JP4942935B2 - ゼロに近い排出で酸性気体および汚染物質を除去する構成および方法 - Google Patents

Description

本出願は、２００２年１２月１７日出願の米国仮特許出願第６０／４３４３５８号の利益を請求し、本明細書に参照として援用する。

本発明は、気体加工および処理に関し、さらに詳細にはゼロに近い排出での気体加工および処理に関する。

低レベルの酸性気体および他の汚染物質を含む天然気体流を、様々な公知の処理過程によって経済的に処理することができる。しかし、酸性気体および他の汚染物質の含有量が増加しており、現在の処理過程はしばしば比較的大量のエネルギーを必要とし、さらに追加の加工装置を必要とすることもある。

物理溶媒の使用を利用する典型的な既知の排ガス処理構成が、従来技術の図１に図示されており、吸収装置２０３、フラッシュドラム２０５、再循環圧縮機２０６、交換器２０７、溶媒再生装置２０８、リボイラ２０９、溶媒ポンプ２１６、および冷媒冷却装置２１７は、供給気体から硫化水素および汚染物質を取り除くように構成されている（さらに、この設備の構成部品は硫黄設備２１３、水素化および急冷装置２１４、および排ガス（ｔａｉｌ ｇａｓ）装置２１５を含む）。このような設備は普通、Ｈ_２Ｓおよび汚染物質を除去する際には選択的ではない（すなわち、溶媒によるＣＯ_２の共吸収が比較的高い）ことを理解すべきである。特に、供給気体１が比較的大量の（例えば、５０％より大きい）ＣＯ_２を含む場合、このような設備内でのＣＯ_２の共吸収はより高い溶媒循環およびより高いエネルギー消費を必要とし、また硫黄設備にとって望ましくない酸性気体であるＣＯ_２が濃厚である（普通は８０％）酸性気体を生成させる。その結果、特に供給気体が比較的高濃度の酸性気体および他の汚染物質を含んでいる場合、これらの過程に必要とされる資本コストおよび稼動コストは普通、非常に高い。極めてしばしば、汚染物質の除去が高い頻度で所望のレベル以下であるという事実により、追加の加工装置でのこれらの装置からの処理気体の後処理が必要である。

不適当な汚染物質の除去に関連する問題の少なくとも一部を回避するため、処理された気体の様々な後処理方法が利用されてきた。残念なことに、このような方法の多くは比較的不十分で費用がかかる傾向があり、汚染物質が、固定された吸着剤床による処理によって取り除かれる場合、さらに費やした溶媒の処分の問題を引き起こすことがある。したがって、特に下流硫黄再生装置および排ガス装置内の稼動効率、廃液、排気、および生成物品質に関連する様々な問題がまだ残っている。例えば、このような処理過程から製造される酸化気体は普通品質が悪く（例えば、かなりの量の汚染物資、および／または比較的大量の共吸収されたＣＯ_２および炭化水素を含む）、しばしば追加の加工およびより高いエネルギー消費を必要とし、それによって硫黄設備の全体の投資コストおよび稼動コストが増加する。さらに、酸性気体内の共吸収された炭化水素は普通、硫黄設備内においてＣＯ_２に変換されなければならず、その結果過程からのＣＯ_２排出が増加する。したがって、炭化水素中の潜在エネルギー値がかなり大きいのにも関わらず、現在知られている過程の多くはこれらの廃炭化水素流を価値のある生成物として再生することができない。

他の知られている過程では、排ガス装置がしばしば、硫黄設備からの硫黄排気を制御するのに使用されている。排気が極めて低いｐｐｍレベルまで減らされた場合でも、処理過程中での大量の共吸収されたＣＯ_２に寄与する換気速度が比較的大きいことにより、換気流中の年間硫黄排気（トン毎年）の合計量はまだ比較的高い。さらに、多くの知られている気体処理構成の酸性気体中の汚染物質および炭化水素はしばしば、硫黄設備内で完全には崩壊されず、硫黄生成物はしたがって変換されていない炭化水素およびメルカプタンで汚染されており、それによって追加の工業廃棄物処分の問題になる。

したがって、様々な気体加工処理および構成が当業界で知られているが、供給気体が比較的高いレベルの酸性気体、炭化水素、および他の汚染物質を含む場合に、それらの処理および構成の全てまたはほとんど全てには１つまたは複数の欠点がある。

本発明は、比較的高いレベルの酸化気体、炭化水素、および他の汚染物質を含む気体を処理する設備構成および方法を対象としており、考えられる構成および方法は、硫化成分、重炭化水素、および／または他の汚染物質の排出をかなり減らすか、そうでなければさらにほとんどなくし、パイプライン販売に適した低い炭化水素露点を硫黄および汚染物質で劣化させた脱水気体に提供する。

本主題の一態様では、気体処理設備は、リーンソルベントが二酸化炭素、硫化水素、および重炭化水素を吸収する第１の吸収装置を有する。第２の吸収装置は、硫化水素の少なくとも一部が二酸化炭素から分離される第１の吸収装置に流体結合されており、硫黄設備は硫黄生成物および排ガスを製造するように硫化水素を受け、排ガスの少なくとも一部が水素化され、吸収装置に再循環される。

より詳細には、考えられる設備構成はさらに第１および第２の吸収装置に結合された再生装置を備え、再生装置は酸性気体を生成し、炭化水素の少なくとも一部は炭化水素液として酸性気体から分離される。炭化水素液が価値のある生成物として販売されている場合、炭化水素液の少なくとも一部を受け、残余の硫黄化合物が炭化水素液から少なくとも部分的に奪われるストリッパを含めることもでき、奪われた蒸気は硫黄設備に任意選択で供給される。酸性気体中の二酸化炭素に関して、第２の吸収装置が第１の吸収装置より低い圧力かつ高い温度で稼動し、それによって二酸化炭素がリッチソルベントから取り除かれ、第１の吸収装置に再循環されることが普通は好ましい。そのようにして得られた二酸化炭素はその後、高い油再生のために任意選択で使用される、または商業生成物として使用することができる。

