JP2019532802A - 選択的汚染物質除去を強化するための装置、システム、及び関連するプロセス - Google Patents

Abstract

ガス状ストリームからＣＯ2及びＨ2Ｓを分離するためのシステム及び方法が提供される。本システムは、ガス状ストリームからＨ2Ｓを除去するために小型接触技術と共に利用される選択性溶媒を含む。

Description

（関連出願に対する相互参照）
本出願は、２０１６年９月１４日に出願された「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＥＮＨＡＮＣＥＤ ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ ＣＯＮＴＡＭＩＮＡＮＴ ＲＥＭＯＶＡＬ ＰＲＯＣＥＳＳ ＲＥＬＡＴＥＤ ＴＨＥＲＥＴＯ（選択的汚染物質除去を強化するための装置、システム、及び関連するプロセス）」という名称の米国特許出願第６２／３９４，４８９号の優先権の利益を主張し、この文献の全内容が引用によって本明細書に組み込まれている。

本発明の技術は、選択的汚染物質除去強化プロセスに関連するシステム及び方法に関する。特に、本システム及びプロセスは、ガス状ストリームから硫化水素（Ｈ₂Ｓ）等の汚染物質を除去するための除去プロセスに関する。

本節は、本発明の技術の例示的な実施形態に関連する可能性がある当該技術の様々な態様を紹介することを意図している。ここでの説明は、本発明の技術の特定の態様のより良い理解を容易にする骨組みを提示するのに役立つと考える。従って、本節はこの観点から読解すべきであり、必ずしも従来技術の容認として読むべきではない点を理解されたい。

リザーバからの炭化水素の生成には、不可避的に非炭化水素ガスの生成を伴う。かかる非炭化水素ガスは、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）及び二酸化炭素（ＣＯ₂）等の汚染物質を含む。産出ストリーム中に炭化水素と共にＨ₂Ｓ又はＣＯ₂が生成される場合には、この産出ストリームは、メタン及び／又はエタンを含む場合があり、更に「サワー」天然ガスと呼ばれる場合がある未加工天然ガスストリームである場合がある。Ｈ₂Ｓ及びＣＯ₂は、「酸性ガス」と呼ばれることが多い。

サワー天然ガスは、通常、燃料として又は他の加工に用いられる前にＨ₂Ｓ及びＣＯ₂を除去するか、又はこれらの量を低減するように処理される。一例として、ＬＮＧ用途では、Ｈ₂Ｓ及びＣＯ₂の一部が除去されて、低レベルの汚染物質（例えば、約５０体積百万分率（ｐｐｍｖ：ｐａｒｔｓ ｐｅｒ ｍｉｌｌｉｏｎ ｂｙ ｖｏｌｕｍｅ）よりも少ないＣＯ₂及び約４ｐｐｍｖよりも少ないＨ₂Ｓ）しか有さないストリームを供給する。別の例として、パイプライン用途では、Ｈ₂Ｓは極めて低レベルまで、例えば、約４ｐｐｍｖを下回るレベルまで除去する必要があり、他方、ＣＯ₂は、より緩い程度を除去すればよい。

汚染物質を除去するために、従来では、極低温ガスプロセス又はそれよりも高めの温度の溶媒ベースのプロセスを用いて未加工天然ガスストリームからＣＯ₂が除去され、管凍結及びオリフィス閉塞を防止する。これに加えて、特にＨ₂Ｓ除去の場合には、炭化水素含有ストリーム又は天然ガスストリームを溶媒を用いて処理することができる。溶媒は、アミン等の化学溶媒及び／又は物理溶媒を含むことができる。サワーガス処理において用いられるアミンの例には、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、及びメチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）が挙げられる。アミン系溶媒は、「ガススイートニング」と呼ばれる、酸性ガスとの化学反応に依存する。かかる化学反応は、特に約３００ポンド毎平方インチ絶対圧力（ｐｓｉａ）（２．０７メガパスカル（ＭＰａ））を下回る供給ガス圧においては、一般的に物理系溶媒よりも有効である。

ガススイートニングプロセスの結果として、処理済み又は「スイートニング済み」のガスストリームが更に加工される。スイートニング済みガスストリームは、Ｈ₂Ｓ及びＣＯ₂が実質的に欠乏状態にある。スイートニング済みガスストリームは、液体回収のため、重めの炭化水素ガスを凝縮させることによって加工することができる。スイートニング済みガスストリームは、Ｈ₂Ｓ及びＣＯ₂の濃度が十分に低い（例えば、このガスストリームがそれぞれの規格を満たす）場合には、パイプラインに販売することができ、又は液化天然ガス（ＬＮＧ）供給として用いることができる。これに加えて、スイートニング済みガスストリームは、気体から液体へのプロセス用の供給原料として用いて、更に最終的には、ワックス、ブタン、潤滑剤、グリコール、又は他の石油系製品を作り出すのに用いることができる。

従来の設備では、通常は大型のタワーベースのプロセスを含み、このタワーは、ガス状ストリームからＨ₂Ｓ及びＣＯ₂を一部を除去するのに用いられ、数平方メートルを占有し、数百トンの重量となる傾向がある。この重量及びサイズは、小さい設備が好ましい、遠隔地陸上加工用途、海洋加工用途、及び海中加工作業にとっては問題となる。更に、高頻度で遠隔地にて実施される、特定のシェールガス産出作業等の遠隔作業にとって、従来の設備の輸送及び組み立ては困難である。

一例として、米国特許出願公開第２０１２／０２４０６１７号では、酸性ガス除去に向けた従来の吸収タワーの使用によるサワーガス処理のプロセスが記載されている。詳細には、この引例では、第１の吸収剤ストリームを用いてストリームから酸性ガスを除去し、第１の高濃度吸収剤溶液ストリームを再生処理して圧縮し、次いでサワーガスストリームを蒸留することが記載されている。この方法は、長い滞留時間を伴い、高いＨ₂Ｓ除去選択性に依存していない。

別の例として、米国特許出願公開第２０１２／０２４０６１７号では、酸性ガス汚染物質を除去するための圧力スイング吸着（ＰＳＡ）技術が記載されている。この方法において、供給ガスが分離されて、Ｈ₂濃縮生成物ストリームとサワーガスストリームとを供給する。次いで、酸性ガスストリームの一部からＨ₂Ｓが除去される。しかしながら、吸着プロセスは通常、吸収と比較して、酸性ガスに対する容量が低い。このため、このシステムにおける固体吸着剤の使用は、容量又は処理システムのサイズの削減をもたらさない。サワーガス中の酸性ガス汚染物質の濃度が、０．５％から１％程度を超えた場合には、必要とされる吸着剤材料の質量は、１日当たり数億標準立方フィートという適度なガス流量でも法外に大きくなる。分子篩ユニットは、稼働状態の開始時に最大で２０重量パーセント（ｗｔ％）まで水を保持することができるが、高圧ガスは、水をゼロコンマ数パーセントしか含有することができない。同様の重量容量に対して、水分子と比較して保持できるＣＯ₂分子の個数は、これらの分子量に反比例するが（例えば、１８を４４で除算した数、すなわち、４１％の分子数）、供給ストリーム中には１０倍の量の汚染物質分子が存在する可能性がある。従って、必要とされる吸着剤材料の量は、相応する脱水用途に充てられるものと比べて２５倍又はそれよりも多く必要となる可能性がある。この量は、数十万ポンドの吸着剤に達する可能性があり、物流的に実現不可能となる可能性がある。

米国特許出願第６２／３９４，４８９号公報 米国特許出願第２０１２／０２４０６１７号公報 国際特許出願第２００４／０７０２９７号公報 米国特許出願第２０１１／０１６８０１９号公報 米国特許出願第２０１２／０２３８７９３号公報 米国特許出願第２０１４／０１２３６２０号公報 米国特許出願第２０１４／０３３１８６２号公報 米国特許出願第２０１４／０３３５００２号公報 米国特許出願第２０１５／０３５２４６３号公報 米国特許出願第１４／９４８４２２号公報 米国特許出願第１５／００４３４８号公報 米国特許出願第１５／００９９３６号公報

従って、炭化水素含有ストリーム等のガス状ストリームからのＨ₂Ｓ及びＣＯ₂等の汚染物質の除去を強化させる装置、方法、及びシステムに対する要求が、業界において依然としてある。本発明の技術は、滞留時間の短縮と組み合わせてより小さなサイズの設備を用いて設備の占有面積及び重量を低減することにより、従来の吸収方式の欠点を克服する。本発明の技術は、従来のプロセスと比較して、より少ない資本投資、より少ない運用コスト、より小さい設備占有面積、及びより低い炭化水素損失を提供する。

一実施形態において、ガス状ストリームからＨ₂Ｓ及びＣＯ₂を分離するための方法が記載される。本方法は、ガス状ストリームを小型接触ユニットに送る段階と、ガス状ストリームを、第１の汚染物質と第１の反応時間で反応し且つ第２の汚染物質と第２の反応時間で反応するように構成された選択性溶媒と混合して混合ストリームを形成する段階と、第１の反応時間よりも長く且つ第２の反応時間よりも短い滞留時間期間にわたって吸収段階を実施する段階と、第１の汚染物質の一部を有する汚染物質流を混合ストリームから離れて導通させる段階であって、残存する混合ストリームが、混合ストリームよりも低い第１の汚染物質の濃度を有するようにする段階と、第１の汚染物質をプロセスから除去する段階と、を含む。

他の実施形態において、本方法は様々な機能強化を含むことができる。例えば、本方法は、ガス状ストリーム中のＣＯ₂濃度を決定する段階と、ＣＯ₂濃度をＣＯ₂閾値と比較する段階と、この比較に基づいて選択性溶媒の流量を調節する段階と、を含むことができ、ガス状ストリーム中のＨ₂Ｓ濃度を決定する段階と、Ｈ₂Ｓ濃度をＨ₂Ｓ閾値と比較する段階と、この比較に基づいて選択性溶媒の流量を調節する段階とを含むことができ、ガス状ストリームの温度を測定する段階と、測定温度に基づいて選択性溶媒の流量を調節する段階とを含むことができ、ガス状ストリームの圧力を測定する段階と、測定圧力に基づいて選択性溶媒の流量を調節する段階とを含むことができ、選択性溶媒は、ＣＯ₂に関する吸収反応とＨ₂Ｓに関する吸収反応とにおいて１０倍から１０００倍の間の範囲の速度差を有し、Ｈ₂Ｓ反応がＣＯ₂反応よりも高速であることを含むことができ、滞留時間は、ＣＯ₂分子によるＨ₂Ｓ分子の何れかの移動を減少させるように管理されることを含むことができ、第１の汚染物質のうちの一部、第２の汚染物質のうちの一部、又はこれらの何れかの組み合わせを除去するために汚染物質流をフラッシュする段階を含むことができ、フラッシュされた汚染物質流のうちの残存部分又は液体部分が、選択性溶媒の一部として混合段階に再循環されることを含むことができ、及び／又は選択性溶媒が、メチルジエタノールアミン等の第三級アミン、配合アミン、及び、立体障害アミンであることを含むことができる。

