JP2017510454A - 硫化水素ストリッパー中において硫化水素とアンモニアとを分離する能力が強化されたシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
2014年3月5日付けで出願された米国仮特許出願第61/948,118号に基づく優先権を、本明細書において主張し、その明細書を本明細書に参考として援用する。
連邦政府によって資金提供された研究に関する記載事項
該当無し。
発明の分野
2カラム型酸性廃水ストリッピングプロセスは、4つの主要な処理段階、すなわち、1)脱ガス及びフィード調製、2)H2Sストリッピング、3)NH3ストリッピング、並びに4)NH3の精製及び液化の各段階を一般的に含む。ここで図1A及び1Bを参照すると、従来方式の2カラム型酸性廃水ストリッピングシステムの概略図は、4つの処理段階を説明している。下記の圧力及び温度は事例的であり、説明目的にすぎない。
単一又は複数の供給源からの酸性廃水フィード102は、NH3ストリッパー106からのリサイクル流104と混合され、これは冷却されて脱ガス装置108を通過し、その際溶存水素(H2)、メタン(CH4)、及びその他の軽質炭化水素が炭化水素蒸気流105として除去される。酸性廃水フィード102は、溶存NH3及びH2Sを含む。リサイクル流104は、NH3を豊富に含み、脱ガス装置108内の溶液中に酸性ガスを保持するのに役立ち、これにより酸性ガスの放出及び大気汚染のおそれが最低限に抑えられる。脱ガス済み酸性廃水流109は、油水分離装置103に送られ、脱ガス済み酸性廃水流109から遊離性の油が除去され、脱ガス/脱油済み酸性廃水流107が生成する。脱ガス/脱油済み酸性廃水流107は、フィード調製タンク110にポンプ搬送されるが、同タンクは、流速及び組成物の変化を抑制する機能を有すると共に、取り込まれた油及び固形分を除去する機会も提供する。フィード調製タンク110は、処理済み酸性廃水流111を生成し、この処理済み酸性廃水流111は、処理済み酸性廃水流111内に残留する固形分をフィルターろ過し、そして取り込まれた油を更に分離して炭化水素液113及び脱油済み酸性廃水流115を生成するフィードコアレッサーユニット112にポンプ搬送される。脱油済み酸性廃水流115は、フィード/生成物交換装置114に送られ、同装置は、脱油済み酸性廃水流115を加熱し、NH3ストリッパーボトム流132を冷却して、加熱脱油済み酸性廃水流116とストリップ済み水流134とを生成する熱交換装置として作用する。この様に、NH3ストリッパーボトム流132を含む成分とストリップ済み水流134を含む成分、及び脱油済み酸性廃水流115を含む成分と加熱脱油済み酸性廃水流116を含む成分は、それぞれ同一であるが、異なる濃度及び温度を有し得る。加熱脱油済み酸性廃水流116は、次にH2Sストリッパー118に送られる。
H2Sストリッパー118はトレイ又はパッキング(図示せず)を備え、加熱脱油済み酸性廃水流116が、それとその周辺を通過して、H2Sが加熱脱油済み酸性廃水流116から分離される。冷却済み還流水流(例えば、水洗浄)136は、熱の除去、及びH2Sストリッパー内でのガス状NH3の増加を抑えるのに用いられる。リボイラー137は、i)加熱脱油済み酸性廃水流116及び冷却済み還流水流136を好ましい温度まで加熱し、且つii)H2Sを加熱脱油済み酸性廃水流116から完全分離するのに必要とされるエネルギーを提供する、熱交換装置として作用する。結果として生じたH2Sストリッパーオーバーヘッド流120はノックアウトドラム138に送られ、取り込まれたあらゆる液滴が実質的に取り除かれ、H2S流126が生成する。H2S流126は、高純度であり、イオウ回復ユニット(SRU)又は硫酸プラント用の優れたフィードである。酸性廃水フィード102は脱ガス済みであるので、H2S流126は、無視し得る量のNH3(50ppmw未満)及びごくわずかな炭化水素しか含有しない。H2S流126は、約100〜180psig及び100〜120°Fで得ることができる。結果として生じたH2Sストリッパーボトム流130は、NH3と若干のH2Sを含有し、NH3ストリッパー106に直接送られる。
