JP2012504494A - 高圧酸性ガスを除去する構成および方法 - Google Patents

Abstract

酸性ガスは、好ましくは酸性ガス除去プラント内で製造したまたは利用可能な低レベルの廃熱を用いてリッチな溶剤を加熱した後、連続するフラッシュ段階を用いて再生された物理的溶剤を用いてフィードガスから除去される。特に好ましい廃熱源は、ＣＯ２のための冷蔵システムおよび／または再圧縮システムの圧縮機放熱および／またはフィードガスからの（低レベル）熱容量を含む。

Description

本出願は、２００８年１０月２日に出願された整理番号６１／１０２０５３の同一出願人による同時係属中の米国仮特許出願の優先権を主張する。

本発明の分野は、炭化水素系フィードガスからの酸性ガス除去、特にＣＯ２含有量が高い天然および合成高圧ガスからの酸性ガスの除去、および再注入のためのＣＯ２の同時製造である。

硫黄が少ない天然ガス田は枯渇しつつあるので、今日のエネルギー需要を満たすために他の供給源からのガス製造が必要とされている。増大するエネルギーコストに関して、高酸性ガスの天然ガス田からのガス製造および炭素系材料のガス化による合成ガスの製造が、経済的に魅力的になっている。高酸性ガス田および炭鉱は依然として世界の多くの場所で豊富である。しかし、これらの資源は相対的に炭素含有量が高いために、これらの資源を用いるガス処理プラントからのＣＯ２の排出は、多くの場合、許容できない程高く、一般にＣＯ２回収および隔離が必要である。

最も典型的には、高酸性ガス田におけるＣＯ２含有量は、約１０モル％から約５０モル％の範囲であり、これはパイプラインの仕様（例えば、１から２モル％のＣＯ２および４ｐｐｍｖのＨ２Ｓ）を満たすには全く不向きである。同様に、ガス化からの合成ガスまたは水素製造は、多くの場合、許容できない程高い酸性ガス含有量を有するので、温室ガス効果を最小限にするためにはＣＯ２の除去および隔離が必要である。残念ながら、ＣＯ２の隔離は、非常に高圧（例えば、２０００ｐｓｉｇ以上）への圧縮を必要とし、これは特にＣＯ２が従来のガス処理プロセスから大気圧または大気圧付近で製造される場合にエネルギーを大量に消費する。こうしたＣＯ２の発生および隔離に関する典型的な例は、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏ．７，１９２，４６８およびＷＯ２００４／０５２５１１に載っており、これは参考として本明細書に組み込まれる。こうしたプラントおよび方法は、高圧フィードガスからのＣＯ２除去において比較的有効であるが、製造されたＣＯ２は大気圧または大気圧付近であり、そのため形成のために注入する相当なエネルギー消費を必要とする。同様に、溶剤を加熱し、加熱された溶剤を大気圧程度にフラッシュしてＣＯ２を回収するための特定の構成が、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏ．３，６６４，０９１およびＵ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏ．３，５９４，９８５において既知であるが、同じく、相当な再圧縮を必要とする低圧のＣＯ２製造物が製造される。したがって、異なる観点から、酸性ガス除去のための既知の構成および方法のすべてまたはほぼすべては、高圧にて処理されたガスを製造し、大気圧に近いＣＯ２ストリームを製造する。

同様の構成および方法において、例えばＷＯ２００７／０７７１３７に記載されるように、加熱された物理的溶剤に関して逐次フラッシュプロセスが使用され、そこで溶剤は相対的に低い圧力までフラッシュされ（２００ｐｓｉ未満）、この溶剤はストリームを用いて加熱される。こうした構成によりＣＯ２再圧縮のためのエネルギー需要を少なくともある程度低減するが、溶剤加熱に使用されるストリームを生じさせるために、相対的に大きなエネルギー需要が必要である。こうした高いエネルギー需要は、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏ．５，０６１，４６５に記載されるように高温でのアミン溶剤の逐次フラッシュが行われるプロセスに関しても同様に知られている。

したがって、種々の構成および方法により様々なフィードガスから酸性ガスを除去することが知られているが、これらのすべてまたはほぼすべては１つ以上の欠点がある。例えば、既知のプロセスのすべてまたはほぼすべては、溶剤の再生に相当な加熱を必要とする傾向にあり、回収されたＣＯ２は、通常、ＣＯ２が大気圧または大気圧付近であるので、相当な圧縮を必要とする。

米国特許第７，１９２，４６８号明細書 国際公開第２００４／０５２５１１号 米国特許第３，６６４，０９１号明細書 米国特許第３，５９４，９８５号明細書 国際公開第２００７／０７７１３７号 米国特許第５，０６１，４６５号明細書

そのため、依然として、酸性ガスを除去するための改善された方法および構成を提供することが必要とされている。

本発明は、物理的溶剤を用いてフィードガスから酸性ガスを除去する種々のプラント構成および方法を対象とし、ここでこの溶剤は、連続するフラッシュ段階および種々の、最も典型的には少なくとも１つまたは２つの別の供給源からの低レベル廃熱を用いて再生される。特に好ましい廃熱源には、冷蔵システムおよび／またはＣＯ２圧縮システムの圧縮機放熱またはフィードガスからの（低レベルの）熱容量が含まれる。さらに、本発明の主題に従う方法およびプラントは、エネルギーをさらに回収するために水力タービンによるリッチな溶剤の圧力降下を使用する。したがって、蒸気再生機またはストリッピング容器のようなエネルギー需要の高いデバイスを避けることができ、外部冷却および／または加熱のための需要を顕著に低減できる。

