JP2006522004A - 炭素捕捉の配置及び方法 - Google Patents

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Abstract

ＩＧＣＣプラントは、燃焼ガスが燃焼タービンに入る前に、酸性ガスを燃焼ガスから除去する燃焼前脱炭装置を有する。一つの好ましい配置に於いて、硫黄除去装置は、供給原料ガスから硫化水素を除去し、次いで、脱硫された供給原料ガスが自己冷凍装置（この中で、二酸化炭素が除去される）に入る。他の好ましい配置に於いて、硫化水素は乾燥装置内で硫化カルボニルに転化され、及び硫化カルボニルは、自己冷凍装置を使用して供給原料ガスから製造される液体二酸化炭素中に吸収される。

Description

本件特許出願は、２００３年４月３日出願の米国仮特許出願第６０／４６０，３６３号（本明細書中に参考として援用されている）の利益を請求する。
本発明の技術分野は、供給原料ガスからの酸性ガス除去、特に、合成ガス燃焼前の合成ガスからの酸性ガスの除去（燃焼前脱炭（ｐｒｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｄｅｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ））である。
種々の供給原料のガス化は、しばしば、複合サイクル発電装置と統合されて、典型的に、比較的低価値の炭素質供給原料からの電力の発生のための比較的高い効率を示すＩＧＣＣプラントを形成する。このようなＩＧＣＣプラントの燃焼タービンからの煙道ガスには、典型的に、約２から４％の二酸化炭素が含有されており、この二酸化炭素は、頻繁に大気中に放出されてきた。しかしながら、現在、大気中に二酸化炭素を出すことは、地球の気候への負の影響を有すると信じられているので、ＩＧＣＣ及び他のプラントの煙道ガスから二酸化炭素を除去するための種々の試みがなされてきた。
例えば、ＩＧＣＣプラントについての典型的な配置を、先行技術図１に示す。図１に於いて、燃焼タービン煙道ガスからの二酸化炭素は、溶媒中の二酸化炭素の燃焼後吸収を使用して除去されている。当該技術分野で公知の二酸化炭素除去のための多数の配置及び方法が存在しており、代表的な方法は、例えば、Ｄ．Ｃｈａｐｅｌらによる、「煙道ガスからのＣＯ２の回収：商業的趨勢（Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ ＣＯ２ ｆｒｏｍ Ｆｌｕｅ Ｇａｓｅｓ： Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ｔｒｅｎｄｓ）（第４９回ＣＳＣｈＥ会議（４９ｔｈ ＣＳＣｈＥ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）、カナダ国サスカチェワン州（Ｓａｓｋａｔｃｈｅｗａｎ）サスカトゥーン（Ｓａｓｋａｔｏｏｎ）、１９９９年１０月３から６日に於いて発表）に記載されている。しかしながら、これらの方法の全て又は殆ど全ては、煙道ガス中の比較的低い二酸化炭素分圧のために、高価であり及びエネルギー非効率である傾向がある。
他の例に於いて、Ｊａｈｎｋｅらに付与された米国特許第６，０９０，３５６号明細書に記載されているように、酸性ガスが燃焼の前に原料合成ガスから除去され、Ｈ２Ｓ、ＣＯＳ及びＣＯ２の濃縮及び分離回収を有利に可能にし、ＣＯ２は、燃焼タービン内の精製合成ガスでのモデレータ（ｍｏｄｅｒａｔｏｒ）として使用される。しかしながら、合成ガスからＨ２Ｓ及びＣＯＳを分離するために、液体溶媒がなお必要であり、液体溶媒からＣＯ２は、窒素によって溶媒をストリッピングすることによって除去される。従って、このような方法は、特に、溶媒再生のために、なお比較的高価なままである。
