ｇ）  、ガス状炭化水素、及び残存水素を含み、ＣＯ２富化透過物（２６）と組み合わせて、燃料として燃焼することができる組み合わせたガスストリーム（２９）を形成する。水素に富むストリーム（３０）は、９０体積％より多い水素、好ましくは９５体積％より多い水素、さらに好ましくは９９体積％より多い水素を含み、高純度水素が必要とされる任意の目的に使用することができる。
【０１１５】
図４における表ＩＩＩは、図３からのガスストリームのストリーム要約を提供する。ストリーム要約は、コンピュータモデリングによって作り出された。
【０１１６】
本発明を、詳細にその特定の実施形態を参照して記載してきたが、当分野の技術者には、種々の変化及び変更形態を、その精神及び範囲から逸脱することなしに作製できることは明らかである。
【０１１７】
図５は、逆選択膜を使用して、水素に富むストリームを供給するプロセスの第３の実施形態を表す。このプロセスは、シンガスを使用して炭化水素合成反応を実施すること、及び炭化水素合成反応ユニットからテールガスを単離することを含む。好ましくは炭化水素合成反応は、フィッシャートロプシュ合成反応である。テールガス（１）をＣＯ２（１００）に対して選択的に透過性である第１の逆選択膜と接触させて、第１のＣＯ２富化透過物（２）及び第１の水素含有残留物（３）を供給する。有利には、第１の水素含有残留物（３）は、膜を通過しないので、高圧で残存し、したがって、単離プロセスを完了するための再加圧を必要としない。好ましくは第１の水素含有残留物（３）は、圧力、≧約１００ｐｓｉｇ、さらに好ましくは≧約２００ｐｓｉｇである。
【０１１８】
第１の水素含有残留物（３）は、熱交換器（２００）を使用して加熱される。水蒸気（４）を第１の水素含有残留物（３）に過剰に添加して、組み合わせたストリーム（５）を供給する。組み合わせたストリーム（５）を水性ガスシフト反応器（３００）に供給する。水性ガスシフト反応器（３００）において、組み合わせたガスストリーム（５）中のＣＯは、シフト触媒の存在において、水素及び二酸化炭素の混合物、即ち水素含有ストリーム（６）を形成するのに有効な反応条件で水蒸気と反応させる。
【０１１９】
水素含有ストリーム（６）は、水性ガスシフト反応器（３００）を出て、熱交換器（２００）及び熱交換器（４００）の使用により冷却され、熱交換器（４００）は、冷却水を使用している。次いで、水素含有ストリーム（６）を、蒸気液体分離器（５００）を通過させて、水（１１）を除去し、水素含有ストリーム（７）を供給する。
【０１２０】
水素含有ストリーム（７）をＣＯ２（６００）に対して選択的に透過性である第２の逆選択膜と接触させて、第２のＣＯ２富化透過物（８）及び第２の水素含有残留物（９）を供給する。有利には、第２の水素含有残留物（９）は、膜を通過しないので、高圧で残存し、したがって、単離プロセスを完了するための再加圧を必要としない。好ましくは第２の水素含有残留物（９）は、圧力、≧約１００ｐｓｉｇ、さらに好ましくは≧約２００ｐｓｉｇである。
【０１２１】
第２の水素含有残留物（９）を、圧力変動吸着ユニット（７００）を通過させて、水素に富むストリーム（１２）及び吸収されたガスストリーム（１０）を供給する。吸収されたガスストリーム（１０）は、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ（ｇ）、ガス状炭化水素、及び残存水素を含み、第１のＣＯ２富化透過物（２）及び第２のＣＯ２富化透過物（８）と組み合わせて、燃料として燃焼することができる組み合わせたガスストリーム（１１）を形成することができる。
【０１２２】
水素に富むストリーム（１２）は、９０体積％より多い水素、好ましくは９５体積％より多い水素、さらに好ましくは９９体積％より多い水素を含み、高純度水素が必要とされる任意の目的に使用することができる。
【０１２３】
２つの逆選択膜を利用する実施形態は、水素収率を増大することができ、２つの逆選択膜の場合、正味の必要膜面積を減少することができる。この実施形態は、有利には水性ガスシフト反応器の前後でＣＯ２を除去する。
【０１２４】
本発明を、詳細に、その特定の実施形態を参照して、記載してきたが、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、種々の変化及び変更形態を作ることができることは、当分野の技術者には、明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の１つの実施形態の概略流れ図である。
【図２】表ＩＩを提供し、表ＩＩは、図１からのガスストリームの内容のストリーム要約である。ストリーム要約は、コンピュータモデリングによって作り出された。
【図３】本発明の第２実施形態の概略流れ図である。
【図４】表ＩＩＩを提供し、表ＩＩＩは、図３からのガスストリームの内容のストリーム要約である。ストリーム要約は、コンピュータモデリングによって作り出された。
【図５】本発明の第３の実施形態の概略流れ図である。
【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】
2008500253.tif 000009