(57)【要約】シアン化水素生成のためのプロセスから水素を回収するための方法およびシステムが本明細書に記載される。本方法において、水素は、アンドルソフプロセスの廃ガス流から回収される。本方法は、以下のステップ、（ａ）メタン、アンモニア、および酸素を含む反応混合物を調整して、反応混合物に、アンモニアの除去後およびシアン化水素の回収後に少なくとも４０％の水素を有する廃ガス流を発生させるのに十分な酸素を供給すること、および（ｂ）廃ガス流から成分を除去して、回収される水素を生成することを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンドルソフプロセスの廃ガス流から水素を回収する方法であって、
（ａ）メタン、アンモニア、および酸素を含む反応混合物を調整し、前記反応混合物に、アンモニアの除去後およびシアン化水素の回収後に、少なくとも４０％の水素を含有する廃ガス流を発生させるのに十分な酸素を提供し、及び
（ｂ）前記廃ガス流から成分を除去し、回収される水素を発生させることを含んでなる、方法。
【請求項２】
前記十分な酸素が、少なくとも４０％の酸素、または少なくとも４５％の酸素を含んでなる、酸素含有供給流として供給されてなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記廃ガス流が、
４０％の水素〜７８％の水素、
１２％の一酸化炭素〜１５％の一酸化炭素、
０．７％の二酸化炭素〜１．５％の二酸化炭素、
３％の窒素〜５％の窒素、
１％のメタン〜２．０％のメタン、
０．０１％の有機ニトリル〜０．１％の有機ニトリル、
０．０１％のＨＣＮ〜０．０５％のＨＣＮ、
３％の水〜５％の水、及び
これらの組み合わせを含んでなる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記廃ガス流が、５０％未満の窒素を含んでなる、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記廃ガス流から成分を除去することが、一酸化炭素、窒素、水、二酸化炭素、メタン、１つ以上の有機ニトリル、またはそれらの組み合わせを除去することを含んでなる、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記廃ガス流から成分を除去することが、１つ以上の凝縮ユニットに前記廃ガス流を通過させることを含んでなる、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記廃ガス流から成分を除去することが、凝縮、アミンスクラビング、圧力スイング吸着、低温精製、水素透過膜への前記廃ガス流の通過、パラジウム膜への前記廃ガス流の通過、炭化水素吸収媒体への前記廃ガス流の通過、ガス膨張ユニットへの前記廃ガス流の通過、水ガスシフト化学変換器ユニットへの前記廃ガス流の通過、またはそれらの組み合わせを含んでなる、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記廃ガス流から成分を除去することが、吸着剤に前記廃ガス流を通過させることを含み、前記吸着剤が、シリカゲル、活性炭、ゼオライト、分子ふるい、またはそれらの組み合わせを含んでなる、請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記廃ガス流から成分を除去することが、水ガスシフト変換ユニットに前記廃ガス流を通過させて、一酸化炭素および水を二酸化炭素および水素に変換することを含んでなる、請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記廃ガス流から成分を除去することが、１つ以上のユニットに前記廃ガス流を通過させることを含み、各ユニットが、炭素吸着材料を含有する区分およびゼオライトを含有する区分を含んでなる、請求項１〜９の何れか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記回収される水素が、
少なくとも９０％純粋な、
少なくとも９１％純粋な、
少なくとも９２％純粋な、
少なくとも９３％純粋な、
少なくとも９４％純粋な、
少なくとも９５％純粋な、
少なくとも９６％純粋な、
少なくとも９７％純粋な、
少なくとも９８％純粋な、又は
少なくとも９９％純粋な水素である、請求項１〜１０の何れか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記シアン化水素が、メタン、アンモニア、および酸素の反応において発生する、請求項１〜１１の何れか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記回収される水素が、水素化のために、または熱もしくはエネルギーを発生させるために用いられる、請求項１〜１２の何れか一項に記載の方法。
【請求項１４】
（ａ）白金触媒の存在下で、メタン、アンモニア、および酸素を含む反応混合物からシアン化水素を生成するために構成され、また、前記反応混合物に、アンモニアの除去およびシアン化水素の回収後に少なくとも４０％の水素を有する廃ガス流を発生させるのに十分な酸素を供給するように構成された、反応器と、及び
（ｂ）前記廃ガス流から水素を回収するように構成された水素回収システムとを備えてなる、システム。
【請求項１５】
前記十分な酸素が、少なくとも４０％の酸素、又は少なくとも４５％の酸素を含む酸素含有供給流として供給される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ガス生成物流からアンモニアを除去して、ＨＣＮおよび廃棄物を含有する半精製生成物流を発生させるためのアンモニアストリッパーユニットと、
ＨＣＮ生成物および前記廃ガス流を産出するＨＣＮ吸収体ユニットをさらに備えてなる、請求項１４または１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記水素回収システムが、凝縮、アミンスクラビング、圧力スイング吸着、低温精製、水素透過膜を通る前記廃ガス流の流動、パラジウム膜を通る前記廃ガス流の流動、炭化水素吸収媒体を通る前記廃ガス流の流動、ガス膨張ユニットを通る前記廃ガス流の流動、水ガスシフト化学変換器ユニットを通る前記廃ガス流の流動、またはそれらの組み合わせのために構成される１つ以上のユニットを備えてなる、請求項１４〜１６の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１８】
前記廃ガス流から湿気を除去するように構成される１つ以上の凝縮ユニットを備えてなる、請求項１４〜１７の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記水素回収システムが、炭素吸着材料、ゼオライト、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含有する１つ以上のユニットを備えてなる、請求項１４〜１８の何れか一項に記載のシステム。
【請求項２０】
前記水素回収システムが、前記廃ガス流が１つのユニットから別のユニットに流動することができるように動作可能に連結される１つ以上のユニットを備えてなる、請求項１４〜１９の何れか一項に記載のシステム。
【請求項２１】
前記水素回収システムが、前記廃ガス流が第１のユニット内の材料が少なくとも６０％純粋な水素を含む水素を生成しなくなるまで、前記第１のユニットに入ることができ、次に前記廃ガス流が、第１のユニット内の材料が生成される間および／または廃棄物のパージされる間、第２のユニットに切り換えられることができるように動作可能に連結される１つ以上のユニットを備えてなる、請求項１４〜２０の何れか一項に記載のシステム。
【請求項２２】
前記水素回収システムが、前記廃ガスが１つ以上の吸気バルブを介して１つ以上のユニットに流動することができるように、前記水素回収システムのうちの少なくとも１つのユニットにそれぞれ動作可能に連結される１つ以上の吸気バルブを備えてなる、請求項１４〜２１の何れか一項に記載のシステム。
【請求項２３】
前記水素検出器が、前記ガス生成物流中の水素レベルが水素回収にとって容認しがたいほどに低度であることを検出するとき、前記水素回収ユニットから離れて前記ガス生成物流を切換えるためのガス生成物流切換弁に動作可能に連結される水素検出器をさらに備えてなる、請求項１４〜２２の何れか一項に記載のシステム。
【請求項２４】
前記水素回収システムが、前記１つ以上のユニットから現れる流出液成分の検出または数量化レベルのための１つ以上の分析器を備えてなる、請求項１４〜２３の何れか一項に記載のシステム。
【請求項２５】
前記分析器のうちの１つ以上が、前記ユニットのうちの１つ以上から排出バルブを閉鎖するためにユニット出力切換弁に動作可能に連結されてなる、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記水素回収システムからの流出液中の酸素および／または水素濃度の監視のための１つ以上の酸素検出器および／または１つ以上の水素検出器をさらに備えてなる、請求項１４〜２５の何れか一項に記載のシステム。
【請求項２７】
前記流出液中の酸素濃度が第１の酸素含有量の設定点と等しいもしくはそれを超えるとき、または前記流出液中の前記水素濃度が第１の水素含有量の設定点よりも低いまたは等しいとき、前記酸素のうちの１つ以上または前記水素検出器のうちの１つ以上が、１つ以上の回収システム流出液切換弁を介して、前記流出液の分流を起動する、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記１つ以上の回収システム流出液切換弁が、前記水素回収システム中で前記ユニットのうちの１つ以上への前記流出液の分流を起動する、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記酸素検出器のうちの少なくとも１つまたは少なくとも２つが、前記流出液の前記酸素含有量が前記第１の酸素含有量の設定点よりも高いことを検出するとき、少なくとも１つの回収システム流出液切換弁が、前記流出液を切換えるために起動される、請求項２７または２８に記載のシステム。
【請求項３０】
第２の酸素の設定点が、前記水素回収システムからの流出液中の酸素濃度を監視する１つ以上の酸素検出器によって検出されるとき、起動され得る連動装置をさらに備えてなる、請求項１４〜２９の何れか一項に記載のシステム。
【請求項３１】
前記連動装置が、前記水素回収システムの前記ユニットのうちの１つ以上を停止することができる、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記連動装置が、前記流出液が動作焼却に向かうことを可能にするために流動バルブを開放または閉鎖することができる、請求項３０または３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記連動装置が、水素回収システムからの前記水素含有流出液を１つ以上の容器に切換えることができる、請求項３０〜３２の何れか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、「アンドルソフプロセスにおける水素回収のための装置および方法」と題する、２０１２年１２月１８日出願の米国仮特許出願第６１／７３８，６８５号の優先権の利益を主張し、その全ての開示内容が参照することによって本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、メタン、アンモニア、および酸素からシアン化水素（ＨＣＮ）を生成するためのアンドルソフプロセスにおける水素回収を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
アンドルソフ反応は、Ｐｔ含有触媒などの好適な触媒の存在下で以下のように進む。
２ＮＨ3＋２ＣＨ4＋３Ｏ2→２ＨＣＮ＋６Ｈ2Ｏ
