JP2012500298A - 極性成分をプロセスストリームから除去して熱損失を防止する方法 - Google Patents

極性成分をプロセスストリームから除去して熱損失を防止する方法 Download PDF

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Abstract

極性成分を、製油所プロセスのプロセスストリームから、プロセスストリームを冷却することなく除去するための方法およびシステムが開示される。プロセスストリームは、硫黄を含む汚染物質をプロセスストリームから除去する第一の吸着装置へ供給される。プロセスストリームは、第一の吸着装置内で処理されて、硫黄含有汚染物質が除去される。プロセスストリームは、第一の吸着装置により、実質的に同じ高い温度で処理される。プロセスストリームは、第一の吸着装置内で、プロセスストリームを金属酸化物および混合金属酸化物の少なくとも一種へ暴露することによって処理されて、硫黄含有汚染物質がプロセスストリームから除去され、金属硫化物および脱硫プロセスストリームが製造される。金属硫化物は、酸素ストリームへ暴露されて、金属酸化物および混合金属酸化物の少なくとも一種が再生されてもよい。脱硫プロセスストリームは、再生金属酸化物および再生混合金属酸化物の少なくとも一種へ暴露されて、水分が脱硫プロセスストリームから除去されてもよい。脱硫プロセスストリームは、次いで、窒素を含む汚染物質をプロセスストリームから除去する第二の吸着装置を通して供給される。プロセスストリームは、第二の吸着装置内で処理されて、窒素含有汚染物質が除去され、その際プロセスストリームは、実質的に同じ高い温度で処理される。プロセスストリームは、第二の吸着装置内で、プロセスストリームをモレキュラーシーブおよびゼオライトの少なくとも一種へ暴露することによって処理されて、窒素含有汚染物質がプロセスストリームから除去される。

Description

本発明は、製油所プロセスストリームからの極性成分の除去に関する。より詳しくは、本発明は、極性成分を除去するためにプロセスストリームの冷却を必要としない、製油所プロセスストリームからの極性成分の除去に関する。本発明は、Ｈ２ＳおよびＮＨ３をプロセスストリームから除去するための方法に関する。
製油所における多くの高温プロセスストリームは、Ｈ２ＳおよびＮＨ３などの極性汚染物質を除去するために冷却される。これらの汚染物質の除去は、下流のプロセスが、典型的には硫黄（Ｓ）および窒素（Ｎ）の両方に感応性であることから重要である。ＳおよびＮを除去するための現在のプロセスは、低温プロセスである。現在、極性汚染物質（Ｈ２ＳおよびＮＨ３など）を分離するための高温の商業プロセスは、利用不可である。Ｈ２Ｓは、通常、アミン、メタノール等を用いる吸収プロセスによって除去される。ＮＨ３は、通常、水洗浄によりプロセスストリームから除去される。汚染物質を除去した後、およびさらなる処理の前には、プロセスストリームは、高い温度へ再加熱されなければならない。しかしながらプロセスストリームのこの冷却およびそれに引続く再加熱は、実質的な熱損失をもたらし、ストリームを処理するのに必要なエネルギー量を増大させる。
図１は、Ｈ２ＳおよびＮＨ３などの汚染物質を、プロセスストリームから除去するための現在のプロセスを図示する。炭化水素ストリームは、水素化装置１１を、温度凡そ６００゜Ｆで通過する。ストリームが改質装置１４で処理され得る前に、ストリームは一つ以上の熱交換器で冷却される。ストリームは、６００゜Ｆから８０゜Ｆ〜１００゜Ｆへ冷却される。フラッシュドラムまたは槽１２においては、Ｈ２Ｓ、ＮＨ３、および他のより軽質成分の一部分は、プロセスストリームに残存するより重質の成分から除去される。