本主題の一態様では、気体処理設備は（ａ）二酸化炭素および硫化水素を含む供給気体、（ｂ）二酸化炭素飽和リーンソルベントを受け、（ｃ）二酸化炭素の少なくとも一部を含むオーバーヘッド蒸気を受ける吸収装置を有し、リーンソルベントはオーバーヘッド蒸気と組み合わされ、その後冷却されて、冷却された二酸化炭素飽和リーンソルベントを形成し、それによって吸収装置中の温度上昇を少なくし、したがって４ｐｐｍ以下の合計硫化物含有量の処理気体を生成する際に、供給気体からの硫化水素の選択吸収が大きくなる。

吸収装置は、特に好ましい構成では、さらに圧力が小さく、底部生成物から二酸化炭素含有量を取り除くのに十分なより高い温度まで加熱された底部生成物を生成し、そのように分離された二酸化炭素中のＨ_２Ｓ含有量は、二酸化炭素で飽和したリーンソルベントの一部を使用して、第２の吸収装置内に再吸収される。

本主題のさらに別の態様では、気体処理設備は、複数の吸収装置から酸性気体および重炭化水素を含むリッチソルベントを受け、さらに冷却および分離されたオーバーヘッド蒸気を生成し、それによって酸性気体、水、および液体炭化水素を形成する溶媒再生装置を有する。炭化水素液は任意選択で、硫化水素を除去した炭化水素生成物、および硫黄設備に供給される硫化水素を含む蒸気を生成するように炭化水素液を分別するストリッパに供給される。

このような構成の特定の好ましい態様では、残余量の汚染物質（重炭化水素およびメルカプタン）を含む酸性気体が吸収装置に供給され、その中で二酸化炭素が除去された硫化水素リッチソルベントが、さらに酸性気体を取り除き（ｓｃｒｕｂ）、硫黄設備に供給されることが好ましい重炭化水素を取り除いた濃縮Ｈ_２Ｓ流を生成するのに使用される。硫黄設備が市販可能な硫黄生成物および排ガスを生成し、排ガスの少なくとも一部が水素化され、複数の吸収装置の少なくとも１つに再循環されることがさらに考えられる。

本主題の別の態様では、気体流設備は溶媒再生装置から、硫化水素を含む蒸気、および炭化水素を受け、さらに硫化水素を含む二酸化炭素を除去した溶媒を受ける吸収装置を有し、吸収装置は硫化水素を含む、硫黄設備に供給される、炭化水素を除去したオーバーヘッド蒸気、および溶媒再生装置に再循環される炭化水素濃厚底部生成物を生成する。二酸化炭素を除去した溶媒が、二酸化炭素飽和リーンソルベントを使用して二酸化炭素から硫化水素を分離させる別の吸収装置によって生成され、二酸化炭素を除去した溶媒の一部が溶媒再生装置に供給される構成が普通好ましい。

したがって、発明者は、１つのステップで、気体が重炭化水素および重メルカプタン（エチルメルカプタンおよびより重いメルカプタン）の少なくとも１つをリーンソルベントの第１の部分内に気体から吸収するように、リーンソルベントの第１の部分と任意選択で接触する、気体処理方法を考える。別のステップでは、気体は冷却され、冷却された気体は、軽炭化水素、軽メルカプタン（メチルメルカプタン）、およびＨ_２Ｓの少なくとも１つをリーンソルベントの第２の部分に吸収するように、吸収装置内でリーンソルベントの第２の部分と接触し、リーンソルベントの第２の部分は二酸化炭素で飽和されている。さらに別のステップでは、吸収装置から出る気体はさらにリーンソルベントの第３の部分と接触して第３の部分を二酸化炭素で飽和させ、それによって気体溶媒混合物を形成し、気体溶媒混合物はその後冷却され分離され、それによって二酸化炭素で飽和されたリーンソルベントの第２の部分を形成する。

本発明の様々な目的、特徴、態様、および利点が、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明からさらに明らかになるだろう。

比較的高いレベルの酸性気体および他の汚染物質を含む気体を、硫黄成分、炭化水素および／または他の汚染物質の排気をかなり少なくする、そうでなければさらにほとんど無くす過程で処理することができることを発明者は発見した。考えられる過程では普通、パイプライン販売気体仕様を満たす低い炭化水素露点の脱水気体を生成する。

さらに考えられる構成では、硫黄設備内で効率的に加工することができる、硫化水素が濃厚で、炭化水素を除去した気体を生成し、硫黄設備の排ガスは（水素化および急冷の後に）供給気体に再循環し戻される。またさらに、考えられる構成での供給気体から分離され、再生された炭化水素は普通、別の加工の後に液体燃料として使用するのに適している。したがって、考えられる構成および方法により汚染された供給気体の供給気体加工が可能になり、全ての望ましくない成分（特に、重および軽炭化水素、メルカプタン、硫化水素、および二酸化炭素を含む）は消滅するように再循環される、または商業的に価値のある生成物として除去され、再生されることを特に理解すべきである。

特に好ましい構成および方法では、リーンソルベント（最も好ましくは、ポリエチレングリコールのジアルキルエーテルおよび水を含む溶媒）が選択的に、硫黄成分、炭化水素、および／または他の汚染物質を吸収する、４ステップ吸収過程が使用されている。加えてまたは任意選択で、その後別のステップで、価値のある生成物を生成するように加工される炭化水素液中の望ましくない炭化水素および汚染物質（例えば、メルカプタンまたは二硫化物）を捕捉する冷却／吸収過程を含めることもできる。