代わりに、二酸化炭素を、固相吸着剤を使用して除去することができる。当該技術分野で公知の種々の固相吸着剤が存在しており、代表的な吸着剤及び方法は、Ｆｕｃｈｓに付与された米国特許第３，５１１，５９５号明細書（高表面積担体上に被覆されたアルカリ金属炭酸塩）、Ｇｉｄａｓｐｏｗらに付与された米国特許第３，８６５，９２４号明細書（アルミナと一緒の粉砕されたアルカリ金属炭酸塩）又はＳｌａｕｇｈらに付与された米国特許第４，４３３，９８１号明細書（アルカリ金属又はアルカリ土類金属の焼成酸化物又は分解性塩）に記載されている。固相吸着剤の使用は、一般的に、溶媒系吸収よりも高価でなく、環境的に問題が少ないけれども、固相吸着剤の再生は、典型的に、温度揺動運転での加熱を必要とし、これによってプラントのエネルギー消費を著しく増加させる。
従って、二酸化炭素除去のための種々の配置及び方法が、当該技術分野で公知であるけれども、これらの全て又は殆ど全ては１個又は２個以上の欠点を有する。従って、特に、ＩＧＣＣガスからの、改良された二酸化炭素除去のための方法及び配置を提供するための必要性がなお存在している。
本発明は、供給原料ガスからの酸性ガス除去の、特に、合成ガスからの二酸化炭素及び硫化水素の除去の配置及び方法に指向している。最も好ましい側面に於いて、供給原料ガス中の硫化水素は、硫化カルボニル（ＣＯＳ）に転化され、次いで硫化カルボニルは、供給原料ガス中に存在する二酸化炭素から製造される液化二酸化炭素を使用して、供給原料ガスから吸収される。
本発明の主題の一つの側面に於いて、ガス処理プラントには吸収装置が含まれており、吸収装置内で、供給原料ガス中に含有されている二酸化炭素から製造される液体二酸化炭素が、供給原料ガス中に含有されている硫化水素から製造される硫化カルボニルを吸収する。このようなプラントに於いて、硫化カルボニルは、好ましくは、乾燥装置内で、硫化水素から形成され、ここで、乾燥装置は、吸収装置に対して、流体的に及び上流に結合されている。
本発明の主題の他の側面に於いて、プラントには、乾燥剤を含み、及び硫化水素及び二酸化炭素を含む供給原料ガスを受け取るように配置されている乾燥装置が含まれ、ここで、乾燥剤は、硫化水素の少なくとも一部を硫化カルボニルに転化するために十分な水親和性を有する。液体二酸化炭素の源泉は、吸収装置に流体的に結合されており、及び液体二酸化炭素を吸収装置に供給するように配置されており、ここで、吸収装置は、更に、乾燥装置に流体的に結合され、及び硫化カルボニル及び二酸化炭素を受け取るように配置されており、そうして吸収装置内の液体二酸化炭素が、硫化カルボニルの少なくとも一部を吸収するようになっている。
好ましいプラント内の供給原料ガスには合成ガスが含まれ、ここで、合成ガスは、吸収装置に対して、流体的に及び上流に結合されているシフトコンバータ（ｓｈｉｆｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）によって供給される。分離装置が、好ましくは、吸収装置に対して、流体的に及び下流に結合されており、ここで、分離装置は、更に、液体二酸化炭素から硫化カルボニルを分離するように配置されている。更に、液体二酸化炭素が、吸収装置に対して、流体的に及び下流に結合されている自己冷凍装置（ここで、自己冷凍装置は、燃焼タービンに場合により供給される水素含有ガスを製造することができる）によって供給されることが、一般的に意図される。追加的に又は場合により、意図されるプラントには、自己冷凍装置に流体的に結合されており、及び水素含有ガスの少なくとも一部を受け取る、圧力揺動吸着装置が含まれているであろう。圧力揺動吸着装置からのオフガスを受け取る第二自己冷凍装置が、更に含まれていてよい。
本発明の主題の更に別の意図される側面に於いて、プラントには、硫黄枯渇合成ガスを受け取り、及び二酸化炭素含有排出ガスから水素を分離する膜分離器が含まれている。自己冷凍装置は、好ましくは、膜分離器に流体的に結合されており、及び二酸化炭素含有排出ガスを受け取り、ここで、自己冷凍装置は、二酸化炭素製品及び水素含有オフガスを製造し、及び燃焼タービンは、水素及び水素含有オフガスを受け取る。
このようなプラントの好ましい側面に於いて、溶媒系硫黄除去装置は、シフト化合成ガスから硫黄枯渇合成ガスを作り及び／又は圧縮機は膨張器に運転的に結合されており、ここで、圧縮機は水素を圧縮し、及び膨張器は二酸化炭素含有排出ガスを膨張させる。水素の少なくとも一部を受け取る圧力揺動吸着装置が、更に含まれていてよい。
