JP2012523309A - 酸性ガス流を処理する方法およびそのための装置 - Google Patents

酸性ガス流を処理する方法およびそのための装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、ａ）Ｈ２ＳをＳＯ２に酸化するためにＨ２ＳおよびＣＯ２を含む酸性ガス流８２０を焼成炉８５０に通し、ＳＯ２およびＣＯ２を含む焼成炉煙道ガス流８６０を提供するステップ；（ｂ）煙道ガス流８６０中のＳＯ２からＨ２ＳＯ４を生成するために焼成炉煙道ガス流８６０を硫酸単位装置９００に通し、水性硫酸流９１０およびＣＯ２を含む硫酸単位装置オフガス流９２０を提供するステップ；および（ｃ）ＮＨ３、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む、第１のオフガス流１２０からＮＨ３を分離するために水性硫酸流９１０の少なくとも一部をアンモニアスクラバー１５０に通し、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含むスクラバーオフガス流１８０、および水性硫酸アンモニウム流１９０を提供するステップを少なくとも含む、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む酸性ガス流８２０を処理し、水性硫酸アンモニウム流１９０を提供する方法、およびそのための装置１を提供する。

Description

本発明は、例えばシンガスまたは精油所ガスの洗浄において、酸性ガス除去単位装置によって生成する酸性ガス流などのＨ２ＳおよびＣＯ２を含む酸性ガス流を処理し、水性硫酸アンモニウム流を提供する方法およびそのための装置を提供する。本方法および装置は、ＮＨ３、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む、第１のオフガス流をさらに利用する。
硫化水素および二酸化炭素を含む酸性ガスは、様々な源から生じ得る。例えば、原油は、精製工程中に酸性ガス流を含む、二酸化硫黄を生成し得る各種の硫黄含有汚染物質を含有し得る。さらに、例えば触媒反応分解炉からの精油所オフガス流は、原料ガス中に見られる化合物中に何らかの窒素が存在する場合、アンモニアを含み得る。代替として、触媒反応分解炉は、加水分解してアンモニアを含むオフガス流を生成し得る、ＨＣＮ含有流を提供することができる。
酸性ガスの別の例は未加工合成ガスである。合成ガスまたは「シンガス」は、本明細書において同義的に使用される一般用語であり、石炭ガス化、油残渣、廃棄物またはバイオマスに由来する一酸化炭素、水素および場合による不活性成分の混合物に適用される。
シンガスの主成分は水素および一酸化炭素である。さらに、しばしば、二酸化炭素および微量のメタンが存在する。さらに、ＨＣＮ、ＮＨ３、Ｈ２Ｓならびに時にはＣＯＳおよびＣＳ２などの望まれない成分もまた未加工または未処理の合成ガス中に存在し得る。これらの望まれない成分は１つまたは複数の処理ステージで除去し、処理済みシンガスを提供することができる。処理済みシンガスは、液体炭化水素の製造のためのフィッシャー−トロプシュプロセスにおいて有用な価値のある供給原料である。
硫化水素がフィッシャー−トロプシュ触媒などの触媒に不可逆的に結合し、その結果硫黄被毒を引き起こし得るので、未加工合成ガスから低レベルに硫化水素を除去することは、相当に重要である。これは触媒活性を著しく低下させて、触媒を失活し得る。さらに合成ガスが別の目的（発電のために燃焼される燃料などの）に使用されることになる場合、ガスタービンなどの発電装置は、その燃料流に耐えることができる最大限の硫化水素に制約され得る。さらに、環境的制約は、そのような発電からの排ガス中に放出される硫黄種のために決定され得る。
合成ガスおよび精油所ガスなどの組成物から酸性ガスを除去する処理工程は、酸性ガス流を生成し、これはさらに処理されてもよい。多ステップ工程において硫化水素を反応させ元素硫黄および水を生成するクラウス法を使用して、硫化水素を含む酸性ガスを処理することは従来式である。
本発明は、アンモニアを含むオフガス流を使用して、硫化水素および二酸化炭素を含む酸性ガス流を処理し、硫化水素を含む酸性ガス中の硫黄およびオフガス流中のアンモニアから、肥料として有用な商品である硫酸アンモニウムを生成する代替方法を提供する。対応する装置もまた提供される。
第１の態様において、本発明は、
（ａ）Ｈ２ＳをＳＯ２に酸化するためにＨ２ＳおよびＣＯ２を含む酸性ガス流を焼成炉に通し、ＳＯ２およびＣＯ２を含む焼成炉煙道ガス流を提供するステップ；
（ｂ）煙道ガス流中のＳＯ２からＨ２ＳＯ４を生成するために焼成炉煙道ガス流を硫酸単位装置に通し、水性硫酸流およびＣＯ２を含む硫酸単位装置オフガス流を提供するステップ；および
（ｃ）ＮＨ３、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む第１のオフガス流からＮＨ３を分離するために、水性硫酸流の少なくとも一部をアンモニアスクラバーに通し、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含むスクラバーオフガス流、および水性硫酸アンモニウム流を提供するステップを少なくとも含む、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む酸性ガス流を処理し、水性硫酸アンモニウム流を提供する方法を提供する。