NH3ストリッパー106は、蒸気再沸還流式蒸留カラムである。NH3ストリッパー106では、実質的にすべてのNH3及びあらゆる残留H2Sが、H2Sストリッパーボトム流130から除去され、このH2Sストリッパーボトム流130は、NH3ストリッパーボトム流132としてNH3ストリッパー106から分離する。NH3ストリッパーボトム流132は、フィード/生成物交換装置114に送られ、ここで熱を脱油済み酸性廃水流115と交換し、NH3ストリッパーボトム流132が冷却されて、ストリップ済み水流134が形成される。ストリップ済み水流134は、多くのプラントの再利用ニーズに適する、又は排出され得る。ストリップ済み水流134内のH2S及びNH3の封じ込めレベルは、個々の要件に応じて特別に設定され得るが、一般的に、NH3が10〜50ppmw、H2Sが1〜25ppmwである。ストリップ済み水流134は、約100〜200°Fで得ることができる。NH3ストリッパー106では、実質的にすべてのNH3及びあらゆる残留H2Sが、H2Sストリッパーボトム流130から除去されるが、このH2Sストリッパーボトム流130は、NH3ストリッパーオーバーヘッド流133としてNH3ストリッパー106から分離する。NH3ストリッパーオーバーヘッド流133は、オーバーヘッドコンデンサーに送られ、ここでNH3蒸気流とNH3液体流に変換される。ノックアウトドラム139は、NH3蒸気流140とNH3液体流150を分離する。NH3液体流150の一部分は、還流としてNH3ストリッパー106に戻され、またNH3液体流150の別の部分はリサイクル流104を形成する。リボイラー141は、NH3及びあらゆる残留H2Sを除去するのに必要とされるエネルギーを提供する熱交換装置として作用する。NH3蒸気流140は、NH3に富んだガスであり、様々な方法で処理され得る。
ここで図1Bを参照すると、NH3蒸気流140は、水洗浄142に送られ、残存量のH2S及び若干の炭化水素が除去される。このステップは、ウォータースクラビングとも呼ばれ、スクラビング処理済みNH3蒸気流160を生成する。NH3の回収が望ましくない又は経済的ではない場合には、スクラビング処理済みNH3蒸気流160は焼却処分され得る。しかし、ほとんどの場合、スクラビング処理済みNH3蒸気流160を更に精製して、無水液体NH3 170、又は市販用途に適する水性NH3 180を生成するのが望ましい。スクラビング処理済みNH3蒸気流160を更に精製するために、スクラビング処理済みNH3蒸気流160は、苛性洗浄144に送られて、若干の炭化水素を含む残留汚染物質が除去される。このステップは、苛性スクラビングとも呼ばれ、ダブルスクラビング処理済みNH3蒸気流162を生成し、問題がプロセスの不具合、二酸化炭素、又は複雑なイオウ化合物(例えば、メルカプタン若しくはジスルフィド)によるものと予想されるとき、必要となり得る。ダブルスクラビング処理済みNH3蒸気流162は、コンプレッサー146又は冷却ユニット148に送られ、無視し得る量のH2S(5ppmw未満)を含有する無水液体NH3 170を生成し得る。無水液体NH3 170は、圧縮により液化される場合、約200psig及び100°Fで得ることができ、冷却により液化される場合には、大気圧及び約−26Fで得ることができる。冷却水及び/又は冷却剤は、熱を圧縮ダブルスクラビング処理済みNH3蒸気流162と交換するのに利用可能である。ダブルスクラビング処理済みNH3蒸気流162は、NH3吸収装置149に送られる場合もあり、このNH3吸収装置149は実質的に別の水洗浄であり、水性NH3 180を生成するが、この水性NH3 180は、無視し得る量のイオウ(約2ppmw以下)を含有する。水性NH3 180は、約35psig及び100°Fで得ることができる。
別の実施形態では、本発明は、硫化水素とアンモニアとを分離する方法を含み、同方法は、i)硫化水素とアンモニアとの流体混合物を硫化水素ストリッパーに導入するステップ、ii)二酸化炭素及び不活性ガスのうちの少なくとも1つを含むストリッピングガスを、硫化水素ストリッパーに導入するステップ、並びにiii)硫化水素ストリッパー中においてストリッピングガスを用いて、流体混合物中の硫化水素とアンモニアのほとんどを分離するステップであり、硫化水素ストリッパーオーバーヘッド流と硫化水素ストリッパーボトム流とを形成する、前記ステップを含む。
本発明の追加の態様、長所、及び実施形態は、下記の様々な実施形態に関する説明及び関連図面から、当業者に明白となる。
添付の図面を参照しながら、本発明について以下に説明する。添付の図面において、同一の要素は同一の数字で表わす。
二酸化炭素を含むストリッピングガス流202が含まれるH2Sストリッピング段階を備えた2カラム型酸性廃水ストリッピングシステムを稼働させた場合、H2SとNH3との分離は、少なくとも5%改善し得る。この様に、H2SとNH3との分離能力を強化することにより、2カラム型酸性廃水ストリッピングシステム内のユーティリティー(例えば、リボイラー加熱媒体)の消費が抑えられ、その結果エネルギーの節約となる、又はユーティリティー消費が同一であっても、性能が改善し得る。
