JP2010260894A - 合成ガスから酸性ガスを分離する方法および装置 - Google Patents

合成ガスから酸性ガスを分離する方法および装置 Download PDF

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Abstract

【課題】
所要動力の軽減を図るとともに、高純度のＣＯ２を高い回収率で得ることのできる合成ガスの酸性ガス分離方法および装置、並びに、その方法および装置を用いた石炭ガス化ガスの精製方法およびシステムを提供する。
【解決手段】
ＣＯ、ＣＯ２、およびＨ２Ｓの酸性ガスを含有する合成ガスから酸性ガスを分離するための装置であって、合成ガスについてＣＯをＣＯ２に変換するシフト反応手段と、シフト反応後の合成ガス中に含まれるＨ２Ｓを物理吸収用の溶剤で除去する物理吸収手段と、物理吸収工程によりＨ２Ｓを除去した合成ガス中からＣＯ２を化学吸収用の溶剤で除去する化学吸収手段とを含む。
【選択図】 図４

Description

本発明は、合成ガスから酸性ガスを分離する方法および装置に関する。
従来、石炭ガス化によって生成する粗ガスの組成は、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、および二酸化炭素（ＣＯ２）が主成分として含まれており、その他に窒素（Ｎ２）、メタン（ＣＨ４）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）なども含まれている。これらの合成ガスからＣＯ２を回収する目的で、ＣＯ２を除去する場合、まずは粗ガス中のＣＯをスチームとの反応によってＨ２とＣＯ２に転換する（シフト反応）必要がある。また、精製後のガスをアンモニアなどの化学原料や発電用燃料に使用する場合には、粗ガスよりＨ２Ｓなどの酸性ガスを除去する必要がある。
粗ガス中のＨ２Ｓを除去せずにＣＯシフト反応を行うと、シフト反応後のガス中にはＣＯ２とＨ２Ｓが共存することとなり、これらをそれぞれに分離・回収する必要があった。従来、この分離工程においては、まず溶剤へ選択的にＨ２Ｓを溶解させる物理吸収法の採用により、ＣＯ２とＨ２Ｓとの分離をしていた。代表的な物理吸収法を用いた合成ガスから酸性ガスを分離するための装置の構成を図１に示す。
図１は、従来の物理吸収法を用いた酸性ガス分離装置の一実施形態において、Ｈ２Ｓ除去手段とＣＯ２除去手段との概略的な構成を示す平面図である。図１に示すように、シフト反応後のＣＯシフトガスは、酸性ガス吸収塔１０１へ導入され、ポンプ１０２ｄより送られる溶剤と接触し、Ｈ２Ｓが除去される。酸性ガス吸収塔１０１において粗ガス中のＨ２Ｓを吸収した溶剤は、酸性ガス濃縮塔１０４を経て、酸性ガス放散塔１０６へと導入され、リボイラ１０９による加熱により酸性ガス放散塔１０６において溶剤より吸収した酸性ガスが放散される。放散した酸性ガスは、凝縮器１０７を経た後に、酸性ガスとして排出され、一方、酸性ガスを放散した溶剤は、ポンプ１０２ｂ、熱交換器１０３、および冷却器１１０ａを経て、ＣＯ２吸収塔１１１へと導入される。
酸性ガス吸収塔１０１においてＨ２Ｓが除去された粗ガスは、ＣＯ２吸収塔１１１へと導入され、再び溶剤と接触させることでＣＯ２を除去する。ＣＯ２除去後の精製ガスは、発電用燃料または化学合成原料等に使用する。ＣＯ２を吸収した溶剤は、フラッシュドラム１１２ａ、ｂ、ｃにおいてガス成分と、溶剤とに分離される。フラッシュドラム１１２ａからのガス成分は、ＣＯ２吸収塔１１１へ戻され、フラッシュドラム１１２ｂ、ｃからのガス成分は、ＣＯ２として排出される。また、ガスを放出した溶剤は、ポンプ１１２ｅおよび冷却器１１０ｃを経て、ＣＯ２吸収塔１１１において再利用される。