例えば、本発明の主題の１つの好ましい態様において、ＣＯ２含有量が少なくとも１０モル％であり、圧力が１０００ｐｓｉｇであるガスからＣＯ２を吸収することによって形成されるＣＯ２リッチな物理的溶剤を再生する方法は、フラッシュ再生されたリーンな溶剤からの熱ならびにフィードガスおよび／または圧縮機放熱（例えば、冷蔵圧縮機またはＣＯ２再圧縮機）から回収された熱を用いてＣＯ２リッチな溶剤を加熱する工程を含む。

最も好ましくは、加熱されたＣＯ２リッチな溶剤は、３００から５００ｐｓｉｇの圧力にてＣＯ２リッチな溶剤中のＣＯ２の２０％から４０％をフラッシュでき、および／または５０から３００ｐｓｉｇの圧力にてＣＯ２リッチな溶剤中のＣＯ２の２０％から４０％をフラッシュできるのに十分な温度を有する。異なる観点から、加熱されたＣＯ２リッチな溶剤は、大気圧または大気圧付近での圧力におけるＣＯ２リッチな溶剤からのＣＯ２のフラッシュを、ＣＯ２リッチな溶剤中のＣＯ２の５％から２０％に制限するのに十分な温度を有する。したがって、ＣＯ２の少なくとも８０％は、廃熱を用いてＣＯ２リッチな溶剤を１００°Ｆから３００°Ｆの温度に加熱することによって、ＣＯ２リッチな溶剤から除去できることを理解すべきであり、ここで加熱されたＣＯ２リッチな溶剤は、好ましくはフラッシュされて、５０ｐｓｉｇから５００ｐｓｉｇの圧力にて少なくとも２つの別個のＣＯ２ストリームを製造する。これらおよびその他の想定された方法およびプラントでは、フラッシュ−再生されたリーンな溶剤は、少なくとも６０°Ｆ、より典型的には少なくとも１００°Ｆの温度を有するのが好ましい。

さらに一般的には、フラッシュ−再生されたリーンな溶剤は、少なくとも２つ（およびより典型的には３つまたは４つ）の膨張デバイスを通してＣＯ２リッチな溶剤をフラッシュすることによって製造されるのが好ましく、この一部は、膨張タービンであるのが好ましい。リーンな溶剤中において特に低い酸性ガス濃度を達成するために、フラッシュ再生されたリーンな溶剤は、ＣＯ２リッチな溶剤を大気圧未満の圧力にフラッシュすることによって製造されるのが好ましい。

本発明の主題の別の代表的な態様では、フィードガスからＣＯ２を除去する方法は、リーンな物理的溶剤を用いてフィードガスから吸収装置中においてＣＯ２を吸収し、ＣＯ２を欠いた処理ガスおよびＣＯ２リッチな溶剤を製造する工程、およびフィードガスからＣＯ２を除去するプロセスにおいて製造された廃熱を用いて複数の熱交換機中のＣＯ２リッチな溶剤を加熱する別の工程を含む。想定される方法はさらに、少なくとも３００ｐｓｉｇの圧力にて加熱されたＣＯ２リッチな溶剤から第１のＣＯ２リッチなストリームを分離し、少なくとも１００ｐｓｉｇの圧力にて加熱されたＣＯ２リッチな溶剤から第２のＣＯ２リッチなストリームを分離して、フラッシュされた溶剤を形成する工程を含み、ここで第１および第２のＣＯ２リッチなストリームは、ＣＯ２リッチな溶剤の総ＣＯ２の少なくとも７０％を含む。さらに別の工程において、フラッシュされた溶剤は、ＣＯ２リッチな溶剤の部分膨張によって生じた冷蔵を用いて冷却される。最も典型的には、第１および第２のＣＯ２リッチなストリームは、少なくとも９０％のＣＯ２を含む。

こうした方法において、廃熱は、フラッシュされた溶剤、フィードガス、および圧縮機放熱の少なくとも１つによって製造されること、および／またはＣＯ２は少なくとも１０モル％の濃度にてフィードガス中に存在するのが一般に好ましく、ここでＣＯ２は、少なくとも１０００ｐｓｉの圧力にて吸収装置に吸収される。多数のガスがフィードガスとして使用されてもよいが、通常、フィードガスは、ＣＯ２含有量が少なくとも１０モル％、より典型的には少なくとも１５モル％、および最も典型的には少なくとも２５モル％であるフィードガスのストリームを製造する高ＣＯ２貯蔵所からの合成または天然ガスであるのが好ましい。