アンモニアガス供給流、メタンガス供給流、および酸素ガス供給流を含む反応物ガス供給流は、白金含有触媒の存在下で反応して、生成物流中でシアン化水素（ＨＣＮ）および水を形成する。しかし、反応は１００％の効率では進まず、生成物流は、シアン化水素に加えて未反応のアンモニア、未反応のメタン、二酸化炭素、一酸化炭素、水、窒素、水素、および種々の有機ニトリルなどのいくつかの他の化合物を含有する。
【０００４】
空気ではなくむしろ、実質的に純粋な酸素が、アンドルソフプロセス用の酸素源として使用されるとき、廃棄流は、多くの割合の水素を含有し得る。このような廃棄流を焼却により処分するのは、不経済である。
【０００５】
ＨＣＮ生成の様々な態様が、以下の記事に記載される。Ｌ．Ｅｒｉｃ．Ｃｒｕｍｐ，Ｕ．Ｓ．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｇｅｎｃｙ，Ｏｆｆｉｃｅ  ｏｆ  Ａｉｒ  Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｐｌａｎｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ，Ｅｃｏｎｏｍｉｃ  Ｉｍｐａｃｔ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｐｒｏｐｏｓｅｄ  Ｃｙａｎｉｄｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ＮＥＳＨＡＰ（Ｍａｙ２０００）（ｈｔｔｐ：／／ｎｅｐｉｓ．ｅｐａ．ｇｏｖ／Ｅｘｅ／ＺｙＰＤＦ．ｃｇｉ？Ｄｏｃｋｅｙ＝Ｐ１００ＡＨＧ１．ＰＤＦでオンライン入手可能）は、ＨＣＮの製造、最終用途、および経済的な影響に向けられる。Ｎ．Ｖ．Ｔｒｕｓｏｖ，Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  Ｓｕｌｆｕｒ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ  ａｎｄ  Ｈｉｇｈｅｒ  Ｈｏｍｏｌｏｇｕｅｓ  ｏｆ  Ｍｅｔｈａｎｅ  ｏｎ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｃｙａｎｉｄｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｂｙ  ｔｈｅ  Ａｎｄｒｕｓｓｏｗ  Ｍｅｔｈｏｄ，Ｒｕｓ．Ｊ．ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｖｏｌ．７４，Ｎｏ．１０，ｐｐ．１６９３−９７（２００１）は、アンドルソフプロセスによるＨＣＮの生成上の、硫黄およびメタンのより高次の相同体などの天然ガスの不可避の成分の影響に向けられる。Ｃｌｅａｎ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ（ＣＤＭ）Ｅｘｅｃｕｔｉｖｅ  Ｂｏａｒｄ，Ｕｎｉｔｅｄ  Ｎａｔｉｏｎｓ  Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ  Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｃｌｉｍａｔｅ  Ｃｈａｎｇｅ（ＵＮＦＣＣＣ），Ｃｌｅａｎ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  Ｐｒｏｊｅｃｔ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｄｏｃｕｍｅｎｔ  Ｆｏｒｍ（ＣＤＭ  ＰＤＤ），Ｖｅｒ．３，（Ｊｕｌ．２８，２００６）（ｈｔｔｐ：／／ｃｄｍ．ｕｎｆｃｃｃ．ｉｎｔ／Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ／ＰＤＤｓ＿Ｆｏｒｍｓ／ＰＤＤｓ／ＰＤＤ＿ｆｏｒｍ０４＿ｖ０３＿２．ｐｄｆでオンライン入手可能）は、アンドルソフプロセスによるＨＣＮの      生成に向けられる。Ｇａｒｙ  Ｒ．Ｍａｘｗｅｌｌ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｓｓｕｒｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｓａｆｅｔｙ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｏｆ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｃｙａｎｉｄｅ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊ．ｏｆ  Ｈａｚａｒｄｏｕｓ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌ．１４２，ｐｐ．６７７−８４（２００７）は、ＨＣＮの安全な生成に向けられる。
【発明の概要】
【０００６】
アンドルソフプロセスにおける水素廃棄の問題は、例えばそれを焼却するのではなく、むしろ廃ガスから水素を回収することによって、解決または改善される。アンドルソフプロセスの廃棄流からの水素回収は、ヘキサメチレンジアミン生成設備による、実質的に全ての必要な水素を提供できる。したがって、水素回収は、さもなければ購入した炭化水素燃料（例えば、天然ガス、プロパン、ガス、石油など）からの水素生成のために必要とされ得るであろう、水蒸気改質器を不要とすることができる。アンドルソフプロセスからの水素回収は、したがって、大気中への炭素排出を低減し、ＨＣＮの製造業者に実質的な経費節約を提供することができる。
【０００７】
しかし、全てのアンドルソフの設備が、水素回収のために適応され得るわけではなく、またはされるべきではない。水素回収を経済的に魅力的にするために、アンドルソフプロセスを、その酸素ガス供給流として空気を用いて実行することはできない。代わりに、水素回収は、酸素富化または酸素アンドルソフプロセスが用いられる場合のみに、経済的に魅力的である。酸素富化または酸素供給流がアンドルソフプロセス用の酸素源として使用されるとき、廃棄流は相当量の水素を含有することができるが、このような豊富な酸素源の使用は、いくつかの問題を生じさせ得る。
【０００８】
酸素富化または酸素供給流の使用におけるいくつかの問題は、容易に理解される。例えば、酸素富化および実質的に純酸素供給流は、空気より高価である。濃縮される酸素源および高レベルの水素を含有する廃棄流は、特にアンドルソフプロセスために用いられる高温（約８５０℃〜約２，５００℃、または約１０００℃〜約１，５００℃）での発火に影響されやすい。酸素富化または酸素アンドルソフプロセスは、酸素ガス供給流として空気を用いるアンドルソフプロセスよりも追加の安全対策および制御が必要となることがある。水素は、高い可燃性を有し、例えば、４％〜７５体積％などの幅広い濃度範囲において空気中で燃焼するであろう。空気アンドルソフプロセスにおいて一般的に使用されない、または必要とされない設備設計、設備整備、および動作条件が、水素回収を酸素富化または酸素アンドルソフプロセスと組み合わせる場合に起こる問題に対応するために用いられ得る。
【０００９】
酸素富化または酸素アンドルソフ製造設備はほとんど存在しない。上述された設備などの酸素富化または酸素アンドルソフ製造設備に関連するより容易に明らかな懸念に加えて、容易にまたは幅広く理解されていない多数の追加の問題がある。
【００１０】
例えば、酸素富化または酸素アンドルソフプロセスは、空気を用いるアンドルソフプロセスにおける変化よりも、反応物濃度の変動により敏感である。酸素富化または酸素アンドルソフプロセスにおける反応物濃度または流量の変動は、空気アンドルソフプロセスにおいて観察されるよりも、プロセスの効率性のより大きな変化を引き起こし得る。酸素富化または酸素アンドルソフプロセスは、燃料ガスの熱価の変化により敏感であり、供給流の組成の小さな変動は、空気アンドルソフプロセスにおける類似の供給流組成物で観察されるよりも、反応器内でのより大きな温度変動を引き起こし得る。触媒に接触する反応物濃度における局所的変動は、ホットスポットなどの触媒床中の温度変動を引き起こし得、これは空気アンドルソフプロセスと比較して触媒の寿命を低減し得る。酸素富化または酸素アンドルソフプロセスはまた、例えば、発火または爆発の問題を回避するための追加の安全制御機能をも必要とし得る。空気中の約７８％の窒素の存在は、空気アンドルソフプロセスにおけるガス混合物を希釈する役割を果たし、発火の危険性を低減するだけではなく、副生成物の生成および高められる反応制御の必要性もまた低減する。
【００１１】
酸素富化または酸素アンドルソフプロセスの流出液からの熱伝達は、空気アンドルソフプロセスで観察されるよりもより多くの問題を提示する。酸素富化または酸素アンドルソフプロセスからの流出液は、空気アンドルソフプロセスよりもより濃縮される。かかる濃縮される流出液を冷却することが、反応物が副生成物の形成することを直ちに止めるために最良である一方で、ＨＣＮは凝縮されると重合する傾向がより強くなるため、流出液はＨＣＮ凝縮点まで冷却されるべきではない。ＨＣＮの重合は爆発につながり得、安全装置が、特に酸素富化または酸素アンドルソフプロセスにおいて、かかる問題を制御および回避するため用いられ得る。
【００１２】
酸素富化または酸素アンドルソフプロセスは、空気アンドルソフプロセスよりも濃縮した様式で進む傾向にある。ゆえに、酸素富化または酸素アンドルソフプロセスは、副生成物を含め、全ての生成物をより高濃度にする傾向にある。したがって、酸素富化または酸素アンドルソフプロセスのための反応器および関連設備は、空気アンドルソフプロセスにおいて用いられる設備からより簡単に流し出すことができる、システム中の不純物の蓄積により影響されやすい。副生成物のより高い蓄積速度は、プロセスの様々な部品の腐食速度の増加、ならびにより頻繁な停止および整備につながり得る。副生成物の蓄積、腐食、および関連問題に実質的に影響され得る設備は、例えば、反応器（複数可）、アンモニア回収システム（複数可）、およびＨＣＮ回収システム（複数可）を含む。
【００１３】
ＨＣＮの当量の生成のために必要とされる設備は、空気アンドルソフプロセス用よりも酸素富化または酸素アンドルソフプロセスためにより小型に（より小さく）なり得るが、多くの製造業者は、酸素富化または酸素アンドルソフプロセスに関連する問題を回避するために、水素回収が経済的に有意義ではない空気アンドルソフプロセスを動作することを選択するであろう。酸素富化または酸素アンドルソフプロセスと水素回収との組み合わせに関連する問題は、現在の文献に詳しく記載されておらず、難題は、ほとんどの製造業者がかかる組み合わせに取り組まないであろうほどに十分に大きい。
【００１４】
しかし、便益は驚嘆すべきほどに大きい。例えば、酸素富化または酸素アンドルソフプロセスからの効率的な水素回収を用いると、アジポニトリル生成の経費は１０％、または２０％、または３０％、または４０％、またはそれよりも大きく削減され得る。
【００１５】
これらの問題および他の問題を解決する便益は、本明細書に記載される方法およびシステムによって実現される。
【００１６】
本明細書に記載されるアンドルソフプロセスの廃ガス流から水素を回収する方法は、
（ａ）メタン、アンモニア、および酸素を含む反応混合物を調整して、反応混合物に、アンモニアの除去後およびシアン化水素の回収後に少なくとも４０％の水素を有する廃ガス流を発生させるのに十分な酸素を提供することと、
（ｂ）廃ガス流から成分を除去して、回収される水素を発生させることとを含む。
【００１７】
本明細書に記載されるシステムは、
（ａ）白金触媒の存在下でメタン、アンモニア、および酸素を含む反応混合物からシアン化水素を生成するために構成され、シアン化水素を含むガス生成物流を生成する、反応器と、
（ｂ）アンモニアおよびシアン化水素がガス生成物流から実質的に除去された後に生成される廃ガス流から水素を回収するように構成される水素回収システムとを備えてなる。
【００１８】