酸性ガス流中の硫化水素から生成する水性硫酸流は、有利には、第１のオフガス流を洗浄してアンモニアを除去するために使用される。
第１のオフガス流中に存在するアンモニアは、従来、焼却してＮ２およびＨ２Ｏにされていたが、アンモニウム系肥料の製造に特に有用な、価値のある商品である。
本発明は、水性硫酸アンモニウム流を生成させるために第１のオフガス流中のアンモニアを使用することができる方法を提供し、それによりこの価値のある成分の焼却を有利に回避し、例えば肥料製品としての、それに続く使用を可能にする。
好ましい態様において、酸性ガス流および第１のオフガス流は、統合法が提供される、同一の工程の一部として、例えばシンガス処理または油精製工程の一部として生成される。好ましくは、酸性ガス流および第１のオフガス流の一方または両方を、シンガス流の処理の一部として提供することができる。
さらなる態様において、本発明は
−Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む酸性ガス流中のＨ２ＳをＳＯ２に酸化し、酸性ガス流のための第１の入口、およびＳＯ２およびＣＯ２を含む焼成炉煙道ガス流のための第１の出口を有する焼成炉；
−焼成炉煙道ガス流中のＳＯ２からＨ２ＳＯ４を生成し、焼成炉の第１の出口に接続された焼成炉煙道ガス流のための第１の入口、水性硫酸流のための第１の出口、およびＣＯ２を含む硫酸単位装置オフガス流のための第２の出口を有する硫酸単位装置；
−ＮＨ３、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む第１のオフガス流からＮＨ３を分離し、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含むスクラバーオフガス流、および水性硫酸アンモニウム流を提供し、第１オフガス流のための第１の入口、硫酸単位装置の第１出口に接続された水性硫酸流のための第２の入口、スクラバーオフガス流のための第１の出口および水性硫酸アンモニウム流のための第２の出口を有するアンモニアスクラバーを少なくとも備える、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む酸性ガス流を処理し、水性硫酸アンモニウム流を提供する装置
を提供する。
本発明の実施形態はここで、例としてのみ、および以下の限定されない添付図面を参照して記載される。
本発明の方法による酸性ガスを処理する代表的なスキームの第１の実施形態を示す図である。 本発明の方法によるガス化工程において酸性ガスを処理する代表的なスキームの第２の実施形態を示す図である。
この記載の目的において、１つの参照番号は、管路ならびにその管路内で運ばれる流に割り当てられる。同一の参照番号は類似した構成要素、流または管路を指す。
図１は本明細書において開示される方法を利用する、一般化された酸性ガス処理装置１を示す。ガス化工程中のシンガス流の処理からの酸性ガス流などの酸性ガス流８２０が提供される。酸性ガス流８２０はＣＯ２およびＨ２Ｓを含む。
酸性ガス流８２０は、焼成炉８５０の第１の入口８４８に通すことができる。焼成炉８５０は、酸性ガス流８２０（ならびに場合によって、スクラバーオフガス流１８０および／または以下に論じられるストリッパーオフガス後流６５）の燃焼性成分を酸化し、第１の出口８５１で焼成炉煙道ガス流８６０を提供する。酸性ガス流８２０中の硫化水素は、焼成炉８５０内で二酸化硫黄に部分的に酸化する。焼成炉煙道ガス流はＣＯ２およびＳＯ２を含む。ＮＨ３が、スクラバーオフガス流１８０および／またはストリッパーオフガス後流６５中に存在する場合には、焼成炉煙道ガス流は、Ｈ２ＯおよびＮ２などのＮＨ３の燃焼生成物をさらに含む。空気などの酸素含有流８３０は焼成炉８５０に第２の入口８４９ａで供給して燃焼を支えることもでき、また、必要ならば、炭化水素を含む燃料流８４０を第３の入口８４９ｂに通すことができる。
図１に示されない実施形態において、さらなる流もまた焼成炉に提供されてもよい。酸性ガス流中の硫化水素含量が硫酸生成を可能にするのに不十分な場合、溶融硫黄流を焼成炉に通し、硫黄の追加供給源を提供することもできる。
焼成炉煙道ガス流８６０を硫酸単位装置９００の第１の入口８９８に通し、そこで焼成炉煙道ガス流８６０から二酸化硫黄を除去し、それを第１の出口９０１で水性硫酸流９１０を生成するために使用することができる。ＣＯ２（ならびに、アンモニアが焼成炉８５０に提供された場合はＮ２およびＨ２Ｏ）を含む硫酸単位装置オフガス流９２０は、第２の出口９０２で提供される。
硫酸単位装置９００は、当業界で公知の方式で焼成炉煙道ガス流８６０中の二酸化硫黄から硫酸を生成することができる。例えば、二酸化硫黄は、まず空気などの酸素含有流からの酸素で三酸化硫黄、ＳＯ３に酸化することができる。バナジウム（Ｖ）酸化物触媒のような触媒が存在し得る。
次いで、ガス状三酸化硫黄を水で処理し、発熱反応で硫酸を生成することができる。放出した熱量を制御するために、９７−９８重量％硫酸を含む２−３重量％の水で三酸化硫黄を処理し、９８−９９重量％濃硫酸を生成することが好ましい。
代替実施形態において、三酸化硫黄は発煙硫酸Ｈ２Ｓ２Ｏ７で処理して濃硫酸を形成することができる。二酸化硫黄から硫酸を製造する他の方法と共にそのような工程は、当業者に周知である。
