JP5143910B2 - 吸収剤溶液の再生システム及び方法 - Google Patents

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Description

本願は、2007年12月13日出願の米国特許仮出願第61/013,363号の優先権を主張するものであり、その記載のすべてを参照することにより本書に含める。
本発明は、プロセスストリームから酸性成分を吸収するためのシステム及び方法に係る。さらに詳しくは、本発明は、プロセスストリームから二酸化炭素を吸収するため使用される吸収剤溶液を再生するシステム及び方法に係る。
石炭燃焼炉からの排気ストリームのようなプロセスストリームは、しばしば、環境への導入前にプロセスストリームから除去されなければならない各種の成分を含有している。例えば、排気ストリームは、しばしば、排気ストリームを環境に排出する前に除去又は低減されなければならない二酸化炭素(CO2)及び硫化水素(H2S)のような酸性成分を含有する。
多くのタイプのプロセスストリームにおいて認められる酸性成分の1例は二酸化炭素である。二酸化炭素(CO2)は多くの用途を有する。例えば、二酸化炭素は、飲料を炭酸化するため、魚介、肉類、鶏肉、ビスケット類、果物及び野菜を冷却、冷凍及び包装するために、及び乳製品の品質保証期間を延長するために使用される。他の用途としては、飲料水の処理、農薬としての用途、及び温室における空気添加剤があるが、これらに限定されない。最近では、二酸化炭素は、原油の二次回収(非常に高圧の二酸化炭素が多量に利用される)用の貴重な化学剤として認められている。
二酸化炭素を得る方法の1つは、排気ストリーム(例えば、煙道ガスストリーム)のようなプロセスストリーム(二酸化炭素は、有機又は無機化学プロセスの副生物である)を精製することである。一般的には、高濃度の二酸化炭素を含有するプロセスストリームを、多段階で凝縮、精製し、ついで、蒸留して、プロダクトグレードの二酸化炭素を生成する。
上記用途に適する二酸化炭素(「プロダクトグレード二酸化炭素」として知られている)の量を増大させたいとの要望と共に、プロセスガスストリームを環境へ放出するに当たり、環境に放出される二酸化炭素の量を低減したいとの要望により、プロセスガスストリームから除去される二酸化炭素の量を増大させたいとの要求が増幅されている。処理プラントについては、放出されるプロセスガス中に存在する二酸化炭素の量又は濃度を低減させたいと要求が増大しつつある。同時に、処理プラントについては、時間、エネルギー及び費用のような資源を節約したいとの要求も増大している。本発明によれば、処理プラントに求められる多数の要求の1以上を、処理プラントから回収される二酸化炭素の量を増大させ、同時に、プロセスガスから二酸化炭素を除去するために必要なエネルギー量を低減させることによって緩和できる。
ここに記載する態様によれば、リッチ吸収剤溶液を再生する方法であって、該方法は、酸性成分を含んでなるプロセスストリームを吸収剤溶液と相互作用させ;前記酸性成分を吸収することによって、前記プロセスストリームから前記酸性成分の少なくとも一部を除去し、これによって、リッチ吸収剤溶液及び酸性成分が減少されたストリームを生成し;前記プロセスストリーム又は前記酸性成分が減少されたストリームの少なくとも1つを少なくとも1個の熱交換器に供給し、これによって、熱を熱移動流体に移し;及び前記リッチ吸収剤溶液の再生の間に前記熱移動流体を利用することを含んでなる方法が提供される。
ここに記載する他の態様によれば、リッチ吸収剤溶液を再生するためのシステムであって、該システムは、プロセスストリームと吸収剤溶液との間の相互作用を容易なものとする吸収器であって、ここで、前記プロセスストリームは酸性成分を含んでなるものであり、前記プロセスストリームと前記吸収剤溶液との相互作用により、酸性成分が減少されたストリーム及びリッチ吸収剤溶液が生成される吸収器;前記酸性成分が減少されたストリーム及び前記プロセスストリームの少なくとも1つを受け取り、熱を熱移動流体に移動させる少なくとも1個の熱交換器;及び前記熱移動流体を、前記1個の熱交換器から前記リッチ吸収剤溶液を再生する再生器に移動させる少なくとも1個の機構であって、ここで、前記少なくとも1個の熱交換器の各々は、前記少なくとも1個の熱交換器に流動的に結合されている機構を含んでなるシステムが提供される。
ここに記載する他の態様によれば、プロセスストリームを受け取る吸収器であって、該吸収器は、トップ区域及び下方区域を含んでなる内部部分であって、ここで、前記下方区域は前記トップ区域の下方にある内部部分;プロセスストリームが前記内部部分に入り、ここで、前記プロセスストリームが吸収剤溶液と接触することを許容するプロセスストリーム入口;及び前記吸収器の内部位置、前記吸収器の外部位置、又はその組み合わせに配置された熱交換器含んでなる吸収器が提供される。
上述の及び他の特長は、図面及び詳細な説明によって例示される。
