JP2011521774A - 洗浄水のｃｏ２注入のための設備を有するガス浄化システム - Google Patents

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Abstract

本発明は、ガスストリームから汚染物を除去する方法及びシステムに係り、ａ）CO2（313）を洗浄水ストリーム（307）に導入して、CO2富化洗浄水を生成し；及びｂ）前記CO2富化洗浄水を、除去される汚染物を含有するガスストリーム（305）と接触させて、汚染物をCO2富化洗浄水に吸収させる工程を含んでなる。本発明は、ガス浄化システムにおけるガスストリームからのアルカリ性汚染物の除去におけるCO2富化洗浄水の使用にも係る。

Description

関連する出願のクロスレファレンス
本願は、2008年５月１４日出願の米国仮出願第61/053,156号の優先権を主張するものであり、その記載のすべてを参照することにより本書に含める。
本発明は、ガスストリームから汚染物を除去する方法及びシステムに関する。
煙道ガス、天然ガス、合成ガスのようなガスストリーム又は主に、窒素、酸素、水素、一酸化炭素及び／又はメタンを含有する他のガスストリームから、H2S、CO2、COS及び／又はメルカプタンのような酸性成分を工業的に分離するために使用される方法では、一般的に、溶媒として、アミン化合物を含有する液状溶液又はアンモニア水溶液が使用されている。吸収プロセスにおいて、酸性成分は溶媒に吸収される。このプロセスは一般的に、主スクラビングプロセスと称される。
前記溶液による前記酸性成分の「スクラビング」の後も、ガスストリーム中には、微量のアンモニア、アミン化合物又はアミン化合物の分解生成物のような汚染物が残る。これら汚染物は、別個の分離処理工程においてガスストリームから除去されなければならない。
現在公知のシステム及び方法は、水洗工程において、これら汚染物をガスストリームから除去するためのものである。水洗工程では、好適な接触装置において、ガスストリームを水にてスクラビングする。代表的には、ガスストリームをスクラビングするために使用される水は、新鮮な水又はガスストリームの処理に関連するストリッピングプロセスから得られた水である。
ガスストリームを水でスクラビングした後、水は、１）ストリッピングユニット（元々、水が得られた部位）に戻されるか、又は２）単に、主スクラビングプロセスにおいて使用された溶液と混合される。
例えば、ストリッピングユニットにおける使用済み洗浄液の再生は、一般に、多量エネルギー消費型の、費用のかかるプロセスである。このように、洗浄効率を改善し及び／又は洗浄液の消費量を低減するプロセスについての要求がある。
本発明の目的は、ガス浄化プロセスにおける水洗工程の洗浄効率を改善することにある。
本発明の他の目的は、ガス浄化プロセスにおける水洗工程の洗浄水の消費量を低減することにある。
上述の目的に関連する他の目的は、ガス浄化プロセスにおける水洗工程の洗浄効率を改善し及び／又は洗浄水の消費量を低減することによってガス浄化プロセスのコストを低減することにある。
本発明の他の目的は、ガス浄化プロセスにおいて使用される化学剤の放出を低減することにより環境面、健康面及び／又は経済面の利益を達成することにある
本発明の第１の態様では、上述の目的は、他の目的（本明細書における記載を参照する場合に、当業者には明白になるであろう）と共に、ガスストリームから汚染物を除去する方法であって、
ａ）洗浄水ストリームにCO2を導入して、CO2を同伴する洗浄水を得る工程；及び
ｂ）前記CO2同伴洗浄水を、除去される汚染物を含有するガスストリームと接触させて、汚染物をCO2同伴洗浄水に吸収させる工程
を含んでなる汚染物の除去法によって達成される。
ここで使用する用語「汚染物」は、一般に、ガスストリーム中に存在する好ましくない成分を言う。汚染物は、ガスストリーム中に、一般に、少量（容積）存在する。汚染物は、例えば、後続の用途又は更なる処理におけるガスストリームの有用性を低下させるため、又はガスストリームに、毒性、環境面での不利益、臭気等の望ましくない特性を付与するために望ましくない。汚染物の例としては、アンモニア、アミン化合物、及びアミン化合物からの分解生成物がある。
ここで使用する用語「洗浄水」は、一般に、ガスストリームを洗浄水と接触させ、これによって、ガスストリームからの汚染物の洗浄水への吸収を生じさせることによるガスストリームからの汚染物の除去に使用される水性媒体を言う。吸収した汚染物を含有する洗浄水は、一般に、例えば、ストリッピングユニットに再循環され、これによって、汚染物は、焼却又は精製及び再使用のために濃縮される。
水洗ユニットでの使用前に、洗浄水にCO2を導入することによって、例えば、アンモニア及びアミン化合物のようなアルカリ性汚染物の除去のための水洗工程の効率における実質的かつ予期しない効率の改善が達成される。本発明は、なんら科学的な説明によって拘束されないが、この実質的な改善に寄与するファクターは、CO2の洗浄水への炭酸としての溶解によって生ずる洗浄水のpH値の酸性側へのシフトであろう。一般に、主スクラビングプロセスにおいて使用される溶媒を介してガスストリームに導入された汚染物は、アルカリ性又は弱アルカリ性である。水のpH値が酸性側にシフトされる場合には、各汚染物の蒸気／液平衡が改善される。しかし、実質的な改善は、単に、このようなpH値のシフトによって達成されるものをはるかに凌ぐものである。