次いで、濃硫酸を水に添加し、水性硫酸を提供することができ、これは水性硫酸流９１０として第１の出口９０１で硫酸単位装置９００を出る。水性硫酸流９１０の少なくとも一部１７０をアンモニアスクラバー１５０の第２の入口１４９に通すことができる。
第１のオフガス流１２０は、アンモニアスクラバー１５０の第１の入口１４８に通すことができる。第１のオフガス流１２０はＮＨ３、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む。第１のオフガス流１２０は、好ましくは本処理方法の一部と同様にして生成されるオフガス流である。これは、図２に関してより詳しく論じられ、そこでは第１のオフガス流は、酸性水または酸性スラリーストリッパーからのオフガス流であってもよい。代替として、第１のオフガス流１２０は、酸性ガス処理装置１の外部の供給源を有していてもよい。
アンモニアスクラバー１５０は、アンモニアを除去するために第１のオフガス流１２０を処理し、第１の出口１５１でＨ２ＳおよびＣＯ２を含むスクラバーオフガス流１８０を提供する。第１のオフガス流１２０は、アンモニアを分離するために、第２の入口１４９でアンモニアスクラバー１５０に入る、硫酸単位装置９００によって生成した水性硫酸流１７０で洗浄することにより処理される。水性硫酸流１７０は塩基性アンモニアと反応し、アンモニアスクラバーの第２の出口１５２で水性硫酸アンモニウム流１９０を提供する。そのような流は肥料製品として有用である。残存ガスはスクラバーオフガス流１８０として、アンモニアスクラバー１５０を第１の出口１５１から出る。この流はＨ２ＳおよびＣＯ２を含み、ＮＨ３が激減され、より好ましくはこれを実質的に含まない。
本工程は、１０から６０００ｐｐｍｖの間、好ましくは２０から２０００ｐｐｍｖの間の量のＮＨ３を有する第１のオフガス流に対し特に適切である。アンモニアスクラバー内の温度は、低温でＮＨ３の十分な除去を達成するために、５から７０℃の間、好ましくは１０から５０℃の間が適切である。アンモニアスクラバー内の圧力は、下流の設備内の圧力損失に打ち勝つのに十分でなければならないが、図２に関してより詳細に論じられる上流の設備によって決定される上限がある。しかしながら、上流の設備内の圧力が高いほど、水からアンモニアおよび酸性ガスを除去するのは困難である。アンモニアスクラバー１５０内の圧力は、低温でＮＨ３の十分な除去を達成するために、１から１０バールの間、好ましくは１．３から４バールの間であるのが適切である。
スクラバーオフガス流１８０は、硫化水素成分からの硫酸単位装置９００用の二酸化硫黄の追加供給源を生成するために使用することができる。これはスクラバーオフガス流１８０を焼成炉８５０に通すことにより達成することができ、そこで硫化水素は燃焼され、二酸化硫黄供給原料を提供する。図１に示される実施形態において、スクラバーオフガス流１８０は、合流酸性ガス流８２０ａとして焼成炉８５０の第１の入口８４８に通す前に酸性ガス流８２０と合わせる。しかし、スクラバーオフガス流は、焼成炉８５０の別々の入口に通すこともできる。
図２は本明細書において開示される酸性ガス流を処理する方法を利用する、石炭ガス化装置などの一般化されたガス化装置５を示す。図１に関して記載された流、単位装置およびゾーンは、図２のスキームにおいて同一の参照番号、名称および機能を有する。
石炭供給原料などの未加工炭化水素５１０を石炭粉砕乾燥単位装置５００（ここで、場合によって融剤と共に、加工され、粉砕石炭原料５２０を提供する）に通すことにより、準備の整った石炭原料などの炭化水素原料５６０が提供される。次いで、粉砕石炭原料５２０は、石炭供給単位装置５５０に通し、これは、粉砕乾燥石炭などの炭化水素原料５６０をガス化炉６００に提供する。
ガス化炉６００はガス化ゾーン６００ａおよび冷却ゾーン６００ｂを含む。ガス化ゾーン６００ａ内では、粉砕乾燥石炭などの炭化水素原料は、窒素、酸素および水蒸気と共にバーナーへ供給される。スラグの形態の灰分は、ガス化ゾーン６００ａに重力によって下降しスラグクエンチタンクに入り、そこから処分用の集積容器に移動させることができる。生成合成ガスはガス化ゾーン内で生じて上側クエンチ部へ移り、そこで適切な再圧縮後、（以下に論じられる）例えば未加工シンガス流７１０からのブリード流から再循環シンガスによってクエンチすることができ、高温シンガス流を提供する。高温シンガス流は、ＣＯ、Ｈ２、微粒子固体、ＨＣＮ、ＮＨ３、Ｈ２Ｓ、ＣＯ２ならびに場合によってＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方を含む。多くの場合において、ＣＯＳがＨ２ＳとＣＯ２の間の平衡反応から形成されるので、ＣＯＳは存在する。次いで、高温シンガス流は、シンガス冷却器または廃熱ボイラーなどの冷却ゾーン６００ｂに通すことができ、そこで、沸騰水流などの水流に対して向流でさら冷却され、飽和水蒸気流（図示せず）、およびＣＯ、Ｈ２、微粒子固体、ＨＣＮ、ＮＨ３、Ｈ２Ｓ、ＣＯ２、ならびに場合によってＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方を含む冷却シンガス流６１０を提供する。
次いで、冷却シンガス流６１０は、サイクロン分離器などの乾燥固形分除去単位装置６５０に通すことができ、そこで微粒子固体の大きい部分はガス成分から分離され、フライアッシュ６７０およびＣＯ、Ｈ２、微粒子固体、Ｈ２Ｏ、ＨＣＮ、ＮＨ３、Ｈ２Ｓ、ＣＯ２ならびに場合によって、ＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方を含む含湿固形分シンガス流６６０を提供する。
