JP2022543300A - 熱的に最適にされたホットフラッシュ溶媒再生を用いる吸収によるガス処理方法 - Google Patents

熱的に最適にされたホットフラッシュ溶媒再生を用いる吸収によるガス処理方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、除去されるべき化合物の化学的、物理的またはハイブリッドの吸収によるガスを処理するためのシステムおよび方法に関係し、少なくとも:a)処理されるべきガスおよび枯渇溶媒を接触させることによる吸収の工程であって、処理済みガスおよびリッチ溶媒を得る工程;b)場合による中圧フラッシュ分離工程;c)第1の交換器中のコールドリッチ溶媒のフラクションとホット枯渇溶媒との間の熱交換の工程;d)第2の交換器中のコールドリッチ溶媒の補足フラクションとホットガス状流出物との間の熱交換の工程;e)場合による低圧フラッシュ分離の工程;f)リボイラ中で加熱することによってリッチ溶媒を再生する工程;g)低圧フラッシュ分離工程;h)枯渇溶媒の冷却を含んでいる。

Description

本発明は、ガス処理の分野に関し、本発明は、より詳細には、ホットフラッシュ溶媒再生を用いる(化学的な、物理的なまたはハイブリッドの)吸収によってガスを処理するための方法に関係する。このタイプの再生は、一般に、処理されるガスのための仕様に合致させるために溶媒の部分的再生が十分であると思われる適用に制限される。
それ故に、目標分野は、本質的に、脱炭酸(天然ガス、バイオガス、シンガス、焼却炉、石炭発電所、溶融炉からの工業的煙道ガスからのCOの捕捉等)の事例である。
厳重な仕様と呼ばれるものを含む事例(HS、COS、チオール、SO、NO等)は、一般的に、水蒸気同伴効果(より習慣的には、水蒸気ストリッピングと呼ばれる;すなわち、不活性ガスを用いる同伴によって揮発性化合物を抽出するための方法)による溶媒のよりハイレベルの再生の設備を再生器中に枯渇溶媒(depleted solvent)の要求された品質を達成するために必要とする。ホットフラッシュ再生様式は、一般的に、これらの事例には不適当であることが分かっている。
溶媒、好ましくはアミンによる吸収によってガスを処理するためのプラントは、従来から、2基の化学反応器:吸収器および再生器からなっている。吸収器において、溶媒の下降流は、ガス状混合物の上昇流と出くわし、そこに含有される酸性のガスと結合する。「スイーティングされた(sweetened)」ガス状混合物は、吸収器を出、それの除去化合物(compounds for removal)を含んでおらず、「リッチ」溶媒は、それと共に酸性ガスを所持する。再生器において、リッチ溶媒は、ストリッピングによって、すなわち、酸リッチな蒸気を排出するようにストリッパ(エバポレータ)およびボイラにおいて連続的に加熱されて再生されるか、またはホットフラッシュによって、すなわち、リボイラに直接的に通し、次いで、ホットフラッシュを経て、脱着されたガス状化合物からそれを含まないようにすることによって再生され得る。酸性ガスの「枯渇」した溶媒は、吸収器からのリッチ溶媒によって冷却される。コールド枯渇溶媒は、次いで、ガスをスクラブ処理するために吸収器に戻され得る。
あらゆる方法と同様に、吸収によってガスを処理するための方法に対するチャレンジは、プラントのための資本的支出(CAPEX)および経営費(OPEX)である。単純なホットフラッシュ再生を用いる吸収方法は、当業者に知られており、これらのチャレンジに合うようにある程度進んでいる:ストリッピングによる再生を必要としている方法との比較によって、資本的支出は、制限され(始めには再生塔なし)、この方法によって消費されるエネルギー(リボイラ出力)は、相当低減させられ得る(これは、本方法のための経営費において主要項目である)。
ホットフラッシュ再生様式は、一般的に、溶媒のより低いレベルの再生が十分である適用の分野に制限される。代替の表現をすると、枯渇溶媒中の酸性ガス(CO,HS)の非常に低い残留量は、処理されるガスにおける目標仕様に一致させるために必要とされない(緩やかな仕様による脱炭酸の場合:天然ガス、バイオガス、工業的煙道ガスからのCO捕捉等)。
このホットフラッシュ再生様式と関連する熱統合は一般的に制限される。それは、吸収セクションからのコールドリッチ溶媒を、再生セクションを出るホット枯渇溶媒から再加熱することを可能にする供給原料/流出物の熱交換器の設備の形をとる。例は、(本明細書において後に詳述される)図2に、ガスパイプライン仕様の目的をもって天然ガスの脱炭酸のシナリオについて与えられている(一般的に2.5容積%CO)。この例では、再生セクションからのホット水飽和CO流出物中の熱エネルギーは、有効に採用されていない。ガス状流出物の冷却処理からの熱は、一般に、冷却タワーまたは水冷却器を用いて放散されない。
バイオガスの洗浄適用について、Hitachi Zosen Inova(HZI)は、CO流出物からの熱およびまたホット枯渇溶媒からの熱を回収することを提案する(図3を参照のこと;本明細書において後に詳細に記載される)。しかしながら、交換器の提案された配列は、最適ではないようである。その理由は、記載されたようなCO/リッチ溶媒の交換器の着座(すなわち、リッチ溶媒/枯渇溶媒の交換器の上流)は、枯渇溶媒からの熱回収を低減させ、それ故に、この方法の熱統合に有害であることにある。
