JP2012532745A - 硫黄回収プラントのテールガス処理方法 - Google Patents

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Abstract

硫化水素をガスストリームから除去するための方法であって、その際ガスストリームは、先ず、準化学量論比(HS:SO)2:1超で運転するクラウス装置を通って進んで、SO2000vppm未満を含むテールガスストリームが製造される。このテールガスストリームは、次いで、硫黄回収率を少なくとも99.5%へ増大するように処理される。これは、先ず、テールガスストリームを、冷却材としての水と接触させることによって直接冷却し、引続いてガスストリームを、高度立体障害二級アミノエーテルアルコールの希釈吸収剤溶液の循環ストリームと接触させて、ガスストリームを更に冷却し、次いでHSを、高度立体障害二級アミノエーテルアルコールのより強い吸収剤溶液を用いて、ストリームから除去することによる。
【選択図】図1

Description

本発明は、硫黄を、硫黄化合物を含むガスストリームから抽出するための方法に関し、より詳しくは、クラウス装置からのテールガスを脱硫するための方法に関する。
石油製油所および天然ガスプラントにおける硫黄含有ガスストリームは、典型的には、クラウスプロセスによって脱硫される。クラウスプロセスは、二つの主なプロセス工程で機能する。第一に、硫化水素は、温度凡そ1000℃で元素硫黄へ転化される。これは、ガスストリーム中のHSの凡そ1/3を燃焼して、二酸化硫黄が製造され、これは、次いで、残留するHSと反応して、元素硫黄が製造されることによる。この段で形成される溶融硫黄の凝縮および除去に引続いて、HSおよびSOの間の反応は、第二の接触工程で継続され、そこで元素硫黄が、アルミナ触媒により、温度200〜350℃で製造される。クラウス反応は、次式によって表されることができる。
S+1.5O → SO+H
2HS+SO → 3S+2H
第二の反応が、より低温で好都合である平衡反応であることから、それは、各段の間の溶融元素硫黄の凝縮および除去を伴う段で行なわれ、引続いて次の段のための反応温度へ加熱される。典型的には、三つの段の接触転化がある。但し、二つの段もまた、テールガス処理装置が使用される場合には、従来のものである。段間での硫黄の連続的な段階除去と共に、各段の温度は、減少して、より好ましい熱力学的平衡が得られる。即ち、典型的には、第一の接触段は、温度315〜330℃で運転され、第二は、約240℃であり、第三は、それが用いられる場合には、略200℃であり、各段の出口は、触媒床内での液体の生成を回避するために硫黄の露点より少なくとも20℃高く保持されるであろう。高温での第一の段の運転は、大部分のCOSおよびCSの加水分解を確実にする。硫黄の露点近傍での各床の運転は、平衡値により近い転化をもたらす。
クラウスプロセスは、主に、テールガス中の残留硫黄レベルを低減することを目的とする改良によって、長年に亘って向上されてきた。基本的なクラウスプロセスは、一般に、硫黄95〜97%の全回収率をもたらすであろうが、これは、殆どの場合に、主に環境的な理由から、もはや適切でないと考えられる。Jacobs ComprimoTM SuperClaus(TM)プロセスは、最後の反応器において特別の触媒を用いて、反応器へ注入される空気を用いて、HSを選択的に硫黄へ酸化して、SOの形成を回避するが、これは、クラウス原料の組成により硫黄効率略99.0%を有する。
クラウス装置からのテールガスは、残留量の硫黄を、元素硫黄、二酸化硫黄、硫化水素、並びに他の硫黄含有化合物(COSおよびCSなど)の形態で含む。これは、最高度の硫黄回収が達成されるべきである場合には、除去する必要があるであろう。アメリカ合衆国においては、例えば、より大きな硫黄回収装置(SRU)には最小の硫黄回収効率99.8%が求められ、そのためにテールガス処理装置が、必要とされる。
クラウスプロセスからのエミッションは、(1)クラウス反応を、より低温の液相に拡張すること、(2)スクラビングプロセスを、クラウスの排気ストリームへ加えること、または(3)硫化水素ガスを焼却して、二酸化硫黄を形成することによって低減されてもよい。クラウス反応をより低温の液相に拡張する、現在可能なプロセスには、Beavon Sulfur Recovery(BSR)、BSR/Selectox、Sulfreen、Cold Bed Absorption、Maxisulf、およびIFP−1のプロセスが含まれる。これらのプロセスは全て、典型的な2または3段のクラウス硫黄回収装置の下流に続く場合に、より高い全硫黄回収率98〜99%を与える。
硫黄エミッションはまた、スクラバーを、プラントのテールエンドに加えることによって減少されることができる。これらは、二つの範疇に入る。酸化テールガススクラバー(Wellman−Load、Stauffer Aquaclaus、およびIFP−2のプロセスなど)、並びに還元テールガススクラバーである。還元タイプのスクラビングプロセスにおいては、テールガス中の硫黄は、接触還元工程で水素添加することによって、HSへ転化され、その後冷却されたテールガスは、HSの除去のためにスクラバーへ送られる。このタイプのプロセスには、Beavon、およびSCOT(シェルクラウスオフガス処理)のプロセスが含まれる。SCOTプロセスは、クラウスプラント自体のコストの凡そ30〜50%であるSCOTプロセスの高い資本要求にも係わらず、クラウステールガス処理における現在の市場リーダーである。