システムの反応器はまた、反応混合物に、アンモニアの除去後およびシアン化水素の回収後に少なくとも４０％の水素を有する廃ガス流を発生させるのに十分な酸素を供給するようにも構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】水素回収ユニットを含む典型的なアンドルソフシステムを例示する。
【図２】アンドルソフ製造システムに動作可能に連結され得る典型的な水素回収システムを例示する。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、本明細書に記載される水素回収方法およびシステムの使用によって、酸素富化または酸素アンドルソフプロセス生成物流からの水素の不経済な喪失の問題を安全に解決する。かなりの水素が、酸素富化または酸素アンドルソフ反応生成物流からのシアン化水素の分離後、廃ガス流中に残存し得る。
【００２１】
アンドルソフプロセス
アンドルソフプロセスの間、アンモニアガス供給流、メタンガス供給流、および酸素ガス供給流を含む反応物ガス供給流は、シアン化水素および水を含有する生成物流を形成するために反応する。本反応は、Ａｎｄｒｕｓｓｏｗによる１９３３年１１月１４日発行の米国特許第１，９３４，８３８号、およびＪｅｎｋｓによる米国特許第３，１６４，９４５号に記載される。
【００２２】
アンドルソフプロセスは、酸素ガス供給流のために種々の源を用いて実行され得る。例えば、酸素ガス供給流は、純酸素、不活性ガスと酸素との混合物、および空気と酸素との混合物であり得る。通常、酸素ガス供給流中の酸素のより高いパーセンテージは、廃ガス流中の水素のより高いパーセンテージの増加を供する。例えば、実質的に純酸素である酸素ガス供給流を用いるアンドルソフプロセスは、７０〜８０％程度の水素を含む廃ガス流を産出することができる。しかし、その酸素ガス供給流として空気を用いるアンドルソフプロセスは、その廃棄流中に、実質的により低度、例えばわずか１５〜１８％の水素を有する。したがって、酸素含有供給流として酸素富化または実質的に純酸素ガスを使用するアンドルソフプロセスからの水素回収は、その酸素ガス供給流として空気を使用するアンドルソフプロセスからのかかる回収よりも経済的により魅力的であり得る。例えば、水素回収は、空気アンドルソフプロセスを用いても有利に実行されないかもしれない。
【００２３】
本明細書で使用されるように、空気アンドルソフプロセスは、酸素含有供給流として空気を使用し、およそ２０．９５ｍｏｌ％の酸素を有する。酸素富化アンドルソフプロセスは、約２２ｍｏｌ％の酸素、２３％、２４％、または約２５ｍｏｌ％の酸素などの、約２１ｍｏｌ％〜約２６％の酸素、２７％、２８％、２９％、または約３０ｍｏｌ％の酸素を有する酸素含有供給流を使用する。
【００２４】
酸素アンドルソフプロセスは、約２６ｍｏｌ％の酸素、２７％、２８％、２９％、または約３０ｍｏｌ％の酸素〜約１００ｍｏｌ％の酸素を有する酸素含有供給流を使用する。酸素アンドルソフプロセスはまた、約３５ｍｏｌ％の酸素、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９８％、９９％、９９．９％、９９．９９％、または約１００ｍｏｌ％の酸素を有する、酸素含有供給流をも使用できる。
【００２５】
酸素含有供給原料は、いくつかの有機材料を有することができるが、少量のみである。例えば、酸素供給原料は、２．０％未満の有機材料、または１．０％未満の有機材料、または０．５％未満の有機材料、または０．１％未満の有機材料を有することができる。かかる有機材料として、二酸化炭素、一酸化炭素、アルカン（メタン以外）、および高炭化水素を誘起することができる。酸素含有供給流中の低減される有機材料は、反応および生成物プロセス設備中の副生成物の形成および炭素の蓄積を低減する。
【００２６】
様々な実施例において、１００ｍｏｌ％未満の酸素を有する酸素含有供給流を含む酸素富化アンドルソフプロセスまたは酸素アンドルソフプロセスにおける酸素含有供給流は、酸素と空気とを混合することによって、任意の好適なガスまたはガスの組み合わせと酸素とを混合することによって、または空気などの酸素含有ガス組成物から１つ以上のガスを除去することによって、発生され得る。
【００２７】
メタン供給流は、いくつかの不純物、例えば、１〜４の炭素原子を含む低パーセンテージのアルカン、二酸化炭素、窒素、酸素、およびそれらの組み合わせを含むことができる。例えば、天然ガスはメタン源であり得るが、天然ガス中の不純物の量および型は変化し得る。かなりのパーセンテージの不純物を含むメタン供給流の使用は、白金触媒上の炭素の蓄積を誘導することができる。低いパーセンテージの高級炭化水素でさえ、例えば、約９６体積／体積％のメタンとの混合は、いくつかの炭素蓄積を誘導することができ、ＨＣＮの収量を低減し、継続されれば触媒構造の物理的な崩壊を誘導する。純粋メタン供給流を用いて少量の炭素蓄積が発生するが、かかる炭素蓄積は比較的緩慢であり、収量および変換はわずかに適度に軽減し、触媒が数ヵ月間持続することができる。例えば、メタン供給流は、約２％を超えるアルカン、および／または約２％以下の二酸化炭素、および／または２％以下の硫化水素、および／または約３％以下の窒素、および／または約２％以下の二酸化炭素を含有するべきではない。不純物は、利用可能な手順によってメタン供給原料から除去され得る。メタン中の不純物の低減は、水素回収を複雑化する副生成物の形成および不純物を低減できる。
【００２８】
実質的純メタンは、概して利用可能であり、酸素富化または酸素アンドルソフにおいて使用され得る。かかる実質的純メタンは、９５％のメタン、または９８％のメタン、または９９％のメタンであり得る。実質的純メタンは、１００ｐｐｍ未満の不純物、または１０ｐｐｍ未満の不純物、またはさらに１ｐｐｍもしくはそれより少ない不純物を有することができる。
【００２９】
アンモニア供給原料は、多少の湿度および／または微量の空気もしくは酸素を含有することができる。かかる微量は、全ガス組成物の最高２体積％以下を含む。しかし、酸素および／または水の著しいパーセンテージが、反応器または除湿器の部分に対して腐食性になり得る水酸化アンモニウムの形成などの問題を引き起こし得る。よって、高レベルの酸素が供給原料中に存在する場合、アンモニア供給原料は、酸素の全含有量を１体積％以下に低減するために処理され得る。水の場合、アンモニア供給流は、最高５体積％の蒸気を、または最高２体積％のアンモニアと混合された蒸気を含有することができる。アンモニア供給流はまた、９０％のアンモニア、または９５％のアンモニア、または９９％のアンモニア、または１００％のアンモニアでもあり得る。
【００３０】
アンドルソフ法（例えば、Ｕｌｌｍａｎｎ’ｓ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｖｏｌｕｍｅ  ８，ＶＣＨ  Ｖｅｒｌａｇｓｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ，Ｗｅｉｎｈｅｉｍ，１９８７，ｐｐ．１６１〜１６２を参照されたい）によるシアン化水素の合成は、白金または白金合金、あるいは他の金属を含む触媒を介して、蒸気相において実行され得る。アンドルソフプロセスを実行するために好適な触媒は、米国特許第１，９３４，８３８号として、および各国で公開された最初のアンドルソフ特許において発見され、記載されている。アンドルソフの最初の研究において、彼は、触媒が約１０００℃の作業温度で不溶解性（固体）である酸化触媒から選択され得ることを開示した。例えば、アンドルソフは、純粋の形態または合金のどちらにおいても触媒的な活性金属として白金、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、金、または銀を含むことができる触媒を記載する。彼はまた、希土類金属、トリウム、ウラン、およびその他などの特定の卑金属もまた、不溶解性な酸化物またはリン酸塩の形態などで使用され得ること、および触媒がネット（網）状に形成されるか、またはシリカまたはアルミナなどの熱抵抗性固体支持体上に堆積されるかのいずれかであり得ることに言及した。
【００３１】
後続の開発研究において、白金含有触媒は、それらの効率のために、ならびにガーゼまたはネットの形態であっても金属が熱抵抗性であることのために、選択されている。例えば、白金ロジウム合金は、織られたまたは編まれたガーゼシートなどの金属ガーゼ、あるいは網の形態であり得る触媒として使用され得るか、あるいは支持体構造上に配設され得る。一例において、織られたまたは編まれたガーゼシートは、２０〜８０メッシュのサイズを有する、例えば、約０．１８ｍｍ〜約０．８５ｍｍのサイズを有する開口部を有する、メッシュ様構造を形成し得る。触媒は、８５／１５Ｐｔ／Ｒｈ、９０／１０、または９５／５Ｐｔ／Ｒｈなどの、約８５重量％〜約９５重量％のＰｔ、および約５重量％〜約１５重量％のＲｈを含むことができる。白金ロジウム触媒はまた、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、および他の金属などの少量の金属不純物を含むことができる。不純物金属は、約１０ｐｐｍ以下などの微量で存在することができる。
【００３２】
アンドルソフ法の詳細については、ドイツ特許第５４９０５５号に記載されている。一例において、直列で配設された１０％のロジウムを有する、Ｐｔの複数の細かいメッシュガーゼを含む触媒が、約８００℃〜約２５００℃、１０００〜１５００℃、または約９８０〜１０５０℃の温度で使用される。例えば、触媒は、Ｊｏｈｎｓｏｎ  Ｍａｔｔｈｅｙ  Ｐｌｃ，Ｌｏｎｄｏｎ，ＵＫから入手可能なＰｔ−Ｒｈ触媒ガーゼ、またはＨｅｒａｅｕｓ  Ｐｒｅｃｉｏｕｓ  Ｍｅｔａｌｓ  ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．，Ｈａｎａｕ，Ｇｅｒｍａｎｙから入手可能なＰｔ−Ｒｈ触媒ガーゼなどの商業的に入手可能な触媒であり得る。
【００３３】
アンドルソフ反応器から現れる生成物流は、シアン化水素に加えて未反応のアンモニア、未反応のメタン、二酸化炭素、一酸化炭素、水、窒素、水素、および種々の有機ニトリルなどのいくつかの化合物を含有する。
【００３４】
シアン化水素を精製するために、生成物流中のアンモニアは典型的に、まず除去され、シアン化水素の分離へと続く。残りの廃ガス流は、本明細書に記載される方法、装置、およびシステムを使用して分離され得る水素を含有する。
【００３５】
アンモニアの除去／再生利用
アンドルソフ反応器からの流出ガスは、本明細書において生成物流と称される。かかる生成物流は、他の化合物ならびに、水素、未反応のメタン、二酸化炭素、一酸化炭素、水、窒素、種々の有機ニトリルなどの、ガスおよび他の化合物の中でもＨＣＮおよびアンモニアを含有する。アンドルソフ反応に戻され再生利用され得るアンモニアを除去するために、生成物流は、アンモニア吸収体ユニット内に供給され得る。かかるアンモニア吸収体ユニットは、アンモニアを吸収する溶液、例えば、リン酸アンモニウム溶液、リン酸溶液、または硫酸溶液を含有することができる。
【００３６】
使用され得るリン酸アンモニウム溶液のうちの１つの例として、以下の式を有する化合物が挙げられ、
（ＮＨ4）nＨ3-nＰＯ4
式中、ｎが約０〜３の数である。ＮＨ3のＨ3ＰＯ4に対する分子比は、生成物流（例えば、水）中の温度および他の成分の濃縮とともに、アンモニアを吸収するための溶液の能力に影響を与えることができる。通常、ｎが１．５未満の溶液は、アンモニアを低減し、より多くのアンモニア量を有する、ｎが１．５より大きい溶液よりもより多くのアンモニアを吸収できる。アンモニア吸収体を放置するガス流は、半精製生成物流と称され、水素源となり得る。
【００３７】
アンモニアの吸収にあたり、アンモニア富化リン酸アンモニウム溶液が形成される。かかるアンモニア富化リン酸アンモニウム溶液は、例えば、アンモニウムイオンのリン酸イオンに対する比率を１．５より高く有することができる。アンモニア富化リン酸アンモニウム溶液は、アンモニアストリッパーユニットに供給され得る。アンモニアストリッパーユニットは、複数のトレーを備えてなる蒸留塔となり得る。熱が、富化リン酸アンモニウム溶液からアンモニアの脱離を強いるために蒸留塔の再沸器区分を通して供給され得る。富化リン酸アンモニウム溶液は、本プロセスによって薄リン酸アンモニウム溶液に変換されることが可能である。