本発明の種々の目的、特徴、側面及び利点は、本発明の好ましい実施態様の下記の詳細な説明から一層明らかになるであろう。
本発明者らは、酸性ガス、特に硫黄化合物及び二酸化炭素を、供給原料ガスを燃焼する前に、自己冷凍を使用して供給原料ガスから有効に除去できることを見出した。意図される配置は、他の方法では比較的低い濃度及び圧力で煙道ガスから除去しなくてはならなかった汚染物質の放出を有利に減少させ、これによって脱炭のための一層のコスト及びエネルギー効率的解決を与える。好ましい配置に於いて、供給原料ガスはＩＧＣＣ合成ガスであり、及び脱炭は、処理した合成ガスの燃焼の前に、供給原料ガスからの硫黄除去に運転的に結合されている。
本発明の主題の別の好ましい側面に於いて、合成ガスは、一般的に、１個又は２個以上の（典型的に、スチーム及び酸素を使用する）ガス化又は部分的酸化装置（これらの全ては、当該技術分野で公知である）を使用して形成される。例えば、適切なガス化反応器には、Ｓｔｒａｓｓｅｒらに付与された米国特許第２，８０９，１０４号明細書（本明細書中に参考として援用されている）に記載されているように、反応帯域及びクエンチ帯域が含まれてよい。供給原料流を反応帯域の中に導入するためにバーナーを使用することができ、反応帯域に於いて、内容物は、通常、約１ｐｓｉから約３７００ｐｓｉの圧力で、約１７００°Ｆから約３０００°Ｆの範囲内の温度に達するであろう。Ｍａｒｉｏｎらに付与された米国特許第３，９４５，９４２号明細書には、部分酸化バーナーが記載されており、及びＢｉｓｈｏｐらに付与された米国特許第５，６５６，０４４号明細書には、有機材料のガス化のための方法及び装置が記載されている。別の公知のガス化プロセスは、Ｄｏｅｒｉｎｇらに付与された米国特許第５，４３５，９４０号明細書、Ｌｕｋｅに付与された米国特許第４，８５１，０１３号明細書及びＳｃｈｍｉｄに付与された米国特許第４，１５９，２３８号明細書（これらの全ては、本明細書中に参考として援用されている）に記載されている。
次いで、このようにして製造された合成ガスは、好ましくは、シフト反応器に送られ、シフト反応器で、追加の水素及び二酸化炭素が、スチーム及び一酸化炭素から作られて、顕著な量の水素及び二酸化炭素を含むシフト化合成ガスを形成する。更に別の好ましい側面に於いて、シフト化合成ガスからエネルギーを抽出するために熱回収が使用され、シフト化合成ガスからの熱回収の全ての公知の方法が、ここで使用するために適していると考えられる。例えば、適切なシフト反応器及び配置を、低温度シフト反応又は高温度シフト反応で使用することができ、及びこれには更に、シフト触媒（例えば、金属酸化物触媒）の使用が含まれてよい。更に、このシフト反応は、また、Ｈｓｉｕｎｇに付与された米国特許第４，９８０，１４５号明細書（本明細書中に参考として援用されている）に記載されているように、液相で実施することもできる。
ＩＧＣＣプラントに於ける大部分の合成ガスに顕著な量の硫化水素が含有されているとき、望ましくない、有毒ガスの放出及び配管内の腐食を防止するために、硫黄除去装置が典型的に必要である。更に、ＣＯ２回収を望む場合、硫化水素をＣＯ２製品から除去しなくてはならない。多くのＩＧＣＣ施設では、一般的に、硫化水素を選択的に除去するためにセレクソール（Ｓｅｌｅｘｏｌ）（若しくは他の物理的溶媒）又はＭＤＥＡ（若しくは他の化学的溶媒）が使用され、硫化水素は、次いで、元素状硫黄が製造される硫黄プラントに送られる。反対に、意図される配置に於いては、二酸化炭素は、硫黄除去に運転的に結合されている自己冷凍によって除去され、及び種々の配置がここで意図される。
従来の溶媒又は膜プロセスによる硫化水素除去