結果として、スクラビング操作を行うために要求される洗浄水の量は、かなり低減される。水消費量の低減は、例えば、使用済み洗浄水がストリッピングユニットに送られ場合、ストリッピングにおいて要求されるエネルギー量が、ストリップされる水の量にほぼ比例するため、水処理の経済性を改善するために利用される。１例として、図３に示すようなフロースキームをもつ商業プラントでのテストでは、図１のフロースキームを使用する同じ商業プラントでのテストと比較して、ストリッパーリボイラーに供給されるスチームの量が２０％低減されることを示した。さらに、図４に示すようなフロースキームをもつ商業プラントでのテストは、洗浄水の吸収効率が改善され、残留アミン及びアンモニア含量を許容されるレベルまで低減するために要求される洗浄水の量が、図２のフロースキームを使用する同じ商業プラントにおける同じ残留アミン及びアンモニア含量レベルでのテストと比較して１９％低減されたことを示した。
換言すれば、水洗工程の経済性は、微量汚染物の要求される除去率を達成するために必要な洗浄水の量によって決定される。適切にガスストリームをスクラビングするために要求される洗浄水の量は、各微量汚染物についての水の吸収能力、すなわち、ガス相及び水相における汚染物の間の蒸気／液平衡によって決定される。
或いは、洗浄水の改善された吸収能力は、さらに、洗浄水の消費量を増大させることなく、水洗工程を出たガスストリームに存在する汚染物の量を低減するために利用される。換言すれば、水及びエネルギーの消費量の増大による対応するコストの増大を生ずることなく、放出を低減できる。
洗浄水の吸収能力を改善するためにCO2を利用することは、さらに、例えば、i）CO2が無臭であり、比較的無毒性である、ii）使用後の洗浄水中に残留するCO2は、洗浄水の再生の間に容易に除去される、及びiii）CO2は、少なくとも本発明のいくつかの具体例においては、他のプロセス工程からの生成物として容易に利用できるとの理由により有利である。
本発明の方法は、特に、アルカリ性の汚染物、すなわち、７以上のpKa値を有する汚染物の除去に有用であることを示した。このように、ガスストリームから除去されるべき汚染物の少なくとも１つはアルカリ性の汚染物である。
アルカリ性汚染物は、しばしば、CO2、H2S及びCOSのような酸性ガスをガスストリームから除去するための吸収プロセスにおいて使用される。本発明のガス浄化法は、ガスストリームからのアルカリ性汚染物の除去に効果的である。アルカリ性汚染物の例としては、アンモニア及びモノエタノールアミン（MEA）、ジエタノールアミン（DEA）、メチルジエタノールアミン（MDEA）、ジイソプロピルアミン（DIPA）及びアミノエトキシエタノール（ジグリコールアミン）（DGA）のようなアミン化合物があるが、これらに限定されない。工業プラントにおいて最も経済的に使用されるアミン化合物は、アルカノールアミン類のMEA、DEA及びMDEAである。好ましくは、除去されるべき汚染物の少なくとも１つは、アンモニア及びアミン化合物からなる群から選ばれる。好ましくは、除去されるべき汚染物の少なくとも１つはアンモニアである。
洗浄水に導入されるCO2の量は、CO2が導入されていない洗浄水と比較して改善された汚染物吸収効果を生ずるに充分な量である。一般に、水洗工程における吸収効果の改善を達成するためには、少量のCO2を洗浄水に導入することが要求される。例えば、CO2は、生成するCO2同伴洗浄水がCO2 0.01質量％を含むような量で導入される。CO2同伴洗浄水におけるCO2の量の上限は、一般に、実施上の考慮事項によって決定される。また、ガス浄化法が、ガスストリームから、例えば、煙道ガスストリームからCO2を除去するための、より大規模なプロセスの一部である場合には、導入されるCO2の量は、好ましくは、洗浄水へのCO2の導入が、前記プロセスのCO2除去効果全体に対して実質的に負の影響を及ぼさないように選択される。導入されるCO2の量は、好ましくは、生成されるCO2同伴洗浄水が５質量％未満のCO2、さらに好ましくは、２又は１質量％未満のCO2を含むものとなるような量である。
洗浄水に導入されるCO2の量は、好ましくは、CO2同伴洗浄水がCO2 0.01〜５質量％を含むものとなる量である。例えば、導入されるCO2の量は、CO2同伴洗浄水がCO2 0.01〜２質量％を含むものとなる量、又はCO2同伴洗浄水がCO2 0.01〜１質量％を含むものとなる量である。
洗浄水に導入されるCO2は各種の物理的性状である。例えば、CO2は、固状、液状、超臨界液状、又はガス状、又はその混合の状態で導入される。CO2は洗浄水ストリームに液状で好適に導入されるとの知見を得た。このように、工程ａ）において洗浄水に導入されるCO2は、好ましくは、液状である。