Beavonプロセス(BSR)は、本来、特許文献1に記載されるが、これは、クラウステールガスを、オンライン還元ガス発生装置(RGG)における天然ガスの燃焼によって、典型的には290〜340℃へ加熱し、引続いて、実質的に全ての非HS硫黄成分が、HSへ接触還元される。これは、次いで、アミンスクラビングよって除去される。SOおよび元素硫黄の転化は、水素添加により、一方CO、COS、およびCSは、加水分解される。
種々の酸性ガススクラビングプロセスが、HSを除去するのに利用可能である。これらのプロセスは、一般に、アミン溶液を用いて、HS、および恐らくは他の酸性ガス汚染物が、アミンと反応させることによって除去される。その後、アミンは、別個のカラムで再生され、得られたHSは、クラウスプラント原料へ再循環される。Cansolvプロセスは、二酸化硫黄を、類似の方法で除去し、再生された二酸化硫黄を、クラウスプラントへ戻す。アミンスクラビングプロセスの中には、非常に効果的なFLEXSORBTMプロセスがある。これは、本来、Exxon Research and Engineeringによって開発され、その変形は、FLEXSORB SETM、およびFLEXSORB SE PLUSTMのプロセスであり、専用の高度障害エタノールアミン溶媒が用いられる。これは、HSを、現行の規制値に完全に準拠するレベルへ除去する。
要約すると、従って、SuperClausプロセスは、回収率99.0〜99.2%の市場の主導技術である。現在、製油所に対する欧州連合BREF(最良利用可能技術基準)の指針は、硫黄回収率99.5%であり、この中間回収率レベルに対しては、LurgiのSulfreenTM技術が、用いられている。しかし、この指針は、種々の国において、目標の硫黄回収率レベルとして99.5%を施行するための現行および係属中の法制を考慮すると、来るべき数年の内に、要求品質へ格上げされるであろうことは、十分にあり得ることである。これは、直接酸化技術の能力を超え、一方、還元−吸収−リサイクル装置(回収率99.5%のSCOTなど)のコストは、極端に高い。長期間に亘って、環境規制が、硫黄回収率の要求値を押上げ続けるであろうことは、予想される。回収率99.9+%に対しては、ExxonMobilのFLEXSORBTMSE/SE PLUS技術は、マーケットリーダーである。これらの予想に照らして、Sulfreenプロセスは、SuperClaus技術と同じに、恐らくは、将来規制によって求められる、より低い硫黄エミッション/より高い全硫黄回収率が施行される場合には、遺憾ながらの投資になる。従って、製油所は、現行の要求品質を満足するが、将来の規格を満足するのに、容易には、品質向上されることができない硫黄プラントテールガス処理技術を選択する場合には、「遺憾ながらの投資」の可能性に直面する。
本発明者らは、ここで、立体障害アミノエトキシエーテル収着剤の独特の能力を用いて、SCOTおよび類似のプロセスにおける還元工程が排除される方法を発明した。その結果の方法は、より経済的に、全回収率99.5〜99.8%の中間目標値を達成することができ、かつより高い回収率を達成し、一方依然として、スクラビングプロセスにおけるアミン消費量を許容可能な低いレベルで維持するための引続く品質向上の段階的な投資戦略をもたらす。
米国特許第3,752,877号明細書 米国特許第4,487,967号明細書 米国特許第4,471,138号明細書 米国特許第4,894,178号明細書 米国特許第4,405,585号明細書 米国特許第4,665,234号明細書 米国特許第4,508,692号明細書 米国特許第4,618,481号明細書 米国特許第4,895,670号明細書 米国特許第4,961,873号明細書 米国特許第4,112,052号明細書 米国特許第4,405,581号明細書 米国特許第4,892,674号明細書 米国特許第4,417,075号明細書 米国特許第4,405,578号明細書
D.F.DeTar、Journal of Organic Chemistry、第45巻、第5174頁、1980年 Tarら、JACS、第98巻(第15号)、第4567〜4571頁
本発明に従って、大部分のHS、および非常に少ないSO(2000vppm未満を)を含むクラウスプラントからのテールガスストリームは、先ず、クエンチカラムにおいて、適切には冷却材としての水を用いて冷却され、その後SOは、高度立体障害アミノエーテルアルコールの希釈吸収剤溶液の循環ストリームに吸収される。そこから、アミン成分は、簡単な熱イオン交換または他の再生プロセスで再生することができ、そこであらゆるSOまたはCOベースの熱安定性塩が転化される。クエンチカラムからのガスストリームは、次いで、従来のアミンテールガス処理装置において、好ましくは高度障害アミンエトキシエーテル溶媒の一種を用いて処理されてもよい。スクラバーの再生装置からの酸性ガスは、硫黄回収のためのクラウス装置の前部へ循環して戻される。方法の全硫黄回収率は、入口硫黄の99.5%超であってもよい。
従来のBSRまたはSCOTテールガス装置と比較して、還元ガス発生装置(RGG)、水素添加装置、および廃熱ボイラーが、それによって排除され、プロセス方式の設備コストが低減され、そのために既存SRUの99.9+%硫黄回収効率への品質向上は、「痛み無し」の直接的なプロセス投資である。加えて、次の運転上の利点がもたらされる。
(i)障害アミノエーテルアルコールが、パージガスを用いて、溶媒を回収するための熱再生装置へ送られる循環水からSOを除去することができることから、苛性アルカリは、クエンチカラムで全く用いられない。MDEA溶液が、BSRクエンチカラムまたは接触コンデンサーの頂部段で用いられる場合には、MDEAは、SOによって中和されるであろうが、熱的に再生されることができない。従って、苛性溶液は、慣習的な必要物であった。