例示的な構成が図２に図示されている。ここで、供給気体流１は大気温度および大気圧で、水素化／急冷気体流２と組み合わされて、供給圧縮機１０１内で圧縮される流れ３を形成する。再沸騰された吸収装置１１０からの再循環流４は圧縮機１０１の段間に供給され、全体的な気体流が流れ５を形成する適切な圧力、普通は２００から４００ｐｓｉｇにまで、またはパイプライン要件の必要に応じて圧縮される。

供給気体合成物はかなり変わることができ、適切な供給空気は様々な圧力の天然気体、合成気体、ごみ廃棄物気体、および様々な精製オフ気体を含むことを全体的に理解すべきである。しかし、特に好ましい態様では、供給気体は約３０〜７０％のＣＯ_２、２０〜５０％のＣ_１、２〜５％のＨ_２Ｓ、０．５〜１０％のＨ_２、３〜５％のＣ_２−Ｃ_５、０．５〜２％のＣ_６−Ｃ_７、０．１〜０．５％のＣ_８−Ｃ_９＋、０．２〜１％のメルカプタン、二硫化物、ＣＯＳおよびＨＣＮ汚染物質の組成であり、残りは不活性物（例えばＮ_２）である低圧低品質の天然気体である。さらに、適切な供給気体は水を含むことができ、さらに水で飽和することもできることを理解すべきである。

例示的な動作では、低品質供給気体流は１００ＭＭｓｃｆｄの供給速度であり、大気圧および大気温度近くで供給され、水で飽和されている。図２の例示的構成では、４つの吸収ステップが、それぞれリーンソルベント流６、１４、２５、および４５を使用して、リーンソルベント流で行なわれる。考えられる吸収装置（吸収装置１０３、１１０および１１８）内で使用される溶媒に関して、その多くの物理的溶媒および混合物が適当であることを理解すべきである。当業界で知られている多くの物理的溶媒があり、例示的溶媒としてプロピレンカーボネート、リン酸トリブチル、直鎖状のメチルピロリドン、および様々なポリエチレングリコールジアルキルエーテルが挙げられる。別の方法では、適切な溶媒はまた、強化した第３アミン、または物理的溶媒と同様の挙動を有する他の溶媒を含んでいてもよい。しかし一般に、溶媒はポリエチレングリコールのジメチルエーテルおよび水の混合物を含んでいることが好ましい。さらに、水はポリエチレングリコールのジメチルエーテルの適切な濃度で、溶媒から汚染物質の除去および吸収を促進することを理解すべきである。

第１の吸収ステップでは、供給気体がさらに冷却され、吸収装置に入る前に、Ｃ_９＋炭化水素および重メルカプタンを含む重い成分を捕捉するように、特定のおよび比較的少量のリーンソルベントが供給気体に射出される。この第１の吸収から重い汚染物質を除去することにより、かなりの量の重い炭化水素および汚染物質が第２の吸収ステップに入るのを防ぎ、それによって吸収装置内での下流側の重炭化水素凝結を避ける。さらに、吸収装置内の余分な重炭化水素は気泡を発生させる傾向があり、これも望ましくない。この第１の吸収ステップで必要なリーンソルベントの量は比較的少なく、普通は供給中の重炭化水素の量による。しかし多くの構成では、リーンソルベントの量は循環している溶媒全体の１０％未満であり、より普通には溶媒循環全体の約２％から５％である。さらに、重炭化水素を除去するため、リーンソルベントの量を必要に応じて調節することができることを理解すべきである。

図２の例示的構成では、リーンソルベント流６は約２０ｇｐｍで、普通は摂氏１６度から摂氏３２度（華氏６０度から華氏９０度）での冷却流８に処理された気体流１８（生成物気体）で交換器１０２内で冷却される流れ７を形成する、圧縮された供給気体流５と混合される。吸収効率は交換器１０２内の冷却過程でかなり高められて、重い成分（例えば、Ｃ_９＋炭化水素）、重メルカプタン、二硫化物、および水含有量の大部分（すなわち、少なくとも７５％、およびより典型的には９０％）をほぼ完全に除去することになることに特に留意されたい。交換器１０２は、処理された気体流１８中の冷媒含有量を使用し、それによって外部冷却が必要なく、温められた生成物気体４６を生成することが好ましい。しかし、任意選択および／または追加の外部冷媒を含めることもできる（例えば、供給気体が比較的大量の重い成分を含んでいる場合）ことを理解すべきである。

吸収装置１０３は２つの部分を備え、下側の部分は重い汚染物質を第１のステップで吸収された供給気体から分離するのに使用され、上側部分は軽いほうの汚染物質（例えば、硫化水素、軽メルカプタン、軽炭化水素）を取り除くように第２の吸収ステップで使用されていることが普通は好ましい。このような構成では、重い汚染物質（例えば、炭化水素、メルカプタン、二硫化物など）は、吸収装置１０３の下側の部分に供給され、そこで分離され、再生装置１１３内でさらに分留された溶媒流１０を介して取り除かれる。吸収装置の下側の部分内の重い汚染物質の除去は、上側の部分内の次の吸収ステップ（普通は、第２および第３の吸収ステップ）が炭化水素の凝結、および重い汚染物質の泡立ち（上への）を促進することができるより低い温度で作用するので、特に利点がある。しかし、代替構成では、流れ１０を極めて重い成分の分留および除去に必要な真空圧力で作動する再生装置（図示せず）内で別個に加工することができる。