別の実施形態では、本発明は、硫化水素とアンモニアとを分離する方法を含み、同方法は、i)硫化水素とアンモニアとの流体混合物を硫化水素ストリッパーに導入するステップ、ii)不活性ガスを含むストリッピングガスを、硫化水素ストリッパーに導入するステップ、並びにiii)硫化水素ストリッパー中においてストリッピングガスを用いて、流体混合物中の硫化水素とアンモニアのほとんどを分離するステップであり、硫化水素ストリッパーオーバーヘッド流と硫化水素ストリッパーボトム流とを形成する、前記ステップを含む。
本発明の追加の態様、長所、及び実施形態は、下記の様々な実施形態に関する説明及び関連図面から、当業者に明白となる。
添付の図面を参照しながら、本発明について以下に説明する。添付の図面において、同一の要素は同一の数字で表わす。
本発明のまた別の態様は、以下のとおりであってもよい。
〔1〕硫化水素とアンモニアとを分離する硫化水素ストリッパーと、
前記硫化水素ストリッパーと接続しており、二酸化炭素及び不活性ガスのうちの少なくとも1つを含む、ストリッピングガス流と、
を含む硫化水素とアンモニアとを分離するためのシステム。
〔2〕前記ストリッピングガス流が、前記硫化水素ストリッパーの底部近傍の硫化水素ストリッパーと接続する、前記〔1〕に記載のシステム。
〔3〕前記ストリッピングガス流が、二酸化炭素のみを含む、前記〔1〕に記載のシステム。
〔4〕前記ストリッピングガス流が、不活性ガスのみを含む、前記〔1〕に記載のシステム。
〔5〕前記不活性ガスが、水素、ヘリウム、ボロン、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン、2原子窒素、メタン、及びエタンからなる群より選択される、前記〔4〕に記載のシステム。
〔6〕前記ストリッピングガス流が、等しい量の二酸化炭素及び不活性ガスを含む、前記〔1〕に記載のシステム。
〔7〕前記ストリッピングガス流が、不活性ガスより多くの二酸化炭素を含む、前記〔1〕に記載のシステム。
〔8〕前記ストリッピングガス流が、二酸化炭素より多くの不活性ガスを含む、前記〔1〕に記載のシステム。
〔9〕前記硫化水素ストリッパーが、硫化水素とアンモニアとの流体混合物を含有する、前記〔1〕に記載のシステム。
〔10〕前記硫化水素ストリッパーの最上部と接続した硫化水素ストリッパーオーバーヘッド流と、前記硫化水素ストリッパーの底部と接続した硫化水素ストリッパーボトム流とを更に含み、
前記硫化水素ストリッパーオーバーヘッド流が、硫化水素、水を含み、且つ実質的にアンモニアを含まず、
前記硫化水素ストリッパーボトム流が、水、アンモニア及び硫化水素を含む、前記〔1〕に記載のシステム。
〔11〕硫化水素とアンモニアとの流体混合物を硫化水素ストリッパーに導入するステップと、
二酸化炭素及び不活性ガスのうちの少なくとも1つを含むストリッピングガスを、前記硫化水素ストリッパーに導入するステップと、
前記硫化水素ストリッパー中において、前記ストリッピングガスを用いて、流体混合物内の硫化水素とアンモニアのほとんどを分離するステップであり、硫化水素ストリッパーオーバーヘッド流と硫化水素ストリッパーボトム流とを形成する、前記ステップと、
を含む硫化水素とアンモニアとを分離する方法。
〔12〕前記硫化水素ストリッパーオーバーヘッド流が、前記流体混合物に由来するほとんどの硫化水素を含み、前記硫化水素ストリッパーボトム流が、前記流体混合物に由来するほとんどのアンモニアを含む、前記〔11〕に記載の方法。
〔13〕前記硫化水素ストリッパー中の硫化水素の分圧を低下させること、及びストリッピング作用を提供することにより、前記ストリッピングガスが、前記流体混合物内のほとんどの硫化水素及びアンモニアを分離する、前記〔11〕に記載の方法。
〔14〕前記ストリッピングガス流が、二酸化炭素のみを含む、前記〔11〕に記載の方法。
〔15〕前記ストリッピングガス流が、不活性ガスのみを含む、前記〔11〕に記載の方法。
〔16〕前記不活性ガスが、水素、ヘリウム、ボロン、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン、2原子窒素、メタン、及びエタンからなる群より選択される、前記〔15〕に記載の方法。
〔17〕前記ストリッピングガス流が、等しい量の二酸化炭素と不活性ガスとを含む、前記〔11〕に記載の方法。
〔18〕前記ストリッピングガス流が、不活性ガスより多くの二酸化炭素を含む、前記〔11〕に記載の方法。
〔19〕前記ストリッピングガス流が、二酸化炭素より多くの不活性ガスを含む、前記〔11〕に記載の方法。
〔20〕前記硫化水素ストリッパーが、硫化水素とアンモニアとの流体混合物を含有する、前記〔11〕に記載の方法。