結果として、本発明者はまた、少なくとも１０００ｐｓｉの圧力を有し、ＣＯ２含有量が少なくとも１０モル％であるフィードガスを提供するように構成されたフィードガス供給源を含むまたはこれと流体連結した酸性ガス除去プラントを想定する。最も典型的なプラントにおいて、吸収装置は、フィードガス供給源と流体連結し、ＣＯ２は、リーンな物理的溶剤を用いてフィードガスから吸収され、それによってＣＯ２を欠いたガスストリームおよびＣＯ２リッチな溶剤を製造する。最も典型的には、幾つかの熱交換機が、廃熱を用いてＣＯ２リッチな溶剤を加熱するように配置されて、それによって加熱されたＣＯ２リッチな溶剤が形成され、幾つかの圧力低下デバイスおよびフラッシュ容器は、例えば（ａ）第１のＣＯ２リッチなストリームが、少なくとも３００ｐｓｉｇの圧力にて加熱されたＣＯ２リッチな溶剤から形成され、（ｂ）第２のＣＯ２リッチなストリームが、少なくとも１００ｐｓｉｇの圧力にて加熱されたＣＯ２リッチな溶剤から形成されるように、例えば加熱されたＣＯ２リッチな溶剤の逐次フラッシュを可能にするように配置される。さらにまた、こうしたプラントにおいて、第１および第２のＣＯ２リッチなストリームがＣＯ２リッチな溶剤の総ＣＯ２の少なくとも７０％を含むことが特に好ましい。

特に好ましいプラントでは、熱交換機は、ＣＯ２リッチなフィードガス、リーンな溶剤、および圧縮機放熱ストリームの少なくとも１つに熱連結され（ＣＯ２リッチな溶剤を少なくとも２００°Ｆの温度に加熱できるように）、供給源は、天然ガス井または合成ガス製造プラントである。ＣＯ２が形成に（再）注入される予定の場合、圧縮機（例えば、フィードガス、リサイクルガス、または冷蔵圧縮機）が含まれるのが一般に好ましい。さらに、膨張タービンを熱交換機の吸収装置上流に流体連結させ、エネルギーを回収し、および／または冷却を生じるようにするのが一般に好ましい。

本発明の種々の目的、特徴、態様および利点は、本発明の好ましい実施形態の次の詳細な説明からより明らかになる。

本発明の主題に従って天然ガスから酸性ガスを除去するための代表的な概略図である。 本発明の主題に従って合成ガスから酸性ガスを除去するための代表的な概略図である。

本発明者は、相対的に高い圧力およびＣＯ２含有量を有するフィードガスから、物理的溶剤中にＣＯ２を吸収してリッチな溶剤を形成することによって酸性ガスを除去できることを見出し、ここでこのリッチな溶剤は、次いで加熱され、フラッシュされて、幾つかの段階にて圧力が低下され、高圧ＣＯ２製造物ストリームおよびリーンな溶剤を製造する。このリーンな溶剤は、大気圧未満の圧力にさらにフラッシュされることができ、それによって超リーンな溶剤を生じる。

より詳細には、ＣＯ２リッチな物理的溶剤を再生する想定された方法は、リッチな溶剤が加熱されて、複数の工程で大気圧またはサブ大気圧まで圧力低下されるようなものを含むのが好ましく、ここで加熱は、１００ｐｓｉｇを超える圧力にて溶剤から５０％を超えるＣＯ２を除去できるのに有効な温度にて行われ、ＣＯ２製造物を注入して戻す、またはそうでなければ隔離される場合に圧縮する必要性を著しく減らすＣＯ２製造物を生じる。したがって、さらに好ましい方法において、ＣＯ２リッチな物理的溶剤は、低級熱を用いて幾つかの熱交換機中で加熱され、大気圧を超える圧力まで部分的に減圧される（通常、炭化水素系リサイクルストリームを生じる。）。次いで第１のＣＯ２リッチなストリームは、少なくとも１００ｐｓｉｇの圧力にて部分的に減圧され、加熱されたリッチな溶剤から分離され、部分的に減圧され、加熱されたリッチな溶剤はさらにまた減圧されることによって、リーンな物理的溶剤を再生し、少なくとも第２のＣＯ２リッチなストリームを生じる。

そのため、本発明者は、ＣＯ２リッチな物理的溶剤（通常、少なくとも１０モル％の高ＣＯ２含有量および少なくとも１０００ｐｓｉｇの圧力を有するガスからＣＯ２を吸収することによって形成される。）を再生する方法を特に想定し、ここでＣＯ２リッチな溶剤は、フラッシュ再生されたリーンな溶剤からの熱ならびにフィードガスおよび／または圧縮機放熱（例えば、冷蔵圧縮機放熱、再圧縮機放熱など）から回収された熱を用いて加熱される。したがって、特に想定された方法は、ＣＯ２はリーンな物理的溶剤を用いて吸収装置において吸収され、ＣＯ２を欠いた処理ガスおよびＣＯ２リッチな溶剤を生じるものを含む。次いでＣＯ２リッチな溶剤は、最も好ましくはフィードガスからＣＯ２を除去するプロセスにおいて製造される廃熱を用いて複数の熱交換機で加熱され、第１および第２のＣＯ２リッチなストリームは、少なくとも３００ｐｓｉｇおよび少なくとも１００ｐｓｉｇの圧力において加熱されたＣＯ２リッチな溶剤からそれぞれ分離され、ここで第１および第２のＣＯ２リッチなストリームは、ＣＯ２リッチな溶剤の総ＣＯ２の少なくとも７０％を含む。フラッシュされた溶剤は、次いでＣＯ２リッチな溶剤の部分膨張によって生じた冷蔵を用いて冷却される。