(ii)障害アミノエーテルアルコール溶媒は、高度に安定であり、蒸気ストリーム中のいかなる元素硫黄とも非常に低い反応性を有することが示されている。但し、一級、二級、およびtert−アミン溶媒(DIPA(ジ−イソプロパノールアミン)またはMDEA(メチル−ジエタノールアミン)など)は、元素硫黄と反応して、重合物がもたらされる。これは、沈澱し、処理容量を減少することができる。障害アミノエーテルアルコール溶媒は、高レベルの熱安定性塩に対して耐容性を示すことができ、依然として、他のアミンと同様に腐食性でない。
(iii)還元ガス発生装置の不在は、化石燃料を燃焼して水素が製造される必要性を排除し、併せて、発熱性の水素添加反応器の欠如は、クエンチカラムへの熱流を減少する。
(iv)既存のSCOTまたはBSR装置からのクエンチカラム(接触コンデンサー)は、保有されてもよく、新規装置のための資金需要が最小化される。
従来のBSRまたはSCOTテールgと比較して、添付図面の唯一の図面は、本テールガス処置方法の概略プロセス流れ図である。
テールガス処理装置
図面は、本テールガス処理方法の例証的な形態を示す。二段または三段のクラウスプラントからのテールガスは、ライン10を通って装置に入る。この点で、従来のBSRまたはSCOT装置においては、テールガスは、還元ガス発生装置(RGG)を経由するであろう。そこで、水素が、実質的に全ての非HS硫黄成分を次の水素添加反応器において接触還元するために、天然ガスの準化学量論的燃焼によって製造される。RGGを通るクラウステールガスの通路は、典型的には、ガスを、温度290〜340℃へ加熱する。別に、テールガス予熱装置が、テールガスを加熱するのに用いられることができ、Hストリームが、水素添加反応のために添加される。水素添加反応器におけるSOおよび元素硫黄の転化は、水素添加によるものであり、一方CO、COS、およびCSは、COへ加水分解され、製造されるあらゆるCOが、水性ガスシフト反応によって、COへ転化されるであろう。加熱されたガス混合物は、次いで、従来の装置において、廃熱ボイラーへ進むであろう。そこで、温度が、クエンチカラムまたは接触コンデンサーに入る前に、凡そ170℃〜185℃の範囲の値へ低減されるであろう。
本方式においては、しかし、テールガス原料の予熱装置(または従来の還元ガス発生装置、RGG)、水素添加反応器、および廃熱ボイラー(WHB)は、排除される。即ち、典型的には温度130〜150℃、好ましくは130〜140℃であるクラウス装置からのテールガスは、カラム11の基部へ直接進み、そこでそれらは、二段のカラムにおいて、温度凡そ40〜50℃へ冷却される。カラム11(クエンチカラム)の下段における冷却媒体は、循環水ループにより提供される。これは、冷却水を、クラウス装置から直接受取られるテールガスの上昇ストリームに対して向流で進む。この点で、淡水の冷却洗浄を用いる本カラムは、従来のアルカリ接触コンデンサーと異なり、そこでは苛性アルカリ溶液が、より低い部位で用いられて、ガスがアルカリ性のスクラバー溶液に出会う前に、SOが除去される。水のパージストリーム35は、循環ループの循環ポンプ12の出口で除去され、水のための水冷熱交換機13が、ループの戻り行程14中に提供されて、水が、必要な温度へ冷却され、併せて、フィルター/ストレーナー(図に示されない)が、元素硫黄を含むいかなる微粒子をも除去する。
冷却されたガスは、チムニートレイ15を通ってカラムの上方に、カラム11の第二の段(洗浄カラム)に進み、そこでそれらは、高度障害アミノエーテルアルコールの希釈循環吸収剤溶液に対して向流で進む。これは、クラウス装置からのテールガス中に存在するいかなるSOをも吸収し、更にガスを冷却する。この溶媒溶液は、カラムの頂部部位の底部から、チムニートレイ15において集められ、循環ループ17中のポンプ16によって循環される。溶液のスリップストリームは、ポンプ16の出口で、ライン18を通って回収され、熱再生装置36へ送られる。これは、アミン溶媒を、連続ベースで再生し、いかなるSOまたはCOベースの熱安定性塩をも排除する。吸収装置部位の再生装置からのリーン溶液のスリップストリームは、連続的に、ライン20を通るループへ添加されて、循環溶液中のアミノエーテルアルコールの濃度が維持される。
クエンチカラムおよび洗浄カラムにおける接触機器は、トレイ、ランダム充填物、構造化充填物、または他の接触機器であってもよい。
洗浄カラム11のオーバーヘッドからのガスストリームは、ライン22を通って吸収装置のカラム24へ進む。ライン22を経るガスストリームは、吸収装置のカラム24の底部で入り、再生装置25からの分枝ライン26を通って入るアミノエーテルアルコール吸収剤溶液の下降するストリームに対して向流で上方に進む。これは、再生装置25からの再生された溶媒溶液の大部分を取り込み、少量が、ライン20を経て洗浄カラム11の頂部へ行く。このストリームは、洗浄カラム11中の希釈ストリームより高い濃度のアミンを有して維持される。ガスストリーム中の硫化水素は、吸収剤溶液中のアミノエーテルアルコールによって吸収される。これは、ライン28を経てカラム24の底部から出て、熱交換器30を経て再生装置25へ進む。そこで、それは、再生装置25の基部からライン27で、戻ってくる溶媒溶液によって、必要とされる再生温度へ変えられる。吸収剤溶液中のアミノエーテルアルコールの再生は、好ましくは、加熱およびストリッピングによって、より好ましくはスチームを用いる加熱およびストリッピングによって行われる。スチームの熱を用いるリボイラー37は、溶液を、所望の残留HS充填へ再生するために提供される。
