JP2022508572A - 金属酸化物系の再生可能な吸着剤に基づく連続脱硫プロセス - Google Patents

金属酸化物系の再生可能な吸着剤に基づく連続脱硫プロセス Download PDF

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Abstract

再生可能な吸着剤を含有する固定床を使用して、約５～約５０００ｐｐｍｖの範囲のガス流濃度の還元硫黄種を除去するため及びこのような再生可能な吸着剤を再生するための連続脱硫プロセス及びプロセスシステムが記載される。脱硫は、硫化水素、硫化カルボニル、二硫化炭素及び／又は４つ以下の炭素原子を有するチオール及び二硫化物の還元硫黄種をｐｐｂｖ濃度まで除去する。特定の開示された実装形態において、再生可能な金属酸化物系吸着剤は、安定した動的硫黄容量を維持しながら、再生反応及びプロセスを制御するための機能的且つ効果的なプロセスと共に統合される。脱硫のための再生及びパージガスを生成するための膜に基づくプロセス及びシステムが記載される。

Description

[0001]
関連出願の相互参照
CONTINUOUS DESULFURIZATION PROCESS BASED ON METAL OXIDE-BASED REGENERABLE SORBENTSにおいてRaghubir Prasad Gupta及びBrian Scott Turkの名義で２０１９年１月２８日に出願された米国仮特許出願６２／７９７，５４１号の、米国特許法第１１９条（ｅ）の下における利益が本明細書で主張される。米国仮特許出願第６２／７９７，５４１号の開示は、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
[0002] 本開示は、硫化水素、硫化カルボニル、二硫化炭素及び／又は４つ以下の炭素原子を有するチオール及び／又は二硫化物を、それらを含有するガス混合物から除去するためのプロセス及び装置に関する。本明細書に記載の様々な実施形態におけるプロセス及び装置は、特に、再生可能な吸着剤の固定床を用いたガス混合物からの硫化水素、硫化カルボニル、二硫化炭素及び／又は４つ以下の炭素原子を有するチオール及び二硫化物の連続除去のための、吸着剤の要件、商業的な吸着剤製造プロセス及び吸着剤組成物、プロセス設計、処理条件並びに目標とする用途に関する。本開示は、更なる態様において、空気からの酸素の分離の分野、より具体的には、空気から低酸素濃度のガス混合物、例えば複数の再生サイクルを通して固定床再生可能脱硫吸着剤の安定した脱硫性能を維持するのに適した低酸素濃度の再生ガス混合物を生成するためのプロセス及び装置に関する。
[0003] 還元硫黄種を含有するガス混合物は、複数の商業化学プロセスによって生成することができる。これらの化学プロセスは、原油及びその誘導体の水素化脱硫、石炭、バイオマス、石油コークス、残留物、サワー天然ガス、都市固形廃棄物などの炭素質原料に基づくガス化及び／又は部分酸化プロセス並びにバイオマス、石炭及びバイオマス／廃棄物などの熱分解中に生成されるコークス炉ガス又は合成ガスなどの他の炭素質原料に基づく熱分解プロセスを含むが、これらに限定されない。また、クロース（Claus）プラント又は製油所若しくは石油化学プラントのサワーウォーターストリッパーにおけるものなど、硫黄回収プロセス中に生成されるサワーガス流には、このような還元硫黄種が含まれる可能性がある。パイプラインの天然ガスでさえ、漏れの検出に関連する安全上の理由から、還元硫黄系臭気物質（チオール、二硫化物又は他の市販の臭気物質）が含まれる。ガス混合物中のこれらの還元硫黄種の存在は、エネルギーを抽出するか、又はこれらのガス混合物を付加価値のある化学物質に変換するように設計されたプロセスに悪影響を及ぼす。これらの還元硫黄種は、腐食性であり、ほとんどの市販の触媒を急速且つ不可逆的に汚染し、これに加えて、環境に放出される可能性のある量及び特定の還元硫黄種は、環境当局によって厳しく規制されている。従って、標準的な実践手法は、処理前に混合ガスから還元硫黄種を除去することである。
[0004] これらのガス混合物の生成中、原料に存在する硫黄は、主に硫化水素（Ｈ２Ｓ）に変換されるが、硫化水素（ＣＯＳ）、二硫化炭素（ＣＳ２）並びにメタンチオール（ＣＨ３ＳＨ）及びエタンチオール（Ｃ２Ｈ５ＳＨ）などのより軽いチオールにも変換される。
[0005] これらの還元硫黄種の除去は、ガス混合物中のこれらの硫黄種の相対濃度に依存する複数の商業プロセスによって達成される。より高い還元硫黄濃度（＞５，０００ｐｐｍｖ）では、主なプロセスには化学的又は物理的溶媒システムが含まれる。Selexol（商標）及びRectisol（登録商標）の商標で商業化された硫黄除去プロセス技術は、これらの技術の２つの商業的な例である。Rectisol（登録商標）プロセスは、Rectisol（登録商標）プロセスからの流出硫黄濃度が典型的には＜５０ｐｐｂｖであることから、化学製品の用途に好ましいプロセスであり、これは、水性ガスシフト、メタン化、フィッシャートロプシュ及びメタノール合成触媒などの硫黄に敏感な触媒を保護するために必要な一般的な硫黄濃度である。
[0006] Selexol（商標）硫黄除去プロセスは、Ｈ２Ｓに対して非常に選択的であるが、他の硫黄種、特にＣＯＳを除去するのに苦労する。Selexol（商標）系脱硫プロセスでは、加水分解反応を介してＣＯＳをＨ２Ｓに変換するための更なる前処理工程が必要になる場合があり、Ｈ２Ｓ以外の硫黄種の除去に更なる資本及び運用費用が発生する。全ての溶剤系脱硫プロセスにこの問題があるわけではないが、ほとんどの場合に問題がある。
[0007] Ｈ２Ｓの除去は、苛性洗浄によっても達成できる。苛性洗浄の化学的性質は、物理的及び化学的溶媒に関連する典型的な化学的性質と大きく異なる。１つの違いは、苛性洗浄液中の苛性アルカリが物理的又は化学的溶媒のように再生することができず、望ましい脱硫性能を維持するために新鮮な苛性アルカリを継続的に補充する必要があることである。この苛性アルカリを継続的に補充することに関連する費用は、かなりの運用費用であり、還元硫黄種の濃度に比例して増加する。加えて、捕捉された硫黄種を分離し、廃棄に適した適切な形態に変換するには、かなりの更なる処理が必要である。これらの不利な点は、ガス混合物中の硫黄濃度が高い場合、苛性洗浄の費用を法外なものにする。また、これらの不利な点は、苛性洗浄の商業的適用を、よりよい代替技術が利用できない数少ないニッチな適用に低下させる。
[0008] サワーガス、主に天然ガス、場合により合成ガスからのＨ２Ｓ除去に使用される別の技術は、鉄、コバルト、バナジウム、ヒ素などのキレート剤を使用する液体レドックスシステムに基づく。これらのシステムでは、Ｈ２Ｓは、最初に酸化型の吸収剤（例えば、Ｆｅ３＋）に物理的に吸収され、その後、空気で酸化されて元素硫黄を生成する。このプロセスは、天然ガスを脱硫して、１～２５トン／日の硫黄の量を処理するパイプライン品質のガスを生成するために広く使用されている。しかしながら、合成ガス成分、即ちＨ２及びＣＯは、可燃性が高いため、このプロセスを合成ガスに使用することは、制限される。更に、このプロセスは、キレート剤の分解、高い化学組成費用、硫黄オキソ－陰イオンの形成及び塩の形成による吸収体の詰まりなどのいくつかの技術的問題に直面する。典型的には、５トン／日未満の少量の硫黄除去の場合、このプロセスは、費用競争力がない。
[0009] より低い硫黄濃度では、使い捨ての酸化亜鉛系ガード床材料を使用して、硫化水素を０．１ｐｐｍｖ未満に除去することができる。酸化亜鉛ガード床材料は、Haldor Topsoe、Johnson Matthey及びClariantを含む多くの大手触媒製造業者によって製造されている。
[0010] 特定の商業プロセスのために選択された特定の脱硫プロセスは、プロセスの経済性に基づく。ガス流中の還元硫黄種の濃度が高い場合、化学的及び物理的溶媒系プロセスにより、除去される硫黄の単位質量あたりの資本及び運用費用が非常に低くなる。プロセスのガス流中の非常に少量の、典型的には１０ｐｐｍｖ未満のＨ２Ｓの場合、活性酸化亜鉛の大部分が消費され、ガード床の排水におけるＨ２Ｓ濃度が増加し始めるとき、交換する必要のある吸着剤の固定床をまさに伴う使い捨ての酸化亜鉛ガード床が一般的な産業手法である。Ｈ２Ｓ濃度が低いため、ガード床を頻繁に交換する必要はなく、酸化亜鉛ガード床材料における結果として生じる交換費用は、一般に高額ではない。
[0011] 約５ｐｐｍｖ～約５，０００ｐｐｍｖの範囲の硫黄を含むガス混合物の場合、既存の商業硫黄除去プロセスは、一般にあまり費用効果が高くなく、特に付加価値のある化学薬品及び燃料をもたらすためにこれらのガス混合物の利用に重大な経済的ペナルティを生じさせる状況である。５ｐｐｍｖ～５，０００ｐｐｍｖの範囲の硫黄濃度は、低硫黄炭、バイオマス及び固形廃棄物のガス化及び／又は部分酸化から生成される合成ガス及びコークス炉ガス、クロース硫黄回収プロセスにおける排ガス処理中の水素化脱硫／水素化処理プロセスの下流の精製操作における水素流など、多くの産業用途で見られる。
[0012] 接触水素化脱硫／水素化処理プロセスは、炭化水素の精製中に有機硫黄種をＨ２Ｓに変換するために使用され、その後、Ｈ２Ｓ除去プロセスによって除去される。この接触水素化脱硫プロセスは、プロセスを推進するためにかなりの量の水素を必要とする。供給物中の耐火性及び難分解性の硫黄種（ベンゾチオフェン及びそれらの置換誘導体など）を硫化水素に主に変換するプロセスでは、典型的には、水素のごく一部のみが消費される。この水素を効果的に使用するには、水素化脱硫反応器にリサイクルして戻す必要がある。しかしながら、Ｈ２Ｓは、リサイクルして反応器に戻す前にこの水素流から除去する必要がある。より高い硫黄濃度の炭化水素留分を処理する場合、従来の物理的又は化学的溶媒系脱硫プロセスは、費用効果が高い。しかしながら、硫黄濃度が低い直留ナフサなどの直留留分では、専用の苛性洗浄システムが頻繁に使用され、なぜなら、このプロセス流のＨ２Ｓは、比較的少なく、得られる生成物の価値は、苛性溶液の継続的な消費に関連する高い運用費用に耐えることができるためである。加えて、苛性洗浄システムは、操作する人が操作及び保守するのに問題があり、困難であるため、すでに高い運用費用が増大し、且つ安全に廃棄しなければならない大量の使用済み苛性溶液が生じる。場合により、水素化脱硫ユニットからのＨ２Ｓ含有Ｈ２流は、水素化脱硫反応器の注入口で所望のＨ２Ｓ濃度を維持するためにリサイクルループからパージすることを除いて、Ｈ２Ｓを除去せずにリサイクルされる。これは、典型的には、リサイクル流の一部をパージすることで達成され、水素消費において必要な運用費用を上回り、プロセスの施設の全体的な収益性に悪く且つ許容できない影響を及ぼす。
[0013] また、溶剤系脱硫プロセスは、天然ガスのスイートニングにも適用される。天然ガスのスイートニングについて、現在の溶剤系システムは、Ｈ２Ｓ及びＣＯ２からなる酸性ガスを除去する。環境規制を満たすために、この溶剤系酸性ガス除去（ＡＧＲ）システムは、環境への硫黄放出を最小限に抑えるために処理において還元硫黄種をＣＯ２から分離する必要もある。この処理により、更なる処理装置が追加され、プロセスが複雑になり、ＡＧＲシステムの資本及び運用費用が増加する。
[0014] 商業クロース系硫黄回収プラントは、脱硫プロセスを使用してクロースプラントの排ガス中の硫黄の大部分を捕捉することにより、厳しい環境硫黄排出制限を満たすために必要な高レベルの硫黄捕捉を実現する。クロースプラントは、典型的には、排ガス流から硫黄の９７％～９８％を除去することができる。環境規制では、９９％を超える硫黄の除去が必要である。排ガス脱硫システムは、環境要件を満たすために必要な更なる硫黄捕捉を提供する。現在、クロースプラントからの排ガスは、元素硫黄、二酸化硫黄、Ｈ２Ｓ及びＣＯＳを含む混合物から、Ｈ２Ｓ及びＣＯＳのみを含む混合物に触媒的に変換される。次いで、これらの還元硫黄種は、排ガスから除去され、排ガス中の硫黄濃度を環境への放出のための許容できる硫黄排出濃度未満に低減する。これらの還元硫黄種を捕捉するための標準的な商業プロセスは、溶媒系脱硫システムである。これらの溶媒系脱硫システムでは、脱硫前にＣＯＳを別の触媒反応器でＨ２Ｓに加水分解する必要がある。これらの排ガス流中の硫黄濃度が低く、高レベルの硫黄除去が必要であり、全体的に少量の硫黄が処理されるため、溶媒系プロセスは、複雑で費用がかかりすぎる。
[0015] これらの例は、上記の様々なガス流中の還元種を約５ｐｐｍｖ～約５，０００ｐｐｍｖまで除去するように設計されている、簡素化された費用効果の高い連続脱硫システムが非常に必要である特定の商業的適用を例示している。
[0016] 再生可能な固定床吸着剤は、一般に、適切な温度及び圧力条件でＨ２Ｓと反応して金属硫化物を形成する活性金属酸化物に基づき、これらの金属硫化物は、適切な温度及び圧力条件で酸素と反応して、硫黄をＳＯ２として放出し、活性金属酸化物を再生する。このような吸着剤の更なる成分は、形態及び強度を提供するための結合剤材料並びに反応性及び物理的及び化学的安定性を高めるための促進剤を含み得る。特定の実施形態における再生可能な吸着剤は、例えば、吸着剤酸化物、例えば酸化亜鉛、酸化マンガン、酸化銅、酸化鉄又は前述の２つ以上の適合性混合物を含み得る。このような吸着剤は、任意選択で、チタニアなどの不活性耐火性酸化物、シリカゲルなどの他の不活性材料及びベントナイト又は他の粘土などの結合剤、硫酸カルシウムなどを更に含み得る。他の実施形態では、再生可能な吸着剤は、亜鉛、マンガン、銅、鉄、クロムなどの金属の酸化物及び／又は金属塩又は前述の２つ以上の適合性混合物を含み得、金属塩は、例えば、酢酸塩、ギ酸塩、炭酸塩及び硝酸塩のいずれか１つ以上を含み得る。任意選択で、このような吸着剤は、（ｉ）シリカゲル、シリカ、アルミナ、アルミナゲル、チタニアゲル、硫酸カルシウム、ケイ酸亜鉛、アルミン酸亜鉛及び砂の１つ以上などの不活性材料、（ｉｉ）酸化チタン、硫酸カルシウム、リン酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、硫酸マグネシウム、ケイ酸亜鉛、アルミン酸亜鉛及びアルミノケイ酸塩の１つ以上を含む不活性希釈材料、（ｉｉｉ）ベントナイト、カオリナイト、他のアルミノケイ酸塩、硫酸カルシウム及びセメントの１つ以上などの結合剤、並びに（ｉｖ）銅、鉄、コバルト、マンガン及びニッケルの１つ以上の酸化物又は塩の１つ以上を含む促進剤のいずれかを含み得る。このような再生可能な吸着剤の更なる例は、米国特許第５，４９４，８８０号、米国特許第５，８６６，５０３号及び米国特許第５，７０３，００３号に記載されており、これら全ての開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