含湿固形分シンガス流６６０は、湿式洗浄カラム７００に通すことができ、そこで追加の微粒子固体を除去するために洗浄され、微粒子固体、ＨＣＮ、ＮＨ３、Ｈ２Ｓ、ＣＯ２、ならびに場合によってＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方を含むスラリーブリード流７２０、ならびに、望まれない成分Ｈ２Ｓ、ＨＣＮおよびＮＨ３、ならびに場合によって、ＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方と共に、ＣＯ、Ｈ２およびＣＯ２を含む未加工シンガス流７１０を提供することができる。
未加工シンガス流７１０は、高圧加水分解ゾーン７５０の第１の入口７４８に通すことができ、そこでＨＣＮならびに、存在する場合、ＣＯＳおよびＣＳ２は加水分解され、第１の出口７５１で加水分解シンガス流７６０および第２の出口７５２で凝縮水流７７０を提供する。未加工シンガス流７１０中に存在するアンモニアは凝縮水流７７０に分離される。加水分解シンガス流７６０はＣＯ、Ｈ２、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含み、水で飽和することができる。凝縮水流７７０はＨ２Ｏ、ＮＨ３、ＣＯ２およびＨ２Ｓを含む。凝縮水流７７０は、以下に論じられるさらなる加工のための酸性水ストリッパー２００に通すことができる。
高圧加水分解ゾーン７５０の圧力は、１から１００バールの範囲、より好ましくは２から８０バールの範囲であってよい。
高圧加水分解ゾーン７５０内で、ＨＣＮ、ならびに、該当する場合、ＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方は以下の反応に従って変換される：
（Ａ）ＨＣＮの加水分解：ＨＣＮ＋Ｈ２Ｏ→ＮＨ３＋ＣＯ
（Ｂ）ＣＯＳの加水分解：ＣＯＳ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２Ｓ＋ＣＯ２
（Ｃ）ＣＳ２の加水分解：ＣＳ２＋２Ｈ２Ｏ→２Ｈ２Ｓ＋ＣＯ２
高圧加水分解ゾーン７５０において水／水蒸気の量は、水蒸気に基づいて、好ましくは１０体積／体積％から８０体積／体積％の間、より好ましくは２０体積／体積％から７０体積／体積％の間、さらに好ましくは３０体積／体積％から５０体積／体積％の間である。好ましい水／水蒸気量においては、ＨＣＮ、ならびに場合によって、ＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方の変換が改善される。通常、未加工シンガス流７１０中のＨ２Ｏの量は、ＨＣＮ、ならびに場合によって、存在する場合、ＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方の変換を達成するのに十分である。
場合によって、所望の水／水蒸気量を達成するために、それを高圧加水分解ゾーン７５０へ通す前に、水もしくは水蒸気、または、これらの混合物を未加工シンガス流７１０に添加することができる。場合によって、反応条件は反応混合物がＨ２Ｏの露点未満に留まるように選択される。次いで、ガス流中のＨ２Ｏは、有利には、ＨＣＮ、ならびに場合によってＣＯＳおよび／またはＣＳ２の所望のレベルへの変換に使用することができる。
ＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方が存在する場合、加水分解シンガス流７６０のＣＯＳおよびＣＳ２の合計濃度は、ガス流の合計に基づいて、適切には１０ｐｐｍｖから２体積％の間、好ましくは２０ｐｐｍｖから１体積％の間である。
高圧加水分解ゾーン７５０は気体／固体接触装置、好ましくは固定床リアクターであってもよい。ＨＣＮ、ＣＯＳおよびＣＳ２の加水分解用の触媒は当業者には公知であり、例えばＴｉＯ２系触媒またはアルミナおよび／もしくは酸化クロム系触媒を包含する。好ましい触媒はＴｉＯ２系触媒である。
加水分解は、ＮＨ３、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む、加水分解シンガス流７６０をもたらし、これは、ガス流の合計に基づいて、ＨＣＮが希薄、ならびに該当する場合、ＣＯＳおよびＣＳ２が希薄であり、例えば０．０１体積％未満、適切には０．１ｐｐｍｖから０．０１体積％の間、好ましくは１ｐｐｍｖから５０ｐｐｍｖの間のＨＣＮ濃度を有する。
ＣＯＳが存在する場合、加水分解シンガス流７６０中の濃度は、ガス流の合計に基づいて、０．０１体積％未満、適切には１０ｐｐｍｖから０．０１体積％の間、好ましくは１５ｐｐｍｖから１００ｐｐｍｖの間である。
ＣＳ２が存在する場合、加水分解シンガス流７６０中の濃度は、ガス流の合計に基づいて、０．０１体積％未満、適切には１ｐｐｍｖから０．０１体積％の間、好ましくは２ｐｐｍｖから５０ｐｐｍｖの間である。