ガスストリーム、例えば、煙道ガス又は天然ガスからのCO2の分離プロセスでは、CO2は、例えば、浄化システム内に存在するCO2コンプレッサーから再循環される。或いは、CO2は他の源から得られ、洗浄水ストリームに注入するために使用される。好ましくは、導入されるCO2は、ガスストリームからCO2を除去するプロセスから、例えば、ガスストリームを、アンモニア又はアミン化合物、好ましくは、アンモニアを含む液体にてスクラビングする工程を含んでなる前記ガスストリームからCO2を除去するプロセスから得られたCO2である。
特に有利な具体例では、浄化されるべきガスストリームを、予備プロセス工程において
CO2枯渇に供し、前記予備プロセス工程において除去されたCO2を、続く水洗工程の洗浄水ストリームへの導入に使用できる。このように、本発明による方法において、工程ｂ）では、除去されるべき汚染物を含有するガスストリームは、CO2除去プロセスから生じた生成物であり、及び工程ａ）において洗浄水ストリームに導入されるCO2は、前記CO2除去プロセスから得られる。
本発明の方法では、CO2同伴洗浄水と、除去されるべき汚染物を含有するガスストリームとの接触（これにより、CO2同伴洗浄水への汚染物の吸収を行う）は、当業者にとって容易に認識されるような各種の態様で行われる。特に効果的な吸収は、前記接触を向流流動形式で行う場合に達成される。例えば、接触は充填床カラムにおいて行われる。
一般に、CO2は、各種の利用できる源から得られ、洗浄水ストリームへの注入に使用される。しかし、ガスストリーム、例えば、煙道ガス又は天然ガスからのCO2の分離プロセスでは、CO2は、例えば、浄化システム内に存在するCO2コンプレッサーから再循環される。
本発明の第１の態様に関する上述の特徴は、以下に記載する発明の全ての態様のいくつかの又は全ての具体例にも適用される。
本発明は、特に、除去されるべき少なくとも１つの汚染物がアルカリ性又は弱アルカリ性を有するものであるガス浄化に有用である。例えば、本発明のガス浄化法は、煙道ガスストリームのようなガスストリームからCO2を除去するアンモニア又はアミン系ガス浄化プロセスにおける使用に好適である。このようなプロセスは、一般に、吸収ユニットにおいて、ガスストリームを、アンモニア又はアミン化合物を含む洗浄液体と接触させ、ガスストリーム中のCO2を洗浄液体に吸収させる吸収工程を含んでなる。吸収ユニットを出たCO2枯渇ガスストリームは、洗浄液体で使用されたアンモニア又はアミン化合物の微量残留物を含有する。本発明のガス浄化法は、このような微量のアンモニア又はアミン化合物のガスストリームからの効果的な除去を提供する。
このように、その第２の態様では、本発明は、ガスストリームから汚染物を除去する方法であって、ａ）CO2リッチガスストリームからCO2を除去して、CO2リーンガスストリームを生成する工程；ｂ）前記ａ）における前記CO2リッチガスストリームから除去されたCO2を洗浄水ストリームに導入して、CO2リッチ洗浄水を得る工程；及びｃ）前記CO2リッチガスストリームを、工程ａ）で得られたCO2リーンガスストリームと接触させて、CO2リーンガスストリーム中の汚染物をCO2リッチ洗浄水に吸収させる工程を含んでなる汚染物の除去法を提供する。
本発明の第２の態様による方法の工程ｂ）及びｃ）は、いくつかの具体例では、本発明の第１の態様による方法の工程ａ）及びｂ）に、それぞれ、相当していてもよい。このように、本発明の第２の態様の方法は、いくつかの具体例では、本発明の第１の態様について上述したように、さらに定義されてもよい。
本発明は、CO2を洗浄水ストリームに導入する手段を備え、本発明の方法を実施するために採用されるガス浄化システムも提供する。
このように、第３の態様では、本発明は、ガスストリームを受け取り、これを洗浄水ストリームと接触させるように設けられた接触装置を含んでなるガス浄化システムであって、前記システムは、前記接触装置の上流で、CO2を前記洗浄水ストリームに導入する手段を含んでなることを特徴とするガス浄化システムを提供する。
接触装置（本明細書では、水洗ユニットとも称する）は、好ましくは、吸収ユニット、例えば、ガスストリームを洗浄水ストリームと接触させるために採用された充填床カラムを含むことができる。接触装置は、好ましくは、向流様式での操作を行うように設置される。
CO2を洗浄水に導入する手段は、固状、液状又は超臨界液状、又はガス状のCO2を洗浄水に導入するために採用される。好ましくは、CO2を洗浄水に導入する手段は、液状のCO2を導入するために採用される。液状のCO2は、例えば、注入ノズルを介して洗浄溶液に導入される。
本発明のガス浄化システムは、除去されるべき少なくとも１つの汚染物がアルカリ性又は弱アルカリ性を有するものであるガス浄化に特に有用である。例えば、本発明のガス浄化システムは、煙道ガスストリームのようなガスストリームからCO2を除去するアンモニア又はアミン系ガス浄化プロセスにおける使用に好適である。このようなプロセスは、一般に、吸収ユニットにおいて、ガスストリームを、アンモニア又はアミン化合物を含む洗浄液体と接触させ、ガスストリーム中のCO2を洗浄液体に吸収させる吸収工程を含んでなる。吸収ユニットを出たCO2枯渇ガスストリームは、洗浄液体で使用されたアンモニア又はアミン化合物の微量残留物を含有する。本発明のガス浄化システムは、このような微量のアンモニア又はアミン化合物のガスストリームからの効果的な除去を提供する。