一つの特に好ましい配置に於いて、図２で概略的に、硫黄含有化合物は、溶媒（物理的、化学的又はこれらの混合物）が、好ましくは硫化水素の方に選択的である、溶媒系プロセスを使用して、シフト化合成ガスから除去される。このようにして除去された硫黄含有化合物は、硫黄プラント（典型的に、クラウス法又はこの改良法）で処理され、シフト化され及び脱硫された合成ガスは、二酸化炭素富化排出ガス（これは、乾燥され、及び自己冷凍プロセスを使用して液化される）から水素を分離するための膜装置を通過する。膜装置からの水素は、再圧縮され、次いで（場合により、自己冷凍装置オフガスと組み合わせて）タービン燃焼器に供給され及び／又は更にＰＳＡを使用して精製される。最も好ましい側面に於いて、タービン燃焼器は、電気エネルギーを作る発電機に運転的に結合されており、及び煙道ガスの熱は、スチームタービン発電機を駆動するための高圧スチームを発生する熱回収スチーム発生器（ＨＲＳＧ）を使用して取り出される。
全ての公知の硫黄除去プロセスが、本明細書に示された教示と結び付けて使用するために適しており、従って、これには、溶媒系プロセス、膜系プロセス及び／又は吸着系プロセスが含まれてよいことが認められるべきである。例えば、硫黄含有化合物を、溶媒を使用して除去する場合、適切な硫黄除去プロセスは、Ｈｅｇａｒｔｙに付与された米国特許第５，２４０，４７６号明細書及び米国特許第４，９５７，５１５号明細書、Ｗａｎｓｉｎｋに付与された米国特許第４，７１４，４８０号明細書並びにＧａｌｓａｔｕｎに付与された米国特許第４，５６８，３６４号明細書（これらの全ては、本明細書中に参考として援用されている）に記載されている。同様に、ガス流から硫化水素を分離することができる、当該技術分野で公知の多数の膜分離装置が存在しており、これらの全てが本発明に於いて使用するために適していると考えられる（例えば、Ａｕｖｉｌらに付与された米国特許第４，６５４，０６３号明細書、Ｓｉｍｍｏｎｓに付与された米国特許第５，３２０，６５０号明細書及び米国特許第５，３９３，３２４号明細書、Ｅｉｋｎｅｒらに付与された米国特許第５，８２０，６５９号明細書並びに米国特許第６，５０３，２９５号明細書（これらの全ては、本明細書中に参考として援用されている）参照）。
適切な自己冷凍プロセスに関して、自己冷凍のための全ての公知の配置及び方法が、本発明に於いて使用するために適していると考えられることが意図される。例えば、意図される自己冷凍プロセス及び配置には、米国特許第６，３０１，９２７号明細書、米国特許第６，５００，２４１号明細書及び米国特許第６，５５１，３８０号明細書（これらの全ては、本明細書中に参考として援用されている）にＲｅｄｄｙによって記載されたものが含まれる。
図３は、図２の燃焼前脱炭プロセスに於ける自己冷凍の一体化の更に詳細な図を与える。ここで、シフト化され及び脱硫された合成ガス３０２は、スクラバー３１０内で水によって洗浄され、及び洗浄された合成ガス３０４は、コアレッサー（ｃｏａｌｅｓｃｅｒ）３２０内で、微細な粒子物質を除去するように処理される。このようにして処理された合成ガス３０６は、次いで、膜パッケージ３３０に供給され、膜パッケージに於いては、透過ガス３０８を製造するために、合成ガスの高い運転圧力が有利に利用される。透過ガス３０８は、水素に富んでおり、及び約１００ｐｓｉａの圧力を有する。二酸化炭素に富んでいる残留ガス流３０９は、膜を透過しないで、全ての存在する水分を除去するために、乾燥装置３４０に送られる。
乾燥装置３４０から、残留ガス流が、熱交換器３５０内で（外部冷凍剤及びオフガス蒸気によって）冷却され、及び液体ＣＯ２部分と蒸気部分とに分離され、蒸気部分は、膨張器３６０内で更に膨張される。膨張した蒸気部分は、再び分離されて、第二液化ＣＯ２生成物を形成し、これは組み合わさってＣＯ２流３８２を形成し、水素含有オフガスは、熱交換器３５０内で内部冷凍剤として使用され、次に、燃料３８０として燃焼タービンに及び／又は水素源供給原料としてＰＳＡ装置に送られる。残留ガス流から回収された膨張エネルギーを、圧縮機３６２内での水素富化透過物３０８の再圧縮で有利に使用することができることが特に認識されるべきである。このようにして圧縮された水素富化透過物は、次いで、水素含有オフガスと一緒にして、燃焼タービン内で燃料として及び／又はＰＳＡ装置内で水素源供給原料として使用することができる。
