JP2011518651A - ガス処理装置−水潤滑式スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

炭化水素の品質を改良するためのガス処理システムであって、水及び処理すべきガスを受け取り、且つ、吐出するための水潤滑式スクリュータイプの圧縮機と、圧縮機から吐出されるガス及び浄化水を受け取るためのスクラバーと、スクラバーから吐出される水及びガスを受け取り、且つ、圧縮機及びスクラバーのうちの一方又は両方が使用するための水を再循環させるためのストリッパ及び／又はフラッシャと、スクラバーからのガスのための回収システムとを備えたガス処理システムである。

Description

本発明はガス処理システム（装置及び／又は方法）に関する。

本発明者らは、子会社であるＧｒｅｅｎｌａｎｅ Ｂｉｏｇａｓ社及び系列のＦｌｏｔｅｃｈ社を通して、炭化水素ガス又はバイオガスの品質を改良するためのシステムを支援している。例えば生バイオガスからのバイオガス品質改良に関する本発明者らの開示をｗｗｗ．ｆｌｏｔｅｃｈ．ｃｏｍで参照されたい。詳細には、Ｇｒｅｅｎｌａｎｅ Ｂｒｏｃｈｕｒｅ Ｎｏｖ０６（Ａ４）．ｐｄｆという名称の、本発明者らのウェブサイト上の、本発明者らの小冊子を参照されたい。以下の図１は、その小冊子の流れ図である。

商用規模における車両燃料へのバイオガスの品質改良は、１９９６年以降、スウェーデンでは民間に普及している。バイオガスを生成するための原料には、約５０％の下水汚泥が含まれており、残りは、食品産業汚泥から、及び周囲の領域からの有機廃棄物からきている。ＧＲＥＥＮＬＡＮＥ（商標）システムは、きれいな乾燥した車両燃料を生産するために生バイオガスの品質を改良し（≒９７％純ＣＨ４）、次に、通常、この品質が改良された生バイオガスがパイプラインを介して４バール（ｇ）で都市の中心へ輸送される。バイオガス燃料は、都市燃料補給基地で圧縮され、且つ、２５０バールｇで貯蔵され、いつでも車、バス及びトラックに充填することができる。

ＧＲＥＥＮＬＡＮＥ（商標）圧縮／浄化／フラッシュ／メタン回収システムを使用してバイオガスの品質が改良されるが、これは、再生水システムを使用した高度な水浄化技法である。

ＧＲＥＥＮＬＡＮＥ（商標）技術は、きれいな燃料を生成するだけではなく、環境に優しく、且つ、安全なプロセス：水浄化を用いてきれいな燃料を生成する。この技術は、１９９０年代の初めにＦｌｏｔｅｃｈによって開発され、今では、品質が改良されたバイオガスを生成するための世界中で最も一般的な方法になっている。

生バイオガスの供給材料は、通常、大気圧よりわずかに高い圧力で、且つ、水が飽和した状態（ＲＨ１００％）で工場に供給される。入口セパレータで湿気及び微粒子が除去された後、２つのステージで最大９バール（ｇ）近くまでガスが圧縮され、且つ、冷却される。生ガスは、スクラバーの底部に流入し、頂部の浄化ガス出口に向かう向流中のプロセス水と接触する。スクラバーは、可能な限り多くのガスがプロセス水に露出するようにガスを強制する、特別に設計された内部を有している。ＣＯ_２及びＨ_２Ｓは水の中に吸収されるため、スクラバーから流出するガスには、ＲＨが１００％の９７〜９８％のＣＨ_４が含まれている。ガスは、次に、露点を−８０℃未満に制御するためにツインコラムＰＳＡ／ＴＳＡ乾燥器の中で乾燥される。生産ガスが分析され、車両燃料のための品質基準に合致していない場合、再処理のために再循環され、圧縮機入口に戻される。

プロセス水は、浄化プロセスの間、若干のＣＨ_４を吸収するが、このＣＨ_４は、ＣＨ_４の損失を最少化するために、フラッシングタンクの中で中間圧力で回収され、圧縮機に戻される。プロセス水は、次に、ストリッピングシステムに流入し、そこでＣＯ_２が大気圧で除去され、きれいな水がストリッパからスクラバープロセスへポンプで戻される。