プロセスストリームは、次いで、ストリッパー１３へ供給されて、Ｈ２ＳおよびＮＨ３の残留部分が実質的に除去され、そのために適正レベルが、プロセスストリームが改質装置１４へ進むことができる前に、プロセスストリームに残る（例えば、２ＰＰＭ未満のレベル）。フラッシュ槽１２およびストリッパー１３で除去された汚染物質は、次いで、さらなる処理のための他の処理機器１５へ供給されることができる。汚染物質（Ｈ２ＳおよびＮＨ３）を含まないプロセスストリームは、次いで、改質装置１４で処理するために温度９５０〜１０００゜Ｆへ再加熱される。この先行技術のプロセスは、プロセスストリームが冷却され、引続いて再加熱されなければならないことから非効率である。これは、熱統合によってさえも、大幅な熱損失をもたらす。その際、回収された熱は、他のプロセスストリームを加熱するのに用いられる。
プロセスストリームを実質的に冷却することを必要としない高い温度で、ＳおよびＮ汚染物質を除去する方法に対する要求がある。それによって、熱損失を防止することができ、およびプロセス全体をよりエネルギー効率的にすることができる。
本発明の態様は、極性成分を、製油所プロセス（石油精製プロセス、石油精製処理、石油精製方法又は石油精製過程：refinery process）のプロセスストリーム（処理流れ又は方法の流れ：process stream）から除去するための方法を提供することである。プロセスストリームは、製油所内で、高い温度で処理される。本発明にしたがって、プロセスストリームは、硫黄を含む汚染物質をプロセスストリームから除去する第一の吸着装置へ供給される。プロセスストリームは、第一の吸着装置内で処理されて、硫黄含有汚染物質が除去される。硫黄含有汚染物質には、Ｈ２Ｓが含まれてもよい。プロセスストリームは、第一の吸着装置で、実質的に同じ高い温度で処理される。プロセスストリームは、第一の吸着装置内で、プロセスストリームを金属酸化物および混合金属酸化物の少なくとも一種へ暴露することによって処理されて、硫黄含有汚染物質がプロセスストリームから除去され、金属硫化物、脱硫プロセスストリーム（又は脱硫処理流れ：desulfurized process stream）が製造される。金属硫化物は、酸素ストリーム（又は酸素流れ：stream of oxygen）へ暴露されて、金属酸化物および混合金属酸化物の少なくとも一種が再生されてもよい。脱硫プロセスストリームは、再生金属酸化物および再生混合金属酸化物の少なくとも一種へ暴露されて、水分が脱硫プロセスストリームから除去されてもよい。脱硫プロセスストリームは、次いで、窒素を含む汚染物質をプロセスストリームから除去する第二の吸着装置を通して供給される。窒素含有汚染物質には、ＮＨ３が含まれてもよい。プロセスストリームは、第二の吸着装置内で処理されて、窒素含有汚染物質が除去され、その際プロセスストリームは、ストリームが水素化装置を出る際と実質的に同じ高い温度で処理される。プロセスストリームは、第二の吸着装置内で、プロセスストリームをモレキュラーシーブおよびゼオライトの少なくとも一種へ暴露することによって処理されて、窒素含有汚染物質がプロセスストリームから除去される。
本発明の他の態様は、極性成分を、製油所内の高いプロセス温度（又は処理温度：process temperature）を有する高温プロセスストリームから除去するためのシステム（設備又は装置：system）を提供することである。システムには、硫黄を含む汚染物質を高温プロセスストリームから除去する第一の吸着装置が含まれる。第一の吸着装置は、硫黄含有汚染物質を、高いプロセス温度と実質的に同じ温度で除去する。第一の吸着装置は、金属酸化物および混合金属酸化物の少なくとも一種を含み、そこでプロセスストリームは、金属酸化物および混合金属酸化物の少なくとも一種へ暴露されて、硫黄含有汚染物質がプロセスストリームから除去され、金属硫化物および脱硫プロセスストリームが製造される。システムにはまた、窒素を含む汚染物質を高温プロセスストリームから除去する第二の吸着装置が含まれる。第二の吸着装置は、窒素含有汚染物質を、高いプロセス温度と実質的に同じ温度で除去する。第二の吸着装置は、モレキュラーシーブおよびゼオライトの少なくとも一種を含み、窒素含有汚染物質がプロセスストリームから除去される。