従って、自己冷凍プロセスは、合成ガスから二つの生成物流、即ち、水素富化オフガス流３８０及びシフト流出物中の全二酸化炭素の約７０％を捕捉する液化二酸化炭素流３８２（下方）を提供することが認められるべきである。この二酸化炭素は、約２０００ｐｓｉａにまでポンプで押し上げることができ、及び増進原油採取（ＥＯＲ）のために使用することができる。ＣＯ２の少なくとも一部を、冷凍剤として（例えば、電力消費を減少させるためにコールドボックス又は交換器３５０内で）使用することもできることが、更に認識されるべきである。膜からの透過ガスは、約３５０ｐｓｉａまで再圧縮され、及び自己冷凍プロセスからの水素富化流と混合される。水素を圧縮するために必要な電力が顕著であるとき、この圧力は、燃焼タービン内で所望される運転圧力に依存して変えることができる。代わりに又は追加的に、水素回収が望まれる場合、透過ガスをＰＳＡに送ることができる。
なお更に、本発明の主題に従った配置及び方法では、合成ガス中の二酸化炭素を捕捉するために、溶媒系アミン装置が必要でないことが認識されるべきである。代わりに、意図される配置及びプロセスでは、生成物流を生じさせるために外部冷凍及び膨張が使用される。従来のアミン装置と比較したとき、意図される自己冷凍システムは、捕捉された二酸化炭素の１トン当たりの電力及びシステム保全の出費を少なくする。
ＣＯＳ吸収による硫化水素除去
また、自己冷凍プロセスに於いて合成ガスから除去された二酸化炭素を、二酸化炭素の存在下で、硫化水素から、式（Ｉ）：
Ｈ２Ｓ＋ＣＯ２⇔ＣＯＳ＋Ｈ２Ｏ （Ｉ）
に従った脱水によって形成することができるＣＯＳのための吸収剤として使用することもできる。
従って、他の観点から見て、燃焼前脱炭には、硫化水素のＣＯＳへの転化及びこのようにして生成されたＣＯＳ（これは、従来は、自己冷凍を使用して合成ガスから単離されていた）の液化二酸化炭素による吸収が含まれてよい。ＣＯＳは、（あったとしても）炭素鋼に対して比較的低い腐食性を有し、従って、二酸化炭素生成物流中に比較的高い量で許容できることが、特に認識されるべきである。
従って、一つの好ましい側面に於いて、図４で概略的に、シフト化合成ガスが、前記図２の配置について説明したような配置及び方法を使用して、１個又は２個以上のシフト反応器に結合されたガス化装置（又は部分酸化装置）内で形成される。このようにして製造されたシフト化合成ガスには、水素、二酸化炭素、一酸化炭素、水及び硫化水素が、優勢的に含まれている。
次いで、乾燥装置を使用して、水がシフト化合成ガスから除去され、及び全ての乾燥装置が、ここで使用するために適していると考えられる。例えば、意図される乾燥装置には、シフト化合成ガスが、内部及び／又は外部冷凍剤によって水の露点よりも低い温度まで冷却される装置が含まれる。このようにして予備乾燥されたガス（又は、予備乾燥されないガス）は、次いで、好ましくは、乾燥剤との接触によって脱水され、及び全ての公知の乾燥剤が、ここで使用するために適していると考えられる。例えば、意図される乾燥剤には、モレキュラーシーブス及び／又はアルミナ乾燥剤が含まれる。更に別の好ましい側面に於いて、乾燥剤は、更に、ＣＯＳ加水分解触媒で被覆されている（例えば、アルカリ金属酸化物によって被覆されたγ−アルミナ）。ＣＯＳ加水分解は平衡プロセスであるので（前記の式（Ｉ）参照）、乾燥剤床中の硫化水素含有シフト化合成ガスから水を連続的に除去することによって、この反応は、ＣＯＳ加水分解から、ＣＯＳ及び追加の水（この水は、乾燥剤によって除去される）の生成の方にシフトする。従って、意図される配置での好ましい条件下で、合成ガス中の硫化水素は、水の随伴する除去の下でＣＯＳに転化され、及び得られる乾燥した合成ガスには、次いで、水素、二酸化炭素、ＣＯＳ及び一酸化炭素が優勢的に含まれているであろう。