このように、本発明のガス浄化システムは、さらに、CO2リッチガスストリームを受け取り、これを洗浄水ストリームと接触させて、CO2リーンガスストリームを生成するように設けられた第２の接触装置を含んでなり、前記第１の接触装置が、CO2リーンガスストリームを受け取り、これを洗浄水ストリームと接触させるように設けられており、該システムは、前記第１の接触装置の上流で、CO2を前記洗浄水ストリームに導入する手段を含んでなる。
ガス浄化システムにおいて、CO2を前記洗浄水ストリームに導入する手段は、第２の接触装置におけるCO2リッチガスストリームから除去されたCO2を、前記第１の接触装置の上流で、洗浄水ストリームに導入するために採用される。
好ましくは、本発明の第４の態様によるガス浄化システムにおいて、洗浄水ストリームに導入されるCO2は、第１の接触装置において、CO2リッチガスストリームから得られたCO2でもよい。このように、CO2を前記洗浄水ストリームに導入する手段は、好ましくは、第１の接触装置においてCO2リッチガスストリームから除去されたCO2を、前記第２の接触装置の上流で、洗浄水ストリームに導入するために採用される。
第４の態様では、本発明は、ガス浄化システムにおいて、ガスストリームからアルカリ性汚染物を除去するためのCO2リッチ洗浄水の使用を提供する。
CO2リッチ洗浄水中のCO2の濃度は、好ましくは、0.01質量％より大である。CO2リッチ洗浄水におけるCO2の量の上限は、一般に、実施上の考慮事項によって決定される。また、CO2リッチ洗浄水が、ガスストリームから、例えば、煙道ガスストリームからCO2を除去するためのプロセスにおける洗浄工程で使用される場合、CO2の濃度は、好ましくは、CO2リッチ洗浄水の使用が、前記プロセスのCO2除去効果全体に対して実質的に負の影響を及ぼさないように選択される。CO2の濃度は、好ましくは、CO2５質量％未満であり、さらに好ましくは、CO2２又は１質量％未満である。
CO2リッチ洗浄水は、好ましくは、CO2 0.01〜５質量％を含む。CO2リッチ洗浄水は、例えば、CO2 0.01〜２質量％又はCO2 0.01〜１質量％を含む。
CO2リッチ洗浄水は、例えば、液状のCO2の洗浄水への導入によって得られる。
ガス浄化システムにおいて、ガスストリームからアルカリ性汚染物を除去するためのCO2リッチ洗浄水の使用は、前記ガスストリームを、アンモニア又はアミン化合物を含む液体と接触させることによって、ガスストリームからCO2を除去するガス浄化システムにおいて、特に有用である。
公知のアンモニア系ガス浄化システムを一般的に示すダイアグラムである。 公知のアミン系ガス浄化システムを一般的に示すダイアグラムである。 本発明によるアンモニア系ガス浄化システムの具体例を一般的に示すダイアグラムである。 本発明によるアミン系ガス浄化システムの具体例を一般的に示すダイアグラムである。
従来技術及び本発明のガス浄化システムの特定の具体例について、図面を参照して、以下に詳述する。
図１は、一般的なチルドアンモニア系ガス浄化システムの概略図である。システムは、浄化されるべきガスストリームとアンモニアを含んでなる洗浄液体との間の接触を行うCO2吸収ユニット（101）を含んでなる。煙道ガス（当該ガスからCO2が除去される）を、ライン（102）を介して、CO2吸収ユニット（101）に供給する。CO2吸収ユニットでは、例えば、アンモニアを含んでなる洗浄液体を通して煙道ガスを発泡させることによって、又は洗浄液体を煙道ガスに噴霧することによって、煙道ガスを前記洗浄液体と接触させる。アンモニアを含んでなる洗浄液体を、ライン（103）を介してCO2吸収ユニットに供給する。CO2吸収ユニット（101）では、例えば、溶解した形又は固状のアンモニアの炭酸塩又は炭酸水素塩の形成によって、煙道ガスからのCO2を洗浄液体に吸収させる。吸収したCO2を含有する使用済み洗浄液体を、ライン（104）を介して放出し、ストリッピングユニット（111）に供給し、ここで、CO2を洗浄液体から分離する。分離したCO2を、ライン（112）を介してストリッピングユニットから放出する。CO2が枯渇された煙道ガスを、ライン（105）を介して、CO2吸収ユニットから放出する。
図１に示すシステムは、さらに、水洗ユニット（106）を含んでなる。水洗ユニットは、CO2吸収ユニット（101）から放出されたCO2枯渇煙道ガスと洗浄水との間の接触を行う。洗浄水は、ライン（107）を介して水洗ユニットに供給される。水洗ユニットでは、CO2吸収ユニットから放出された際に、煙道ガス中に残留する汚染物を洗浄水に吸収させる。吸収した汚染物を含有する使用済み洗浄水を、ライン（108）を介して、水洗ユニットから放出する。一方、CO2及び汚染物が枯渇された煙道ガスを、ライン（109）を介して、水洗ユニット（106）から放出する。洗浄水は、再生ユニット（110）を通って再循環され、再生ユニットにおいて、洗浄水から汚染物を分離する。