[0017] 再生反応は、ほとんど全ての金属酸化物／金属硫化物の組み合わせに対して提案できるが、再生可能な吸着剤と一般的な硫黄ガード床吸着剤との主な差別化要因は、何度も再生できることである。吸着剤が脱硫及び再生性能を低下させずに５０回を超えて効果的に再生できない場合、特性的に再生不可能であり、吸着剤が最終的な又は所定の程度まで積められ、その後、ガード床を取り除いて廃棄し、新しいガード床と交換するまで再生することなく利用されることを目的とした一般的な硫黄ガード床吸着剤と比較して、その吸着剤は、費用効果が高くないであろう。多数の脱硫及び再生サイクルに耐えるという要件を達成するには、吸着剤は、特定の化学的及び物理的特性を備えている必要がある。
[0018] 吸着剤の多孔性、細孔体積及び表面積は、多数の脱硫／再生サイクルに耐える吸着剤の能力を評価するために不可欠である重要な物理的特性の一部である。多孔性が高いと、一般に脱硫反応の反応速度が速くなる。しかしながら、それは、不十分な粉砕強度につながるため、速度論と粉砕強度との適切なバランスを得るために慎重に制御する必要がある。吸着剤の多孔性は、金属酸化物（酸化亜鉛の場合には約１４ｃｃ／モル）から金属硫化物（硫化亜鉛の場合には約２２ｃｃ／モル）への変換に関連する分子体積の変化に対応できる必要がある。従って、多孔性は、再生可能な固定床吸着剤を成功させるための非常に重要な選択／評価基準である。硫黄の吸収及び再生反応の速度並びに脱硫及び再生反応の両方の温度依存性に影響を与える活性金属酸化物の反応性は、担体上の活性金属酸化物の分散、表面積及び多孔性に依存する。また、細孔体積及び表面積は、活性金属酸化物及び／又は硫化物クラスターの反応性及び安定性に影響を与える。脱硫及び再生サイクル中の熱的及び化学的サイクルは、吸着剤の性能に悪影響を与える可能性がある焼結及び物理的特性の変化につながる可能性がある。最後に、吸着剤は、吸着剤が自重で粉砕されることなく、大きい吸着剤床で使用するのに適した粉砕強度を有する必要があり、吸着剤は、熱的及び化学的サイクルにもかかわらずこの強度を維持する必要がある。
[0019] 再生可能な固定床吸着剤の重要な化学的特性は、総硫黄吸収容量、硫黄吸収速度、再生速度、動的硫黄容量及び吸着剤の不活性化速度を含む。総理論硫黄吸収容量は、吸着剤の活性金属酸化物含有量に直接関係している。これは、吸着剤の活性金属酸化物含有量及び脱硫反応の化学量論を初期吸着剤質量（酸化状態の活性金属酸化物）で割ることによって決定される。例えば、５０重量％のＺｎＯ及び５０重量％の不活性物質を有する吸着剤は、１９．６６重量％の理論硫黄容量を有する。理論硫黄容量と比較すると、実際の硫黄容量は、還元硫黄種を含有するガス混合物への実際の曝露中に吸着剤によって取り込まれた硫黄の質量の尺度である。プロセスガス中の硫黄種が全ての活性金属酸化物にアクセスできるわけではないため、理論硫黄容量と実際の硫黄容量とは、異なる。実際の硫黄容量は、除去された硫黄の質量を元の吸着剤の質量で割ることにより計算される。例えば、５０重量％のＺｎＯ及び５０重量％の不活性物質を有する吸着剤は、１９．６６重量％の硫黄の総理論硫黄容量及び約１７重量％の実際の硫黄容量を有し得る。最初のサイクル中、硫黄の積載は、典型的には、後続のサイクルよりも高くなる。これは、活性金属種の再生及び不活性化中に全ての硫黄を除去できるわけではないことによるものである。従って、第２の脱硫サイクルでは、除去される硫黄は、一般に第１のサイクルよりも少ない。作業中の又は動的な硫黄容量は、２つの連続するサイクル間に除去できる硫黄の質量を吸着剤の元の質量で割ったものを表す。動的吸着剤容量は、典型的には、複数のサイクル試験中にシミュレートされたガス混合物を使用する実験室及びベンチ規模の反応器システムで測定される。理想的には、動的容量は、最初のサイクル後も固定されたままであるが、吸着剤の不活性化により、各サイクルで動的容量が変化し続ける。固定床システムのプロセス設計には、多数のサイクルにわたって平均化された動的硫黄容量が使用される。従って、吸着剤及びプロセス操作の重要な化学的特性は、不活性化を本質的に最小限に抑え、これによって動的容量を安定に維持することである。
[0020] 多くの再生可能な金属酸化物吸着剤が実験室規模で提案及び試験されているが、固定床再生可能吸着剤プロセスの商業的適用に適した費用で吸着剤を製造できる商業プロセスへの実験室規模の製造プロセスの適応は、これらの吸着剤の多くにおいて実際には達成されていない。
[0021] 前述のことから理解されるように、硫黄は、炭化水素系燃料の鍵となる汚染物質である。硫黄含有炭化水素系燃料の使用中のこの硫黄の影響には、下流のプロセス装置の腐食に関連する機械的問題、触媒の有害な中毒及び／又は環境へのＳＯｘの放出に関連する環境問題が含まれる。これらの問題のために、炭化水素系燃料から硫黄を効果的に除去することを可能にするプロセスが開発されてきた。この硫黄を除去するための最も一般的な手法は、硫黄をＨ２Ｓに変換することであり、これは、様々な効果的な捕捉プロセスを可能にする適切な化学的特性を有する。これらのＨ２Ｓ除去プロセスのサブセットの１つは、Ｈ２Ｓと相互作用して硫化物を形成する金属酸化物に基づく吸着材料を伴う。低濃度のＨ２Ｓ、典型的には１ｐｐｍ未満の場合、金属酸化物の全て又は大部分が硫化物に変換されたときに吸着剤を置き換える費用は、許容できる運用費用である。Ｈ２Ｓ濃度が実質的に１ｐｐｍを超えると、金属酸化物が金属硫化物に変換されたとき、吸着剤を置き換える費用が法外に高くなる。これらの流れの脱硫のために、金属硫化物を活性金属酸化物に変換することによって再生することができる再生可能な吸着剤が開発されてきた。
[0022] この再生プロセスでは、典型的には、硫黄含有吸着剤を酸化性ガス混合物に曝して、反応ＭｘＳｙ＋（２ｎ＋ｙ）Ｏ２＝ＭｘＯｎ＋ｙＳＯ２が生じることを伴い、ここで、Ｍは、金属酸化物吸着剤の金属である。これらの再生可能な脱硫吸着剤に使用される金属の多くでは、金属硫化物の酸化は、発熱性である。この酸化反応が吸着剤上の金属硫化物を消費する速度は、酸化性ガスの流量とその酸素濃度及び開始反応温度とによって決定されるため、再生プロセスでは、再生ガス中の酸素濃度を、再生に起因する温度上昇を制御する手段として使用する。好ましい酸素濃度は、典型的には、１０体積％未満である。空気中の典型的な酸素濃度は、約２０体積％であるため、かなりの量の希釈ガスを加えるか又はかなりの量の酸素を除去する必要がある。典型的に使用される３つの希釈剤は、窒素、二酸化炭素及び蒸気である。これらの希釈剤のいずれもが容易に入手可能であり、別の目的に使用されていない場合、これらは、再生に適した酸化性混合物を生成するために容易に使用することができる。しかしながら、十分な量の希釈剤は、通常、再生のための費用効果の高い酸化性混合物の生成を支持するのに十分な低費用で容易に入手可能ではない。
[0023] 再生可能な吸着剤の固定床連続脱硫プロセスでは、硫黄含有炭化水素系燃料から硫黄を能動的に除去するこれらの固定床の１つ以上を備えた吸着剤の一連の固定床を使用することができ、他の固定床は、再生されているか、又は代わりに能動的な操業中の処理の再開を待っている。再生工程は、還元している炭化水素系燃料を不活性物質でパージすることと、再生反応を開始するために吸着剤床を適切な温度に加熱することと、低酸素濃度の再生ガスにより再生することと、酸化している再生ガスを不活性ガスでパージすることと、脱硫操作の再開に適した温度に吸着剤床を冷却することとを伴う。２つのパージ工程は、爆発性混合物を形成する可能性のある炭化水素燃料と酸化性混合物との偶発的な混合を防ぐ。使用される不活性物質には、窒素、蒸気及びＣＯ２が含まれる場合がある。再生ガスを生成するための空気の希釈に関して、プラントで利用可能なこれらの不活性物質の体積流量は、制限されている。従って、再生用の酸化性混合物及び又空気からの不活性窒素流を生成する簡易で費用効果の高い手段は、再生可能な吸着剤の商業的適用にとって大きい利点となるであろう。
[0024] 前述の全てを考慮に入れると、約５ｐｐｍｖ～約５，０００ｐｐｍｖの硫黄濃度に対して強力で費用効果の高いガス混合物の連続硫黄除去プロセスが必要である。Ｈ２Ｓだけでなく、ＣＯＳ、ＣＳ２及び４つ以下の炭素原子を有するチオールと二硫化物とを含む硫黄種の除去を強化する必要がある。少なくとも１００サイクルにわたって維持できる適切な物理的及び化学的特性を備えた再生可能な吸着剤が必要である。連続固定床再生可能吸着剤プロセスの商業的適用を可能にする費用で再生可能吸着剤を製造するための商業プロセスが必要である。空気からの、酸素濃度を低減した再生ガスの効率的で費用効果の高い製造が必要である。
[0025] 上記の欠点、不利な点及び問題が本明細書で扱われ、以下の本明細書及びその後の特許請求の範囲からより詳細に理解されるであろう。
[0026] 本開示の主な目的は、従来の硫黄ガード床材料と比較して且つ化学的又は物理的溶媒系プロセスと比較して、約５ｐｐｍｖ～約５，０００ｐｐｍｖの硫黄を含むガス混合物から硫黄を除去する全体的な費用を削減する連続脱硫プロセスを提供することである。
[0027] 本開示の別の目的は、一連の固定床反応器を、吸着剤再生の効率を最適化して、本質的に安定した動的硫黄容量で少なくとも１００の吸収－再生サイクルを達成する機能的プロセススキームと効果的に統合することである。
[0028] 本開示の更に別の目的は、流量、再生ガス中の酸素濃度及び金属硫化物を金属酸化物に変換することを最適化する効果的な再生を可能にして、吸着剤の不活性化につながる副反応を最小限にする熱管理戦略を含む、吸着剤再生のための一連の操作パラメータを提供することである。
[0029] 本開示の更なる目的は、少なくとも１００サイクルにわたって効果的な脱硫及び再生を達成するプロセスを規定することにより、使い捨てのガード床を使用する固定床吸着剤系脱硫プロセスの交換費用を大幅に削減することである。
[0030] 本開示の更に別の目的は、この連続脱硫プロセスにおいて、ＣＯＳ、ＣＳ２、４つ以下の炭素原子を有するチオール及び二硫化物（加水分解なし）並びにＨ２Ｓの効果的な直接除去を達成することである。
[0031] 本開示の別の目的は、所望のプロセス条件下でのガス混合物の脱硫に適した吸着剤材料の一連の物理的及び化学的特性を提供することである。
[0032] 本開示の更に別の目的は、全体的なプロセススキームを簡易化しながら、脱硫費用を大幅に削減することができるこのプロセスの多くのニッチな適用を提供することである。
[0033] 本開示の別の主な目的は、複数の脱硫／再生サイクルにわたって安定した動的硫黄容量を維持するのに最も適した低濃度の酸素を含む再生可能な脱硫吸着剤の再生のための酸化性ガス混合物を提供することである。
[0034] 本開示の更なる目的は、再生プロセスに適したこのような酸化性混合物及び圧力を生成することである。
[0035] 本開示の更に別の目的は、脱硫システムを用いて、簡易であり、費用効果が高く、拡張可能な方法で再生のための酸化性ガスを生成することである。
[0036] 本開示の更に別の目的は、脱硫操作と再生操作との間のパージに適した圧力で窒素系不活性ガス混合物を生成することである。
[0037] 本開示の前述の及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明からより容易に明らかになるであろう。
[0038] 様々な実施形態における本開示は、従来の硫黄ガード床材料と比較して且つ化学的又は物理的溶媒系プロセスと比較して、約５ｐｐｍｖ～約５０００ｐｐｍｖの還元硫黄種を含有するガス混合物から硫黄を除去する費用を低減する連続脱硫プロセスに関する。このプロセスでは、再生可能な金属酸化物系吸着剤を利用した一連の固定床反応器を使用し、ここで、ガス混合物から硫黄を除去するために１つ以上の床が使用され、他の１つ以上の床は、その後の使用のために硫黄除去活動に戻るために再生されているか又は待っている。このハードウェアと組み合わされるのは、脱硫ガス混合物が連続的に生成される、これらの異なる反応器間でガスを導く複数のバルブの切り替えを可能にする機能的プロセススキームである。このプロセススキームで特に重要なのは、再生プロセスのシーケンスであり、これにより、副反応を最小限に抑えながら、再生反応速度、発熱反応による温度上昇及び一時的なプロセスの性質を効果的に管理して、金属硫化物成分を活性金属酸化物成分に効果的に変換することができ、プロセス全体を多数の脱硫及び再生サイクルにわたり機能させるタイミングを支持する時間枠でこれを完了する。
[0039] 本明細書の一実施形態によれば、一連の固定床反応器は、吸着剤再生の効率を最適化して、実質的に安定した動的硫黄容量で少なくとも１００の再生を達成する機能的プロセススキームと効果的に統合される。
[0040] 本明細書の一実施形態によれば、効果的な吸着剤再生のための一連の最適化された操作パラメータは、金属硫化物の活性金属酸化物への変換を最適化し、吸着剤の不活性化をもたらす副反応を最小化する再生を可能にし、流量、再生ガス中の酸素濃度及び熱管理戦略に対して提供される。
[0041] 本明細書の一実施形態によれば、使い捨て吸着剤を使用する固定床吸着剤系脱硫プロセスの交換費用は、少なくとも１００サイクルの効果的な脱硫及び再生を達成するプロセススキームによって大幅に削減される。
[0042] 本明細書の一実施形態によれば、この連続脱硫プロセスにおいて、加水分解反応器を必要とせずに、ＣＯＳ及びＣＳ２、４つ以下の炭素原子を有するチオール及び二硫化物の除去並びにＨ２Ｓの同時除去を達成する。