本発明は、本明細書で、添付の図面を参照しながら説明されるであろう。その際、同じ参照番号は、同じ要素を示す
Ｈ２ＳおよびＮＨ３などの汚染物質を、プロセスストリームから除去するための従来のプロセス（処理又は方法：process）を図示する流れ図である。 本発明の実施形態にしたがって、汚染物質を、プロセスストリームから除去するためのプロセスを図示する流れ図である。 本発明の実施形態にしたがって、硫黄含有汚染物質を、プロセスストリームから除去するためのプロセスの詳細な流れ図である。 本発明の実施形態にしたがって、窒素含有汚染物質を、プロセスストリームから除去するためのプロセスの詳細な流れ図である。
本発明は、本明細書で、図面を参照して、より詳細に説明されるであろう。本発明の態様のプロセスは、図２に図示される。炭化水素ストリームは、温度凡そ６００°Ｆで水素化装置１１を通過する。水素化装置１１に続いて、プロセスストリームは、硫黄含有汚染物質（例えば、Ｈ２Ｓ）を除去する硫黄吸着装置２０、および窒素含有汚染物質（例えば、ＮＨ３）を除去する窒素吸着装置３０を通して進むことができる。従来のプロセスとは異なって、プロセスストリームは、冷却なしに、吸着装置２０および吸着装置３０を通して処理されることができる。プロセスストリームは、実質的に汚染物質を含まないが、これは、次いで、改質装置１４へ供給されることができ、そこでプロセスストリームは、さらに、高い温度９５０°Ｆ〜１０００°Ｆで処理される。本発明は、従来のプロセスを超える実質的な利点を提供する。何故なら、プロセスストリームを冷却する必要が全くないことから、よりエネルギー効率的であるからである。
硫黄含有汚染物質を除去するためのプロセスが、本明細書で、図２に関連して、より詳細に説明されるであろう。プロセスストリームは、金属酸化物吸着体および／または混合金属吸着体を含むＳ吸着装置２０を通して供給される。Ｓ吸着装置２０は、好ましくは、Ｈ２Ｓをプロセスストリームから除去する。本発明にしたがって、Ｈ２Ｓを吸着するための金属酸化物吸着体は、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｃｏ、および／またはＶの酸化物であってもよい。本発明は、単にこれらの金属酸化物に限定されるものではなく、むしろ、他の酸化物は、これらの酸化物がＨ２Ｓを吸着するように機能する場合には、本発明の範囲内であると考えられる。本発明にしたがって、Ｈ２Ｓを吸着するための混合金属酸化物吸着体は、亜鉛フェライト（すなわち、ＺｎＯおよびＦｅ２Ｏ３の組合せ）、亜鉛チタナイト（すなわち、ＺｎＯおよびＴｉＯ２の組合せ）、または亜鉛フェライトおよびＴｉＯ２の組合せであってもよい。本発明は、単にこれらの混合金属酸化物に限定されるものではなく、むしろ、他の混合金属酸化物は、これらの酸化物が、Ｈ２Ｓを吸着するように機能する場合には、本発明の範囲内であると考えられる。本明細書に説明される金属酸化物および混合金属酸化物は、硫黄吸着装置２０内の混合母材（又はマトリックス：matrix）またはキャリア物質（又は担体物質：carrier material）（Ａｌ２Ｏ３など）の上に配置されることができる。
次の化学反応が、吸着装置２０内で生じ、金属酸化物または混合金属酸化物を用いるＨ２Ｓ除去を要約する。これは、次に要約される。
硫化：ＭＯ＋Ｈ２Ｓ → ＭＳ＋Ｈ２Ｏ
再生：ＭＳ＋Ｏ２ → ＭＯ＋ＳＯ２
本明細書で、Ｍは、金属を表す。