他の実施形態において、本方法は、残存混合ガス状ストリームを、第１の汚染物質と第１の反応時間で反応し且つ第２の汚染物質と第２の反応時間で反応するように構成された第２の選択性溶媒と混合して第２の混合ストリームを形成する段階と、第１の反応時間よりも長く且つ第２の反応時間よりも短い第２の滞留時間期間にわたって吸収段階を実施する段階と、第１の汚染物質の一部を有する第２の汚染物質流を第２の混合ストリームから離れて導通させる段階であって、残存する第２の混合ストリームが、第２の混合ストリームよりも低い第１の汚染物質の濃度を有するようにする段階と、を実施することを含むことができる。これらの実施形態は、第１の汚染物質の一部、第２の汚染物質の一部、又はこれらの何れかの組み合わせのうちの１つを除去するために第２の汚染物質流をフラッシュする段階、及び／又はフラッシュされた第２の汚染物質流のうちの残存部分又は液体部分が、第２の選択性溶媒の一部として混合段階に再循環されることを更に含むことができる。

別の実施形態において、ガス状ストリームからＨ₂Ｓ及びＣＯ₂を分離するためのシステムが記載される。本システムは、ガス状ストリームを受け取るように構成された小型接触ユニットを含む。小型接触ユニットは、混合段と、物質移動段と、分離段とを備える。混合段は、ガス状ストリームを、第１の汚染物質と第１の反応時間で反応し且つ第２の汚染物質と第２の反応時間で反応するように構成された選択性溶媒と混合して混合ストリームを形成するように構成される。物質移動段は、混合段の下流側にあり、第１の反応時間よりも長く且つ第２の反応時間よりも短い滞留時間期間にわたって吸収段階を実施するように構成される。分離段は、物質移動段の下流側にあり、第１の汚染物質の一部を有する汚染物質流を混合ストリームから離れて導通させ、残存する混合ストリームが、混合ストリームよりも低い第１の汚染物質の濃度を有するように構成される。

他の実施形態において、本システムは、様々な機能強化を含むことができる。例えば、本システムは、分離段と流体連通し、第１の汚染物質の一部、第２の汚染物質の一部、又はこれらの何れかの組み合わせのうちの１つを汚染物質流から除去するように構成されたフラッシュユニットを含むことができ、フラッシュユニットの下流側にあり、フラッシュされた汚染物質流のうちの残存部分又は液体部分を選択性溶媒の一部として混合段に送るように構成されたポンプユニットを含むことができ、小型接触ユニットの下流側にあり、残存する混合ストリームを受け取るように構成された第２の小型接触ユニットであって、残存する混合ストリームを、第１の汚染物質と第１の反応時間で反応し且つ第２の汚染物質と第２の反応時間で反応するように構成された第２の選択性溶媒と混合して第２の混合ストリームを形成するように構成された第２の混合段と、第２の混合段の下流側にあり、第１の反応時間よりも長く且つ第２の反応時間よりも短い第２の滞留時間期間にわたって吸収段階を実施するように構成された第２の物質移動段と、第２の物質移動段の下流側にあり、第１の汚染物質の一部を有する第２の汚染物質流を第２の混合ストリームから離れて導通させ、残存する第２の混合ストリームが第２の混合ストリームよりも低い第１の汚染物質の濃度を有するように構成された第２の分離段と、を備える第２の小型接触ユニットを含むことができる。これに加えて、本システムは、第２の分離段と流体連通し、第１の汚染物質の一部、第２の汚染物質の一部、又はこれらの何れかの組み合わせのうちの１つを第２の汚染物質流から除去するように構成された第２のフラッシュユニット、及び／又は第２のフラッシュユニットの下流側にあり、フラッシュされた第２の汚染物質流のうちの残存部分又は液体部分を第２の選択性溶媒の一部として第２の混合段に送るように構成された第２のポンプユニットを含むことができる。

他の実施形態において、本システムは、プロセスの動作を管理するために、１又は２以上のセンサ及び調整器と併せて制御システムを含むことができる。例えば、本システムは、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ、及びこれらの何れかの組み合わせのうちの１つを含む汚染物質のガス状ストリーム中の濃度を決定するように構成されたセンサと、選択性溶媒の流量を調節するように構成された流量調整器と、センサ及び流量調整器と通信して、汚染物質の濃度を汚染物質閾値と比較し、当該比較に基づいて選択性溶媒の流量を調節するための調節通知を流量調整器に送信するように構成された制御システムとを含むことができる。更に、本システムは、ガス状ストリームの温度又は圧力の測定値を決定するように構成されたセンサと、選択性溶媒の流量を調節するように構成された流量調整器と、センサ及び流量調整器と通信して、測定値を測定閾値と比較し、当該比較に基づいて選択性溶媒の流量を調節するための調節通知を流量調整器に送信するように構成された制御システムとを含むことができる。

本開示の上記利点及び他の利点は、実施形態の非限定的な実施例の以下の詳細説明及び図面を精査すると明らかになるであろう。

本発明の技術の１つの実施形態による、ガス状ストリームから汚染物質を除去するためのプロセスのフロー図である。 本発明の技術の１つの実施形態による、ガス状ストリームから汚染物質を除去するための別のプロセスのフロー図である。 本発明の技術の１つの実施形態による、選択的除去システムの概略図である。 本発明の技術の１つの実施形態による、選択的除去システムの一部の概略図である。

以下の詳細な説明の節においては、本発明の技術の特定の実施形態が説明されている。しかしながら、以下の説明が本発明の技術の特定の実施形態又は特定の用途に特有のものである範囲において、この説明は、例示の目的に過ぎないことが意図され、単に例示的な実施形態の説明を提示している。従って、本発明の技術は、以下で説明する特定の実施形態に限定されず、むしろ、添付の請求項の思想意及び範囲に含まれる全ての代替形態、修正物、及び均等物を含む。

別途説明のない限り、本明細書において使用される全ての技術用語及び科学用語は、本開示が関係する当業者によって一般に理解される意味と同じ意味を有する。複数形ではない用語も、文脈上明確に他を意味しない限り、複数の指示対象を含む。同様に、「又は」という用語は、文脈上明確に他を意味しない限り、「及び」を含むものとする。用語「含む」は、「備える」を意味する。本明細書で言及する全ての特許及び刊行物は、特に指示のない限り、その全体が参照により組み込まれる。用語又は語句の意味に関して矛盾が生じた場合、用語の説明を含めて、本明細書が統制する。本明細書において、「上側」、「下側」、「頂部」、「底部」、「前部」、「後部」、「垂直」、及び「水平」などの方向性の用語は、様々な要素間の関係性を表現し明確にするために使用される。このような用語は、絶対的な向きを示すものではない点を理解されたい（例えば、「垂直の」要素は、装置を回転させることによって水平になることができる）。本明細書で記載される材料、方法及び実施例は、例証に過ぎず、限定を意図するものではない。

最初に、参照の便宜上、この出願に使用するある一定の用語及びその関連で使用するそれらの意味を列挙する。本明細書に使用する用語が以下で定義されない限り、それは、関連する当業者が少なくとも１つの印刷文献又は交付された特許に反映されるようにその用語に与えた最も広い定義を与えるべきである。更に、同一又は類似の目的を果たす全ての均等物、同義語、新規開発、及び用語又は技術は特許請求の範囲に入ると見なされるので、本発明の技術は以下に示す用語の使用によって限定されることはない。

本明細書で用いる場合、「酸性ガス」は、水中に溶解したときに酸性溶液を生成するあらゆるガスを意味する。酸性ガスの非限定的な実施例は、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、二酸化硫黄（ＳＯ₂）、二硫化炭素（ＣＳ₂）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、メルカプタン、又はこれらの混合物を含む。

本明細書で用いる場合、「導管」は、何かが運ばれる流路を形成する管状部材を指す。導管は、パイプ、マニホールド、チューブ又は同様のもののうちの１又は２以上を含むことができる。

本明細書で用いる場合、「脱水ガスストリーム」は、脱水プロセスを受けた天然ガスストリームを意味する。典型的には、脱水ガスストリームは、５０ｐｐｍ未満、好ましくは７百万分率（ｐｐｍ）未満の含水量を有する。天然ガスストリームを脱水するためのあらゆる適切なプロセスを用いることができる。適切な脱水プロセスの典型的な例としては、限定ではないが、分子篩を用いた天然ガスストリームの処理、或いは、グリコール又はメタノールを用いた脱水を含む。或いは、天然ガスストリームは、例えば、国際特許出願公開第２００４／０７０２９７号に記載されている脱水プロセスを用いたメタン水和物の形成によって脱水することができる。

本明細書で用いる場合、「脱水」は、水及び任意的に一部の重質炭化水素を部分的又は完全に除去する未加工給送ガスストリームの前処理を指す。これは、例えば外部冷却ループ又は冷間内部処理ストリームに対して予冷サイクルを使用して達成することができる。水はまた、分子篩、例えば、ゼオライト又はシリカゲル又は酸化アルミニウム又は他の乾燥剤を用いた前処理によって除去することができる。水はまた、本明細書に説明するように、グリコール、モノエチレングリコール（ＭＥＧ）、ジエチレングリコール（ＤＥＧ）、トリエチレングリコール（ＴＥＧ）、又はグリセロールを用いた洗浄によって除去することができる。ガス供給ストリーム中の水の量は、好適には１体積パーセント（ｖｏｌ％）よりも少なく、好ましくは０．１ｖｏｌ％よりも少なく、より好ましくは０．０１ｖｏｌ％よりも少ない。

本明細書で用いる場合、「蒸留」又は「留分」は、規定温度及び圧力で化学成分の沸点及び蒸気圧の差に基づいて化学成分を蒸気相と液相に物理的に分離するプロセスを意味する。典型的には、蒸留は、一連の垂直に離間したプレートを含む「蒸留カラム」において実施される。供給ストリームは、中間点にて蒸留カラムに流入し、蒸留カラムを２つの区画に分割する。上部区画を精留区画と呼ぶことができ、下部区画を剥離区画と呼ぶことができる。各プレート上で凝縮及び蒸発が発生し、低い沸点成分は蒸留カラムの上部に上昇し、高い沸点成分は底部に降下する。熱エネルギーを加えるために、蒸留カラムの基部にリボイラーが設置される。「底部」生成物は、蒸留カラムの基部から除去される。凝縮器が蒸留カラムの上部に設置され、蒸留カラムの上部から現れる蒸留物と呼ばれる生成物を凝縮する。還流ポンプは、蒸留物の一部を蒸留カラム内に圧送して戻すことによって、蒸留カラムの精留区画内の流れを維持するために用いられる。

本明細書で用いる場合、「原油二次回収」（ＥＯＲ）は、地下リザーバからの炭化水素の回収を強化するプロセスを意味する。油田の開発において、注入井に移動流体又はガスを導入してリザーバを通して石油を採収井内に移動させることにより、移動効率又は掃攻効率を改善する技法を用いることができる。

本明細書で用いる場合、「流体」は、ガス、液体、ガスと液体の組み合わせ、ガスと固体の組み合わせ、又は液体と固体の組み合わせを意味するのに用いる場合がある。

本明細書で用いる場合、「ガス」又は「ガス状」は、「蒸気」と互換可能に用いられ、液体状態又は固体状態と区別される気体状態の物質又は物質の混合物として定義される。同様に、本明細書で用いる用語「液体」は、気体状態又は固体状態と区別される液体状態の物質又は物質の混合物を意味する。

本明細書で用いる場合、「炭化水素」は、主として水素元素及び炭素元素を含む有機化合物であるが、窒素、硫黄、酸素、金属、又は何れかの個数の他の元素が微量に存在する可能性がある。本明細書で用いる場合、炭化水素は、一般に、天然ガス加工設備、石油加工設備、又は化学加工設備において見られる成分を意味する。

本明細書で用いる場合、「直接流れ連通状態」又は「直接流体連通状態」は、流れを阻害するための介在弁又は他の閉塞手段のない直接流れ連通状態を意味する。理解されるように、他の変形形態も本発明の技術の範囲内で想定することができる。