本発明の主題の最も好ましい側面に於いて、このようにして得られた乾燥した合成ガスは、次いで冷却され、及び、この中で、液体ＣＯ２が、合成ガスを、乾燥した合成ガスからＣＯＳの全て（例えば、少なくとも７５％、更に典型的に少なくとも９０％、最も典型的に少なくとも９８％）を実質的に吸収するように「洗浄する」塔に送られる。このような好都合な脱硫は、主として、ＣＯＳが、ＣＯ２中に硫化水素よりも著しく一層溶解性であるという事実のために達成される。結果として、このような配置に於ける他の利点は、ＣＯ２液体が洗浄工程のために必要とされることである。この塔によってＣＯＳ及びＣＯ２の混合液体流が作られ、他方、ここではＣＯＳが実質的に枯渇した、塔からのオーバーヘッド蒸気は、脱硫された合成ガス中の残留二酸化炭素の除去のために自己冷凍装置内で更に処理される。自己冷凍プロセスによって、また、ＣＯＳ吸収のために塔内で使用することができる液体ＣＯ２流が作られることが特に認識されるべきである。塔からのＣＯＳ及びＣＯ２の混合液体流は、次いで、一般的な蒸留塔内で分離することができる。この蒸留塔内で、ＣＯＳはボトム生成物として分離され、及びＣＯ２は、塔に戻し再循環され、脱炭で捕捉されたＣＯ２に送られ又は別々に分離される。純粋の水素及び更なるＣＯ２除去を望まない場合、自己冷凍装置からの脱硫され及び脱炭されたオフガスを、図４に示すように、ガスタービンに燃料として送ることができる。この場合、燃焼タービンからの煙道ガスは、エネルギー発生のために、ＨＲＳＧ及びスチームタービンで更に使用することができる。
他方、純粋な水素（即ち、純度＞９９％）を製品として望む場合、脱硫され及び脱炭された合成ガス（ここでは、約７４％の水素）は、ＰＳＡに送ることができ、ＰＳＡ内で、水素の約８５から９０％が純粋な水素として回収される（更なるＣＯ２回収を望まない場合、図５に示すように、合成ガスの一部のみがＰＳＡに送られ、残りの合成ガスを燃料としてガスタービンに送ることができ、及びＰＳＡからのオフガスをＨＲＳＧ内のダクト燃焼のために使用することができる）。代わりに、図６に示すように、ＰＳＡオフガスもまた、圧縮し、及び更なるＣＯ２回収のために第二自己冷凍プロセスに戻し再循環できることが意図される。このようにして得られた液体ＣＯ２は、次いで、第一自己冷凍プロセスのＣＯ２と一緒にすることができる。従って、高いＣＯ２回収を望む場合、第一自己冷凍プロセスからの全部の脱硫され及び脱炭された合成ガス流を、ＰＳＡに送ることができる。このような配置に於いて、純粋な水素の一部を、次いで、水素製品として取り出すことができる。ＰＳＡからのオフガスには、ここでは主としてＣＯ２が含有されており、及び圧縮した後、更なるＣＯ２回収のために第二自己冷凍プロセスに送ることができる。第二自己冷凍プロセスからのオフガスは、次いで、ＰＳＡからの残りの水素と混合して、燃焼タービンに送ることができる。
乾燥装置から出発し、更に下流のコンポーネントを含む、図６の配置の詳細な概略図を、図７に示す。ここで、シフト化合成ガス７０２は、乾燥装置７１０の中に供給され、乾燥装置内で、シフト化合成ガスからの硫化水素は、ＣＯＳに転化される。このようにしてシフト化され及び乾燥された合成ガスは、次いで、吸収装置塔７３０からのボトム流７３４の冷凍内容物及び自己冷凍装置７４０からのオフガス７４２の冷凍内容物を使用して、熱交換器７２０内で冷却される。
冷却された、シフト化され及び乾燥された合成ガスは、次いで、吸収装置塔７３０の中に供給され、及び液体二酸化炭素流７３６が、シフト化され及び乾燥された合成ガスを洗浄し、これによってシフト化され及び乾燥された合成ガスからＣＯＳを吸収するために使用される。ＣＯ２及びＣＯＳの混合物を含むボトム流７３４は、熱交換器７２０を通って送られ、次に、分離装置７７０に入り、分離装置内で、ＣＯＳは、オーバーヘッド流７７２中の二酸化炭素から、ボトム流７７４内に分離される。脱硫された合成ガスを含む吸収装置オーバーヘッド７３２は、次いで、第一自己冷凍装置７４０の中に供給され、この中で、二酸化炭素が除去され、及び吸収装置塔７３０に再循環させることができる（又は二酸化炭素除去に送るか若しくは製品として販売することができる）。
自己冷凍装置７４０では、更に、脱硫合成ガスから、脱硫され及び脱炭された合成ガス７４２が作られ、及びＰＳＡ装置７５０内で合成ガス７４２から水素が精製される。ＰＳＡによって純粋な水素が作られ、及びＰＳＡオフガス７５２が、次いで更に、第二自己冷凍装置７６０内で脱炭され、ここで、単離された二酸化炭素は、第一自己冷凍装置７４０の他の二酸化炭素流と一緒にされる（これは、吸収装置又は他のＣＯ２シンクで使用することができる）。第二自己冷凍装置から出た流７６２は、次いで、ガスタービン内での燃料として使用することができる。