吸収装置が上側部分および下側部分を有する場合、普通は２つの部分は最も典型的には煙突トレイ１２５によって分離されることが好ましい。したがって、流された気体流９は、煙突トレイ１２５を通って吸収装置の下側部分から上向きに流れ、塔の上側部分に入る。そこで、気体は吸収装置の上部の近くに入る二酸化炭素飽和溶媒流１１と向流接触する。吸収装置は普通、気体・液体接触の約１４から１８の平衡段階を提供する、従来のトレイまたはパッケージを備えている。これらの状態で、天然気体の硫黄含有量（Ｈ_２Ｓ、メルカプタン、および二硫化物）を４ｐｐｍｖ未満に減らすためには、約１０００から１２００ｇｐｍのリーンソルベント循環が必要である。しかし特定の気体組成および容量によって、吸収装置の種類、および平衡段階の数はかなり変わることがあることを理解すべきである。

溶媒は二酸化炭素で既に予圧されているので、吸収装置１０３内の接触段階が硫化水素および汚染物質を選択的に吸収するのにほぼ排他的に利用される場合、冷たい二酸化炭素飽和溶媒の使用は特に有利であることを特に理解すべきである。供給気体中の硫化水素の量が二酸化炭素と比べて比較的少ないので、硫化水素の吸収により吸収装置内での温度上昇がより小さくなる。より低い温度で吸収装置が動作しており、全体の溶媒循環およびエネルギー消費を小さくすることができる。このような選択的吸収過程では、硫黄設備に向かう酸性気体は普通はより少ない二酸化炭素を含み、硫化水素中でより多く凝結される。「二酸化炭素飽和溶媒」および「二酸化炭素で飽和された溶媒」という用語は本明細書では、相互交換可能に使用され、特定の圧力および温度での二酸化炭素の１００％飽和と比べて、その特定の圧力および温度で少なくとも５０％、より典型的には８０％、最も典型的には９０％の二酸化炭素で飽和された溶媒のことを言う。したがって、本明細書で使用される「硫化水素の選択的吸収」という用語は、特定の溶媒内への特定の気体からの二酸化炭素の吸収における硫化水素の好ましい吸収のことを言う。

このような吸収過程の別の重要な利点は、全ての汚染物質が再生装置オーバーヘッド２９の蒸気相３２内で凝結され、これらの汚染物質の分圧が高くなり、これらの汚染物質の凝結、したがって除去が可能になるということである。このような過程のさらに別の利点は、再生装置からの酸性気体はより少ない二酸化炭素およびより少ない炭化水素を含むことであり、これは高品質の硫黄を生成する際に下流側の硫黄設備がより少ない燃料気体および酸素を必要とするということである。したがって、このような硫黄設備の装置寸法はより小さく、したがって硫黄設備の資本コストおよび稼動コストが少なくなる。本明細書で使用される「硫黄設備」という用語は全体的に、全ての設備構成のことを言い、その中で硫化水素は単体硫黄（および生成物による他のもの）に変換され、普通は比較的低レベルの硫黄化合物を含む排ガスを噴射する。

吸収装置１０３は、普通は摂氏−６．７〜４．４度（華氏２０〜４０度）で、汚染物質を部分的に取り除く（すなわち、吸収装置に入る流れより少ない汚染物質を含む）オーバーヘッド流１２、および普通は摂氏４．４〜１６度（華氏４０〜６０度）で、煙突トレイ１２５からのリッチソルベント流１３を生成する。オーバーヘッド流１２は、約１１００から１３００ｇｐｍ、摂氏−１８度から摂氏４．４度（華氏０〜４０度）で溶媒冷却器１２１から供給されるリーンソルベント１４と混合され、流れ１５の蒸気・溶媒混合物を形成する。

蒸気・溶媒接触のこのような追加のステップはリーンソルベント流１４を二酸化炭素で飽和させ、オーバーヘッド流１２内の供給気体から残留汚染物質および硫黄化合物を取り除くことを特に理解されたい。流れ１５はさらに、溶媒による二酸化炭素の吸収によって発生する吸収熱を除去する外部冷媒を使用して、交換器１０４内で冷却され、混合物は普通は摂氏−１２〜４．４度（華氏１０〜４０度）まで冷却されて、流れ１６を形成する。したがって、低温の流れ１６は蒸気・溶媒吸収平衡を支持し、その後溶媒中の酸性気体および汚染物質の負荷がより高くなることにつながり、それによって全体の溶媒循環およびエネルギー消費が少なくなることを理解すべきである。

このような冷却装置なしでも、吸収装置内の平衡温度に対する解決法によって制限されるように、吸収装置オーバーヘッド温度はリーンソルベントの温度より高いことを特に理解されたい。溶媒負荷容量がより高い温度で減少するので、より高い溶媒循環が同じ生成物気体硫黄仕様を満たすために必要である。二酸化炭素の共吸収が増加し、したがって硫黄設備内で処理される必要がある酸性気体の量が多くなるので、より高い溶媒流は望ましくない。

冷却した流れ１６の蒸気溶媒混合物は、分離装置１０５の中で、汚染物質を除去した蒸気流１８（希薄生成物気体）および二酸化炭素が豊富な液体流１７に分離される。流れ１７は２つの流れに分割され、ここで約２５％は吸収装置１１０内の第３の吸収ステップに流れ２５として送られ、残りの７５％は流れ４３として、吸収装置を上昇する汚染された天然気体に接触するように、流れ１１として吸収装置１０３の上部に溶媒ポンプ１０６を使用して汲み上げられる。蒸気流１８の冷媒含有量は普通摂氏−１２度から摂氏４．４度（華氏１０度から４０度）で、交換器１０２内の供給空気流７を冷却するのに使用される。処理した気体は、生成物気体、流れ４６として処理部から出る。