流体加工設備に関して、用語「直列」は、流体分離を受ける流体ストリームが、実質的に一定の下流方向の流れを維持しながら設備の１つのユニットから次のユニットに移動するように２又は３以上のデバイスが流れ管路に沿って配置されることを意味する。同様に、用語「インライン」は、流体混合デバイス又は流体分離デバイスの２又は３以上の構成要素が順次接続されているか、又はより好ましくは単一管状デバイスに統合されていることを意味する。

本明細書で用いる場合、「液化天然ガス」（ＬＮＧ）は、一般的に、例えば９０体積％よりも高いような高い割合のメタンを含むことが知られている天然ガスである。しかしながら、ＬＮＧはまた、他の微量の元素又は化合物を含むことができる。他の元素又は化合物は、限定ではないが、１又は２以上の成分（例えばヘリウム）又は不純物（例えば、水、酸性ガス、及び／又は重質炭化水素）を除去するように加工されて、次いで冷却することによってほぼ大気圧で液体に凝縮されるエタン、プロパン、ブタン、ＣＯ₂、窒素、ヘリウム、Ｈ₂Ｓ、又はこれらの何れかの組み合わせを含むことができる。

本明細書で用いる場合、「液体溶媒」は、１つの成分を別のものよりも優先的に吸収する実質的に液相の流体を意味する。例えば、液体溶媒は、酸性ガスを優先的に吸収することができ、これによってガスストリーム又は水ストリームから酸性ガス成分の少なくとも一部を除去又は「スクラビング処理」する。

本明細書で用いる場合、「天然ガス」は、原油井又は地下ガス含有層から得られた多成分ガスを意味する。天然ガスの組成及び圧力は、大きく変化する可能性がある。典型的な天然ガスストリームは、メタン（ＣＨ₄）を主成分として含有し、すなわち、天然ガスストリームのうちの５０モルパーセント（ｍｏｌ％）超がメタンである。天然ガスストリームは、エタン（Ｃ₂Ｈ₆）、高分子重量の炭化水素（例えばＣ₃からＣ₂₀の炭化水素）、１又は２以上の酸性ガス（例えばＣＯ₂又はＨ₂Ｓ）、又はこれらの何れかの組み合わせを含有する場合がある。天然ガスは、水、窒素、硫化鉄、ワックス、原油、又はこれらの何れかの組み合わせ等の微量の汚染物質を含有する場合もある。天然ガスストリームは、毒として作用する可能性がある化合物を除去するために、本明細書で記載される実施形態に従って実質的に精製することができる。

本明細書で用いる場合、「非吸収ガス」は、ガスの処理又は調整プロセスの間に溶媒によってあまり吸収されないガスを意味する。

本明細書で用いる場合、「小型接触技術」は、ガス状ストリームから汚染物質を除去するための様々な段を含む技術である。小型接触技術は、溶媒流を供給ストリームと混合する段階を含む混合段と、吸収反応の滞留時間を含む物質移動段と、溶媒から炭化水素を分離する段階を含む分離段とを含む。例証的な小型接触技術は、米国特許出願公開第２０１１／０１６８０１９号、第２０１２／０２３８７９３号、第２０１４／０１２３６２０号、第２０１４／０３３１８６２号、第２０１４／０３３５００２号、及び第２０１５／０３５２４６３号、並びに米国出願番号第１４／９４８４２２号、第１５／００４３４８号、及び第１５／００９９３６号に記載されており、これらの文献は各々、その全内容が引用によって本明細書に組み込まれている。

本明細書で用いる場合、「溶媒」は、溶液を提供又は形成するためなど、１又は２以上の物質を少なくとも部分的に溶解又は分散することができる物質を意味する。溶媒は、極性、非極性、中性、プロトン性、又は非プロトン性などとすることができる。溶媒は、メタノール、エタノール、プロパノール、グリコール、エーテル、ケトン、他のアルコール、アミン、塩溶液、又はイオン液体などのようなあらゆる適切な元素、分子、又は化合物を含むことができる。溶媒は、物理溶媒又は化学溶媒などを含むことができる。溶媒は、物理吸収又は化学吸収などのようなあらゆる適切な機構によって作用させることができる。

本明細書で用いる場合、「ストリーム」は、様々な設備を通って導通する流体（例えば、固体、液体、及び／又はガス）を意味する。設備は、導管、容器、マニホールド、ユニット、又は他の適切なデバイスを含むことができる。

本明細書で用いる場合、材料の分量又は量或いはその特定の特性に関して用いる際の「実質的」は、材料又は特性が提供するように意図された効果を与えるのに十分である量を意味する。正確な許容可能な偏差の程度は、一部の場合には、特定の状況に依存する可能性がある。

本明細書で用いる場合、「スイートニング済みガスストリーム」は、酸性ガス成分の少なくとも一部が除去された実質的に気相状態の流体ストリームを意味する。

本発明の技術は、天然ガスストリームのようなガス状ストリームからのＣＯ₂及びＨ₂Ｓのような汚染物質の分離を提供する。より具体的には、様々な実施形態において、本発明の技術は、従来の設備と比較して、選択的汚染物質除去のための様々な設備のサイズ、占有面積、及び付随する重量を低減するのに用いることができる。本発明の技術は、汚染物質の分離及び吸収に関して、陸上用途、遠隔地陸上用途、海洋及び浮遊用途における上甲板設備、及び海中加工設備にとって有用とすることができる。本発明の技術は、小型接触技術を特定の選択性を有する溶媒と統合する。

１又は２以上の実施形態において、本発明の技術は、汚染物質の除去のための何らかのタイプの分離及び吸収プロセスに用いることができる。これらのプロセスは、脱水、選択的Ｈ₂Ｓ除去、及びＣＯ₂除去の分野における小型接触技術を含むことができる。小型接触技術は、溶媒流を供給ストリームと混合する段階を含む混合段と、吸収反応のための滞留時間を含む物質移動段と、炭化水素を汚染物質から分離する段階を含む分離段とを含むことができる、様々な段を含むことができる。これらの段は、第１の混合段、第１の物質移動段、次いで第１の分離段、これに続く第２の混合段、第２の物質移動段、次いで第２の分離段のように、直列シーケンスで実施することができ、この直列シーケンスは、小型接触技術において幾つかの同様の段シーケンスを含むことができる。例として、小型接触技術は、並流接触によって吸収に影響を及ぼすことができる個々の接触区画又は接触段を含むことができる。各段は、ガスと液体がインライン混合器に流入する段階を含み、インライン混合気は、混合ストリームを混合器から離れて導通させ、質量移動区画に続いて、ここで吸収が発生する。質量移動区画の後に分離区画が続き、ここで同伴した液滴が、ガスストリームから除去されて、その結果、気相ストリームが分離区画から離れて導通される。プロセスは、混合器、質量移動区画及び分離区画を各々が含み、様々な汚染物質に基づくものとすることができる１又は２以上の吸収段を含むように構成することができる。詳細には、プロセスは、各個々の段に希薄溶媒が流入するように動作することができ、又はプロセスは、全体として溶媒の逆流を有し、個々の段において並流接触を行うように構成することができる。この構成では、再生溶媒又は未使用溶媒が最終段内に注入されて、汚染物質を含有する段から導通された液体は、先行段への吸入として供給される。流路は、第１段から除去された液体が最高レベルの吸収された汚染物質を含有する液体ストリームになるまで各段を通って続く。これに加えて、天然ガス加工及び溶媒再生処理のための一連の並流接触システムの使用により、従来の方式と比較して、システム全体のサイズを低減することができる。その結果、このような機能強化により、システムに対する運用コストを低減することができる。

理解されるように、小型接触技術は、水平方向又は垂直方向の両方に配向することができる。従って、他の実施形態では、本発明の技術は、水平及び垂直の両方の区画、接触の直後にインライン分離を行う又は行わない段、並びに脱水、Ｈ₂Ｓ除去、及びＣＯ₂除去が単一のインラインデバイスの後続の部分において行われるものを含む、様々な構成で配列することができる。加工する体積を拡大するために、本発明の技術は、垂直及び／又は水平方向に配向された単一の圧力容器内にユニットを束ねる段階を含むことができる。本発明の技術は、物理溶媒及び／又は液液抽出を利用することができる。質量移動区画の内面での液体の蓄積を防止することによって、小滴を合体させながら吸収性能を高めることができ、インライン分離デバイスの入口により、分離性能を高めることができる。

本発明の技術のプロセス、装置、及びシステムは、炭化水素含有ストリーム又は炭化水素供給ストリーム等の供給ストリームから汚染物質（例えばＣＯ₂及びＨ₂Ｓ）を除去するのに用いることができる。理解されるように、炭化水素供給ストリームは、様々な組成を有することができる。例えば、炭化水素供給ストリームは、数百万分率の酸性ガスから９０体積パーセント（ｖｏｌ．％）の酸性ガスなど、酸性ガスの量が幅広く変化する。例示的なガス貯蔵源からの酸性ガス濃度の非限定的な例は、およそ、（ａ）４ｐｐｍｖ（体積百万分率）のＨ₂Ｓ、２ｖｏｌ．％のＣＯ₂、１００ｐｐｍｖのＨ₂Ｏ、（ｂ）４ｐｐｍｖのＨ₂Ｓ、０．５ｖｏｌ．％のＣＯ₂、２００ｐｐｍｖのＨ₂Ｏ、（ｃ）１ｖｏｌ．％のＨ₂Ｓ、２ｖｏｌ．％のＣＯ₂、１５０ｐｐｍｖのＨ₂Ｏ、（ｄ）４ｐｐｍｖのＨ₂Ｓ、２ｖｏｌ．％のＣＯ₂、５００ｐｐｍｖのＨ₂Ｏ、及び（ｅ）１ｖｏｌ．％のＨ₂Ｓ、５ｖｏｌ．％のＣＯ₂、５００ｐｐｍｖのＨ₂Ｏという濃度を含む。更に、特定の用途では、炭化水素含有ストリームは、主に炭化水素を含み、特定量のＨ₂Ｓ、ＣＯ₂、及び／又は水を有する可能性がある。例えば、炭化水素含有ストリームは、ガス状供給ストリームの総体積に基づいて０．００００５体積パーセントよりも多く且つガス状供給ストリームの総体積に基づいて２体積パーセントよりも少ないＣＯ₂、又はガス状供給ストリームの総体積に基づいて１０体積パーセントよりも少ないＣＯ₂を有する可能性がある。

供給ストリームの加工は、特定の規格を満たさなければならない場合により問題となる可能性がある。従って、本発明の技術は、供給ストリームからの汚染物質の分離を強化して、パイプライン規格又はＬＮＧ規格等のそれぞれの規格に準拠した天然ガスストリーム又は液化天然ガス（ＬＮＧ）ストリームを形成するのに利用される構成及びプロセスを提供する。例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）用途のための天然ガス供給ストリームは、極低温での固体ＣＯ₂の形成を確実に防ぐためにＣＯ₂含有量に関する厳しい規格を有する。ＬＮＧ規格は、５０ｐｐｍｖ以下のＣＯ₂含有量を含む可能性がある。かかる規格は、パイプライン網における天然ガスストリームに対しては適用されず、パイプライン網は、ガス状供給ストリームの総体積に基づいて最大で２ｖｏｌ．％までのＣＯ₂含有量を含む場合がある。このため、未加工供給ガスとしてパイプラインガス（例えば、天然ガス）を用いるＬＮＧ設備では、ストリームを更に精製するための追加の処理又は加工段階が利用される。更に、Ｈ₂Ｓに関するパイプライン規格又はＬＮＧ規格は、ストリームが４ｐｐｍ未満のＨ₂Ｓ濃度を維持することを必要とする場合がある。