加水分解シンガス流７６０は、当業界で公知のものなどの酸性ガス除去単位装置８００の第１の入口７９８に通すことができる。酸性ガス除去単位装置８００は、シンガスからのＨ２Ｓおよび一部のＣＯ２などの酸性ガスを除去し、第１の出口８０１で処理済みシンガス流８１０を提供する。処理済みシンガス流８１０はＣＯ２、ＣＯおよびＨ２を含み、より好ましくはＣＯ２、ＣＯおよびＨ２から本質的になる。次いで、処理済みシンガスは、さらなる加工のために、例えばガスタービンを使用する発電に対し燃料源として使用されるより長鎖の液体炭化水素への変換、または水を用いて行われる水素および二酸化炭素を生成するＣＯシフト反応のためのフィッシャー−トロプシュ単位装置などに通すことができる。
このように、未加工シンガス流７１０は処理され、ＨＣＮ、ＮＨ３、Ｈ２Ｓ、ＣＯ２の一部ならびに、存在する場合、ＣＯＳおよびＣＳ２が除去された処理済みシンガス流８１０を提供する。
酸性ガス除去単位装置８００はまた、第２の出口８０２で酸性ガス流８２０を提供する。酸性ガス流８２０は、加水分解シンガス流７６０から分離された酸性ガスＨ２ＳおよびＣＯ２を含む。
酸性ガス除去は、加水分解シンガス流からのＨ２Ｓおよび一部のＣＯ２を吸収性液体に移すために吸収性液体に加水分解シンガス流７６０を接触させることにより行うことができる。これは、好ましくは比較的高圧および常温で行われる。
次いで、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む吸収性液体は、処理済みシンガス流８１０として単位装置を出る残りのガス成分から分離することができる。次いで、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む分離された吸収性液体は、通常比較的低圧および高温でガスをストリップすることによって再生し、ＣＯ２およびＨ２Ｓを含む酸性ガス流８２０を提供することができる。
吸収性液体は、加水分解シンガス流からＨ２Ｓおよび一部のＣＯ２を除去することができるいかなる液体であってもよい。吸収性液体は化学および／または物理溶媒を含んでもよい。好ましい物理溶媒はＳｅｌｅｘｏｌである。化学および物理溶媒の組み合わせは特に好ましい。適切な化学溶媒は第一級、第二級および／または第三級アミンである。好ましい化学溶媒は、第二級または第三級アミン、より好ましくはエタノールアミンに由来するアミン化合物、一層好ましくはＤＩＰＡ、ＤＥＡ、ＭＥＡ、ＤＥＤＡ、ＭＭＥＡ（モノメチルエタノールアミン）、ＭＤＥＡまたはＤＥＭＥＡ（ジエチルモノエタノールアミン）である。ＤＩＰＡおよび／またはＭＤＥＡが特に好ましい。これらの化合物はＨ２Ｓおよび／またはＣＯ２などの酸性化合物と反応し、それによって加水分解シンガス流７６０からＨ２Ｓおよび／またはＣＯ２を除去すると考えられる。
適切な物理溶媒は、スルフォラン（シクロテトラメチレンスルホン）およびその誘導体、脂肪酸アミン、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ−アルキル化ピロリドンおよび対応するピペリドン、メタノール、エタノールおよびポリエチレングリコールのジアルキルエーテルまたはこれらの混合物である。好ましい物理溶媒はスルフォランである。Ｈ２Ｓおよび／またはＣＯ２は物理溶媒に取り込まれ、それによって、加水分解シンガス流７６０から除去されると考えられる。さらに、メルカプタンが存在すれば、同様に物理溶媒に取り込まれる。
好ましくは、吸収性液体はスルフォラン、ＭＤＥＡまたはＤＩＰＡ、および水を含む。
処理済みシンガス流８１０のＨ２Ｓの濃度は、加水分解シンガス流７６０のＨ２Ｓの濃度より低い。通常、処理済みシンガス流８１０中のＨ２Ｓの濃度は０．０００１％から２０％、より好ましくは、加水分解シンガス流７６０中のＨ２Ｓ濃度は０．０００１％から１０％の範囲にある。適切には、処理済みシンガス流８１０のＨ２Ｓの濃度は、１０ｐｐｍｖ未満、より好ましくは５ｐｐｍｖ未満である。
酸性ガス流８２０は、焼成炉８５０の第１の入口８４８に通し、図１に関して論じられるようにさらに処理することができる。
さらなる実施形態において、図２は、アンモニアスクラバー１５０に通す第１のオフガス流１２０がどのようにガス化工程の一部として生成されたオフガス流から提供され、それによって統合処理方法および装置を提供することができるかを、開示している。
一実施形態において、第１のオフガス流１２０はスラリーブリード流７２０に由来してもよい。スラリーブリード流７２０は湿式洗浄カラム７００によって生成され、微粒子固体、ＨＣＮ、ＮＨ３、Ｈ２Ｓ、ＣＯ２、ならびに場合によってＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方を含む。これは、さらなる分離のために酸性スラリーストリッパー５０の第１の入口４８に通すことができる。酸性スラリーストリッパー５０にはまた、第２の入口４９で水蒸気流１０を供給することができる。さらなる実施形態において、酸性スラリーストリッパー５０に、ストリッパー内のｐＨを維持する緩衝液などの追加成分が供給されてもよい。水蒸気はスラリーブリード流からガス成分をストリップし、ＨＣＮ、ＮＨ３、Ｈ２Ｓ、ＣＯ２、ならびに場合によって、ＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方を含むスラリーストリッパーオフガス流６０を酸性スラリーストリッパー５０の第１の出口５１で、および微粒子固体を含むストリップ済みスラリー流７０を酸性スラリーストリッパー５０の第２の出口５２で提供することができる。スラリーストリッパーオフガス流６０は、実質的に微粒子固体をなくすることができる。ストリップ済みスラリー流７０は微粒子固体のスラリーを処分するために清澄器２５０に通すことができる。