汚染物質を汲み出した溶媒流１３は、ＪＴバルブ１０７内の圧力が低下して、普通は１００〜２００ｐｓｉｇで流れ１９を形成する。流れ１９はその後、リーンソルベント流２８によって交換器１０８内で普通は摂氏１１６〜１３５度（華氏２４０〜２７５度）まで加熱されて、流れ２０を形成する。これらの高温および低圧状態では、酸性気体、特に二酸化炭素の大部分が除去される。流れ２０は分離装置１０９内で、蒸気流２４および流された液体流２１に分離される。メタンなどの軽炭化水素の約９８％以上、二酸化炭素の約９５％、および硫化水素の約７０％が流れ２４内で除去される。残留気体（主に、硫化水素および汚染物質）を含む流された液体流２１は、流れ１０および５０と混合して、ＪＴバルブ１１２を介して再生装置１１３に送られて次に分留する前に、流れ２２を形成する。

第３の吸収ステップが、二酸化炭素含有量を排斥（ｒｅｊｅｃｔ）することによって（例えば、リッチソルベントを加熱することによって）、リッチソルベント中の硫化水素および汚染物質を凝結させる再沸騰された吸収装置１１０内で行なわれている。リボイラ１１１の使用は任意選択であり、極めて高い硫化水素濃度の酸性気体を生成するためだけに必要である。流れ２４は再沸騰された吸収装置１１０の底部近くに入り、第２の吸収ステップで分離装置１０５から供給されるリーンソルベント流２５は塔の上部近くに入る。補助加熱義務がリボイラで必要である場合、所望の底部温度を維持するため、熱い油または蒸気の何れかを熱源として使用することができる。普通は、流れ２４の二酸化炭素含有量の９５％以上を排斥するのに第３の吸収ステップが使用される。再沸騰された吸収装置１１０は普通、蒸気溶媒接触の８〜１２の平衡段階で設計されている。従来のトレイまたは包装を、蒸気溶媒接触装置として使用することができる。流れ２５の必要な溶媒速度は普通は、全体の循環の２５％、または交換器１０８での加熱により流れ２４内で除去される硫化水素および汚染物質のほぼ全てを再び吸収するのに必要なだけである。多くは二酸化炭素およびメタンを含み、硫化水素および汚染物質を除去した吸収装置オーバーヘッド蒸気流４４を、流れ４４Ａ内での二酸化炭素の生成、および／または流れ４内の供給圧縮機の段間にまで再循環させ戻すことができる。再循環過程は、メタン（典型的には９８％より大きく、より典型的には９９．５％より大きい）および他の価値のある気体の再生を最大限にし、潜在的排気源を無くす。

再沸騰された吸収装置オーバーヘッド蒸気４４は、ほぼ汚染物質がない（典型的には０．１ｖｏｌ％未満、より典型的には０．０５ｖｏｌ％）高濃度二酸化炭素であり、化学的生成用の供給原料として使用するのに（例えば、尿素肥料製造、または清涼飲料業界に）適している。この流れの中の残留汚染物質レベルは極めて低く、したがって生成物二酸化炭素仕様を満たすための別の浄化は最小の資本コストおよび稼動コストを必要とする。別の方法では、関連する油田製造の際、高い油再生で高濃度二酸化炭素流を使用することができる。二酸化炭素が濃厚な流れ４４Ａの除去により、流れ４の再循環流も少なくなり、さらに生成物気体の加熱値を良くする（特に、生成物気体が加熱値、または販売気体のウォッベ指数仕様を満たすのに必要である場合）ことをさらに理解すべきである。

約５％の残留二酸化炭素を含む、再沸騰された吸収装置の底部流２３は流れ４５および流れ５０に分割される。流れ４５は、吸収装置１１８内の第４の吸収ステップでの炭化水素の吸収のために、硫化水素が（ＪＴバルブ１２８による圧力の低下の後に）濃厚なリーンソルベントとして使用される。流れ５０は分離装置１０９からの流れ２１、および第１の吸収ステップからの流れ１０と組み合わされて、流れ２２を形成する。流れ２２はバルブ１１２により約２５ｐｓｉｇまで圧力が減少して流れ２６を形成し、再生装置１１３の上部に入る。再生装置１１３は、普通は蒸気溶媒接触の１２〜１６の平衡段階で設計された、分留塔であることが好ましい。従来のトレイまたは包装を、蒸気溶媒接触装置として使用することができる。再生装置の底部温度は普通、熱源として熱い油または蒸気の何れかで熱を加えて、摂氏１４１〜１４９度（華氏２８５〜３００度）で維持される。リボイラの負荷は約３０〜４０ＭＭＢｔｕ／時、または販売気体に対する４ｐｐｍｖの合計硫黄仕様を満たすのに必要な極めて低い硫黄およびメルカプタン含有量（５ｐｐｍ未満）のリーンソルベントを生成するのに必要なだけである。

再生装置は、リーンソルベント流２８およびオーバーヘッド気体流２９を生成する。リーンソルベントの熱含有量は、交換器１０８内でリッチソルベントを予熱（部分的に再生）することによって再生される。交換器１０８では、流れ２８は普通、摂氏３８〜４９度（華氏１００〜１２０度）で流れ４０を形成するように冷却される。冷却された溶媒はさらに、ポンプ１２０で圧力を吸収するように汲み上げられる。ポンプ排出流４１は、流れ６および流れ４２に分割される。流れ６は、第１の吸収ステップで重炭化水素および汚染物質を取り除くように、供給気体流に噴射される。流れ４２は、普通摂氏−１８〜４．４度（華氏０〜４０度）まで交換器１２１内で冷媒で冷却され、第２の吸収ステップで吸収装置１０３からのオーバーヘッド蒸気１２と混合される。