更に、本発明の技術は、ストリームの含水量を特定のレベルまで減少させるのに用いることができる。例えば、供給ストリームの含水量は、ストリーム中に数ｐｐｍｖから飽和レベルまでの範囲にわたる可能性がある。詳細には、含水量は、例えば、供給圧力に応じて５００ｐｐｍｖから１５００ｐｐｍｖまでなど、数百ｐｐｍｖから飽和レベルまでの範囲にわたる可能性がある。吸収プロセスからの生成物ストリームの特定の含水レベルは、所望の産出生成物の露点に関連する可能性がある（例えば、含水量からの露点は、液化などの後続のプロセスにおけるストリームの最低温度よりも低くなければならず、供給圧力及び供給組成に関連する）。ＬＮＧ用途では、含水量は、露点が−１５０°Ｆである可能性があることから、０．１ｐｐｍ未満の可能性がある。極低温天然ガス液（ＮＧＬ）回収用途では、露点が約−２６０°Ｆである可能性があることから、含水量は１ｐｐｍ未満の可能性がある。凍結域制御（ＣＦＺ）用途では、露点が約−６０°Ｆである可能性があることから、含水量は１０ｐｐｍ未満の可能性がある。

上述のように、天然ガスからの酸性ガス除去は、高額で多くの設備を設備集約的なプロセスである。詳細には、天然ガスストリームからの硫化水素（Ｈ₂Ｓ）の除去は、Ｈ₂Ｓの腐食性及び有毒性、並びに結果として生じる硫黄副産物が固体硫黄に加工されること、又は酸性ガス注入法によるＨ₂Ｓの注入に起因して特に複雑である。従って、天然ガス業界では、酸性ガスは、ガス及び汚染物質の濃度、圧力、及び最終処分に応じて、様々な方式で処理及び管理される。ほとんどの天然ガスパイプラインは、上記で言及したように、パイプライン内での輸送のため、販売ガスが４ｐｐｍ未満のＨ₂Ｓ濃度及び２ｖｏｌ．％未満のＣＯ₂濃度を維持することを要求する規格を有する。この規格は、パイプライン内で輸送されるストリームの腐食を低減することによって、パイプラインの保全性を維持するのに利用される。その結果、供給ストリームは、パイプライン規格に準拠するために、ＣＯ₂とＨ₂Ｓとの同時除去、ＣＯ₂のみの除去、又はＨ₂Ｓのみの除去を必要とする可能性がある酸性ガス濃度を有する可能性がある。他の構成もまた、Ｈ₂Ｏを除去することができる。

例として、ＣＯ₂除去では、Ｈ₂Ｓ濃度が既に４ｐｐｍ未満の場合があり、ＣＯ₂が除去する必要がある汚染物質である。このプロセスでは、ＣＯ₂を除去するために、活性メチルジエタノールアミン（ａＭＤＥＡ（登録商標））、ＫＳ−１ＴＭ（ＭＨＩ）、又は分子篩等のアミン溶媒を用いることができる。ＣＯ₂とＨ₂Ｓの両方を同時に除去する必要がある場合には、プロセスは、同様に、上記で説明した活性溶媒の使用を含むことができる。

更に、選択的Ｈ₂Ｓ除去では、本発明の技術を用いて、ＣＯ₂をガス状ストリーム中に可能な限り多く残しながら、それぞれの規格を満たすようにＨ₂Ｓの除去を強化することができる。この方式は、ＣＯ₂の濃度が規格を満たしている場合、又はパイプライン輸送のため腐食問題を防ぐためにＨ₂Ｓを除去する必要があるが、高めのＣＯ₂濃度を許容することができる場合に用いることができる。選択的Ｈ₂Ｓ除去は、ａＭＤＥＡ又は配合アミン系溶媒、例えばＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌのＦＬＥＸＳＯＲＢ（登録商標）ＳＥ及びＦＬＥＸＳＯＲＢ（登録商標）ＳＥ Ｐｌｕｓ等のアミン溶媒によって達成することができる。

これらＨ₂Ｓ選択性溶媒は、特定の分類のアミンによるＣＯ₂及びＨ₂Ｓについての吸収反応の速度差を利用することができる。この溶媒分類におけるアミン（立体障害アミン）は、Ｈ₂Ｓとすぐに反応し、一方で、ＣＯ₂を吸収する反応は、アミノ水素へのＣＯ₂アクセスを阻止する立体障害に起因して緩慢である。選択性Ｈ₂Ｓ溶媒は、酸性ガスとの様々な反応速度相互作用を有する複数のアミンの配合物とすることができる。溶媒の選択性は、溶媒とガス中の様々な汚染物質との間の様々な反応速度に基づくので、吸収タワーにおける滞留時間は、ＣＯ₂吸収を減少させながら（例えば、ＣＯ₂反応を減少させるために滞留時間を最小化しながら）Ｈ₂Ｓ反応を管理する（例えばＨ₂Ｓ吸収を最大化する）ために利用される因子又は設計パラメータである。溶媒の選択性は、ＣＯ₂の量に対する吸収されるＨ₂Ｓの量に基づいている。例えば、選択性は、次式（ｅ１）によって表すことができる。
Ｓ＝（［Ｈ₂Ｓ］_AG／［ＣＯ₂］_AG）／（［Ｈ₂Ｓ］_Feed／［ＣＯ₂］_Feed） （ｅ１）
式中、括弧［］内の化合物は、当該化合物のモル濃度を表し、下付き文字「ＡＧ」は酸性ガスを表し、下付き文字「Ｆｅｅｄ」は供給ガスを表す。Ｈ₂Ｓに対して高い選択性を有する溶媒は、Ｈ₂Ｓの吸収に有利に働き、選択性が低い又は従来の設備もしくは溶媒と比較して、必要な設備サイズを縮小することができ且つ利用溶媒の流量がより小さい設備及びより少ない溶媒流量をもたらすことができる理由から、選択的Ｈ₂Ｓ除去用途にとって好ましい。典型的には供給ガス中で少なくとも５０ｐｓｉという高い酸性ガスの分圧では、ＵＯＰ Ｌ．Ｌ．Ｃ．によるＳｅｌｅｘｏｌのような物理溶媒を用いてＣＯ₂とＨ₂Ｓとを同時に除去することができ、又はこの溶媒は選択的Ｈ₂Ｓ除去を実施することができる。

本発明の技術は、酸性ガス処理、及び具体的には選択的Ｈ₂Ｓ除去を更に強化することができ、この選択的Ｈ₂Ｓ除去は、天然ガス資源用の加工設備におけるプロセスの複雑さ、資本支出、運用経費、重量、空間、及び占有面積を低減するのに有用となってきた。これらの強化は、占有面積を減少させ、設備重量を減少させ、運用性の複雑さを減少させ、又はこれらのプロセスにおける信頼性を高めることができ、これらのことは、天然ガス処理業界において有益である。本発明の技術は、Ｈ₂Ｓ選択性溶媒と小型接触技術の特異的な特性との統合的な組み合わせに重点を置いた強化を提供する。例えば、減じた設備占有面積、減じた設備重量、減じた設備サイズ等の機能性及び利点は、選択性溶媒と小型接触技術との組み合わせによってもたらされる。選択性Ｈ₂Ｓ溶媒と小型接触技術の設備は、独立して機能するが、組み合わせ選択的除去システムは、個々の態様の全体にわたる改善である特有の機能性を与える。組み合わせ選択的除去システムを用いることによって、システムを通って流れる流体の小さなサイズ及び高い速度により、特定の汚染物質との接触及び／又はその吸収のための滞留時間が減少する。上述のように、Ｈ₂Ｓ選択性溶媒等の選択性溶媒は、ストリーム中のＨ₂Ｓ等の汚染物質の濃度を減少させる必要があるが、ストリーム中のＣＯ₂の濃度は減少させる必要がない場合に用いることができる。溶媒のアミン官能基はＣＯ₂を吸収することもできるので、選択性は、関心の溶媒上でのアミン基とＨ₂Ｓ及びＣＯ₂の反応速度に基づいている。

例として、酸性ガスと第一級アミン（Ｒ−ＮＨ₂）との初期反応を式（ｅ２）、（ｅ３）、及び（ｅ４）に示す。後続の反応及びスペシエーションについては示していないが、当業者には明らかであろう。酸性ガスと第一級アミン（Ｒ−ＮＨ₂）との初期反応を以下に示す。
Ｒ−ＮＨ₂＋Ｈ₂Ｓ→Ｒ−ＮＨ₂Ｈ⁺＋ＳＨ− （ｅ２）
Ｒ−ＮＨ₂＋ＣＯ₂＋Ｈ₂Ｏ→Ｒ−ＮＨ₂Ｈ⁺＋ＨＣＯ₃− （ｅ３）
２Ｒ−ＮＨ₂＋ＣＯ₂＋Ｈ₂Ｏ→Ｒ−ＮＨ₂Ｈ⁺＋Ｒ−ＮＨＣＯ₂− （ｅ４）

式（ｅ２）における第１の反応は高速反応であり、反応速度定数ｋ₁を有する。この式（ｅ２）では、Ｈ₂Ｓは迅速に脱プロトン化し、プロトンは、溶媒のアミン官能基と即座に反応する。式（ｅ３）における第２の反応は、一連の比較的緩慢な反応を含み、全体的な反応速度定数ｋ₂を有する。第３の反応（ｅ４）はカルバメート反応と呼ばれ、比較的高速である。ＭＤＥＡ等の第三級アミンは、アミノ窒素原子に付着した水素原子を有さず、従って、カルバメート反応に加わることができない。従って、ＣＯ₂は、Ｈ₂Ｓ反応（ｅ２）の場合の数ミリ秒ではなく、１０分の１秒で発生する（ｅ３）によってのみアミンと反応することができる。極めて選択性の高い溶媒は、ｋ₁がｋ₂よりも実質的に大きく（ｋ₁≫ｋ₂）、Ｈ₂Ｓ吸収を強化してＣＯ₂吸収を阻害又は減速する反応速度を有する。

式（ｅ２）、（ｅ３）、及び（ｅ４）におけるこれらの反応の別の特性は、平衡反応定数である。各アミンは、当該アミンとＣＯ₂との反応に関して特定のＣＯ₂平衡反応定数を有し、当該アミンとＨ₂Ｓとの反応に関して特定のＨ₂Ｓ平衡反応定数を有する。平衡反応定数は、反応が平衡に達するまで放置された場合、例えば長い時間期間の後に吸収された酸性ガスの濃度がどの程度である可能性があるかを表す。それぞれの平衡定数の値は、溶媒、反応温度、反応圧力、及びアミンの特定の構造に依存する。ＣＯ₂はＨ₂Ｓよりも強い酸であるので、平衡時には、アミンはＨ₂Ｓよりも多くのＣＯ₂を吸収することができる。従って、本発明の技術は、選択的Ｈ₂Ｓ除去のため反応速度の差を利用することができる。Ｈ₂Ｓ分子との反応は、ＣＯ₂分子との反応よりも高速となる可能性があるが、ＣＯ₂分子によるＨ₂Ｓ分子の何らかの移動を減少させるために、滞留時間が管理される。例えば、選択的Ｈ₂Ｓ除去を含む天然ガス処理は、Ｈ₂Ｓ吸収を最大化してＣＯ₂吸収を最小化するように、滞留時間を管理しなければならない。選択性Ｈ₂Ｓ溶媒では、ＣＯ₂反応は、Ｈ₂Ｓの反応よりも緩慢ではあるが、依然として溶液中で発生する。ある特定量のＣＯ₂吸収は不可避であるが、供給ガスとの過剰な接触時間がある場合にはより多くのＣＯ₂分子が吸収される可能性がある。