文献(特許文献1;Air Liquide)には、今度は、バイオガス洗浄適用について同様に、この方法における熱消費を低減させるために熱ポンプ(heat pump:HP)の使用が提案されている。しかしながら、プラントのためにこの方法の電力消費および資本的支出において(熱ポンプのコンプレッサのために)相当な増大がある。
したがって、現在のところ以下の問題に対する満足な解決策が全くないことが理解される:プラントのためにこの方法の電力消費および資本的支出を増大させることなく吸収プロセスにおける熱消費を十分に低減させること。
本発明は、改変された熱統合と組み合わせて、溶媒再生のためにホットフラッシュ処理を行うことを提案することによってこの技術的課題に応じる。本発明は、以降に詳細に記載される。
以下の記載において、用語「熱交換器(heat exchanger)」またはより単純に「交換器(exchanger)」は、一方の流体から他方の流体への熱エネルギーの移動を両流体が混合されることなく可能にするあらゆるデバイスをさす。熱交換は、両流体を分けている交換面を介して、間接的に行われてよい。この場合、熱流れは、両流体を分けている交換面を交差する。
以下の記載において、特に指示のない限り、圧力は、barで表される絶対圧力である。
国際公開第2019/053367号
(発明の概要)
本発明は、除去化合物の化学的、物理的またはハイブリッドの吸収によってガスを処理するための方法であって、少なくとも:
a) 吸収器(1)中で前記除去化合物の吸収を行う工程であって、該吸収は、処理ガスの流れ(101)を溶媒流れ(117)であって、好ましくは20~60℃の温度にあり、「枯渇溶媒」と呼ばれるものと接触させることによるものであり、処理済みガス(102)および除去化合物に豊富な、「リッチ溶媒」と呼ばれる溶媒(103)を与える工程;
b) 中圧フラッシュ容器(2)中でリッチ溶媒(103)の場合による分離を行う工程であって、同時吸収された化合物(106)を脱着させ、コールドリッチ溶媒(104)であって、好ましくは40~80℃の温度にあるものを与える工程;
c) 熱交換器(3A)中でコールドリッチ溶媒流れ(104)のフラクション(104A)とホット枯渇溶媒流れ(110)との間で熱交換を行う工程であって、再加熱済みリッチ溶媒流れ(105A)であって、好ましくは60~170℃、大いに好ましくは100~130℃の温度にあるものおよび冷却済み枯渇溶媒流れ(115)であって、好ましくは45~90℃、大いに好ましくは60~90℃の温度にあるものを与える工程;
d) 熱交換器(3B)中でコールドリッチ溶媒流れ(104)の補足フラクション(104B)とホット脱着済みガス流出物(112)との間で熱交換を行う工程であって、該ホット脱着済みガス流出物(112)は、工程g)におけるフラッシュ分離からの脱着済みガス流れ(111)および工程e)における場合によるフラッシュ分離からのガス状化合物流れ(107)に対応し、再加熱済みリッチ溶媒流れ(105B)であって、好ましくは60~170℃、大いに好ましくは100~130℃の温度にあるものと、冷却・脱着済みガス流れ(113)であって、好ましくは45~90℃、大いに好ましくは60~90℃の温度にあるものを与える、工程;
e) 低圧フラッシュ容器(4)中で熱統合工程の出口のところの再加熱済みリッチ溶媒流れ(105A)および(105B)の場合による分離を行う工程であって、ガス状化合物(107)であって、好ましくは60~170℃、大いに好ましくは100~130℃の温度にあるものとリッチ溶媒流れ(108)であって、好ましくは60~170℃、大いに好ましくは100~130℃の温度にあるものとの分離を可能にする、工程;
f) リッチ溶媒(108)の再生を行う工程であって、該再生は、リボイラ(5)中で好ましくは70~180℃の温度で加熱することによるものであり、二相性の再生済み溶媒(109)を与える工程;
g) 低圧フラッシュ容器(6)中で二相性の再生済み溶媒(109)の分離を行う工程であって、ホット枯渇溶媒流れ(110)であって、好ましくは70~180℃、大いに好ましくは110~140℃の温度にあるものと、脱着済みガスの形態にある除去化合物を含んでいるガス状流れ(111)であって、好ましくは70~180℃、大いに好ましくは110~140℃の温度にあるものとの分離を可能とする、工程;
h) 冷却済み枯渇溶媒(115)の最終の冷却を行う工程であって、完全に冷却済み枯渇溶媒流れ(116)であって、20~60℃の温度にあるものを与え、該枯渇溶媒流れ(116)は、枯渇溶媒流れ(117)の形態で吸収器(1)に再度給送される用意が整っている、工程
を含んでいる方法に関係する。
熱交換器(3A)に送られるコールドリッチ溶媒流れのフラクション(104A)は、全リッチ溶媒流れの重量で0.5重量%~50重量%、好ましくは5重量%~40重量%を示してよい。
