JP5844784B2 - 炭酸鉄吸収剤を用いた硫黄の除去 - Google Patents

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Description

本発明は、各種流体、特に液体炭化水素や、気体炭化水素及び二酸化炭素から硫黄含有化合物を除去するのに有用な吸収剤組成物に関するものである。吸収剤は、主として、炭酸鉄(シデライト鉱物から得られるものが望ましい)を含み、気体炭化水素流、液体天然ガス(“ＮＧＬ”)の如き軽質液体炭化水素流、原油、酸性ガス混合物、二酸化炭素ガス及び液体、嫌気性ガス、埋立地発生ガス、地熱ガス等から、硫化水素、メルカプタン、ジメチルジスルフィド、その他の硫黄含有化合物を除去するのに用いられる。また、脱硫吸収剤の製造及び使用方法についても開示する。
硫黄含有化合物は有害性、毒性及び腐食性を有することから、そのような化合物を液体流及び気体流から除去するのに用いられる多くの製品及び方法がすでに知られている。商業的に入手可能な製品の一例として、天然ガス等の製造者に商標名ＳＵＬＦＡＴＲＥＡＴ(登録商標)として販売されている粒子状反応剤があり、これは、炭化水素燃料や地熱蒸気などの気体及び液体から、硫化水素その他の硫黄汚染物質を除去するのに有用であるとされている。ＳＵＬＦＡＴＲＥＡＴは、テキサス州ヒューストンのＭ−Ｉ Ｌ.Ｌ.Ｃ.の登録商標であり、図案化された形のものはミズーリ州チェスターフィールドのガス・スイートナー・アソシエイツ，インク．の登録商標である。ＳＵＬＦＡＴＲＥＡＴ(登録商標)材料は、特許製品であり、高表面積を有する酸化鉄粒子を主に含むものと考えられる。商業的に入手可能な他の工業用脱硫材料として、酸化鉄を木材チップに分散させたものがある。
米国特許第４００８７７５号明細書 米国特許第４３４４８４２号明細書 米国特許第４３６６１３１号明細書 米国特許第４４７６０２７号明細書 米国特許第４７０５６３８号明細書 米国特許第４９５６１６０号明細書 米国特許第５９４８２６９号明細書 米国特許第５９４８２６９号明細書 米国特許第５９４８２６９号明細書 特許文献１〜７には、気体流及び液体流から脱硫する他の鉄含有組成物及び方法が開示されている。 特許文献８には、“アルカリ性鉄(alkaline iron)”を使用し、水系液体やスラッジ廃棄物システム(例えば、下水収集処理工場；産業及び商業的廃棄物、天然及び人工汚染貯水場又は排水路、汚水処理システム)から、溶解した硫化水素その他の悪臭化合物を除去する方法が開示されている。 特許文献９において、“アルカリ性鉄”は、炭酸鉄などの様々な鉄化合物を含むアルカリを意味する。
本明細書に記載される吸収剤及びその方法は、天然ガス、液体天然ガス等の軽質炭化水素流、原油、酸性ガス混合物、二酸化炭素ガス及び液体二酸化炭素、嫌気性ガス、埋立地発生ガス、地熱その他の硫黄含有流から、硫化水素、メルカプタン、ジメチルジスルフィド及び他の硫黄含有化合物を吸収するのに特に効果的である。本発明の好ましい実施例において、本発明の吸収剤は、炭酸鉄(ferrous carbonate)、最も好ましくは、粒状又は粉末状のシデライト(siderite)を含んでおり、押出加工により、又は、少量で有効量の水分と、選択的にバインダー(例えばアルミン酸カルシウムセメント)又は他の同様な有効材料を用いて、凝集(aggregated)、圧縮(compacted)又は成形することにより、ペレット、プリル(prills)又は球状体(spheroids)の形態に形成される。
本発明の他の実施例において、気体流、液体流、又は気体と液体の混合流から硫黄を除去するのに用いられる吸収剤層(absorbent bed)を開示する。吸収剤によって除去される硫黄含有化合物の例としては、硫化水素、メルカプタン含有化合物、有機ジスルフィド及び硫化カルボニルが挙げられる。吸収剤層は、緻密なペレット、プリル又はその他方法で製造された集合体(aggregates)からなる三次元配列であって、炭酸鉄、最も好ましくはアルミン酸カルシウムセメントを約２〜１０重量％含むバインダーを用いて結合された粒状シデライト(９０％が１００メッシュ通過)を約５０〜約１００重量％含むものが好ましい。本発明の特に好ましい実施例における吸収剤は、シデライト約９５重量％とアルミン酸カルシウムセメント約５重量％を含む乾燥押出物である。
本発明の他の実施例は、吸収剤の製造に関するものであって、粒子状シデライト(１００メッシュ通過が９０％)を約９５重量部、アルミン酸カルシウムセメントを約５重量部及び水約２０重量部を混合し、得られた混合物を押出加工又はその他の方法によって圧縮し、より大きな粒状物、ペレット又はプリルに形成し、その後、吸収剤を十分な時間かけて乾燥させて、水分含有量が約３重量％より少なくなるまで水分を減少させることによって製造する。本発明の特に好ましい実施例では、吸収剤ペレットは、直径約3/16インチ、長さ約5/16インチであり、約１２０°Ｆの温度で約４時間乾燥している。
本発明の他の実施例は、硫黄含有化合物が含まれる気体流、液体流、又は気体と液体の混合流から硫黄を除去するもので、前記流れを、好ましくは圧縮された粒子状形態のシデライトである炭酸鉄を約７０〜約１００重量％含む粒子状材料から本質的に構成される吸収剤層を通過させることによって行われる。最も好ましい吸収剤層として、約７０〜約１００重量％の炭酸鉄と、吸収剤の物理的形態を使用期間保持するのに十分な量のバインダー(例えばアルミン酸カルシウムセメント)とを含む複数のペレットを挙げることができる。なお、吸収剤層に必要とする本発明の吸収剤の量は、吸収剤の粒子サイズ、層密度、吸収剤粒子の有効表面積、吸収剤の中で硫黄含有化合物の吸収に供される炭酸鉄の量、吸収剤層を通過する気体流又は液体流の温度、圧力、速度及び滞留時間などのファクターによって異なることは、当業者であれば十分に理解し得るであろう。
本発明の他の実施例は、黒色に変化した炭酸鉄吸収剤を定期的に再生させるもので、黒色に変化した炭酸鉄を空気又は他の酸素含有ガス及び蒸気と接触させることによって行なわれる。そのような黒色変変化の原因は、硫黄含有化合物を含む液体流、気体流、気体及び液体の混合流から脱硫する間に、炭酸鉄の表面に硫化第一鉄(ferrous sulfide)が生成されることによるものと考えられている。