再生装置からの酸性ガス(主にHS)は、オーバーヘッドレシーバー31から集められ、ライン32を通ってクラウス装置の最前部へ戻される。吸収装置のカラム24のオーバーヘッドからのスクラビングされたガスストリームは、ライン33を通って、焼却装置34へ進められ、次いで、スタックを通って排出される。
カラム11の下部部分のクエンチカラムは、省略されてもよく、それにより、クラウス装置からのガスは、洗浄カラムへ直接進み、そこでアミノエーテルアルコールの希釈溶液が、ガスストリームに対して向流で循環される。即ち、この場合には、カラムは、一つの充填床のみを含んでもよく、そこでアミノエーテルアルコールの希釈溶液の循環が行われる。アミノエーテルアルコールの希釈循環溶液は、クエンチ媒体、並びにテールガス中のSOに対する収着剤として機能する。希釈アミン溶液のスリップストリームは、上記されるように循環ループから再生装置へ放出される。
別個のクエンチ機能を用いるか、または用いることなく、本スキームは、クラウス装置の端部および第一のカラム(テールガス原料予熱装置またはRGG、水素添加反応器、および廃熱ボイラー)の間に、標準的に配置される装置を排除することによる設備投資、並びにこれらの装置の直接運転するコストの両方において、実質的な節約をもたらすことを可能にする。同時に、希釈洗浄溶液中のアミンの消費量は、クラウス流出物中の非HSガスを低減することなく、低いレベルで維持される。即ち、カラムに入るガスは、ごく少量のSOのみを含み、依然として比較的高温にあり、そのためクエンチおよび/または洗浄液に溶解するSOの量は、最小になり、少なくとも、アミンおよびSOの反応から得られる塩は、再生装置で再生されて、新規収着剤が形成されることができる。
クラウス装置の運転
クラウス装置は、多くても最小含有量のSO(約2000vppm未満、好ましくは1000vppm未満)を含むテールガスを製造するように運転される。装置からのテールガスストリームの他の硫黄成分は、主にHSを、COS、CS、および最終のコンデンサーからの硫黄蒸気と共に含むであろう。テールガスストリーム中の所望の最小SO含有量を維持するために、クラウス装置は、「非比率」、即ち、標準的な2:1より高いHS:SO比で運転されて、SOが、クラウス反応において実行可能なところまで消費されることが、確実にされる。この結果は、初期の熱段のバーナーへの燃焼空気を低減するか、またはクラウス原料ガスの一部を主バーナーの周りに送るか、のいずれかによって達成されてもよい。テールガス中の残留HSは、アミノエーテル溶媒によって除去される。この理由で、即ち、このガスのわずかな超過は、クラウス装置を慎重に制御することが有益であろうことを示すではあろうものの、経済的見地(HSを除去する際の溶媒の使用)からは、厄介にはならないであろう。目標は、しかし、テールガスからのSOの除去または殆ど完全な除去を確実にすることである。吸収装置のカラムへ進む酸性ガス混合物には、HSが含まれ、任意に、他のガス(CO、N、アルゴン、CH、H、CO、COSなど)が含まれてもよい。
エタノールアミン溶媒
装置は、硫化水素のための溶媒として、高度立体障害二級アミノエーテルアルコールを含む吸収剤溶液を用いて運転される。本明細書に用いられる用語「吸収剤溶液」には、限定されることなく、アミノ化合物が、水、または物理的吸収剤、若しくは水および物理的吸収剤の混合物から選択される溶媒に溶解される溶液が含まれる。用語「高度立体障害」は、アミノ部分の窒素原子が、一種以上の嵩高な炭素基に結合されていることを意味して用いられる。典型的には、高度立体障害アミノエーテルアルコールは、累積E値(タフトの立体障害定数)が、約1.75超であるような立体障害の程度を有する。これは、非特許文献1(これらの値に対して引用される)の表Vに一級アミンについて示される値から計算される。非特許文献2をまた参照されたい。これらのアルコールは、アミノエーテルアルコールの窒素原子に結合された非環式または環式部分のいずれを有してもよい。
二級アミノ化合物が「高度立体障害」であるか否かを決定する他の方法は、その15N核磁気共鳴(NMR)の化学シフトを測定することによる。これらの測定値によって、「通常の立体障害」二級アミノ化合物は、90wt%アミン溶液/DO10wt%(35℃)が、ゼロ基準値として液体(ニート)アンモニア(25℃)を用いて、分光計によって測定される場合に、約δ+40ppm超の15N NMR化学シフトを有することが見出されている。例えば、2−(2−tert−ブチルアミノ)プロポキシエタノール、3−(tert−ブチルアミノ)−1−プロパノール、2−(2−イソプロピルアミノ)−プロポキシエタノール、およびtert−ブチルアミノエトキシエタノールは、それぞれ、測定された15N NMR化学シフト値δ+74.3、δ+65.9、δ+65.7、およびδ+60.5ppmを有した。但し、通常の立体障害アミン(二級ブチルアミノエトキシエタノール)、および非立体障害アミン(n−ブチルアミノエトキシエタノール)は、それぞれ、測定された15N NMR化学シフト値δ+48.9、およびδ+35.8ppmを有した。これらのアミンの累積E値(タフトの立体障害定数)が、上記されるアミノ化合物の15N NMR化学シフト値に対してプロットされる場合には、直線が観測される。上記される試験条件下でδ+50ppm超の15N NMR化学シフト値を有するものとして分析されるアミノ化合物は、δ+50ppm未満の15N NMR化学シフトを有するこれらのアミノ化合物より高いHS選択性を有した。比較のために用いられたtert−アミノ化合物(メチルジエタノールアミン(MDEA))は、測定された15N NMR化学シフト値δ+27.4ppmを有した。
溶媒として用いられてもよい高度立体障害二級アミノエーテルアルコールの一般式は、