工程b)における中圧フラッシュ容器中の分離は、低圧フラッシュ容器中の分離より高い圧力3~10bar、好ましくは5~10bar、大いに好ましくは5~7barで行われてよい。
工程e)およびg)における低圧フラッシュ容器中の分離は、圧力0~9bar、好ましくは1~4barで行われてよい。
1種の実施形態において、工程e)およびg)における低圧フラッシュ容器中の分離は、同一の圧力1~4barで行われ、工程b)における中圧フラッシュ容器中の分離は、圧力5~10barで行われる。
1種の実施形態において、工程f)におけるリボイラ中の加熱および工程g)における低圧フラッシュ容器中の分離が行われる際の圧力は、厳密に0~1barである。当該場合におけるリボイラ中の温度は、70~100℃である。
別の実施形態において、リボイラ中の操作圧力は、1~9bar、好ましくは1~4barであり、リボイラ中の温度は、100~140℃、好ましくは110~140℃である。
溶媒は、少なくとも1種のアミンを含んでいる化学溶媒であってよい。
溶媒は、好ましくは、三級および二級のアミンの混合物を含む。
本方法は、本方法における水の喪失を制限することを目的として脱着済みガス流れ(113)の最終凝縮を行う工程i)を含んでよく、冷却・脱着済みの化合物の流れ(114)であって、好ましくは20~60℃の温度にあるものを与える。
吸収工程a)における操作圧力は、1~80barであってよい。
処理ガスは、バイオガス、天然ガス、合成ガス(シンガス)、または工業的煙道ガス、例えば、石炭発電所、焼却炉または溶融炉の煙道ガスから選択されてよい。
本発明は、本発明による方法の実施を可能にするガス処理プラントであって
少なくとも:
- 処理ガスを「枯渇溶媒」と呼ばれる溶媒と接触させて、処理済みガスおよび「リッチ溶媒」と呼ばれる除去化合物に豊富な溶媒を与えること可能にする吸収器(1)、
- 同時吸収された化合物を脱着するためのリッチ溶媒の中圧フラッシュ処理のための場合による容器(2)、
- コールドリッチ溶媒/ホット枯渇溶媒の熱交換器(3A)、
- コールドリッチ溶媒/ホットガス流出物の熱交換器(3B)、
- コールドリッチ溶媒/ホット枯渇溶媒の熱交換器(3A)に給送されるコールドリッチ溶媒のフラクションをコールドリッチ溶媒/ホットガス流出物の熱交換器(3B)に短絡させるための導管、
- リッチ溶媒の脱気を可能にする、熱統合工程の出口のところの場合による低圧フラッシュ容器(4)、
- リッチ溶媒の加熱を可能にするリボイラ(5)、
- 再生済み溶媒と脱着されたガスの形態にある除去化合物の分離を可能にする低圧フラッシュ容器(6)、
- 本方法における水および溶媒の喪失を制限することを目的とする脱着済みガスための場合による最後の凝縮器(7)、
- 枯渇溶媒のための最終の冷却器(8)、
- 溶媒の流通を可能にする、(枯渇および/またはリッチ)溶媒のための一式のポンプ(9)
を含むガス処理プラントにも関係する。
熱交換器(3A)および熱交換器(3B)は、1種の同一の装置からなっていてよい。
(図面のリスト)
本発明による方法およびプラントの他の特徴および利点は、非限定的な典型的実施形態の以下の説明を添付の図1~4を参照しながら読めば明らかになるだろう。
図1は、(天然ガスの脱炭酸の例を用いる)本発明による方法の模式図を示す。
本発明により提案される方法(図1)は、ホットフラッシュ溶媒再生を利用する物理的、化学的またはハイブリッドの溶媒中の吸収(ハイブリッドは、物理的および化学的溶媒の混合物を意味する)によってガスを処理することを含み、少なくとも以下の工程:
- 吸収器(1)中で除去化合物の吸収を行う工程であって、処理ガスと枯渇溶媒との間の接触を可能にする、工程
- 容器(2)中でリッチ溶媒の場合による分離を行う工程であって、同時吸収された化合物(典型的には天然ガス処理適用における炭化水素)を脱着させることを目的とする中圧フラッシュ処理MPによるものである、工程
- コールドリッチ溶媒/ホット枯渇溶媒の熱交換器(3A)を採用する熱統合の工程
- コールドリッチ溶媒/ホットガス流出物の熱交換器(3B)を採用する熱統合の工程
- コールドリッチ溶媒/ホット枯渇溶媒の熱交換器からのコールドリッチ溶媒流れのフラクションのサンプリング
- リッチ溶媒の脱気処理を可能にする、熱統合工程の出口のところの場合による低圧フラッシュLP容器(4)中の分離
- 溶媒を加熱して溶媒を要求される品質に再生することを目的としてリッチ溶媒をリボイラ(5)に通すことによる再生、およびその次の低圧フラッシュLP容器(6)中の分離の工程であって、再生済みの溶媒と脱着させられたガスの形態にある除去化合物との分離を可能とする、工程
- 当該方法における水および溶媒の喪失を制限することを目的とする最終の凝縮器(7)中の脱着済みガスのための場合による最終の凝縮
- 冷却器(8)中の枯渇溶媒の最終の冷却
- 一式の(枯渇および/またはリッチ)溶媒ポンプ(9)による、吸収および再生のセクションの間の溶媒の流通;溶媒ループ中のポンプの数および位置は、適用のタイプによって(吸収および再生のセクションの操作圧力に依存して)変動してよい