次に、図面を参照する。図面は具体例を例示するものであり、図面において、同様の部材は同じ符号で示している。
プロセスストリームから酸性成分を吸収し、酸性成分を吸収するために使用した吸収剤溶液を再生するシステムの1具体例を示す概略図である。 図1に示すシステムにおいて使用される吸収器の1具体例を示す概略図である。 図1に示すシステムにおいて使用される吸収器の1具体例を示す概略図である。 図1に示すシステムにおいて使用される吸収器の1具体例を示す概略図である。 図1に示すシステムにおいて使用される吸収器の1具体例を示す概略図である。 図1に示すシステムにおいて使用される吸収器の1具体例を示す概略図である。 図1に示すシステムにおいて使用される吸収器の1具体例を示す概略図である。 図1に示すシステムにおいて使用される吸収器の1具体例を示す概略図である。
図1は、プロセスストリームから酸性成分を吸収すること(これによって、酸性成分が低減されたストリーム及びリッチ吸収剤溶液が形成される)によって生成されたリッチ吸収剤溶液を再生するためのシステム10を示す。
システム10は吸収器20を包含しており、この吸収器は、プロセスストリーム22を受け取り、プロセスストリームと吸収剤溶液との相互作用(図示していない)を容易なものとする内部部分20aを有する。図1に示すように、プロセスストリーム22は、例えば、吸収器20の中央位置Aに配置されたプロセスストリーム入口24を介して、吸収器20に入り、吸収器20と通って移動する。しかし、プロセスストリーム22は、プロセスストリームからの酸性成分の吸収を可能にするいずれの位置においても吸収器20に入ることができ、例えば、プロセスストリーム入口24は吸収器20のいずれの位置にも配置されるものである。中央位置Aは、吸収器20を下方区域21a及び上方区域21bに分割する。
プロセスストリーム22は、天然ガスストリーム、合成ガスストリーム、精油所ガス又は蒸気ストリーム、油層のアウトプット、又は石炭、天然ガス又は他の燃料のような物質の燃焼によって発生されたストリームのような各種の液ストリーム又はガスストリームである。プロセスストリーム22の1例は、合成ガス、精油所ガス、天然ガス、石炭のような化石燃料等の燃焼を源として発生された煙道ガスストリームである。プロセスストリーム22の源又はタイプに応じて、酸性成分はガス状、液状又は粒状である。
プロセスストリーム22は、二酸化炭素を含む(これに限定されない)いくつかの酸性成分を含有する。プロセスストリーム22が吸収器20に入ると、プロセスストリームは、酸化イオウ(SOx)及び酸化窒素(NOx)と共に、粒状物質を除去するように処理される。しかし、方法はシステム毎に異なり、従って、このような処理は、プロセスストリーム22が吸収器20を通過した後に又は通過することなく行われる。
図1に示す1具体例では、プロセスストリーム22は、熱交換器23(熱をプロセスストリームから熱移動流体60に移動させることによって、プロセスストリームの冷却を容易なものとする)を通過する。熱移動流体60はシステム10の他の区域に移動され、ここで、システムの効率を改善するために熱が利用される(後述する)。
1具体例では、熱交換器23において、プロセスストリーム22は、149−204℃の範囲の温度から38−149℃の温度に冷却される。他の具体例では、プロセスストリーム22は、149−204℃の範囲の温度から38−66℃の温度に冷却される。1具体例では、熱交換器23を通過した後、プロセスストリーム22中に存在する酸性成分の濃度は約1−20モル%であり、プロセスストリーム中に存在する水蒸気の濃度は約1−50モル%である。
吸収器20は、プロセスストリーム22からの酸性成分の吸収及び除去を容易なものとする吸収剤溶液を使用する。1具体例では、吸収剤溶液は化学溶媒及び水を含んでなり、化学溶媒としては、例えば、窒素系溶媒、特に、1級、2級及び3級のアルカノールアミン;1級及び2級アミン;立体障害アミン;重度の立体障害をもつ2級アミノエーテルアルコールがある。一般的に使用される化学溶媒の例としては、モノエタノールアミン(MEA)、ジエタノールアミン(DEA)、ジイソプロパノールアミン(DIPA)、N-メチルエタノールアミン、トリエタノールアミン(TEA)、N-メチルジエタノールアミン(MDEA)、ピペラジン、N-メチルピペラジン(MP)、N-ヒドロキシエチルピペラジン(HEP)、2-アミノ-2-メチル-1-プロパノール(AMP)、2-(2-アミノエトキシ)エタノール(ジエチレングリコールアミン又はDEGAとも呼ばれる)、2-(2-tert-ブチルアミノプロポキシ)エタノール、2-(2-tert-ブチルアミノエトキシ)エタノール(TBEE)、2-(2-tert-アミルアミノエトキシ)エタノール、2-(2-イソプロピルアミノプロポキシ)エタノール、2-(2-(1-メチル-1-エチルプロピルアミノ)エトキ)シエタノール等がある(これらに限定されない)。上記溶媒は、単独で又は組み合わせて、及び他の助溶媒、添加剤(例えば、消泡剤、緩衝剤、金属塩等、又は腐食防止剤)と共に又は使用することなく、使用される。腐食防止剤の例としては、チオモルホリン、ジチアン及びチオキサン(チオモルホリン、ジチアン及びチオキサンの炭素は、独立して、H、C1-8アルキル、C7-12アルカリル、C6-10アリール及び/又はC3-10シクロアルキル置換基を有する)からなる群から選ばれる複素環化合物;チオ尿素‐アミン‐ホルムアルデヒドポリマー及び銅(II)塩と組み合わせて使用されるポリマー;+4又は5価のバナジウムを含有するアニオン;及び他の公知の腐食防止剤がある(これらに限定されない)。