例えば、本発明の主題に従う１つの好ましいプラント構成（例えば、天然ガスからの酸性ガス除去のための構成）を図１に示すが、ここでフィードガスのストリーム１（通常の組成が約１００°Ｆおよび約１０００ｐｓｉｇにおいて１４モル％ＣＯ２、８４モル％Ｃｌ、２モル％Ｃ２、０．１モル％Ｃ３および３０ｐｐｍｖＨ２Ｓである。）を、交換機５１において吸収装置のオーバーヘッドストリーム４の冷蔵容量を用いて約５°Ｆに冷却する。数に関連して本明細書で使用される「約」という用語は、この数の＋／−１０％（両端を含む。）の範囲を指す。吸収装置のオーバーヘッドストリーム６は、処理されたガスとしてプラントを離れる（通常パイプラインを通して。）。冷凍されたフィードガスストリーム２は、吸収装置５２中のリーンな溶剤ストリーム３によって向流スクラブされ、ＣＯ２が豊富でリッチな溶剤ストリーム５を形成する。最も典型的には、吸収装置は、パッキングもしくはトレイ、またはＣＯ２吸収に好適なその他の媒体を含む接触デバイスを含有する。

約１０°Ｆのリッチな溶剤ストリーム５は、次いで第１の水圧タービン５４を介して圧力を約５００ｐｓｉｇまで降下させる。降下させたストリーム７を、交換機５５においてリーンな溶剤ストリーム９により約１００°Ｆまで加熱し、ストリーム１０を形成し、これをさらに、熱交換機６９において冷蔵圧縮機放熱ストリーム２９によって加熱し、分離機５７に至りフラッシュされる前に約２００°Ｆのストリーム１１を形成する。フラッシュ分離機は、フラッシュされた蒸気ストリーム１２およびフラッシュされた液体ストリーム１４を製造する。蒸気ストリーム１２は、圧縮機５６によって約１０００ｐｓｉｇまで圧縮され、ストリーム１３を形成し、これを交換機７３において冷却水ストリーム９１によって冷却し、ストリーム３４を形成し、吸収装置にリサイクルする。フラッシュされた液体ストリーム１４は、第２の水圧タービン５８において約３００ｐｓｉｇまで降下され、ストリーム１５を形成する。

こうした構成において、水圧タービンは、作業中に（例えば、溶剤循環ポンプを駆動するまたは電力を生じる。）、酸性ガス内容物を膨張およびフラッシュすることによって冷蔵冷却を生じるのでエネルギー効率の良いデバイスとして作用することを認識すべきである。リッチな溶剤１５は、約３００ｐｓｉｇにて操作する分離機５９までフラッシュされ、フラッシュされた蒸気ストリーム１６およびフラッシュされた液体ストリーム１７を製造する。３００ｐｓｉｇの高い操作圧力にも拘わらず、フィードガスからＣＯ２の約４０％が分離機５９から製造されることを理解すべきである。ストリーム１６は、ＣＯ２圧縮機中間段階ストリーム７９と合わせられ、ストリーム８０を形成し、これをさらにＣＯ２圧縮機７６により約２０００ｐｓｉｇに圧縮し、ＣＯ２再注入のためのストリーム８１を形成する。フラッシュされた溶剤ストリーム１７は、ＪＴバルブ６０バルブを介して降下され、ストリーム１８を形成し、約７０から１５０ｐｓｉｇにて操作する第３のセパレータ６１に至る。フラッシュされた蒸気ストリーム１９をＣＯ２圧縮機放熱ストリーム７７と合わせ、ＣＯ２圧縮機７５によって圧縮される前にストリーム７８を形成する。

フラッシュされた溶剤ストリーム２０は、ＪＴバルブ６２を介して降下され、ストリーム２１を形成し、大気圧付近にて操作する第４の分離機６３に至る。フラッシュされた蒸気ストリーム２２を、ＣＯ２圧縮機７４によって約７０から１５０ｐｓｉｇに圧縮される前に、真空ポンプ８２からのＣＯ２ストリーム８３と合わせ、ストリーム７７を形成する。大気圧にてフラッシュされた溶剤ストリーム２３を、ＪＴバルブ６４を介して降下させ、ストリーム２４を形成させ、２ｐｓｉａから１３ｐｓｉａの真空圧力にて操作する第５段階のフラッシュドラム６５に至り、フラッシュされた蒸気ストリーム２５およびフラッシュされた液体ストリーム２６を製造する。フラッシュされた蒸気を、真空ポンプ８２によって大気圧まで圧縮し、ストリーム８３を形成し、これをＣＯ２圧縮システムによってさらに圧縮される前に大気圧フラッシュと合わせる。ほぼ完全に再生されたリーンな溶剤ストリーム２６は、ポンプ６６によって約１０００ｐｓｉｇにポンプして、ストリーム９を形成し、これを交換機５５においてストリーム７と２２°Ｆまで熱交換し、ストリーム８を形成し、これをさらにプロパン冷凍機５３中のプロパンによって０から−４０°Ｆまで冷却し、吸収装置に戻す前に冷凍された溶剤ストリーム３を形成する。