選択的Ｈ₂Ｓシステムにおける滞留時間の管理は、本方法の動作を向上させることができる。選択性Ｈ₂Ｓ溶媒と小型接触器設備との組み合わせは、短接触時間によってＣＯ₂捕捉が低減されるという利点をもたらす。その結果、短い滞留時間により、発生するのに長い時間を要するＣＯ₂反応を制限することによってＨ₂Ｓ選択性が向上する。

実施例として、本発明の技術に関係するパラメータは、並流デバイス内で天然ガスの脱水に関してトリエチレングリコール（ＴＥＧ）接触を調べることによって定量化することができる。この例では、表１に示しているように、単一の接触段における脱水に関する滞留時間を測定した。この試験は、５００ポンド毎平方インチ絶対圧力（ｐｓｉａ）及び１０００ｐｓｉａ、９０°Ｆ（カ氏）、１日当たり２０００標準立方フィートから１１４００標準立方フィート（Ｍｓｃｆｄ）、１ポンドの吸収Ｈ₂Ｏ当たり１．５ガロンから１１．３ガロンのグリコール循環、及び溶液中で９８．７重量パーセント（ｗｔ％）及び９９．９ｗｔ％のトリエチレングリコール（ＴＥＧ）等の条件範囲を対象とした。これらの試験を単一の接触段を用いて実施し、モデル化によって、パイプライン規格までの脱水を２つの脱水段で果たすことができることが判明した。例えば、単一段試験からのデータに基づいて、第２の脱水段は、同様の物質移動デバイス及び同様の量の希薄ＴＥＧを用いて数学的にモデル化することができる。この実施例に関する値を、大容量の天然ガスを脱水処理する典型的なグリコール接触器のものと比較する。
表１

表１では、小型接触技術の例と小型接触技術二段推定の例は、２．８メートル／秒（ｍ／ｓ）から７．４ｍ／ｓまで（９フィート／秒から２４フィート／秒（ｆｔ／ｓ）まで）のガス速度を有するが、滞留時間は、小型接触技術二段推定の例では２倍長い。二段設備の例では、２番目の段を最初の段からの部分脱水ガスを用いてシミュレーションし、このガスを最初の段のものとほとんど同様の方式で未使用のＴＥＧに接触させた。その結果、２番目の段から流出するガスは、４ポンド（ｌｂ）Ｈ₂Ｏ／百万立方フィート（ＭＭＣＦ）から７ｌｂＨ₂Ｏ／ＭＭＣＦまで（例えば８４ｐｐｍＨ₂Ｏから１４７ｐｐｍＨ₂Ｏまで）という典型的なパイプライン規格に適合するものとして構築することができる。従来のグリコール接触タワーの実施例は、低いガス速度を有し、小型接触技術及び小型接触技術二段推定の例よりもかなり長い滞留時間を生じている。小型接触技術及び小型接触技術二段推定の例は、グリコール接触タワーのものよりも２桁小さい滞留時間を示している。しかしながら、ＴＥＧからＨ₂Ｏを移動させる別の汚染物質が長期にわたって存在しないので、ＴＥＧ構成における過度の滞留時間は有害ではない。

天然ガスの脱水のためのグリコール接触は、選択的Ｈ₂Ｓ除去と同様であるはずなので、本発明の技術は、以下の利点をもたらす。第１に、選択性の高い溶媒は、小型接触技術システムにおいて一層高い選択性を与え、小さい設備と高い選択性との両方をもたらす（例えば、低い溶媒循環、小さい再生処理設備、及び低い溶媒保持要件等）。このことは、ＣＯ₂（場合によってはＨ₂Ｓよりも高濃度の可能性があるが）が、反応して溶液からＨ₂Ｓを置き換える時間を有していないことに起因する。これは、産出規格に適合するのに必要とされる量のＨ₂Ｓを吸収するのに少ない溶媒しか必要とされないことを意味する。その結果、多量の溶媒を必要とする他のシステムと比較して、補助設備（例えば溶媒再生器）がより小さくなり、コストを抑えることができる。これに加えて、再生器からの濃縮酸性ガスは、Ｈ₂Ｓがより濃縮状態になり、これによって硫黄回収ユニット（ＳＲＵ）のサイズが低減される。好ましい構成では、酸性ガス濃縮（ＡＧＥ）ユニットの必要を排除することもでき、設備数が実質的に低減される。第２に、所与の用途のためＣＯ₂を吸収することができる溶媒は、処理規格に適合するよう選択的Ｈ₂Ｓ除去設備又は小型接触設備と共に用いることができる。これによってより小さな設備をもたらし、あまり費用負担の大きくない溶媒を用いることができる。

本発明の技術は、特定の溶媒を用いる必要があることを指定しておらず、Ｈ₂Ｓ及びＣＯ₂を除去するために用いられるあらゆる溶媒を選択可能とすることができ、又はＣＯ₂との接触時間を制限する技術を採用することによってより選択可能とすることができる。溶媒（又はその混合物）は、限定ではないが、第一級アミン（モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、２（２−アミノエトキシ）エタノール（別名Ｄｉｇｌｙｃｏｌａｍｉｎｅ（登録商標）（ＤＧＡ）等）、第二級アミン（ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、ジイソプロパノールアミン（ＤＩＰＡ）等）、第三級アミン（メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）、トリエチレンアミン（ＴＥＡ））、障害アミン（ＦＬＥＸＳＯＲＢ（登録商標）ＳＥ、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）等）、又は配合アミン（ＦＬＥＸＳＯＲＢ（登録商標）ＳＥ ＰＬＵＳ、ＵＣＡＲＳＯＬ製剤群、配合ＭＤＥＡ溶液等）を含むことができる。本発明の技術による強化は、ＦＬＥＸＳＯＲＢ（登録商標）ＳＥ及びＦＬＥＸＳＯＲＢ（登録商標）ＳＥ ＰＬＵＳと小型接触技術との組み合わせを利用することができる。

更なる機能強化として、本構成は、小型接触技術と第三級アミン（例えばＭＤＥＡ）との組み合わせを含むことができる。この特定の組み合わせにより、高濃度アミンが逆流配列段の間でフラッシュされるときに選択性が強化される。この構成では、段間フラッシュがアミンを部分的に脱着させ、従って、各後続段においてより多くの酸性ガスを捕捉することができる。場合によっては、ＣＯ₂の緩慢な反応（水和、その後に炭素の形成が続く）は、減圧下でより容易に逆行する。

一実施形態において、ガス状ストリームからＨ₂Ｓ及びＣＯ₂を分離するための方法を説明する。本方法は、ガス状ストリームを小型接触ユニットに送る段階と、ガス状ストリームを、第１の汚染物質と第１の反応時間で反応し且つ第２の汚染物質と第２の反応時間で反応するように構成された選択性溶媒と混合して混合ストリームを形成する段階と、第１の反応時間よりも長く且つ第２の反応時間よりも短い滞留時間期間にわたって吸収段階を実施する段階と、第１の汚染物質の一部を有する汚染物質流を混合ストリームから離れて導通させる段階であって、残存する混合ストリームが、混合ストリームよりも低い第１の汚染物質の濃度を有するようにする段階と、第１の汚染物質をプロセスから除去する段階とを含む。

他の実施形態において、本方法は、様々な機能強化を含むことができる。例えば、本方法は、ガス状ストリーム中のＣＯ₂濃度を決定する段階と、ＣＯ₂濃度をＣＯ₂閾値と比較する段階と、この比較に基づいて選択性溶媒の流量を調節する段階とを含むことができ、ガス状ストリーム中のＨ₂Ｓ濃度を決定する段階と、Ｈ₂Ｓ濃度をＨ₂Ｓ閾値と比較する段階と、この比較に基づいて選択性溶媒の流量を調節する段階とを含むことができ、ガス状ストリームの温度を測定する段階と、測定温度に基づいて選択性溶媒の流量を調節する段階とを含むことができ、ガス状ストリームの圧力を測定する段階と、測定圧力に基づいて選択性溶媒の流量を調節する段階とを含むことができ、選択性溶媒は、ＣＯ₂に関する吸収反応とＨ₂Ｓに関する吸収反応とにおいて１０倍から１０００倍の間の範囲の速度差を有し、Ｈ₂Ｓ反応がＣＯ₂反応よりも高速であることを含むことができ、滞留時間は、ＣＯ₂分子によるＨ₂Ｓ分子の何れかの移動を減少させるように管理されることを含むことができ、第１の汚染物質のうちの一部、第２の汚染物質のうちの一部、又はこれらの何れかの組み合わせを除去するために汚染物質流をフラッシュする段階を含むことができ、フラッシュされた汚染物質流のうちの残存部分又は液体部分が選択性溶媒の一部として混合段階に再循環されることを含むことができ、及び／又は選択性溶媒が、メチルジエタノールアミン等の第三級アミン、配合アミン、及び、立体障害アミンであることを含むことができる。

他の実施形態において、本方法は、残存混合ガス状ストリームを、第１の汚染物質と第１の反応時間で反応し且つ第２の汚染物質と第２の反応時間で反応するように構成された第２の選択性溶媒と混合して第２の混合ストリームを形成する段階と、第１の反応時間よりも長く且つ第２の反応時間よりも短い第２の滞留時間期間にわたって吸収段階を実施する段階と、第１の汚染物質の一部を有する第２の汚染物質流を第２の混合ストリームから離れて導通させる段階であって、残存する第２の混合ストリームが、第２の混合ストリームよりも低い第１の汚染物質の濃度を有するようにする段階とを実施することを含むことができる。これらの実施形態は、第１の汚染物質の一部、第２の汚染物質の一部、又はこれらの何れかの組み合わせのうちの１つを除去するために第２の汚染物質流をフラッシュする段階、及び／又はフラッシュされた第２の汚染物質流のうちの残存部分又は液体部分が、第２の選択性溶媒の一部として混合段階に再循環されるという特徴を更に含むことができる。本発明の技術について、以下で図１から図４を参照することによって更に理解することができる。

図１は、本発明の技術の１つの例示的な実施形態による、ガス状ストリームに関して汚染物質を除去する例示的な方法のフロー図１００である。このフロー図１００では、本方法は、選択性溶媒及び小型接触技術設備を用いてガス状ストリーム中の汚染物質を調節する（例えば低下又は減少させる）のに用いることができる。詳細には、炭化水素含有ストリーム（例えば天然ガスストリーム又は水素化処理装置出口ストリーム）とすることができるガス状ストリームを、混合段、物質移動段、及び分離段に通して、Ｈ₂Ｓ等の特定の汚染物質を減少させることができる。選択性溶媒は、特定の汚染物質に対する溶媒に関する滞留時間及び関連の反応時間に基づいて選択することができる。