1具体例では、吸収器20に存在する吸収剤溶液は、「リーン」吸収剤溶液及び/又は「セミ−リーン」吸収剤溶液と呼ばれる。リーン及びセミ−リーン吸収剤溶液は、プロセスストリーム22から酸性成分を吸収でき、例えば、吸収剤溶液は、必ずしも全てが飽和されてはいない、又はフル吸収能力ではないものである。ここに記載するように、リーン吸収剤溶液は、セミ−リーン吸収剤溶液よりもより吸収性である。後述する1具体例では、リーン及び/又はセミ−リーン吸収剤溶液36はシステム10によって提供される。1具体例では、システムにより提供されるリーン及び/又はセミ−リーン吸収剤溶液36を補足するために、吸収器20に補充吸収剤溶液25が提供される。
プロセスストリーム22からの酸性成分の吸収は、リーン及び/又はセミ−リーン吸収剤溶液とプロセスストリームとの相互作用によって起こる。プロセスストリーム22とリーン及び/又はセミ−リーン吸収剤溶液36との間の相互作用は、吸収器20において、各種の様式で行われる。しかし、1例では、プロセスストリーム22はプロセスストリーム入口24を介して吸収器20に入り、吸収器の全長を上方に移動し、一方、リーン及び/又はセミ−リーン吸収剤溶液は、プロセスストリームが入った位置よりも上方の位置で吸収器に入り、プロセスストリーム22と向流方向で流下する。
吸収器20におけるプロセスストリーム22とリーン及び/又はセミ−リーン吸収剤溶液36との間の相互作用によって、リーン及び/又はセミ−リーン吸収剤溶液36のいずれか又は両方からリッチ吸収剤溶液26及び酸性成分の量が低減されたプロセスストリーム22が生成される。リッチ吸収剤溶液26は、プロセスストリームから吸収された酸性成分で飽和されている。1具体例では、リッチ吸収剤溶液26は二酸化炭素によって飽和されている。
1具体例では、リッチ吸収剤溶液26は吸収器20の下方区域21aを落下し(更なる処理のため排出される)、一方、酸性成分の量が低減されたプロセスガス22は吸収器内を垂直方向に移動し、出口28を介して、吸収器20の上方区域21bから、酸性成分減少ストリーム28(温度49−93℃を有する)として放出される。1例では、酸性成分減少ストリーム28に存在する酸性成分の濃度は0−15モル%である。1例では、酸性成分減少ストリーム28に存在する二酸化炭素の濃度は0−15モル%である。
図1に示されるように、リッチ吸収剤溶液26は、再生システム34に到達する以前に、ポンプ30(24−160 psi)を通って、熱交換器32に進行する。再生システム34(「ストリッパー」とも呼ばれる)は、リッチ吸収剤溶液26を再生して、リーン吸収剤溶液及び/又はセミ−リーン吸収剤溶液36の1つを形成する。後述する1具体例では、リーン及び/又はセミ−リーン吸収剤溶液36を吸収器20にフィードバックする。
図1に示されるように、リッチ吸収剤溶液26は、再生器34aの中央位置Bに位置する入口38で再生器34に入る。しかし、リッチ吸収剤溶液26は、リッチ吸収剤溶液26の再生を容易なものとする各種の位置で再生器34に入ることができ、例えば、入口38を再生器34aのいかなる位置にも設置できる。
再生器34aに入った後、リッチ吸収剤溶液26は、再生器34に流動的に結合されたリボイラー42によって生成されたスチーム40の対向流と相互作用(接触)する。1具体例によれば、再生器34は、例えば、約24−160 psiの範囲の圧力を有しており、38−204℃の温度範囲、特に、93−193℃の温度範囲で作動される。ここで使用するように、用語「流動的に結合された」とは、パイプ、導管、コンベヤー、ワイヤ等によって、装置が、例えば、直接的に(2つの装置の間に介在物なし)又は間接的に(2つの装置の間に介在物あり)、他の装置と連通又は結合されていることを意味する。
再生器34では、スチーム40はリッチ吸収剤溶液26を再生し、これによって、酸性成分リッチのストリーム44と共に、リーン吸収剤溶液及び/又はセミ−リーン吸収剤溶液36を生成する。リーン吸収剤溶液及び/又はセミ−リーン吸収剤溶液36の少なくとも一部は、上述のように、プロセスストリーム22からの酸性成分の更なる吸収及除去のために吸収器20に移動される。