このように、従来の物理吸収を用いた酸性ガス分離方法は、石炭ガス化後の粗ガスを溶剤で洗浄してＨ２Ｓを除去し、さらにＨ２Ｓ除去後の粗ガスをＣＯ２吸収塔に供給して、再び溶剤によりＣＯ２を除去する方法である。
物理吸収法は、同一の溶剤でＨ２ＳとＣＯ２を分離回収できるという特徴があるが、溶剤を冷却器で低温まで冷却する必要があるため、冷却器の必要動力が極めて大きいという問題点があった。
また、この方法は、ＣＯ２を吸収した溶剤からＣＯ２を放散させる場合に熱を必要とせず、圧力を下げることにより石炭ガス化後の全カーボン（ＣＯ＋ＣＯ２＋ＣＨ４）の内、９０％以上のカーボンをＣＯ２として回収できるという長所を有しているが、反面、ＣＯ２の溶解は、粗ガス中のＣＯ２分圧に比例し、ＣＯ２の放散時にはＣＯ２とともに溶解するＣＯやＨ２なども同時に放散されるため、後述の化学吸収法に比べて回収ＣＯ２の純度が低いという問題点も有していた。
一方、有機アミン等を含む溶剤を用いる化学吸収法は、物理吸収法のようにＣＯシフト反応後の粗ガスから、Ｈ２ＳとＣＯ２をそれぞれ分離回収することができない。そのため、ＣＯシフト反応前の粗ガス中のＣＯ２分圧が低い条件下で、まずはＨ２Ｓを分離し、その後ＣＯシフト反応を行い、化学吸収によってＣＯ２を除去する必要があった。
図２は、従来の化学吸収法を用いた酸性ガス分離装置の一実施の形態におけるＨ２Ｓ除去手段とＣＯ２除去手段との概略的な構成を示す平面図である。図２に示すように、スクラバにおいて除塵された粗ガスは、酸性ガス吸収塔２０１へ導入され、粗ガス中のＨ２Ｓが分離・除去される。酸性ガスの除去に使用した溶剤は、ポンプ２０２ａと熱交換器２０３ａとを経て酸性ガス放散塔２０４へと導入される。リボイラ２０７ａの加熱により酸性ガス放散塔２０４において溶剤より放散された酸性ガスは、凝縮器２０５ａを経て排出され、一方、酸性ガス放散後の溶剤は、酸性ガス吸収塔２０１へ供給され、再利用される。酸性ガス吸収塔２０１において酸性ガスが除去された粗ガスは、シフト反応器７へ導入し、シフト反応によりガス中のＣＯをＣＯ２へ変換させる。次に、シフト反応後の粗ガスは、ＣＯ２吸収塔へと導入されＣＯ２を分離・除去した後、精製ガスとして排出される。ＣＯ２吸収塔２０８においてＣＯ２を吸収した溶剤は、高圧フラッシュドラム２０９において溶剤中に溶在しているＣＯ、Ｈ２などをフラッシュによって放散させた後、ＣＯ２放散塔２１０へと導入される。高圧フラッシュドラム２０９において放散したＣＯ，Ｈ２等は、圧縮機２１３を経て、シフト反応後の粗ガスと合流し、再びＣＯ２吸収塔２０８へ導入される。ＣＯ２放散塔において溶剤より放散するＣＯ２は、凝縮器２０５ｂを経てＣＯ２として排出される。ＣＯ２を放散した溶剤の大部分は、ポンプ２０２ｄを経てＣＯ２吸収塔２０８へ戻され、残りはポンプ２０２ｅおよび熱交換器２１２ａを経て溶剤再生塔２１１へと導入される。溶剤再生塔２１１において再生された溶剤は、再びＣＯ２吸収塔２０８へと戻され、再利用される。このＣＯ２放散塔２１０と溶剤再生塔２１１は、通常、一体型の塔である。
このような化学吸収法では、酸性ガス吸収塔２０１におけるＨ２Ｓの除去時に、ＣＯ２が同伴して除去され、最終的に系外に排出されてしまうため、低品位の石炭を原料とした場合に粗ガス中のＣＯ２分圧が高くなり、結果としてＨ２Ｓ除去工程でのＣＯ２ロスが大きくなってしまう。そのため後流でのＣＯ２回収工程で、全カーボンの９０％以上を回収できないという問題点があった。しかし、物理吸収法と比較して所要動力が少なく、ＣＯ２は化学反応により吸収されるため、回収されるＣＯ２の純度が高いという長所があった。