本方法は、ブロック１０２で始まる。ブロック１０２では、ガス状ストリームが取得される。ガス状ストリームは、天然ガスストリーム、ＬＮＧ供給ストリーム、又は他のこのようなストリームのような炭化水素含有ストリームとすることができる。ブロック１０４において、ガス状ストリームは、選択性溶媒と混合されて混合ストリームが形成される。選択性溶媒は、第三級アミンであるように選択することができる。例として、ＬＮＧ供給ガスは、更にＣＯ₂も取り込むために活性アミンを用いることができ、Ｈ₂Ｓ選択性アミンでなくてもよい。ガス状ストリームは、混合器において溶媒と混合することができる。ブロック１０６において、混合ストリーム中の溶媒によって、特定の汚染物質が吸着される。汚染物質の吸着は、溶媒とＨ₂Ｓ等の特定の汚染物質との相互作用を促進する特定の滞留時間であって、ＣＯ₂等の他の汚染物質に対する反応時間よりも短い特定の滞留時間にわたって実施することができる。ブロック１０８において、汚染物質ストリームが混合ストリームから分離される。この分離は、物理分離を含むことができ、同伴された液滴が混合ストリームから離れて導通されて、残存する混合ストリームが分離区画から離れて導通される気相ストリームであり、他方、汚染物質ストリームは、分離区画から離れて導通される液体ストリーム及び／又は気液相混合ストリームである。炭化水素濃縮ストリームとも呼ばれる場合がある残存する混合ストリームは、ブロック１１０に示すように、更に処理される。炭化水素濃縮ストリームの更なる処理は、炭化水素を販売する段階、炭化水素をパイプラインに送る段階、又はこのプロセスの下流側で炭化水素濃縮ストリームを更に処理する段階を含むことができる。

次いで、汚染物質ストリームは、再生処理段において溶媒を再生するよう更に処理することができる。ブロック１１２において、汚染物質ストリームが再生処理されて、脱着溶媒ストリームから汚染物質を除去する。再生処理は、汚染物質ストリームからの汚染物質を汚染物質気相ストリームと脱着溶媒ストリームとに脱着させる段階を含むことができる。脱着溶媒ストリームは、ブロック１１４に示すように、このプロセスにおける更なる使用のため貯蔵及び／又は使用することができる。例えば、脱着溶媒は、ブロック１０４において溶媒として使用するために貯蔵タンクに送ることができる。脱着溶媒ストリームは、ブロック１１６に示すように、更なる使用のため貯蔵及び／又は使用することができる。汚染物質は、Ｈ₂Ｓ及び／又はＣＯ₂を含むことができる。

有利には、本プロセスは、選択性アミンと短接触時間のプロセスとの間の予想外のシナジー効果を利用する。通常の気液接触器と比較して短い接触時間により、過度のＣＯ₂が溶液中に吸収されてこの溶液からＨ₂Ｓを移動させるのが防止される。従って、出口選択性は、従来の接触器におけるＨ₂Ｓ選択性アミンに対するものよりも高くなる。幾つかの構成では、強化された選択性により、ＡＧＥユニットの使用又は必要性を排除することができる。この構成は、汚染物質の分離及び吸収に関して、陸上用途、遠隔地陸上用途、海洋及び／又は浮遊用途における上甲板設備、及び海中加工設備において利用することができる。例として、本プロセスは、Ｈ₂Ｓ等の特定の汚染物質の増加を生じたい既存の産出設備のため用いることができる。本プロセスは、既存の設備の上流側で利用されて、追加のＨ₂Ｓ除去を施して、生産作業を維持することができる。

図２は、本発明の技術の１つの例示的な実施形態による、ガス状ストリームに関して２又は３以上の汚染物質を除去する例示的な方法のフロー図２００である。このフロー図２００では、本方法を用いて、２つの異なる選択性溶媒及び小型接触技術設備を用いてガス状ストリーム中の汚染物質を調節する（例えば低下又は減少させる）ことができる。詳細には、図１におけるストリームと同様のものとすることができるガス状ストリームは、小型接触技術設備（例えば、混合段、物質移動段、分離段、及び再生処理段）を利用する第１の特定の汚染物質除去プロセスに通して、特定の第１の汚染物質を低減させることができる。次いで、残存ストリームは、小型接触技術設備を利用する第２の特定の汚染物質除去プロセスに通して、特定の第２の汚染物質を低減させることができる。これらのプロセスの各々のための選択性溶媒は、プロセスの当該部分における除去のためのターゲットとされた特定の汚染物質に対する溶媒の滞留時間及び関連の反応時間に基づいて選択することができる。

本方法は、ブロック２０２で始まる。ブロック２０２では、ガス状ストリームが取得される。ガス状ストリームは、天然ガスストリーム、ＬＮＧストリーム、又は他のこのようなストリーム等の炭化水素含有ストリームとすることができる。ブロック２０４から２０８は、第１の汚染物質をターゲットとして、これをガス状ストリームから除去するのに用いることができる。ブロック２０４において、第１の汚染物質の濃度が第１の閾値を上回るか否かの決定がなされる。この決定は、第１の汚染物質の濃度を、第１の汚染物質に関係する指定濃度レベル又は他の好適な事前決定濃度レベルと比較する段階を含むことができる。第１の汚染物質の濃度が第１の閾値を下回るか又は等しい場合には、ガス状ストリームは、第１の小型接触技術プロセスを迂回してブロック２１０に進むことができる。しかしながら、第１の汚染物質の濃度が第１の閾値を上回る場合には、ガス状ストリームを第１の小型接触技術プロセスに送る。ブロック２０６に示すように、第１の小型接触技術プロセスは、ガス状ストリームに対して第１の選択性溶媒を用いて実施される。第１の小型接触技術プロセスを実施する段階は、ガス状ストリームに対して第１の選択性溶媒を用いて混合段、物質移動段、分離段、及び再生処理段を実施する段階を含むことができる。例として、第１の小型接触技術プロセスは、第１の選択性溶媒を選択性溶媒として、図１に記載のブロック１０４、１０６、１０８、１１２、及び１１４において説明したプロセスを実施することができる。ブロック２０８において、第１の小型接触技術プロセスからの汚染物質は、プロセスから離れて導通させることができる。例として、第１の小型接触技術プロセスにおいてターゲットとされた汚染物質は、Ｈ₂Ｓとすることができる。残存する混合ストリームはブロック２１０に送られる。

ブロック２１０から２１４は、第２のプロセスストリームと呼ぶ場合がある、ブロック２０４におけるガス状ストリーム又はブロック２０６からの残存する混合ストリームから第２の汚染物質をターゲットとして、これを除去することができる。ブロック２１０において、第２の汚染物質の濃度が第２の閾値を上回るか否かの決定がなされる。この決定は、第２の汚染物質の濃度を、第２の汚染物質に関係する指定濃度レベル又は他の適切な事前決定濃度レベルと比較する段階を含むことができる。第２の汚染物質の濃度が第２の閾値を下回るか又は等しい場合には、第２のプロセスストリームは、第２の小型接触技術プロセスを迂回することができ、ブロック２１６に進むことができる。しかしながら、第２の汚染物質の濃度が第２の閾値を上回る場合には、第２のプロセスストリームは第２の小型接触技術プロセスに送られる。ブロック２１２に示すように、第２の小型接触技術プロセスは、第２のプロセスストリームに対して第２の選択性溶媒を用いて実施される。第２の小型接触技術プロセスを実施する段階は、第２のプロセスストリームに対して第２の選択性溶媒を用いて混合段、物質移動段、分離段、及び再生処理段を実施する段階を含むことができる。例として、第２の小型接触技術プロセスは、第２の選択性溶媒を選択性溶媒として、図１に記載のブロック１０４、１０６、１０８、１１２、及び１１４において説明したプロセスを実施することができる。ブロック２１４において、第２の小型接触技術プロセスからの汚染物質は、プロセスから離れて導通させることができる。例として、第２の小型接触技術プロセスにおいてターゲットとされた汚染物質は、ＣＯ₂とすることができる。炭化水素濃縮ストリームと呼ぶ場合がある、ブロック２１２からの残存ストリームは、ブロック２１６に示すように更に処理される。炭化水素濃縮ストリームの更なる処理は、炭化水素を販売する段階、炭化水素をパイプラインに送る段階、又はこのプロセスの下流側で炭化水素濃縮ストリームを更に処理する段階を含むことができる。

有利には、この構成は、気液接触デバイスの遙かに小さい重量及び占有面積を提供する。更に、低い溶媒循環速度に起因して、ポンプ、パイプ、フィルタ、炭素フィルタ、冷却器、交換器、リボイラー及び再生器を含む補助設備は、全てより小さく軽量である。１つの実施例は、デッキ空間が極めて高価である浮遊ＬＮＧ（ＦＬＮＧ）設備のものであろう。少量のＨ₂Ｓ及びＣＯ₂を除去するためのＬＮＧ供給規格に適合する大径で厚壁の容器の代わりに、一連の２又は３の並流接触器を逆流構成で配置して、重量及び占有面積を実質的に低減することができる。別の例示的な構成では、溶媒−接触器の組み合わせの強化された選択性は、溶媒循環速度が大幅に低減され、最大で３モルパーセント（％）不活性成分を販売パイプラインに供給することができるパイプラインガス構成に対して、全ての補助設備が小さくなるようなものとすることができる。対応する再生処理エネルギーも小さくすることができる。

理解されるように、図１及び図２の方法は、選択性溶媒とガス状ストリームとの反応を管理するのに利用される追加の制御設備を含むことができる。制御設備は、選択性溶媒の流量を管理するのに利用することができ、この管理は、汚染物質の濃度、ガス状ストリームの温度、及びガス状ストリームの圧力の測定値に基づくものとすることができる。溶媒の循環速度、溶媒充填量、出口温度、接触器圧力、及びアミンの特異的構造が、平衡反応定数並びに競合のＨ₂Ｓ吸収反応及びＣＯ₂吸収反応の動特性に影響を与える可能性があるので、これらの測定値は、センサによって取得して、吸収反応を通じた汚染物質の除去を管理することができる。従って、これらの測定値を用いて、選択性溶媒の流量と混合ストリーム内における吸収反応の速度とを調節することができる。

図３は、本発明の技術の１つの実施形態による、選択的除去システム３００の概略図である。この選択的除去システムは、小型接触技術プロセスを選択性溶媒と組み合わせて利用して、ガス状ストリームからの汚染物質除去を強化することができる。

このシステム３００では、サワー天然ガスストリームとすることができるガス状ストリームが、導管３０２を介して供給されて入口分離器３０４に流動させることができる。入口分離器３０４を用いて、海水、掘削流体及び／又は粒子などの不純物をフィルタ除去することによって、ガス状ストリームを浄化することができる。ガス状ストリームのこの浄化は、酸性ガス処理段の際の溶媒の発泡を減少させることができる。不純物は、導管３０３を介してガス状ストリームから離れて導通させることができる。

ガス状ストリームは、入口分離器３０４から導管３０６を介して小型接触技術システム３０８に送ることができる。小型接触技術システム３０８は、混合器３１０と、物質移動ユニット３１４と、分離器３１６と、再生処理区画３１８と、貯蔵ユニット３２０とを含むことができる。システム３０８において、ガス状ストリームは、貯蔵ユニット３２０から導管３１２を介して提供される選択性溶媒と共に混合器３１０に提供される。混合器３１０は、それぞれのストリーム間の相互作用を押し進め、結果として生じる混合ストリームを物質移動ユニット３１４に送るのに利用される。溶媒ストリームは、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、或いはメチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）又はＦｌｅｘｓｏｒｂ ＳＥ（登録商標）等のアミン溶液を含むことができる。Ｈ₂Ｓ除去には、物理溶媒、アルカリ塩類溶液、又はイオン性液体等の他の溶媒を用いることもできる。