[0043] 様々な実施形態における本開示は、空気圧縮機及び高分子膜システムを利用して、１体積％～１５体積％の範囲の酸素濃度を有する、空気から再生可能な脱硫吸着剤を再生するための酸化性ガス混合物を生成するためのプロセス及びプロセスシステムに関する。
[0044] 本明細書の一実施形態によれば、プロセス及びプロセスシステムは、空気から高圧で低酸素濃度を含む酸化性ガス混合物を生成するために提供される。
[0045] 本明細書の一実施形態によれば、反応によって低酸素再生ガスに残っている残りの酸素を消費することを伴う、脱硫工程と再生工程との間のパージに必要な圧力で窒素系不活性混合物を生成するためのプロセス及びプロセスシステムが提供される。
[0046] 一態様では、本開示は、約５～約５０００ｐｐｍｖの範囲の濃度で還元硫黄種を含有するガス流を脱硫するための連続操作脱硫システムに関し、ここで、還元硫黄種は、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、二硫化炭素（ＣＳ２）、４つ以下の炭素原子を有するチオール、４つ以下の炭素原子を有する二硫化物又は上述の還元硫黄種の２つ以上の混合物であり、前記システムは、前記還元硫黄種に対して選択的な脱硫吸着剤の少なくとも２つの一次吸着剤床であって、互いに関連して構築及び配置され、それにより、操作中の前記吸着剤床のそれぞれは、（ｉ）前記ガス流を吸着剤床における吸着剤と接触させて、硫黄還元ガス流を生成することを含む操業中の脱硫操作、及び（ｉｉ）（ａ）吸着剤床における吸着剤を酸素含有再生ガスと接触させて、吸着された硫黄種を除去して二酸化硫黄含有再生ガスを生成することと、任意選択で、（ｂ）吸着剤床における吸着剤を加熱すること、及び（ｃ）吸着剤床をパージすることの一方又は両方とを含む非操業中の再生操作の周期的な交互及び繰り返しのシーケンスを受ける、少なくとも２つの一次吸着剤床と、二酸化硫黄含有再生ガスを処理して、それから二酸化硫黄を除去し、且つ二酸化硫黄枯渇再生ベントガスを生成するように構築及び配置された二酸化硫黄変換ユニットと、選択的に、（１）ガス受容関係にある脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの吸着剤床のうちの操業中の１つを、還元硫黄種を含有するガス流の供給源と接続し、（２）ガス受容関係にある脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの吸着剤床のうちの非操業中の１つを酸素含有再生ガスの供給源と接続し、（３）二酸化硫黄含有再生ガスを、脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの吸着剤床のうちの非操業中の１つから前記二酸化硫黄変換ユニットに流し、且つ二酸化硫黄枯渇再生ベントガスを前記二酸化硫黄変換ユニットから排出するように構築及び配置されたバルブ付きフロー回路と、脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの吸着剤床のそれぞれが、システムの連続操作において、（ｉ）操業中の脱硫操作、及び（ｉｉ）非操業中の再生操作の前記シーケンスを周期的に、交互に且つ繰り返し受けるように、（Ａ）監視されるシステム操作状態、及び（Ｂ）サイクル時間プログラムの少なくとも１つに応答して、バルブ付きフロー回路のバルブを操作するように構築及び配置されたコントローラとを含む。このようなシステムは、還元硫黄種に対して選択的な脱硫吸着剤の少なくとも１つの使い捨てガード床であって、少なくとも２つの一次吸着剤床のうちの操業中の１つからの硫黄還元ガス流をガード床脱硫吸着剤と接触させて、硫黄枯渇ガス流を生成するように構築及び配置された少なくとも１つの使い捨てガード床を任意選択で更に含み得る。
[0047] 別の態様では、本開示は、約５～約５０００ｐｐｍｖの範囲の濃度で還元硫黄種を含有するガス流を脱硫するための連続操作脱硫プロセスに関し、ここで、前記還元硫黄種は、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、二硫化炭素（ＣＳ２）、４つ以下の炭素原子を有するチオール、４つ以下の炭素原子を有する二硫化物又は上述の還元硫黄種の２つ以上の混合物であり、このプロセスは、前記還元硫黄種に対して選択的な脱硫吸着剤の少なくとも２つの一次吸着剤床であって、互いに関連して構築及び配置され、それにより、操作中の前記吸着剤床のそれぞれは、（ｉ）前記ガス流を吸着剤床における吸着剤と接触させて、硫黄還元ガス流を生成することを含む操業中の脱硫操作、及び（ｉｉ）（ａ）吸着剤床における吸着剤を酸素含有再生ガスと接触させて、吸着された硫黄種を除去して二酸化硫黄含有再生ガスを生成することと、任意選択で、（ｂ）吸着剤床における吸着剤を加熱すること、及び（ｃ）吸着剤床をパージすることの一方又は両方とを含む非操業中の再生操作の周期的な交互及び繰り返しのシーケンスを受ける、少なくとも２つの一次吸着剤床を提供することと、ガス流を、前記少なくとも２つの一次吸着剤床のうちの操業中の１つの吸着剤床における吸着剤と接触させて、硫黄還元ガス流を生成することと、ガス流と前記少なくとも２つの一次吸着剤床のうちの操業中の１つの吸着剤床における吸着剤との前記接触中、前記少なくとも２つの一次吸着剤床のうちの非操業中の１つを、非操業中の吸着剤床における吸着剤を酸素含有再生ガスと接触させることによって再生させて、二酸化硫黄含有再生ガスを生成し、且つ任意選択で、前記再生において非操業中の吸着剤床の加熱及びパージの少なくとも１つを実行することと、二酸化硫黄含有再生ガスを処理して、それから二酸化硫黄を除去し、且つ二酸化硫黄枯渇再生ベントガスを生成することと、脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの吸着剤床のそれぞれが、プロセスの連続操作において、（ｉ）操業中の脱硫操作、及び（ｉｉ）非操業中の再生操作の前記シーケンスを周期的に、交互に且つ繰り返し受けるように、（Ａ）監視されるシステム操作状態、及び（Ｂ）サイクル時間プログラムの少なくとも１つに応答してプロセスを制御することとを含む。このようなプロセスは、硫黄枯渇ガス流を生成するために、少なくとも２つの一次吸着剤床のうちの操業中の１つからの硫黄還元ガス流を少なくとも１つのガード床における脱硫吸着剤と接触させることを更に含み得る。
[0048] 本開示の更なる態様は、約５～約５０００ｐｐｍｖの範囲の濃度で還元硫黄種を含有するガス流を脱硫するための連続操作脱硫プロセスに関し、ここで、前記還元硫黄種は、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、二硫化炭素（ＣＳ２）、４つ以下の炭素原子を有するチオール、４つ以下の炭素原子を有する二硫化物又は上述の還元硫黄種の２つ以上の混合物であり、このようなプロセスは、本明細書で上記の連続操作脱硫システムの操作を含む。
[0049] 本開示のこれらの及び他の態様、特徴及び実施形態は、以下の説明及び添付の図面と併せて検討すると、よりよく認識及び理解されるであろう。しかしながら、以下の説明は、それらの好ましい実施形態及び多数の特定の詳細を示すが、例示として与えられ、限定ではなく、変更形態及び修正形態は、本開示の範囲内において、その趣旨から逸脱することなくなされ得、本明細書に開示される実施形態は、このような全ての修正形態を含むことを意図されていることが理解される。
[0050] 本開示の目的、特徴及び利点は、好ましい実施形態及び添付の図面の以下の説明から当業者により詳細に明らかになるであろう。
[0051]本開示の一実施形態による脱硫システムを示すプロセスの流れ図である。 [0052]本開示の一実施形態による、低酸素濃度の再生ガスを生成するためのプロセスの流れ図である。 [0053]本開示の一実施形態による、らせん巻き膜モジュールの製造を示す概略図である。 [0054]本開示の一実施形態による、窒素系不活性物質を生成するプロセスのプロセス流れ図である。
[0055] 本開示は、硫化水素、硫化カルボニル、二硫化炭素及び／又は４つ以下の炭素原子を有するチオール及び二硫化物を、それらを含むガス混合物から除去するためのプロセス及び装置並びに再生可能な吸着剤の再生のためのプロセス及び装置に関する。
[0056] 本開示は、その特徴、態様及び実施形態に関して本明細書に様々に記載されているように、特定の実施形態では、本開示の様々な更なる実装形態を構成するために集約される、このような特徴、態様及び実施形態のいくつか又は全て並びにそれらの要素及び構成要素を含むか、それらからなるか又は本質的にそれらからなるものとして構成され得る。本開示は、本明細書において、様々な実施形態において、本開示の様々な特徴及び態様を参照して示される。本開示は、本発明の範囲内にあるものとして、様々な順列及び組み合わせにおけるこのような特徴、態様及び実施形態を企図している。従って、本開示は、これらの特定の特徴、態様及び実施形態のこのような組み合わせ及び順列のいずれか又はそれらの選択された１つ以上を含むか、それらからなるか又は本質的にそれらからなるものとして指定され得る。
[0057] ある範囲の数値が与えられたとき、文脈から別に示されている場合を除き、その範囲の上限と下限の間のそれぞれのその間の値も、下限値の１０分の１まで特定して開示されているものと理解されるべきである。記載された範囲内にあるいずれかの記載された値又はその間の値の間にあるより小さいそれぞれの範囲及びその記載された範囲内のいずれかの他の記載された値又はその間の値は、本開示に含まれる。これらのより小さい範囲の上限と下限とは、その範囲に独立して含まれても又は含まれなくてもよく、限度値のいずれかがこのより小さい範囲に含まれるか、いずれもこのより小さい範囲に含まれないか、又は両方がこのより小さい範囲に含まれるそれぞれの範囲も本開示に含まれるが、記載された範囲内で特に除かれる場合には別である。この記載された範囲が限度値の一方又は両方を含む場合、これらの含められた限度値のいずれか又は両方を除く範囲も本開示に含められる。
[0058] 本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「１つの」、「及び」及び「その」は、文脈から明確に異なる場合を除き、複数を含む。
[0059] 本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、特定の数値に関する「約」という用語は、このような特定の数値から±１０％に含まれる変動を指す。
[0060] 本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、「４つ以下の炭素原子を有するチオール及び二硫化物」は、１、２、３、４つの炭素原子を有するか又は炭素原子を有さないチオール及び１、２、３、４つの炭素原子を有するか又は炭素原子を有さない二硫化物をそれぞれ指す。このようなチオールは、例として、メタンチオール（ＣＨ３ＳＨ）、エタンチオール（Ｃ２Ｈ５ＳＨ）、プロパンチオール（Ｃ３Ｈ７ＳＨ）及びブタンチオール（Ｃ４Ｈ９ＳＨ）などのＣ１～Ｃ４アルキルチオール並びに他のＣ１～Ｃ４有機チオールを含み得る。このような二硫化物は、例えば、Ｃ１～Ｃ４二硫化物、例えば二硫化炭素（ＣＳ２）及び式Ｒ－Ｓ－Ｓ－Ｒ’の二硫化物化合物を含み得、ここで、Ｒ及びＲ’は、一緒に、（Ｒ＋Ｒ’）が１～４の炭素原子を含む有機部位である。式Ｒ－Ｓ－Ｓ－Ｒ’のこれらの二硫化物は、例えば、二硫化ジメチル（ＣＨ３ＳＳＣＨ３）及び二硫化ジエチル（Ｃ２Ｈ５ＳＳＣ２Ｈ５）を含み得る。
[0061] 本明細書の全ての化学式において、ある範囲の炭素数は、連続する代替の炭素含有部位のシーケンスを指定すると見なされ、特定の範囲の炭素数の終点値の中間の数の炭素原子を含む全ての部位及び特定の範囲の終点値に等しい数の炭素原子を含む部位を含み、例えば、Ｃ１～Ｃ４は、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４を含み、このようなより広い範囲のそれぞれは、その部分範囲として、このような範囲内の炭素数への参照により更に限定的に指定され得る。従って、例えば、範囲Ｃ１～Ｃ４は、より広い範囲の範囲内のＣ１～Ｃ３、Ｃ２～Ｃ４、Ｃ１～Ｃ２及びＣ３～Ｃ４などの部分範囲を包み、且つこの部分範囲の指定によって更に限定することができる。
[0062] 従って、例えば、Ｃ１～Ｃ４における炭素数の範囲の識別は、このような範囲内の構成炭素数部位のそれぞれを含むことを意図し、その結果、その記載された範囲内のそれぞれのその間の炭素数及び他の記載される又はその間の炭素数の値が包含され、特定の炭素数の範囲内の炭素数の部分範囲は、本開示の範囲内において、より小さい炭素数の範囲に独立して含まれ得ることと、具体的に１つ以上の炭素数を除外する炭素数の範囲が本開示に含まれ、特定の範囲の炭素数の限度値のいずれか又は両方を除外する部分範囲も本開示に含まれることとが更に理解される。従って、Ｃ１～Ｃ４アルキルは、メチル、エチル、プロピル及びブチルを含むことを意図し、このようなタイプの直鎖及び分岐基を含む。
[0063] 同じ構造及び選択の柔軟性は、指定された範囲、数値の制約（例えば、不等、制約より大きい、制約より小さい）並びに本開示の広い範囲内の吸着剤及び他の化学物質に適用可能な特定の形態、状態及び組成を決定する他の変数に関して、原子、官能基、イオン又は部位の数を指定する化学量論係数及び数値に適用できる。
[0064] 本明細書で言及される「有機部位」は、任意の適切なタイプのものであり得、例えばアルキル、アリール、シクロアルキル又は他の有機部位を含み得る。
[0065] 本明細書で使用される場合、「Ｃ１～Ｃ４アルキル」という用語は、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ｓ－ブチル及びｔ－ブチルを含む。
[0066] 本明細書で使用される場合、材料の成分、例えばガス混合物中のガス種に関する「ｐｐｍｖ」という用語は、材料の体積に基づく体積百万分率を指す。同様に、本明細書で使用される場合、材料の成分、例えばガス混合物中のガス種に関する「ｐｐｂｖ」という用語は、材料の体積に基づく体積１０億分率を指す。
