JP2013028805A - ガス洗浄によって洗浄剤を再生する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水素と一酸化炭素とを含有する原料ガスを洗浄するためのガス物理洗浄において、高められた圧力で装入される洗浄剤であって、二酸化炭素と硫黄成分とで飽和した洗浄剤を再生する方法において、窒素を二酸化炭素のストリップガスとして使用しない方法を提供する。
【解決手段】二酸化炭素と硫黄成分とで飽和した洗浄剤を、０.４〜１.７バールの圧力に、有利には１.０〜１.３バールの圧力に放圧し、放圧時に遊離した二酸化炭素富有でかつ硫黄成分を含有するガスを圧縮して、洗浄塔に導入し、洗浄塔において硫黄成分を、二酸化炭素富有のガスから、硫黄不含の洗浄剤によって取り除く。
【選択図】なし

Description

本発明は、水素と一酸化炭素とを含有する原料ガス（Einsatzgas）を洗浄するためのガス物理洗浄において、高められた圧力で装入される洗浄剤であって、二酸化炭素と硫黄成分とで飽和した洗浄剤を再生する方法、並びにこの方法を実施する装置に関する。

ガス物理洗浄は、ガス状物質を吸収して、この際にガスを化学結合することなしに、溶液中に保持するという、液体の特性を利用する。どの程度良好にガスが液体によって吸収されるかは、溶解度係数によって表される。すなわちガスが液体内に良好に溶解されればされるほど、当該ガスの溶解度係数は大きくなる。溶解度係数は一般的に、温度の低下に連れて上昇する。

洗浄されたガス成分は、ガス洗浄の後で、飽和した洗浄剤から除去され、これによって洗浄剤は再生される。再生された洗浄剤は、通常再びガス洗浄において使用され、取り除かれたガス成分は、処分されるか又は、経済的な利用へと供給される。

水素と一酸化炭素とを大工業的な規模において獲得するために、従来技術によれば、炭素を含有する出発物質は気化によって合成粗成ガスに変換される。このような合成粗成ガスは、所望の成分である水素及び一酸化炭素の他に、二酸化炭素（ＣＯ₂）、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）及び硫化カルボニル（ＣＯＳ）のような一連の不都合な成分をも含有している。所望の成分から不都合な成分を分離するために、合成粗成ガスは有利にガス物理洗浄される。このような方法がそのために提供されているが、それは、合成粗成ガスは今日多くの場合、高圧下で生ぜしめられ、かつガス物理洗浄の効果は、運転圧と共にほぼ直線的に増大するからである。合成粗成ガスを洗浄するためには、メタノール洗浄が特別な意味を持っている。メタノール洗浄は、極低温のメタノールにおける不都合な成分の溶解度係数は、Ｈ₂及びＣＯにおける溶解度係数に比べて何倍も大きいという、事実を利用する。二酸化炭素及び硫黄成分Ｈ₂Ｓ及びＣＯＳは温度の低下と共に強く増大するので、メタノール洗浄剤は多くの場合、０℃よりもはるかに低い温度で吸収塔内に導入され、洗浄される合成ガスと強力に接触させられる。不都合な成分によって飽和したメタノールは、洗浄過程の後で再生され、そして再び洗浄プロセスに戻される。

再生のために、飽和したメタノール洗浄剤は従来技術によれば、吸収塔から引き出され、ストリッピング塔（Strippkolonne）であるいわゆる濃縮塔（Anreicherungskolonne）に、該濃縮塔の上側領域においてもたらされる。濃縮塔において、向流において案内される、多くの場合窒素であるストリップガスによって、主としてＣＯ₂がメタノール洗浄剤からストリッピングされ、これによって硫黄成分が濃縮される。ＣＯ₂ストリッピングにおいて生ぜしめられた低温は、メタノール洗浄の回避不能な低温損失を減じるために使用される。