を含んでいる。
図2は、リッチ溶媒/枯渇溶媒の交換器を用いる、天然ガスを脱炭酸するために従来から用いられる通りのホットフラッシュ再生による吸収方法を示す。
従来技術方法は、吸収器(1)中で前記天然ガスからの除去化合物の吸収を行う工程であって、該吸収は、処理のための天然ガス流れ(201)を「枯渇溶媒」と呼ばれる溶媒流れ(217)と接触させることによるものであり、処理済みガス(202)および「リッチ溶媒」と呼ばれる除去化合物に豊富な溶媒(203)を与える工程、中圧容器(2)中でリッチ溶媒(203)のフラッシュ処理を行う場合による工程であって、同時吸収された化合物(206)を脱着させかつコールドリッチ溶媒(204)を与える工程、交換器(3)中のコールドリッチ溶媒(204)とホット枯渇溶媒流れ(210)との間の熱交換の工程であって、再加熱済みリッチ溶媒流れ(205)および冷却済み枯渇溶媒流れ(215)を与える工程;場合によるフラッシュ分離(4)であって、ガス状化合物(207)およびリッチ溶媒流れ(208)の分離を可能にする分離;リボイラ(5)中のリッチ溶媒(208)の再生であって、二相性の形態にある再生済み溶媒(209)を与える再生;再生済み溶媒上の低圧フラッシュ分離(6)であって、脱着済みガスを含んでいない再生済み溶媒流れ、または「ホット枯渇溶媒」(210)と、脱着済みガス流れ(211)との分離を可能にする、分離を含む;「ホット枯渇溶媒」(210)は、冷却されるべき熱交換器(8)に入り、コールド枯渇溶媒(216)を形成する;ポンプ(9)は、「枯渇溶媒」と称される溶媒(217)を吸収器(1)の入口のところに給送するために用いられてもよい。
ガス流れ(214)を形成するように凝縮器(7)に送られる流れ(212)を形成するガス状化合物(207)および(211)の最終の凝縮;冷却済み枯渇溶媒(215)の最終の冷却処理であって、吸収器(1)に再度給送する用意が整っている完全に冷却された枯渇溶媒流れ(216)であって、溶媒流通ポンプ(9)によって枯渇溶媒流れ(217)の形態にあるものを与える。
図3は、バイオガスの洗浄(COの除去)のためのHitachi Zosen Inova(HZI)によって提案される通りのホットフラッシュ再生による従来技術吸収方法を示す。
従来技術により提案される方法は、それ故に、吸収器(1)中の前記バイオガスからの除去化合物の吸収の工程であって、当該吸収は、処理のためのバイオガスの流れ(301)を「枯渇溶媒」と呼ばれる溶媒流れ(316)と接触させることによるものである工程を含み、処理済みガス(302)(バイオメタン)および「リッチ溶媒」と呼ばれる除去化合物に豊富な溶媒(303)を与える。リッチ溶媒流れ(303)は、溶媒流通ポンプ(9)によってリッチ溶媒/ガス流出物の熱交換器(2)に送られ、そこで、それは、低圧フラッシュ容器からのガス状流れ(311)と場合による低圧フラッシュ工程(4)からのガス状流れ(307)からなるガス流れ(312)と熱を交換し、冷却済みガス状流出物(313)と、再加熱済みリッチ溶媒流れ(305)とを与え、冷却済みガス状流出物(313)は、凝縮器(7)に送られて、ガス出口流れ(314)(CO流出物)を形成し、再加熱済みリッチ溶媒流れ(305)は、リッチ溶媒/枯渇溶媒の熱交換器(3)に送られる。そこから現れる流れは、ホットリッチ溶媒流れ(306)であり、これは、フラッシュ分離(4)に送られる。フラッシュ分離(4)は、ガス状化合物(307)と、リッチ溶媒流れ(308)との分離を可能にする。
リッチ溶媒流れ(308)は、リボイラ(5)に送られ、リボイラ(5)は、加熱することによってリッチ溶媒の再生を可能とし、二相性の再生済み溶媒(309)を与える。
再生済み溶媒(309)は、次いで、低圧フラッシュ分離(6)に送られ、これは、再生済み溶媒または「ホット枯渇溶媒」流れ(310)および脱着済みガス流れ(311)の分離を可能とする。
ガス状化合物(307)および(311)は、流れ(312)を形成し、これは、リッチ溶媒/ガス流出物の熱交換器(2)に給送する。
冷却済み枯渇溶媒(315)の最終の冷却処理は、冷却器(8)において行われ、完全に冷却された枯渇溶媒流れ(316)を与え、これは、吸収器(1)に再度給送する用意が整っている。
図4は、リッチ溶媒/枯渇溶媒の交換器(1)における、コールドサイド上の溶媒(バイパス)のフラクションのサンプリングを伴う(A)および伴わない(B)ホットおよびコールドの温度概算コンセプトを示す。
(実施形態の説明)
本発明は、本発明による方法の実施を可能にするガス処理プラント(図1)であって、少なくとも:
- 処理ガスを「枯渇溶媒」と呼ばれる溶媒と接触させて、処理済みガスおよび「リッチ溶媒」と呼ばれる除去化合物に豊富な溶媒を与えること可能にする吸収器(1)
- 同時吸収された化合物を脱着させるようにリッチ溶媒の中圧フラッシュ処理のための場合による容器(2)
- コールドリッチ溶媒/ホット枯渇溶媒の熱交換器(3A)
- コールドリッチ溶媒/ホットガス流出物の熱交換器(3B)