図２は、一般的なアミン系ガス浄化システムの概略図である。システムは、浄化されるべきガスストリームと、１以上の洗浄液体との間の接触を行う吸収ユニット（201）を含んでなる。図２に示す吸収ユニットは、CO2除去セクション（202）及び水洗セクション（203）を含んでなる。CO2が除去される煙道ガスを、ライン（204）を介して、吸収ユニット（201）に供給する。CO2吸収ユニット（202）では、例えば、アミン化合物を含んでなる第１の洗浄液体を通して煙道ガスを発泡させることによって、又は第１の洗浄液体を煙道ガスに噴霧することによって、煙道ガスを前記第１の洗浄液体と接触させる。第１の洗浄液体を、ライン（205）を介して吸収ユニットに供給する。CO2吸収セクション（202）では、煙道ガスからのCO2を第１の吸収液体に吸収させる。CO2吸収セクションにおいてCO2が枯渇された煙道ガスを、ついで、吸収ユニットの水洗セクション（203）に供給する。水洗セクション（203）は、CO2吸収セクション（202）からのCO2枯渇煙道ガスと、第２の洗浄液体（一般に水である）との間の接触を行う。第２の洗浄液体を、ライン（206）を介して、吸収ユニットに供給する。水洗セクションでは、CO2吸収セクションから放出された際に、煙道ガス中に残留する汚染物を第２の洗浄液体に吸収させる。CO2及び汚染物が枯渇された煙道ガスを、ライン（207）を介して、吸収ユニットから放出する。吸収したCO2及び汚染物を含有する使用済みの第１及び第２の洗浄水を、ライン（208）を介して、吸収ユニットから放出する。第１及び第２の洗浄液体は、再生ユニット（209）を通って再循環され、再生ユニットにおいて、洗浄水から汚染物及びCO2を分離する。分離されたCO2を、ライン（210）を介して、システムから排出する。
１具体例では、本発明は、接触装置（ここでは、水洗ユニットとも称する）を含んでなる。水洗ユニットは、単独で、独立作動型のユニットとして、又は例えば、CO2吸収ユニットのような主吸収ユニットの一体化部分としても設置される。全ての具体例において、水洗ユニットは、並列又は直列の複数個のユニット又は工程として設置される。
除去されるべき汚染物を含むガスストリーム、例えば、煙道ガスを水洗ユニットに供給する。水洗ユニットでは、例えば、洗浄液体を通して煙道ガスを発泡させることによって、又は洗浄液体を煙道ガスに噴霧することによって、煙道ガスを前記洗浄液体と接触させる。水洗ユニットでは、煙道ガスからの汚染物を、溶解した形又は固状で洗浄水に吸収させる。
上述の特徴に加えて、ガス浄化システムは、さらに、水洗ユニットの上流で、CO2を洗浄水ストリームに導入する手段を含む。
全ての具体例において、水洗ユニットの上流のいずれかの位置において、CO2を、洗浄水ストリームに、例えば、洗浄水供給に又は洗浄水供給を水洗ユニットに接続するラインに、又は直接水洗ユニットに導入できる。
全ての具体例において、CO2を導入する手段は、CO2を固状、液状、超臨界液状、又はガス状で洗浄水に導入するために採用される。洗浄水に導入されるCO2は、CO2を好適な温度及び／又は圧力で提供することによって、所望の物理的性状に維持される。所望の物理的性状CO2を維持するために好適な温度及び圧力は、CO2圧力‐温度相ダイアグラムを使用して、当業者によって容易に決定される。
CO2を洗浄水に導入するために、各種の方法が使用される。CO2を洗浄水に導入する手段の例として、洗浄水を固状のCO2と接触させて、CO2を洗浄水に溶解させる混合ユニット、及びCO2吸収ユニット（ガス状のCO2を、例えば、洗浄水を通してCO2を発泡させることによって、又は洗浄水をガス状CO2に噴霧することによって、洗浄水と接触させる）があるが、これらに限定されない。
CO2を洗浄水に導入する手段は、好ましくは、液状のCO2を導入できるものである。液状のCO2は、例えば、注入ノズルを介して洗浄溶液に導入される。
CO2を洗浄水に導入する手段は、CO2を洗浄水に均一に分配することができるように、例えば、混合チャンバーのような混合ユニットを含むことができる。別法として又は補足的に、洗浄水にCO2を均一に分配する別途の混合ユニットを、洗浄水供給部分に又は洗浄水供給を水洗ユニットに接続するライン部分に設置することができる。
水洗ユニットの上流でCO2を洗浄水に導入する手段は、いずれかの好適なCO2供給又は源からCO2を提供するように配置される。ガスストリーム、例えば、煙道ガス又は天然ガスからCO2を分離する方法では、例えば、浄化システム内にあるCO2コンプレッサーから、CO2を再循環できる。或いは、CO2を他の源から得て、洗浄水ストリームへ注入するために使用できる。
システムは、さらに、洗浄水ストリームに添加するCO2の量を測定及び／又は制御する手段を含むことができる。洗浄水ストリームに添加するCO2の量を測定及び／又は制御する手段は、ガス浄化システムにおける、水洗ユニットにおける汚染物の除去効率を表す数値のような他の数値を測定する手段に結合され得る。このように配置することによって、洗浄水ストリームに導入するCO2の量を調節して、水洗ユニットにおける汚染物の最適な除去効率を達成することができる。