濃縮塔の塔頂から引き出された、主としてＣＯ₂及びストリップガスから成るガス混合物は、一般的に経済的に利用することができないので、このガス混合物は次いで廃棄される。一種の廃棄は大気中へのガス混合物の放出であり、これはしかしながら、大気の加熱、つまり温暖化に関して益々問題視される。深い地層へのガス混合物の埋設（金属封鎖）又は石油鉱床の採掘時におけるガス混合物の使用（石油増進回収）もまた、考えられる。しかしながらそのためにはガス混合物の窒素含有量は、約４モル％よりも僅かな低い値に制限されているので、今日汎用であるような、窒素をストリップガスとして使用することは禁止されている。

ゆえに本発明の課題は、冒頭に述べた形式の方法及びこの方法を実施する装置を改良して、従来技術における上に述べた欠点を回避することである。

この課題を解決するために本発明の方法では、二酸化炭素と硫黄成分とで飽和した洗浄剤を、０.４〜１.７バールの圧力に、有利には１.０〜１.３バールの圧力に放圧し、放圧時に遊離した二酸化炭素富有でかつ硫黄成分を含有するガスを圧縮して、洗浄塔に導入し、該洗浄塔において硫黄成分を、二酸化炭素富有のガスから、硫黄不含の洗浄剤によって取り除く。

硫黄不含の洗浄剤というのは、この場合、硫黄成分を１０ｐｐｍよりも僅かな値しか含有しない洗浄剤のことである。

二酸化炭素富有のガスは有利には、洗浄塔の下側セクションに導入され、そこで硫黄不含の洗浄剤に対して向流で上方に向かって導かれる。硫黄不含の洗浄剤は有利には、二酸化炭素で飽和された洗浄剤であり、この洗浄剤には、既にほとんど硫黄成分から解放された原料ガスの洗浄時に適切に二酸化炭素が吸収される。二酸化炭素富有のガスに含有された硫黄成分は、硫黄不含の洗浄剤によって吸収され、これに対して二酸化炭素はほぼ気相内に留まる。

飽和した洗浄剤内に留まる二酸化炭素の濃度は、洗浄剤が放圧される圧力によってほぼ決定される。ほぼ周囲圧又は周囲圧を下回る圧力への放圧によって、飽和した洗浄剤内の二酸化炭素含有量は、極めて低い値にまで減じることができる。同時に、洗浄塔内において分離された二酸化炭素は、任意の純度を有することができ、製品として放出され、例えば石油増進回収のために使用することができる。

方法の経済性を高めるために、本発明の有利な態様では、飽和した洗浄剤を少なくとも２つの段階において放圧し、これによって二酸化炭素富有のガスが、少なくとも２つの異なった圧力段において生ぜしめられ、飽和した洗浄剤から分離された二酸化炭素の一部だけが最も低い圧力段に存在する。分離された二酸化炭素の全量を、洗浄塔内への導入のための必要な均一な圧力に圧縮するためには、従って、単段式の洗浄剤放圧の場合に比べて、僅かなエネルギ消費しか必要ない。

二酸化炭素富有のガスの圧縮時にもたらされる熱はその僅かな部分だけがプロセス中に、低い温度レベルの高価な外部冷却装置によって補償、つまり冷却されればよいようにするために、本発明の別の態様では、二酸化炭素富有のガスをその圧縮後に、かつ洗浄塔内へのその導入前に冷却する。冷却のためには、比較的高い温度レベルにおける冷却水又は外部冷却装置を使用することができる。

基本的には、本発明による方法は、任意の洗浄剤を再生するために使用することができる。しかしながら本発明による方法は特に有利には、飽和したメタノール又はＮ-メチルピロリドン（ＮＭＰ）又はポリエチレングリコールジメチルエーテル（ＰＥＧＥ）の再生時に使用される。

本発明はさらに、水素と一酸化炭素とを含有する原料ガスを洗浄するためのガス物理洗浄において、高められた圧力で装入される洗浄剤であって、二酸化炭素と硫黄成分とで飽和した洗浄剤を再生する装置に関する。

前記課題を解決するために本発明による装置では、当該装置は絞り機構と放圧容器と洗浄塔とを有していて、該放圧容器と洗浄塔とは圧縮機を介して接続されており、これにより飽和した洗浄剤が、絞り機構を介して放圧容器内に放圧可能であり、かつ放圧時に遊離したガスが圧縮機を用いて圧縮されて、洗浄塔内に導入可能であるようにした。