[0067] 別段の定義がない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、本開示の分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。
[0068] 本明細書の様々な実施形態は、約５ｐｐｍｖ～約５０００ｐｐｍｖの硫黄を含むガス混合物において、従来の硫黄ガード床材料と比較して且つ化学的又は物理的溶媒プロセスと比較して、硫黄除去の費用を低減する連続脱硫プロセスを説明する。
[0069] 一態様では、本開示は、約５～約５０００ｐｐｍｖの範囲の濃度で還元硫黄種を含有するガス流を脱硫するための連続操作脱硫システムに関し、ここで、前記還元硫黄種は、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、二硫化炭素（ＣＳ２）、４つ以下の炭素原子を有するチオール、４つ以下の炭素原子を有する二硫化物又は上述の還元硫黄種の２つ以上の混合物であり、前記システムは、前記還元硫黄種に対して選択的な脱硫吸着剤の少なくとも２つの一次吸着剤床であって、互いに関連して構築及び配置され、それにより、操作中の前記吸着剤床のそれぞれは、（ｉ）前記ガス流を吸着剤床における吸着剤と接触させて、硫黄還元ガス流を生成することを含む操業中の脱硫操作、及び（ｉｉ）（ａ）吸着剤床における吸着剤を酸素含有再生ガスと接触させて、吸着された硫黄種を除去して二酸化硫黄含有再生ガスを生成することと、任意選択で、（ｂ）吸着剤床における吸着剤を加熱すること、及び（ｃ）吸着剤床をパージすることの一方又は両方とを含む非操業中の再生操作の周期的な交互及び繰り返しのシーケンスを受ける、少なくとも２つの一次吸着剤床と、二酸化硫黄含有再生ガスを処理して、それから二酸化硫黄を除去し、且つ二酸化硫黄枯渇再生ベントガスを生成するように構築及び配置された二酸化硫黄変換ユニットと、選択的に、（１）ガス受容関係にある脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの吸着剤床のうちの操業中の１つを、還元硫黄種を含有するガス流の供給源と接続し、（２）ガス受容関係にある脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの吸着剤床のうちの非操業中の１つを酸素含有再生ガスの供給源と接続し、（３）二酸化硫黄含有再生ガスを、脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの吸着剤床のうちの非操業中の１つから前記二酸化硫黄変換ユニットに流し、且つ二酸化硫黄枯渇再生ベントガスを前記二酸化硫黄変換ユニットから排出するように構築及び配置されたバルブ付きフロー回路と、脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの吸着剤床のそれぞれが、システムの連続操作において、（ｉ）操業中の脱硫操作、及び（ｉｉ）非操業中の再生操作の前記シーケンスを周期的に、交互に且つ繰り返し受けるように、（Ａ）監視されるシステム操作状態、及び（Ｂ）サイクル時間プログラムの少なくとも１つに応答して、バルブ付きフロー回路のバルブを操作するように構築及び配置されたコントローラとを含む。
[0070] このような連続操作脱硫システムは、以下の交換可能な態様、特徴及び実施形態の任意の１つ以上を包含するように様々に構成、配置及び操作され得る。
[0071] 脱硫吸着剤の少なくとも２つの一次吸着剤床は、前記一次吸着剤床における吸着剤として遷移金属酸化物脱硫吸着剤を含有する。
[0072] 脱硫吸着剤の少なくとも２つの一次吸着剤床は、前記一次吸着剤床における吸着剤として金属酸化物脱硫吸着剤を含有し、金属酸化物脱硫吸着剤の金属は、亜鉛、ニッケル、マンガン、銅、鉄、スズ、コバルト、バナジウム及びクロムの１つ又は２つ以上を含む。
[0073] 脱硫吸着剤の少なくとも２つの一次吸着剤床は、前記一次吸着剤床における吸着剤として、０．２～０．６ｃｃ／ｇの細孔体積、１０～１００ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積及び５～１５ｌｂｓ／ｍｍの粉砕強度を有する金属酸化物脱硫吸着剤を含有する。
[0074] 脱硫吸着剤の少なくとも２つの一次吸着剤床は、前記一次吸着剤床における吸着剤として金属酸化物脱硫吸着剤を含み、前記金属酸化物脱硫吸着剤は、前記還元硫黄種と反応して、再生可能な金属硫化物を形成する。
[0075] 脱硫吸着剤の少なくとも２つの一次吸着剤床は、前記一次吸着剤床における吸着剤として金属酸化物脱硫吸着剤を含有し、及び前記一次吸着剤床における前記金属酸化物脱硫吸着剤は、少なくとも１００の再生サイクルにわたり、実質的に安定した動的硫黄容量を維持する。
[0076] 前記一次吸着材床における前記吸着剤は、酸化亜鉛を含む。
[0077] 酸素含有再生ガスの前記供給源は、酸素含有再生ガスの体積に基づいて１体積％～１５体積％の酸素を含有する酸素含有再生ガスを含む。
[0078] 二酸化硫黄変換ユニットは、前記二酸化硫黄含有再生ガス中の二酸化硫黄を硫酸、亜硫酸／硫酸ナトリウム、亜硫酸／硫酸カルシウム、亜硫酸／硫酸マグネシウム、亜硫酸／硫酸アンモニウム及び元素硫黄の１つ以上に変換する。
[0079] 二酸化硫黄変換ユニットは、前記二酸化硫黄含有再生ガス中の二酸化硫黄を、アルカリ及びアルカリ土類酸化物、水酸化物、炭酸塩並びに重炭酸塩から選択される１つ以上の反応物と反応させる煙道ガス処理ユニットを含む。
[0080] 前記１つ以上の反応物は、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム及び酸化マグネシウムから選択される。
[0081] コントローラは、少なくとも１つの監視されるシステム操作状態に応答して、バルブ付きフロー回路のバルブを操作するように構築及び配置される。
[0082] 少なくとも１つの監視されるシステム操作状態は、温度、圧力、流量又は組成を含む。
[0083] コントローラは、少なくとも１つの監視されるシステム操作状態のセンサーと操作可能に連結される。
[0084] コントローラは、センサーとワイヤレスで操作可能に連結される。
[0085] コントローラは、信号伝送ラインによってセンサーと操作可能に連結される。
[0086] コントローラは、サイクル時間プログラムに応答して、バルブ付きフロー回路のバルブを操作するように構築及び配置される。
[0087] コントローラは、制御しているときの（ａ）監視されるシステム操作状態、及び（ｂ）サイクル時間プログラムの１つのコントローラの決定に応答して、バルブ付きフロー回路のバルブを操作するように構築及び配置される。
[0088] コントローラは、システムを所定の温度で操作するために、１つ以上のヒーター及び熱監視機器と操作可能に連結される。
[0089] コントローラは、３１５℃（６００°Ｆ）～５９３℃（１１００°Ｆ）の範囲の温度でシステムを操作するために、１つ以上のヒーター及び熱監視機器と操作可能に連結される。
[0090] 還元硫黄種に対して選択的な脱硫吸着剤の少なくとも１つのガード床であって、硫黄還元ガス流をガード床脱硫吸着剤と接触させて、硫黄枯渇ガス流を生成するように構築及び配置された少なくとも１つのガード床を更に含む。
[0091] ガード床脱硫吸着剤は、酸化亜鉛及びアルミナの少なくとも１つを含む。
[0092] 前記一次吸着剤床における吸着剤は、金属酸化物及び／又は金属塩の１つ以上を含み、その金属は、亜鉛、マンガン、銅、鉄及びクロムの１つ以上を含む。
[0093] 前記金属塩は、金属酢酸塩、金属ギ酸塩、金属炭酸塩及び金属硝酸塩の１つ以上を含む。
[0094] 圧縮された空気流を生成するために大気から空気を引き込むように構築及び配置された圧縮機と、圧縮された空気流を圧縮機から受け取って、非操業中の再生操作のための前記酸素含有再生ガスとして酸素還元再生ガスを生成するように構築及び配置された酸素選択性膜モジュールとを更に含む。
[0095] 圧縮された空気流を生成するために大気から空気を引き込むように構築及び配置された圧縮機と、圧縮された空気流を圧縮機から受け取って、酸素還元ガス流を生成するように構築及び配置された酸素選択性膜モジュールと、燃料源から燃料を受け取り、且つ酸素選択性膜モジュールによって生成された酸素還元ガス流を受け取って、非操業中の再生操作において非操業中の吸着剤床のパージに使用するための酸素枯渇窒素系不活性ガスを生成するように構築及び配置された酸素反応器とを更に含む。
[0096] 酸素反応器は、０．１ｐｐｍｖ未満の酸素濃度を有する前記酸素枯渇窒素系不活性ガスを生成するように構築及び配置される。
[0097] システムは、１０００ｐｐｂｖ未満の濃度で還元硫黄種を含有する前記硫黄枯渇ガス流を生成するように構築及び配置される。
[0098] 別の態様では、本開示は、約５～約５０００ｐｐｍｖの範囲の濃度で還元硫黄種を含有するガス流を脱硫するための連続操作脱硫プロセスに関し、ここで、前記還元硫黄種は、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、二硫化炭素（ＣＳ２）、４つ以下の炭素原子を有するチオール、４つ以下の炭素原子を有する二硫化物又は上述の還元硫黄種の２つ以上の混合物であり、前記プロセスは、前記還元硫黄種に対して選択的な脱硫吸着剤の少なくとも２つの一次吸着剤床であって、互いに関連して構築及び配置され、それにより、操作中の前記吸着剤床のそれぞれは、（ｉ）前記ガス流を吸着剤床における吸着剤と接触させて、硫黄還元ガス流を生成することを含む操業中の脱硫操作、及び（ｉｉ）（ａ）吸着剤床における吸着剤を酸素含有再生ガスと接触させて、吸着された硫黄種を除去して二酸化硫黄含有再生ガスを生成することと、任意選択で、（ｂ）吸着剤床における吸着剤を加熱すること、及び（ｃ）吸着剤床をパージすることの一方又は両方とを含む非操業中の再生操作の周期的な交互及び繰り返しのシーケンスを受ける、少なくとも２つの一次吸着剤床を提供することと、ガス流を、前記少なくとも２つの一次吸着剤床のうちの操業中の１つの吸着剤床における吸着剤と接触させて、硫黄還元ガス流を生成することと、ガス流と前記少なくとも２つの一次吸着剤床のうちの操業中の１つの吸着剤床における吸着剤との前記接触中、前記少なくとも２つの一次吸着剤床のうちの非操業中の１つを、非操業中の吸着剤床における吸着剤を酸素含有再生ガスと接触させることによって再生させて、二酸化硫黄含有再生ガスを生成し、且つ任意選択で、前記再生において非操業中の吸着剤床の加熱及びパージの少なくとも１つを実行することと、二酸化硫黄含有再生ガスを処理して、それから二酸化硫黄を除去し、且つ二酸化硫黄枯渇再生ベントガスを生成することと、脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの吸着剤床のそれぞれが、プロセスの連続操作において、（ｉ）操業中の脱硫操作、及び（ｉｉ）非操業中の再生操作の前記シーケンスを周期的に、交互に且つ繰り返し受けるように、（Ａ）監視されるシステム操作状態、及び（Ｂ）サイクル時間プログラムの少なくとも１つに応答してプロセスを制御することとを含む。
[0099] このようなプロセスは、以下の交換可能な態様、特徴及び実施形態のいずれか１つ以上を包含するように様々に構成、配置及び実行することができる。
[00100] 脱硫吸着剤の少なくとも２つの一次吸着剤床は、前記一次吸着剤床における吸着剤として遷移金属酸化物脱硫吸着剤を含有する。
[00101] 脱硫吸着剤の少なくとも２つの一次吸着剤床は、前記一次吸着剤床における吸着剤として金属酸化物脱硫吸着剤を含有し、金属酸化物脱硫吸着剤の金属は、亜鉛、ニッケル、マンガン、銅、鉄、スズ、コバルト、バナジウム及びクロムの１つ又は２つ以上を含む。
[00102] 脱硫吸着剤の少なくとも２つの一次吸着剤床は、前記一次吸着剤床における吸着剤として、０．２～０．６ｃｃ／ｇの細孔体積、１０～１００ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積及び５～１５ｌｂｓ／ｍｍの粉砕強度を有する金属酸化物脱硫吸着剤を含有する。
[00103] 脱硫吸着剤の少なくとも２つの一次吸着剤床は、前記一次吸着剤床における吸着剤として金属酸化物脱硫吸着剤を含有し、前記金属酸化物脱硫吸着剤は、前記還元硫黄種と反応して、再生可能な金属硫化物を形成する。
[00104] 脱硫吸着剤の少なくとも２つの一次吸着剤床は、前記一次吸着剤床における吸着剤として金属酸化物脱硫吸着剤を含有し、及び前記一次吸着剤床の前記金属酸化物脱硫吸着剤は、少なくとも１００の再生サイクルにわたり、実質的に安定した動的硫黄容量を維持する。
[00105] 前記一次吸着剤床の前記吸着剤は、酸化亜鉛を含む。
[00106] 酸素含有再生ガスは、酸素含有再生ガスの体積に基づいて１体積％～１５体積％の酸素を含有する。
[00107] 前記二酸化硫黄含有再生ガス中の二酸化硫黄を硫酸、亜硫酸／硫酸ナトリウム、亜硫酸／硫酸カルシウム、亜硫酸／硫酸マグネシウム、亜硫酸／硫酸アンモニウム及び元素硫黄の１つ以上に変換する。
[00108] 前記二酸化硫黄含有再生ガス中の二酸化硫黄を、アルカリ及びアルカリ土類酸化物、水酸化物、炭酸塩並びに重炭酸塩から選択される１つ以上の反応物と反応させる。
[00109] 前記１つ以上の反応物は、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム及び酸化マグネシウムから選択される。
[00110] 前記制御することは、少なくとも１つの監視されるシステム操作状態に応答して、プロセスを実行するように構築及び配置されたプロセスシステムにおけるバルブ付きフロー回路のバルブを操作することを含む。
[00111] 少なくとも１つの監視されるシステム操作状態は、温度、圧力、流量又は組成を含む。
[00112] 前記制御することは、少なくとも１つのシステム操作状態の監視に応答したものである。