- コールドリッチ溶媒/ホット枯渇溶媒の熱交換器(3A)に給送するコールドリッチ溶媒のフラクションをコールドリッチ溶媒/ホットガス流出物の熱交換器(3B)に短絡させるための導管(バイパス)
- リッチ溶媒の脱気を可能にする、熱統合工程の出口のところの場合による低圧フラッシュ容器(4)
- 溶媒を要求される品質に加熱・再生することに向けようとするリボイラ(5)
- 再生された溶媒と脱着させられたガスの形態にある除去化合物との分離を可能にする低圧フラッシュ容器(6)
- 本方法における水および溶媒の喪失を制限することを目的とする脱着済みガスのための場合による最終の凝縮器(7)
- 枯渇溶媒のための最終の冷却器(8)
- 吸収と再生のセクションの間の溶媒の流通を可能にする、(枯渇および/またはリッチの)溶媒のための一式のポンプ(9)
を含んでいる処理プラントにも関係する。
本発明のホットフラッシュ再生セクションは、リボイラ(5)および低圧フラッシュ容器(6)を少なくとも含み、熱交換器(3A)および(3B)によって吸収器(1)を含んでいる吸収セクションと熱的に統合される。
本発明によるガス処理方法(図1)は、吸収器(1)中で前記ガスから除去化合物の吸収を行う工程a)であって、該吸収は、処理ガスの流れ(101)を、除去化合物において完全にまたは高度に枯渇した、「枯渇溶媒」と呼ばれる溶媒流れ(117)と接触させることによるものであり、処理済みのガス(102)および「リッチ溶媒」と呼ばれる除去化合物に豊富な溶媒(103)を与える工程a)を採用する。吸収工程における操作条件は、一般的に以下の通りである:圧力は、一般的に1~80bar;天然ガス処理適用のために一般的に30~80bar、煙道ガスCO捕捉またはバイオガス洗浄適用のために一般的に1~2barである。
枯渇溶媒の温度は、処理ガスおよび利用可能なコールド物体の温度に依存することもあり、一般的には20~60℃である。
場合によっては、容器(2)中のリッチ溶媒(103)の中圧フラッシュ分離の工程b)(中圧フラッシュからのガスの最終使用に応じて有利には5~10barの圧力で行われる)は、同時吸収された化合物(106)の脱着およびコールドリッチ溶媒流れ(104)の生成を可能にしてよい。この工程を欠くと、コールドリッチ溶媒流れ(104)は、リッチ溶媒流れ(103)と同一である。コールドリッチ溶媒(104)の温度は、有利には、吸収されたガスの量および枯渇溶媒および処理されるべきガスの温度に応じ、40~80℃であってよい。
次に、交換器(3A)中のコールドリッチ溶媒流れ(104)のフラクション(104A)と、ホット枯渇溶媒流れ(110)との間の熱の交換c)を介して、再加熱済みリッチ溶媒流れ(105A)および冷却済み枯渇溶媒流れ(115)を得ることが可能である。再加熱済みリッチ溶媒(105A)が有している温度は、一般的に60~170℃、好ましくは100~130℃である;冷却済み枯渇溶媒(115)が有している温度は、一般的に45~90℃、好ましくは60~90℃である。
同時に、熱交換器(3B)中のコールドリッチ溶媒流れの補足フラクション(104B)とホット脱着済みガス流出物(112)との間の熱交換の工程d)がある。ホット脱着済みガス流出物(112)は、工程g)におけるフラッシュ分離からの脱着済みガス流れ(111)および工程e)における場合によるフラッシュ分離からのガス状化合物流れ(107)に対応し、再加熱済みリッチ溶媒流れ(105B)(再加熱済みリッチ溶媒(105B)が有している温度は、一般的に、60~170℃、好ましくは100~130℃である)および冷却・脱着済みのガス流れ(113)であって、一般的には45~90℃、好ましくは60~90℃の温度にあるものを与える。
低圧フラッシュ分離工程e)(4)は、熱統合工程からの出口のところで行われてもよく、除去化合物の最初の分離を可能にする。
この工程を欠くと、リボイラ(5)に送られるリッチ溶媒流れ(108)は、再加熱済みリッチ溶媒流れ(105A)および(105B)の合計である。
本方法は、リッチ溶媒(108)の再生の工程f)であって、リボイラ(5)中で選択される操作圧力に応じて一般的には70~180℃、好ましくは100~140℃、大いに好ましくは110~140℃の温度で加熱することによるものである工程f)も含み、脱着済みのガスの形態にある除去化合物を含んでいる二相性の再生済み溶媒(109)を与え、続けて、低圧フラッシュ(6)による分離の工程g)が行われ、「ホット枯渇溶媒」の流れ(110)であって、一般的には70~180℃、好ましくは110~140℃の温度にあるものと、脱着済みガス流れ(111)であって、一般的には70~180℃、好ましくは110~140℃の同一温度にあるものの分離を可能にする。工程f)およびg)は、溶媒のホットフラッシュ再生を可能にする。
本方法は、冷却済み枯渇溶媒(115)の最終の冷却を行う工程h)であって、完全に冷却された枯渇溶媒流れ(116)を与える工程h)も含む。この完全に冷却された枯渇溶媒流れ(116)は、枯渇溶媒流れ(117)であって、処理ガス(101)および利用可能なコールド物体の温度に応じて一般的に20~60℃の温度にあるものの形態で吸収器(1)に再度給送される用意が整っている。本方法は、本方法における水の喪失を制限することを目的としてリッチ溶媒/ガス流出物の交換器(3B)からの脱着済みガス流れ(113)の最終の凝縮の工程i)を含んでもよく、冷却済み脱着済み除去化合物の流れ(114)であって、利用可能なコールド物体に応じて一般的には20~60℃の温度にあるものを可能とする。