本発明の他の実施例は、硫黄含有化合物が含まれる気体流、液体流、又は気体と液体の混合流から硫黄を除去するもので、前記流れを、炭酸鉄の層へ供給する前に、酸素及び水蒸気と混合するものである。この方法は、酸性ガスから硫黄を除去するのに特に好ましい。
本発明の他の実施例は、硫黄含有化合物が含まれる気体流、液体流、又は気体と液体の混合流から硫黄を除去するもので、前記流れを、湿り空気環境下の炭酸鉄の層を通過させることによって行われる。吸収が行われる間、炭酸鉄を、湿気を有する空気又は他の酸素含有ガス及び水蒸気の環境下におくことによって、炭酸鉄は、触媒効果によって連続的に再生されると考えられ、最終的に、処理工程の流れから簡単に分離可能な元素硫黄が生成される。
本発明の他の実施例は、天然ガスの掘削作業中に発生する硫化水素を除去する方法に関するもので、掘削作業で使用される掘削泥水に対して、約４０〜約４００ポンドの微細粒子状吸収剤(１００メッシュスクリーンを通過する粒子)、好ましくは掘削泥水１トン当たり約５０〜約９０重量％の炭酸鉄を含む吸収剤を添加するものである。本発明のこの実施例に基づいて微細炭酸鉄が掘削泥水に添加される場合、バインダーは不要であるか又は好ましくない。
炭酸鉄、好ましくはシデライト鉱物(mineral siderite)の形態のものは、天然由来か又は合成された様々な気体や液体、特にガス状炭化水素、液体炭化水素及び二酸化炭素中に存在する硫化水素、硫化カルボニル、有機ジスルフィド、メルカプタン及び他の硫黄含有化合物の吸収剤として優れているということを発明者は見出した。シデライトは主に炭酸鉄を含んでおり、通常は、カルシウム、マグネシウム又はマンガンを含んだものとして天然に存在する。シデライトを本発明の組成物及び各種方法で使用する場合、塊状(chunks)、粒状(granules)又は微細粉末(finely divided powder)の形態で供給されることができる。シデライトが塊状で供給される場合、使用前に、適当な大きさの粒状又は粉末状に小さくすることが好ましい。シデライトを層(bed)として使用する場合、後記する押出物(extrudates)又は天然鉱石から得られた比較的大きな粒状物が好ましい。シデライトが微細粉末の形態で供給される場合、粉末は、使用前に凝集(agglomeration)、押出又はその他の成形加工を施すことが望ましい。但しこの例外として、使用目的が、掘削泥水のような場合は、使用前により大きな粒子を生成するための凝集を行なわないことが望ましい。
場合によっては、シデライト粉末に水約２０重量％を加えて混合するだけで十分な凝集が得られ、粉末状シデライトを適当な大きさのペレットやストランドに押出加工が可能であり、乾燥後の取扱いにおいて、砕けやすく、容易に粒状にすることができるので、硫黄含有液体又は気体を脱硫のために通過又は循環させる吸収剤層として十分に使用可能である。なお、炭酸鉄の微細粉末を凝集させるのに、少量で有効量のバインダー、最も好ましくは後記するセメント系材料を用いることが好ましい場合がある。
当業者であれば、炭酸鉄を合成できることは理解し得ることであるが、天然のシデライト鉱石から得られる炭酸鉄を用いることが経済的な理由から好ましい。Hawley's Condensed Chemical Dictionary(第１２版)には、シデライト鉱石は、バーモント、マサチューセッツ、コネチカット、ニューヨーク、北カリフォルニア、ペンシルベニア、オハイオ及びヨーロッパに存在することが報告されている。
本発明の吸収剤層に有用な押出物の製造は、粉末状シデライトと、少量(例えば全量の約５％)のバインダー(例えばアルミン酸カルシウム、又はシデライトが気体流や液体流の硫黄や硫黄含有化合物を吸収する能力を実質的に減じることのない同様な有効材料)と混合することによって行われることができる。本発明で好適に使用されるアルミン酸カルシウムセメントとして、バージニア州チェサピークのLafarge AluminateがＦＯＮＤＵ(登録商標)の商標名で販売しているものが挙げられる。本発明の特に好ましい実施例は、アルミン酸カルシウムセメント約５重量部が、シデライト粉末約９５重量部(９０％が１００メッシュを通過)に混合され、シデライト全体にセメントを分配させたものである。
バインダーを水和させて、より大きな凝集物の生成を容易にするために、好ましくは、シデライトとセメントの混合物１００重量部につき水約２０重量部を混合させて、次に所定の含水量になるまで乾燥を行なう。最も好ましくは、シデライト、セメント、水の混合物を押出成形し、得られた押出物を、例えば回転ペレタイザーを用いて叩き切ったり(chopped)、その他方法で分断又は破壊して、直径約３／１６インチ、長さ約５／１６インチにすることである。上記粉末から作られた押出物は、約１２０°Ｆの温度で約４時間乾燥させることが望ましい。必要な乾燥時間はペレットの大きさやサイズ、乾燥温度、周囲空気の湿度によって異なるが、凝集固形物の含水量が、乾燥工程で約３重量％より少なくなるまで減じられるようにすることが望ましい。
本発明の吸収剤及び方法は、天然ガス、ＮＧＬ等の軽質炭化水素流、原油、酸性ガス混合物、二酸化炭素ガス及び液体二酸化炭素、嫌気性ガス、埋立地発生ガス、地熱及び他の硫黄含有流から、硫化水素、メルカプタン、ジメチルジスルフィド及び他の硫黄化合物を吸収するのに特に効果的である。多くの場合、硫黄含有流体は、円筒形タワー等の容器に本発明の吸収剤ペレット又は粒状物の装填された層を通過させることによって処理される。吸収剤層に必要な吸収剤の量は、フィード流における硫黄含有量、排出流に要求される硫黄含有量、吸収剤に要求される寿命、吸収剤の粒子サイズ、層密度、吸収剤粒子の有効表面積、吸収剤の中で硫黄含有化合物の吸収に利用可能な炭酸鉄の量、層を通過する気体流又は液体流の温度、圧力、速度及び滞留時間などの様々な要因に依存する。例えば、井戸掘削作業中に遭遇する酸性ガスの処理の場合、１００メッシュのふるいを通る粒状シデライト吸収剤を、他の材料(例えば井戸に注入される掘削泥水)と混合して用いると有利である。