吸着装置２０によって行われるプロセスは、図３に、より詳細に図示される。このプロセスは、プロセスストリームのＨ２Ｓおよび水分の両方を制御する。図３においては、亜鉛ベースの吸着剤が、プロセスを説明するのに提供される。しかし、本発明は、単に亜鉛の使用に限定されるものではない。プロセスストリームは、水素化装置１１から硫黄吸着装置２０へ、それが水素化装置１１から出る際のプロセスストリームの温度と実質的に同じ温度で供給される。プロセスストリームまたは原料は、２１で、金属酸化物または混合金属酸化物（例えば、図３に示されるＺｎＯ）へ暴露され、そこでＨ２Ｓは、金属硫化物（例えば、図３に示されるＺｎＳ）および水へ転化される。この硫化反応においては、反応生成物の一種は、Ｈ２Ｏである。改質装置１４へ供給されてもよいプロセスストリーム中の水分濃度には、限界がある。何故なら、より高い水分濃度は、改質プロセスに有害であるからである。
図３に示されるように、金属硫化物は、２２で乾燥空気へ暴露されて、金属硫化物が金属酸化物へ（例えば、ＺｎＳ→ＺｎＯ）、および二酸化硫黄へ転化される。酸素の存在は、金属酸化物を再生する。そのために、それは、引続く硫黄除去のために再利用されることができる。二酸化硫黄は、次いで、クラウスプラントへ供給されて、硫黄の除去が完了されてもよい。金属酸化物は、次いで、２３で脱硫生成物および水を含むストリームへ暴露されて、水分がプロセスストリームから除去され、それによりＺｎＯは、ＺｎＯおよびＺｎ（ＯＨ）２の混合物へ転化される。これは、次いで、混合物を２１で用いるために戻すことによって、硫黄をプロセスストリームから除去するのに再利用されてもよい。十分な水分が、改質装置１４で行われる改質反応に有害な影響を与えないように、プロセスストリームから除去される。プロセスストリームは比較的乾燥している。吸着装置２０で行われる全プロセスは、水素化装置１１を出るプロセスストリームの温度と実質的に同じ温度で行われることができる。吸着装置２０について図３に図示されるプロセスは、亜鉛吸着剤の硫化、再生、および再水和の移動床サイクルを用いる。本発明は、しかし、移動床配置に限定されるものではなく、むしろ、プロセスは、固定床を用いて行われることができることが考慮される。
乾燥プロセスストリームは、実質的に硫黄汚染物質を含まないが、これは、次いで、処理されて、窒素含有汚染物質が除去されてもよい。本発明にしたがって、脱硫プロセスストリームは、さらなる処理のために窒素吸着装置３０へ供給される。吸着装置３０に入る際のプロセスストリームの温度は、水素化装置１１を出るプロセスストリームの温度と実質的に同じ温度である（すなわち、６００℃）。吸着装置３０によって行われるプロセスは、本明細書で、図４に関連して、より詳細に説明されるであろう。
脱硫プロセスストリームは、３１でモレキュラーシーブまたはゼオライトを通過して、窒素汚染物質（すなわちＮＨ３）がプロセスストリームから除去される。アンモニウムを含まないプロセスストリームは、次いで、プロセスストリームのさらなる処理のために改質装置１４へ供給されてもよい。ゼオライトは、次いで、ゼオライトを再生する目的のために３２で乾燥空気へ暴露されてもよく、そのためにそれは、再使用されて、さらなる窒素含有汚染物質がプロセスストリームから除去されてもよい。窒素含有汚染物質の除去は、高温（すなわち、それが水素化装置１１を出る際のプロセスストリームとほぼ同じ温度）で達成される。
本発明にしたがって、硫黄および窒素含有汚染物質の除去は、プロセスストリームを冷却し、ついで再加熱する必要なしに達成されることができる。当業者には、種々の修正および／または変形が、本発明の範囲から逸脱することなくなされてもよいことは、明らかであろう。したがって、本発明は、それらが添付の請求項およびそれらの均等物の範囲内に入る場合には、本明細書の装置および方法の修正および変形を包含するものである。