水洗ユニットは、汚染されたガスストリームと洗浄液体（一般に水である）との間の接触を可能にする。水洗ユニットは、例えば、充填床カラムのような吸収カラムを含んでなる。水洗ユニットは、好ましくは、向流様式で作動するようになっている。１例では、水洗ユニットは、向流式で作動する吸収カラムを含んでなり、ここで、汚染されたガスをカラムの底部で供給し、洗浄水をカラムの頂部において供給し、このようにして、ガスは、カラムを通って上昇するにつれて、洗浄水と接触する。汚染物が枯渇されたガスストリーを、カラムの頂部でカラムから放出し、一方、ガスストリームから吸収した汚染物を含有する洗浄水を、カラムの底部においてカラムから放出する。１具体例では、特に、向流様式が有利であり、ここでは、水洗ユニットが、例えば、CO2吸収ユニットのような主吸収ユニットの一体化部分又はセクションを形成し、水洗部分又はセクションはCO2吸収部分又はセクションの頂部に配置される。
CO2を洗浄水に導入する手段及び方法に関連する上述の特徴は、後述する詳細な具体例にも適用されるものである。
図３は、本発明によるアンモニア系ガス浄化システムの１具体例の概略図である。システムは、浄化されるべきガスストリームと、アンモニアを含んでなる洗浄液体との間の接触を行うCO2吸収ユニット（301）を含んでなる。煙道ガス（当該ガスからCO2が除去される）を、ライン（302）を介して、CO2吸収ユニット（301）に供給する。CO2吸収ユニットでは、例えば、アンモニアを含んでなる洗浄液体を通して煙道ガスを発泡させることによって、又は洗浄液体を煙道ガスに噴霧することによって、煙道ガスを前記洗浄液体と接触させる。アンモニアを含んでなる洗浄液体を、ライン（303）を介してCO2吸収ユニットに供給する。CO2吸収ユニット（301）では、例えば、溶解した形又は固状のアンモニアの炭酸塩又は炭酸水素塩の形成によって、煙道ガスからのCO2を洗浄液体に吸収させる。吸収したCO2を含有する使用済み洗浄液体を、ライン（304）を介して吸収ユニットから放出し、ストリッピングユニット（311）に供給し、ここで、CO2を洗浄液体から分離する。分離したCO2を、ライン（312）を介してストリッピングユニットから放出する。CO2が枯渇された煙道ガスを、ライン（305）を介して、CO2吸収ユニットから放出する。
図３に示すシステムは、さらに、水洗ユニット（306）を含んでなる。水洗ユニットは、CO2吸収ユニット（301）から放出されたCO2枯渇煙道ガスと洗浄水との間の接触を行う。洗浄水は、ライン（307）を介して水洗ユニットに供給される。水洗ユニットでは、CO2吸収ユニットから放出された際に、煙道ガス中に残留する汚染物を洗浄水に吸収させる。吸収した汚染物を含有する使用済み洗浄水を、ライン（308）を介して、水洗ユニットから放出する。一方、CO2及び汚染物が枯渇された煙道ガスを、ライン（309）を介して、水洗ユニット（306）から放出する。洗浄水は、再生ユニット（310）を通って再循環され、再生ユニットにおいて、洗浄水から汚染物を分離する。
上述の特徴に加えて、図３に示すシステムは、さらに、水洗ユニットの上流で、CO2を洗浄水ストリームに導入する手段（313）を含む。
吸収ユニットにおいて煙道ガスから除去されたCO2を、洗浄液体の再生のため、ストリッピングユニット（311）において、洗浄液体から分離する。分離されたCO2を、ライン（312）を介して、ストリッピングユニットから放出する。ストリッピングユニットにおいて分離されたCO2の一部を、水洗ユニットに供給される洗浄水に導入する。
図4は、本発明によるアミン系ガス浄化システムの１具体例の概略図である。システムは、浄化されるべきガスストリームと、１以上の洗浄液体との間の接触を行う吸収ユニット（401）を含んでなる。図４に示す吸収ユニットは、CO2除去セクション（402）及び水洗セクション（403）を含んでなる。CO2が除去される煙道ガスを、ライン（404）を介して、吸収ユニット（401）に供給する。CO2吸収ユニット（402）では、例えば、アミン化合物を含んでなる第１の洗浄液体を通して煙道ガスを発泡させることによって、又は第１の洗浄液体を煙道ガスに噴霧することによって、煙道ガスを前記第１の洗浄液体と接触させる。第１の洗浄液体を、ライン（405）を介して吸収ユニットに供給する。CO2吸収セクション（402）では、煙道ガスからのCO2を第１の吸収液体に吸収させる。CO2吸収セクションにおいてCO2が枯渇された煙道ガスを、ついで、吸収ユニットの水洗セクション（403）に供給する。水洗セクション（403）は、CO2吸収セクション（402）からのCO2枯渇煙道ガスと、第２の洗浄液体（一般に水である）との間の接触を行う。第２の洗浄液体を、ライン（406）を介して、吸収ユニットに供給する。水洗セクションでは、CO2吸収セクションから放出された際に、煙道ガス中に残留する汚染物を第２の洗浄液体に吸収させる。CO2及び汚染物が枯渇された煙道ガスを、ライン（407）を介して、吸収ユニットから放出する。吸収したCO2及び汚染物を含有する使用済みの第１及び第２の洗浄水を、ライン（408）を介して、吸収ユニットから放出する。第１及び第２の洗浄液体を、再生ユニット（409）を通って再循環し、再生ユニットにおいて、洗浄水から汚染物及びCO2を分離する。
吸収ユニットにおいて煙道ガスから除去されたCO2を、洗浄液体の再生のため、再生ユニット（409）において、洗浄液体から分離する。分離されたCO2を、ライン（410）を介して、システムから放出する。再生ユニットにおいて分離されたCO2の一部を、水洗ユニットに供給される洗浄水に導入する。