低圧プロパン冷蔵蒸気ストリーム２７を、少なくとも２段階冷蔵圧縮機６７および６８によってストリーム２８を介して圧縮する。通常約１５０から３００°Ｆの圧縮機放熱ストリーム２９を使用して、交換機６９中においてリッチな溶剤ストリーム１０を加熱する。冷却されたプロパンストリーム３０を、交換機７０において冷却水ストリーム９０（または空気冷却器）により冷却し、液体プロパンストリーム３１を形成する。プロパン冷蔵を約１００°Ｆにてサージドラム７１中に貯蔵し、これを次いでストリーム３２を介して、ＪＴバルブ７２において約０から１０ｐｓｉｇに降下させ、冷蔵ストリーム３３を形成し、交換機５３において冷却必須要件を供給する。

本発明の主題に従う別の代表的なプラント構成（例えば、酸性ガスが合成ガスから除去されるための構成）を図２に示すが、これはフィードガスのストリーム１（典型的な組成は４０モル％ＣＯ２、５６モル％Ｈ２、５モル％ＣＯ、および１０ｐｐｍｖＨ２Ｓを有し、水で飽和している。）を処理する。ストリーム１は、通常、約２５０から３００°Ｆの温度であり、約１０００ｐｓｉｇの圧力を有する。合成ガスのフィードガスは４０％程度の水蒸気を含有することが多く、これは酸性ガス除去ユニットの上流を冷却することによって大抵の場合除去しなければならず、これは多くの場合冷却水を用いて達成される。しかし、好ましいプロセスにおいて、冷却必須要件は、リッチな溶剤を用いて満たされ、それによって冷却水の必要性を低減またはさらに削除する。約１００°Ｆのリッチな溶剤ストリーム８を使用し、合成ガスを約１５０°Ｆに冷却し、冷却されたガスストリーム２を形成する。別の観点から、合成ガス供給物からの廃熱を利用して、溶剤再生のためにリッチな溶剤を加熱し、外部加熱必須要件を排除するのが有利である。

必要に応じて、フィードガスのストリーム２はさらに、冷却水ストリーム９０を用いて交換機５２中で冷却され、さらに冷却されたガスストリーム３を形成し、これを吸収装置に供給する。水ストリーム９３を濃縮し、システムから除去する。冷却されたフィードガスは、吸収装置５３中のリーンな溶剤ストリーム６によって向流スクラブされ、ＣＯ２リーンな溶剤ストリーム５および酸性ガスを欠いた処理されたガスストリーム４を製造する。吸収装置は、パッキングまたはトレイまたはＣＯ２吸収のための他の好適な媒体を含む接触デバイスを含有する。リッチな溶剤ストリーム５は、通常、１０°Ｆにおいて、第１の水圧タービン５４を介して圧力を約３００から５００ｐｓｉｇに降下させる。得られた二相ストリーム７を、リーンな溶剤ストリーム９によって交換機５６にて約１００から１５０°Ｆに加熱し、ストリーム８を形成し、これをさらに熱交換機５１中でフィードガスからの熱容量により約２００から２５０°Ｆに加熱し、ストリーム９４を形成する。場合により、ストリーム９４をさらに、熱交換機６４においてＣＯ２圧縮機放熱ストリーム２０によって加熱し、ストリーム１０を形成し、これをさらに交換機６２においてＣＯ２圧縮機放熱ストリーム１７によって加熱する。二相ストリーム１１を分離機５７において約３００から５００ｐｓｉｇにフラッシュして、フラッシュされた蒸気ストリーム１２およびフラッシュされた液体ストリーム１３を製造する。蒸気ストリーム１２を、約２０００ｐｓｉｇまで圧縮機６３によって圧縮し、ストリーム２０を形成し、これをさらにＣＯ２再注入のために物理的溶剤ストリーム９４によって冷却する。フラッシュされた液体ストリーム１３をＪＴバルブ５８を介して約１００から２００ｐｓｉｇに圧力を降下させてストリーム１４を形成し、第２の分離機５９においてフラッシュされた蒸気１５およびフラッシュされたリーンな溶剤１６を製造する。再度、こうした構成において、水圧タービンは、シャフト作業を行いながら（例えば、溶剤循環ポンプを駆動する、または電力を生じる。）、酸性ガス内容物の膨張およびフラッシュによって冷蔵冷却を生じるのでエネルギー効率の良いデバイスとして操作することを認識されるべきである。

フラッシュされた蒸気ストリーム１５は、ＣＯ２圧縮機６１によって圧縮され、圧縮熱は交換機６２においてリッチな溶剤ストリーム１０を加熱することによって回収して、ストリーム１８を形成し、これをフラッシュされた蒸気ストリーム１２と合わせてストリーム１９を形成した後、ＣＯ２圧縮機６３に供給し、注入のためのストリーム２１を製造する。こうして再生されたリーンな溶剤ストリーム１６をポンプ６０によって約１０００ｐｓｉｇにポンプし、ストリーム９を形成し、これを交換器５６においてストリーム７と２０から５０°Ｆに熱交換し、ストリーム１０を形成し、これをさらに冷凍機５５においてプロパンストリーム９１によって冷却し、冷凍された溶剤ストリーム６を形成し、吸収装置に戻す。