ＣＯＳの別の処分に関して、ＣＯＳ破壊及び／又は転化の多数の方法が当該技術分野で公知であり、及び公知の方法の全てが、本発明に於いて使用するために適していると思われる。例えば、図８で概略的に、ＣＯＳを水素化して硫化水素及び他の副生物を生成し、次いでこれらをクラウスプラント内で処理して、元素状硫黄を生成することができる。同様に、また、空気を使用してＣＯＳを燃焼させて、酸化硫黄を生成し、これをまた、クラウスプラントに送って、元素状硫黄を生成することができる。代わりに又は追加的に、空気による燃焼を使用してＣＯＳを酸化して二酸化硫黄を生成し、次いでこれを硫酸プラントに供給することができる。
勿論、本明細書に示された配置及び方法に対する種々の代替物が意図されることが認識されるべきである。例えば、分離された二酸化炭素の純度が重要でない場合、ＣＯＳから二酸化炭素を分離する分離装置を削除することができ、及びＣＯ２／ＣＯＳ混合物を（例えば、増進原油採取のために）直接使用することができる。更に、炭素及び硫黄含有ガスの源泉に関して、意図される配置が、ＩＧＣＣ合成ガスに限定される必要がないことが認められるべきである。従って、硫化水素（及び場合により二酸化炭素）を含有する全てのガスが、本発明に於いて使用するために適していると考えられることが、一般的に意図される。
従って、ＣＯＳ吸収のための二酸化炭素は、供給原料ガスから単離されたＣＯ２に限定されず、ＣＯ２の外部源泉も、ＣＯＳを吸収するために使用できることが、更に認識されるべきである。例えば、全ての硫化水素含有ガス（このガスは、ＣＯ２を全く有しないか又は比較的低い濃度のＣＯ２を有する）を、ＣＯＳへの転化を使用して脱硫することができる。このような場合に、ＣＯ２を、（例えば、再循環液体ＣＯ２として又はガス流の中への添加成分として）添加することができる。更に、意図される配置は、ＩＧＣＣ合成ガスからの炭素及び硫黄捕捉のために特に有用であるけれども、本明細書に示された本発明の概念は、また、食品成分グレード品質のＣＯ２製品を製造するために、ＣＯ２から硫化水素を除去するために使用することができる。
従って、炭素捕捉の配置及び方法の特別の実施態様及び応用が開示された。しかしながら、既に説明したものと並んで多数の更なる改良が、本発明に於ける発明概念から逸脱することなく可能であることが、当業者に明らかであろう。従って、本発明の主題は、付属する特許請求の範囲の精神にあるものを除いて制限されるべきではない。更に、明細書及び特許請求の範囲の両方を解釈する際に、全ての用語は、状況と一致する最も広い可能な方法で解釈されるべきである。特に、用語「含む」は、非排除的方法で要素、成分又は工程を参照して、参照された要素、成分又は工程が、明示的に参照されていない他の要素、成分又は工程を、表し又は利用し又はこれらと組み合わせることができることを示すように、解釈されるべきである。
供給原料ガスの燃焼の前に硫黄を除去し、及び供給原料ガスの燃焼後に二酸化炭素を除去する、公知のＩＧＣＣプラントの概略線図。 硫化水素及び二酸化炭素を、溶媒吸収及び膜分離プロセスを使用して逐次的に除去する、燃焼前脱炭のための一つの代表的配置である。 図２の代表的配置の詳細な図の概略図。 硫化水素及び二酸化炭素を、液体二酸化炭素及び自己冷凍プロセスを使用して逐次的に除去する、燃焼前脱炭のための他の代表的配置である。 硫化水素及び二酸化炭素を、液体二酸化炭素及び自己冷凍プロセスを使用して逐次的に除去し、及び更にＰＳＡ装置を含む、燃焼前脱炭のための別の代表的配置である。 硫化水素及び二酸化炭素を、液体二酸化炭素及び自己冷凍プロセスを使用して逐次的に除去し、及び更にＰＳＡ装置及び第二自己冷凍装置を含む、燃焼前脱炭のための別の代表的配置である。 図４の代表的配置の詳細な図の概略図。 意図する代替ＣＯＳ廃棄オプションの詳細な図の概略図。

Claims (21)

  1. 吸収装置を含むガス処理プラントであって、吸収装置内で、供給原料ガス中に含有されている二酸化炭素から製造される液体二酸化炭素が、供給原料ガス中に含有されている硫化水素から製造される硫化カルボニルを吸収するプラント。