【００３８】
アンモニア流および水蒸気は、アンモニアストリッパーユニットの最上部を離れることができる。アンモニアは、アンドルソフ反応において、再生利用されることまたは再利用され得る。薄リン酸アンモニウム溶液流は、アンモニアストリッパーユニット外で流動することができる、または冷却された薄リン酸アンモニウム溶液流を生成するための冷却ユニットに注ぎ込まれることができる。
【００３９】
除去後、典型的には、少量のアンモニアだけがＨＣＮを含有する半精製生成物流中に残る。例えば、約５体積／体積％未満、または約４体積／体積％未満、または約３体積／体積％未満、または約２体積／体積％未満、または約１体積／体積％未満、または約０．５体積／体積％未満、または約０．１体積／体積％未満の残留アンモニアが典型的に、ＨＣＮを含有する半精製生成物流中に残る。いくつかの場合において、半精製生成物中のアンモニアは、ネスラー溶液（アンモニアが存在するとき、黄色）の使用、または塩酸もしくは硫酸への吸収などの典型的な手順では検出され得ない。
【００４０】
ＨＣＮの回収
ＨＣＮは、種々の手順によって半精製生成物流（例えば、アンモニアの除去後）から回収され得る。例えば、アンモニアの除去後、半精製生成物流は、冷却水がＨＣＮを同調させるために添加されるＨＣＮ吸収体ユニットを通して送られることができる。次に、ＨＣＮと水との混合物は、過剰な廃棄物が液体から除去されるシアン化ストリッパーに送られることができる。加えて、ＨＣＮと水との混合物はまた、生成物がタンクに保管される、または他の化合物の合成のために直接的に使用される前に、ＨＣＮを濃縮するための精留塔を通して送られてもよい。
【００４１】
水素は、ＨＣＮの除去後、残る廃ガス流から回収される。ＨＣＮの除去は、通常、実質的に、貴重なＨＣＮが廃棄流に失われないだけでなく、健康および環境への配慮のためにも完了される。
【００４２】
水素の回収
アンドルソフ生成物流からのアンモニアおよびシアン化水素の除去後、廃ガス生成物流は、水素、未反応のメタン、二酸化炭素、一酸化炭素、水、窒素、種々の有機ニトリル、および微量のＨＣＮを含む種々のガスを含有したままである。廃ガス生成物流中のこれらのガス量は、アンドルソフ反応条件に応じて変化することができる。廃ガス生成物流の組成物に影響を与え得る変化するものとして、アンドルソフ反応における酸素量、メタンのアンモニアに対する比率、反応器の温度、触媒の効果、アンドルソフ反応器へのおよび反応器を通る流量などが挙げられる。
【００４３】
例えば、純酸素がアンドルソフプロセスにおいて反応物として使用され、反応条件が概して、最適化されるとき、最高約７５％（体積／体積）の水素が廃棄生成物流中に存在することができるが、空気がアンドルソフ反応のために酸素源として用いられるとき、わずか約１．５％（体積／体積）の水素が、廃棄生成物流中に存在し得る。したがって、アンドルソフ反応器への酸素ガス含有供給流は、他のガスに比例して幅広いパーセンテージの酸素を含有することができ、廃ガス流中にかなりの水素をさらに提供することができる。
【００４４】
したがって、水素は、酸素含有供給流として１００％の酸素を使用するアンドルソフプロセスからだけではなく、酸素含有供給流として１００％未満の酸素を用いるアンドルソフ反応からも有利に取得され得る。例えば、水素は、酸素と他のガス（例えば、窒素またはアルゴン）との混合物を用いるアンドルソフ反応から、または酸素富化空気を用いるアンドルソフ反応から取得され得る。酸素が、他のガスと混合されるとき、これら他のガスは概して、わずかに低レベルの炭素含有化合物（メタン以外）を含む。アルカンおよび炭化水素などの炭素含有化合物は、相当量が存在する場合、アンドルソフ反応器設備内および触媒中に炭素蓄積を誘導することができる。したがって、炭素含有化合物は、酸素含有供給流中で回避される。
【００４５】
アンドルソフプロセスが空気よりも多少高いレベルの酸素を含有する酸素含有供給流を用いるために適応されるとき、本明細書に記載される方法、装置、およびシステムが、特に有用であり得る。例えば、かかる酸素含有供給流は、少なくとも約２５％の酸素、少なくとも約３０％の酸素、少なくとも約４０％の酸素、少なくとも約５０％の酸素、少なくとも約６０％の酸素、少なくとも約７０％の酸素、少なくとも約８０％の酸素、少なくとも約９０％の酸素、少なくとも約９５％の酸素、少なくとも約９８％の酸素、少なくとも９９％の酸素、少なくとも９９．９％の酸素、または少なくとも９９．９９％の酸素を含有することができる。実質的に純酸素はまた、酸素含有供給流としても用いられることができる。
【００４６】
アンドルソフプロセスの効率性は、アンモニアおよびメタン供給流の純度、触媒床の効果および／または熟成度、アンドルソフ反応の温度、反応器の形状および混合特性、反応物供給流の最適バランスの調整および維持において用いられる管理、ならびにそれらの組み合わせなどの要素に応じて変化し得る。よって、酸素含有供給流中にどの程度の割合の酸素量が、水素回収を経済的に魅力的にするために十分であるかを査定するために、ある方法を使用することができる。この方法には、一連の別々のアンドルソフプロセス（例えば、平行または連続実行）中に、酸素含有供給流中の酸素の体積パーセントを約３５％〜約１００％に変えること、および各アンドルソフプロセスから廃ガス流中の水素パーセントを決定すること、および廃ガス流中に約４０％の水素を産出する酸素の体積パーセント（Ｘパーセントの酸素溶量）を特定することが含まれる。かかるＸパーセントの酸素溶量は、水素回収を経済的に魅力的にするために十分な、酸素含有供給流中の酸素の割合である。
【００４７】
アンモニアおよびＨＣＮの除去後に残る廃ガス流は、未反応のアンモニア、未反応のメタン、二酸化炭素、水、一酸化炭素、水、窒素、水素、および有機ニトリルなどの種々の化合物を含有することができる。廃ガス流は、空気中に存在するよりもより少ない量の窒素を有利に含有することができる。例えば、廃ガス流は、約６０％未満の窒素、約５０％未満の窒素、約４０％未満の窒素、約３０％未満の窒素、約２０％未満、または約１０％未満を含有することができる。
【００４８】
アンモニアおよびＨＣＮの除去後に残る廃ガス流は、所望の純度の回収水素を生成するために種々の方法で処理され得る。例えば、成分は、圧力スイング吸着（吸着）、選択性の膜、アミンスクラビング（吸収）、低温精製、水ガスシフト反応、またはこれらの組み合わせを含む方法によって廃ガス流から除去され得る。廃ガス流中の水含有量は、除湿ユニット、例えば凝縮器を通じた廃ガス流の通過によって低減され得る。水は、他の精製段階中または後に除去されることができる。しかし、いくつかの種類の吸着、吸収および膜含有ユニットを経て、廃ガス流の通過前に水を除去する方がより効率的であるかもしれない。
【００４９】
圧力スイング吸着（ＰＳＡ）には、吸着剤材料用に、ガス種の分子特質および類似性に従って圧力下のガスの混合物から選択されるガス種を分離することが含まれる。圧力スイング吸着は、周辺温度付近で動作することができ、よって、ガス分離の低温蒸留技法とは異なる。吸着性の材料（例えば、ゼオライト）は、圧力スイング吸着の間、分子ふるいとして使用され得、吸着材料に応じて、不純物または目的のガス種が通常高圧下で吸収される。このプロセスは、次に、低圧力に変化し、吸着剤材料から不純物または目的のガス種を脱着することができる。よって、圧力スイング吸着は、より吸着性が強力な成分およびあまり吸着性が強力ではない成分を含む供給ガスを、あまり吸着性が強力ではない成分中で富化される非吸着流およびより吸着性が強力な成分中で富化される吸着流に、分離するために使用され得る。
【００５０】
ＰＳＡ吸着性材料は、膜、粒子、結晶、ペレット、ビーズ、ナノチューブ、ファイバー、メッシュ、ディスク、基質、混合基質膜、およびこれらを組み合わせた形態であり得る。かかる材料は、圧力スイング吸着ユニット内部の１つ以上のカラム、床、チューブ、または他の容器に配置され得る。
【００５１】
ＰＳＡ吸着性材料は、活性炭、黒鉛、シリカ、アルミナ、ゼオライト、金属（例えば、白金またはパラジウム）、およびそれらの組み合わせを含むことができる。親水性および極性化合物（酸素含有化合物など）は、例えば、シリカゲルおよびゼオライトを吸着できる。疎水性の化合物（アルカンおよび他の炭素富化化合物など）は、例えば、活性炭および黒鉛を吸着することができる。ポリマー性化合物は、例えば、かかる官能基に結合することができるポリマーを吸着するために適応される極性または無極性官能基を有する多孔質ポリマー基質によって吸着され得る。
【００５２】
シリカは、廃ガス流からの重極性炭化水素の乾燥（水の除去）および吸着のために使用され得る。シリカは、化学的に不活性、無毒、極性であり、位置関係的に安定性のある（＜４００℃または７５０°Ｆ）ＳｉＯ2の非晶形である。シリカはケイ酸ナトリウムと酢酸との反応によって調製され得、熟成、保存、洗浄、および乾燥などの一連の後処理プロセスが続く。吸着性材料として使用されるシリカは、様々な細孔サイズ分布を有することができ、細孔サイズは、選択されるサイズの分子の排除または含有を補助するために適応され得る。
【００５３】
ゼオライトはまた、廃ガス流の乾燥（水の除去）のために、および二酸化炭素および一酸化炭素の除去のためにも使用される。ゼオライトは、ケイ酸ナトリウムとアルミナ三水和物と水酸化ナトリウムとを混合することによって生成され得、混合物をゲル化および／または結晶化させることを可能にする。結晶の洗浄後、それらは、カルシウム、カリウム、またはいくつかの金属イオンなどの他のカチオンによってナトリウムを置換えるために陽イオン性の交換を受けることができる。かかる合成ゼオライトの組成物は、カチオンの種類が選択され得るように制御され得る。かかるゼオライトは、シリカよりも少ないアルミニウムを有してもよく、実質的に鉄ではない。ゼオライトはまた、カドミウムをも有しない。無極性（ケイ酸含有の）ゼオライトは、アルミニウム不含シリカ源から、またはアルミニウム含有ゼオライトの脱アルミニウムによって合成され得る。脱アルミニウムは、通常５００℃（９３０°Ｆ）を超える上昇温度で蒸気を用いてゼオライトを処理することによって実行され得る。この高温熱処理は、アルミニウム原子がゼオライトの枠組みから排出されるようにアルミニウムと酸素の結合を破壊することができる。ゼオライトはまた、様々な細孔サイズ分布も有することができ、細孔サイズは、選択されるサイズの分子の排除または含有を補助するために適応され得る。
【００５４】
活性炭は、有機物質および無極性吸着物の吸着のために使用される。活性炭は、その化学的（例えば、表面基）および物理的な特性のほとんど（例えば、細孔サイズ分布および表面積）が必要に応じて調整され得るため、最も幅広く使用される吸着剤のうちの１つである。その有用性はまた、その大きな微細孔（および時に中間細孔）体積および得られる高表面積からも派生する。
【００５５】
圧力スイング吸着プロセスの一例において、水素ガスは最低度の吸着成分であり、他の全ての不純物は水素から除去される。二酸化炭素および水などの極性または分極性化合物は、メタンおよび窒素などの無極性化合物よりも除去することが容易であることが多い。しかし、圧力スイング吸着ユニットが、最適に動作していない場合、一酸化炭素および窒素が典型的に、次に最低度の吸着度を有するため、一酸化炭素および窒素ガスは典型的に、精製水素流中で見られる第１の不純物である。
【００５６】
例えば、水および他の容易に凝縮される成分の除去後、水素は、所望されない成分を除去するために１つ以上の圧力スイング吸着ユニットへの通過によって廃ガス流から回収され得る。望ましくない成分は、少なくとも約１２バール（絶対）圧力、または少なくとも約１３バール圧力、または少なくとも約１４バール圧力、または少なくとも約１５バール圧力の範囲の圧力下で吸着され得る。例えば、所望されない成分は、約１２バール〜約４０バールまたは約１５バール〜約２０バール絶対圧力で圧力スイング吸着材料に吸着され得る。圧力スイング吸着ユニット（複数可）への通過後、水素は、少なくとも９０％純粋、または少なくとも９５％、または少なくとも９９％、または少なくとも９９．９％純粋であり得る。所望されない成分は、圧力スイング吸着ユニット（複数可）から放出され得、よって、これらのユニットは、再利用され得る。所望されない成分の脱離は、圧力を、約１バール絶対圧力〜約１０バール絶対圧力に低減することによってもたらされ得る。