Claims (11)

  1. 製油所プロセスのプロセスストリームから、極性成分を除去するための方法であって、
    プロセスストリームを高い温度で処理する工程、
    硫黄を含む汚染物質をプロセスストリームから除去する第一の吸着装置に、プロセスストリームを供給する工程、
    プロセスストリームを第一の吸着装置内で処理して、硫黄含有汚染物質を除去する工程であって、プロセスストリームを、実質的に同じ高い温度で処理する工程、
    窒素を含む汚染物質をプロセスストリームから除去する第二の吸着装置を通して、プロセスストリームを供給する工程、及び
    プロセスストリームを第二の吸着装置内で処理して、窒素含有汚染物質を除去する工程であって、プロセスストリームを、実質的に同じ高い温度で処理する工程
    を含む方法。
  2. プロセスストリームを第一の吸着装置内で処理する工程は、
    金属酸化物および混合金属酸化物の少なくとも一種に、プロセスストリームを暴露して、硫黄含有汚染物質をプロセスストリームから除去し、金属硫化物および脱硫プロセスストリームを製造する工程
    を含む請求項１に記載の方法。
  3. プロセスストリームを第一の吸着装置内で処理する工程は、
    金属硫化物を、酸素ストリームに暴露して、金属酸化物および混合金属酸化物の少なくとも一種を再生する工程
    を更に含む請求項２に記載の方法。
  4. プロセスストリームを第一の吸着装置内で処理する工程は、
    再生金属酸化物および再生混合金属酸化物の少なくとも一種に、脱硫プロセスストリームを暴露して、脱硫プロセスストリームから水分を除去する工程
    を含む請求項３に記載の方法。
  5. プロセスストリームを第二の吸着装置内で処理する工程は、
    モレキュラーシーブおよびゼオライトの少なくとも一種に、プロセスストリームを暴露して、窒素含有汚染物質をプロセスストリームから除去する工程
    を含む請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
  6. プロセスストリームを第二の吸着装置内で処理する工程は、
    モレキュラーシーブおよびゼオライトの少なくとも一種を再生する工程
    をさらに含む請求項５に記載の方法。
  7. 硫黄含有汚染物質は、Ｈ２Ｓを含む請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
  8. 窒素含有汚染物質は、ＮＨ３を含む請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
  9. 製油所内の高いプロセス温度を有する高温プロセスストリームから、極性成分を除去するためのシステムであり、
    硫黄含有汚染物質を、高温プロセスストリームから除去する第一の吸着装置であって、硫黄含有汚染物質を、高いプロセス温度と実質的に同じ温度で除去する第一の吸着装置、及び
    窒素含有汚染物質を、高温プロセスストリームから除去する第二の吸着装置であって、窒素含有汚染物質を、高いプロセス温度と実質的に同じ温度で除去する第二の吸着装置
    を含むシステム。
  10. 前記第一の吸着装置は、金属酸化物および混合金属酸化物の少なくとも一種を含み、金属酸化物および混合金属酸化物の少なくとも一種に、プロセスストリームを暴露して、硫黄含有汚染物質をプロセスストリームから除去し、金属硫化物および脱硫プロセスストリームを製造する請求項９に記載のシステム。
  11. 前記第二の吸着装置は、モレキュラーシーブおよびゼオライトの少なくとも一種を含み、窒素含有汚染物質をプロセスストリームから除去する請求項９に記載のシステム。
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