プロセス水は、加熱される（主として２ステージ対の回転スライドベーン型容積式圧縮機のポンプエネルギー入力によって）。したがってプロセス水を冷却しなければならない。冷たい新鮮な水を豊富に利用することができる場合、システムからの水を交換し、プロセス温度を維持することによって冷却を達成することができる。水を自由に利用することができない場所、或いは改善されたプロセス効率が望ましい場所では、水急冷システムが設置されることになる。

容量は水温で決まり、冷たい水の方が温かい水よりＣＯ_２を吸収する容量が大きい。高い効率は、プロセス水を急冷することによって７℃で得られる（右側に示されているように）。プロセス温度を低くすることにより、システムのポンピングコストが低減され、したがって水を急冷することによって工場の総エネルギー消費が少なくなる。冷却のために水を交換するだけで、プロセス温度は、通常、１５℃以上になる。

上で説明したように、また、図１から分かるように、再循環により、少ないプロセス水を使用して、きれいなバイオメタン燃料が生成される。

ＷＯ９９／１１９３７ 米国特許第４７５８１３８号 ニュージーランド特許明細書第５５３９９２号

ｗｗｗ．ｆｌｏｔｅｃｈ．ｃｏｍ

本発明の目的の１つは、上で参照したＧｒｅｅｎｌａｎｅ Ｂｉｏｇａｓ品質改良プロセスによって代表される炭化水素ガス及び／又はバイオガス品質改良システムに、ＷＦＳ又は他の水冷却／潤滑タイプの圧縮機（「ＷＦＳタイプの圧縮機」）を用いて相乗作用効果を得ることである。

本発明の他の目的又は代替目的は、圧縮機システムの冷却及び潤滑の両方のために水を利用し、且つ、下流側におけるステージ間の冷却及び／又は液体分離設備の必要性を除去する炭化水素及び／又はバイオガス品質改良システムを提供することである。

本発明の他の目的又は代替目的は、炭化水素及び／又はバイオガス品質改良システムにおけるシングルステージＷＦＳ圧縮機システムを提供することである。

他の目的又は代替目的は、例えば上で代表されている種類のガス処理システムにおける水スクラバーの上流側にＷＦＳタイプの圧縮機を使用することである。

さらに他の目的又は代替目的は、エネルギーの使用を最適化することができるガス精製システムを提供することである。

一態様では、本発明は、炭化水素ガス及び／又はバイオガスの品質を改良するための水浄化システムにおける水潤滑式スクリュー（「ＷＦＳ」）タイプの圧縮機の使用からなっている。

代表的なこのようなＷＦＳタイプの圧縮システムは、ＷＯ９９／１１９３７に開示されているＳｖｅｎｓｋａ Ｒｏｔｏｒ Ｍａｓｋｉｎｅｒ ＡＢ（「ＳＲＭ」）の圧縮システムである。その明細書自体は、米国特許第４７５８１３８号に対応するスウェーデン特許を参照している。上記２つの明細書の全内容は、参照により本明細書に含まれている。通常、このような圧縮機はツインスクリューである。

他の態様では、本発明は、圧縮／水浄化／フラッシング／回収（例えばメタンの）ガスタイプの品質改良システム（例えば、それには限定されないが、ＧＲＥＥＮＬＡＮＥ（商標）ＣＳＦＲシステムの品質改良システムによって代表される種類の）におけるＷＦＳタイプの圧縮機の使用である。

このようなＷＦＳタイプの圧縮機は、ツインスクリューであることが好ましい。

他の態様では、本発明は、
水及び処理されるガスの両方を受け取り、且つ、吐出するためのＷＦＳタイプの圧縮機と、
少なくとも圧縮機から吐出されるガスを受け取り（直接又は間接的に）、且つ、浄化水を受け取るためのスクラバーと、
スクラバーから出力される水及び水に含まれているガスを受け取り、且つ、圧縮機及びスクラバーのうちの一方又は両方が使用するための水を再循環させるためのストリッパ及び／又はフラッシャと、
スクラバーからのガスのための回収システムと
を備える、或いは含むガス処理システム又はガス処理工場、及び／又はガス処理方法である。

さらに他の態様では、本発明は、
水を含んだ、少なくとも実質的に油のない環境で処理されるガスを受け取り、且つ、圧縮するための圧縮機と、
圧縮機から圧縮ガスを受け取り、且つ、水を使用してそのガスを浄化するためのスクラバーと、
スクラバーからの水及びその水に含まれているガスの少なくとも一部を回収し、且つ、スクラバー及び／又は圧縮機が使用するために、回収した水の少なくとも一部を再循環させるための回収システムと、
スクラバーからのガスのための回収システムと
を備える、或いは含むガス処理システム又はガス処理工場、及び／又はガス処理方法からなっている。