なお、特許文献１には、このような化学吸収法により酸性ガスを分離する構成が開示されている。
米国特許出願公開第２００６／０１５６９０３号明細書
上記問題点に鑑み、所要動力の軽減を図るとともに、高純度のＣＯ２を高い回収率で得ることのできる合成ガスからの酸性ガス分離方法および装置を提供する。
上記課題を達成するため、本発明は、ＣＯ、ＣＯ２、およびＨ２Ｓの酸性ガスを含有する合成ガスから酸性ガスを分離するための装置であって、前記装置は、前記合成ガスについてＣＯをＣＯ２に変換するシフト反応手段と、シフト反応後の合成ガス中に含まれるＨ２Ｓを物理吸収用の溶剤で除去する物理吸収手段と、物理吸収手段によりＨ２Ｓを除去した合成ガス中からＣＯ２を化学吸収用の溶剤で除去する化学吸収手段とを含むことを特徴とする。
また、本発明の分離装置は、前記化学吸収手段の前流に、前記物理吸収手段によりＨ２Ｓを除去した合成ガス中から前記物理吸収用の溶剤を除去する溶剤除去手段をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明の分離装置は、前記物理吸収手段導入前におけるシフト反応後の合成ガスにより、前記化学吸収手段導入前の溶剤を除去した合成ガス、または、前記溶剤吸収手段で使用する循環水を加熱する熱交換手段をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明の分離装置は、前記物理吸収手段の前流に、前記シフト反応後の合成ガスを洗浄する洗浄手段をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明の分離装置は、前記物理吸収用の溶剤がジメチルエーテルとポリエチレングリコール類との混合溶液を含む溶剤であり、前記化学吸収用の溶剤がアルキルアミン類のを含む溶剤であることを特徴とする。
また、本発明の別の態様によれば、石炭ガス化ガスを精製するためのシステムであって、前記システムは、石炭から合成ガスを生成するガス化炉と、前記合成ガス中の有害物質を取り除くスクラバと、有害物質除去後の合成ガスから酸性ガスを分離する前記分離装置とを備えることを特徴とする。
また、本発明の別の態様によれば、ＣＯ、ＣＯ２、およびＨ２Ｓの酸性ガスを含有する合成ガスから酸性ガスを分離するための方法であって、前記方法は、前記合成ガスについてＣＯをＣＯ２に変換するシフト反応工程と、シフト反応後の合成ガス中に含まれるＨ２Ｓを物理吸収用の溶剤で除去する物理吸収工程と、物理吸収工程によりＨ２Ｓを除去した合成ガス中からＣＯ２を化学吸収用の溶剤で除去する化学吸収工程とを含むことを特徴とする。
また、本発明の分離方法は、前記化学吸収工程の前に、物理吸収工程によりＨ２Ｓを除去した合成ガス中から前記物理吸収用の溶剤を除去する溶剤除去工程をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明の分離方法は、物理吸収工程前の前記シフト反応後の合成ガスにより、前記化学吸収工程前の溶剤を除去した合成ガス、または、前記溶剤吸収工程で使用する循環水を加熱する加熱工程をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明の分離方法は、前記物理吸収工程前に、前記シフト反応後の合成ガスを洗浄する洗浄工程をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明の分離方法は、前記物理吸収用の溶剤がジメチルエーテルとポリエチレングリコール類との混合溶液を含む溶剤であり、前記化学吸収用の溶剤がアルキルアミン類を含む溶剤であることを特徴とする。