[00113] 前記制御することは、サイクル時間プログラムに応答して、プロセスを実行するように構築及び配置されたプロセスシステムにおけるバルブ付きフロー回路のバルブを操作することを含む。
[00114] 前記制御することは、（ａ）監視されるシステム操作状態、及び（ｂ）サイクル時間プログラムの１つの決定された制御に応答して、プロセスを実行するように構築及び配置されたプロセスシステムにおけるバルブ付きフロー回路のバルブを操作することを含む。
[00115] 前記制御することは、所定の温度でシステムを操作することを含む。
[00116] 前記所定の温度は、３１５℃（６００°Ｆ）～５９３℃（１１００°Ｆ）の範囲である。
[00117] 少なくとも２つの一次吸着剤床のうちの操業中の１つからの硫黄還元ガス流を少なくとも１つのガード床における脱硫吸着剤と接触させて、硫黄枯渇ガス流を生成する。
[00118] ガード床脱硫吸着剤は、酸化亜鉛又はアルミナを含む。
[00119] 前記一次吸着剤床における吸着剤は、金属酸化物及び／又は金属塩の１つ以上を含み、その金属は、亜鉛、マンガン、銅、鉄及びクロムの１つ以上を含む。
[00120] 前記金属塩は、金属酢酸塩、金属ギ酸塩、金属炭酸塩及び金属硝酸塩の１つ以上を含む。
[00121] 大気からの空気を圧縮して、圧縮された空気流を生成し、且つ酸素選択性膜モジュールとの接触により、圧縮された空気流を分離して、非操業中の再生操作のための前記酸素含有再生ガスとして酸素還元再生ガスを生成することを更に含む。
[00122] 大気からの空気を圧縮して、圧縮された空気流を生成し、且つ酸素選択性膜モジュールとの接触により、圧縮された空気流を分離して、酸素還元ガス流を生成することと、燃料を酸素還元ガス流と反応させて、非操業中の再生操作において非操業中の吸着剤床をパージするための酸素枯渇窒素系不活性ガスを生成することとを更に含む。
[00123] 前記反応させることは、０．１ｐｐｍｖ未満の酸素濃度を有する前記酸素枯渇窒素系不活性ガスを生成するように行われる。
[00124] このプロセスは、１０００ｐｐｂｖ未満の濃度で還元硫黄種を含有する前記硫黄枯渇ガス流を生成するように実行される。
[00125] 前記非操業中の吸着剤床における吸着剤を酸素含有再生ガスと接触させることにより、前記少なくとも２つの一次吸着剤床のうちの非操業中の１つを再生することは、標準温度（０℃）及び圧力（１ａｔｍ）（ＳＴＰ）の条件において、２，５００ｈ－１未満のガスの１時間ごとの空間速度で実行される。
[00126] 前記非操業中の吸着剤床における吸着剤を酸素含有再生ガスと接触させることにより、前記少なくとも２つの一次吸着剤床のうちの非操業中の１つを再生することは、標準温度（０℃）及び圧力（１ａｔｍ）（ＳＴＰ）の条件において、５００ｈ－１～１５００ｈ－１の範囲のガスの１時間ごとの空間速度で実行される。
[00127] 本開示の更なる態様は、約５～約５０００ｐｐｍｖの範囲の濃度で還元硫黄種を含有するガス流を脱硫するための連続操作脱硫プロセスに関し、ここで、前記還元硫黄種は、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、二硫化炭素（ＣＳ２）、４つ以下の炭素原子を有するチオール、４つ以下の炭素原子を有する二硫化物又は上述の還元硫黄種の２つ以上の混合物であり、前記プロセスは、本明細書の上記で様々に説明されるような連続操作脱硫システムの操作を含む。
[00128] ここで、図面を参照すると、図１は、本開示の一実施形態による２床脱硫プロセスシステム１０を示すプロセスの流れ図である。図１では、プロセスのフローガス及び再生ガスの流路は、示されるように配置された複数のバルブによって制御される。図１では、バルブの開放状態は、バルブ記号
Figure 2022508572000002
 の塗りつぶされていない輪郭によって示され、バルブの閉鎖状態は、中空でない塗りつぶされたバルブ記号
Figure 2022508572000003
 によって示されている。個々のバルブは、文字「ｖ」及びそれに続く数字で識別される。図１に示されるバルブの状態に基づいて、処理されるプロセスガス混合物は、プロセスガス混合物供給ライン１０１を通してプロセスに入る。それは、開放バルブＶ１を含む分岐供給ライン１０３を通して第１の一次吸着剤床１００までの経路をたどり、そこから、硫黄還元プロセスガスは、バルブＶ６が開放している状態で硫黄還元プロセスガス排出ライン１１３内を流れ、ガード床３００まで流れ、そこから、硫黄枯渇プロセスガスは、きれいなプロセスガス混合物として硫黄枯渇プロセスガス排出ライン１１４において排出される。ガード床は、任意選択のシステム構成要素であり、再生不可能な酸化亜鉛吸着剤、アルミナ吸着剤などの任意の適切なガード床吸着剤を含むことができる。一次吸着剤床の操業中の１つによって生成された硫黄還元ガスから還元硫黄種を更に除去して、下流の処理装置及び操作で処理され得るシステムから硫黄枯渇ガスを生成するために利用される使い捨てガード床には、多くのタイプのガード床吸着剤を使用できることが理解されるであろう。再生ガスは、再生ガス供給ライン１０５においてプロセスシステム１０に入り、開放バルブＶ３を含む再生ガス分岐供給ライン１０６において分岐供給ライン１０２を通して第２の一次吸着剤床２００に流れ、そこから、吸着物含有再生ガスは、ライン１１２において、開放バルブＶ８を含む分岐ラインを経由して、脱着ガス分岐供給ライン１０９、脱着ガス供給ライン１１０及び二酸化硫黄変換ユニット４００に流れ、そこから、システムからの再生ベントガス排出ライン１１１において再生ベントガスが排出される。
[00129] 従って、図１は、連続操作の第１段階における脱硫プロセスシステム１０を示し、ここで、第１の一次吸着剤床は、操業中であり、システムへの流入プロセスガス混合物を能動的に処理して硫黄還元プロセスガスを生成し、次いでこれから、任意選択のガード床３００において硫黄を更に枯渇させ、システムから排出される硫黄枯渇プロセスガスを生成する。第１の一次吸着剤床１００のこのような操業中の操作中、第２の一次吸着剤床２００は、再生され、再生ガスが第２の一次吸着剤床２００を通して流れて、事前に吸着された硫黄の脱着をもたらし、脱着物含有再生ガスを放出し、ここで、硫黄は、二酸化硫黄の形態であり、二酸化硫黄変換ユニット４００においてこのような脱着物含有再生ガスが処理されて二酸化硫黄由来の生成物を生成し、システムから再生ベントガスが排出される。
[00130] 従って、プロセスガスがプロセスシステムを通して流れるとき、プロセスガスは、硫黄を吸着することができる再生可能な吸着剤を含む第１の一次吸着剤床１００に入る。再生可能な吸着剤は、金属酸化物吸着剤であり、ここで、金属は、例えば、亜鉛、ニッケル、マンガン、銅、鉄若しくはスズ又はこのような金属の２つ以上の交換可能な組み合わせ又はこのような金属の１つ以上と他の金属との混合物を含む、任意の適切な１つ以上のタイプ（単一金属又は多金属酸化物）であり得る。第１の一次吸着剤床１００の吸着剤における活性金属酸化物は、金属硫化物ではなく、金属酸化物として存在するため、プロセスガス混合物がこのような固定床を通して流れるとき、プロセスガス混合物中に存在する硫黄を除去する。硫黄は、金属酸化物をＨ２Ｓ、ＣＯＳ、ＣＳ２の硫化物及び４つ未満の炭素原子を有するチオールと二硫化物に変換することで除去される。第１の一次吸着剤床１００を出る処理されたプロセスガスは、未処理のプロセスガスよりも還元硫黄種濃度が低い。第１の一次吸着剤床１００を出た後、プロセスガスは、ガード床３００に流れる。ガード床３００は、固定床であり、酸化亜鉛、酸化鉄又は他の還元硫黄種選択的ガード床吸着剤など、硫黄を除去するための再生不可能な吸着剤を有する。ガード床３００は、プロセスがひっくり返った場合に還元硫黄種の悪影響から下流プロセスを保護し、プロセスガス中に残っている還元硫黄種の硫黄濃度をｐｐｂｖレベル、即ち１０００ｐｐｂｖ未満、好ましくは５００ｐｐｂｖ未満、最も好ましくは１００ｐｐｂｖ未満の濃度に効果的に低減させる。ｐｐｂｖ硫黄濃度では、硫黄種の低減による下流プロセスでの任意の触媒被毒は、商業的に許容できる速度で発生する。
[00131] 酸素を含む再生ガスは、再生ガス供給ライン１０５及び分岐供給ライン１０２を通してプロセスシステムに入り、第２の一次吸着剤床２００に流れる。再生開始時の第２の一次吸着剤床２００における再生可能な吸着剤は、硫化されている。活性硫黄除去成分は、事前の操業中の吸着操作で硫化され、再生せずにプロセスガス混合物からいかなる更なる硫黄も除去することができない。固定された第２の一次吸着剤床２００において、再生ガス中の酸素は、反応ＭｅｘＳｙ＋１．５ｙＯ２＝ＭｅｘＯｙ＋ｙＳＯ２に従って硫化吸着剤と反応する。この反応では、Ｍｅは、適切な金属であり、ｘ及びｙは、化学量論係数である。吸着剤における活性金属酸化物としてＺｎＯの場合、Ｍｅは、Ｚｎになり、ｘ＝１及びｙ＝１になる。再生している第２の一次吸着剤床２００からの流出ガスは、ＳＯ２を含み、このような固定床を出て、活性金属酸化物を有する再生吸着剤を残し、これは、後続の操作サイクルでプロセスガスから硫黄を除去することができる。
[00132] 固定床２００を出た後、ＳＯ２を含む再生ガスは、脱着ガス分岐供給ライン１０９及び脱着ガス供給ライン１１０において二酸化硫黄変換ユニット４００に送られ、この二酸化硫黄変換ユニット４００は、販売又は安全な処分のためにこのＳＯ２を許容可能な生成物形態に効果的に変換する。二酸化硫黄変換ユニット４００は、ＳＯ２を硫酸、亜硫酸／硫酸ナトリウム、亜硫酸／硫酸カルシウム、亜硫酸／硫酸マグネシウム、亜硫酸／硫酸アンモニウム又は元素硫黄などに変換する様々な利用可能な商業技術のいずれかを具現化することができる。代わりに、このＳＯ２含有流は、アルカリ及びアルカリ土類酸化物、水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩又はＳＯ２と急速に反応する他の薬剤のいずれかで主に構成される脱硫剤を使用して煙道ガス処理ユニットにおいて処理することができる。好ましいアルカリ金属は、ナトリウム及びカリウムを含み、好ましいアルカリ土類金属は、カルシウム及びマグネシウムを含む。再生ベントガスとして二酸化硫黄変換ユニット４００を出る処理されたガスは、そのＳＯ２濃度が規制された硫黄放出濃度よりも低いため、合法的に大気に放出され得る硫黄濃度を有する。
[00133] 図１は、閉鎖位置にあるバルブＶ２、Ｖ４、Ｖ５及びＶ７を示す。この閉鎖位置では、バルブＶ２及びＶ７は、酸化性ガスを含む再生している第２の一次吸着剤床２００又はその関連する流路への、還元しているプロセスガス混合物の流れを停止する。バルブＶ４及びＶ５は、酸化している再生ガス混合物が、還元している固定床１００及びプロセスガス混合物を含むその関連する流路に入ることを停止する。
[00134] 第１の一次吸着剤床１００の吸着剤が時間と共に硫黄で飽和するにつれて、硫黄の流出濃度は、硫黄還元プロセスガス排出ライン１１３において上昇するであろう。ライン１１３の硫黄濃度が所定の又は設定点の硫黄濃度レベルに達すると、図１に示されるバルブの位置が逆になる。開放バルブを閉鎖バルブに又はその逆に切り替えるバルブ位置を逆にすることにより、固定床１００及び２００に流入する流れが切り替えられる。次いで、再生ガスは、再生ガス供給ライン１０５から再生ガス分岐供給ライン１０７に流れ、バルブＶ４が開放状態に切り替えられて、第１の一次吸着剤床１００に入り、得られた脱着物含有再生ガスは、脱着ガス分岐供給ライン１０８、及び脱着ガス分岐供給ライン１０９、及び脱着ガス供給ライン１１０に流れ、二酸化硫黄変換ユニット４００に流れ、このような操作中バルブＶ５は、開放している。同時に、プロセスガス混合物は、バルブＶ２が開放している状態で分岐供給ライン１０２を通して第２の一次吸着剤床２００に流れ、硫黄還元プロセスガスは、硫黄還元プロセスガス排出ライン１１２において床２００から排出され、バルブＶ７が開放しているため、硫黄還元プロセスガスがライン１１２においてガード床３００に流れ、還元硫黄種の濃度がｐｐｂｖレベルである硫黄枯渇プロセスガスは、硫黄枯渇プロセスガス排出ライン１１４においてシステムから排出される。
[00135] 本明細書の一実施形態によれば、このハードウェアと組み合わされるのは、バルブの切り替えを可能にする機能的プロセススキームであり、これらの異なる反応器間でガスを導き、脱硫プロセスガスの連続生成をもたらす。特に重要なのは、再生プロセスシーケンスであり、なぜなら、これにより、再生反応速度、発熱反応による温度上昇及び過渡的なプロセスの性質を効果的に管理して、いかなる副反応も最小限に抑え、これを、プロセス全体が多数の脱硫及び再生サイクルにわたって機能するタイミングを支える時間枠で完了させながら、金属硫化物成分を活性金属酸化物成分に効果的に変換することができるからである。
[00136] 従って、図１は、（Ａ）監視されるシステム操作状態、及び（Ｂ）サイクル時間プログラムの少なくとも１つに応答して、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７及びＶ８を含むバルブ付きフロー回路及びバルブ付きフロー回路のバルブを操作するように構築及び配置されたコントローラ４５０を概略的且つ例示的に示し、脱硫吸着剤の吸着剤床のそれぞれは、システムの連続操作において、（ｉ）操業中の脱硫操作、及び（ｉｉ）非操業中の再生操作のシーケンスを周期的に、交互に且つ繰り返し受け、ここで、非操業中の再生操作は、（ａ）吸着剤床における吸着剤を酸素含有再生ガスと接触させて、吸着された硫黄種を除去して二酸化硫黄含有再生ガスを生成することと、任意選択で、（ｂ）吸着剤床における吸着剤を加熱すること、及び（ｃ）吸着剤床をパージすることの一方又は両方とを含む。このような目的のために、コントローラ４５０は、コントローラに応答するワイヤレスバルブアクチュエータにより、又は代わりにコントローラをこのようなバルブのバルブアクチュエータと相互接続する信号伝送ライン（図１に示さず）により、又は任意の他の適切な方法若しくは配置でバルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７及びＶ８との関係を制御するように結合され得る。コントローラ４５０は、１つ以上のマイクロプロセッサ、プログラムされた又はプログラム可能な論理デバイス、１つ以上のプログラムされた又はプログラム可能なコンピュータ又はバルブを選択的に操作して、図１に例示的に示されるシステムの連続プロセスを実行する任意の他のアセンブリ若しくはデバイスを含み得る。バルブは、任意の適切なタイプのものであり得、例えば空気圧バルブ、電磁バルブ又は他の自動バルブを含み得る。