スクラバーからのガスのための前記回収システムには、分子ふるい及び／又は精製設備が含まれていることが好ましい。

スクラバーから出力される水及び水に含まれているガスのための回収システムは、メタンをスクラバーに戻し、及び／又は二酸化炭素を除去し、及び／又は硫化水素を除去するように適合されていることが好ましい。

また、一態様では、本発明は、メタン含有ガスのメタン濃度を高くするための方法であって、水冷却及び／又は潤滑及び／又は密閉圧縮機（例えばＷＦＳタイプ、ツインスクリュー又は他の圧縮機）中でのインフィードガス加圧後の水浄化ステップの後のガス採取ステップ（任意選択でＨ_２Ｓが除去される）を備える、或いは含む方法である。

この方法には、水を再循環させるステップが含まれていることが好ましい。

さらに他の態様では、本発明は、このようなガス処理システムのためのＷＦＳタイプの圧縮機、又はこのようなガス処理システムのＷＦＳタイプの圧縮機からなっている。

他の態様では、本発明は、このようなシステムによって処理されるガスである。

他の態様では、本発明は、本明細書における実質的に図２のシステムである。

本発明は、広義には、本出願の明細書において、個々に、或いは集合的に参照されている、或いは本出願の明細書において、個々に、或いは集合的に示されている部品、エレメント及び特徴、並びに前記部品、エレメント又は特徴のうちの任意の２つ以上の任意の組合せ又はすべての組合せからなっているものとすることも可能であり、本明細書においては、本発明が関連する分野における既知の等価物を有する特定のユニットについて説明している場合、このような既知の等価物は、本明細書に明示されているものとして本明細書に組み込まれているものとする。

本明細書において使用されている「及び／又は」という用語は、「及び」若しくは「又は」或いはその両方を意味している。

本明細書において使用されている用語「（複数可）」には、必要に応じてその名詞の単数又は複数の形が含まれている。

以下、好ましい形態について、添付の図面を参照して説明する。

既に説明した、ｗｗｗ．ｆｌｏｔｅｃｈ．ｃｏｍで見出される、Ｇｒｅｅｎｌａｎｅ Ｂｒｏｃｈｕｒｅ Ｎｏｖ０６（Ａ４）．ｐｄｆからの流れ図であって、既に商品化されている方法の流れ図である。 上で言及した特許文献１、２の中で典型例として示されている種類のＷＦＳタイプの圧縮機（破線で囲まれている）を組み込んだ本発明の改良型システムを示す図である。 上で言及した小冊子（非特許文献１）にこれまで使用され、且つ、典型例として示されている、電動機（図示せず）によって駆動される複雑なシステム（同様に破線で囲まれている）を示す図である。このシステムはＷＦＳタイプの圧縮機に置き換えることができる。

図１の圧縮機システムは、図３に示されている圧縮機システムと同じ又は実質的に同じであってよく、第１の圧縮機１及び第２の圧縮機２を有する。図３には、このような複雑な流れ図が示されている。

図２では、図３のすべて又はほとんどすべての内容が、破線３で示されている囲まれた領域に置き換えられている。ここでは、電動機４が、図１に示されている方法とほとんど同じ方法でシステム内のＷＦＳツインスクリューガス圧縮機５を動作させている。図２には、インフロー及び／又はアウトフローが示されている。

ガスは、最初に、水が存在している状態で、ＷＦＳ又はツインスクリュー圧縮機５によって圧縮され、次に、スクラバー６内の水の向流によって浄化される。スクラバーからの水は、次に、１つ又は複数のストリッピング及びフラッシング容器７に流れる。その後、容器７から水を回収し、スクラバーにフィードバックすることができる。

図２には、分子ふるいガス乾燥器及び精製器を含むことができる回収装置８が示されている。生産ガスは、生産ガスとして導管で送り出される、メタン含有量が多いガスである（９７％より多いことが好ましい）。

図２には、スクラバー６と、容器７の水回収の間に配置することができるプロセス水チラー９が示されている。

動作は、処理能力、ガスのタイプ、等々に応じて変えることができる。例えば、スクラバーは、例えば３ないし１５バール（好ましくは約３ないし７バール、例えば５バール）で動作させることができ、圧縮機は、例えば最大約１５バールまでガスを圧縮する能力を有していることが想定されている。分子ふるい及びガス精製器は、約３ないし１５バール、７℃から２５℃までの温度で動作させることができる。