次いで、スラリーストリッパーオフガス流６０は低圧加水分解ゾーン１００に通し、ＮＨ３、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む加水分解オフガス流１１０を得ることができ、これは第１のオフガス流１２０としてアンモニアスクラバー１５０の第１の入口１４８に通すことができる。
スラリーストリッパーオフガス流６０は、硫酸単位装置９００用の二酸化硫黄の追加供給源を硫化水素成分から生成するために使用することができる。これは、スラリーストリッパーオフガス流６０の少なくとも一部をストリッパーオフガス後流６５として直接焼成炉８５０に通すことにより達成することができ、そこで硫化水素は燃焼され、硫酸単位装置９００用の二酸化硫黄供給原料を提供する。図２に示される実施形態において、ストリッパーオフガス後流６５は、合流酸性ガス流８２０ａとして焼成炉８５０の第１の入口８４８に通す前に、スクラバーオフガス流１８０と合わせる。しかし、ストリッパーオフガス後流６５もまた、焼成炉８５０の別々の入口に通すことができる。
この実施形態は、スラリーストリッパーオフガス流６０がＨＣＮ、ＣＯＳおよびＣＳ２をほとんどまたはまったく含まない場合に好ましい。しかし、低濃度のＨＣＮ、ならびに流中に存在するＣＯＳおよびＣＳ２は、焼成炉８５０内で燃焼させ、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、ＳＯ２およびＮ２を生成することができる。流中に存在するアンモニアは、Ｎ２およびＨ２Ｏなどの燃焼生成物に燃焼される。
ストリッパーオフガス後流６５が存在しない場合でさえ、スラリーストリッパーオフガス流６０中の硫化水素は、低圧加水分解ゾーン１００およびアンモニアスクラバー１５０内で処理した後、最終的にスクラバーオフガス流１８０にのせて焼成炉８５０に通す。
低圧加水分解ゾーン１００は、未加工シンガス流７１０の処理において使用される高圧加水分解ゾーン７５０に性質が類似している。低圧加水分解ゾーンは一般に加水分解触媒を含む。スラリーストリッパーオフガス流６０は、高圧加水分解ゾーン７５０に通す、未加工シンガス流７１０と比較して、＞１から１０ｂａｒ、より好ましくは約１．３から４．０ｂａｒの範囲の圧力でのように、より低圧である。したがって、低圧加水分解ゾーン１００の圧力は、類似した範囲にある。
低圧加水分解ゾーン１００内では、ＨＣＮ、ならびに、該当する場合、ＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方は、高圧加水分解ゾーン７５０で論じられた、反応（Ａ）から（Ｃ）に従って変換される。スラリーストリッパーオフガス流６０のアンモニアレベルは、高圧加水分解ゾーン７５０に送られる未加工シンガス流７１０のそれより著しく高くてもよい。例えば、スラリーストリッパーオフガス流６０のアンモニア含量は、未加工シンガス流７１０中の２００ｐｐｍと比較して、約４モル％であってよい。
低圧加水分解ゾーン１００内の水／水蒸気の量は、好ましくは高圧加水分解ゾーン７５０のそれと同一またはより高い。より高い水含量は加水分解反応を促進する。一般に、水／水蒸気含量は３０−５０％の範囲であってもよいが、３５％がより好ましい。通常、酸性スラリーストリッパー５０からのスラリーストリッパーオフガス流６０のＨ２Ｏの量は、ＨＣＮならびに場合によって、ＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方の変換を達成するのに十分である。これは、約１００℃の酸性スラリーストリッパー５０の頂部条件が、スラリーストリッパーオフガス流６０を水で飽和させるのに十分であるからである。低圧加水分解反応は、高圧加水分解と比較して、例えばおよそ２００℃のより高温で行うことができる。それは、より高い圧力および温度で未加工シンガス流７１０の加水分解中に発生する望まれない副反応は、スラリーストリッパーオフガス流６０にとって重要ではないからである。
ＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方が存在する場合、酸性スラリーストリッパーオフガス流６０のＣＯＳおよびＣＳ２の合計濃度は、適切には、ガス流の合計に基づいて、１０ｐｐｍｖから２体積％の間、好ましくは２０ｐｐｍｖから１体積％の間である。
低圧加水分解ゾーン１００は気体／固体接触装置、好ましくは固定床リアクターであってもよい。ＨＣＮ、ならびに場合によって、ＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方の加水分解触媒は当業者に公知であり、例えばＴｉＯ２系触媒またはアルミナおよび／もしくは酸化クロム系触媒を包含する。好ましい触媒はＴｉＯ２系触媒である。
加水分解は、ＮＨ３、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む加水分解オフガス流１１０をもたらし、これは、ガス流の合計に基づいて、ＨＣＮが希薄、ならびに該当する場合、ＣＯＳおよびＣＳ２が希薄であり、例えば０．０１体積％未満、適切には０．１ｐｐｍｖから０．０１体積％の間、好ましくは１ｐｐｍｖから５０ｐｐｍｖの間のＨＣＮ濃度を有する。
加水分解オフガス流１１０中にＣＯＳが存在する場合、その濃度は、ガス流の合計に基づいて、０．０１体積％未満、適切には１０ｐｐｍｖから０．０１体積％の間、好ましくは１５ｐｐｍｖから１００ｐｐｍｖの間である。