また、本発明の別の態様によれば、石炭ガス化ガスを精製するための方法であって、前記方法は、石炭から合成ガスを生成するガス化工程と、前記合成ガス中の有害物質をスクラバにおいて取り除く除塵工程と、有害物質除去後の合成ガスから酸性ガスを分離する前記分離方法とを含むことを特徴とする。
本発明は、物理吸収用の溶剤によりＨ２ＳをＣＯ２と分離して除去することができるため、Ｈ２Ｓ除去時に同伴するＣＯ２を減らし、カーボン回収率９０％を達成することができる。また、Ｈ２Ｓ除去後の粗ガスから化学吸収によりＣＯ２を溶剤に吸収するので、高純度のＣＯ２を回収することができる。
さらに、本発明によればＣＯ２除去手段に化学吸収用の溶剤を使用するため、溶剤を低温まで冷却する冷却器を不要とし、また圧縮機動力も大幅に低減することができる。また、本発明によれば、硫黄含有（ｓｏｕｒ）シフト反応器を使用することにより、ＣＯ２化学吸収法の前流に設置される硫黄をほとんど含まない（ｓｗｅｅｔ）シフト反応器よりも外部供給スチームを減らすことができる。
従来の物理吸収法を用いた酸性ガス分離装置の一実施の形態におけるＨ２Ｓ除去手段とＣＯ２除去手段との概略的な構成を示す平面図である。 従来の化学吸収法を用いた酸性ガス分離装置の一実施の形態におけるＨ２Ｓ除去手段とＣＯ２除去手段との概略的な構成を示す平面図である。 本発明の合成ガスから酸性ガスの分離装置を示すブロック図である。 本発明の合成ガスの酸性ガス分離装置の一実施の形態において、シフト反応器から後流の構成を示す概略的な平面図である。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図３は、本発明に係る合成ガスから酸性ガスの分離装置を示すブロック図である。図３に示すように、本発明の酸性ガス分離装置は、ガス化炉１と、スクラバ２と、ＣＯシフト反応器３と、Ｈ２Ｓ除去手段４と、ＣＯ２除去手段５とから構成されている。
ガス化炉１は、三菱重工業社、シェル社、テキサコ社等で開発されている一般的な石炭ガス化炉を用いることができる。石炭ガス化炉では、一酸化炭素および水素を主成分とした粗ガスを発生させる。
スクラバ２は、粗ガスと液体とを接触させて、ガス中の粉塵や水銀、重金属、ハロゲン等の有害物質を液体の方へ移行させて取り除くことが可能な、従来周知のスクラバを適用することができ、例えば、スプレー塔、充填塔、サイクロンスクラバー、ジェットスクラバー、回転洗浄機、ベンチュリースクラバー等を使用することができる。スクラバ２において有害物質を取り除いた粗ガスは、ＣＯシフト反応器３へと送られる。
本発明に使用するＣＯシフト反応器３は、粗ガス中のＣＯとＨ２Ｏとを反応させて、Ｈ２、ＣＯ２にシフト反応（Ｈ２Ｏ＋ＣＯ→Ｈ２＋ＣＯ２）させる。例えば、２３０℃〜４８０℃でシフト反応をおこなうものが好ましい。また、シフト反応の際、ガス中に含まれる一酸化炭素から炭素の析出（２ＣＯ→Ｃ＋ＣＯ２）を防止するために、シフト反応器６の入口において過剰のプロセススチーム（Ｈ２Ｏ）を供給することが好ましい。