想定された構成および方法の他の利益のうち、想定されたプロセスは、冷却剤として室温付近にて物理的溶剤を圧縮システムおよびフィードガスのストリームに使用し、施設の冷却水の消費を低減することを理解すべきである。さらに、リーンな溶剤中の残留酸性ガスを、降下フラッシュ再生と関連する低レベルの廃熱の適用により非常に低いレベルまで低下させることを理解すべきである。例えば本発明の主題の特に好ましい態様において、リッチな溶剤は、フィードガスの冷却機、リーンな／リッチな溶剤交換機および熱交換機を用い、冷蔵圧縮機および／またはＣＯ２圧縮機放熱からの廃熱を利用して再生する。８０％を超えるＣＯ２が、廃熱を用いて溶剤を１００°Ｆから３００°Ｆに加熱することによって再生し、５０ｐｓｉｇから５００ｐｓｉｇの圧力での高圧ＣＯ２ストリームを製造し、大気圧または大気圧付近でのＣＯ２の発生を最小限にする。別の観点から、ＣＯ２の１０％から２０％だけが大気圧または大気圧付近（３０ｐｓｉ未満）にて製造され、これが圧縮コストを大幅に低減する。高圧ＣＯ２ストリームに関して、一般に約２０から４０％のＣＯ２が約３００から５００ｐｓｉｇの圧力で製造され、約２０から４０％が約５０から３００ｐｓｉｇで製造される（これを、ＣＯ２圧縮機またはさらに異なる圧縮機の様々な段階に供給してもよい。）ことが想定される。なおさらに好ましい態様において、想定されたプラントは、価値のある製造物ガスを再吸収するために吸収装置にフラッシュ蒸気の少なくとも一部をリサイクルするリサイクルガス圧縮機を含み、製造物ガスの損失を５％未満、最も好ましくは１％未満に維持し、ＣＯ２ストリームを９０モル％、最も好ましくは９５モル％またはさらに高い濃度に維持する。

特に好ましい態様において、溶剤は、サブ大気圧までフラッシュされ、１００ｐｐｍ未満のＨ２Ｓ（最も典型的には１０ｐｐｍ未満）および０．５モル％未満のＣＯ２（最も典型的には０．１モル％未満）を含む超リーンな溶剤を製造するが、これは、現在のパイプラインガスの仕様が１モル％以下のＣＯ２および４ｐｐｍｖ以下のＨ２Ｓを必要とするので、処理されたガスをパイプラインに供給する場合には必要とされる。したがって、好適なフィードガスはまた、少なくとも１００ｐｐｍ、より典型的には少なくとも２００ｐｐｍ、最も典型的には少なくとも５００ｐｐｍの量でのＨ２Ｓを含む。さらに、フィードガスは、好ましくは少なくとも部分的に脱水されることに留意すべきであり、あらゆる既知の脱水剤が本明細書に使用するのに好適であると見なされる（例えば、グリコール接触機、モレキュラーシーブなど）。

好適なフィードガスに関して、こうしたガスの圧力を大きく変更でき、ガスの特性は少なくと部分的に圧力を決定することを理解すべきである。例えば、フィードガスが天然ガスまたは合成ガスである場合、好適な圧力は、一般に大気圧から数千ｐｓｉｇの範囲である。しかし、フィードガスは、少なくとも約４００ｐｓｉｇ、より典型的には少なくとも約１０００ｐｓｉｇ、さらにより典型的には少なくとも約１５００ｐｓｉｇの圧力を有するのが特に好ましい。同様に、溶剤の特性は、大きく変更でき、あらゆる物理的溶剤およびこれらの混合物は、本明細書に使用するのに適切であると見なされる。当分野において既知の多くの物理的溶剤が存在し、代表的な好ましい物理的溶剤としては、ＦＬＵＯＲ ＳＯＬＶＥＮＴ（登録商標）（プロピレンカルボナート）、ＮＭＰ（ｎ−メチルピロリドン）、ＳＥＬＥＸＯＬ（登録商標）（ポリエチレングリコールのジメチルエーテル）、およびＴＢＰ（トリブチルホスファート）、および／または種々のポリエチレングリコールジアルキルエーテルが挙げられる。または、強化された三級アミン（例えばピペラジン）または他の溶剤またはこれらの溶剤の混合物を含む他の溶剤は、物理的溶剤として同様の挙動を有するものが使用されてもよい。

リッチな溶剤のフラッシュは、複数のデバイスを用いて行うことができ、一般にあらゆる圧力低下デバイスが本明細書で使用するのに好適であることが想定される。しかし、圧力低下の量に関して、通常、リッチな溶剤（作業後および／または冷却後）は、溶解したＣＯ２の少なくとも７０％（より典型的には少なくとも９０％、および最も典型的には少なくとも９５％）を放出するのに十分な圧力にまで圧力を降下させるのが好ましい。こうして製造された二酸化炭素は、次いで１つ以上の分離機（通常、大気圧およびサブ大気圧で操作する１つの分離機を含む。）においてリーンな溶剤から分離される。特に、こうして発生したＣＯ２ストリームは、９０％を超える、より典型的には少なくとも９５％のＣＯ２含有量を有することを理解すべきである。したがって、こうして形成された二酸化炭素ストリームは、特に強化された石油回収に適している。