混合ストリームは、物質移動ユニット３１４を通過するときに、混合ストリームにおけるＣＯ₂及び／又はＨ₂Ｓなどの汚染物質と相互作用して、汚染物質がアミン分子に化学的に付着し、又はアミン分子によって吸収されるようになる。混合ストリームは、特定の滞留時間にわたって物質移動ユニット３１４内に維持され、次いで、分離器３１６に送ることができる。分離器３１６は、相分離を実施し、汚染溶媒ストリームを再生処理ユニット３１８に送り、残存する混合ストリーム（例えば炭化水素濃縮ストリーム）を導管３２６を介して炭化水素貯蔵ユニット３２４に送ることができる。炭化水素濃縮ストリームは、販売のため導管３３０を介してパイプライン又は更なる処理に送ることができる。分離器３１６は、吸収された汚染物質を他の炭化水素から分割するノックアウトドラム又は他の好適な分離ユニットとすることができる。再生処理ユニット３１８は、汚染溶媒ストリームから汚染物質を脱着させて再生処理された溶媒を貯蔵ユニット３２０に送り、汚染物質を導管３２においてシステムか離れて送り出す。

このシステム３００に関する動作を管理するために、制御システム３４０は、破線で示すように、流量調整デバイス３４２並びに様々な測定デバイス又はセンサ（センサ３４４、３４６、及び３４８など）と通信することができる。制御システム３４０は、プロセッサ、該プロセッサによりアクセス可能なメモリ、及びメモリに記憶された命令セットを含むことができ、これらは、流量調整デバイス３４２並びにセンサ３４４、３４６、及び３４８と通信し、測定データを受け取って命令を提供するように構成される。制御システムは、測定データから選択性溶媒の流量を計算することができ、また、流量調整デバイス３４２と通信して、混合器３１０に流入する選択性溶媒の流量を調節又は調整することができる。制御システム３４０は、１又は２以上の開口部（例えば可変サイズ開口部）のサイズ、開口部の個数、ブレード、ダンパー、及び／又はバッフルの向きを調節して、混合器３１０に流入する選択性溶媒ストリームの体積を調整することができる。

これに加えて、制御システム３４０は、センサ３４４、３４６、及び３４８と通信し、温度、圧力、及びストリーム中の様々な分子の濃度レベルのような測定値を取得することができる。センサ３４４、３４６、及び３４８は、選択性溶媒ストリーム量を調節するのに利用されるそれぞれの測定データに関係する信号を制御システム３４０に送信することができる。例として、センサ３４４は、入口分離器３０４と混合器３１０との間の位置に配置され、当該位置にて測定データを取得するように構成することができ、他方、センサ３４６は、混合器３１０内部から測定データを取得するように配置することができる。センサ３４８は、分離器３１６と炭化水素貯蔵ユニット３２４との間の位置に配置されて、当該位置にて測定データを取得するように構成することができる。

一例として、動作モード中に、制御システム３４０は、センサ３４４、３４６、及び３４８と通信することができる。測定データ（例えば、温度データ、圧力データ、又は濃度データ）に基づいて、制御システム３４０は、流量調整デバイス３４２に通知を送信することができ、この通知により、選択性溶媒ストリームの体積を調節して、導管３３０内の混合ストリーム中の汚染物質の除去をユーザ定義閾値の第１のセット（例えば低濃度設定点と高濃度設定点と）の間に維持する。更に、制御システム３４０は、センサ３４４及び３４６と通信して、温度データ、圧力データ、及び／又はＨ₂Ｓ等の汚染物質に関する濃度を取得し、これらの測定値に基づく通知を制御システム３４０に送信することができる。測定値に基づいて、制御システム３４０は、選択性溶媒に対する適正流量を決定することができ、また、混合器３１０に提供されている選択性溶媒の体積を調節する通知を流量調整デバイス３４２に送信することができる。

これに加えて、始動、停止モード、又は割り込みモードの際には、センサ３４８は、再循環ループ３２８の一部として利用して、炭化水素貯蔵ユニット３２４において適正汚染物質の濃度レベルを維持することができる。一例として、制御システム３４０は、センサ３４８と通信して、Ｈ₂Ｓ等の汚染物質に関する濃度を取得し、これらの測定値に基づく通知を制御システム３４０に送信することができる。測定値が高いＨ₂Ｓ濃度を示した場合には、制御システム３４０は、炭化水素貯蔵ユニット３２４内の流体をシステムを介して入口分離器３０４にと再循環させる必要があると決定することができる。制御システム３４０は、再循環ループ３２８を通る流路を調節してシステム内の汚染物質を減少させるように通知を制御弁（図示していない）に送信することができる。

更に、当業者は、開示する方法の実際の用途においては、コンピュータ、典型的には適切にプログラムされたデジタルコンピュータで部分的に実行できることを容易に認識するであろう。また、以下の詳細な説明のうちの一部は、コンピュータメモリ内のデータビットに対する演算の手順、ステップ、論理ブロック、処理及び他の記号表現の観点から提示される。これらの記述及び表現は、データ処理技術分野の当業者がその作業の内容を他の当業者に最も効果的に伝えるために使用される手段である。本出願では、手順、ステップ、論理ブロック、処理又は同様のものなどは、所望の結果をもたらすステップ又は命令の自己矛盾のないシーケンスであると考えられる。これらのステップは、物理量の物理的操作（例えば、流路に沿って濃度、温度、及び圧力を測定すること）を必要とするものである。典型的には、必須ではないが、これらの物理量は、コンピュータシステムにおいて格納、転送、結合、比較、及び他の方法で操作することができる電気信号又は磁気信号の形態をとる。

例えば、制御システム３４０並びにセンサ３４４、３４６、及び３４８は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はこれら３つの何れかの組み合わせとして実装することができる。当然ながら、本発明の技術の構成要素がソフトウェアとして実装される場合には必ず、スタンドアローンプログラム（例えば命令セット）として、より大きなプログラムの一部として、複数の別個のプログラムとして、静的又は動的にリンクされたライブラリとして、カーネルロード可能モジュールとして、デバイスドライバとして、及び／又は現時点又は将来においてコンピュータプログラミングの当業者には既知のあらゆる全ての他の手法で、構成要素を実装することができる。これに加えて、本発明の技術は、何れかの特定のオペレーティングシステム又は環境における実装に限定されるものではない。

更に、１又は２以上の実施形態は、プロセスの様々な段において温度監視を実施するための１又は２以上の命令セットを実行することによって実施される方法を含むことができる。例えば、本方法は、モジュール、構成要素、及び／又はセンサの間でデータを送信する段階と併せて、閾値の現在のステータス又は指示間で比較を実施するための１又は２以上の命令セットを実行する段階を含むことができる。

一例として、制御ユニットは、本態様のうちの１又は２以上を実装するように利用及び構成することができるコンピュータシステムとすることができる。コンピュータシステムは、プロセッサと、プロセッサと通信するメモリと、メモリに格納されプロセッサによりアクセス可能な命令セットとを含むことができ、命令セットは、実行時には、センサ及び調節器から送信された信号を受信し、送信信号から温度を決定し、温度変化が発生した場合には温度に関係する視覚指示及び可聴通知のうちの一方又は両方を提供して、更新されたステータスをメモリに記憶するように構成されている。

更に、理解されるように、システム３００内には、特定の実装の詳細事項に応じて、あらゆる数の構成要素を含めることができる。例えば、システム３００は、とりわけ、あらゆる好適なタイプの加熱器、チラー、凝縮器、液体ポンプ、ガス圧縮器、ブロア、バイパス管路、他のタイプの分離及び／又は留分設備、弁、スイッチ、コントローラ、並びに圧力測定デバイス、温度測定デバイス、レベル測定デバイス、又は流量測定デバイスを含むことができる。

例えば、ガス状ストリームは、入口分離器３０４の上流側で他の設備を用いて前処理することもできる。例えば、ガス状ストリームは、グリコール又は他の化学添加剤を除去するために水洗いをすることができる。この水洗いは、小型接触技術設備又は他の適切な設備を用いて実施してもよい。ガス状ストリームからの何らかのグリコールの除去は、入口分離器３０４の下流側の設備内の発泡を減少又は制御することができる。同様に、別の例として、煙道ガス用途のためのプロセスにおいてＯ₂と鉄鋼との反応を遅延させるために、ガス状ストリーム又は選択性溶媒に腐食阻害剤を添加することができる。

図４は、本発明の技術の１つの実施形態による、選択的除去システム４００の一部の概略図である。この選択的除去システムは、小型接触技術を選択性溶媒と組み合わせて利用して、ガス状ストリームからの汚染物質除去を強化することができる。このシステム４００では、サワー天然ガスストリームとすることができるガス状ストリームは、導管４０２を介して供給され、接触デバイス４０４、４０６、及び４０８などの様々な接触デバイスを介して流動することができる。接触デバイス４０４、４０６、及び４０８は各々、混合段、物質移動段、及び分離段を含むことができる。この構成において、ストリームは、最初に、第１の接触デバイス４０４に送られ、この接触デバイス４０４は、導管４０５を介して除去される高濃度溶媒ストリームを形成し、残存のガスストリームは、第２の接触デバイス４０６に送られる。最後に、第２の接触デバイス４０６のような他の接触デバイスからのストリームは、最終接触デバイス４０８に送ることができる。最終接触デバイス４０８からの流出ガスストリームは、導管４０９内で処理済みガスストリームとして導通させることができる。準希薄溶媒は、回収されて、導管４１４を介してフラッシュ容器に輸送され、酸性ガスのうちの一部を脱着させて溶媒能を向上させるようにする。次いで、フラッシュされた液体はポンプに送られ、該ポンプは、この液体を導管４１２を介して先行接触デバイス（この構成では２番目の接触デバイス４０６）に給送する。溶媒は、フラッシュ容器内で減圧され、ポンプを利用してフラッシュされた液体を導管４１０を介して接触デバイス４０４に移動させることができる。高濃度溶媒が分離されて、導管４０５を介して再生処理ユニットに送られる。再生処理されて冷却された溶媒は、導管４１５を介して接触容器４０８に導入され、こうして回路が完結する。

特定の例として、小型接触技術と第三級アミン（ＭＤＥＡのような）との組み合わせの構成は、プロセスシミュレータを用いてモデル化することができる。この特定の組み合わせは、高濃度アミンが、逆流構成で配列された小型接触技術の並流段の間でフラッシュされるときの選択性を強化する。この利点は、接触段が逆流型のものである場合にも実現されることになる。詳細には、１０，０００ｐｐｍのＨ₂Ｓ及び１０，０００ｐｐｍのＣＯ₂を含有する供給ガスでは、構成が所与の条件セットにおいて１フィートの充填物（逆流）を含む場合には、残存Ｈ₂Ｓは、３１８７百万分率（ｐｐｍ）であり、残存ＣＯ₂は、９３３７ｐｐｍである。ストリームが４つの０．２５フィート（ｆｔ）接触器に分割されて、段間フラッシュが実施される場合には、残存Ｈ₂Ｓは、１９３１ｐｐｍＨ₂Ｓであり、残存ＣＯ₂は、８９２６ｐｐｍである。その結果、約７０％のＨ₂Ｓが除去されるが、約７％のＣＯ₂しか除去されない。このように、この構成は、Ｈ₂Ｓ程にはＣＯ₂を減少させないが、ストリーム内のＨ₂Ｓ含有量の低減は強化される。この構成では、段間フラッシュがアミンを部分的に脱着させ、その結果、小型接触技術の後続の各段においてより多くの酸性ガスが除去される。ＣＯ₂の緩慢な反応（水和、その後に炭酸の形成が続く）は、減圧下でより容易に逆行させることができる。