本発明の吸収剤として使用する押出物のサイズは、約１／１６インチ〜約１／４インチであることが好ましいが、粒子を適当サイズに作製するには、ハンマーミルでシデライト塊を粉砕することにより、又は当該分野で広く知られ商業的に入手可能な装置を用いることによって行なうことができ、好ましくは約５／１６インチを越えない粒子サイズにスクリーニングできることは理解されるだろう。同様に、シデライト粉末や、合成された炭酸鉄粉末が出発材料である場合、様々な脱硫工程で使用される粉末を凝集又は高密度化するのに、押出以外の手段を用いることができる。押出以外の手段として、油圧プレスその他の圧縮装置がある。バインダーが吸収剤の有効表面積を大きく低下させない場合は、小さな鉱物粒子からより大きな固体への凝集を容易にするために、粉末状シデライト又は炭酸鉄に少量のバインダーと水を添加する場合が多い。
＜シデライトの代表例の分析結果＞
使用したシデライト組成物は、かさ密度(bulk density)１００ポンド／立方フィート、比重３.６３、粒子サイズ(９０％が１００メッシュを通過)であり、分析結果は次のとおりである。なお、単位は重量％である。
Ｆｅ(元素) 43.00％
ＦｅＣＯ３ 86.87
ＳｉＯ２ 5.50
Ａｌ２Ｏ３ 1.30
ＣａＯ 0.56
ＭｇＯ 0.53
Ｓ 0.40
Ｍｎ 0.35
Ｃｕ 0.30
Ｃｏ 0.02
Ｃｄ 0.0041
Ｐｂ 0.0001
Ａｓ 0.00005
Ｓｂ 0.00005
Ｆｅ２Ｏ３ <1.0
＜試料Ａ＞
本発明の実用性を示すために、シデライト微粒子(９０％が１００メッシュを通過)の粉末を、シデライト９５重量部、セメント５重量部の割合でアルミン酸カルシウムセメントと混合した。水２０重量部を、シデライトとセメントの混合物と混合した後、得られた混合物を押出加工して、直径約３／１６インチ、長さ約５／１６インチの複数の押出物が得られた。これらの押出物を、１２０°Ｆで４時間乾燥させて、水分含有量を約３ｗｔ％より少なくした。
＜試料Ｂ＞
他のシデライト材料として、直径約３−４インチのシデライト鉱石の塊を入手し、これを粉砕して、炭酸鉄を約９０wt.％を含み、約1/8インチ〜約1/4インチの粒状物を作製した。夾雑物(dirt)その他の汚染物は、ふるいを用いシデライト粒状物から取り除いた。
上記の要領にて作製した吸収剤材料について、硫黄化合物を含む気体流及び液体流からの脱硫効果を、以下の実験例を参照して説明する。インレット及びアウトレットの組成は全て１００万分の１(ppm)で示されている。フロントエンド(front end)の硫黄は、流体の流れに含まれる硫黄含有化合物を重量ppmで示している。チオールは、流体の流れに含まれる夫々のチオール(メチル、エチル、１−プロピル)を重量ppmで示している。なお、表中の数値の一部は、スペースを考慮して四捨五入して示している。
＜実験１＞
二酸化炭素酸性ガスの流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約６０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記のとおり調製した試料Ａ押出物の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は６８°Ｆ、圧力は２００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表１に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験２＞
二酸化炭素酸性ガスの流れを、垂直型Ｈ２Ｓ吸収剤処理機を通じて、上流に向けて約６０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記のとおり調製した試料Ｂ粒状品の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は６８°Ｆ、圧力は２００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表２に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験３＞
天然ガスの流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約６０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記のとおり調製した試料Ａ押出物の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は７０°Ｆ、圧力は５００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表３に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験４＞
天然ガスの流れを、垂直型Ｈ２Ｓ吸収剤処理機を通じて、上流に向けて約６０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記のとおり調製した試料Ｂ粒状品の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は７０°Ｆ、圧力は５００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表４に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験５＞
天然ガスの流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約６０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記のとおり調製した試料Ａ押出物の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は７０°Ｆ、圧力は５００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表５に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験６＞