加水分解オフガス流１１０中にＣＳ２が存在する場合、その濃度は、ガス流の合計に基づいて、０．０１体積％未満、適切には１ｐｐｍｖから０．０１体積％の間、好ましくは２ｐｐｍｖから５０ｐｐｍｖの間である。
加水分解オフガス流１１０は、第１のオフガス流１２０としてアンモニアスクラバー１５０の第１の入口１４８に通すことができる。好ましい実施形態において、加水分解オフガス流１１０は、以下に論じられるが、酸性水ストリッパーオフガス流２１０と合わせ、アンモニアスクラバー１５０に通す第１のオフガス流１２０として、合流ストリッパーオフガス流を提供する。
既に論じられたように、湿式洗浄カラム７００によって生成した未加工シンガス流７１０は、高圧加水分解ゾーンに通し、ＣＯ、Ｈ２、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む加水分解シンガス流７６０およびＨ２Ｏ、ＮＨ３、ＣＯ２およびＨ２Ｓを含む凝縮水流７７０を提供することができる。凝縮水流７７０は、酸性水ストリッパー２００の第１の入口１９８に通すことができる。
水蒸気などのストリップ剤は、酸性水ストリッパー２００中のＮＨ３、Ｈ２ＳおよびＣＯ２などの凝縮水流７７０のガス成分を分離するために使用し、ＮＨ３、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む酸性水ストリッパーオフガス流２１０、および酸性水ストリッパー水流２２０を提供することができる。
酸性水ストリッパーオフガス流２１０は、第１のオフガス流１２０としてまたはスラリーストリッパーオフガス流１１０と合わせて、アンモニアスクラバー１５０の第１の入口１４８に通し、上に論じられた処理のためにアンモニアストリッパー１５０に通す前に、合流ストリッパーオフガス流を提供することができる。
当業者は、添付の請求項の範囲から逸脱することなく、多くの様々な方法で本発明を実施することができることを理解する。例えば、本明細書において開示された方法が、酸性ガス流が、天然ガス流から酸性ガスを除去する酸性ガス処理単位装置によって提供されるＨ２Ｓを含む天然ガス流の処理に適用可能であることは明らかである。第１のオフガス流を、天然ガス処理プラントの外部のアンモニア含有流によって提供することができよう。代替として、例えば、原料ガスにおいて見られる化合物中に何らかの窒素が存在する場合、アンモニアを含み得る触媒反応分解炉からの精油所オフガス流の処理において、本明細書に開示された方法を使用することができよう。

Claims (8)

  1. ａ）Ｈ２ＳをＳＯ２に酸化するためにＨ２ＳおよびＣＯ２を含む酸性ガス流（８２０）を焼成炉（８５０）に通し、ＳＯ２およびＣＯ２を含む焼成炉煙道ガス流（８６０）を提供するステップ；
    （ｂ）煙道ガス流（８６０）中のＳＯ２からＨ２ＳＯ４を生成するために焼成炉煙道ガス流（８６０）を硫酸単位装置（９００）に通し、水性硫酸流（９１０）およびＣＯ２を含む硫酸単位装置オフガス流（９２０）を提供するステップ；および
    （ｃ）ＮＨ３、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む、第１のオフガス流（１２０）からＮＨ３を分離するために水性硫酸流（９１０）の少なくとも一部をアンモニアスクラバー（１５０）に通し、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含むスクラバーオフガス流（１８０）、および水性硫酸アンモニウム流（１９０）を提供するステップ
    を少なくとも含む、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む酸性ガス流（８２０）を処理し、水性硫酸アンモニウム流（１９０）を提供する方法。
  2. （ｄ）スクラバーオフガス流（１８０）を焼成炉（８５０）に通すステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  3. （ｉ）微粒子固体、ＨＣＮ、ＮＨ３、Ｈ２Ｓ、ＣＯ２、ならびに場合によって、ＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方を含むスラリーブリード流（７２０）を提供するステップ；
    （ｉｉ）スラリーブリード流から微粒子固体を分離するためにスラリーブリード流（７２０）を酸性スラリーストリッパー（５０）に通し、ＨＣＮ、ＮＨ３、Ｈ２Ｓ、ＣＯ２、ならびに場合によって、ＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方を含むスラリーストリッパーオフガス流（６０）、および微粒子固体を含むストリップ済みスラリー流（７０）を提供するステップ；および
    （ｉｉｉ）ＨＣＮならびに場合によってＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方を加水分解するためにスラリーストリッパーオフガス流（６０）を低圧加水分解ゾーン（１００）に通し、ＮＨ３、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む加水分解オフガス流（１１０）として第１のオフガス流（１２０）を提供するステップ