ある特定の構成において、ガス状ストリームからＨ₂Ｓ及びＣＯ₂を分離するためのシステムは、ガス状ストリームを受け取るように構成された小型接触ユニットを含むことができる。小型接触ユニットは、混合段と、物質移動段と、分離段とを備える。混合段は、ガス状ストリームを選択性溶媒と混合して混合ストリームを形成するように構成され、該選択性溶媒は、第１の汚染物質と第１の反応時間で反応し、第２の汚染物質と第２の反応時間で反応するように構成される。物質移動段は、混合段の下流側にあり、第１の反応時間よりも長く且つ第２の反応時間よりも短い滞留時間期間にわたって吸収段階を実施するように構成される。分離段は、物質移動段の下流側にあり、第１の汚染物質の一部を有する汚染物質ストリームを混合ストリームから離れて導通させ、残存する混合ストリームが、混合ストリームよりも低い第１の汚染物質の濃度を有するように構成される。

他の構成において、本システムは、様々な機能強化を含むことができる。例えば、本システムは、分離段と流体連通し、第１の汚染物質の一部、第２の汚染物質の一部又はこれらの何れかの組み合わせのうちの１つを汚染物質ストリームから除去するように構成されたフラッシュユニットを含むことができ、フラッシュユニットの下流側にあり、フラッシュされた汚染物質ストリームのうちの残存部分又は液体部分を選択性溶媒の一部として混合段に送るように構成されたポンプユニットを含むことができ、小型接触ユニットの下流側にあり、残存する混合ストリームを受け取るように構成された第２の小型接触ユニットを含むことができ、該第２の小型接触ユニットは、第１の汚染物質と第１の反応時間で反応し且つ第２の汚染物質と第２の反応時間で反応するように構成された第２の選択性溶媒と残存する混合ストリームを混合して、第２の混合ストリームを形成するように構成された第２の混合段と、第２の混合段の下流側にあり、第１の反応時間よりも長く且つ第２の反応時間よりも短い第２の滞留時間期間にわたって吸収段階を実施するように構成された第２の物質移動段と、第２の物質移動段の下流側にあり、第１の汚染物質の一部を有する第２の汚染物質ストリームを第２の混合ストリームから離れて導通させ、残存する第２の混合ストリームが第２の混合ストリームよりも低い第１の汚染物質の濃度を有するように構成された第２の分離段と、を備える。これに加えて、本システムは、第２の分離段と流体連通し、第１の汚染物質の一部、第２の汚染物質の一部、又はこれらの何れかの組み合わせのうちの１つを第２の汚染物質ストリームから除去するように構成された第２のフラッシュユニット、及び／又は第２のフラッシュユニットの下流側にあり、フラッシュされた第２の汚染物質ストリームのうちの残存部分又は液体部分を第２の選択性溶媒の一部として第２の混合段に送るように構成された第２のポンプユニットを含むことができる。

他の構成において、本システムは、プロセスの動作を管理するために、１又は２以上のセンサ及び調整器と併せて制御システムを含むことができる。例えば、本システムは、ガス状ストリーム中の汚染物質の濃度を決定するように構成されたセンサと、選択性溶媒の流量を調節するように構成された流量調整器と、センサ及び流量調整器と通信して、汚染物質の濃度を汚染物質閾値と比較し、当該比較に基づいて選択性溶媒の流量を調節するための調節通知を流量調整器に送信するように構成された制御システムと、を含むことができ、汚染物質は、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ、及びこれらの何れかの組み合わせのうちの１つを含む。更に、本システムは、ガス状ストリームの温度又は圧力の測定値を決定するように構成されたセンサと、選択性溶媒の流量を調節するように構成された流量調整器と、センサ及び流量調整器と通信して、測定値を測定閾値と比較し、当該比較に基づいて選択性溶媒の流量を調節するための調節通知を流量調整器に送信するように構成された制御システムと、を含むことができる。

開示された本発明の原理を適用できる多くの実施可能な実施形態を鑑みると、例示的な実施形態は、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない点を認識されたい。

Claims (23)

1. ガス状ストリームからＨ₂Ｓ及びＣＯ₂を分離するための方法であって、
   ガス状ストリームを小型接触ユニットに送る段階と、
   前記ガス状ストリームを、第１の汚染物質と第１の反応時間で反応し且つ第２の汚染物質と第２の反応時間で反応するように構成された選択性溶媒と混合して混合ストリームを形成する段階と、
   前記第１の反応時間よりも長く且つ前記第２の反応時間よりも短い滞留時間期間にわたって吸収段階を実施する段階と、
   前記第１の汚染物質の一部を有する汚染物質ストリームを前記混合ストリームから離れて導通させる段階であって、残存する混合ストリームが、前記混合ストリームよりも低い前記第１の汚染物質の濃度を有するようにする段階と、
   前記第１の汚染物質をプロセスから除去する段階と、
   を含む方法。
2. 前記ガス状ストリーム中のＣＯ₂濃度を決定する段階と、
   前記ＣＯ₂濃度をＣＯ₂閾値と比較する段階と、
   前記比較に基づいて前記選択性溶媒の流量を調節する段階と、
   を更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ガス状ストリーム中のＨ₂Ｓ濃度を決定する段階と、
   前記Ｈ₂Ｓ濃度をＨ₂Ｓ閾値と比較する段階と、
   前記比較に基づいて前記選択性溶媒の流量を調節する段階と、
   を更に含む、請求項１及び請求項２の何れか一項に記載の方法。
4. 前記ガス状ストリームの温度を測定する段階と、
   測定された前記温度に基づいて前記選択性溶媒の流量を調節する段階と、
   を更に含む、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の方法。
5. 前記ガス状ストリームの圧力を測定する段階と、
   測定された前記圧力に基づいて前記選択性溶媒の流量を調節する段階と、
   を更に含む、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の方法。
6. 前記選択性溶媒は、ＣＯ₂に関する吸収反応とＨ₂Ｓに関する吸収反応とにおいて１０倍から１０００倍の間の範囲の速度差を有し、前記Ｈ₂Ｓの反応が前記ＣＯ₂の反応よりも高速である、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の方法。
7. 前記滞留時間は、ＣＯ₂分子によるＨ₂Ｓ分子の何れかの移動を減少させるように管理される、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の方法。
8. 前記第１の汚染物質のうちの一部、前記第２の汚染物質のうちの一部、又はこれらの何れかの組み合わせを除去するために前記汚染物質ストリームをフラッシュする段階を更に含む、請求項１から請求項７の何れか一項に記載の方法。
9. フラッシュされた前記汚染物質ストリームのうちの液体部分が、前記選択性溶媒の一部として次の混合段階に循環される、請求項８に記載の方法。
10. 前記残存混合ガス状ストリームを、前記第１の汚染物質と前記第１の反応時間で反応し且つ前記第２の汚染物質と前記第２の反応時間で反応するように構成された第２の選択性溶媒と混合して第２の混合ストリームを形成する段階と、
    前記第１の反応時間よりも長く且つ前記第２の反応時間よりも短い第２の滞留時間期間にわたって吸収段階を実施する段階と、
    前記第１の汚染物質の一部を有する第２の汚染物質ストリームを前記第２の混合ストリームから離れて導通させる段階であって、残存する第２の混合ストリームが、初期の前記第２の混合ストリームよりも低い前記第１の汚染物質の濃度を有するようにする段階と、
    を更に含む、請求項１から請求項９の何れか一項に記載の方法。
11. 前記第１の汚染物質の一部、前記第２の汚染物質の一部、又はこれらの何れかの組み合わせのうちの１つを除去するために前記第２の汚染物質ストリームをフラッシュする段階を更に含む、請求項１０に記載の方法。
12. フラッシュされた前記第２の汚染物質ストリームのうちの液体部分が、前記第２の選択性溶媒の一部として次の混合段階に循環される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記選択性溶媒は、第三級アミンである、請求項１から請求項１２の何れか一項に記載の方法。
14. 前記第三級アミンは、メチルジエタノールアミンである、請求項１３に記載の方法。
15. 前記選択性溶媒は、配合アミン及び立体障害アミンのうちの１つである、請求項１から請求項１２の何れか一項に記載の方法。
16. ガス状ストリームからＨ₂Ｓ及びＣＯ₂を分離するためのシステムであって、
    ガス状ストリームを受け取るように構成された小型接触ユニットを備え、
    前記小型接触ユニットが、
    前記ガス状ストリームを、第１の汚染物質と第１の反応時間で反応し且つ第２の汚染物質と第２の反応時間で反応するように構成された選択性溶媒と混合して混合ストリームを形成するように構成された混合段と、
    前記混合段の下流側にあり、前記第１の反応時間よりも長く且つ前記第２の反応時間よりも短い滞留時間期間にわたって吸収段階を実施するように構成された物質移動段と、
    前記物質移動段の下流側にあり、前記第１の汚染物質の一部を有する汚染物質ストリームを前記混合ストリームから離れて導通させ、残存する前記混合ストリームが、前記混合ストリームよりも低い前記第１の汚染物質の濃度を有するように構成された分離段と、
    を備える、ことを特徴とするシステム。
17. 前記分離段と流体連通し、前記第１の汚染物質の一部、前記第２の汚染物質の一部、又はこれらの何れかの組み合わせのうちの１つを前記汚染物質ストリームから除去するように構成されたフラッシュユニットを更に備える、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記フラッシュユニットの下流側にあり、フラッシュされた前記汚染物質ストリームのうちの液体部分を前記選択性溶媒の一部として前記混合段に送るように構成されたポンプユニットを更に備える、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記小型接触ユニットの下流側にあり、前記残存する混合ストリームを受け取るように構成された第２の小型接触ユニットを更に備え、
    前記第２の小型接触ユニットが、
    前記残存する混合ストリームを、前記第１の汚染物質と前記第１の反応時間で反応し且つ前記第２の汚染物質と前記第２の反応時間で反応するように構成された第２の選択性溶媒と混合して第２の混合ストリームを形成するように構成された第２の混合段と、
    前記第２の混合段の下流側にあり、前記第１の反応時間よりも長く且つ前記第２の反応時間よりも短い第２の滞留時間期間にわたって吸収段階を実施するように構成された第２の物質移動段と、
    前記第２の物質移動段の下流側にあり、前記第１の汚染物質の一部を有する第２の汚染物質ストリームを前記第２の混合ストリームから離れて導通させ、残存する前記第２の混合ストリームが、前記第２の混合ストリームよりも低い前記第１の汚染物質の濃度を有するように構成された第２の分離段と、
    を備える、請求項１６に記載のシステム。
20. 前記第２の分離段と流体連通し、前記第１の汚染物質の一部、前記第２の汚染物質の一部、又はこれらの何れかの組み合わせのうちの１つを前記第２の汚染物質ストリームから除去するように構成された第２のフラッシュユニットを更に備える、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記第２のフラッシュユニットの下流側にあり、フラッシュされた前記第２の汚染物質ストリームのうちの液体部分を前記第２の選択性溶媒の一部として前記第２の混合段に送るように構成された第２のポンプユニットを更に備える、請求項１９に記載のシステム。
22. ＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ、及びこれらの何れかの組み合わせのうちの１つを含む汚染物質の前記ガス状ストリーム中の濃度を決定するように構成されたセンサと、
    前記選択性溶媒の流量を調節するように構成された流量調整器と、
    前記センサ及び前記流量調整器と通信し、汚染物質の濃度を汚染物質閾値と比較し、該比較に基づいて前記選択性溶媒の流量を調節するための調節通知を前記流量調整器に送信するように構成された制御システムを更に備える、請求項１６に記載のシステム。
23. 前記ガス状ストリームの温度又は圧力の測定値を決定するように構成されたセンサと、
    前記選択性溶媒の流量を調節するように構成された流量調整器と、
    前記センサ及び前記流量調整器と通信し、前記測定値を測定閾値と比較し、該比較に基づいて前記選択性溶媒の流量を調節するための調節通知を前記流量調整器に送信するように構成された制御システムと、
    を更に備える、請求項１６に記載のシステム。

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