再生装置の底部に大量の水（流）が存在することにより、重い成分を取り除き、除去することを改善することを特に理解すべきである。したがって、当業者は溶媒から汚染物質を除去および離脱することを促進および／または最適化するように、溶媒（例えば、ポリエチレングリコールのジメチルエーテル）中の水含有量を調節する。再生装置内で汚染物質を除去するのに加えて、よりリーンソルベントが、厳しい生成物気体仕様を満たすのを助けるのに、第２の吸収ステップでの汚染物質吸収の際に非常に効果的である。

再生装置オーバーヘッドの気体流２９は、普通摂氏４．４〜１０度（華氏４０〜５０度）まで交換器１１５内で冷却媒体（例えば、冷媒の後の冷却水）で冷却されて、さらに３相分離装置１１６内で、液体流３１、蒸気流３２、水流３４、および炭化水素流３５に分離される流れ３０を形成する。普通、溶媒で飽和された水、炭化水素、および汚染物質を含む液体流３１は、還流ポンプ１１７によって再生装置まで流れ２７として汲み上げられる。水の一部は、所定のレベルで溶媒の水含有量を維持するように、再生装置まで運ばれる。当業者には簡単に分かるように、様々な供給気体流は時々望ましくない量の水を含んでいる。したがって、所定の温度で溶媒の水含有量を維持するためには、供給気体からの溶媒によって吸収されるあらゆる追加の水を、再生装置１１３内で流れ３４として取り除くことができる。

流れ３２中の汚染物質は温度が低くなると共に少なくなり、下限は摂氏０度（華氏３２度）の水凍結温度によって規定されている。残留汚染物質のレベル、特にメチルメルカプタン、ベンゼン、トルエン、およびキシレンなどのより軽い汚染物質は、かなりの量がまだ存在している可能性がある約摂氏４．４度（約華氏４０度）でさえも、汚染物質のレベルは１〜２％の高さの可能性がある）。このような高レベルの汚染物質の存在は、硫黄稼動設備中に良くない影響を及ぼし、さらに詳細には高いエネルギー消費、短い触媒寿命、および仕様外の硫黄生成物を含んでいる。

このような問題を避けるためには、酸性気体流３２をさらに処理するのに、吸収装置１１８を使用する第４の吸収ステップが使用される。このステップで利用されるリーンソルベント流４６Ａは、流れ４５を介して第３の吸収ステップで吸収装置１１０の底部から出ている。この溶媒流は、硫化水素で飽和されているので、残留汚染物質を吸収する際に特に利点がある。溶媒４６Ａの使用は、オーバーヘッド流４７への溶媒からの硫化水素のほとんどを排斥し、流れ３２中の酸性気体からの炭化水素および汚染物質の多くを吸収する。この第４の吸収ステップはさらに、硫黄設備に対する硫化水素濃度を１０％だけ多くする。硫黄設備に対する流れ４７中の硫化水素の濃度は、７０％である可能性がある。吸収装置１１８からの底部流３３は、流れ３６として再生装置１１３の上側部分までポンプ１１９によって汲み上げられ、オーバーヘッドドラムである３相分離装置１１６中の汚染物質および炭化水素液を分離して、原料炭化水素液流３５を生成する。

したがって、考えられる構成では、９９％以上の汚染物質（重炭化水素およびメルカプタン）が流れ３５内で取り除かれることが期待される。この流れは軽炭化水素および軽メルカプタンで飽和されているので、炭化水素生成物として販売できるまでに、普通はさらなる除去が必要である。したがって、リボイラ１２７によって供給された熱を有するストリッパ１２６を使用して、流れ３５からこれらの軽い成分を取り除く。好ましいストリッパは、液体生成物４９を生成する重い液体からより軽い成分を分留するために使用される接触トレイを含んでいる。軽メルカプタンおよびＨ_２Ｓを含むオーバーヘッド蒸気流４８が、硫黄生成物として変換するために硫黄設備に送られる。

最小残留汚染物質を含む水流３４は、水分バランスを維持するために、酸性水ストリッパ部に分離装置１１６からパージされる。普通は５０〜７０％の硫化水素および３０〜５０％の二酸化炭素（および極めて低レベルの残留炭化水素含有量）を含む、吸収装置１１８およびストリッパ１２６からの蒸気流４７および４８をそれぞれ、硫黄設備１２２に直接供給することができる。このような気体組成により、硫黄設備が最小の酸素および燃料消費で安定かつ効率的なモードで稼動することが可能になり、残留炭化水素、メルカプタン、および二硫化物のほぼ全てを不活性生成物に変換することが期待される。硫黄設備は、硫黄生成物流３７および排ガス流３８を生成する。二酸化炭素および少量の酸化硫黄を主に含む排ガス流３８は、水素化および急冷部１２３に送られる。気体は、全ての酸化硫黄を硫化水素に変換し戻す触媒ベッドの上で水素化される。変換された気体は水で急冷され、冷却され、流れ３９として急冷気体部から出る。

従来の過程は普通、別の処理部および焼却部を含む排ガス部を必要とすることを特に理解すべきである。資本コストおよび稼動コストが加わる上に、従来の過程はまた、気体排出源を発生させる。全体の硫黄排出により厳しい規制が規則によって加えられるにつれて、排ガス部からの排出は規則の要件を満たさなくなる。これに対して、考えられる構成によりこのような排出が全体的になくなる。さらに、小さな送風機１２４を（任意選択で、供給圧力によって）使用して、排ガスを設備入口まで再循環し戻すことができる。