    を含むさらなるステップによって第１のオフガス流（１１０）の少なくとも一部が提供される、請求項１または請求項２に記載の方法。
  4. （ｉｖ）Ｈ２Ｏ、ＮＨ３、ＣＯ２およびＨ２Ｓを含む、凝縮水流（７７０）を提供するステップ；および
    （ｖ）凝縮水流（７７０）を酸性水ストリッパー（２００）に通し、ＮＨ３、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む酸性水ストリッパーオフガス流（２１０）として第１オフガス流（１２０）を、および酸性水ストリッパー水流（２２０）を提供するステップ
    を含むさらなるステップによって第１のオフガス流（１１０）の少なくとも一部が提供される、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
  5. −ＣＯ、Ｈ２、ＨＣＮ、ＮＨ３、Ｈ２Ｓ、ＣＯ２ならびに場合によってＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方を含む未加工シンガス流（７１０）を提供するステップ；
    −ＨＣＮならびに場合によってＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方を加水分解するために未加工シンガス流（７１０）を高圧加水分解ゾーン（７５０）に通し、ＣＯ、Ｈ２、ＮＨ３、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む加水分解シンガス流（７６０）、およびＮＨ３、ＣＯ２およびＨ２Ｓを含む凝縮水流（７７０）を提供するステップ；
    −加水分解シンガス流（７６０）からＨ２ＳおよびＣＯ２を分離するために加水分解シンガス流（７６０）を酸性ガス除去単位装置（８００）に通し、ＣＯ、ＣＯ２およびＨ２を含む処理済みシンガス流（８１０）、および酸性ガス流（８２０）を提供するステップ
    を含むさらなるステップによって酸性ガス流（８２０）が提供される、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
  6. −ＣＯ、Ｈ２、微粒子固体、Ｈ２Ｏ、ＨＣＮ、ＮＨ３、Ｈ２Ｓならびに場合によってＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方を含む含湿固形分シンガス流（６６０）を提供するステップ；および
    −含湿固形分シンガス流（６６０）から微粒子固体を分離するために含湿固形分シンガス流を湿式洗浄カラム（７００）に通し、未加工シンガス流（７１０）、ならびに微粒子固体、ＨＣＮ、ＮＨ３、Ｈ２Ｓ、ＣＯ２、ならびに場合によってＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方を含むスラリーブリード流（７２０）を提供するステップ
    を含むさらなるステップによって未加工シンガス流（７１０）が提供される、請求項５に記載の方法。
  7. −ガス化ゾーン（６００ａ）内で炭化水素原料（５６０）をガス化し、ＣＯ、Ｈ２、微粒子固体、ＨＣＮ、ＮＨ３、Ｈ２Ｓ、ＣＯ２、ならびに場合によってＣＯＳおよびＣＳ２の一方または両方を含む高温シンガス流を提供するステップ；
    −冷却ゾーン（６００ｂ）内で高温シンガス流を冷却し、冷却シンガス流（６１０）を提供するステップ；および
    −乾燥固形分除去単位装置（６５０）内で冷却シンガス流（６１０）から乾燥固形分を分離し、フライアッシュ（６７０）および含湿固形分シンガス流（６６０）を提供するステップ
    を含むさらなるステップによって含湿固形分シンガス流（６６０）が提供される、請求項６に記載の方法。
  8. −Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む酸性ガス流（８２０）中のＨ２ＳをＳＯ２に酸化し、酸性ガス流（８２０）のための第１の入口（８４８）、およびＳＯ２およびＣＯ２を含む焼成炉煙道ガス流（８６０）のための第１の出口（８５１）を有する焼成炉（８５０）；
    −焼成炉煙道ガス流（８６０）中のＳＯ２からＨ２ＳＯ４を生成し、焼成炉（８５０）の第１の出口（８５１）に接続された焼成炉煙道ガス流（８６０）のための第１の入口（８９８）、水性硫酸流（９１０）のための第１の出口（９０１）、およびＣＯ２を含む硫酸単位装置オフガス流（９２０）のための第２の出口（９０２）を有する硫酸単位装置（９００）；
    −ＮＨ３、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含む、第１のオフガス流（１２０）からＮＨ３を分離し、Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含むスクラバーオフガス流（１８０）、および水性硫酸アンモニウム流（１９０）を提供し、第１のオフガス流（１２０）のための第１の入口（１４８）、硫酸単位装置（９０１）の第１の出口（９０１）に接続された水性硫酸流（９１０）のための第２の入口（１４９）、スクラバーオフガス流（１８０）のための第１の出口（１５１）および水性硫酸アンモニウム流（１９０）のための第２の出口（１５２）を有するアンモニアスクラバー（１５０）
    を少なくとも備える、酸性ガス流（８２０）を処理する装置（１）。
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