天然ガスの流れを、垂直型Ｈ２Ｓ吸収剤処理機を通じて、上流に向けて約６０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記のとおり調製した試料Ｂ粒状品の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は７０°Ｆ、圧力は５００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表６に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験７＞
天然ガスの流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約６０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記のとおり調製した試料Ａ押出物の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は１００°Ｆ、圧力は５００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表７に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験８＞
天然ガスの流れを、垂直型Ｈ２Ｓ吸収剤処理機を通じて、上流に向けて約６０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記のとおり調製した試料Ｂ粒状品の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は１００°Ｆ、圧力は５００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表８に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験９＞
天然ガスの流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約６０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記の通り調製した試料Ａ押出物の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は１３０°Ｆ、圧力は５００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表９記載されている。
Figure 0005844784
＜実験１０＞
天然ガスの流れを、垂直型Ｈ２Ｓ吸収剤処理機を通じて、上流に向けて約６０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記のとおり調製した試料Ｂ粒状品の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は１３０°Ｆ、圧力は５００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表１０に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験１１＞
液体天然ガスの流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約４０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記のとおり調製した試料Ａ押出物の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は５２°Ｆ、圧力は５００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表１１に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験１２＞
液体天然ガスの流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約４０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記のとおり調製した試料Ａ押出物の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は５２°Ｆ、圧力は５００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表１２に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験１３＞
液体天然ガスの流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約４０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記のとおり調製した試料Ａ押出物の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は６０°Ｆ、圧力は５００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表１３に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験１４＞
液体天然ガスの流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約４０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記のとおり調製した試料Ａ押出物の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は６０°Ｆ、圧力は５００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表１４に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験１５＞