1具体例では、リーン及び/又はセミ−リーン吸収剤溶液36は、吸収器20に入る前に、一連の処理を受ける。1具体例では、図1に示すように、リーン吸収剤溶液及び/又はセミ−リーン吸収剤溶液36は、入口48を介して吸収器20に入る前に、熱交換器32及び熱交換器46を通過する。リーン吸収剤溶液及び/又はセミ−リーン吸収剤溶液36は、熱交換器46(熱を熱移動液体、例えば、熱移動液体60に移動させる)を通過されることによって冷却される。上述のように、熱移動液体60は、その熱を利用し、このようにして、例えば、節約し及び/又はここで生成されるエネルギーを再利用することによってシステム10の効率を改善するために、システム10内の他の部位に移動される。
リーン吸収剤溶液及び/又はセミ−リーン吸収剤溶液36は、吸収器20に入る前に、例えば、ポンプ、弁等の他の装置又は機構を通過できる。図1では、入口48はプロセスストリーム入口24の下方の位置にあるが、入口48は吸収器20のいかなる位置にも設置される。
酸性成分リッチストリーム44について、図1では、酸性成分リッチストリーム44は再生器34から排出され、一般的に50で示される圧縮システムを通過する。1具体例では、圧縮システム50は、ミキサー57と共に、1以上の凝縮器52及びフラッシュ冷却器54、1以上のコンプレッサー56を包含する。凝縮器52は、水蒸気の凝縮(上昇された水温として現れる熱(エネルギー)を放出する)を容易なものとする。加熱された水は熱源として使用される。コンプレッサー56は二酸化炭素を圧縮するものであり、加熱されたガス温度として現れる熱を放出し、温度上昇されたガスは熱源として使用される。
圧縮システム50は、酸性成分リッチストリーム44の凝縮、冷却及び圧縮を容易にし、他の用途又は保存のための酸性成分ストリーム70を生成するものである。1具体例では、第1のフラッシュ冷却器54における温度は38−66℃の範囲であり、圧力低下は5−10psiの範囲である。酸性成分リッチストリーム44を、第1のフラッシュ冷却器54から第1のコンプレッサー56に移し、ここで、490 psiで圧縮し、ついで、第2のフラッシュ冷却器54において、38−66℃の範囲の温度に冷却する。酸性成分リッチストリーム44を、第3のフラッシュ冷却器54において、38−66℃の範囲の温度に冷却し、圧力低下は5−10psiである。
図1に示す1具体例では、凝縮器52及びフラッシュ冷却器54は、酸性成分リッチストリームがコンプレッサー56に入る前に、酸性成分リッチストリーム44から熱を抽出して、ストリームを、例えば、約38−82℃の範囲の温度に冷却する。凝縮器52及びフラッシュ冷却器54において、凝縮器及びフラッシュ冷却器を通って熱移動液体60を循環させることによって、熱を抽出する。1具体例では、凝縮器52及び/又はフラッシュ冷却器54からの熱移動液体60をリボイラー42に移動して、リッチ吸収剤溶液の再生において利用できる。
1具体例では、リボイラー42は、リッチ吸収剤溶液26を再生するためのスチーム40を生成するために、システム10の熱交換器において熱移動液体60に移された熱(エネルギー)を利用できる。熱移動流体60に移された熱の利用は、リボイラー42を駆動し、これによって、スチーム40を生成するために外部源からの使用が要求されるエネルギーの量を低減又は排除する。リボイラー42を駆動するために使用される外部エネルギー量を低減又は排除することによって、システム10にかかる、例えば、労働力、費用、時間、電力のような資源をより有効に使用でき、例えば、低減できる。
図1に示されるように、1具体例では、酸性成分が低減されたストリーム28を吸収器20から排出し、熱交換器58に提供する。熱交換器58は、吸収器20に流動的に結合されることによって、酸性成分が低減されたストリーム28を受け取る。1具体例では、酸性成分が低減されたストリーム28は、例えば、約54−93℃の範囲の温度を有する。他の具体例では、酸性成分が低減されたストリーム28は49−71℃の範囲の温度を有する。他の具体例では、酸性成分が低減されたストリーム28は約54−71℃の範囲の温度を有する。酸性成分が低減されたストリーム28から抽出される熱(エネルギー)は、酸性成分が低減されたストリーム28を、熱交換器58を通過させることによって、熱移動液体60に移される。1具体例では、熱移動液体60は、ボイラー供給水又は熱交換器において使用される各種の他の液体又は化学剤である。例えば、1具体例では、熱移動液体60をリボイラー42に供給することによって、熱移動流体60を、リッチ吸収剤溶液26を再生するために使用できる。
1具体例では、熱交換器58を、熱移動流体60のリボイラー42への移動を容易なものとする機構60aに流動的に結合する。機構60aは、導管、配管、コンベヤー等を含む(これらに限定されない)、熱移動流体60のリボイラー42への移動を容易なものとする各種の機構である。機構60aは、弁、トランスデューサー、ロジック等によって制御される。