[00137] また、コントローラ４５０は、プロセスシステムにおける１つ以上のプロセス状態を検出するセンサー又は監視装置を組み込むか又はそれらと結合することができ、これに対して、コントローラは、適切なバルブを応答して作動させて、システムにおける連続的な脱硫及び再生操作をそれぞれの床において実施する。このようなセンサー又は監視装置は、例えば、温度を検知する熱監視機器、濃度を監視する化学的及び組成センサー、システム圧力レベルを監視する圧力センサー、システムにおけるガスの動的若しくは累積的な流れを監視する流量監視装置若しくはトータライザー装置又は任意の他のセンサー、検出器、モニター、アナライザーなどを含み得、これらは、システム状態変数をコントローラに伝達して、システムにおけるバルブ及び他の構成要素の応答性の操作を実現する。
[00138] 従って、コントローラは、吸着剤床操作を操業中の脱硫操作から非操業中の再生操作に切り替えることと、（１）硫化物含有吸着剤の再生ガス接触及び任意選択で検知又は監視されるプロセスシステム状態に応答して、（２）非操業中の吸着剤床を加熱すること、及び（３）非操業中の吸着剤床をパージすることの一方又は両方との再生工程の順序付けを行うように構築及び配置され得る。代わりに又は更に、コントローラは、コントローラに組み込まれるか又はコントローラに通信されるサイクルタイマープログラムに応答して、再生工程の切り替え及び順序付けを行うように構築及び配置され得る。検知又は監視されるプロセスシステム状態への応答及びサイクルタイマープログラムへの応答の両方によって再生工程の切り替え及び順序付けを行うようにコントローラが構築及び配置される場合、コントローラは、このような切り替え及び順序付けのいずれかを決定するようにプログラム的に配置され得る － 変調モダリティが優先され、切り替え及び再生順序付け工程の性能を管理する。
[00139] 再生順序付け工程では、脱硫及び再生操作のサイクル時間に対応するために更なる待機工程を提供及び使用することができ、その結果、例えば再生操作が操業中の吸着剤床での脱硫操作よりも迅速に終了する場合、再生された吸着剤床は、再生された吸着剤床が操業中に置かれるときの切り替えまで待機状態に維持される。
[00140] 従って、それぞれのサイクル時間は、可変プロセスシステムの構成要素、配置及び操作に関連して変動することができ、その結果、コントローラは、システムにおける少なくとも２つの吸着剤床の少なくとも１つの操業中の脱硫操作の連続性を維持することが理解されるであろう。このような点において、プロセスシステムは、任意の適切な数の吸着剤床を展開し得ることも理解されるであろう。吸着剤床は、任意の適切な構造の吸着器容器に配置することができ、ここで、吸着材料の吸着剤床は、それを通る様々なプロセスガス流（脱硫流及び再生流を含む）の流れにおいて固定して配置される。
[00141] 本明細書の一実施形態によれば、脱硫プロセスは、３１５℃（６００°Ｆ）～５９３℃（１１００°Ｆ）の範囲の温度で操作され、図１に示されるコントローラ４５０などのコントローラは、１つ以上のヒーター及び熱監視機器と操作可能に連結されて、プロセスシステムにおいて、例えば操業中及び再生操作中の一次吸着剤床においてこのような温度を確立及び維持することができる。
[00142] 本明細書の一実施形態によれば、プロセスガス混合物の連続脱硫の重要な要件は、脱硫固定床における吸着剤が飽和し、活性金属酸化物が実質的に金属硫化物に変換されたことを示すとき、脱硫を開始するために切り替えられることを待っている新たに再生された固定床が存在することである。２床システムの場合、これには、上記で詳述される再生モードで必要な全ての工程において、必要な合計時間が、脱硫サイクルにおいて必要な時間よりも短いか又は最大で一致している必要がある。全ての再生工程の合計時間が脱硫の時間を超える場合、更なる固定床が追加され得、十分な床が追加されるまで合計再生プロセスが複数の床に広がり、その結果、１つの床が全再生プロセスを完了し、脱硫操作に従事している現行の操業中の床が飽和状態になったとき、脱硫の能動的な操業中の操作の切り替え及び再開に利用できる。
[00143] 本明細書の一実施形態によれば、再生は、プロセスガス混合物を、不活性ガス、例えば窒素、蒸気、ＣＯ２又はこれらの２つ以上の混合物を含む不活性ガスで置き換えるためのパージ、再生固定床における吸着剤が不活性ガス流で適切な再生温度に加熱される加熱工程、金属硫化物を金属酸化物及びＳＯ２に変換するための酸素を含む高温再生ガスの導入、再生ガスを、不活性ガス、例えば窒素、蒸気、ＣＯ２又はこれらの２つ以上の混合物を含む不活性ガスで置き換えるための別のパージ流、固定床を適切な脱硫温度まで冷却して下げ戻すこと及び場合により酸化された吸着剤が後続の脱硫操作を開始する前に還元性ガスに曝される還元再生工程を含む。
[00144] 本明細書の一実施形態によれば、固定床を通過するとき、反応の先端で最適な温度を維持するのに十分な反応が起こることを確実にするように再生反応速度を制御することは、少なくとも１００の脱硫－再生サイクルを達成するために吸着剤の効果的な再生にとって重要である。再生反応及びプロセスで生成される熱が再生ガスの注入口流量とその酸素濃度とによって制御されるため、再生反応の発熱性は、プロセスにおける熱を提供する。これらの２つの操作パラメータの組み合わせにより、吸着剤を効果的に再生するための必要な時間も設定される。
[00145] 本明細書の一実施形態によれば、再生の調製における吸着剤の加熱速度は、耐火性ライニングが使用されている場合、熱衝撃又は過度に急速で非均一な熱膨張のため、反応器の吸着剤又は耐火性ライニングを損傷しないように慎重に制御する必要がある。加熱速度は、熱源から再生ガスへの熱伝達の作用である。固定床の熱質量が大きいため、この加熱プロセスは、遅くなる。更に、反応器の吸着剤及び耐火性ライニングの許容可能な加熱速度は、耐火性ライニングが使用されている場合、最大加熱速度を約＜４２℃／ｈ（＜７５°Ｆ／ｈ）に制限する。
[00146] 本明細書の一実施形態によれば、パージ工程の特定の目標は、反応性ガスを不活性ガスで置き換え、結果として生じる混合物が爆発する可能性がある、脱硫からの還元性ガスと、再生に使用される酸化ガスとの混合を防ぐことである。有害な混合のこのような防止は、線形パージ又は動的パージのいずれかで達成することができる。線形パージでは、一定圧力でのガスの安定した流れは、不活性パージガスを使用して反応性ガスをシステムから押し出す。動的パージは、システムの周期的な加圧及び減圧を使用して、不活性ガスを用いてシステムからいかなる反応性ガスも効果的に希釈する。急速な加圧及び減圧が許容できる場合、動的パージをより迅速に行うことができる。動的パージは、固定床容器の届かないところから反応性ガスを除去するのにも効果的である。
[00147] 本明細書の一実施形態によれば、各再生工程の時間を確立するための一般的な手法は、再生から開始することである。再生ガスの流量及び酸素濃度は、許容可能な再生速度を達成し、固定床の最高温度を７７５℃（１４２７°Ｆ）未満に保つように慎重に選択される。これらのパラメータは、再生反応に適した開始温度を特定するのに役立つ。この温度及び炉の加熱速度で、固定床吸着剤を加熱する時間が設定される。最後に、パージ工程が計画される。
[00148] 本明細書の一実施形態によれば、過剰時間は、通常、パージ工程、特に脱硫を再開する前の最後のパージに組み込まれる。このようにして、再生された吸着剤床は、本質的に待機モードにあり、能動的な操業中の床での脱硫が終了することを待つ。更に、遅い加熱速度は、任意の実質的な温度上昇前に還元プロセスガスの大部分のパージを可能にするため、還元プロセスガスの最初のパージを加熱と組み合わせることができる。同様に、吸着剤床の任意の冷却を最終パージに組み込むことができる。
[00149] 本明細書の一実施形態によれば、様々な工程間の切り替えは、プログラム可能な論理コントローラ（ＰＬＣ）又は他のサイクル時間コントローラデバイスを使用する時間によって行うことができる。第２の好ましい選択肢は、排水の出力濃度又は操作パラメータに基づいて切り替えを行うことである。パージの場合、これは、還元性種又は酸化性種の所定の又は設定点の特定の濃度未満の還元である。加熱又は冷却の場合、これは、設定された操作温度を達成する。再生の場合、これは、排出ガス中のＳＯ２及び／又はＯ２の設定濃度に到達する。この手法では、次の工程を開始する前に各工程が完了する。パージ工程に組み込まれた柔軟性により、脱硫プロセスの連続的な性質を中断することなく、プロセスにおいてわずかな変動に対応できる。吸着剤の動的硫黄容量が、全ての再生工程の合計時間が組み込まれたままの特定のシステムの脱硫時間を超えるのに十分に小さくなるとき、吸着剤は、その耐用年数の終わりに効果的に達する。
[00150] 本明細書の一実施形態によれば、再生工程の操作パラメータの特定の範囲は、金属硫化物の金属酸化物に戻る最適な変換を確実にするために提供される。操作パラメータは、再生の開始温度、酸素濃度及び再生ガスの流量を含む。特定のシステムの操作パラメータの選択は、主に、再生中に吸着剤床において到達される最大温度を制限して、吸着剤の焼結及び不活性化を回避し、開始温度に到達するために必要な熱の注入を制限し、再生反応が始まる場合、再生反応を継続するために十分な熱が放出されるように十分に高い開始温度を有し、再生反応速度及び反応熱生成を制御する酸素濃度及び流量を使用し、吸着剤床の温度を維持し、再生における初期の時期尚早の酸素のブレークスルーを抑制し、最後に、吸着剤の不活性化を引き起こす副反応が発生する可能性のある過度の低温又は高温を回避することを目的としている。本明細書の開示に基づいて、当業者は、前述の目標を達成するために、以下の指定された範囲内で再生パラメータを効果的に調整することができるであろう。
[00151] 本明細書の一実施形態によれば、開始温度範囲は、約４２７℃（８００°Ｆ）～約６５０℃（１２００°Ｆ）であり、好ましい範囲は、約４８２℃（９００°Ｆ）～約５３８℃（１０００°Ｆ）である。
[00152] 本明細書の一実施形態によれば、酸素濃度は、約１モル％～約１０モル％、より好ましくは約２モル％～約７モル％の範囲である。
[00153] 本明細書の一実施形態によれば、再生流量は、標準温度（０℃）及び圧力（１気圧）（ＳＴＰ）条件において２，５００ｈ－１未満、より好ましくはこの条件において５００ｈ－１～２５００ｈ－１の範囲のガスの１時間ごとの空間速度を達成する必要がある。ガスの１時間ごとの空間速度は、ＳＴＰ条件でのガス流量を固定床における吸着剤の体積で割ることによって計算される。
[00154] 本明細書の一実施形態によれば、本発明は、既知の物理的及び化学的特性を有する任意の適切な固定床吸着剤を利用することができる。これらの特性は、物理的特性として、ペレットのサイズ及び形状、ペレットの空孔率（細孔体積及び細孔サイズ分布として測定）、表面積、密度及び粉砕強度／耐摩耗性からなる。このような再生可能な固定床吸着剤の望ましい化学的特性は、総硫黄吸収容量、硫黄吸収速度、再生速度、動的硫黄容量及び吸着剤不活性化速度を含む。
[00155] 本明細書の一実施形態によれば、再生可能な固定床吸着剤は、一般に酸化亜鉛に基づき、他の活性金属酸化物、結合剤材料、促進剤などを更に含み得る。この再生可能な吸着剤の一例は、米国特許第５，４９４，８８０号、米国特許第５，８６６，５０３号及び米国特許第５，７０３，００３号に記載されており、これら全ての開示は、参照により本明細書に組み込まれる。金属酸化物吸着剤は、例えば、亜鉛、ニッケル、マンガン、銅、鉄、スズ、コバルト、バナジウム、クロム若しくは他の適切な遷移金属などの任意の適切な金属若しくは金属の組み合わせ又はこれらの金属の２つ以上の組み合わせを含み得る。
[00156] 本明細書の一実施形態によれば、適切な再生可能な吸着剤が必要とする特定の物理的特性は、０．２～０．６ｃｃ／ｇ、より好ましくは０．３～０．５ｃｃ／ｇの細孔体積、１０～１００ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積及び５～１５ｌｂｓ／ｍｍの粉砕強度を含む。
[00157] 本明細書の一実施形態によれば、再生可能な吸着剤の重要な化学的特性は、最初の１００サイクルにわたり、理論硫黄容量の６０～８０％の動的硫黄容量を維持することと、ＣＯＳ、ＣＳ２及び４つ未満の炭素原子を有するチオール及び二硫化物と反応して、Ｈ２Ｓのものと同様の反応化学及び反応条件で再生可能な金属硫化物を形成することとを含む。
[00158] 本明細書の一実施形態によれば、所望の物理的及び化学的特性を有する吸着剤は、亜鉛及びアルミナ塩前駆体溶液を所望の比で混合し、沈殿剤を使用してケーキを沈殿させ、ケーキを所望の純度に洗浄し、所定の水分レベルまでケーキを乾燥させ、所望の形状にペレット化し、次いでペレットを焼成して最終配合物を作製し、所望の物理的及び化学的特性を得ることを含むプロセスを使用して、商業規模で合成及び製造することができる。
[00159] 本明細書の一実施形態によれば、本開示のプロセス及びシステムも、Ｈ２Ｓにおける本明細書に記載されたのと非常に類似した方法で、この連続脱硫プロセスにおいて、ＣＯＳ、ＣＳ２及び４つ未満の炭素原子を有するチオール及び二硫化物並びにＨ２Ｓの除去を達成する。このような固定床吸着剤プロセスの適用の１つの特定の例は、クロースプラントからのＣＯＳ含有排ガスの処理であり、これは、加水分解工程なしで直接処理することができる。
[00160] 本明細書の一実施形態によれば、１００を超える脱硫／再生サイクルで問題なく再生することができる吸着剤を使用する連続固定床脱硫プロセスは、ガス流において硫黄を５ｐｐｍｖ～５，０００ｐｐｍｖの濃度で、より低費用で、多くの場合に競合する市販の脱硫プロセスよりもプロセスがより簡素化されて除去するのに効果的である。