したがって、考えられる構成により、このような過程の使用に関連するパイプライン仕様、改良した汚染物質の除去、小さな再循環流速度、加熱および冷却負荷、およびかなり少ない資本コストおよび稼動コストを満たすため、高汚染供給気体を経済的に処理することが可能になることを理解すべきである。より詳細には、工業使用のために、部の外側に二酸化炭素濃厚再循環流を迂回させることによって、生成物気体中の二酸化炭素含有量は販売気体仕様を満たすように調節することができる。

さらに、考えられる構成および方法では、低品質の気体が重炭化水素、メルカプタン、二硫化物、および芳香族化合物を含む汚染物質を除去するための４つの吸収ステップで処理され、安定化した市販の液体生成物を生成するために除去される液体中の汚染物質を取り除くように、冷却装置／ストリッパステップ過程が溶媒再生装置内で使用されることを理解すべきである。

考えられる構成では、硫化水素は６０％超の硫化水素含有量の酸性気体を生成するため、第４の吸収ステップ中に凝結されることにも特に留意すべきである。そのように凝結した硫化水素の流れは不活性形態の硫黄に変換できることが有利である。さらに詳細には、汚染物資を除去した酸性気体流が、硫黄設備中のクラウス反応炉内での触媒の被毒および非活性化を防ぎ、それによって仕様内の硫黄生成物を確保するので、汚染物質を除去した酸性気体流は硫黄設備に対して非常に望ましい供給気体であることを理解すべきである。

考えられる構成および過程は、硫化水素、メルカプタン、二硫化物、芳香族化合物、重炭化水素などの気体汚染物質を天然気体、合成気体、ごみ廃棄気体、または精製オフ気体から選択的に取り除くために特に有用であるが、様々な硫黄化合物、硫化カルボニル、シアン化合物、および他の気体汚染物質を含む代替汚染物質も様々な供給気体から取り除くことができることを理解すべきである。さらに、より詳細には供給気体がかなりの二酸化炭素含有率を含む場合、考えられる構成および過程を使用して、加熱値およびウォッベ指数上の販売気体仕様を満たすように二酸化炭素を効率的に抽出することもできる。かなり凝結され汚染物質がない抽出した二酸化炭素をさらに、化学的生成または高い油再生のために浄化および使用することができる。

考えられる構成および方法の追加の利点としては、水素化および急冷後に硫黄設備からの排ガスを再循環させることが挙げられる。そのようにして変換された排ガス（大部分が硫化水素および二酸化炭素）は、供給気体圧縮機の吸引部にまで再循環し戻される。さらに第３の吸収ステップからのオフ気体もまた供給気体圧縮機の中間部にまで再循環し戻される。したがって、消滅構成へのこのような再循環の際に、過程中に発生した排気源の全てまたはほとんど全てがなくなる。

考えられる構成および過程を有利には、汚染物質廃棄気体流を加工および処理し、低品質の気体を消費者パイプライン用の高品質の脱水気体にまで高めるのに使用することができる。同時に、考えられる構成および過程により、炭化水素含有量のエネルギー値が販売可能な炭化水素液および硫黄生成物として再生される。したがって、このような構成および過程は、廃棄気体流の全てまたはほとんど全てを再循環させ、全体的には現在知られている加工施設で普通に見られる気体排気を作り出さない。

したがって、発明者は、リーンソルベントが中で二酸化炭素、硫化水素、および炭化水素を吸収する第１の吸収装置を備える気体処理設備を考える。第２の吸収装置が第１の吸収装置に流体結合しており、硫化水素の少なくとも一部が二酸化炭素から分離され、硫黄設備は硫黄生成物および排ガスを生成するように硫化水素を受け、排ガスの少なくとも一部が水素化され、吸収装置まで再循環される。このような設備は有利には、第１および第２の吸収装置に流体結合された再生装置を含むことができ、再生装置は酸性気体を生成し、炭化水素の少なくとも一部が炭化水素液として酸化気体から分離される。炭化水素液の少なくとも一部を受け、その中で残留硫黄化合物が炭化水素液から少なくとも部分的に除去され（好ましくは、硫黄設備に供給され）るストリッパを含めることもできる。特に好ましい構成では、第２の吸収装置は第１の吸収装置より低い圧力および高い温度で稼動され、それによって二酸化炭素がリッチソルベントから除去され、第１の吸収装置に再循環し戻される。そのようにして生成された二酸化炭素をその後、高い油再生のために使用する、または（任意選択の別の浄化の後に）商業生成物として使用することもできる。

別の観点から見ると、考えられる設備は（ａ）二酸化炭素および硫化水素を含む供給気体、および（ｂ）二酸化炭素飽和リーンソルベントを受け、二酸化炭素の少なくとも一部を含むオーバーヘッド蒸気を生成する吸収装置を備えることができ、リーンソルベントは冷却された二酸化炭素飽和リーンソルベントを形成するように、オーバーヘッド蒸気と組み合わされ、その後冷却され、それによって吸収装置内の温度上昇が少なくなり、したがってリーンソルベント中の供給気体からの硫化水素の選択的吸収が多くなる。このような吸収装置は、圧力が減少し、底部生成物から二酸化炭素含有量を取り除くのに十分な（より高い）温度まで加熱された底部生成物を生成することが好ましく、さらに分離された二酸化炭素中の硫化水素含有量がさらに、二酸化炭素飽和リーンソルベントの一部を使用して第２の吸収装置内で再吸収されることがさらに好ましい。