Figure 2012532745
[式中、RおよびRは、独立に、炭素原子1〜4個のアルキルおよびヒドロキシアルキル基から選択され、
、R、R、およびRは、独立に、水素、または炭素原子1〜4個のアルキルおよびヒドロキシアルキル基から選択され、但し窒素原子に直接結合される炭素原子に結合される少なくとも一種のRまたはRは、Rが水素である場合には、炭素原子1〜4個のアルキルおよびヒドロキシアルキル基であり、
xおよびyは、それぞれ、2〜4の正の整数であり、
zは、1〜4の正の整数である]
好ましい高度立体障害二級アミノエーテルアルコールは、次式を有する。
Figure 2012532745
[式中、
=R=R=CH;R=R=R=H;
=R=R=CH;R=HまたはCH;R=R=H;
=R=R=R=CH;R=R=H;
=R=R=CHCH;R=R=R=H;若しくは
≠R≠R=H、CH、CH、R≠R≠R=HまたはCH
であり、x=2または3である]
アミノエーテルアルコール化合物は、好ましくは、次の化合物の一種以上である。
tert−ブチルアミノエトキシエタノール(TBEE)
2−(2−tert−ブチルアミノ)プロポキシエタノール
tert−アミルアミノエトキシエタノール
(1−メチル−1−エチルプロピルアミノ)エトキシエタノール
2−(2−イソプロピルアミノ)プロポキシエタノール
硫化水素のための化学溶媒として有用なこれらの化合物および他の高度障害アミノエーテルアルコールは、それらを製造するための方法、およびガスストリームからの硫化水素の除去における使用と共に、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5、および特許文献6に、より完全に記載される。これには、これらの記載が引用される。高度障害アミノエーテルアルコールは、他の物質と組合せて用いられてもよい。他のアミン、好ましくはメチルジエタノールアミン、アミノ酸、塩、金属水酸化物;アミノアルカン、スルホンなどの物理的収着剤(例えば、吸収剤溶液の溶媒特性を向上するためのスルホラン)などである。これは、特許文献7、特許文献8、特許文献9、特許文献10、特許文献11、特許文献12、特許文献5、特許文献8、特許文献10、特許文献13、特許文献14、特許文献15に記載される。これには、これらの溶媒を用いるプロセスの記載が引用される。
アミノエーテルアルコールは、選択的HS除去条件で、それらの低揮発性および水における高い溶解性によって特徴付けられる。殆どの化合物はまた、一般に、極性有機溶媒系(水を含んでもよいか、または含まなくてもよい)に可溶である。
吸収装置の部位23で用いられる吸収剤溶液は、通常、アミノエーテル化合物の濃度を、全溶液の約10wt%〜55wt%、好ましくは10wt%〜45wt%で有する。これは、主に、用いられる特定のアミノエーテルアルコールおよび用いられる溶媒系にしたがう。溶媒系が、水および物理的吸収剤の混合物である場合には、用いられる物理的吸収剤の典型的な有効量は、主に、用いられるアミノ化合物のタイプに従って、全溶液の10wt%〜50wt%で異なってもよい。アミノエーテルアルコールの濃度の、用いられる特定の化合物への従属性は、重要である。何故なら、アミノエーテル化合物の濃度の増大は、吸収剤溶液の塩基性を低減してもよく、それによりHS除去のためのその選択性が、特に、選択されるアミノエーテルアルコールが最大濃度レベルを上に示される範囲で決定するであろう特定の水溶解限度を有する場合には、悪影響を及ぼされるからである。従って、各特定のアミノエーテルアルコールに適切な特有の濃度レベルが、満足な結果を確実にするために維持されることが重要である。洗浄カラム中の溶液は、より低濃度であり、典型的には、アミノエーテルを、全溶液の約0.5wt%〜15wt%、好ましくは1wt%〜10wt%で有する。再度、これは、主に、用いられる特定のアミノエーテルアルコールにしたがう。必須の希釈は、水を、ポンプ16の上流でループ17へ添加して、パージストリーム中の失われた水に置き換えられることによって維持される。
クエンチカラムの上部段における冷却材溶液中に循環するアミノエーテルアルコールの濃度は、本明細書の主な目標が、ガスストリームを冷却することであることから、吸収装置のカラムにおけるほど大きくない。アミノエトキシ化合物の濃度は、カラム中の溶液を僅かにアルカリ性条件(pH少なくとも8)で維持して、クラウス装置からのいかなるSO漏れもが中和されるように選択される。テールガス中のSO濃度が、推奨される長期平均レベルの最大1,000ppmで維持される場合には、循環冷却材洗浄における濃度約0.5wt%〜7wt%、好ましくは1wt%〜4wt%が、痕跡量のSOを除去するのに十分であろう。濃度の制御は、ライン20を通って入る再生溶媒の補充速度を調整することによって行われる。
吸収剤溶液には、選択的ガス除去プロセスに典型的に用いられる種々の添加剤が含まれてもよい。例えば、消泡剤、酸化防止剤、腐食防止剤などである。これらの添加剤の量は、典型的には、それらが、使用中のシステムにおいて効果的である範囲にあろう。
本方法で用いられるアミノエーテル化合物は、pKa値(20℃)8.6超、好ましくは約9.5超を有し、より好ましくは、アミノ化合物のpKa値は、約9.5〜約10.6の範囲であろう。pKaが8.6未満である場合には、HSとの反応は、低減され、一方アミノ化合物のpKaが約10.6よりずっと大きい場合には、過剰量のスチームが、溶液を再生するのに必要とされる。アミノ化合物の損失を最小にする運転効率を確実にするために、アミノ化合物は、比較的低い揮発性を有するべきであり、一般に、アルコキシル化アミノアルコールが、それらの沸点が、180℃(760mmHg)超、一般に200℃超、更に225℃超であるような揮発性を有するように選択される。