二酸化炭素ガスの流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約４０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記のとおり調製した試料Ａ押出物の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は５２°Ｆ、圧力は５００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表１５に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験１６＞
二酸化炭素ガスの流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約４０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記のとおり調製した試料Ａ押出物の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は５２°Ｆ、圧力は５００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表１６に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験１７＞
二酸化炭素ガスの流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約４０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記のとおり調製した試料Ａ押出物の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は５２°Ｆ、圧力は５００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表１７に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験１８＞
二酸化炭素ガスの流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約４０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記のとおり調製した試料Ａ押出物の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は５２°Ｆ、圧力は５００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表１８に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験１９＞
二酸化炭素ガスの流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約４０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記のとおり調製した試料Ａ押出物の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は５２°Ｆ、圧力は５００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表１９に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験２０＞
二酸化炭素ガスの流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約４０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記のとおり調製した試料Ａ押出物の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は５２°Ｆ、圧力は５００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表２０に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験２１＞
二酸化炭素ガスの流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約４０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記のとおり調製した試料Ａ押出物の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は６０°Ｆ、圧力は５００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表２１に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験２２＞
二酸化炭素ガスの流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約４０mls／分の割合で供給した。処理機には、上記のとおり調製した試料Ａ押出物の層(高さ約８インチ、直径２インチ)が入れられている。処理機の温度は６０°Ｆ、圧力は５００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表２２に記載されている。
Figure 0005844784
前掲実験例は、ＮＧＬ液体並びに炭化水素ガス及び二酸化炭素ガスから、硫化水素、チオール(メルカプタン)、ジスルフィド及び硫化カルボニルが除去されることを示している。本発明の組成物及び方法を用いることにより、ジメチルジスルフィド(ＤＭＤＳ)も吸収除去されることができる。実験例の中にはＤＭＤＳが増加するものもあるが、これは、被処理流体に溶解した少量の酸素が吸収剤中の鉄による触媒作用を受けて酸化甘味反応(oxidative sweetening reactions)を生じる結果、少量のメチルメルカプタンの酸化が促進され、ＤＭＤＳと水が生成されるためである。