図2に示す1具体例では、熱交換器62は、吸収器20の内部位置に配置される。例えば、熱交換器62は、吸収器20の内部部分20a内の位置に配置される。1具体例では、熱交換器62は、吸収器20の下方区域21a、吸収器20の上方区域21b、又はその組み合わせから選ばれる位置にある。図2に示すように、熱交換器62は、吸収器20の下方区域21a内に配置され、吸収器20の内部部分20a内に配置されることによってプロセスストリーム22及び熱移動流体60を受け取る。
図2Aに示す他の具体例では、複数個の熱交換器62が吸収器20の内部部分20a内に配置される。図2Aに示されるように、3個の熱交換器62が吸収器20内に配置され、例えば、第1の熱交換器が吸収器20の下方区域21aに配置され、第2の熱交換器が、熱交換器62の一部が吸収器20の下方区域21a内にあり、熱交換器62の少なくとも一部が吸収器20の上方区域21b内にあるように配置され、及び第3の熱交換器が吸収器20の上方区域21bに配置される。
図2及び図2Aでは、1又は3個の熱交換器62が吸収器20の内部部分20a内に配置されているが、各種の数の熱交換器62を吸収器20に設置できる。
なお図2及び図2Aを参照すると、1具体例では、各熱交換器62は、熱移動流体60を移動させ、これによって、熱移動流体60を吸収剤溶液26の再生に利用するように、機構60aに流動的に結合される。上述のように、機構60aは、熱交換器62からリボイラー42への熱移動流体60の移動を容易なものとする。
次に、図3及び図3Aを参照すると、1具体例では、吸収器20は、吸収器の外部位置における少なくとも1個の熱交換器58と共に、吸収器の内部部分20aにおける1以上の熱交換器62を包含できる。図3に示されるように、熱交換器62が吸収器20の内部部分20aにあり、プロセスストリーム22を受け取る。他の具体例では、図3Aに示されるように、複数個の熱交換器62が吸収器20の内部部分20aに存在できる。図3及び図3Aのいずれにおいても、吸収器20は、外部に配置された熱交換器62に流動的に結合されている。熱交換器58は、吸収器20に流動的に結合されているため、酸性成分が低減されたストリーム28が吸収器20を出る位置において、吸収器20から、酸性成分が低減された吸収剤溶液28を受け取る。図3Aに示されるように、ループを介して、各熱交換器62にコントローラー熱交換器100(熱移動流体60を提供し、これによって、温度制御を提供する)を組み合わせることができる。
図4に示す他の具体例では、吸収器20は、吸収器の外部位置に設置された熱交換器62を包含する。吸収器20は熱交換器62に流動的に結合されており、熱交換器62はプロセスストリーム22を受け取る。図4に示されるように、プロセスストリーム22は出口64を介して吸収器20を出て、入口66を介して、再度、吸収器20に入る。図4Aでは、吸収器20は、複数個の熱交換器62に流動的に結合されている(例えば、3個の熱交換器62が設置されている)。吸収器20は、外部熱交換器62の各々が出口64の1つを介してプロセスストリーム22の一部を受け取り、協働する入口66の1つを介してプロセスストリーム22を吸収器に戻すように複数個の出口64及び複数個の入口66を包含する。
図4及び図4Aでは、吸収器20の外部位置に結合された1又は3個の熱交換器62が示されているが、各種の数の熱交換器を、吸収器20に外部から流動的に結合できる。
図5に示すさらに他の具定例では、吸収器20は、吸収器の内部部分20aに配置された熱交換器62及び吸収器20の外部の位置に配置された熱交換器58を有することができる。熱交換器62は吸収器20に流動的に結合され、吸収器からプロセスストリーム22を受け取る。熱交換器58は吸収器20に流動的に結合され、酸性成分が低減されたストリーム28を吸収器から受け取る。図5では、1個の熱交換器62及び吸収器20に外部的に結合された1個の熱交換器58が示されているが、プロセスストリーム22を受け取る複数個の熱交換器62及び吸収器20から酸性成分が低減されたストリーム22を受け取る複数個の熱交換器58が存在することもできる。
リッチ吸収剤溶液26を再生するためにリボイラー42(図1)によって要求される、又はシステム10の外部の源によってリボイラー42に付与されるエネルギー量(「リボイラーの負荷」としても知られている)が、熱移動流体60によってリボイラー42に移される上述の熱によって置き換えられる又は低減されることは評価されなければならない。ここに記載するように、熱移動流体60は、熱交換器23、熱交換器46、熱交換器58、又は熱交換器62の1以上からリボイラー42に移動される。
1具体例では、図1で示されるように、吸収器20の外部位置に配置された熱交換器58を介して酸性成分が低減されたストリーム28から熱移動流体60に移される熱は、リボイラーの負荷の約10−50%を提供できる。1具体例では、図2で示されるように、吸収器20の内部部分20aにある唯1つの熱交換器62を介して移される熱はリボイラーの負荷の約10−30%を提供でき、吸収器20の内部に1より大の数の熱交換器62が配置され、各熱交換器62が、リボイラーの負荷の約1−20%、さらに詳しくは、リボイラーの負荷の約5−15%を提供し、累積熱移動、すなわち、熱交換器62全体からの熱移動がリボイラーの負荷の約1−50%を提供する場合に匹敵する。