装置の運転
典型的な運転モードにおいては、吸収工程は、クエンチカラムからのガス状ストリームを、吸収カラムのより低部部分に供給し、一方新規吸収剤溶液は、カラムの上部域に供給されることによって、行なわれる。標準的なガス状混合物(HSを殆ど含まない)は、カラムの上部部分から出て、充填された吸収剤溶液(選択的に吸収されたHSを含む)は、底部から、または底部近傍からカラムを出る。吸収工程における吸収剤溶液の入口温度は、好ましくは約20゜〜約100℃、より好ましくは35゜〜約60℃の範囲にある。吸収装置内の圧力は、広く異なってもよく、許容可能な圧力は、1〜80bara、好ましくは1〜20baraである。但し、良好な結果は、実質的により低い圧力1.02〜3baraで運転することによって達成されてもよい。吸収剤溶液の量、および所望程度のHSを除去するために循環されることを必要とする濃度は、アミノ化合物の化学構造および酸性度、並びに原料ガス中のHSの分圧によるであろう。低い分圧を有するガス混合物は、同じ吸収条件下で、より高い分圧を有するガスより多くの液体を必要とするであろう。
S除去相に対する典型的な手順は、ガスストリームを、多数のトレーを有するカラムにおいて、低温(例えば、45℃)で、ガス速度少なくとも約10cm/秒(「活性な」または気泡トレー表面に基づく)で水性吸収剤溶液と接触させる。ガスの運転圧力に従って、トレーカラムは、典型的には24個の接触トレーより少ない。例えば、4〜16個のトレーが、典型的には用いられる。ランダム充填、構造化充填、または他の接触装置の質量移動の当量容積が、同程度のHS吸収を達成するのに用いられてもよい。
ガス状混合物を接触させた後、吸収剤溶液は、HSで飽和または一部飽和され、かつ少なくとも一部再生され、そのためにそれは、吸収装置へ循環して戻されるであろう。吸収のように、再生は、単一の液相で起こってもよい。酸性ガスの吸収剤溶液からの再生または脱着は、通常の手段(溶液の圧力低減、または吸収されたHSがフラッシングする点へ温度上昇など)によって、または溶液を、吸収工程で用いられたものと類似構造の槽に、槽の上部部分で送り、不活性ガス(空気または窒素など、より好ましくはスチーム)を、槽を通して上向きに送ることによって、達成されてもよい。再生工程における溶液の温度は、約50゜〜約170℃、好ましくは約100゜〜130℃にあるべきであり、再生における溶液の圧力は、約1.05〜3.1bara、好ましくは2〜2.75baraの範囲にあるべきである。吸収剤溶液は、HSガスの少なくとも一部を清浄化された後、次いで、吸収槽へ循環して戻されてもよい。少量のストリームは、クエンチカラムの上部段へ運ばれて、プロセスのその段における損失が、補充される。補充吸収剤は、必要に応じて加えられてもよい。
好ましい再生技術においては、HSリッチ溶液は、再生装置へ送られ、そこで吸収された成分は、溶液を再沸騰することによって生成されるスチームよってストリッピングされる。ストリッパー内の圧力は、通常、1.05〜3.1bara、好ましくは2〜2.75baraであり、温度は、典型的には約50゜〜170℃、好ましくは約100〜130℃の範囲にある。ストリッパーおよびフラッシング温度は、勿論、ストリッパーの圧力による。従って、約1〜2baraのストリッパー圧力である。温度は、脱着中は、約100゜〜約120℃であろう。再生されるべき溶液の加熱は、適切に、低圧スチームとの間接加熱により、もたらされてもよい。しかしまた、恐らくは、直接注入スチームが用いられてもよい。
クエンチカラムの上部段の循環ループから除去された希釈冷却材溶液のパージストリームは、SOとの反応後、簡単な常圧熱再生プロセスで再生されることができる。但し、他のアミン(MDEAなど)は、幾分高価な装置においては、より減圧の処理を必要として、SOおよびCOとの反応によって形成された熱安定性塩が除去される。熱再生装置における条件は、90゜〜170℃、好ましくは130゜〜150℃にある。この温度は、中圧スチームによる加熱によって達成される。苛性アルカリの測定容量が、添加されて、アミンが、熱安定性塩から放出される。このように製造されたナトリウム塩は、次いで、定期的に、再生装置から取除かれる。クエンチカラムの上部段における組合された冷却材/溶媒に対して、別個の循環ループを用いることは、少量のSOが、吸収装置のカラムにおける大量のHSから別個に除去されることを可能にし、吸収装置の系路における熱安定性塩(再生工程で除去されない)の蓄積を防止する。別に、他の再生技術(イオン交換または透析など)がまた、用いられてもよい。

Claims (34)

  1. Sおよび2000vppm未満のSOを含む、クラウスプラントからのテールガスストリームから、硫化水素を除去する方法であって、
    (i)前記テールガスストリームを、高度立体障害アミノエーテルアルコールの希釈吸収剤溶液の循環ストリームと接触させて、ガスストリームを冷却し、SOをガスストリームから除去する工程、および
    (ii)工程(i)からの冷却された前記ガスストリームを、高度立体障害アミノエーテルアルコールのより強い吸収剤溶液と接触させて、HSを前記ガスストリームから除去する工程
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 前記クラウスプラントからの前記テールガスストリームは、SO1000vppm未満を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記クラウスプラントからの前記テールガスストリームは、前記吸収剤溶液の前記循環ストリームに接触する際に、温度130〜150℃にあることを特徴とする請求項2に記載の方法。