実験例の中には、二硫化炭素量の増加が認められた例もある。硫黄分析は、硫黄検出化学発光法により行なった。二硫化炭素分析は、用いられる分析技術に対して非常に敏感である。供給物流(feed)の中での二硫化炭素量は非常に少ないため、組成物の中で僅かに変化するだけでも大きな誤差を引き起こす。二硫化炭素が供給物ラインを汚染することがあり、その汚染が原因で誤差を生ずることもあるので、少量の二硫化炭素は告知無しで放出することができる。供給物ラインを新たなものと取り替えた時、液体流の二硫化炭素含有量の減少は測定されなかったことから、吸収剤によって除去された二硫化炭素は殆どなかったか又は全くなかったものと思われる。
表１及び表２のデータを参照すると、吸収剤が押出物(試料Ａ材料)及び粒状物(試料Ｂ材料)の両方とも、周囲温度のＣＯ２酸性ガス流から本質的に全ての硫化水素が除去されることを示している。吸収剤は両方とも、硫化カルボニルの約半分が除去された。チオール(メルカプタン)の除去は、粒状物では約９９〜１００％であり、押出物では約７８〜９６％であり、高レベルであった。
表３〜表６のデータを参照すると、本発明の吸収剤及び方法を用いると、周囲温度の天然ガスから、９９〜１００％の硫化水素が除去されることを示している。データは更に、被処理流体から、チオールの７８〜１００％が、硫化カルボニル及びＤＭＤＳと共に除去されることを示している。
表３〜表６(７０°Ｆのデータ)を、表７−表８(１００°Ｆのデータ)及び表９−表１０(１３０°Ｆのデータ)と比較すると、温度の影響が明らかになる。データを参照すると、本発明の吸収剤及び方法を用いることにより、硫化水素の９９〜１００％が全ての温度で除去されることを示している。チオールの除去は温度上昇と共に低下しているが、これは、チオールが高温で脱離(desorb)することを示唆している。一方、硫化カルボニル及びＤＭＤＳの除去は、試験された温度範囲内では、温度上昇と共に増加することが示されている。
供給物流として二酸化炭素ガスを用いた試験では、圧力が２００psig(表１及び表２参照)から５００psig(表１５乃至表２２参照)まで増加すると、チオールの吸収を促進する傾向があることを示している。ＤＭＤＳの除去は、高圧では９５〜９６％であるのに対し、２００psigでは２０〜７２％であった。
ＮＧＬ液体は、硫化水素濃度が低い傾向にある。硫化水素とは競合しないので、チオールの除去率は８６〜９６％(表１１、１２、１３及び１４参照)である。酸素はこの種の炭化水素中で可溶であり、少量のメチルチオールが酸化してＤＭＤＳに転換されるので、実験例の一部にはＤＭＤＳが生成するものもある。
鉄ペレット処理機の中で使用した後、試料Ａ材料を取り出して調べた。押出物が、被処理流体から、押出物の１.２重量％の硫黄を吸収すると、押出物の外観は端部から中央まで一様に黒変した。この観察結果は、使用中に交換反応(exchange reaction)が起こり、その反応により硫黄を吸収剤の中央へ移動させることを示唆している。吸収剤の組成に基づくと、暗い色(黒色)は、硫化第一鉄であると考えられる。取り出した押出物を室温に放置すると、高温(＞１３５°Ｆ(５７.２℃))になったが、これは、使用された材料が自燃性(pyrophoric)であることを示唆している。一晩放置すると、使用された材料の色は、元の使用前の押出物の色により近い明るいブラウン色(lighter brown color)に戻った。
上記データから導き出される一般的な結論として、シデライトは、その形態が粒状物であるか又は粉末から作製した押出物であるかとは関係なく、様々な供給物の流れに含まれる硫化水素、チオール(メルカプタン)、ＤＭＤＳ及び二硫化カルボニルの優れた吸収剤であるといえる。反応条件が硫化水素の除去に好ましい場合、すなわち高圧及び高温のとき、チオールの除去は低下する。供給物の流れに含まれる硫化水素量が少なく、低温で高圧のとき、チオールの除去に適している。
黒色に変化した炭酸鉄吸収剤は、空気及び蒸気(steam)と接触させることにより、定期的に再生させることができる。このような黒色変化は、硫黄含有化合物を含む気体流、液体流、又は気体と液体の混合流から硫黄が除去される間、炭酸鉄の表面に硫化第一鉄が生成されるためと考えられている。
本発明の他の実施例は、硫黄含有化合物が含まれる気体流、液体流、又は気体と液体の混合流から硫黄を除去するもので、前記流れを、炭酸鉄の層へ供給する前に、酸素及び水蒸気と混合するものである。この方法は、酸性ガスから硫黄を除去するのに特に好ましい。なお、天然ガスの流れでは、空気と炭化水素を連続的に分離するのに経済的不利益を伴うので、天然ガスの流れには好ましくない。
本発明の他の実施例は、硫黄含有化合物が含まれる気体流、液体流、又は気体と液体の混合流から硫黄を除去するもので、前記流れを、湿り空気環境下の炭酸鉄の層を通過させることによって行われる。吸収が行われる間、炭酸鉄を、湿気を有する空気又は酸素及び水蒸気の環境下におくことによって、炭酸鉄は、触媒効果によって連続的に再生されると考えられ、最終的に、処理工程の流れから簡単に分離可能な元素硫黄が生成される。シデライトは、本発明のこれら方法で吸収剤に用いられる炭酸鉄材料として特に好ましい。
以下の追加の実験例は、空気を含む酸性ガス流を、シデライトがペレット形態の炭酸鉄の層を通過させることにより、前記酸性ガス流からの硫黄除去効果を示すものである。各実験例において、処理機は、高さ２４インチ、直径２インチであり、吸収剤層のＬ／Ｄ比は４：１、触媒／吸収剤層の寸法は高さ８インチ、直径２インチである。
＜実験２３＞
空気９３.５９６％、二酸化炭素６.３２８％及び硫化水素０.０７６％を含み、インレットガスの水分含有量が１２０.４lbs/MM SCFである酸性ガス混合物の流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約３０mls／分の割合で供給した。処理機には、ＳＵＬＦＵＲＴＲＡＰ３／１６インチのシデライトペレットの層が入れられている。処理機の温度は１００°Ｆ、圧力は１００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表２３に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験２４＞