したがって、本発明者はまた、フィードガスの供給源を含むまたはこれと連結した酸性ガス除去プラントを想定する（ここでこのフィードガスは、好ましくは少なくとも１０００ｐｓｉの圧力および少なくとも１０モル％のＣＯ２含有量を有する。）。吸収装置は、供給源に流体連結しており、リーンな物理的溶剤を用いてフィードガスからＣＯ２を吸収でき、それによってリーンなガスストリームおよびＣＯ２リッチな溶剤を製造し、熱交換機は、ＣＯ２リッチな溶剤を廃熱を用いて加熱するように構成され、それによって加熱されたＣＯ２リッチな溶剤を形成する。複数の圧力低下デバイスおよびフラッシュ容器は、加熱されたＣＯ２リッチな溶剤の逐次フラッシュを可能にするように想定されたプラントに配置され、それによって第１のＣＯ２リッチなストリームが少なくとも３００ｐｓｉｇの圧力にて加熱されたＣＯ２リッチな溶剤から形成され、第２のＣＯ２リッチなストリームが、少なくとも１００ｐｓｉｇの圧力にて加熱されたＣＯ２リッチな溶剤から形成されるようになり、ここで第１および第２のＣＯ２リッチなストリームは、ＣＯ２リッチな溶剤の総ＣＯ２の少なくとも７０％を含む。

結果として、本発明の主題に従う構成は、アミンまたは他の物理的溶剤または膜を用いる高いＣＯ２分圧における従来のＣＯ２除去プロセスに比較して、全体のエネルギー消費および資本コストを大幅に低減することを認識すべきである。さらに、想定される構成およびプロセスは、通常、外部熱源または冷蔵を必要とせず、熱源は、必要に応じてフィードガスによって、または冷蔵および／またはＣＯ２圧縮システムのいずれかからの圧縮熱によって供給され、さらにエネルギー消費を減らし、環境への影響を減らす。さらにまた、強化された石油回収プロジェクトでは、フィードガス中の二酸化炭素濃度が、通常、１０％から６０％程度まで上昇してしまうことが多い。想定された構成およびプロセスは、有利なことには、本質的に同じ溶剤循環率で、こうした変更を許容できる。

想定される方法および構成のさらに別の利点は、必要とされるオフサイトでの支援および設備システム、例えば蒸気ボイラーまたは燃料ガス加熱があまり必要でないという簡便さである。例えば、高ＣＯ２フィードガスを操作するように想定された構成は、プロセスの冷却のために物理的溶剤からの廃冷蔵を使用し、冷却水の消費を最小限にした。唯一の施設必須要件は電力であり、追加の冷却（必要に応じて）は周囲空気を用いて、環境影響を大きく低減する。

さらに、真空再生および廃熱適用を用いる天然ガスプラント操作は、非常に低いＣＯ２およびＨ２Ｓ含有量のリーンな溶剤を発生させることができることを理解すべきである。例えば、特に好ましい構成において、リーンな硫化水素を含有する物理的溶剤は、少なくとも１００ｐｐｍ硫化水素を含み、真空フラッシュは、リーンな硫化水素を含有する物理的溶剤、１００ｐｐｍ未満の硫化水素を含む超リーンな溶剤、およびより典型的には１０ｐｐｍ未満の硫化水素を含む超リーンな溶剤を製造する。さらなる態様、実施、および代替構成は、ＵＳ２００５／０１７２８０７およびＵＳ２００５／００００３６０として公開された同一出願人による同時継続中の米国特許出願に議論されており（両方とも、冷却のためにリッチな溶剤の減圧を使用する。）、さらに同一出願人の米国特許第７，１９２，４６８号に関連し、これを参考として本明細書に組み込む。

したがって、改善された酸性ガス除去のための構成および方法に関する特定の実施形態および適用を開示した。しかし、本発明の趣旨から外れることなく、既に説明したことの他にも多くの修正が可能であることが、当業者にとって明白であるはずである。本発明の主題は従って、添付の特許請求の範囲の趣旨以外に限定されるものではない。更に、明細書および特許請求の範囲の両方の解釈において、全ての用語は文脈と首尾一貫した、可能な限り広範囲な様式において解釈されるべきである。特に、「含む」および「含んでいる」という用語は、参照された要素、成分、または工程が、明確に参照されていない他の要素、成分、または工程と共に存在し、または利用され、または結合され得ることを示す、非排他的な様式における要素、成分、または工程の言及として解釈されるべきである。

Claims (20)