  4. 前記クラウスプラントからの前記テールガスストリームは、前記希釈吸収剤溶液の前記循環ストリームに接触する前に、冷却材としての水のストリームと接触することによって、最初に冷却されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  5. 前記クラウスプラントからの前記テールガスストリームは、工程(i)に入る際に、温度130〜140℃にあることを特徴とする請求項3に記載の方法。
  6. 前記吸収剤溶液の前記高度立体障害アミノエーテルアルコールは、下記式:
    Figure 2012532745
    (式中、
    =R=R=CH;R=R=R=H;
    =R=R=CH;R=HまたはCH;R=R=H;
    =R=R=R=CH;R=R=H;
    =R=R=CHCH;R=R=R=H;或いは
    ≠R≠R=H、CH、CH;R≠R≠R=HまたはCH
    であり、x=2または3である)
    で表される二級アミノエーテルアルコールであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  7. 前記吸収剤溶液の前記高度立体障害二級アミノエーテルアルコールは、tert−ブチルアミノエトキシエタノール、2−(2−tert−ブチルアミノ)プロポキシエタノール、tert−アミルアミノエトキシエタノール、(1−メチル−1−エチルプロピルアミノ)エトキシエタノール、または2−(2−イソプロピルアミノ)プロポキシエタノールであることを特徴とする請求項4に記載の方法。
  8. 工程(i)の前記吸収剤溶液は、アミノエーテルアルコールの濃度が、溶液全体に対し0.5wt%〜15wt%であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  9. 工程(ii)の前記吸収剤溶液は、アミノエーテルアルコールの濃度が、溶液全体に対し10wt%〜55wt%であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  10. 工程(ii)の前記吸収における前記吸収剤溶液の入口温度は、40〜60℃であり、
    工程(ii)の前記吸収における圧力は、1.02〜3baraである
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  11. ガスストリームから硫化水素を除去する方法であって、
    (i)硫化水素含有ガスをクラウス反応へ付して、硫化水素を硫黄へ転化し、HSおよび2000vppm未満のSOを含むテールガスストリームを形成する工程、
    (ii)前記テールガスストリームを、冷却材としての水のストリームと接触させることによって冷却する工程、
    (iii)工程(ii)からの前記ガスストリームを、高度立体障害アミノエーテルアルコールの希釈吸収剤溶液の循環ストリームと接触させて、前記ガスストリームを更に冷却し、SOを前記ガスストリームから除去する工程、および
    (iv)工程(iii)からの冷却された前記ガスストリームを、高度立体障害アミノエーテルアルコールのより強い吸収剤溶液と接触させて、HSを前記ガスストリームから除去する工程
    を含むことを特徴とする方法。
  12. SとSOの反応を含む前記クラウスプロセスは、2:1(HS:SO)超の比率で運転されて、
    元素硫黄、並びに
    Sおよび2000vppm未満のSOを含むテールガスストリーム
    を製造することを特徴とする請求項11に記載の方法。
  13. 前記クラウスプラントからの前記テールガスストリームは、SO1000vppm未満を含むことを特徴とする請求項12に記載の方法。
  14. 前記クラウスプラントからの前記テールガスストリームは、工程(ii)に入る際に、温度130〜150℃にあることを特徴とする請求項11に記載の方法。
  15. 工程(iii)からの前記ガスストリームは、工程(iv)に入る際に、温度40〜60℃にあることを特徴とする請求項13に記載の方法。
  16. 前記吸収剤溶液の前記高度立体障害二級アミノエーテルアルコールは、下記式:
    Figure 2012532745
    (式中、
    =R=R=CH;R=R=R=H;
    =R=R=CH;R=HまたはCH;R=R=H;
    =R=R=R=CH;R=R=H;
    =R=R=CHCH;R=R=R=H;或いは
    ≠R≠R=H、CH、CH;R≠R≠R=HまたはCH
    であり、x=2または3である)
    を有することを特徴とする請求項11に記載の方法。
  17. 前記吸収剤溶液の前記高度立体障害二級アミノエーテルアルコールは、tert−ブチルアミノエトキシエタノール、2−(2−tert−ブチルアミノ)プロポキシエタノール、tert−アミルアミノエトキシエタノール、(1−メチル−1−エチルプロピルアミノ)エトキシエタノール、または2−(2−イソプロピルアミノ)プロポキシエタノールであることを特徴とする請求項11に記載の方法。
  18. 工程(iii)の前記希釈吸収剤溶液は、アミノエーテルアルコールの濃度が、溶液全体に対し0.5wt%〜15wt%であり、
    工程(iv)の前記より強い吸収剤溶液は、アミノエーテルアルコールの濃度が、溶液全体に対し10wt%〜55wt%である
    ことを特徴とする請求項11に記載の方法。
  19. 工程(iii)の前記吸収における前記吸収剤溶液の入口温度は、40〜60℃であり、