さらに、発明者は本発明の主題による気体処理設備は、複数の吸収装置から酸性気体および炭化水素を含む溶媒を受け、さらに冷却および分離されて、酸性気体、水、および炭化水素液を形成するオーバーヘッド蒸気を生成する溶媒再生装置を含むことができると考える。炭化水素液は任意選択で、硫化水素を除去した炭化水素生成物、および硫黄設備に供給された硫化水素を含む蒸気を生成するように炭化水素液を分留するストリッパに供給される。このような構成では、酸性気体は吸収装置に供給され、二酸化炭素を除去した硫化水素リッチソルベントが酸性気体を取り除き（ｓｃｒｕｂ）、そこで取り除かれた酸性気体が（排ガスを生成することができ、中では排ガスの少なくとも一部が水素化され、複数の吸収装置のうちの少なくとも１つに再循環されている）硫黄設備に供給されることが一般的に好ましい。

さらに別の観点から見ると、考えられる設備は溶媒再生装置から硫化水素を含む蒸気、および炭化水素を受ける吸収装置を含むことができ、吸収装置はさらに硫化水素を含む二酸化炭素を除去した溶媒を受け、吸収装置は硫黄設備に供給された硫化水素を含む炭化水素を除去したオーバーヘッド蒸気、および溶媒再生装置まで再循環された炭化水素が濃厚な底部生成物を生成する。このような構成では、二酸化炭素を除去した溶媒は、二酸化炭素飽和リーンソルベントを使用して二酸化炭素から硫化水素を分離させる別の吸収装置によって生成され、二酸化炭素を除去した溶媒の一部は溶媒再生装置に供給されることが普通は好ましい。

したがって、発明者は、１つのステップでは気体がリーンソルベントの第１の部分と任意選択で接触して、気体からの重炭化水素および重メルカプタンの少なくとも１つをリーンソルベントの第１の部分内に吸収させる、気体を処理する方法を考える。別のステップでは、気体は冷却され、冷却された気体は軽炭化水素、軽メルカプタン、およびＨ_２Ｓの少なくとも１つをリーンソルベントの第２の部分に吸収させるように、リーンソルベントの第２の部分と吸収装置内で接触し、リーンソルベントの第２の部分は二酸化炭素で飽和されている。さらに別のステップでは、吸収装置から出る気体はさらに、第３の部分を二酸化炭素で飽和させるようにリーンソルベントの第３の部分と接触し、それによって気体溶媒混合物を形成し、気体溶媒混合物はその後冷却および分離され、それによって二酸化炭素で飽和されるリーンソルベントの第２の部分を形成する。

したがって、ゼロに近い排出気体処理過程の特定の実施形態および応用例を開示した。しかし、当業者には、既に説明したもの以外の多くの変更形態が、本明細書の発明概念から逸脱することなく可能であることは自明のことであるべきである。本発明の主題は、したがって、開示の精神以外に制約されるものではない。さらに、両方の明細書を解釈する際、全ての用語は内容と一致する最も広い可能な方法で解釈すべきものである。より詳細には、「〜を備える（含む）」および「〜を備えた（含んだ）」という用語は、非排他的方法で要素、構成部品、またはステップのことを言うと解釈すべきであり、言及する要素、構成部品、またはステップは、存在する、利用される、または明示的には言及されていない他の要素、構成部品、またはステップと組み合わせることができることを示している。

気体処理設備の例示的な従来技術の略図である。 本発明の主題による気体処理設備の例示的略図である。

Claims (7)

1. 二酸化炭素、硫化水素及びメルカプタンを含む供給気体を処理する方法であって、
   生成物気体（１２）、少なくとも硫化水素の一部及び二酸化炭素の一部を含む第１の底部生成物（１３）、及びメルカプタンを含む第２の底部生成物（１０）を生成するために、供給気体（５）及び二酸化炭素飽和リーンソルベントの第１の部分（１１）を、第１の吸収装置（１０３）に供給するステップと、
   リーンソルベントの第２の部分（６）を供給気体（５）に接触させると共に、リーンソルベントの第１の部分（１４）を第１の吸収装置（１０３）の生成物気体（１２）に接触させ、生成物気体（１２）とリーンソルベントの第１の部分（１４）とが混合した流れを気液分離して得られた液体（１７）である二酸化炭素飽和リーンソルベントを分割して、二酸化炭素飽和リーンソルベントの第１の部分（１１）及び二酸化炭素飽和リーンソルベントの第２の部分（２５）を形成するステップと、
   硫化水素リッチ底部生成物（２３）及び二酸化炭素含有気体（４４）を生成するために、第１の底部生成物（１３）から得られる蒸気の部分（２４）及び二酸化炭素飽和リーンソルベントの第２の部分（２５）を第２の吸収装置（１１０）に供給するステップと、
   硫化水素含有気体（２９）及びリーンソルベント（２８）を生成するために、第１の吸収装置（１０３）からの第２の底部生成物（１０）及び第２の吸収装置（１１０）からの硫化水素リッチ底部生成物（２３）を、再生装置（１１３）に供給するステップとを備えている、前記方法。
2. 第１の底部生成物（１３）が、リーンソルベント（２８）からの熱含有量を使用する熱交換器で減圧及び加熱される、請求項１に記載の方法。
3. 減圧された第１の底部生成物（１９）が、摂氏１１６度から摂氏１３５度（華氏２４０度から華氏２７５度）の間の温度に加熱される、請求項２に記載の方法。
4. 再生装置（１１３）からの硫化水素含有気体（２９）が、硫黄生成物（３７）及び排ガスを生成する硫黄設備（１２２）に供給される、請求項１に記載の方法。
5. 排ガスが再循環気体（３９）を生成するように水素化され、又、再循環気体（３９）が供給気体（５）と混合される、請求項４に記載の方法。
6. 再生装置（１１３）からの硫化水素含有気体（２９）が冷却され、冷却された硫化水素含有気体（３０）から蒸気流（３２）及び炭化水素流（３５）が分離される、請求項１に記載の方法。
7. 蒸気流（３２）が、吸収装置（１１８）においてストリッピング気体として使用される、請求項６に記載の方法。

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