[00161] 本明細書の一実施形態によれば、直留留分の水素化脱硫からの水素リサイクル流からＨ２Ｓを除去するための連続固定床脱硫プロセスの適用は、苛性洗浄プロセスの必要性をなくし、より重い留分において水素を処理する任意の既存の溶媒系脱硫システム又は使い捨ての硫黄ガード床を変更し、この小さいプロセスを効果的に調整して、精製所生成物のスレートからもたらされる利益を最大化しながら、資本及び運用費用を効果的に削減することができる。
[00162] 本明細書の一実施形態によれば、天然ガススイートニングプロセスにおける専用の脱硫及びＣＯ２除去システムの使用は、天然ガススイートニングプロセス全体の資本設備及び運用費用の大幅な削減を伴う、プロセスの複雑さ及び処理設備の大幅な削減をもたらす。連続的な再生可能な固定床脱硫プロセスの資本及び運用費用の削減と合わせた専用の硫黄除去プロセスのこの改善は、既存の商業天然ガススイートニング技術と比較して大きい競争上の優位性をもたらす。
[00163] 本明細書の一実施形態によれば、小規模で高い硫黄除去のために効果的に設計することができる連続固定床脱硫プロセスにおけるより少ない資本及び運用費用は、必要な環境硫黄排出量を満たすために、クロースプラントの排ガスを処理するのに現在必要とされる溶媒系脱硫プロセスの費用効果の高い代替物である必要がある。吸着剤の再生中に生成されたＳＯ２は、Ｈ２Ｓ及びＳＯ２の両方を反応物として使用して、反応２Ｈ２Ｓ＋ＳＯ２＝Ｓ２＋Ｈ２Ｏに従って元素硫黄生成物を生成するクロース反応器に簡単にリサイクルして戻すことができ、連続固定床脱硫プロセスの統合が容易になり、より費用効果が高くなる。
[00164] 本明細書の様々な実施形態は、固定床の再生可能な脱硫吸着剤の再生に適した酸化性ガス混合物を製造するためのプロセスを提供する。図２は、圧縮機及び酸素選択性高分子膜モジュールを含むプロセスシステムのプロセスの流れ図を示す。図示されるように、周囲空気源５０２からの周囲空気は、周囲空気供給ライン５０４において圧縮機５０６に流れる。圧縮機は、空気を大気から直接引き込み、この空気を再生プロセスの操作圧力よりわずかに高く圧縮するように配置され得る。好ましい実施形態では、圧縮機と統合されるのは、圧縮プロセスの一部として空気中の周囲湿度を低下させる乾燥プロセスである。夏季中及びより湿度の高い地域では、周囲の空気は、湿度として測定される比較的大量の水蒸気を有する。このような水蒸気は、再生反応に悪影響を与えないが、酸化再生反応から生成されたＳＯ２と水蒸気との混合物又は下流の装置に外国産で高価な建設材料を必要とする可能性のある腐食性の高い混合物である。圧縮された空気中の水蒸気濃度を除去するか又は少なくとも大幅に低減することにより、得られる乾燥ＳＯ２及び窒素の腐食性が大幅に低下し、低費用の建設材料を使用できるようになる。
[00165] 乾燥及び圧縮後、圧縮された乾燥空気は、供給ライン５０８において膜モジュール５１０に流され、ここで、圧縮された乾燥空気は、酸素選択性高分子膜と接触される。酸素選択性膜は、窒素と比較した場合の膜を通る酸素の輸送に有利に作用する。膜を通過するそれぞれの個々のガス移動の速度は、膜の両側の異なる化学ポテンシャルによって駆動される。圧縮された空気のより高い化学ポテンシャルは、膜を通過する酸素の好ましい移動をもたらし、酸素が豊富な低圧の透過物流を生成し、これは、酸素が豊富なベントガスとして透過物ベントライン５１４において膜モジュールから排出される。膜を透過しない残留ガス流である保持液流は、酸素濃度が低下している。この保持液流も元の圧縮された空気流とほぼ同じ圧力であり、保持液排出ライン５１２において膜モジュールから、酸素が希薄な（酸素が低減された）再生ガスとして排出される。当業者によって理解されるように、本明細書の開示に基づいて、ステージの数及びこれらのステージのステージカットを含む膜モジュールの特定の構成は、再生において酸化性ガスとして使用される保持液流において異なる酸素濃度を生成するように容易に適合され得る。
[00166] 図３は、本開示の一実施形態による、らせん状に巻かれた膜モジュールの製造を図示する概略図であり、これは、図２に概略的に示されるタイプの膜モジュールで利用され得る。図示されるように、らせん状に巻かれた膜５２０は、膜５２２と、有孔透過物収集パイプ５２６の周りに巻かれる膜エンベロープ５３０に提供される膜５２２と共にある供給スペーサー５２４及び透過物スペーサー５２８とを含むスペーサー配置を含む。スペーサー及び膜構成要素を含むシートアセンブリの断面立面図が図３の挿入図「Ａ」に示されている。
[00167] 膜モジュール５２０の操作において、ガス混合物は、矢印「Ｔ」で示される方向に流れ、分岐矢印「Ｇ」で概略的に示されるように、透過物は、膜を通過し、破線矢印「Ｌ」で示される方向において有孔透過物収集パイプ５２６に流れ、ここで、酸素が豊富な低圧の透過物流は、酸素が豊富なベントガスとして膜モジュールから排出される。保持液は、矢印「Ｒ」で示される方向に通過し、酸素が希薄な再生ガスとして膜モジュールから排出される。
[00168] 図４は、本開示の一実施形態による、窒素系不活性物質を生成するプロセスのプロセス流れ図である。大気などの周囲空気源６０２からの周囲空気は、周囲空気供給ライン６０２において圧縮機６０６に流れ、図２に関連して前述したのと同じ方法で圧縮され、供給ライン６０８において膜モジュール６１０に流れ、ここで、圧縮された乾燥空気は、酸素選択性高分子膜と接触して、酸素が豊富なベントガスとして、透過物ベントライン６１４の膜モジュールから排出される酸素が豊富な低圧の透過物流を生成し、酸素が希薄な再生ガスとして、保持液排出ライン６１２の膜モジュールから排出される保持液流を生成する。保持液排出ライン６１２から、酸素が希薄な再生ガスは、酸素反応器６１４に流れ、燃料は、適切な燃料源から燃料供給ライン６１６においてそれに導入される。反応器６１４は、その存在下において、燃料が再生ガス中の酸素の消費を所定の又は設定点のレベル、例えば＜０．１ｐｐｍｖまで行う酸化触媒を含む。酸化反応が再生ガス中の酸素を消費する結果として、一次反応生成物は、ＣＯ２及び水蒸気となり、不活性ガス排出ライン６１６において反応器６１４から排出される酸素枯渇窒素系不活性ガスをもたらす。
[00169] 本開示の一実施形態によれば、膜モジュールからの低酸素濃度の保持液流を処理するための反応器の追加は、再生可能な脱硫吸着剤を使用する固定床連続脱硫プロセスでのパージにおいて窒素系不活性混合物の生成を可能にする。
[00170] 実施例１
[00171] Clariant Corporation（Charlotte, North Carolina, USA）によって製造された商標名T-2716の固定床吸着材料は、Grand Forks, North Dakotaにあるノースダコタ大学エネルギー環境研究センター（ＵＮＤＥＥＲＣ）で試験された。Illinois#6石炭を使用するＵＮＤＥＥＲＣのパイロット規模のガス化装置からの１時間あたりの５５５標準立方フィート（ＳＣＦＨ）の流量のスリップ流が、２７．１ポンドのT-2716吸着剤が積載された固定床反応器に送られた。脱硫は、６００°Ｆ（３ｌ６℃）で１時間あたり約１，４００の空間速度で実行された（ＳＴＰ条件において）。吸着剤は、１．９秒の滞留時間で合成ガスの注入口硫黄含有量を１０，９２０ｐｐｍｖから２ｐｐｍｖ未満に減少させた。ブレークスルー前に、吸着剤における硫黄の積載は、約１０重量％であった。脱硫反応器の吸着剤が硫黄で飽和すると、再生モードに切り替えられ、酸素含有流を使用して吸着剤が１０００°Ｆ（５３８℃）で再生された。複数の脱硫－再生サイクルは、性能が低下したことがまったく認められずに実行された。
[00172] 本明細書で使用される用語又は専門用語は、説明のためであり、限定ではないことを理解されたい。従って、本明細書の実施形態は、好ましい実施形態に関して説明されてきたが、当業者は、本明細書の実施形態が、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内で変更を加えて実施され得ることを認識するであろう。
[00173] これより、本開示は、特定の態様、特徴及び例示的な実施形態を参照して本明細書に記載されているが、本開示の有用性は、このように限定されず、本明細書の説明に基づいて、本開示の分野の当業者にそれらを示唆するように、他の多くの変形形態、変更形態及び代替実施形態に拡張され、それらを包含することが理解されるであろう。同様に、以下で特許請求される本開示は、その趣旨及び範囲内において、このような全ての変形形態、変更形態及び代替実施形態を含むものとして広く解釈及び説明されることを意図している。

Claims (54)

  1. 約５～約５０００ｐｐｍｖの範囲の濃度で還元硫黄種を含有するガス流を脱硫するための連続操作脱硫システムであって、前記還元硫黄種は、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、二硫化炭素（ＣＳ２）、４つ以下の炭素原子を有するチオール、４つ以下の炭素原子を有する二硫化物又は上述の前記還元硫黄種の２つ以上の混合物であり、前記システムは、
    前記還元硫黄種に対して選択的な脱硫吸着剤の少なくとも２つの一次吸着剤床であって、互いに関連して構築及び配置され、それにより、操作中の前記吸着剤床のそれぞれは、（ｉ）前記ガス流を前記吸着剤床における前記吸着剤と接触させて、硫黄還元ガス流を生成することを含む操業中の脱硫操作、及び（ｉｉ）（ａ）前記吸着剤床における前記吸着剤を酸素含有再生ガスと接触させて、吸着された硫黄種を除去して二酸化硫黄含有再生ガスを生成することと、任意選択で、（ｂ）前記吸着剤床における前記吸着剤を加熱すること、及び（ｃ）前記吸着剤床をパージすることの一方又は両方とを含む非操業中の再生操作の周期的な交互及び繰り返しのシーケンスを受ける、少なくとも２つの一次吸着剤床と、
    前記二酸化硫黄含有再生ガスを処理して、それから二酸化硫黄を除去し、且つ二酸化硫黄枯渇再生ベントガスを生成するように構築及び配置された二酸化硫黄変換ユニットと、
    選択的に、（１）ガス受容関係にある脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの吸着剤床のうちの操業中の１つを、還元硫黄種を含有する前記ガス流の供給源と接続し、（２）ガス受容関係にある脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの吸着剤床のうちの非操業中の１つを前記酸素含有再生ガスの供給源と接続し、（３）前記二酸化硫黄含有再生ガスを、脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの吸着剤床のうちの前記非操業中の１つから前記二酸化硫黄変換ユニットに流し、且つ二酸化硫黄枯渇再生ベントガスを前記二酸化硫黄変換ユニットから排出するように構築及び配置されたバルブ付きフロー回路と、
    脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの吸着剤床のそれぞれが、前記システムの連続操作において、（ｉ）操業中の脱硫操作、及び（ｉｉ）非操業中の再生操作の前記シーケンスを周期的に、交互に且つ繰り返し受けるように、（Ａ）監視されるシステム操作状態、及び（Ｂ）サイクル時間プログラムの少なくとも１つに応答して、前記バルブ付きフロー回路のバルブを操作するように構築及び配置されたコントローラと
    を含む、連続操作脱硫システム。
  2. 脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの一次吸着剤床は、前記一次吸着剤床における前記吸着剤として遷移金属酸化物脱硫吸着剤を含有する、請求項１に記載の連続操作脱硫システム。
  3. 脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの一次吸着剤床は、前記一次吸着剤床における前記吸着剤として金属酸化物脱硫吸着剤を含有し、前記金属酸化物脱硫吸着剤の金属は、亜鉛、ニッケル、マンガン、銅、鉄、スズ、コバルト、バナジウム及びクロムの１つ又は２つ以上を含む、請求項１に記載の連続操作脱硫システム。
  4. 脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの一次吸着剤床は、前記一次吸着剤床における前記吸着剤として、０．２～０．６ｃｃ／ｇの細孔体積、１０～１００ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積及び５～１５ｌｂｓ／ｍｍの粉砕強度を有する金属酸化物脱硫吸着剤を含有する、請求項１に記載の連続操作脱硫システム。
  5. 脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの一次吸着剤床は、前記一次吸着剤床における前記吸着剤として金属酸化物脱硫吸着剤を含有し、前記金属酸化物脱硫吸着剤は、前記還元硫黄種と反応して、再生可能な金属硫化物を形成する、請求項１に記載の連続操作脱硫システム。
  6. 脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの一次吸着剤床は、前記一次吸着剤床における前記吸着剤として金属酸化物脱硫吸着剤を含有し、及び前記一次吸着剤床における前記金属酸化物脱硫吸着剤は、少なくとも１００の再生サイクルにわたり、実質的に安定した動的硫黄容量を維持する、請求項１に記載の連続操作脱硫システム。
  7. 前記一次吸着材床における前記吸着剤は、酸化亜鉛を含む、請求項１に記載の連続操作脱硫システム。
  8. 前記酸素含有再生ガスの前記供給源は、前記酸素含有再生ガスの体積に基づいて１体積％～１５体積％の酸素を含有する酸素含有再生ガスを含む、請求項１に記載の連続操作脱硫システム。