【００５７】
水素回収用の有用な吸着性材料として、酸化カルシウム（ＣａＯ）、アルカリアルミナシリケート、およびそれらの混合物を含有するゼオライトが挙げられる。アルミニウムの含有量は、シリカの含有量未満であり得る。ゼオライトが、白金および／またはパラジウムなどのいくつかの金属を有することができる一方、ゼオライトは典型的に、わずか少量の鉄を有する、または実質的に鉄もカドミウムも有しない。例えば、ゼオライトは、１．０重量％未満の鉄、または０．７重量％未満の鉄、または０．５％未満の鉄、または０．３重量％未満の鉄、または０．１％未満の鉄を含有することができる。かかるゼオライトは、直径約３オングストローム〜約７オングストローム、または約４オングストローム〜５オングストロームの細孔などの、種々の細孔サイズを含むことができる。これらのゼオライトは、水、二酸化炭素、硫黄含有汚染物質、およびガス流からの他の成分を除去することができる。
【００５８】
本明細書に記載される方法およびシステムにおいて使用されるために適応されることが可能な圧力スイング吸着剤システムの実施例は、ＵＯＰ（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）によって提供されるものを含む。例えば、圧力スイング吸着剤として、ＵＯＰから入手可能なものなどのゼオライト材料を挙げることができる。例えば、少なくとも２つの異なる材料が、廃ガス流中の異なる成分を除去するために用いられ得る。吸着剤材料のうちの少なくとも１種類が、残留ＨＣＮ、メタン、および有機ニトリルなどの有機成分を除去するために用いられ得る。吸着剤材料のうちの少なくとも１つの他の種類が、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素などの他の成分を除去するために使用され得る。かかる材料は、Ｐｏｌｙｂｅｄ  ＰＳＡシステム（ウェブサイトｕｏｐ．ｃｏｍ／ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ−ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ／ｒｅｆｉｎｉｎｇ／ｈｙｄｒｏｇｅｎ−ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ／参照）において使用され得る。ＵＯＰ  Ｐｏｌｙｂｅｄ  ＰＳＡシステムは、蒸気を含有する水素中の不純物が、高圧力で吸着され、次に低圧力で捨てられるサイクル式プロセスである。
【００５９】
ガス混合物はまた、選択性の膜への拡散によっても分別され得る。ガスは、濃縮され、圧力をかけられ、または圧力勾配を受けることができる。分別は、膜材料中の混合物成分の移送および熱力学的分割または平衡特性の違いを介して発生できる。例えば、膜の細孔サイズの分布は、分別が分子排除または分子ふるいによってもたらされるように、廃ガス流中の成分分子の直径を考慮することで適応され得る。細孔直径が廃ガス流中の成分分子の平均自由行路に近い、よりさらに大きな細孔サイズにおいてクヌーセン拡散が発生することができ、分別が細孔壁との分子衝突によってもたらされ得る。例えば、Ｋｎｕｄｓｅｎ，Ａｎｎ  Ｐｈｙｓ  ２８：７５（１９０８）、Ｇｉｌｒｏｎ＆Ｓｏｆｆｅｒ，Ｊ．Ｍｅｍｂｒ  Ｓｃｉ  ２０９（２）：３３９−３５２（２００２）、Ｚａｌｃ  ｅｔ  ａｌ．，Ｃｈｅｍ  Ｅｎｇ  Ｓｃｉ  ５９（１４）：２９４７−６０（２００４）を参照。
【００６０】
多孔性材料中の細孔の少なくとも一部が、分別されるべき基本的な混合物成分の分子直径よりも大きいが、かなりのクヌーセン拡散を発生させるのに十分に大きくないとき、濃密相拡散が発生できる。混合物中の特定の成分が、ケルビンまたは毛管凝縮に因って細孔内で凝縮できるような圧力、温度、およびガス組成物であるとき、これらの成分が毛管圧力勾配下で液体として細孔を通って凝縮および拡散することができ、よってガス混合物の分別をもたらす。いくつかの多孔性の半透過膜において、多孔性の吸着性材料は、廃ガス流中の主成分のうちの少なくとも１つのかなりの部分を選択的に吸着し、吸着成分は、膜にわたって圧力勾配によって引き起こされる吸着相の濃縮勾配に因り、細孔への表面流動によって吸着相中で拡散し、よって、拡散生成物は主成分のうちの少なくとも１つの中で富化される。細孔中の吸着主成分の存在は、非拡散または非吸収の部分が第２の成分中で富化されるように、やや強力な吸着または非吸着の第２の成分の拡散を妨げる。この分別の主な仕組みは、その吸着相の表面流動である。かかる膜は、ケルビンまたは毛管凝縮が目的のガス混合物のために起こることができる温度より高く、圧力より低い状態で、動作され得る。かかる膜はしたがって、非凝縮性ガス混合物の分別に適用される。
【００６１】
表１は、廃ガス流中に存在する様々な分子の分子直径を列挙する。かかる分子直径は、動力学的直径、σとして本明細書で定義され、Ｄ．Ｗ．Ｂｒｅｃｋ，Ｚｅｏｌｉｔｅ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｉｅｖｅｓ，ｐａｇｅｓ  ６３３−６４５，ａｎｄ  Ｔａｂｌｅ  ８．１４  ａｔ  ｐａｇｅ  ６３６，Ｋｒｕｇｅｒ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏ．（１９８４）、によってさらに詳細に記載され、内容全体が参照することにより本明細書に組み込まれる。
【表１】
2016506356.tif 000003
【００６２】
膜は、廃ガス流から異なるサイズの成分を濾過、吸着、または除去するために使用され得る。例えば、水蒸気を吸収するために使用され得る１種類の分子ふるいは、４Ａ分子ふるいであり、４オングストロームの細孔サイズを有する。４オングストロームを超える分子はいずれも吸着され得ない。４Ａ分子ふるいによる吸着は、４Ａ分子ふるいが少ないエネルギーを使用し、ガス供給流において有害効果がほとんどないため、概して、いくつかの他の種類の分子ふるいまたは吸着剤よりもより良好であり、より一般的に使用される。４Ａ分子ふるいは、Ｄｅｌｔａ  Ａｄｓｏｒｂｅｎｔｓ（例えば、ウェブサイトｄｅｌｔａａｄｓｏｒｂｅｎｔｓ．ｃｏｍを参照）またはＴｅｘａｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．（例えば、ウェブサイトｔｅｘａｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．ｃｏｍを参照）などの種々の供給者から取得され得る。
【００６３】
所望されない成分が廃ガス流から除去され得る他の方法は、アミンスクラビングである。アミンスクラビングは、硫化水素（Ｈ2Ｓ）および二酸化炭素（ＣＯ2）を除去するために、様々なアルキルアミンの水溶液への廃ガス流の通過を必要とする。使用され得るアルキルアミンとして、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジイソプロピルアミン、アミュノエトキシタノール、およびそれらの混合物を挙げることができる。アルキルアミンの濃度は、約５％〜約７５％で変化し得る。しかし、異なるアルキルアミンの異なる濃度は、異なる廃棄物成分の除去のために有効であり得る。アンドルソフ反応が、相当量の二酸化炭素および一酸化炭素を生成する一方、硫化水素は相当量では存在しないであろう。よって、二酸化炭素および一酸化炭素の除去のために、モノエタノールアミンが、約２５％〜約４５％、または約３０％〜約３５％、または約３２％の濃度で用いられることができる。ジエタノールアミンが使用されるとき、約１０％〜約３０％、または約２０％〜約２５％の濃度が、二酸化炭素および一酸化炭素の除去のために使用され得る。メチルジエタノールアミンが用いられるとき、約２５％〜約６０％、または約３０〜約５５％の濃度が、二酸化炭素および一酸化炭素の除去のために使用され得る。ジグリコールアミンが使用されるとき、約４０％〜約６０％、または約４５％〜約５５％、または約５０％の濃度が二酸化炭素および一酸化炭素の除去のために用いられることができる。
【００６４】
廃ガス流は、アミンスクラバー溶液を含有するカラムまたはタンクを通過でき、カラムまたはタンクが約３０℃〜約６０℃、または約３５℃〜約５０℃の温度に熱せられ得る。
【００６５】
水素回収のために、低温精製は典型的に、圧力の添加および廃ガス流の冷却によって水素から所望されないガス成分を凝縮または吸着することを必要とする。活性炭などの吸着剤は、廃棄物の除去を容易にするために使用され得る。一連のカラムまたは吸着ユニットは、低レベルの汚染物質を含む水素生成物を取得するために使用され得る。
【００６６】
廃ガス流から一酸化炭素を除去するために、水ガスシフト反応が用いられることができる。触媒とともに熱せられるとき、水と一酸化炭素とが、二酸化炭素および水素を発生させるための水シフト反応の間結合する。
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2
反応は、いくらか温度に敏感であり、高温度ステップおよび低温度ステップの２つのステップを必要とし得る。より高温度ステップは、酸化クロムによって促進される酸化鉄を含む触媒を使用して約３２５℃〜約３７５℃（例えば、約３５０℃）で実行され得、一方、より低温度ステップは、酸化亜鉛および酸化アルミニウムの混合される支持体上の銅を含む触媒を使用して約１８０℃〜約２２℃、または約１９０℃〜約２１０℃で実行され得る。
【００６７】
ステップの組み合わせが、水素回収を容易にするために用いられることができる。例えば、廃ガス流は、まず圧縮され得、中間段の冷却器で凝縮する任意の液体が除去され得、圧縮された廃ガス流が濾過され得、次に残りのガスが圧力スイング吸着ユニット（複数可）に供給され得る。水ガスシフト反応は、水素収量を増加させるために用いられることができる。圧力スイングを用いることに加えて、圧力スイング吸着ユニットが、高圧力相の間の吸着を容易にするため、および非吸着水素から所望されない成分をさらに最適に隔絶するために冷却され得る。一連の圧力スイング吸着ユニットは、吸着材料を冷却するための冷却要素を用いてまたは用いられることなく、使用され得る。
【００６８】
回収される水素が１００％純粋である必要はないが、水素からの少なくとも大半の二酸化炭素、一酸化炭素、およびニトリルの除去は、回収される水素が、例えば、水素化反応のために使用されるとき、副生成物および汚染物質を避けるために望ましい。例えば、本明細書に記載されるプロセスおよび装置は、廃ガス流から回収される水素生成物を生成することができ、回収される水素が、少なくとも約８０％の水素、または少なくとも約８５％の水素、または少なくとも約９０％の水素、または少なくとも約９１％純粋、または少なくとも約９２％純粋、または少なくとも約９３％純粋、または少なくとも約９４％純粋、または少なくとも約９５％純粋、または少なくとも約９６％純粋、または少なくとも約９７％純粋、または少なくとも約９８％純粋、または少なくとも約９９％純粋な水素であり得る。いくらかの微量のメタンまたは窒素は、水素生成物中で受け入れられ得る。
【００６９】
回収される水素は、水素化反応において使用され得る（例えば、飽和アルケン、アルキン、または炭化水素の飽和結合を用いた水素化のため）。代替法として、回収される水素は、熱またはエネルギー生成のために使用され得る。例えば、回収される水素は、熱として有用である蒸気を発生させるために煮沸器内で燃焼され得る。回収される水素はまた、例えば、蒸気および電気を発生させる熱併給発電システム内で電気を発生させるために使用されることもできる。
【００７０】
水素回収システム