図3及び図3Aに示されるように、吸収器20の内部部分20aに配置された少なくとも1個の熱交換器62、及び吸収器に外部位置において流動的に結合された酸性成分が低減されたストリーム28を受け取る少なくとも1個の熱交換器58を包含するシステム10においてリボイラー42に移動される熱は、リボイラーの負荷の約1−50%を提供し、さらに詳しくは、リボイラーの負荷の約5−40%を提供する。
図4に示されるように、プロセスストリーム22を受け取り、吸収器20の外部位置において流動的に結合されている唯1個の熱交換器62を包含するシステム10においてリボイラー42に移される熱は、リボイラーの負荷の約1−50%を提供し、さらに詳しくは、リボイラーの負荷の約10−30%を提供する。図4Aに示されるように、1より大の数の熱交換器62が吸収器20の外部位置において流動的に結合される場合には、各熱交換器62においてプロセスストリーム22から熱移動流体60に移動される熱は、リボイラーの負荷の約1−20%、さらに詳しくは、リボイラーの負荷の約5−15%を提供し、累積熱移動、すなわち、熱交換器62全体からの熱移動はリボイラーの負荷の約1−50%を提供する。
図5に示されるように、酸性成分が低減されたストリーム28を受け取る熱交換器58と共に、プロセスストリーム22を受け取り、吸収器の外部位置に配置された少なくとも1個の熱交換器を包含するシステム10から移動される熱は、リボイラーの負荷の約1−50%、さらに詳しくは、リボイラーの負荷の約5−40%を提供する。
熱移動流体60を介して1以上の凝縮器52からリボイラー42に移動される熱はリボイラーの負荷の約10−60%を提供できる。他の例では、1以上の凝縮器52から移動される熱はリボイラーの負荷の約10−50%を提供できる。
熱移動流体60を介して各フラッシュ冷却器54からリボイラー42に移動される熱はリボイラーの負荷の約1−10%を提供できる。他の具体例では、各フラッシュ冷却器54から移動される熱はリボイラーの負荷の約1−5%を提供できる。コンプレッサー56からの熱もリボイラー42に移動される。
上述のシステム10によってリッチ吸収剤溶液26を再生する用途では、方法は、酸性成分を有するプロセスストリーム22を、上述のリーン及び/又はセミ−リーン吸収剤溶液36、補充吸収剤溶液25又はその組み合わせのような吸収剤溶液と相互作用させことを含んでなる。プロセスストリーム22と吸収剤溶液との間の相互作用は吸収器20において行われる。プロセスストリーム22と吸収剤溶液との間の相互作用によって、プロセスストリームから前記酸性成分の少なくとも一部が除去される。酸性成分は、プロセスストリームから酸性成分を吸収し、これによって、リッチ吸収剤溶液26及び酸性成分が減少されたストリーム28を生成することによってプロセスストリームから除去される。
プロセスストリーム22及び酸性成分が減少されたストリーム28は、一般的には、高温である。プロセスストリーム22及び/又は酸性成分が減少されたストリーム28から熱を移動させるために、プロセスストリーム及び酸性成分が減少されたストリームのいずれか、又は両方を少なくとも1個の熱交換器に供給し、これによって、熱を上述の熱移動流体60に移動させる。
詳述したように、プロセスストリーム22及び/又は酸性成分が減少されたストリーム28を少なくとも1個の熱交換器に供給することについては、多数の様式がある。例えば、少なくとも1個の熱交換器62を吸収器の20の内部部分20aに配置でき、熱交換器はプロセスストリーム22の少なくとも一部を受け取る(図2及び図2A参照)。図3及び図3Aに示す他の例では、少なくとも1個の熱交換器62がプロセスストリーム22を受け取り、吸収器20の内部部分20aに配置され、一方、少なくとも1個の熱交換器58が、酸性成分が低減されたストリーム28を受け取り、吸収器20の外部位置に配置される。図4及び図4Aに示されるさらに他の例では、少なくとも1個の熱交換器62がプロセスストリーム22を受け取り、吸収器20の外部位置に配置される。図5に示されるさらに他の例では、少なくとも1個の熱交換器62がプロセスストリーム22を受け取り、吸収器20の外部位置に配置され、一方、少なくとも1個の熱交換器58が、酸性成分が低減されたストリーム28を受け取り、吸収器20の外部位置に配置される。図示されてはいないが、プロセスストリーム22及び酸性成分が減少されたストリーム28のいずれか又は両方を、吸収器の内部に又は外部に結合された少なくとも1個の熱交換器に供給する他の様式も、ここに含まれるものである。
プロセスストリーム22又は酸性成分が減少されたストリーム28が熱交換器に供給されると、熱移動流体60は、直接的又は間接的に、プロセスストリーム又は酸性成分が減少されたストリームと接触し、これによって、熱が、プロセスストリーム又は酸性成分が減少されたストリーム2から熱交換器に移動される。熱移動流体は、熱移動流体をリボイラー42に移動させ、リボイラーにエネルギーを提供してスチーム40を生成し、ついで、スチーム40によってリッチ吸収剤溶液26を再生するために使用される。