浄化コラムに水を使用する一例として、有用な範囲は、水／入口ガスに関しては、１時間当たり０．１から０．３ｍ^３（２０℃／Ｎｍ^３の場合）までの比率である。

当業者には、本発明から逸脱することなく、また、以下で説明する相乗作用の複数の利点のうちの任意の１つ又は複数を否定することなく思い浮かべることができる変形形態が認識されよう。

少なくとも１つの実施例では、バイオガス（６０％メタン、３９％二酸化炭素、１〜２％Ｈ_２Ｏ／Ｈ_２Ｓ／Ｎ_２）を圧縮するために、ツインスクリューＷＦＳ圧縮機に１バールの入口圧力を持たせ、少なくとも３０ｍ^３／ｈのバイオガスを受け取る（例えば最大数千まで）ことが想定されている。

入口温度は、１０℃から４０℃まで（例えば３０℃）にすることができ、また、出口温度は、約９バールの吐出の場合、７０℃未満にすることができる。適切な圧縮機の軸速度（複数可）は、１５００ないし６０００ｒｐｍである。

本発明者らのニュージーランド特許明細書第５５３９９２号の場合のように、湿った流れを乾燥させ、次に、湿った流れからＨ_２Ｓを除去するために活性炭素を備えた単一の容器を使用して、スクラバーからの湿ったガスの流れにＨ_２Ｓ除去プロセスを施すことができる。

多くの相乗作用を生する。

上で言及したＳＲＭ特許の図面には、回転スクリュー圧縮機が、水循環システムをサポートするために必要な極めて多数の設備と共に示されている。

図３のＧｒｅｅｎｌａｎｅ図面には、現在使用されている圧縮システムが示されている。この圧縮システムは、油潤滑、ステージ間冷却及び液体分離、ガス入口セパレータ、及び（旧式の）圧縮システムを制御し、且つ、安全な保護を提供するために必要な極めて多数の計装を備えた２ステージ圧縮機である。この圧縮システムが示されている（その電動機、等々は示されていない）。

図２は新しい組合せを示したもので、この組合せにおいて、ＷＦＳ圧縮機は、修正されたＧｒｅｅｎｌａｎｅプロセスの中に組み込まれている。ＷＦＳ圧縮機及びその特定の計装、等々は、破線の円で囲まれている。

新しいシステムの利点：
１．一般的にはＷＦＳ圧縮機を必要とする水処理のためのサポートシステムは、Ｇｒｅｅｎｌａｎｅシステムの部品の中に既に備わっており、したがって利用され、多くの複雑性が除去される。
２．「旧来」２ステージ圧縮機は、シングルステージＷＦＳ圧縮機に置換される。従来は２つのステージが必要であった動作をシングルステージＷＦＳ圧縮機が実施することができる理由は、ＷＦＳ圧縮機の入口ガスを使用して注入される冷たい水が圧縮機内部の潤滑、密閉及び冷却を提供することによるものである。シングルステージを許容し、圧縮プロセスの間、注入される水がガスを冷却し、圧縮機が過熱することなくはるかに高い圧縮比を使用することができるのは、冷却の利点である。
３．必要であるのはシングルステージのみであるため、ステージ間冷却及び液体分離設備を省略することができる。
４．シングルステージＷＦＳ圧縮機の後段でのガスの冷却は任意選択である。注入される水によって達成することができるからである。
５．潤滑油が不要であるため、水浄化システムの汚染が回避される。また、従来は、潤滑油は全損であり、したがって廃棄された油のコストが節約される。さらに、汚染した油の廃棄コストが回避される。
６．ＷＦＳ圧縮機の場合、独立したガス入口を設けることは不要である。「旧来」システムでは、水飽和バイオガスに自然に存在している水の霧及び滴を除去し、油潤滑圧縮機の損傷を防止するためにこの独立したガス入口が必要があった。ＷＦＳ圧縮機は水で潤滑される（且つ、冷却される）ため、バイオガスと共に流入する水は有利である。
７．下流側のシステムによって水が分離され、且つ、再処理されるため、圧縮後のガスの液体分離は不要である。
８．ＷＦＳ圧縮機の中に注入される冷たい水との攪拌された緊密な接触のため、圧縮中にバイオガスの部分浄化が生じることになる。バイオガスのこの部分浄化により、新しい処理システムに必要なサイズが小さくなり、及び／又はその利用可能な容量が大きくなる。