本発明の有利な態様では、装置は、少なくとも２つの直列に配置された放圧容器を有しており、互いに隣接した各２つの放圧容器は、絞り機構を介して互いに接続されていて、飽和した洗浄剤が放圧容器を通して案内され、かつこの際に異なった圧力レベルに放圧され得るようになっている。放圧容器において獲得可能なガス流を圧縮するためには、有利には複数の圧縮機セクションを備えた圧縮機が使用され、該圧縮機セクションの数は、放圧容器の数と同じか又はそれよりも多い。有利には１つの圧縮機セクションの入口側は最多でも１つの放圧容器と接続されていて、放圧容器からのガスを圧縮機セクションに供給することができるようになっている。このような配置形式によって、放圧時に遊離されたガスの圧縮を、単段式の放圧時に可能であるよりも僅かなエネルギ消費によって実施することができる。

飽和した洗浄剤を引き出すことができる第１の容器と、引き出された洗浄剤が絞り機構を介して中に放圧可能である第２の容器との間における圧力差が、絞り機構を介して設備運転の安定した調整を保証するのに十分ではない場合には、本発明の別の態様では、絞り機構の上流側に配置されたポンプが設けられており、このポンプによって、飽和した洗浄剤の、絞り機構の前における圧力を高めることができる。択一的に又は付加的に第１の容器を第２の容器及び絞り機構に対して上方に向かってずらして配置することも可能であり、このように構成されていると、洗浄剤の流体静圧を絞り機構の前において高めることができる。

低い温度レベルの高価な外部冷却装置の使用を最小にするため、もしくはプロセス中に必要な外部冷却装置の一部を、安価に得られる高い温度レベルに上げるために、本発明の別の態様では、圧縮機と洗浄塔との間に配置された熱交換器が設けられていて、該熱交換器を介して、圧縮されたガスが、洗浄塔への導入前に、例えば冷却水によって冷却可能である。

洗浄塔と単数又は複数の放圧容器とは、別体の構成部分として形成されていても、又は１つの構造ユニットとして形成されていてもよい。

本発明の１実施形態を示す概略図である。

次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

図１にはガス物理洗浄装置の一部が示されており、このガス洗浄装置において、二酸化炭素及び硫黄成分が合成粗成ガス（Syntheserohgas）から極低温の液体メタノールを用いて洗浄される。

水素及び一酸化炭素の他に二酸化炭素及び硫黄成分をも含有する、洗浄される合成粗成ガスは、管路１を介して熱交換器Ｅ１に導入され、この熱交換器Ｅ１において、熱交換によって加熱されるプロセス流（Verfahrensstroem）によって冷却され、その後で合成粗成ガスは管路２を介して吸収塔（Absorberkolonne）Ａの下側領域に送られる。典型的には１５〜８０バール圧力で運転される吸収塔Ａは、下側の洗浄セクションＳ１と上側の洗浄セクションＳ２とを有しており、両セクションＳ１，Ｓ２はチムニートレー（Kaminboden）Ｋ１によって互いに隔てられている。低温の合成粗成ガスは吸収塔Ａ内を上方に向かって導かれ、この際に、管路３を介して洗浄セクションＳ２に導入される不飽和のつまり未使用のメタノール洗浄剤と強力に接触させられる。メタノール洗浄剤の流量は調整機構ａを用いて、二酸化炭素がほぼ完全にもしくは所望の値まで合成粗成ガスから洗浄される、つまり取り除かれるように、調整される。管路４，５及び調整機構ｂを介して、既に予め二酸化炭素を飽和させたメタノール洗浄剤が洗浄セクションＳ１に導かれ、この洗浄セクションＳ１においてこのメタノール洗浄剤は、その流量に基づいて主として硫黄成分を合成粗成ガスから吸収し、次いでメタノール洗浄剤は二酸化炭素と硫黄成分とで飽和した状態で吸収塔Ａの塔底室から引き出されて、管路６を介してさらに導かれる。吸収塔Ａの塔頂からは、主として水素と一酸化炭素とから成るガス７を引き出すことができ、このガス７は、合成粗成ガス１によって加熱された後で、合成ガス製品８として排出される。