また、本発明に使用するＣＯシフト反応器３は、シフト反応させる粗ガス中にＨ２Ｓを少なくとも１００ｐｐｍ以上含むため、Ｃｏ／Ｍｏ系などの触媒を使用する含硫黄（ｓｏｕｒ）シフト反応器を使用することができる。一方で、従来の化学吸収法を採用する場合のシフト反応器（ｓｗｅｅｔ）は、粗ガス中にＨ２Ｓを殆ど含まず、Ｆｅ系などの触媒を用いている。Ｃｏ／Ｍｏ系などの含硫黄系のシフト反応用の触媒は、Ｆｅ系などの硫黄をほとんど含まないシフト反応用の触媒より活性が高く、よって、粗ガスに供給する外部供給スチームを低減することができる。
Ｈ２Ｓ除去手段４およびＣＯ２除去手段５については、図４を参照して以下に詳細に説明する。図４は、本発明の合成ガスから酸性ガスの分離装置の一実施の形態において、シフト反応器から後流の構成を示す概略的な平面図である。
図４に示すように、本発明の合成ガスからの酸性ガス分離装置は、主に、シフト反応後の粗ガス中の微量なアンモニアや炭化水素を洗浄する洗浄塔３０３と、洗浄後の原ガス中のＨ２Ｓを溶剤を用いて除去する酸性ガス吸収塔１０１と、溶剤中に吸収したＨ２Ｓを濃縮する酸性ガス濃縮塔１０４と、溶剤中のＨ２Ｓを放散する酸性ガス放散塔１０６と、酸性ガス吸収塔１０１より排出される精製ガス中に含まれる溶剤を除去する溶剤吸収塔３０６と、溶剤吸収塔３０６を経たガスから溶剤を用いてＣＯ２を除去するＣＯ２吸収塔２０８と、溶剤中に吸収したＨ２、ＣＯなどのガスを放散させる高圧フラッシュドラム２０９と、溶剤中のＣＯ２を放散するＣＯ２放散塔２１０と、ＣＯ２吸収に使用した溶剤を再生する溶剤再生塔２１１とから構成されている。ＣＯ２放散塔２１０と溶剤再生塔２１１は通常一体型の塔である。
本発明の一実施の形態によれば、シフト反応器によりシフト反応を終えた粗ガスは、熱交換器３０１ａ、ｂによって冷却され、フラッシュドラム３０２ａへ導入される。シフト反応器から排出される粗ガスは約２０〜５０気圧の圧力を有し、約２７０〜４５０℃の熱を有し、熱交換器３０１ａ、ｂにより冷却される。熱交換器３０１ａによる冷却後の粗ガスの温度は１２５℃〜１３５℃が好ましく、熱交換器３０１ｂによる冷却後の粗ガスの温度は７０℃〜１００℃が好ましい。
また、シフト反応器から排出される粗ガスは、スチームにより加湿されており、フラッシュドラム３０２ａは、熱交換器により冷却した粗ガスの水分を除去する。フラッシュドラム３０２ａにより水分を除去した粗ガスは、次に洗浄塔３０３へと導入される。
洗浄塔３０３は、粗ガス中に微量に含まれるアンモニアや炭化水素を除去する。洗浄塔３０３の上方には、必要に応じて補給水を供給する配管が接続されており、洗浄塔３０３内へ補給水が供給される。洗浄塔３０３の塔底からは排水が排出され、ポンプ３０４ａにより冷却器３０５ａを経て洗浄塔３０３へ排水が循環する。また、排水は循環せずに、そのまま水処理することもできる。アンモニアや炭化水素が除去された粗ガスは、洗浄塔３０３の塔頂より排出し、酸性ガス吸収塔１０１へ導入する。
酸性ガス吸収塔１０１は、物理吸収法により粗ガス中の酸性ガス、特にＨ２Ｓを分離・除去する。酸性ガス吸収塔１０１においては、溶剤が供給され、粗ガス中の酸性ガスを吸収する。酸性ガスが除去された粗ガスは、酸性ガス吸収塔１０１の塔頂より排出され、溶剤吸収塔３０６へ導入される。酸性ガス吸収塔１０１の塔底から排出される酸性ガス吸収後の溶剤は熱交換器１０３において、酸性ガス放散塔１０６で再生した溶剤により加熱され、酸性ガス濃縮塔１０４へ導入される。
酸性ガス吸収塔１０１において使用する溶剤としては、ジエチルエーテルとポリエチレングリコール類との混合溶液等の物理吸収用の溶剤を使用することができる。また、酸性ガス吸収塔１０１内の粗ガスの温度としては、２０℃〜４０℃とするのが好ましい。