本発明の中心にあるのは、したがって、リッチ溶媒流れのフラクション(104B)のサンプリングの実施を、コールドリッチ溶媒/ホット枯渇溶媒の熱交換器(3A)のコールドサイド上で、脱着済みガス流れ((107)および(111))の熱エネルギーを用いる改変された熱統合と組み合わせたものである。
コールドリッチ溶媒流れ(バイパス)のフラクションのこのサンプリングなしで、リッチ溶媒(コールドRF、ホットRC)/枯渇溶媒(ホットPC、コールドRF)の交換器(3A)(図4)は、コールドサイド上で温度における狭窄を呈するだろう:コールドサイド上の温度概算(ΔTfと称する):適用および交換器の技術に応じて一般的には5~20℃は、ホットサイド上の温度概算(ΔTcと称する)より小さいだろう。これは、交換器のコールド脈路中に流れるリッチ溶媒の相における変化によって簡単に説明される(吸収済みガスの脱着および溶媒の蒸発)。交換器のホット脈路中に流れる枯渇溶媒は冷却され、コールドリッチ溶媒へのそれの著しい熱のみを断念する(状態において変化がない)。図4において、コールドサイド上の温度における差(ΔTf)は、ホットサイド上の温度差よりはるかに低く、短絡導管による熱統合は伴わない(ΔTc、曲線Sを参照)。コールドリッチ溶媒のフラクションを交換器(3B)に送る短絡導管の存在のために、コールドサイドとホットサイドとの間のこのアンバランスは、低減させられ得る(曲線A参照)。
その理由は、リッチ溶媒/枯渇溶媒の交換器(3A)中のコールドおよびホットの温度概算をリバランスする手段のみが、前記交換器に送られるコールド溶媒の容積流のフラクションを流用(バイパス)することになることにある。コールドリッチ溶媒流れ(104B)のこのフラクションは、フラッシュ分離工程(4)および(6)からそれぞれ得られたホット脱着済みガス(111)および場合による(107)によって反対に加熱されてよい。流れ(111)、場合によっては流れ(107)を用いることは、本方法の熱統合を可能にする。
想定される熱統合は、それ故に、交換器(3A)および(3B)の出口のところでリッチ溶媒の温度における相当な上昇を可能にする。この温度上昇は、リッチ溶媒のより大きい蒸発に移り、直接的な結果は、リボイラ(5)のエネルギー消費における低減である。シナリオの通りに、20~40%程度のエネルギー消費に関する相当な利得がなされ得る。
リッチ溶媒(104B)の流用容積流フラクションは、適用、(酸性ガスのモル/溶媒のモルとして表される)リッチ溶媒の負荷度および交換器(3A)および(3B)の技術に応じてリッチ溶媒の全容積流の0.5~50%、好ましくは5~40%を示してよい。流用されるフラクションは、交換器(3A)および(3B)を出る2つのリッチ溶媒流れ(105A)および(105B)の温度のバランスを取るように調節される。
技術的立場から、熱交換器(3A)および(3B)は、2つの物理的に別個の交換器または多数の供給口および出口を有している(プレート交換器タイプの)単独唯一の交換器であってよい。
工程e)およびg)における低圧フラッシュ処理による分離が行われる際の圧力は、一般的に0~9bar、好ましくは1~4barである。
工程b)における中圧フラッシュ処理による分離は、低圧分離より高い圧力、一般的には3~10bar、好ましくは5~10bar、大いに好ましくは5~7barの圧力で行われる。
1種の好ましいデバイスの様式によると、フラッシュ容器(4)および(6)は、同一の圧力で操作する(回路中の負荷ロスを除く)。LPフラッシュ容器(4)および(6)の操作圧力は、有利には1~4barである。上限は、一般的に用いられた溶媒の熱的劣化に応じて規定される。MPフラッシュ容器(2)の操作圧力は、有利には5~10barである。
リボイラ(5)中で必要とされる温度は、操作圧力に応じて一般的に70~180℃である。有利には、圧力が1bar超である場合、リボイラ中の温度は、100~180℃、好ましくは100~140℃、大いに好ましくは110~140℃である。
リボイラ(5)中の操作圧力は、一般的に0~9barである。
1種の実施形態において、ホットフラッシュ分離工程は、真空下に行われてよく、これは、工程f)におけるリボイラ(5)中の操作圧力および工程g)におけるフラッシュ分離の圧力は、厳密に0~1barであることを意味している。この場合、リボイラ(5)中の加熱処理の温度は、100℃未満、好ましくは70~90℃であってよい。
別の実施形態において、リボイラ(5)中の操作圧力は、1~4barであってよく、リボイラ(5)中の温度は、100~140℃、好ましくは110~140℃である。