上述の特徴に加えて、図4に示すシステムは、さらに、水洗ユニットの上流で、CO2を洗浄水ストリームに導入する手段（411）を含む。
水によるNH 3 の除去（比較例）
図１に示すようなフロースキームをもつ商業的プラントにおいて、石炭焚き発電プラントからの、CO2が枯渇され、冷却された煙道ガス（５℃、大気圧よりもわずかに高い圧力、N2及びAr ９３％、CO2１.８％、O2４％）１.８×１０6 Nm3/時間を、主アンモニア系CO2吸収ユニットから水洗カラムに送給した。
アンモニア系CO2吸収ユニットでのアンモニア水溶液との接触の結果、ガスは、NH3 約6000〜7000 ppmV（容積基準）を含有していた。水洗カラムでは、さらに煙道ガスを送る前に、アニガスストリーム中のNH3含量を200 ppmV以下のレベルに低減することが必要であった。
水洗カラムでは、NH3を、ストリッピングユニットにおいて得られ、水洗カラムの頂部に供給された水600 m3/時間での吸収によって除去した（水洗カラムでは、洗浄水は、洗浄カラムの底部で供給され、カラム内を上昇してくる煙道ガスと向流接触する）。カラムに供給する前に、チリングシステムによって水を５℃に冷却する。
煙道ガスストリームにおけるNH3 200 ppmVの目標を達成するために必要な洗浄水の量は600 m3/時間である。
使用済み洗浄水（NH3含量１〜１.５質量％をもつ）を水洗カラムの底部で取り出す。ストリッピングユニットにおいて、ストリッピングユニットのリボイラーにおいて発生されたスチームでのストリッピングによって、洗浄水からアンモニアを分離した。発電プラントスチームサイクルから得られたスチーム120トン/時間によって、リボイラーを加熱した。ストリッピングユニットを出る水では、NH3は、約0.05質量％のような低残留含量に枯渇されており、実質的にCO2を含有しない。ストリッピングユニットを出た水を、水洗カラムでの使用のために再循環した。
CO 2 富化洗浄水によるNH 3 の除去
実施例１と同様にして実施例２を行った。ただし、CO2１〜１.５トン/時間は、CO2コンプレッサー（図３に示す）後の加圧液体生成物CO2（600トン/時間）によるものであり、洗浄水冷却器と水洗カラムとの間の冷洗浄水ラインに注入した。
CO2の注入は、洗浄水の吸収効率を改善して、煙道ガスストリームのアンモニア含量を所望の200 ppmVレベルに低減させるために必要な洗浄水の量を、600 m3/時間（図１において要求される；CO2の注入なし）から480 m3/時間に低減させた。ストリッパーのリボイラーに供給されるスチームの量は、比例して、すなわち、２０％減少して、９６トン/時間となった。従って、本発明はスチーム２４トン/時間に相当するエネルギーの節約が可能であった。
水によるアミン化合物の除去（比較例）
図２に示すようなフロースキームをもつ商業的プラントにおいて、石炭焚き発電プラントからの煙道ガス（大気圧よりもわずかに高い圧力、N2及びAr７２％、CO2１４％、O2３〜４％）２.１×１０6 Nm3/時間を、アミン吸収ユニット（主セクションとしてCO2吸収セクション及び頂部セクションとして一体化水洗カラムを具備している）に送給した。
CO2吸収ユニットにおいて、水とアミン化合物又はアミン化合物の混合物との混合物を含んでなる溶液によってCO2の９０％が吸収された。
CO2吸収ユニットでのアミン水溶液との接触の結果、CO2吸収セクションから水洗セクションに到達した煙道ガスは、アミン約８０ppmVを含有していた煙道ガス中に存在する酸素との望ましくない副反応のため、少量のアミンが分解して、少量のアンモニア及びアセトンのような揮発性の分解性生物を生成する（これらは、主CO2吸収セクションからのガス中にも、少量で存在し得る）。１例では、European Castorのパイロットプラントでは、アミン吸収ユニットの処理済ガスダウンストリームでは、アンモニアが濃度100 ppm以下が測定されている。
水洗セクションの目的は、アミン化合物の濃度を２ppmV以下の残留レベルに、及び分解性生物の含量を環境的に許容されるレベル（例えば、アンモニアについて＜１０ppmV）に低減することある。水洗の目的は、再循環を目的として、アミン化合物を回収することにある。
アミン化合物及び分解性生物の目標の含量を達成するために必要な洗浄水の量は320 m3/時間であった。
再生器のオーバーヘッド凝縮システムから得られた洗浄水（冷却され、水洗システムの頂部にポンプ送給される）によって、アミン及び他の微量汚染物を除去した。水洗セクションにおいて使用された洗浄水は主CO2吸収セクションの流動し、アンモニア化合物リッチ溶液と合わされ、再生器に送られ、ここで、アミンが回収される。
CO 2 富化洗浄水によるアミン化合物の除去
実施例３と同様にして実施例4を行った。ただし、CO2１〜２トン/時間は、CO2コンプレッサー（図4に示す）後の加圧液体生成物CO2（600トン/時間）によるものであり、再生器オーバーヘッドシステムと水洗カラムとの間の冷洗浄水ラインに注入した。