    工程(iii)の前記吸収における圧力は、1.02〜3baraである
    ことを特徴とする請求項11に記載の方法。
  20. ガスストリームから硫化水素を除去する方法であって、
    (i)硫化水素含有ガスをクラウス反応へ付して、温度130〜150℃で、硫化水素を硫黄へ転化し、HSおよび1000vppm未満のSOを含むテールガスストリームを形成する工程、
    (ii)前記テールガスストリームを、冷却水循環ループを有するクエンチカラム内で循環する冷却水と向流で直接接触させることによって、温度40〜60℃へ冷却する工程、
    (iii)工程(ii)からのガスストリームを、高度立体障害二級アミノエーテルアルコールの希釈吸収剤溶液の循環ストリームと、前記希釈吸収剤溶液の循環ループを有すクエンチカラムにおいて向流で接触させて、前記ガスストリームを更に冷却し、SOを前記ガスストリームから除去し、前記更に冷却されたガスストリームを前記希釈吸収剤溶液から分離する工程、および
    (iv)工程(iii)からの前記分離され、冷却されたガスストリームを、高度立体障害二級アミノエーテルアルコールのより強い循環吸収剤溶液と、前記循環吸収剤溶液の循環ループを有する吸収装置カラムにおいて向流で接触させて、HSを前記ガスストリームから吸収によって吸収剤溶液へ除去し、精製されたガスストリームを形成し、前記精製されたガスストリームを吸収剤溶液から分離する工程、および
    (v)前記吸収剤溶液を、再生域におけるスチームストリッピングによって再生する工程
    を含むことを特徴とする方法。
  21. 工程(iv)の前記より強い吸収剤溶液は、アミノエーテルアルコールの濃度が、溶液全体に対し10wt%〜55wt%であり、
    工程(iii)の前記希釈吸収剤溶液は、希釈溶液全体に対し0.5wt%〜15wt%というより低い濃度である
    ことを特徴とする請求項20に記載の方法。
  22. 工程(iii)の前記希釈吸収剤溶液は、PH少なくとも8を有することを特徴とする請求項20に記載の方法。
  23. 工程(iv)からの前記吸収剤溶液は、工程(v)におけるように、圧力0.5〜3paraでスチームストリッピングすることによって再生されることを特徴とする請求項20に記載の方法。
  24. 工程(ii)からの前記高度立体障害二級アミノエーテルアルコールの前記希釈吸収剤溶液のパージストリームは、処理されて、前記障害アミンが回収されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  25. 工程(ii)からの高度立体障害二級アミノエーテルアルコールの前記希釈吸収剤溶液のパージストリームは、熱再生装置で処理されて、前記障害アミンが回収されることを特徴とする請求項24に記載の方法。
  26. 工程(iii)からの高度立体障害二級アミノエーテルアルコールの前記希釈吸収剤溶液のパージストリームは、処理されて、前記障害アミンが回収されることを特徴とする請求項11に記載の方法。
  27. 工程(ii)からの高度立体障害二級アミノエーテルアルコールの前記希釈吸収剤溶液のパージストリームは、熱再生装置または他の再生プロセスで処理されて、前記障害アミンが回収されることを特徴とする請求項25に記載の方法。
  28. 工程(iii)からの高度立体障害二級アミノエーテルアルコールの前記希釈吸収剤溶液のパージストリームは、処理されて、前記障害アミンが回収されることを特徴とする請求項20に記載の方法。
  29. 工程(ii)からの高度立体障害二級アミノエーテルアルコールの前記希釈吸収剤溶液のパージストリームは、熱再生装置で処理されて、前記障害アミンが回収されることを特徴とする請求項27に記載の方法。
  30. クラウスプラントからのテールガスストリームから硫化水素を除去する方法であって、
    (i)前記クラウスプラントからの前記テールガスストリームを、水素を添加することなく、高度立体障害アミノエーテルアルコールの希釈吸収剤溶液の循環ストリームと接触させて、前記ガスストリームを冷却し、SOを前記ガスストリームから除去する工程、および
    (ii)工程(i)からの前記冷却されたガスストリームを、高度立体障害アミノエーテルアルコールのより強い吸収剤溶液と接触させて、HSを前記ガスストリームから除去する工程
    を含むことを特徴とする方法。
  31. 前記クラウスプラントからの前記テールガスストリームは、SO1000vppm未満を含むことを特徴とする請求項30に記載の方法。
  32. 前記クラウスプラントからの前記テールガスストリームは、工程(i)に入る際に、温度130〜150℃にあることを特徴とする請求項30に記載の方法。
  33. 前記クラウスプラントからの前記テールガスストリームは、前記吸収剤溶液の前記循環ストリームと接触する前に、冷却材としての水のストリームと接触させることによって、最初に冷却されることを特徴とする請求項30に記載の方法。
  34. 前記吸収剤溶液の前記高度立体障害二級アミノエーテルアルコールは、下記式:
    Figure 2012532745
    (式中、
    =R=R=CH;R=R=R=H;
    =R=R=CH;R=HまたはCH;R=R=H;
    =R=R=R=CH;R=R=H;
    =R=R=CHCH;R=R=R=H;或いは
    ≠R≠R=H、CH、CH;R≠R≠R=HまたはCH
    であり、x=2または3である)
    を有することを特徴とする請求項30に記載の方法。
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