生バイオガスの品質を改良するために、密閉及び潤滑のために圧縮機に供給される水（再循環される水流の１０〜３０％で、０．５〜５℃まで急冷される）がプロセス水としてスクラバー内でさらに使用されるため、このウォータフラデッド／水潤滑式スクリュー圧縮機（ＷＦＳ）によれば、油が供給される従来の回転ベーン型圧縮機に優る重大な利点が提供される。

さらに、ＷＦＳ技術を使用することにより、２ステージ圧縮及びステージ間冷却の必要性がなくなる。ＷＦＳ圧縮機の両端間での冷却水の温度上昇は、通常、２℃と１０℃の間であり、ガス吐出温度は、どこでも３℃と１５℃の間である。２ステージ回転ベーン型圧縮機及び後段の最終冷却からのガス吐出温度は、通常、５０〜６０℃の範囲である。

冷却水は、通常、圧縮機吐出圧力の６５％と１００％の間の圧力で圧縮機の中に注入される。

Claims (13)

1. 炭化水素ガス及び／又はバイオガスの品質を改良するための水浄化システムにおける水潤滑式スクリュー（「ＷＦＳ」）タイプの圧縮機の使用。
2. 圧縮／水浄化／フラッシング／回収（例えばメタンの）ガスタイプの品質改良システム（例えば、それには限定されないが、ＧＲＥＥＮＬＡＮＥ（商標）ＣＳＦＲシステムの品質改良システムによって代表される種類の）における水潤滑式スクリュー（「ＷＦＳ」）タイプの圧縮機の使用。
3. 前記ＷＦＳタイプの圧縮機がツインスクリューである、請求項２に記載の使用。
4. 水及び処理されるガスの両方を受け取り、且つ、吐出するための水潤滑式スクリュー（「ＷＦＳ」）タイプの圧縮機と、
   少なくとも前記圧縮機から吐出されるガスを受け取り（直接又は間接的に）、且つ、浄化水を受け取るためのスクラバーと、
   前記スクラバーから出力される水及び水に含まれているガスを受け取り、且つ、前記圧縮機及びスクラバーのうちの一方又は両方が使用するための水を再循環させるためのストリッパ及び／又はフラッシャと、
   前記スクラバーからのガスのための回収システムと
   を備える、或いは含むガス処理システム又はガス処理工場、及び／又はガス処理方法。
5. 水を含んだ、少なくとも実質的に油のない環境で処理されるガスを受け取り、且つ、圧縮するための圧縮機と、
   前記圧縮機から圧縮ガスを受け取り、且つ、水を使用してそのガスを浄化するためのスクラバーと、
   前記スクラバーからの水及び前記水に含まれているガスの少なくとも一部を回収し、且つ、前記スクラバー及び／又は圧縮機が使用するために、回収した水の少なくとも一部を再循環させるための回収システムと、
   前記スクラバーからのガスのための回収システムと
   を備える、或いは含むガス処理システム。
6. 前記スクラバーからのガスのための前記回収システムが、分子ふるい及び／又は精製設備を含む、請求項５に記載のシステム。
7. 前記スクラバーから出力される水及び水に含まれているガスのための前記回収システムが、メタンを前記スクラバーに戻し、及び／又は二酸化炭素を除去し、及び／又は硫化水素を除去するように適合された、請求項５又は６に記載のシステム。
8. メタン含有ガスのメタン濃度を高くするための方法であって、水冷却及び／又は潤滑及び／又は密閉圧縮機中でのインフィードガス加圧後の水浄化ステップの後のガス採取ステップ（任意選択でＨ_２Ｓが除去される）を備える、或いは含む方法。
9. 前記圧縮機が水潤滑式スクリュータイプ（「ＷＦＳ」）の圧縮機である、請求項８に記載の方法。
10. 水を再循環させるステップを含む、請求項８に記載の方法。
11. 請求項５、６又は７に記載のガス処理システムの、或いは請求項８、９又は１０に記載の方法で使用される水潤滑式スクリュー（「ＷＦＳ」）タイプの圧縮機。
12. 請求項５から７までのいずれか一項に記載のシステムによって処理されるガス。
13. 本明細書の図２に実質的に開示されているシステム。