1. 少なくとも１０モル％のＣＯ２含有量、および少なくとも１０００ｐｓｉｇの圧力を有するガスからＣＯ２の吸収によって形成されたＣＯ２リッチな物理的溶剤を再生する方法であって、フラッシュ再生されたリーンな溶剤からの熱ならびにフィードガスおよび圧縮機放熱の少なくとも１つから回収された熱を用いてＣＯ２リッチな溶剤を加熱する工程を含む、方法。
2. 加熱されたＣＯ２リッチな溶剤が、３００から５００ｐｓｉｇの圧力にてＣＯ２リッチな溶剤中のＣＯ２の２０％から４０％をフラッシュでき、および５０から３００ｐｓｉｇの圧力にてＣＯ２リッチな溶剤中のＣＯ２の２０％から４０％をフラッシュできるのに十分な温度を有する、請求項１に記載の方法。
3. 加熱されたＣＯ２リッチな溶剤が、大気圧または大気圧付近でのＣＯ２リッチな溶剤からのＣＯ２のフラッシュを、ＣＯ２リッチな溶剤中のＣＯ２の５％から２０％に制限するのに十分な温度を有する、請求項１に記載の方法。
4. 加熱されたＣＯ２リッチな溶剤が、３００から５００ｐｓｉｇの圧力にてＣＯ２リッチな溶剤中のＣＯ２の２０％から４０％をフラッシュできるのに十分な温度を有する、請求項１に記載の方法。
5. ＣＯ２の少なくとも８０％が、廃熱を用いてＣＯ２リッチな溶剤を１００°Ｆから３００°Ｆの温度に加熱することによってＣＯ２リッチな溶剤から除去され、加熱されたＣＯ２リッチな溶剤はフラッシュされて、５０ｐｓｉｇから５００ｐｓｉｇの圧力にて少なくとも２つの別個のＣＯ２ストリームを製造する、請求項１に記載の方法。
6. フラッシュ再生されたリーンな溶剤が少なくとも６０°Ｆの温度を有する、請求項１に記載の方法。
7. フラッシュ再生されたリーンな溶剤が、少なくとも２つの膨張デバイスを通してＣＯ２リッチな溶剤をフラッシュすることによって製造される、請求項１に記載の方法。
8. フラッシュ再生されたリーンな溶剤が、ＣＯ２リッチな溶剤を大気圧未満の圧力にフラッシュすることによって製造される、請求項７に記載の方法。
9. 圧縮機放熱が、冷蔵圧縮機放熱またはＣＯ２圧縮機放熱である、請求項１に記載の方法。
10. リーンな物理的溶剤を用いてフィードガスから吸収装置中においてＣＯ２を吸収し、ＣＯ２を欠いた処理ガスおよびＣＯ２リッチな溶剤を製造する工程と、
    フィードガスからＣＯ２を除去するプロセスにおいて製造された廃熱を用いて複数の熱交換機中のＣＯ２リッチな溶剤を加熱する工程と、
    少なくとも３００ｐｓｉｇの圧力にて加熱されたＣＯ２リッチな溶剤から第１のＣＯ２リッチなストリームを分離し、少なくとも１００ｐｓｉｇの圧力にて加熱されたＣＯ２リッチな溶剤から第２のＣＯ２リッチなストリームを分離して、フラッシュされた溶剤を形成する工程であって、ここで第１および第２のＣＯ２リッチなストリームが、ＣＯ２リッチな溶剤の総ＣＯ２の少なくとも７０％を含む工程、および
    ＣＯ２リッチな溶剤の部分膨張によって生じる冷蔵を用いてフラッシュされた溶剤を冷却する工程
    を含む、フィードガスからＣＯ２を除去する方法。
11. 廃熱が、フラッシュされた溶剤、フィードガス、および圧縮機放熱の少なくとも１つによって製造される、請求項１０に記載の方法。
12. ＣＯ２が少なくとも１０モル％の濃度にてフィードガス中に存在し、ＣＯ２が少なくとも１０００ｐｓｉの圧力にて吸収装置において吸収される、請求項１０に記載の方法。
13. フィードガスが合成ガスである、請求項１０に記載の方法。
14. 第１および第２のＣＯ２リッチなストリームが、少なくとも９０％のＣＯ２を含む、請求項１０に記載の方法。
15. 少なくとも１０００ｐｓｉの圧力および少なくとも１０モル％のＣＯ２含有量を有するフィードガスを提供するように構成されるフィードガス供給源と；
    供給源と流体連結され、リーンな物理的溶剤を用いてフィードガスからＣＯ２を吸収できるように構成され、それによってリーンなガスストリームおよびＣＯ２リッチな溶剤を製造する吸収装置と；
    廃熱を用いてＣＯ２リッチな溶剤を加熱するように構成された複数の熱交換機であって、それによって加熱されたＣＯ２リッチな溶剤を形成する熱交換機と；
    加熱されたＣＯ２リッチな溶剤を逐次フラッシュすることができるように配置された複数の圧力低下デバイスおよびフラッシュ容器であって、第１のＣＯ２リッチなストリームが少なくとも３００ｐｓｉｇの圧力にて加熱されたＣＯ２リッチな溶剤から形成され、および第２のＣＯ２リッチなストリームが少なくとも１００ｐｓｉｇの圧力にて加熱されたＣＯ２リッチな溶剤から形成されるようにする容器
    を含む酸性ガス除去プラントであって、第１および第２のＣＯ２リッチなストリームがＣＯ２リッチな溶剤の総ＣＯ２の少なくとも７０％を含む、プラント。
16. 複数の熱交換機が、ＣＯ２リッチなフィードガス、リーンな溶剤、および圧縮機放熱ストリームの少なくとも１つに熱連結する、請求項１５に記載の酸性ガス除去プラント。
17. 供給源が天然ガス井または合成ガス製造プラントである、請求項１５に記載の酸性ガス除去プラント。
18. 第１および第２のＣＯ２リッチなストリームを形成に注入するのに好適な圧力まで圧縮するように構成された圧縮機をさらに含む、請求項１５に記載の酸性ガス除去プラント。
19. 吸収装置および複数の熱交換機の上流に流体連結される膨張タービンをさらに含む、請求項１５に記載の酸性ガス除去プラント。
20. 複数の熱交換機が、ＣＯ２リッチな溶剤を少なくとも２００°Ｆの温度まで加熱可能にする、請求項１５に記載の酸性ガス除去プラント。

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