いっそうさらなる実施形態において、温度および圧力は、熱力学的平衡を介して直接的に関連させられ、そのような考慮は、溶媒が熱的に安定であるかまたは溶媒の枯渇が二次であるならば、フラッシュ容器およびリボイラ中でより高い圧力(例えば、圧力4bar超、特に6~8bar)に与えられてよい(プラント中に貯蔵された溶媒をより頻繁に置換することは経済的な強制ではない)。
本発明によるプラントのための資本的支出も、制限され、または低減さえもされることが留意されるべきである;
- 従来のフラッシュ再生によるスキーム(熱統合をしない)に相対して、いくつかのさらなる装置が考慮されるべきである(1種の交換器および1種の容器)
- 水蒸気ストリッピングによる再生を伴うスキームに相対して、再生塔は、簡単な容器によって置き換えられる。
(実施例)
エネルギー消費に関して本発明の利点を例証するために、実施例が以下にバイオガス洗浄のシナリオについて与えられる。
下記の表1は、本発明の利点を、三級ポリアミン、三級アミンおよび二級ポリアミンの混合物からなり、特に、25重量%のPMDPTA、11重量%のMDEA、4重量%のピペラジンを含んでいるAEアミンと呼ばれる化学溶媒によりバイオガスをバイオメタンに洗浄(脱炭酸)することについて例証する。このタイプの適用のために、目標CO含有率(一般的に2.5容積%)についての仕様を前提として、水蒸気ストリッピングによるハイレベルの再生は必要とされない。
溶媒の部分再生の結論は、仕様を保証するために必要とされる溶媒の容積流における増大である(本発明のシナリオにおいて、水蒸気ストリッピングによるハイレベルの再生に相対して+23%)。資本的支出がそれにもかかわらず制限されたままであるのは、ストリッピング塔が単純な容器によって置き換えられ、かつバイオガス洗浄ユニットがサイズにおいて小さいからである。
本発明によるホットフラッシュ再生様式および関連の熱統合は、溶媒を再生するのに必要とされるリボイラ出力における相当な低減を可能にする:
- 従来のホットフラッシュ再生様式に相対して44%、
- 水蒸気ストリッピング様式による再生に相対して30%。
エネルギー消費におけるこの低減がメタン化サイトのバイオメタン生産力における増大を可能にするのは、洗浄方法の熱要求が生成バイオガスの自己消費によって合致されることをレギュレーションが保証するからである。
Figure 2022543300000002
本発明による方法の模式図を示す。 リッチ溶媒/枯渇溶媒の交換器を用いる、天然ガスを脱炭酸するために従来から用いられる通りのホットフラッシュ再生による吸収方法を示す。 バイオガスの洗浄(COの除去)のためのHitachi Zosen Inova(HZI)によって提案される通りのホットフラッシュ再生による従来技術吸収方法を示す。 リッチ溶媒/枯渇溶媒の交換器(1)における、コールドサイド上の溶媒(バイパス)のフラクションのサンプリングを伴う(A)および伴わない(B)ホットおよびコールドの温度概算コンセプトを示す。

Claims (15)

  1. 除去化合物の化学的、物理的またはハイブリッドの吸収によってガスを処理するための方法であって、少なくとも:
    a) 吸収器(1)中で、前記除去化合物の吸収を行う工程であって、該吸収は、処理ガスの流れ(101)を溶媒流れ(117)であって、好ましくは20~60℃の温度にあり、「枯渇溶媒」と呼ばれるものと接触させることによるものであり、処理済みガス(102)および除去化合物に豊富な、「リッチ溶媒」と呼ばれる溶媒(103)を与える工程;
    b) 中圧フラッシュ容器(2)中でリッチ溶媒(103)の場合による分離を行う工程であって、同時吸収された化合物(106)を脱着させ、コールドリッチ溶媒(104)であって、好ましくは40~80℃の温度にあるものを与える工程;
    c) 熱交換器(3A)中でコールドリッチ溶媒流れ(104)のフラクション(104A)とホット枯渇溶媒流れ(110)との間で熱交換を行う工程であって、再加熱済みリッチ溶媒流れ(105A)であって、好ましくは60~170℃、大いに好ましくは100~130℃の温度にあるものおよび冷却済み枯渇溶媒流れ(115)であって、好ましくは45~90℃、大いに好ましくは60~90℃の温度にあるものを与える工程;
    d) 熱交換器(3B)中でコールドリッチ溶媒流れ(104)の補足フラクション(104B)とホット脱着済みガス流出物(112)との間で熱交換を行う工程であって、ホット脱着済みガス流出物(112)は、工程g)におけるフラッシュ分離からの脱着済みガス流れ(111)および工程e)における場合によるフラッシュ分離からのガス状化合物流れ(107)に対応し、再加熱済みリッチ溶媒流れ(105B)であって、好ましくは60~170℃、大いに好ましくは100~130℃の温度にあるものと、冷却・脱着済みガス流れ(113)であって、好ましくは45~90℃、大いに好ましくは60~90℃の温度にあるものを与える、工程;
    e) 低圧フラッシュ容器(4)中で再加熱済みリッチ溶媒流れ(105A)および(105B)の熱統合工程の出口のところの場合による分離を行う工程であって、ガス状化合物(107)であって、好ましくは60~170℃、大いに好ましくは100~130℃の温度にあるものとリッチ溶媒流れ(108)であって、好ましくは60~170℃、大いに好ましくは100~130℃の温度にあるものとの分離を可能にする、工程;