酸性ガス濃縮塔１０４は、フラッシュにより溶剤中に溶解しているＨ２、ＣＯ、またはＣＯ２等を放出させる。酸性ガス濃縮塔１０４において放出されるＨ２、ＣＯ、またはＣＯ２等は、圧縮機１０５ｄを経て再び酸性ガス吸収塔１０１へ導入させることができる。酸性ガス濃縮塔１０４の塔底より排出される溶剤は、次に酸性ガス放散塔１０６へ導入される。
酸性ガス放散塔１０６は、溶剤中に溶解している酸性ガス、特にＨ２Ｓをリボイラ１０９による加熱によって放散させる。放散したＨ２Ｓは、酸性ガス放散塔１０６の塔頂より排出し、凝縮器１０７を経て、最終的に酸性ガスとして排出される。酸性ガスの放出により再生した溶剤は、熱交換器１０３において酸性ガス吸収塔１０１からの溶剤を加熱し、ポンプ１０２ｆおよび冷却器１１０ｄを経て酸性ガス吸収塔１０１へ供給され再利用される。
凝縮器１０７では、酸性ガス中に含まれる水分を凝縮させ除去する。凝縮液は、ドラム１０８およびポンプ１０２ｃを経て、酸性ガス放散塔１０６へと再び送られる。
溶剤吸収塔３０６は、酸性ガス吸収塔１０１から排出された粗ガス中に含まれる溶剤を除去する。溶剤吸収塔３０６内では、溶剤は水に吸収される。これにより、酸性ガス吸収塔１０１において使用した物理吸収用の溶剤が、後流に設置されるＣＯ２吸収塔２０８において使用する化学吸収用の溶剤と混合することを防ぐことができる。溶剤吸収塔３０６の塔底より排出される排水は、ポンプ３０４ｂを経て、溶剤吸収塔３０６へ再び循環され、また、少量の供給水が溶剤吸収塔３０６へ供給される。また、排水は酸性ガス吸収塔１０１へポンプ３０４ｂにより送ることもできる。溶剤吸収塔３０６から排出される粗ガスは、熱交換器３０１ｄにより加熱され、フラッシュドラム３０２を経て、ＣＯ２吸収塔２０８へ導入される。
熱交換器３０１ｄは、粗ガスをＣＯ２吸収塔２０８における化学吸収に好適な水の飽和温度にするため、シフト反応後のガスの熱を利用して、溶剤吸収塔３０６より排出されたガスを加熱する。すなわち、熱交換器３０１ｂと熱交換器３０１ｄとで、一つの熱交換器を示す。このとき、熱交換器３０１ｄにより加熱された粗ガスは、２０〜５０気圧の圧力を有し、６０℃〜８０℃の温度を有することが好ましく、６５℃〜７５℃の温度がより好ましく、７０℃が最も好ましい。
このように、従来、熱交換器３０１ａにより１２５℃〜１３５℃に冷却されたガスからの熱回収は、ボイラー・フィード・ウォーター（ＢＦＷ）の加熱に使用したり、ＢＦＷの加熱に使用できない場合にはエアフィンクーラーで冷却され、廃熱となっていたが、本発明によれば、溶剤吸収塔３０６から排出される粗ガスの加熱に利用することが可能となる。
また、熱交換器は、熱交換器３０１ｃの場所に設置して、溶剤吸収塔３０６への水循環ライン上で循環水の温度を上げることもできる。また、熱交換器３０１ｄと熱交換器３０１ｃは、二つとも設置されていてもよい。熱交換器により加熱された粗ガスは、補給水等により加湿される。
ＣＯ２吸収塔２０８へは、フラッシュドラム３０２ｂにより余分な水分を除去した粗ガスが導入される。ＣＯ２吸収塔２０８は、導入された粗ガスと溶剤との接触によりＣＯ２を除去する。ＣＯ２吸収塔２０８においてＣＯ２が除去された精製ガスは、ＣＯ２吸収塔２０８の塔頂より排出され、ＣＯ２を吸収した溶剤は、ＣＯ２吸収塔２０８の塔底より排出され、高圧フラッシュドラム２０９へ送られる。ＣＯ２吸収に使用する溶剤としては、アルキルアミン類等の化学吸収用の溶剤が好ましい。また、ＣＯ２吸収塔２０８内の粗ガスは、２０〜５０気圧の圧力を有することが好ましく、ＣＯ２吸収に適した塔頂温度である４０℃〜６０℃の温度を有することが好ましく、４５℃〜５５℃の温度がより好ましく、５０℃が最も好ましい。