ここに記載のシステム及び方法の非限定的な例を以下に示す。他に特定しない限り、温度は摂氏(℃)及び百分率はモル%である。
プラントのレイアウトを図1に示す。吸収器からの酸性成分が低減されたストリームは約1−15モル%のCO2濃度を有し、すなわち、プロセスストリーム中に存在する二酸化炭素の約85−99モル%が除去されていた。酸性成分が低減されたストリームは49−93℃の温度を有する。酸性成分が低減されたストリームは、水蒸気、及びアミンとは非反応性の他のガスを含有する。酸性成分が低減されたストリームを49−71℃の温度に冷却した。再生器を約155 psiで作動させた。熱交換器23、46及び58、コンプレッサー56、凝縮器52、及びフラッシュ冷却器54から熱を抽出し、リボイラー42によって利用した。下記の表1に、抽出された代表的なエネルギー量をリボイラーの負荷に対する百分率で示す。
吸収器からのプロセスストリームを受け取るために、吸収器の外部に配置された2個の熱交換器を有するシステムを使用した。このシステムは吸収器からの酸性成分減少ストリームを受け取るために、吸収器の外部に配置された熱交換器も含む。
吸収器からの酸性成分が低減されたストリームは、初めに吸収器に供給されたプロセスストリームの約1−15モル%のCO2濃度を有し、すなわち、プロセスストリームから二酸化炭素の約85−99モル%が除去されていた。酸性成分が低減されたストリームは49−93℃の温度を有する。
吸収器の下方区域に存在するプロセスストリームを、吸収器の2つの位置(技術的に「理論的段階1及び段階2」又は「平衡段階」と称される)から取り出す(ここでは、吸収器における蒸気は液体と動的平衡にあると見なされる)。吸収器から排出されたプロセスストリームを熱交換器に移動させ、ここには、熱いプロセスストリームを冷却するため、熱移動流体を導入する。
ついで、冷却されたプロセスストリームを、取り出されたと同じ位置で吸収器に導入した。熱交換器から吸収器に再導入された、冷却されたプロセスストリームは、49−54℃の温度範囲にある。
酸性成分が低減されたストリームは、水蒸気、及びアミンとは非反応性の他のガスを含有し、熱交換器において、約38−49℃の温度に冷却した。
システム、凝縮器、コンプレッサー及びフラッシュ冷却器において利用した他の熱交換器と共に、上述の熱交換器から熱を抽出した。下記の表2に、抽出された代表的なエネルギー量をリボイラーの負荷に対する百分率で示す。
他の指示しない限り、ここに記載する全ての範囲は、上限及び下限及び中間の全ての値において包括的かつ合体できるものである。用語「第1」、「第2」等は、順序、量、又重要性を表わすものではなく、むしろ、1つの要素を他の要素から区別するために使用している。「約」を伴う全ての数値は、他に指示しない限り、正確な数値の包括的なものである。
本発明を各種の例示的具体例を参照して記述したが、本発明の精神を逸脱することなく、多くの変形が加えられること及びその要素を均等物によって置換できることは、当業者によって理解されるであろう。さらに、その必須の範囲を逸脱することなく、本発明の教示に特別な状況又は物質を適合するように多くの変更をなすことができる。従って、本発明は、本発明を実施するための最良の形態として開示した特別の具体例に限定されず、本発明は、特許請求の範囲内に属する全ての具体例を包含するものである。

Claims (19)

  1. リッチアミン溶液を再生する方法であって、該方法は、
    (a)吸収器において、酸性成分を含んでなるプロセスストリームをリーンアミン溶液と相互作用させ;
    (b)吸収器内において、酸性成分をリーンアミン溶液に吸収することによって、プロセスストリームから酸性成分の少なくとも一部を除去し、これによって、リッチアミン溶液、酸性成分減少ストリーム及び熱を生成し;
    (c)少なくとも1個の熱交換器において、吸収器内のプロセスストリーム及び吸収器内において生成された酸性成分減少ストリームの少なくとも1つが有する熱を熱移動流体に移動させて、加熱された熱移動流体を生成し;及び
    (d)再生器において、リボイラーにおいて生成されたスチームを使用してリッチアミン溶液を加熱することによって、リッチアミン溶液を再生して、リーンアミン溶液及び酸性成分リッチストリームを生成する
    工程を含んでなり、工程(c)において生成した加熱された熱移動流体をリボイラーに提供してスチームを生成することを特徴とする、リッチアミン溶液の再生法。