本明細書に記載される方法は、アンドルソフ反応およびＨＣＮ回収結列に動作可能に連結される水素回収システムにおいて実行される。アンドルソフ反応は、図１で例示されるように、およびより詳細が上述されたように、アンモニアおよび廃棄物とともにＨＣＮを含有する生成物流１５を産出するためのアンドルソフ反応器１０内で実行され得る。生成物流１５中のアンモニアは、ＨＣＮおよび廃棄物を含有する半精製生成物流２５を発生させるためのアンモニアストリッパーユニット２０内で除去され得る。ＨＣＮは、ＨＣＮ生成物および廃ガス流３５を産出するためのＨＣＮ吸収体ユニット３０内での処理によって、半精製生成物流２５から回収され得る。水素は、水素回収システム４０内で廃ガス流３５から回収され得る。廃ガス流３５は、廃ガス流３５に入る前に、凝縮器（非例示）などの湿度除去ユニットを通って移動することができる。
【００７１】
水素回収システム４０は、本明細書に記載されるいずれの成分および材料をも含むことができる。例えば、図２で例示されるように、廃ガス流３５は、１つ以上の第１のユニット５０、１つ以上の第２のユニット６０、１つ以上の第３のユニット７０、および／または１つ以上の第４のユニット８０を含むことができる水素回収システム４０に入ることができ、変化するものｎ、ｘ、ｙ、およびｚが、それぞれ別々に値０〜８を有する整数である。よって、０〜８の第１のユニット５０、０〜８の第２のユニット６０、０〜８の第３のユニット７０、および／または０〜８の第４のユニット８０が存在し得る。
【００７２】
ユニット５０、６０、７０、および８０は、類似の機能を実行することができ、それらの内部に類似の材料を有することができる。例えば、ユニット５０、６０、７０、および８０の各々が、炭素吸着材料を含む区分、ならびに酸素（Ｏ2）、窒素（Ｎ2）、および／またはアルゴンなどのガス成分を吸収することができるゼオライトを含む別々の区分を有することができる。例えば、炭素吸着材料を含む区分は、ユニット５０、６０、７０、および８０の底辺にあり得るが、ゼオライトを含む区分は、ユニット５０、６０、７０、および８０の最上部にあり得る。
【００７３】
また図２に例示されるように、水素回収システムは、１つ以上のバルブおよび１つ以上の分析器を含むことができる。例えば、水素回収システムは、ユニット５０、６０、７０、および８０のうちの１つ以上へ廃ガス流が入ることを制御することができるバルブ５７、６７、７７、および８７を含むことができる。廃ガス流は、ユニット５０、６０、７０、および８０のうちの１つ以上を通過することができ、ならびにそれぞれのユニット５０、６０、７０、および８０から流出液の組成物を検出することができる１つ以上の分析器５５、６５、７５、および８５を通って出ることができる。ユニット５０、６０、７０、および８０は、平行にまたは連続して使用され得る。例えば、バルブ５７は、不純物が廃棄流から除去される第１のユニット５０に廃ガス流が流動することを可能にすることができる。バルブ５７は、廃ガス流が水素回収を経済的に価値のあるものにするのに十分な水素を有するとき、第１のユニット５０に廃ガス流が流動することを可能にするのみであるそれに動作可能に連結される分析器を有することができる。廃ガス流が第１のユニット５０に流動するとき、廃棄物が、第１のユニット５０内の材料によって吸着され、水素が、第１のユニット５０の最上部から分析器５５を通過する。分析器５５は、第１のユニット５０から現れる水素の組成物を分析する。第１のユニット５０から現れる水素の組成物が、設定値より上もしくは等しい、または第１のユニット５０から現れる水素の組成物が、設定値未満の不純物を含有するとき、廃ガス流は第１のユニット５０に流動し続けることができる。しかし、第１のユニット５０から現れる水素の純度が、設定値を下回るとき、または第１のユニット５０から現れる水素の組成物が、設定値を超える不純物を含有するとき、分析器５５が、第１のユニット５０への流動を制止するために値５７の信号を送る。分析器５５はまた、第２のユニット６０への廃棄流の流動を可能にするために値６７の信号を送ることができるが、また、分析器５５に動作可能に関連するユニット切換弁の閉鎖の信号をも発することができる。
【００７４】
分析器５５に動作可能に関連するユニット切換弁の閉鎖は、廃ガス流が第１のユニット５０を迂回すること、およびバルブ６７を通って第２のユニット６０へ流動することを引き起こす。廃棄物は、廃棄流が第２のユニット６０を通過するとき、除去される。水素は、第２のユニット６０の最上部、および分析器５５に類似の機能を有する分析器６５を通過する。分析器５５について上述されたように、分析器６５は、分析器６５を通る水素流動が少なくとも設定値と同じくらい純粋、または不純物のレベルが設定値を超えない限り、廃ガスが第２のユニット６０に流動することを可能にし続ける。分析器６５を通る水素の流動が、もはや設定値と同じくらいの純粋さではなくなったとき、または不純物のレベルが、設定値と同じまたは超えるとき、分析器６５は、廃棄流が第２のユニット６０を迂回するようにバルブ６７の閉鎖の信号を送る。分析器６５はまた、第３のユニット７０への廃ガスの流動を可能にするためにバルブ７７にも信号を送ることができ、一方で分析器６５に動作可能に関連するユニット切換弁を閉鎖することができる。分析器７５および８５は、分析器５５および６５と同じ機能を有する。同様に、バルブ７７および８７は、バルブ５７および６７と同じ機能を有する。
【００７５】
廃ガス流はしたがって、水素がこれらの第１のユニット５０からまず回収されるように、１つ以上の第１のユニット５０を通って最初に流動することができる。次に、廃ガス流は、水素がこれらの第２のユニット６０から２番目に回収され、収集されるように、１つ以上の第２のユニット６０を通って流動することができる。水素は、これらの第２のユニット６０から回収および／または収集されるが、第１のユニット５０は吸着される廃棄物をパージされ得、吸着剤材料は水素含有廃ガスからの廃棄物の除去のさらなる使用のために再生成される。例えば、第１のユニット５０は、吸着廃棄物が廃ガス１００として第１のユニットから除去されるように、熱せられ、水素を一掃することができる。廃ガス流は、水素がこれらの第２のユニット６０から２番目に収集されるように、１つ以上の第２のユニット６０を通って流動することができる。第２のユニット６０中の吸着剤材料が、再発生を必要とするとき、廃ガス流は、１つ以上の第３のユニット７０を通り、その後１つ以上の第４のユニット８０に流動することができる。廃ガス１００は、必要に応じて処理される、または焼却するために送らされ得る。
【００７６】
１つ以上の分析器９５は、最終の水素生成物の酸素濃度を監視することができる。ガスを含有する水素の酸素含有量が、第１の酸素含有量設定点よりも高い場合、かかる酸素濃度分析器は、焼却するためのガスを含有する水素を流すために流出液切換弁を取り入れること、または動作可能に連結され得る。例えば、第１の酸素含有量設定点は、約３体積／体積％、または約２体積／体積％、または約１体積／体積％、または約０．５体積／体積％の酸素であり得る。
【００７７】
第２の酸素設定点が検出されるとき、分析器９５は、起動される連動装置のための起動装置を含むか、または動作可能に連結され得る。かかる連動装置は、動作焼却への流動バルブを閉鎖することができる。かかる連動装置はまた、水素含有ガスを容器に切換えるために第１のユニット（複数可）５０、第２のユニット（複数可）６０、および第３のユニット（複数可）７０を停止することもできる。例えば、第２の酸含有量設定点が、約５体積／体積％、または約３体積／体積％、または約２体積／体積％の酸素であり得る。起動装置が適切に起動されていることを確実にするために、２つまたは３つの分析器９５が、ガスを含有する水素が少なくとも第２の酸含有量設定点の酸素濃度を有することを検出するときにのみ、起動装置は稼働され得る。
【００７８】
かかるユニットの材料および機能が、本明細書の例えば上記箇所にさらに記載される。
【００７９】
以下の非限定の実施例は、シアン化水素を生成するためのアンドルソフプロセスからの廃ガス流から水素を回収するためのいくつかの手順を例示する。
【００８０】
実施例１：比較空気および酸素アンドルソフプロセス廃ガス組成物
本実施例は、高く富化される酸素源を使用するアンドルソフプロセスが、酸素源として空気を用いるよりもより高い水素含有量を含む廃棄流を概して生成することを例示する。
【００８１】
内側にセラミック絶縁材の裏張りを有する４インチの内径のステンレス鋼反応器を、パイロット規模試験に使用する。Ｊｏｈｎｓｏｎ  Ｍａｔｔｈｅｙ（ＵＳＡ）からの、４０枚の９０重量％のＰｔ／１０重量％のＲｈ４０のメッシュガーゼを触媒床として装着する。穿孔アルミナタイルを触媒シート支持体のために使用する。全流量を２５３２ＳＣＦＨ（毎時標準立法フィート）に設定する。シアン化水素は、２つの別々のアンドルソフプロセスを介して生成される。１つのプロセスは、３５体積％のメタン、３８体積％のアンモニア、および２７体積％の実質的純酸素を含むガス反応混合物を用いる酸素アンドルソフプロセスである。第２のプロセスは、約１７体積％のメタン、１９体積％のアンモニア、および６４体積％の空気を用いる空気アンドルソフプロセスである。白金含有触媒は、どちらのプロセスのためにも使用される。
【００８２】
アンモニアは、リン酸アンモニウム流への吸収を必要とするプロセスにおいて生成物流の各々から別々に除去される。シアン化水素は、次に酸性水を必要とするプロセスにおいてアンモニア空乏生成物流から除去され、それにより、プロセスの各々のためのシアン化水素生成物および廃ガス流を別々に発生させる。
【００８３】
アンモニアおよびＨＣＮの除去後の、酸素および空気プロセスからの廃ガス流の組成物は、下記表２で示される。
【表２】
2016506356.tif 000004
【００８４】
例示されるように、酸素含有供給流の源として高く富化される酸素を用いるアンドルソフプロセスは、酸素含有供給流の源として空気を用いるアンドルソフプロセスよりも水素をより一層多く発生させる。
【００８５】
実施例２：廃ガス流中の水素含有量
本実施例は、どのように廃ガス流の水素含有量が、異なる量の酸素を含む反応物酸素含有供給流を使用するアンドルソフプロセスにおいて変化するかを例示する。
【００８６】
シアン化水素は、実施例１のために記載のように実行される一連の別々のアンドルソフプロセスを介して生成される。しかし、各プロセスは、異なる反応物酸素含有供給流を使用して実行され、供給流中の酸素の含有量は、表３で示されるように、約２０．９体積／体積％〜約１００体積／体積％の酸素で変化される。
【００８７】
アンモニアは、リン酸アンモニウム流への吸収を必要とするプロセスにおいて生成物流の各々から別々に除去される。シアン化水素は、次に酸性水を必要とするプロセスにおいてアンモニア空乏生成物流から除去され、それにより、プロセスの各々のためのシアン化水素生成物および廃ガス流を別々に発生させる。
【００８８】
アンドルソフプロセスからの廃ガス流の組成物は、下記表３で示されるように、異なる酸素含有量を有する酸素含有供給流に流れる。
【表３】
2016506356.tif 000005
1廃ガス流は、アンモニアおよびＨＣＮの除去後の廃ガス流中の水素の％を指す。
2「価値」は、廃ガス流が天然ガスの添加無しに燃料ガス（例えば、燃焼）として使用される能力が有るかどうかを指す。
【００８９】
実施例３：圧力スイング吸着による水素回収
本実施例は、どのように水素が、圧力スイング吸着装置を使用してアンドルソフ生成物流から回収され得るかを例示することができる。
【００９０】
シアン化水素は、白金触媒の存在下で３５体積％のメタン、３８体積％のアンモニア、および２７体積％の実質的純酸素を含む、ガス反応混合物を使用するアンドルソフプロセスを介して生成される。内側にセラミック絶縁材の裏張りを有する４インチの内径のステンレス鋼反応器を、パイロット規模試験に使用する。Ｊｏｈｎｓｏｎ  Ｍａｔｔｈｅｙ（ＵＳＡ）からの、４０枚の９０重量％のＰｔ／１０重量％のＲｈ４０のメッシュガーゼを触媒床として装着する。穿孔アルミナタイルを触媒シート支持体のために使用する。全流量を２５３２ＳＣＦＨ（毎時標準立法フィート）に設定する。反応器からのガス生成物流は、１６．６体積％のシアン化水素、６．１体積％の未反応のアンモニア、３４．５体積％の水素、６．０体積％のＣＯ、および３３．６体積％のＨ2Ｏを含有する。