CO2の注入は、洗浄水の吸収効率を改善して、残留アミン含量を所望の２ppmVレベルに低減させ、アンモニア含量を１０ppmV未満に低減するために必要な洗浄水の量を、320 m3/時間（図３において要求される；CO2の注入なし）から260 m3/時間に低減させた。

Claims (20)

  1. ガスストリームから汚染物を除去する方法であって、
    ａ）CO2を洗浄水ストリームに導入して、CO2富化洗浄水を生成する工程；及び
    ｂ）前記CO2富化洗浄水を、除去される汚染物を含有するガスストリームと接触させて、汚染物をCO2富化洗浄水に吸収させる工程
    を含んでなる、汚染物の除去法。
  2. 汚染物の少なくとも１つがアルカリ性化合物である、請求項１記載の方法。
  3. 汚染物の少なくとも１つが、アンモニア及びアミン化合物からなる群から選ばれるものである、請求項２記載の方法。
  4. CO2富化洗浄水が、CO2 0.01〜５質量％、好ましくは、CO2 0.01〜２質量％、好ましくは、CO2 0.01〜１質量％を含んでなる、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
  5. 工程ａ）において洗浄水ストリームに導入するCO2が液状である、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
  6. 工程ｂ）を向流様式で行う、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
  7. 工程ｂ）を充填床カラムにおいて行う、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
  8. 工程ａ）において洗浄水ストリームに導入するCO2が、ガスストリームからのCO2の除去プロセスから得られたものである、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
  9. ガスストリームからのCO2の除去プロセスが、前記ガスストリームを、アンモニア又はアミン化合物、好ましくは、アンモニアを含んでなる液体にてスクラビングする工程を含んでなるものである、請求項８記載の方法。
  10. 工程ｂ）において、除去される汚染物を含有するガスストリームが、CO2の除去プロセスからの生成物であり、工程ａ）において洗浄水ストリームに導入されるCO2がCO2除去プロセスから得られたものである、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
  11. ガスストリームから汚染物を除去する方法であって、
    ａ）CO2リッチガスストリームからCO2を除去して、CO2リーンガスストリームを生成する工程；
    ｂ）工程ａ）における前記CO2リッチガスストリームから除去したCO2を洗浄水ストリームに導入して、CO2富化洗浄水を生成する工程；及び
    ｃ）前記CO2富化洗浄水を、工程ａ）において得られたCO2リーンガスストリームと接触させて、CO2リーンガスストリーム中の汚染物を、CO2富化洗浄水に吸収させる工程
    を含んでなる、汚染物の除去法。
  12. さらに、請求項２〜７のいずれかのように定義される、請求項１１記載の方法。
  13. ガスストリームを受け取り、これを洗浄水ストリートと接触させる第１の接触装置を含んでなるガス浄化システムであって、前記システムが、前記接触装置の上流で、前記洗浄水ストリームにCO2を導入する手段を含んでなる、ガス浄化システム。
  14. CO2を導入する手段が、液体状のCO2を導入するために採用されるものである、請求項１３記載のガス浄化システム。
  15. さらに、CO2リッチガスストリームを受け取り、これを、アンモニア又はアミン化合物を含んでなる液体と接触させて、CO2リーンガスストリームを生成する第２の接触装置を含んでなり、第１の接触装置が、前記CO2リーンガスストリームを受け取り、これを洗浄水ストリームと接触させるものであるシステムであり、前記第１の接触装置の上流で、CO2を前記洗浄水ストリームに導入する手段を含んでなることを特徴とする、請求項１３又は１４記載のガス浄化システム。
  16. CO2を前記洗浄水ストリームに導入する手段が、第２の接触装置においてCO2リッチガスストリームから除去されたCO2を、第１の接触装置の上流で、洗浄水ストリームに導入するために採用されるものである、請求項１５記載のガス浄化システム。
  17. ガス浄化システムにおけるガスストリームからのアルカリ性汚染物の除去における、CO2富化洗浄水の使用。
  18. CO2富化洗浄水が、CO2 0.01〜５質量％、好ましくは、CO2 0.01〜２質量％、好ましくは、CO2 0.01〜１質量％を含んでなる、請求項１７記載の使用。
  19. CO2富化洗浄水が、液状のCO2を洗浄水に導入することによって得られたものである、請求項１７又は１８記載の使用。
  20. ガス浄化システムが、ガスストリームを、アンモニア又はアミン化合物を含んでなる液体と接触させることによるガスストリームからのCO2の除去システムである、請求項１７〜１９のいずれかに記載の使用。
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