  2. 硫化カルボニルが、乾燥装置内で硫化水素から形成され、及び、乾燥装置が、吸収装置に対して、流体的に及び上流に結合されている、請求項１に記載のプラント。
  3. 供給原料ガスに合成ガスが含まれ、この合成ガスが、吸収装置に対して流体的に及び上流に結合されているシフトコンバータによって供給される、請求項１に記載のプラント。
  4. 更に、吸収装置に対して、流体的に及び下流に結合されている分離装置を含み、この分離装置が、液体二酸化炭素から硫化カルボニルを分離するように配置されている、請求項１に記載のプラント。
  5. 液体二酸化炭素が、吸収装置に対して、流体的に及び下流に結合されている自己冷凍装置によって供給される、請求項１に記載のプラント。
  6. 自己冷凍装置が、更に、燃焼タービンに場合により供給される水素含有ガスを製造する、請求項５に記載のプラント。
  7. 更に、自己冷凍装置に流体的に結合されており、及び水素含有ガスの少なくとも一部を受け取る、圧力揺動吸着装置を含む、請求項６に記載のプラント。
  8. 更に、圧力揺動吸着装置からのオフガスを受け取る第二自己冷凍装置を含む、請求項７に記載のプラント。
  9. 乾燥剤を含み、及び硫化水素及び二酸化炭素を含む供給原料ガスを受け取るように配置されている乾燥装置、ここで、乾燥剤は、硫化水素の少なくとも一部を硫化カルボニルに転化するために十分な水親和性を有する、
    吸収装置に流体的に結合されており、及び液体二酸化炭素を吸収装置に供給するように配置されている液体二酸化炭素の源泉、ここで、吸収装置は、更に、乾燥装置に流体的に結合され、及び硫化カルボニル及び二酸化炭素を受け取るように配置されており、そうして吸収装置内の液体二酸化炭素が、硫化カルボニルの少なくとも一部を吸収するようになっている、
    を含むプラント。
  10. 更に、吸収装置に対して、流体的に及び下流に結合されている分離装置を含み、この分離装置が、液体二酸化炭素から硫化カルボニルを分離するように配置されている、請求項９に記載のプラント。
  11. 液体二酸化炭素の源泉に自己冷凍装置が含まれる、請求項９に記載のプラント。
  12. 自己冷凍装置が、更に、燃焼タービンに場合により供給される水素含有ガスを製造する、請求項１１に記載のプラント。
  13. 更に、自己冷凍装置に流体的に結合されており、及び水素含有ガスの少なくとも一部を受け取る、圧力揺動吸着装置を含む、請求項１２に記載のプラント。
  14. 更に、圧力揺動吸着装置からのオフガスを受け取る第二自己冷凍装置を含む、請求項１３に記載のプラント。
  15. 硫黄枯渇合成ガスを受け取り、及び二酸化炭素含有排出ガスから水素を分離する膜分離器、
    膜分離器に流体的に結合されており、及び二酸化炭素含有排出ガスを受け取る自己冷凍装置、ここで、自己冷凍装置は、二酸化炭素製品及び水素含有オフガスを製造する、並びに
    水素及び水素含有オフガスを受け取る燃焼タービン
    を含むプラント。
  16. 溶媒系硫黄除去装置が、シフト化合成ガスから硫黄枯渇合成ガスを作る、請求項１５に記載のプラント。
  17. 更に、膨張器に運転的に結合されている圧縮機を含み、この圧縮機が水素を圧縮し、及びこの膨張器が二酸化炭素含有排出ガスを膨張させる、請求項１６に記載のプラント。
  18. 更に、水素の少なくとも一部を受け取る圧力揺動吸着装置を含む、請求項１６に記載のプラント。
  19. 更に、二酸化炭素含有排出ガスが自己冷凍装置に入る前に、二酸化炭素含有排出ガスを乾燥させる乾燥装置を含む、請求項１６に記載のプラント。
  20. 燃焼タービンがスチームタービンに熱的に結合されている、請求項１６に記載のプラント。
  21. 供給原料ガス中に含有されている二酸化炭素から製造された液体二酸化炭素が、供給原料ガス中に含有されている硫化カルボニルを吸収する吸収装置を含むガス処理プラント。
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