Claims (20)
- 硫化水素とアンモニアとを分離する硫化水素ストリッパーと、
前記硫化水素ストリッパーと接続しており、二酸化炭素及び不活性ガスのうちの少なくとも1つを含む、ストリッピングガス流と、
を含む硫化水素とアンモニアとを分離するためのシステム。 - 前記ストリッピングガス流が、前記硫化水素ストリッパーの底部近傍の硫化水素ストリッパーと接続する、請求項1に記載のシステム。
- 前記ストリッピングガス流が、二酸化炭素のみを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記ストリッピングガス流が、不活性ガスのみを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記不活性ガスが、水素、ヘリウム、ボロン、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン、2原子窒素、メタン、及びエタンからなる群より選択される、請求項4に記載のシステム。
- 前記ストリッピングガス流が、等しい量の二酸化炭素及び不活性ガスを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記ストリッピングガス流が、不活性ガスより多くの二酸化炭素を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記ストリッピングガス流が、二酸化炭素より多くの不活性ガスを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記硫化水素ストリッパーが、硫化水素とアンモニアとの流体混合物を含有する、請求項1に記載のシステム。
- 前記硫化水素ストリッパーの最上部と接続した硫化水素ストリッパーオーバーヘッド流と、前記硫化水素ストリッパーの底部と接続した硫化水素ストリッパーボトム流とを更に含み、
前記硫化水素ストリッパーオーバーヘッド流が、硫化水素、水を含み、且つ実質的にアンモニアを含まず、
前記硫化水素ストリッパーボトム流が、水、アンモニア及び硫化水素を含む、請求項1に記載のシステム。 - 硫化水素とアンモニアとの流体混合物を硫化水素ストリッパーに導入するステップと、
二酸化炭素及び不活性ガスのうちの少なくとも1つを含むストリッピングガスを、前記硫化水素ストリッパーに導入するステップと、
前記硫化水素ストリッパー中において、前記ストリッピングガスを用いて、流体混合物内の硫化水素とアンモニアのほとんどを分離するステップであり、硫化水素ストリッパーオーバーヘッド流と硫化水素ストリッパーボトム流とを形成する、前記ステップと、
を含む硫化水素とアンモニアとを分離する方法。 - 前記硫化水素ストリッパーオーバーヘッド流が、前記流体混合物に由来するほとんどの硫化水素を含み、前記硫化水素ストリッパーボトム流が、前記流体混合物に由来するほとんどのアンモニアを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記硫化水素ストリッパー中の硫化水素の分圧を低下させること、及びストリッピング作用を提供することにより、前記ストリッピングガスが、前記流体混合物内のほとんどの硫化水素及びアンモニアを分離する、請求項11に記載の方法。
- 前記ストリッピングガス流が、二酸化炭素のみを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記ストリッピングガス流が、不活性ガスのみを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記不活性ガスが、水素、ヘリウム、ボロン、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン、2原子窒素、メタン、及びエタンからなる群より選択される、請求項15に記載の方法。
- 前記ストリッピングガス流が、等しい量の二酸化炭素と不活性ガスとを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記ストリッピングガス流が、不活性ガスより多くの二酸化炭素を含む、請求項11に記載の方法。
- 前記ストリッピングガス流が、二酸化炭素より多くの不活性ガスを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記硫化水素ストリッパーが、硫化水素とアンモニアとの流体混合物を含有する、請求項11に記載の方法。
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