高圧フラッシュドラム２０９は、フラッシュにより、溶剤に溶解しているＨ２、ＣＯなどの有効成分を放散させる。これらＨ２、ＣＯなどのガスは、圧縮機２１３を経て再びＣＯ２吸収塔へと送られる。有効成分を放散した溶剤は、高圧フラッシュドラム２０９の塔底より排出され、ＣＯ２放散塔２１０へと送られる。
ＣＯ２放散塔２１０は、高圧フラッシュドラム２０９より送られた溶剤をさらにフラッシュし、ＣＯ２をＣＯ２放散塔２１０の塔頂より放散する。放散されたＣＯ２は、凝縮器２０５ｂを経て、ＣＯ２として排出される。凝縮器２０５ｂでは、ＣＯ２中に含まれる水分等を除去する。凝縮液は、ドラム２０６ｂおよびポンプ２０２ｃを経て、ＣＯ２放散塔２１０へと再び送られる。
ＣＯ２放散塔２１０において、ＣＯ２を放散した溶剤は、セミリーン溶剤（Ｓｅｍｉ−Ｌｅａｎ ｓｏｌｖｅｎｔ）として大部分がポンプ２０２ｄによりＣＯ２吸収塔へと戻され、再利用される。残りの溶剤は、ポンプ２０２ｅと熱交換器２１２ａを経た後、溶剤再生塔２１１へ導入される。熱交換器２１２ａにおいて、ＣＯ２放散塔２１０からの溶剤は、溶剤再生塔２１１から排出された溶剤と熱交換により加熱され、溶剤再生塔２１１において完全に再生される。
溶剤再生塔２１１では、リボイラ２０７ｂでの加熱により溶剤と吸収したガスとを分離させ、溶剤を再生させる。溶剤再生塔２１１において放散したガスは、上部にあるＣＯ２放散塔２１０へと送られる。溶剤再生塔２１１において再生された溶剤は、リーン溶剤（Ｌｅａｎ ｓｏｌｖｅｎｔ）として溶剤再生塔２１１の塔底より排出され、ポンプ２０２ｆにより熱交換器２１２ｂの加熱を経て、ＣＯ２吸収塔２０８へ送られ、再利用する。
このように本発明によれば、粗ガスはＨ２Ｓ除去前にＣＯシフト反応器３へと導入されることから、活性の高いＣｏ／Ｍｏ系などの触媒を使用できるため、少ないスチーム量でシフト反応により粗ガスのＣＯをＣＯ２へと変換することができる。その後、粗ガスは、Ｈ２Ｓ除去手段４へと導入され、物理吸収用の溶剤により粗ガス中のＨ２Ｓが除去される。このように、本発明の酸性ガス分離装置は、物理吸収用の溶剤によりＨ２Ｓを分離・除去することが可能なため、Ｈ２Ｓ除去時に同伴するＣＯ２を減らすことができる。
Ｈ２Ｓ除去後の粗ガスは、溶剤吸収塔３０６へと導入され、粗ガス中に含まれる物理吸収用の溶剤が除去される。これにより、物理吸収用の溶剤と、溶剤吸収塔３０６の後流に設置されるＣＯ２除去手段５で使用する化学吸収用の溶剤とが混合することを防ぐことができる。溶剤吸収塔３０６において溶剤を除去した粗ガスは、次に熱交換器３０１ｄにより加熱され、ＣＯ２除去手段５へと導入される。この熱交換器３０１ｄに必要な熱は、従来廃熱としていたシフト反応後の粗ガスの熱を利用する。ＣＯ２除去手段５では、化学吸収用の溶剤により粗ガス中のＣＯ２が分離・除去され、精製ガスが排出される。このように、粗ガスからのＣＯ２除去を化学吸収により行うため、溶剤を低温まで冷却するための冷却器を不要とし、また圧縮機動力も大幅に低減することができる。
１ ガス化炉
２ スクラバ
３ ＣＯシフト反応器
４ Ｈ２Ｓ除去手段
５ ＣＯ２除去手段
１０１、２０１ 酸性ガス吸収塔
１０２、２０２、３０４ ポンプ
１０３、２０３、３０１ 熱交換器
１０４ 酸性ガス濃縮塔
１０５、２１３ 圧縮機
１０６、２０４ 酸性ガス放散塔
１０７、２０５ 凝縮器
１０８、２０６、３０２ ドラム
１０９、２０７ リボイラ