空気９３.５９６％、二酸化炭素６.３２８％及び硫化水素０.０７６％を含み、インレットガスの水分含有量が１２０.４lbs/MM SCFである酸性ガス混合物の流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約３０mls／分の割合で供給した。処理機には、ＳＵＬＦＵＲＴＲＡＰ１／８インチのシデライトペレットの層が入れられている。処理機の温度は１００°Ｆ、圧力は１００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表２４に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験２５＞
空気９２.１７８％、二酸化炭素７.５３５％及び硫化水素０.２８７％を含み、インレットガスの水分含有量が４２.６lbs/MM SCFである酸性ガス混合物の流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約６０mls／分の割合で供給した。処理機には、ＳＵＬＦＵＲＴＲＡＰ３／１６インチのシデライトペレットの層が入れられている。処理機の温度は１００°Ｆ、圧力は１００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表２５に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験２６＞
空気９２.１７８％、二酸化炭素７.５３５％及び硫化水素０.２８７％を含み、インレットガスの水分含有量が４２.６lbs/MM SCFである酸性ガス混合物の流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約６０mls／分の割合で供給した。処理機には、ＳＵＬＦＵＲＴＲＡＰ１／８インチのシデライトペレットの層が入れられている。処理機の温度は１００°Ｆ、圧力は１００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表２６に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験２７＞
空気９０.５４８％、二酸化炭素９.２２１％及び硫化水素０.２３１％を含み、インレットガスの水分含有量が１２６.２lbs/MM SCFである酸性ガス混合物の流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約１００mls／分の割合で供給した。処理機には、ＳＵＬＦＵＲＴＲＡＰ３／１６インチのシデライトペレットの層が入れられている。処理機の温度は１００°Ｆ、圧力は１００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表２７に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験２８＞
空気９０.５４８％、二酸化炭素９.２２１％及び硫化水素０.２３１％を含み、インレットガスの水分含有量が１２６.２lbs/MM SCFである酸性ガス混合物の流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約１００mls／分の割合で供給した。処理機には、ＳＵＬＦＵＲＴＲＡＰ１／８インチのシデライトペレットの層が入れられている。処理機の温度は１００°Ｆ、圧力は１００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表２８に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験２９＞
空気９９.３１５％、二酸化炭素０.６１９％及び硫化水素０.０６６％を含み、インレットガスの水分含有量が１４０.５lbs/MM SCFである酸性ガス混合物の流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約１００mls／分の割合で供給した。処理機には、ＳＵＬＦＵＲＴＲＡＰ３／１６インチのシデライトペレットの層が入れられている。処理機の温度は１００°Ｆ、圧力は１００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表２９に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験３０＞
空気９５.２１９％、二酸化炭素４.６１９％及び硫化水素０.１６２％を含む容器充填ガス混合物の流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約１００mls／分の割合で供給した。処理機には、ＳＵＬＦＵＲＴＲＡＰ１／８インチのシデライトペレットの層が入れられている。処理機の温度は１００°Ｆ、圧力は１００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表３０に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験３１＞
空気９４.９６０％、二酸化炭素４.８６０％及び硫化水素０.１８０％を含み、インレットガスの水分含有量が１２８.４lbs/MM SCFである酸性ガス混合物の流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約１００mls／分の割合で供給した。処理機には、ＳＵＬＦＵＲＴＲＡＰ３／１６インチのシデライトペレットの層が入れられている。処理機の温度は１００°Ｆ、圧力は１００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表３１に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験３２＞
空気９４.９６０％、二酸化炭素４.８６０％及び硫化水素０.１８０％を含み、インレットガスの水分含有量が１２８.４lbs/MM SCFである酸性ガス混合物の流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約１００mls／分の割合で供給した。処理機には、ＳＵＬＦＵＲＴＲＡＰ１／８インチのシデライトペレットの層が入れられている。処理機の温度は１００°Ｆ、圧力は１００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表３２に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験３３＞