【００９１】
アンモニアは、リン酸アンモニウム流への吸収を必要とするプロセスにおいて生成物流から除去される。シアン化水素は、次に酸性水を必要とするプロセスにおいてアンモニア空乏生成物流から除去され、それにより、シアン化水素生成物および廃ガス流を発生させる。
【００９２】
廃ガス流は、湿度含有量を低減するために凝縮によって除湿される。微量の酸などの他の不純物もまた、凝縮によって除湿された廃ガスから除去され得る。除湿された廃棄流は次に、ゼオライトまたは分子ふるい吸着剤を含有する圧力スイング吸着装置内部で圧縮される。装置内の室は、約２０バールまで加圧され、不純物の選択性の吸着を可能にする。
【００９３】
生成された室から除去された水素は、およそ５体積％未満の不純物を有し、主に窒素（Ｎ2）およびメタン（ＣＨ4）である。
【００９４】
室は、吸着不純物を除去するために水素回収後に減圧される。
【００９５】
本明細書において参照されるまたは言及される全特許および刊行物は、本発明が属する当業者のレベルの指標であり、このような各参照される特許または刊行物は、あたかも全体が参照することにより個別に組み込まれ、または全体が本明細書に記載されていたかのように、結果として参照することにより具体的に組み込まれる。申請者が、任意のかかる記述される特許または刊行物からのいずれのおよび全ての材料および情報をも本明細書に物理的に組み込む権利を保持する。
【００９６】
本明細書に記載される具体的な方法、装置、および組成物は、好ましい実施形態の典型であり、例示であり、本発明の範囲を限定するものではない。他の目的、態様、および実施形態が、本明細書を考慮するにあたり当業者に想到され、特許請求の範囲によって定義されるように本発明の趣旨の範囲内に包含される。変化する置換および修正が、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、本明細書に開示される本発明に対してなされることが、当業者には容易に理解されよう。
【００９７】
本明細書に例示的に記載される発明は、任意の要素（複数可）または限定（複数可）無しに好適に実践されてもよく、本明細書には必要事項としては具体的に開示されない。本明細書に例示的に記載される方法およびプロセスは、ステップの異なる順序で好適に実践されてもよく、方法およびプロセスは、本明細書または特許請求の範囲に示されるステップの順序に必ずしも限定される必要はない。
【００９８】
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、別途明確に示されない限り、複数参照を含む。よって、例えば、「反応器」または「除湿器」または「供給流」のへの言及は、かかる反応器、除湿器、または供給流（例えば、一連の反応器、除湿器、または供給流）、などの複数形を含む。本文書において、用語「または」は、別途示されない限り、非排他的を言及するために、または「ＡまたはＢ」が、「ＢではなくＡ」、「ＡではなくＢ」、および「ＡおよびＢ」を含むように、使用される。
【００９９】
特許が、本明細書に具体的に開示する具体的な実施例、または実施形態、または方法に限定的に解釈され得る事情はない。特許が、特許商標庁のいずれの審査官、またはいずれの他の事務官、または職員による提示も、具体的におよび無制限でなく、または留保が出願人による応答文書内に明白に採用されない限り、かかる提示によって限定的に解釈され得る事情はない。
【０１００】
用いられている用語および表現は、記載用語および制限のない用語として使用され、示されるおよび記載される特徴、またはそれらの一部の同義語を排除するためにかかる用語および表現を使用する意図は全くないが、様々な修正が、主張されるように本発明の範囲内において可能であるということが認識される。よって、本発明が好ましい実施形態および選択的な特徴によって具体的に開示されているが、本明細書に開示される本明細書の構想の修正および変化は、当業者に委ねられてもよいこと、ならびにかかる修正および変化が、本発明の添付の特許請求の範囲および書面によって定義されるように本発明の範囲内において考慮されることが理解されよう。
【０１０１】
本発明は、本明細書に広く一般的に記載されている。一般的な開示内に属するより狭い種および亜属の分類の各々もまた、本発明の一部を形成する。これは、削除された材料が、本明細書に具体的に記述されるかどうかにかかわらず、属からの任意の主題を除去する条件または消極的な限定を伴う本発明の一般的な記載を含む。加えて、本発明の特徴または態様が、マーカッシュ基に関して記載される場合、当業者は、本発明がそれにより、マーカッシュ基の任意の個々の要素または要素の亜群に関しても記載されることを認識するであろう。
【０１０２】
以下の提示は、本発明の要素または特徴のいくつかを記載する。本出願は仮出願であるため、これらの提示が、非仮出願の準備および出願時に変更になってもよい。かかる変更が発生する場合、かかる変更は、非仮出願に由来する特許請求の範囲に応じて同等の範囲に影響を及ぼすことを意図されない。３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１１（ｂ）によれば、特許請求の範囲は、仮出願のためには必要とされない。結果的に、本発明の提示は３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２に基づく主張と解釈されることはできない。
【０１０３】
提示：以下の提示において、パーセンテージは、別途示されない限り、体積／体積％である。
【０１０４】
１．シアン化水素生成物流から水素を回収する方法であって、
（ａ）生成物流からアンモニアを除去して、半精製生成物流を発生させることと、
（ｂ）半精製生成物流からシアン化水素を除去して、精製生成物および廃ガス流を産出することと、
（ｃ）廃ガス流から成分を除去して、回収される水素を発生させることと、を含み、
廃ガス流が、少なくとも約４０％の水素を含有する方法。
【０１０５】
２．アンドルソフプロセスの廃ガス流から水素を回収する方法であって、
（ａ）メタン、アンモニア、および酸素を含む反応混合物を調整して、反応混合物に、アンモニアの除去後およびシアン化水素の回収後に少なくとも４０％の水素を有する廃ガス流を発生させるのに十分な酸素を提供することと、
（ｂ）廃ガス流から成分を除去して、回収される水素を発生させることと、を含む、方法。
【０１０６】
３．生成物流が、ＨＣＮ、アンモニア、Ｈ2、ＣＯ、Ｎ2、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、ＣＨ4、１つ以上の有機ニトリル、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される種を含む、提示１または２に記載の方法。
【０１０７】
４．廃ガス流が、約１．５％以下のＨＣＮを含む、提示１〜３の何れか一項に記載の方法。
【０１０８】
５．廃ガス流が、少なくとも２０％の水素、または少なくとも３０％の水素、または少なくとも４０％の水素、または少なくとも５０％の水素、または少なくとも６０％の水素、または少なくとも６５％の水素、または少なくとも７０％の水素を含む、提示１に記載の方法。
【０１０９】
６．廃ガス流が、約７０％〜約８０％の水素を含む、提示１〜５の何れか一項に記載の方法。
【０１１０】
７．廃ガス流が、約７３％〜約７８％の水素を含む、提示１〜６の何れか一項に記載の方法。
【０１１１】
８．廃ガス流が、少なくとも５％の一酸化炭素、または少なくとも１０％の一酸化炭素を含む、提示１〜７の何れか一項に記載の方法。
【０１１２】
９．廃ガス流が、約１０％〜約１５％の一酸化炭素を含む、提示１〜８の何れか一項に記載の方法。
【０１１３】
１０．廃ガス流が、少なくとも２％の窒素、または少なくとも３％の窒素を含む、提示１〜９の何れか一項に記載の方法。
【０１１４】
１１．廃ガス流が、約２％〜約６％の窒素を含む、提示１〜１０の何れか一項に記載の方法。
【０１１５】
１２．廃ガス流が、約８０％〜約９３％の窒素を含む、提示１、３〜１０、または１１の何れか一項に記載の方法。
【０１１６】
１３．廃ガス流が、少なくとも０．２％のメタン、または少なくとも０．３％のメタンを含む、提示１〜１２の何れか一項に記載の方法。
【０１１７】
１４．廃ガス流が、約０．２％のメタン〜約２．０％のメタンを含む、提示１〜１３の何れか一項に記載の方法。
【０１１８】
１５．廃ガス流が、約０．４％のメタン〜約１．８％のメタンを含む、提示１〜１４の何れか一項に記載の方法。
【０１１９】
１６．廃ガス流が、約０．２％の二酸化炭素〜約２．０％の二酸化炭素を含む、提示１〜１５の何れか一項に記載の方法。
【０１２０】
１７．廃ガス流が、約０．３％の二酸化炭素〜約１．８％の二酸化炭素を含む、提示１〜１６の何れか一項に記載の方法。
【０１２１】
１８．廃ガス流が、約０．００１％の有機ニトリル〜約０．０５％の有機ニトリルを含む、提示１〜１７の何れか一項に記載の方法。
【０１２２】
１９．廃ガス流が、アセトニトリル、アクリロニトリル、プロピオニトリル、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される１つ以上の有機ニトリルを含む、提示１〜１８の何れか一項に記載の方法。
【０１２３】
２０．廃ガス流が、約７２％の水素〜約７８％の水素、約１２％の一酸化炭素〜約１５％の一酸化炭素、約０．７％の二酸化炭素〜約１．５％の二酸化炭素、約３％の窒素〜約５％の窒素、約１％のメタン〜約２．０％のメタン、約０．０１％の有機ニトリル〜約０．１％の有機ニトリル、約０．０１％のＨＣＮ〜約０．０５％のＨＣＮ、約３％の水〜約５％の水、およびそれらの組み合わせを含む、提示１〜１９の何れか一項に記載の方法。
【０１２４】
２１．廃ガス流が、約１％の水素〜約２％の水素、約３％の一酸化炭素〜約８％の一酸化炭素、約０．２％の二酸化炭素〜約０．８％の二酸化炭素、約８０％の窒素〜約９５％の窒素、約０．１％のメタン〜約１．０％のメタン、約０．０１％の有機ニトリル〜約０．５％の有機ニトリル、約０．０５％のＨＣＮ〜約０．５％のＨＣＮ、約０．２％の水〜約１．５％の水、およびそれらの組み合わせを含む、提示１〜２０の何れか一項に記載の方法。
【０１２５】
２２．廃ガス流から成分を除去することが、一酸化炭素、窒素、水、二酸化炭素、メタン、１つ以上の有機ニトリル、またはそれらの組み合わせを除去することを含む、提示１〜２１の何れか一項に記載の方法。
【０１２６】
２３．廃ガス流から成分を除去することが、凝縮、アミンスクラビング、圧力スイング吸着、低温精製、またはそれらの組み合わせを含む、提示１〜２２の何れか一項に記載の方法。
【０１２７】
２４．廃ガス流から成分を除去することが、水素透過膜、パラジウム膜、炭化水素吸収媒体、ガス膨張ユニット、水ガスシフト化学変換器ユニット、またはそれらの組み合わせに廃ガス流を通過させることを含む、提示１〜２３の何れか一項に記載の方法。
【０１２８】
２５．廃ガス流から成分を除去することが、廃ガス流から所望されない成分を除去するために吸着剤に廃ガス流を通過させることを含む、提示１〜２４の何れか一項に記載の方法。
【０１２９】
２６．廃ガス流から成分を除去することが、吸着剤に廃ガス流を通過させることを含み、吸着剤が、シリカゲル、活性炭、ゼオライト、分子ふるい、またはそれらの組み合わせを含む、提示１〜２５の何れか一項に記載の方法。
【０１３０】
２７．廃ガス流から成分を除去することが、一酸化炭素および水から、二酸化炭素および水素に変換するための水ガスシフト変換ユニットに廃ガス流を通過させることを含む、提示１〜２６の何れか一項に記載の方法。
【０１３１】
２８．水ガスシフト変換が、廃ガス流が水ガスシフト変換ユニットに通過させられない場合に生成されるよりも最高約２０％多くの水素、または最高約１５％多くの水素、または最高約１３％多くの水素を発生させる、提示２７に記載の方法。
【０１３２】
２９．廃ガス流から成分を除去することが、１つ以上の凝縮ユニットに廃ガス流を通過させることを含む、提示１〜２８の何れか一項に記載の方法。
【０１３３】