１１０、３０５ 冷却器
１１１、２０８ ＣＯ２吸収塔
１１２ ＣＯ２フラッシュドラム
２０９ 高圧フラッシュドラム
２１０ ＣＯ２放散塔
２１１ 溶剤再生塔
３０３ 洗浄塔
３０６ 溶剤吸収塔

Claims (12)

  1. ＣＯ、ＣＯ２、およびＨ２Ｓの酸性ガスを含有する合成ガスから酸性ガスを分離するための装置であって、
    前記合成ガスについてＣＯをＣＯ２に変換するシフト反応手段と、
    シフト反応後の合成ガス中に含まれるＨ２Ｓを物理吸収用の溶剤で除去する物理吸収手段と、
    物理吸収手段によりＨ２Ｓを除去した合成ガス中からＣＯ２を化学吸収用の溶剤で除去する化学吸収手段と
    を含む分離装置。
  2. 前記化学吸収手段の前流に、前記物理吸収手段によりＨ２Ｓを除去した合成ガス中から前記物理吸収用の溶剤を除去する溶剤除去手段をさらに含む請求項１に記載の装置。
  3. 前記物理吸収手段導入前におけるシフト反応後の合成ガスにより、前記化学吸収手段導入前の溶剤を除去した合成ガス、または、前記溶剤吸収手段で使用する循環水を加熱する熱交換手段をさらに含む請求項２に記載の分離装置。
  4. 前記物理吸収手段の前流に、前記シフト反応後の合成ガスを洗浄する洗浄手段をさらに含む請求項１〜３に記載の分離装置。
  5. 前記物理吸収用の溶剤がジメチルエーテルとポリエチレングリコール類との混合溶液を含む溶剤であり、前記化学吸収用の溶剤がアルカリアミン類を含む溶剤である請求項１〜４に記載の分離方装置。
  6. 石炭ガス化ガスを精製するためのシステムであって、
    石炭から合成ガスを生成するガス化炉と、
    前記合成ガス中の有害物質を取り除くスクラバと、
    有害物質除去後の合成ガスから酸性ガスを分離する請求項１〜５に記載の分離装置と
    を備える精製システム。
  7. ＣＯ、ＣＯ２、およびＨ２Ｓの酸性ガスを含有する合成ガスから酸性ガスを分離するための方法であって、
    前記合成ガスについてＣＯをＣＯ２に変換するシフト反応工程と、
    シフト反応後の合成ガス中に含まれるＨ２Ｓを物理吸収用の溶剤で除去する物理吸収工程と、
    物理吸収工程によりＨ２Ｓを除去した合成ガス中からＣＯ２を化学吸収用の溶剤で除去する化学吸収工程と
    を含む分離方法。
  8. 前記化学吸収工程の前に、物理吸収工程によりＨ２Ｓ前を除去した合成ガス中から前記物理吸収用の溶剤を除去する溶剤除去工程をさらに含む請求項７に記載の方法。
  9. 物理吸収工程前の前記シフト反応後の合成ガスにより、前記化学吸収工程前の溶剤を除去した合成ガス、または、前記溶剤吸収工程で使用する循環水を加熱する加熱工程をさらに含む請求項８に記載の分離方法。
  10. 前記物理吸収工程前に、前記シフト反応後の合成ガスを洗浄する洗浄工程をさらに含む請求項７〜９に記載の分離方法。
  11. 前記物理吸収用の溶剤がジメチルエーテルとポリエチレングリコール類との混合溶液を含む溶剤であり、前記化学吸収用の溶剤がアルカリアミン類を含む溶剤である請求項７〜１０に記載の分離方法。
  12. 石炭ガス化ガスを精製するための方法であって、
    石炭から合成ガスを生成するガス化工程と、
    前記合成ガス中の有害物質をスクラバにおいて取り除く除塵工程と、
    有害物質除去後の合成ガスから酸性ガスを分離する請求項７〜１１に記載の分離方法と
    を含む精製方法。
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