飽和したメタノール流４，５は絞り機構ｃ，ｄを介して分離装置Ｄ１；Ｄ２内へと放圧される。この際に形成される気相、つまり主として、ガス洗浄時に共吸収された水素と一酸化炭素とから成っている気相は、管路９；１０，１１と圧縮機Ｖ１とを介して合成粗成ガス１に戻し供給される。溶解した二酸化炭素を気相に引き渡すために、飽和したメタノール１２は分離装置Ｄ２から引き出され、絞り機構ｅを介して、典型的には３〜４.５バールの間で運転される中間圧塔（Mitteldruckkolonne）Ｍの中央部分内に放圧される。放圧時に同時に遊離された硫黄成分は、硫黄不含の、主として二酸化炭素を吸収したメタノール流１４の一部１３によって再洗浄（rueckwaschen）され、このメタノール流１４の一部１３は、そのために絞り機構ｆを介して中間圧塔Ｍの塔頂内に放圧される。中間圧塔Ｍからは従って、ほぼ硫黄不含の二酸化炭素流１５を引き出すことができ、この二酸化炭素流１５は合成粗成ガス１との熱交換により加熱された後で、第１の二酸化炭素製品１６として排出される。中間圧塔ＭのチムニートレーＫ２においては、主として硫黄成分で飽和しかつ二酸化炭素を含有するメタノールが集まり、このメタノールは管路１７を介して引き出され、絞り機構ｇを介して洗浄塔Ｗの中央部分内に放圧される。硫黄成分の再洗浄のために、洗浄塔Ｗの塔頂において、硫黄不含の、主として二酸化炭素で飽和したメタノール流１４の第２の部分１８が、絞り機構ｈを介して導入される。ポンプＰを用いて、洗浄塔ＷのチムニートレーＫ３から、硫黄成分富有でしかしながら今なお二酸化炭素を含有するメタノールが、管路１９を介して引き出され、このメタノールは、熱交換器Ｅ２，Ｅ３において、再生されたメタノール３もしくは飽和したメタノール４と熱交換されて加熱された後で、中間圧塔Ｍの塔底室内に導入される。この加熱によって、含有された二酸化炭素の一部がメタノールからストリッピングされ、このストリッピングされた二酸化炭素の一部は、高圧で中間圧塔Ｍの塔頂から二酸化炭素流として管路１５を介して排出される。今なお硫黄及び残留二酸化炭素を含んでいる洗浄剤は、管路２０を介して中間圧塔Ｍの塔底室から引き出され、絞り機構ｉを介して洗浄塔Ｗの下側部分内に放圧され、この場合溶解した二酸化炭素の別の部分が遊離される。次いで、硫黄富有なメタノール２１は洗浄塔Ｗから引き出され、絞り機構ｊを介して放圧容器Ｂ内に導かれ、この放圧容器Ｂは洗浄塔Ｗと１つの構造ユニットを形成している。大気圧よりも低い圧力であってよい、放圧容器Ｂ内における圧力に基づいて、二酸化炭素富有でかつ硫黄成分を含有する気相と、硫黄成分富有であるが二酸化炭素は著しく減じされているメタノールとが発生する。硫黄富有のメタノールは管路２２を介して高温再生装置（図示せず）に導かれるのに対して、二酸化炭素富有の気相は、硫黄成分を再洗浄、つまり洗浄除去するために管路２３と圧縮機Ｖ２とを介して放圧容器Ｂから引き出されて、洗浄塔Ｗ内に戻される。洗浄塔Ｗの塔頂からは二酸化炭素流２４が引き出され、合成粗成ガス１との熱交換によって加熱された後で、その純度に基づいて第２の二酸化炭素製品２５として排出される。二酸化炭素製品１６，２５は、圧縮ユニット（図示せず）に供給され、例えば石油増進回収（Enchanced Oil Recovery）のために利用することができる。