  2. アミン溶液が、モノエタノールアミン(MEA)、ジエタノールアミン(DEA)、ジイソプロパノールアミン(DIPA)、N-メチルエタノールアミン、トリエタノールアミン(TEA)、N-メチルジエタノールアミン(MDEA)、ピペラジン、N-メチルピペラジン(MP)、N-ヒドロキシエチルピペラジン(HEP)、2-アミノ-2-メチル-1-プロパノール(AMP)、2-(2-アミノエトキシ)エタノール、2-(2-tert-ブチルアミノプロポキシ)エタノール、2-(2-tert-ブチルアミノエトキシ)エタノール(TBEE)、2-(2-tert-アミルアミノエトキシ)エタノール、2-(2-イソプロピルアミノプロポキシ)エタノール、2-(2-(1-メチル-1-エチルプロピルアミノ)エトキ)シエタノールからなる群から選ばれる化学溶媒を含んでなる、請求項1記載の方法。
  3. 少なくとも1個の熱交換器を吸収器内に配置する、請求項1記載の方法。
  4. さらに、少なくとも1個の熱交換器によって、熱移動流体に移される熱の量を調整することを含んでなる、請求項3記載の方法。
  5. 少なくとも1個の熱交換器を吸収器の外部に配置する、請求項1記載の方法。
  6. 酸性成分減少ストリームを少なくとも1個の熱交換器に供給する、請求項5記載の方法。
  7. さらに、吸収器からリッチアミン溶液の一部を取り出し;取り出したリッチアミン溶液を少なくとも1個の熱交換器に供給し、これによって、冷却されたリッチアミン溶液を生成し;及び冷却されたリッチアミ溶液を吸収器に戻すことを含んでなる、請求項5記載の方法。
  8. さらに、少なくとも1個の熱交換器によって、熱移動流体に移される熱の量を調整することを含んでなる、請求項7記載の方法。
  9. 少なくとも1個の熱交換器が、吸収器内に配置された熱交換器及び吸収器の外部に配置された熱交換器を含む、請求項1記載の方法。
  10. さらに、吸収器内に配置された熱交換器及び吸収器の外部に配置された熱交換器の少なくとも1個の熱交換器によって、熱移動流体に移される熱の量を調整することを含んでなる、請求項9記載の方法。
  11. プロセスストリームが、化石燃料の燃焼によって発生された煙道ガスストリームである、請求項1記載の方法。
  12. リッチアミン溶液を再生するためのシステムであって、該システムは、
    プロセスストリーム入口、リーンアミン溶液入口、酸性成分減少ストリーム出口、及びリッチアミン溶液出口を含む吸収器であって、プロセスストリームをリーンアミン溶液と相互作用させて、リッチアミン溶液、酸性成分減少ストリーム及び熱を提供するよう設定された吸収器;
    吸収器内のプロセスストリーム及び吸収器内で生成された酸性成分減少ストリームの少なくとも1つが有する熱を熱移動流体に移動させて、加熱された熱移動流体を生成するよう設定された少なくとも1個の熱交換器;
    リッチアミン溶液入口、リーンアミン溶液出口、及び酸性成分リッチストリーム出口を含む再生器であって、リボイラーで生成されたスチームを使用してリッチアミン溶液を加熱し、リーンアミン溶液及び酸性成分リッチストリームを生成するよう設定された再生器;及び
    前記熱交換器において生成された加熱された熱移動流体を使用して、再生器においてリッチアミン剤溶液を加熱するために使用されるスチームを生成するよう設定されたリボイラー
    を含んでなる、システム。
  13. アミン溶液が、モノエタノールアミン(MEA)、ジエタノールアミン(DEA)、ジイソプロパノールアミン(DIPA)、N-メチルエタノールアミン、トリエタノールアミン(TEA)、N-メチルジエタノールアミン(MDEA)、ピペラジン、N-メチルピペラジン(MP)、N-ヒドロキシエチルピペラジン(HEP)、2-アミノ-2-メチル-1-プロパノール(AMP)、2-(2-アミノエトキシ)エタノール、2-(2-tert-ブチルアミノプロポキシ)エタノール、2-(2-tert-ブチルアミノエトキシ)エタノール(TBEE)、2-(2-tert-アミルアミノエトキシ)エタノール、2-(2-イソプロピルアミノプロポキシ)エタノール、2-(2-(1-メチル-1-エチルプロピルアミノ)エトキ)シエタノールからなる群から選ばれる化学溶媒を含んでなる、請求項12記載のシステム。
  14. 少なくとも1個の熱交換器が吸収器内に配置されている、請求項12記載のシステム。
  15. 少なくとも1個の熱交換器が吸収器の外部に配置されている、請求項12記載のシステム。
  16. 少なくとも1個の熱交換器が、酸性成分減少ストリームを受け取るように設置されている、請求項15記載のシステム。
  17. 吸収器が、さらに、少なくとも1個の熱交換器と流体導通する第2のリッチ溶液出口及び少なくとも1個の熱交換器と流体導通するリッチ溶液入口を含む、請求項12記載のシステム。
  18. 少なくとも1個の熱交換器が、吸収器内に配置された熱交換器及び吸収器の外部に配置された熱交換器を含む、請求項12記載のシステム。
  19. プロセスストリームが、化石燃料の燃焼によって発生された煙道ガスストリームである、請求項12記載のシステム。
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