空気８９.７３６％、二酸化炭素９.９３２％及び硫化水素０.３３２％を含み、インレットガスの水分含有量が１５０lbs/MM SCFである酸性ガス混合物の流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約１００mls／分の割合で供給した。処理機には、ＳＵＬＦＵＲＴＲＡＰ３／１６インチのシデライトペレットの層が入れられている。処理機の温度は１００°Ｆ、圧力は１００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表３３に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験３４＞
空気８９.７３６％、二酸化炭素９.９３２％及び硫化水素０.３３２％を含み、インレットガスの水分含有量が１５０lbs/MM SCFである酸性ガス混合物の流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約１００mls／分の割合で供給した。処理機には、シデライトＳＵＤ ＣＨＥＭＩＥのペレットの層が入れられている。処理機の温度は１００°Ｆ、圧力は１００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表３４に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験３５＞
空気９０.８８２％、二酸化炭素８.５９６％及び硫化水素０.５２２％を含み、インレットガスの水分含有量が１１２.６lbs/MM SCFである酸性ガス混合物の流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約２００mls／分の割合で供給した。処理機には、ＳＵＬＦＵＲＴＲＡＰ３／１６インチのシデライトペレットの層が入れられている。処理機の温度は１００°Ｆ、圧力は１００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表３５に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験３６＞
空気９０.８８２％、二酸化炭素８.５９６％及び硫化水素０.５２２％を含み、インレットガスの水分含有量が１１２.６lbs/MM SCFである酸性ガス混合物の流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約２００mls／分の割合で供給した。処理機には、シデライトＳＵＤ ＣＨＥＭＩＥのペレットの層が入れられている。処理機の温度は１００°Ｆ、圧力は１００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表３６に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験３７＞
空気９０.１２５％、二酸化炭素９.４３７％及び硫化水素０.４３８％を含み、インレットガスの水分含有量が８６.２lbs/MM SCFである酸性ガス混合物の流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約６００mls／分の割合で供給した。処理機には、ＳＵＬＦＵＲＴＲＡＰ３／１６インチのシデライトペレットの層が入れられている。処理機の温度は１００°Ｆ、圧力は１００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表３７に記載されている。
Figure 0005844784
＜実験３８＞
空気９０.１２５％、二酸化炭素９.４３７６％及び硫化水素０.４３８％を含み、インレットガスの水分含有量が８６.２lbs/MM SCFである酸性ガス混合物の流れを、垂直型鉄ペレット処理機を通じて、上流に向けて約６００mls／分の割合で供給した。処理機には、ＳＵＬＦＵＲＴＲＡＰ１／８インチのシデライトペレットの層が入れられている。処理機の温度は１００°Ｆ、圧力は１００psigである。ガスのインレット及びアウトレットの組成は、表３８に記載されている。
Figure 0005844784
当業者であれば、明細書の記載を参照することにより、本発明の他の変形が可能であることは明らかであろう。本発明の範囲は、発明者の権利としての特許請求の範囲における最も広義な解釈によってのみ制限を受けるものとする。

Claims (7)

  1. 硫黄含有化合物が含まれる液体の流れ又は気体の流れ又は気体と液体の混合物の流れから硫黄を除去する方法であって、
    前記流れは、１１.１〜５４.４℃（５２〜１３０°Ｆ）の温度及び１.３７９〜３.４４７ＭＰａ（２００〜５００ｐｓｉｇ）の圧力であり、
    硫黄の除去は、前記流れを吸収剤の層を通過させることにより行ない、
    前記吸収剤は、炭酸鉄５０〜９５重量％、バインダー２〜１０重量％及び水分３重量％未満を含んでおり、吸収剤は定期的に再生される、方法。
  2. 吸収剤は、空気及び蒸気と接触させることにより定期的に再生される請求項１の方法。
  3. 吸収剤は、連続的に再生され、該再生は、吸収剤を、前記流れに湿り空気が混合された流れ又は酸素及び水蒸気が混合された流れと接触させることにより行われ、前記混合された流れの中の水蒸気量は０.６８〜２.４０ｇ／ｍ３（４２.６〜１５０lbs/MM SCF(ポンド／百万標準立方フィート)）である請求項１の方法。
  4. 吸収剤は、ペレット、プリル及びスフェロイドからなる群から選択される粒子の形態である請求項１の方法。
  5. 炭酸鉄はシデライト鉱物の形態である請求項１の方法。
  6. バインダーは、アルミン酸カルシウムセメントである請求項１の方法。
  7. 流れは、天然ガス、天然ガス液体、軽質炭化水素、原油、酸性ガス混合物、二酸化炭素ガス、嫌気性ガス、埋立地発生ガス及び地熱流体からなる群から選択される流体を含んでいる請求項１の方法。
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