１ 管路（合成粗成ガス）、 ２ 管路、 ３ 管路（メタノール流）、 ４ 管路（メタノール流）、 ５ 管路（メタノール流）、 ６ 管路、 ７ ガス、 ８ 管路（合成ガス製品）、 ９，１０，１１ 管路、 １２ 管路（メタノール）、 １３ 第１の部分、 １４ メタノール流、 １５ 管路（二酸化炭素流）、 １６ 第１の二酸化炭素製品、 １７ 管路、 １８ 第２の部分、 １９ 管路、 ２０ 管路、２１ メタノール、 ２２ 管路、 ２３ 管路 ２４ 二酸化炭素流、 ２５ 二酸化炭素製品、 Ａ 吸収塔、 ａ 調整機構、 Ｂ 放圧容器、 ｂ 調整機構、 ｃ，ｄ 絞り機構、 Ｄ１，Ｄ２ 分離装置、 Ｅ１ 熱交換器、 ｇ 絞り機構、 ｈ 絞り機構、 ｉ 絞り機構、 ｊ 絞り機構、 Ｋ１ チムニートレー、 Ｋ２ チムニートレー、 Ｋ３ チムニートレー、 Ｍ 中間圧塔、 Ｐ ポンプ、 Ｓ１，Ｓ２ 洗浄セクション、 Ｖ１ 圧縮機、 Ｗ 洗浄塔

Claims (10)

1. 水素と一酸化炭素とを含有する原料ガスを洗浄するためのガス物理洗浄において、高められた圧力で装入される洗浄剤であって、二酸化炭素と硫黄成分とで飽和した洗浄剤を再生する方法において、二酸化炭素と硫黄成分とで飽和した洗浄剤を、０.４〜１.７バールの圧力に、有利には１.０〜１.３バールの圧力に放圧し、放圧時に遊離した二酸化炭素富有でかつ硫黄成分を含有するガスを圧縮して、洗浄塔に導入し、該洗浄塔において硫黄成分を、二酸化炭素富有のガスから、硫黄不含の洗浄剤によって取り除くことを特徴とする、洗浄剤を再生する方法。
2. 圧力降下を、２つ以上の段階において実施し、異なった圧力レベルにおける少なくとも２つの、二酸化炭素富有のガス混合物を発生される、請求項１記載の方法。
3. 二酸化炭素富有のガス混合物をその圧縮後に冷却する、請求項１又は２記載の方法。
4. 洗浄剤としてメタノールを使用する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 水素と一酸化炭素とを含有する原料ガスを洗浄するためのガス物理洗浄において、高められた圧力で装入される洗浄剤であって、二酸化炭素と硫黄成分とで飽和した洗浄剤を再生する装置において、当該装置は放圧容器と洗浄塔とを有していて、該放圧容器と洗浄塔とは圧縮機を介して接続されており、これにより飽和した洗浄剤が、放圧容器内に放圧可能であり、かつ放圧時に遊離したガスが圧縮機を用いて圧縮されて、洗浄塔内に導入可能であることを特徴とする、洗浄剤を再生する装置。
6. 当該装置は、圧縮機と洗浄塔との間に配置された熱交換器を有していて、該熱交換器を介して、圧縮されたガスが、洗浄塔への導入前に冷却可能である、請求項５記載の装置。
7. 当該装置は、少なくとも２つの直列に配置された放圧容器を有しており、互いに隣接した各２つの放圧容器は、絞り機構を介して互いに接続されていて、飽和した洗浄剤が放圧容器を通して案内され、かつこの際に異なった圧力レベルに放圧される、請求項５又は６記載の装置。
8. 圧縮機の圧縮機セクションの数が、放圧容器の数と同じか又はそれよりも多い、請求項５から７までのいずれか１項記載の装置。
9. １つの圧縮機セクションの入口側が最多でも１つの放圧容器と接続されている、請求項８記載の装置。
10. 洗浄塔と単数又は複数の放圧容器とが、別体の構成部分として、又は１つの構造ユニットとして形成されている、請求項５から９までのいずれか１項記載の装置。

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