    f) リボイラ(5)中でリッチ溶媒(108)の再生を行う工程であって、該再生は、好ましくは70~180℃の温度で加熱することによるものであり、二相性の再生済み溶媒(109)を与える工程;
    g) 低圧フラッシュ容器(6)中で二相性の再生済み溶媒(109)の分離を行う工程であって、ホット枯渇溶媒流れ(110)であって、好ましくは70~180℃、大いに好ましくは110~140℃の温度にあるものと、脱着済みガスの形態にある除去化合物を含んでいるガス状流れ(111)であって、好ましくは70~180℃、大いに好ましくは110~140℃の温度にあるものとの分離を可能にする、工程;
    h) 冷却済み枯渇溶媒(115)の最終の冷却を行う工程であって、完全に冷却済み枯渇溶媒流れ(116)であって、好ましくは20~60℃の温度にあるものを与え、該枯渇溶媒流れ(116)は、枯渇溶媒流れ(117)の形態で吸収器(1)に再度給送される用意が整っている、工程
    を含んでいる方法。
  2. 熱交換器(3A)に送られるコールドリッチ溶媒流れのフラクション(104A)は、全リッチ溶媒の流れの重量で0.5重量%~50重量%、好ましくは5重量%~40重量%を示す、請求項1に記載の方法。
  3. 工程b)における中圧フラッシュ容器中の分離を、低圧フラッシュ容器中での分離より高い圧力3~10bar、好ましくは5~10bar、大いに好ましくは5~7barで行う、請求項1または2に記載の方法。
  4. 工程e)およびg)における中圧フラッシュ容器中の分離を、圧力0~9bar、好ましくは1~4barで行う、請求項1~3にいずれか1つに記載の方法。
  5. 工程e)およびg)における低圧フラッシュ容器中の分離を、同一の圧力1~4barで行い、工程b)における中圧フラッシュ容器中の分離を、圧力5~10barで行う、請求項4に記載の方法。
  6. 工程f)におけるリボイラ中の加熱および工程g)における低圧フラッシュ容器中の分離を行う際の圧力は、厳密に0~1barである、請求項4に記載の方法。
  7. リボイラ中の温度は、70~100℃である、請求項6に記載の方法。
  8. リボイラ中の操作圧力は、1~9bar、好ましくは1~4barであり、リボイラ中の温度は、100~140℃、好ましくは110~140℃である、請求項4または5に記載の方法。
  9. 溶媒は、少なくとも1種のアミンを含んでいる化学溶媒である、請求項1~8のいずれか1つに記載の方法。
  10. 溶媒は、三級および二級のアミンの混合物を含む、請求項9に記載の方法。
  11. 当該方法における水の喪失を制限することを目的として脱着済みガス流れ(113)の最終の凝縮を行う工程i)を含み、冷却・脱着済みの化合物の流れ(114)であって、好ましくは20~60℃の温度にあるものを与える、請求項1~10のいずれか1つに記載の方法。
  12. 吸収工程a)における操作圧力は、1~80barである、請求項1~11のいずれか1つに記載の方法。
  13. 処理ガスを、バイオガス、天然ガス、合成ガス(シンガス)、または工業的煙道ガス、例えば、石炭発電所、焼却炉または溶融炉の煙道ガスから選択する、請求項1~12のいずれか1つに記載の方法。
  14. 請求項1~13のいずれか1つに記載の方法の実施を可能にするガス処理プラントであって、少なくとも:
    - 処理ガスを「枯渇溶媒」と呼ばれる溶媒と接触させて、処理済みガスおよび「リッチ溶媒」と呼ばれる除去化合物に豊富な溶媒を与えることを可能にする吸収器(1);
    - 同時吸収された化合物を脱着させるようにリッチ溶媒の中圧フラッシュ処理のための場合による容器(2);
    - コールドリッチ溶媒/ホット枯渇溶媒の熱交換器(3A);
    - コールドリッチ溶媒/ホットガス流出物の熱交換器(3B);
    - コールドリッチ溶媒/ホット枯渇溶媒の熱交換器(3A)に給送するコールドリッチ溶媒のフラクションをコールドリッチ溶媒/ホットガス流出物の熱交換器(3B)に短絡させるための導管;
    - リッチ溶媒の脱気を可能にする、熱統合工程の出口のところの場合による低圧フラッシュ容器(4);
    - リッチ溶媒の加熱を可能にするリボイラ(5);
    - 再生済み溶媒および脱着されたガスの形態にある除去化合物の分離を可能にする低圧フラッシュ容器(6);
    - 上記方法における水および溶媒の喪失を制限することを目的とする脱着済みガスための場合による最終の凝縮器(7);
    - 枯渇溶媒のための最終の冷却器(8);
    - 溶媒の流通を可能にする、(枯渇および/またはリッチの)溶媒のための一式のポンプ(9)
    を含んでいるガス処理プラント。
  15. 熱交換器(3A)および熱交換器(3B)は、1種の同一の装置からなる、請求項14に記載のプラント。
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