３０．１つ以上の凝縮ユニットが、かかる水蒸気および／または水で凝縮され得る水溶性溶質などの凝縮可能な成分を廃ガス流から除去する、提示２９に記載の方法。
【０１３４】
３１．廃ガス流から成分を除去することが、１つ以上のユニットに廃ガス流を通過させることを含み、各ユニットが、炭素吸着材料を含有する区分およびゼオライトを含有する区分を含む、提示１〜３０の何れか一項に記載の方法。
【０１３５】
３２．廃ガス流から成分を除去することが、０〜８の第１のユニット、０〜８の第２のユニット、０〜８の第３のユニット、０〜８の第４のユニット、およびそれらの組み合わせに廃ガス流を通過させることを含み、水素回収システムが含む各ユニットが、炭素吸着材料を含有する区分およびゼオライトを含有する区分を含む、提示１〜３１の何れか一項に記載の方法。
【０１３６】
３３．炭素吸着材料が、炭素含有成分を除去する、提示３２に記載の方法。
【０１３７】
３４．炭素含有成分が、二酸化炭素、一酸化炭素、シアン化水素、またはそれらの組み合わせを含む、提示３３に記載の方法。
【０１３８】
３５．ゼオライトが、酸素（Ｏ2）、窒素（Ｎ2）、アルゴン、およびそれらの組み合わせを除去する、提示３１〜３４の何れか一項に記載の方法。
【０１３９】
３６．回収される水素が、少なくとも約９０％純粋、または少なくとも約９１％純粋、または少なくとも約９２％純粋、または少なくとも約９３％純粋、または少なくとも約９４％純粋、または少なくとも約９５％純粋、または少なくとも約９６％純粋、または少なくとも約９７％純粋、または少なくとも約９８％純粋、または少なくとも約９９％純粋な水素である、提示１〜３５の何れか一項に記載の方法。
【０１４０】
３７．シアン化水素が、メタン、アンモニア、および酸素の反応で生成される、提示１〜３６の何れか一項に記載の方法。
【０１４１】
３８．メタンが、天然ガスとして供給される、提示３７に記載の方法。
【０１４２】
３９．メタンが、実質的純メタンとして供給される、提示３７に記載の方法。
【０１４３】
４０．シアン化水素が、メタン、アンモニア、および酸素の反応で生成され、酸素が、空気、分子酸素、空気と酸素との混合物、または酸素と窒素との混合物として供給される、提示１〜３９の何れか一項に記載の方法。
【０１４４】
４１．回収される水素が、水素化のために用いられる、提示１〜４０の何れか一項に記載の方法
【０１４５】
４２．回収される水素が、アジポニトリルの水素化のために用いられる、提示１〜４１の何れか一項に記載の方法。
【０１４６】
４３．回収される水素が、ヘキサメチレンジアミンを発生させるためにアジポニトリルの水素化のために用いられる、提示１〜４２の何れか一項に記載の方法。
【０１４７】
４４．回収される水素が、熱またはエネルギーを発生させるために用いられる、提示１〜４０の何れか一項に記載の方法。
【０１４８】
４５．方法が、廃ガス流中の水素を少なくとも約６０％、または少なくとも約７０％、または少なくとも約８０％、または少なくとも約９０％を回収する、提示１〜４４の何れか一項に記載の方法。
【０１４９】
４６．
（ａ）白金触媒の存在下でメタン、アンモニア、および酸素を含む反応混合物からシアン化水素を生成するために構成され、シアン化水素を含むガス生成物流を生成する、反応器と、
（ｂ）アンモニアおよびシアン化水素がガス生成物流から実質的に除去された後に生成される廃ガス流から水素を回収するように構成される水素回収システムと、を備えてなる、システム。
【０１５０】
４７．ガス生成物流からアンモニアを除去して、ＨＣＮおよび廃棄物を含有する半精製生成物流を発生させるためのアンモニアストリッパーユニットをさらに備える、提示４６に記載のシステム。
【０１５１】
４８．ＨＣＮ生成物および廃ガス流を産出するためのＨＣＮ吸収体ユニットをさらに備える、提示４６または４７に記載のシステム。
【０１５２】
４９．水素回収システムが、１つ以上の第１のユニット、１つ以上の第２のユニット、１つ以上の第３のユニット、または１つ以上の第４のユニットを備える、提示４６〜４８の何れか一項に記載のシステム。
【０１５３】
５０．水素回収システムが、０〜８の第１のユニット、０〜８の第２のユニット、０〜８の第３のユニット、０〜８の第４のユニット、およびそれらの組み合わせを備える、提示４６〜４９の何れか一項に記載のシステム。
【０１５４】
５１．水素回収システムが、１つ以上の第１のユニット、１つ以上の第２のユニット、１つ以上の第３のユニット、または１つ以上の第４のユニットを備え、第１のユニット、第２のユニット、第３のユニット、および第４のユニットの各々が、炭素吸着材料、ゼオライト、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含有する、提示４６〜５０の何れか一項に記載のシステム。
【０１５５】
５２．第１のユニット、第２のユニット、第３のユニット、および第４のユニットの各々が、炭素吸着材料を含有する区分およびゼオライトを含有する区分を備える、提示５１に記載のシステム。
【０１５６】
５３．炭素吸着材料が、廃ガス流から炭素含有成分を吸着する、提示５１または５２に記載のシステム。
【０１５７】
５４．炭素吸着材料が、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、残留シアン化水素、およびそれらの組み合わせを吸収する、提示５１〜５３の何れか一項に記載のシステム。
【０１５８】
５５．ゼオライトが、酸素（Ｏ2）、窒素（Ｎ2）、アルゴン、およびそれらの組み合わせを吸着することができる、提示５２〜５４の何れか一項に記載のシステム。
【０１５９】
５６．システムが、廃ガス流から湿度を除去するように構成される１つ以上の凝縮ユニットを備える、提示４６〜５５の何れか一項に記載のシステム。
【０１６０】
５７．１つ以上の凝縮ユニットが、かかる水蒸気、および必要に応じて水で凝縮され得る水溶性溶質（存在する場合）などの凝縮可能な成分を廃ガス流から除去することができる、提示５６に記載のシステム。
【０１６１】
５８．水素回収システムから現れる流出液の組成物を検出するための流出液分析器をさらに備える、提示４６〜５７の何れか一項に記載のシステム。
【０１６２】
５９．水素回収システムが、１つ以上の第１のユニット、１つ以上の第２のユニット、１つ以上の第３のユニット、または１つ以上の第４のユニットに動作可能に連結される１つ以上の吸気バルブをさらに備え、吸気バルブが動作可能に連結され、それゆえに開放されるとき、廃ガスがユニットに流動することができる、提示４６〜５８の何れか一項に記載のシステム。
【０１６３】
６０．水素回収システムが、これらの１つ以上のユニットから現れる水素または廃棄物成分のレベルを検出または数量化するための１つ以上の第１のユニット、１つ以上の第２のユニット、１つ以上の第３のユニット、または１つ以上の第４のユニットに動作可能に連結される１つ以上のユニット分析器をさらに備える、提示４６〜５９の何れか一項に記載のシステム。
【０１６４】
６１．ユニット分析器のうちの１つ以上が、１つ以上の第１のユニット、１つ以上の第２のユニット、１つ以上の第３のユニット、または１つ以上の第４のユニットに動作可能に連結される１つ以上の排出バルブを閉鎖するための１つ以上のユニット切換弁をさらに備える、提示６０に記載のシステム。
【０１６５】
６２．１つ以上のユニット切換弁が、１つ以上のユニット分析器に必要に応じて連結される提示６０または６１に記載のシステム。
【０１６６】
６３．第１のユニット、第２のユニット、第３のユニット、または第４のユニットのうちの１つ以上が、廃ガス流から水素を回収する間、第１のユニット、第２のユニット、第３のユニット、または第４のユニットのうちの１つ以上が再生成される提示４９〜６２の何れか一項に記載のシステム。
【０１６７】
６４．水素検出器が、ガス生成物流中の水素レベルが水素回収にとって容認しがたいほどに低度であることを検出するとき、水素回収ユニットから離れてガス生成物流を切換えるための廃棄流切換弁に動作可能に連結される水素検出器をさらに備える、提示４６〜６３の何れか一項に記載のシステム。
【０１６８】
６５．ガス生成物流中の水素レベルが、２０％未満、または２５％未満、または３０％未満、または４０％未満、または５０％未満であるとき、水素レベルは、水素回収にとって容認しがたいほどに低度である、提示６４に記載のシステム。
【０１６９】
６６．水素回収システムからの流出液中の酸素濃度を監視するための１つ以上の酸素検出器をさらに備える、提示４６〜６５の何れか一項に記載のシステム。
【０１７０】
６７．流出液中の酸素濃度が、第１の酸含有量設定点と等しいまたは超えるとき、酸素検出器のうちの１つ以上が、１つ以上の流出液切換弁を介して流出液の分流を起動する、提示６６に記載のシステム。
【０１７１】
６８．酸素検出器のうちの少なくとも２つが、流出液の酸素含有量が第１の酸含有量設定点よりも高いことを検出するとき、流出液の分流が起動される、提示６７に記載のシステム。
【０１７２】
６９．流出液中の酸素濃度が、第１の酸含有量設定点と等しいまたは超えるとき、１つ以上の酸素検出器が、焼却するために流出液の分流を起動する、提示６７または６８に記載のシステム。
【０１７３】
７０．流出液中の酸素濃度が、第１の酸含有量設定点と等しいまたは超えるとき、１つ以上の酸素検出器が、１つ以上の流出液切換弁を介して第１のユニットのうちの１つ以上、第２のユニットのうちの１つ以上、第３のユニットのうちの１つ以上、または第４のユニットのうちの１つ以上への流出液の分流を起動する、提示６６〜６８に記載のシステム。
【０１７４】
７１．第１の酸含有量設定点が、約１．５体積／体積％、または約１体積／体積％、または約０．５体積／体積％酸素である、提示６７〜７０の何れか一項に記載のシステム。
【０１７５】
７２．第２の酸素の設定点が、水素回収システムからの流出液中の酸素濃度を監視する１つ以上の酸素検出器によって検出されるとき、起動され得る連動装置をさらに備える、提示４６〜７１の何れか一項に記載のシステム。
【０１７６】
７３．第２の酸素の設定点が、水素回収システムからの流出液中の酸素濃度を監視する２つ以上の酸素検出器によって検出されるとき、起動され得る連動装置をさらに備える、提示４６〜７２の何れか一項に記載のシステム。
【０１７７】
７４．連動装置が、水素回収システム内の第１のユニットのうちの１つ以上、第２のユニットのうちの１つ以上、第３のユニットのうちの１つ以上、第４のユニットのうちの１つ以上、またはそれらの組み合わせを停止することができる、提示７２または７３に記載のシステム。
【０１７８】
７５．連動装置が、第１のユニット、第２のユニット、第３のユニット、および第４のユニットの各々を停止することができる、提示７２〜７４の何れか一項に記載のシステム。
【０１７９】
７６．水素回収ユニットに動作可能に連結されるエネルギー発生ユニットへの流動バルブを閉鎖することができる連動装置をさらに備える提示４６〜７５の何れか一項に記載のシステム。
【０１８０】
７７．水素回収システムから１つ以上の容器へ水素含有流出液を切換えることができる連動装置をさらに備える、提示４６〜７６の何れか一項に記載のシステム。
【０１８１】
７８．焼却するために水素回収システムからの水素含有流出液を切換えることができる連動装置をさらに備える、提示４６〜７７の何れか一項に記載のシステム。
【０１８２】
７９．第２の酸含有量設定点が、約４体積／体積％、または約３体積／体積％、または約２体積／体積％酸素である、提示７２〜７８の何れか一項に記載のシステム。
【０１８３】
８０．廃ガス流中の水素の少なくとも約６０％、または少なくとも約７０％、または少なくとも約８０％、または少なくとも約９０％を回収するように構成される、提示４６〜７９の何れか一項に記載のシステム。
【０１８４】
８１．提示１〜４５の何れか一項に記載の方法のいずれかを実行するように構成される、提示４６〜８０の何れか一項に記載のシステム。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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