  9. 前記二酸化硫黄変換ユニットは、前記二酸化硫黄含有再生ガス中の二酸化硫黄を硫酸、亜硫酸／硫酸ナトリウム、亜硫酸／硫酸カルシウム、亜硫酸／硫酸マグネシウム、亜硫酸／硫酸アンモニウム及び元素硫黄の１つ以上に変換する、請求項１に記載の連続操作脱硫システム。
  10. 前記二酸化硫黄変換ユニットは、前記二酸化硫黄含有再生ガス中の二酸化硫黄を、アルカリ及びアルカリ土類酸化物、水酸化物、炭酸塩並びに重炭酸塩から選択される１つ以上の反応物と反応させる煙道ガス処理ユニットを含む、請求項１に記載の連続操作脱硫システム。
  11. 前記１つ以上の反応物は、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム及び酸化マグネシウムから選択される、請求項１０に記載の連続操作脱硫システム。
  12. 前記コントローラは、少なくとも１つの監視されるシステム操作状態に応答して、前記バルブ付きフロー回路のバルブを操作するように構築及び配置される、請求項１に記載の連続操作脱硫システム。
  13. 前記少なくとも１つの監視されるシステム操作状態は、温度、圧力、流量又は組成を含む、請求項１に記載の連続操作脱硫システム。
  14. 前記コントローラは、前記少なくとも１つの監視されるシステム操作状態のセンサーと操作可能に連結される、請求項１３に記載の連続操作脱硫システム。
  15. 前記コントローラは、前記センサーとワイヤレスで操作可能に連結される、請求項１４に記載の連続操作脱硫システム。
  16. 前記コントローラは、信号伝送ラインによって前記センサーと操作可能に連結される、請求項１４に記載の連続操作脱硫システム。
  17. 前記コントローラは、サイクル時間プログラムに応答して、前記バルブ付きフロー回路のバルブを操作するように構築及び配置される、請求項１に記載の連続操作脱硫システム。
  18. 前記コントローラは、制御しているときの（ａ）監視されるシステム操作状態、及び（ｂ）サイクル時間プログラムの１つの前記コントローラの決定に応答して、前記バルブ付きフロー回路のバルブを操作するように構築及び配置される、請求項１に記載の連続操作脱硫システム。
  19. 前記コントローラは、前記システムを所定の温度で操作するために、１つ以上のヒーター及び熱監視機器と操作可能に連結される、請求項１に記載の連続操作脱硫システム。
  20. 前記コントローラは、３１５℃（６００°Ｆ）～５９３℃（１１００°Ｆ）の範囲の温度で前記システムを操作するために、１つ以上のヒーター及び熱監視機器と操作可能に連結される、請求項１に記載の連続操作脱硫システム。
  21. 前記還元硫黄種に対して選択的な脱硫吸着剤の少なくとも１つの使い捨てのガード床であって、前記少なくとも２つの一次吸着剤床のうちの操業中の１つからの前記硫黄還元ガス流を前記ガード床脱硫吸着剤と接触させて、硫黄枯渇ガス流を生成するように構築及び配置された少なくとも１つの使い捨てのガード床を更に含む、請求項１に記載の連続操作脱硫システム。
  22. 前記一次吸着剤床における前記吸着剤は、金属酸化物及び／又は金属塩の１つ以上を含み、その金属は、亜鉛、マンガン、銅、鉄及びクロムの１つ以上を含む、請求項１に記載の連続操作脱硫システム。
  23. 前記金属塩は、金属酢酸塩、金属ギ酸塩、金属炭酸塩及び金属硝酸塩の１つ以上を含む、請求項２２に記載の連続操作脱硫システム。
  24. 圧縮された空気流を生成するために大気から空気を引き込むように構築及び配置された圧縮機と、前記圧縮された空気流を前記圧縮機から受け取って、前記非操業中の再生操作のための前記酸素含有再生ガスとして酸素還元再生ガスを生成するように構築及び配置された酸素選択性膜モジュールとを更に含む、請求項１に記載の連続操作脱硫システム。
  25. 圧縮された空気流を生成するために大気から空気を引き込むように構築及び配置された圧縮機と、前記圧縮された空気流を前記圧縮機から受け取って、酸素還元ガス流を生成するように構築及び配置された酸素選択性膜モジュールと、燃料源から燃料を受け取り、且つ前記酸素選択性膜モジュールによって生成された前記酸素還元ガス流を受け取って、前記非操業中の再生操作において前記非操業中の吸着剤床のパージに使用するための酸素枯渇窒素系不活性ガスを生成するように構築及び配置された酸素反応器とを更に含む、請求項１に記載の連続操作脱硫システム。
  26. 前記酸素反応器は、０．１ｐｐｍｖ未満の酸素濃度を有する前記酸素枯渇窒素系不活性ガスを生成するように構築及び配置される、請求項２５に記載の連続操作脱硫システム。
  27. １０００ｐｐｂｖ未満の濃度で還元硫黄種を含有する前記硫黄枯渇ガス流を生成するように構築及び配置される、請求項１に記載の連続操作脱硫システム。
  28. 約５～約５０００ｐｐｍｖの範囲の濃度で還元硫黄種を含有するガス流を脱硫するための連続操作脱硫プロセスであって、前記還元硫黄種は、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、二硫化炭素（ＣＳ２）、４つ以下の炭素原子を有するチオール、４つ以下の炭素原子を有する二硫化物又は上述の前記還元硫黄種の２つ以上の混合物であり、前記プロセスは、
    前記還元硫黄種に対して選択的な脱硫吸着剤の少なくとも２つの一次吸着剤床であって、互いに関連して構築及び配置され、それにより、操作中の前記吸着剤床のそれぞれは、（ｉ）前記ガス流を前記吸着剤床における前記吸着剤と接触させて、硫黄還元ガス流を生成することを含む操業中の脱硫操作、及び（ｉｉ）（ａ）前記吸着剤床における前記吸着剤を酸素含有再生ガスと接触させて、吸着された硫黄種を除去して二酸化硫黄含有再生ガスを生成することと、任意選択で、（ｂ）前記吸着剤床における前記吸着剤を加熱すること、及び（ｃ）前記吸着剤床をパージすることの一方又は両方とを含む非操業中の再生操作の周期的な交互及び繰り返しのシーケンスを受ける、少なくとも２つの一次吸着剤床を提供することと、
    前記ガス流を、前記少なくとも２つの一次吸着剤床のうちの操業中の１つの前記吸着剤床における前記吸着剤と接触させて、前記硫黄還元ガス流を生成することと、
    前記ガス流と前記少なくとも２つの一次吸着剤床のうちの前記操業中の１つの前記吸着剤床における前記吸着剤との前記接触中、前記少なくとも２つの一次吸着剤床のうちの非操業中の１つを、前記非操業中の吸着剤床における前記吸着剤を前記酸素含有再生ガスと接触させることによって再生させて、前記二酸化硫黄含有再生ガスを生成し、且つ任意選択で、前記再生において前記非操業中の吸着剤床の加熱及びパージの少なくとも１つを実行することと、
    前記二酸化硫黄含有再生ガスを処理して、それから二酸化硫黄を除去し、且つ二酸化硫黄枯渇再生ベントガスを生成することと、
    脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの吸着剤床のそれぞれが、前記プロセスの連続操作において、（ｉ）操業中の脱硫操作、及び（ｉｉ）非操業中の再生操作の前記シーケンスを周期的に、交互に且つ繰り返し受けるように、（Ａ）監視されるシステム操作状態、及び（Ｂ）サイクル時間プログラムの少なくとも１つに応答して前記プロセスを制御することと
    を含む、連続操作脱硫プロセス。
  29. 脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの一次吸着剤床は、前記一次吸着剤床における前記吸着剤として遷移金属酸化物脱硫吸着剤を含有する、請求項２８に記載のプロセス。
  30. 脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの一次吸着剤床は、前記一次吸着剤床における前記吸着剤として金属酸化物脱硫吸着剤を含有し、前記金属酸化物脱硫吸着剤の金属は、亜鉛、ニッケル、マンガン、銅、鉄、スズ、コバルト、バナジウム及びクロムの１つ又は２つ以上を含む、請求項２８に記載のプロセス。
  31. 脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの一次吸着剤床は、前記一次吸着剤床における前記吸着剤として、０．２～０．６ｃｃ／ｇの細孔体積、１０～１００ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積及び５～１５ｌｂｓ／ｍｍの粉砕強度を有する金属酸化物脱硫吸着剤を含有する、請求項２８に記載のプロセス。
  32. 脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの一次吸着剤床は、前記一次吸着剤床における前記吸着剤として金属酸化物脱硫吸着剤を含有し、前記金属酸化物脱硫吸着剤は、前記還元硫黄種と反応して、再生可能な金属硫化物を形成する、請求項２８に記載のプロセス。
  33. 脱硫吸着剤の前記少なくとも２つの一次吸着剤床は、前記一次吸着剤床における前記吸着剤として金属酸化物脱硫吸着剤を含有し、及び前記一次吸着剤床における前記金属酸化物脱硫吸着剤は、少なくとも１００の再生サイクルにわたり、実質的に安定した動的硫黄容量を維持する、請求項２８に記載のプロセス。
  34. 前記一次吸着剤床における前記吸着剤は、酸化亜鉛を含む、請求項２８に記載のプロセス。
  35. 前記酸素含有再生ガスは、前記酸素含有再生ガスの体積に基づいて１体積％～１５体積％の酸素を含有する、請求項２８に記載のプロセス。
  36. 前記二酸化硫黄含有再生ガス中の二酸化硫黄を硫酸、亜硫酸／硫酸ナトリウム、亜硫酸／硫酸アンモニウム及び元素硫黄の１つ以上に変換することを含む、請求項２８に記載のプロセス。
  37. 前記二酸化硫黄含有再生ガス中の二酸化硫黄を、アルカリ及びアルカリ土類酸化物、水酸化物、炭酸塩並びに重炭酸塩から選択される１つ以上の反応物と反応させることを含む、請求項２８に記載のプロセス。
  38. 前記１つ以上の反応物は、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム及び酸化マグネシウムから選択される、請求項３７に記載のプロセス。
  39. 前記制御することは、少なくとも１つの監視されるシステム操作状態に応答して、前記プロセスを実行するように構築及び配置されたプロセスシステムにおけるバルブ付きフロー回路のバルブを操作することを含む、請求項２８に記載のプロセス。
  40. 前記少なくとも１つの監視されるシステム操作状態は、温度、圧力、流量又は組成を含む、請求項３９に記載のプロセス。
  41. 前記制御することは、少なくとも１つのシステム操作状態の監視に応答したものである、請求項２８に記載のプロセス。
  42. 前記制御することは、サイクル時間プログラムに応答して、前記プロセスを実行するように構築及び配置されたプロセスシステムにおけるバルブ付きフロー回路のバルブを操作することを含む、請求項２８に記載のプロセス。
  43. 前記制御することは、（ａ）監視されるシステム操作状態、及び（ｂ）サイクル時間プログラムの１つの決定された制御に応答して、前記プロセスを実行するように構築及び配置されたプロセスシステムにおけるバルブ付きフロー回路のバルブを操作することを含む、請求項２８に記載のプロセス。
  44. 前記制御することは、所定の温度で前記システムを操作することを含む、請求項２８に記載のプロセス。
  45. 前記所定の温度は、３１５℃（６００°Ｆ）～５９３℃（１１００°Ｆ）の範囲である、請求項４４に記載のプロセス。
  46. 前記一次吸着剤床における前記吸着剤は、金属酸化物及び／又は金属塩の１つ以上を含み、その金属は、亜鉛、マンガン、銅、鉄及びクロムの１つ以上を含む、請求項２８に記載のプロセス。
  47. 前記金属塩は、金属酢酸塩、金属ギ酸塩、金属炭酸塩及び金属硝酸塩の１つ以上を含む、請求項４６に記載のプロセス。
  48. 大気からの空気を圧縮して、圧縮された空気流を生成し、且つ酸素選択性膜モジュールとの接触により、前記圧縮された空気流を分離して、前記非操業中の再生操作のための前記酸素含有再生ガスとして酸素還元再生ガスを生成することを更に含む、請求項２８に記載のプロセス。
  49. 大気からの空気を圧縮して、圧縮された空気流を生成し、且つ酸素選択性膜モジュールとの接触により、前記圧縮された空気流を分離して、酸素還元ガス流を生成することと、燃料を前記酸素還元ガス流と反応させて、前記非操業中の再生操作において前記非操業中の吸着剤床をパージするための酸素枯渇窒素系不活性ガスを生成することとを更に含む、請求項２８に記載のプロセス。
  50. 前記反応させることは、０．１ｐｐｍｖ未満の酸素濃度を有する前記酸素枯渇窒素系不活性ガスを生成するように行われる、請求項４９に記載のプロセス。
  51. １０００ｐｐｂｖ未満の濃度で還元硫黄種を含有する前記硫黄枯渇ガス流を生成するように実行される、請求項２８に記載のプロセス。
  52. 前記非操業中の吸着剤床における前記吸着剤を前記酸素含有再生ガスと接触させることにより、前記少なくとも２つの一次吸着剤床のうちの前記非操業中の１つを前記再生することは、標準温度（０℃）及び圧力（１ａｔｍ）（ＳＴＰ）条件において、２，５００ｈ－１未満のガスの１時間ごとの空間速度で実行される、請求項２８に記載のプロセス。
  53. 前記非操業中の吸着剤床における前記吸着剤を前記酸素含有再生ガスと接触させることにより、前記少なくとも２つの一次吸着剤床のうちの非操業中の１つを前記再生することは、標準温度（０℃）及び圧力（１ａｔｍ）（ＳＴＰ）条件において、５００ｈ－１～１５００ｈ－１の範囲のガスの１時間ごとの空間速度で実行される、請求項２８に記載のプロセス。
  54. 約５～約５０００ｐｐｍｖの範囲の濃度で還元硫黄種を含有するガス流を脱硫するための連続操作脱硫プロセスであって、前記還元硫黄種は、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、二硫化炭素（ＣＳ２）、４つ以下の炭素原子を有するチオール、４つ以下の炭素原子を有する二硫化物又は上述の前記還元硫黄種の２つ以上の混合物であり、前記プロセスは、請求項１に記載の連続操作脱硫システムの操作を含む、連続操作脱硫プロセス。
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