統合圧縮機／ストリッパーの構成および方法
再生装置からのリーンソルベントがフラッシュされ、ここから補助的水蒸気が回収され、この水蒸気を次いで圧縮機、最も好ましくはサーモコンプレッサーを使用して再生装置にフィードバックされるフラッシュドラムを含む企図された溶媒再生装置。かかる装置は、電気エネルギー需要の増大にもかかわらず、実質的に低減された正味の水蒸気およびエネルギー必要量を有し、さらに再生装置中で中立の水収支を維持している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年１２月１９日付けで出願された、出願番号６０／７５２６９３を有する発明者らの同時係属中の米国仮出願に対する優先権を主張する。
【０００２】
本発明の分野は、ストリッピング媒体を使用する溶媒再生の構成および方法である。
【背景技術】
【０００３】
リーンソルベント（ｌｅａｎ ｓｏｌｖｅｎｔ）を使用する酸性ガスの除去は、多くのプラントにおける一般的な方法であり、吸収された酸性ガスは多くの場合ストリッパー中のリッチソルベント（ｒｉｃｈ ｓｏｌｖｅｎｔ）から、適切なストリッピング媒体を使用して放出される。例えば、二酸化炭素は、アミンベースの溶媒（例えば、Ｅｃｏｎａｍｉｎｅ ＦＧ（商品名）およびＥｃｏｎａｍｉｎｅ ＦＧ Ｐｌｕｓ（商品名））を使用して、燃焼排ガスから除去することができ、二酸化炭素は水蒸気を使用してリッチソルベントから抜き取られる。かかる方法の典型的な構成が、米国特許第３，１４４，３０１号または４，７０８，７２１号において開示されている。
【０００４】
効率および／または経済的側面を改良するために、米国特許第３，９６２，４０４号において記述されているように、第２再生装置を使用することもできる。別の方法として、米国特許第４，０３５，１６６号において記述されているように水蒸気が工程からフラッシュされる場合は、単一水蒸気供給原料を有する補助ストリッパーを実施することもできる。しかしながら、かかる方法は多くの設備を必要とするので、しばしば建設し運転するのが比較的高価であり、少なくとも幾つかの例では、溶媒のフローとポンピングを増加する必要がある。
【０００５】
酸性ガスが供給ガスから除去される他の既知の構成において、例えば、米国特許第５，３２５，６７２号、同第５，４０６，８０２号、同第５，４６２，５８３号、および同第５，５５１，９７２号において記述されているように、貴重な蒸気が下流カラムにおける溶媒再生の前にリッチソルベントからフラッシュ（ｆｌａｓｈ）される。同様に、米国特許第５，３２１，９５２号およびＷＯ２００４／０８０５７３Ａ１は、各段階からの蒸気を圧縮して上流の段階に供給し、それにより所要熱量を低減する多段圧力ストリッパーの使用を教示している。かかる構成は、一般に分離効率およびガス処理プラントの他のパラメーターを改良するが、吸収装置圧力が再生装置／フラッシュ圧力をしばしば大きく超える。したがって、かかる構成における再圧縮のコストは、限定された状況の下でのみ、経済的に正当化される。
【０００６】
さらに既知のシステムにおいて、米国特許第２，８８６，４０５号、同第３，２１７，４６６号および同第３，８２３，２２２号において記述されているように、少なくとも一部の水蒸気は、カラム中でストリッピングを助けるためにフラッシュされたリーンソルベントから回収される。かかるシステムにおいて、回収された水蒸気は、供給ガスからプラント中で発生した熱を利用して（例えば、原水で飽和された合成ガスおよび合成ガスの熱を使用する。）有利に生成することもできる駆動蒸気を使用してカラムに再注入される。かかる構成は、供給ガスが比較的高温であり水で飽和されている場合には幾らかの利益を提供するが、さまざまな欠点が残されている。最も重大な欠点は、駆動蒸気によってシステムに導入される水が、再生工程における水収支を相殺することである。さらに、このようにして加えた水はシステムから除去しなければならず、水の除去は一般に冷却需要を増加させ、混入した固体および触媒のため、放出前にさらなる処理を必要とすることもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、当技術分野において多数の燃焼排ガス処理の構成および方法が知られているが、これらの全てまたはほとんど全てが、１つまたは複数の欠点を有する。したがって、改良された燃焼排ガス処理の構成および方法に関する必要性が依然として残されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の要旨
本発明は、リーンソルベントがフラッシュされてフラッシュされた水蒸気を生成し、フラッシュされた水蒸気が圧縮されてストリッピングカラムに戻される、溶媒回収の構成および方法を対象とする。ストリッピングカラムのためのストリッピング水蒸気がカラムと熱源の間に再循環され、フラッシュされた水蒸気がさらなる水蒸気の添加無しでカラムに再導入されるのが最も好ましい。したがって、ストリッピングカラムの水収支が変わらないこと、および凝縮物の除去および／または制御問題が避けられることが認識されなければならない。
【０００９】
本発明の主題の一態様において、溶媒を再生する方法は、ストリッピングカラム中で第１水蒸気供給原料および第２水蒸気供給原料を使用してリーンソルベントをリッチソルベントから生成する段階を含む。別の段階においてリーン溶媒がフラッシュされ、これによって第１水蒸気供給原料とフラッシュされたリーンソルベントが生成され、第１水蒸気供給原料が、圧縮機によりストリッピングカラムに導入され、一方第２水蒸気供給原料が、ストリッピングカラムと熱源の間に再循環される。
【００１０】
一般に、リッチソルベントは２０ｐｓｉａと４０ｐｓｉａの間の圧力を有しており、リーンソルベントは２ｐｓｉａと２０ｐｓｉａの間の圧力にフラッシュされ、第２水蒸気供給原料は５０ｐｓｉｇにおける飽和水蒸気である。好ましい態様において、圧縮機はサーモコンプレッサーまたは蒸気タービンコンプレッサーであり、供給ガスは燃焼排ガスであり、溶媒はアミン溶媒である。
【００１１】
本発明の主題の別の態様において、水蒸気回路がストリッピングのために水蒸気を提供し、水蒸気が再沸騰によって生成される、既存のストリッピングカラムを性能向上させる方法は、ストリッピングカラムからのリーンソルベントがフラッシュされて、これによりフラッシュされた水蒸気とフラッシュされたリーンソルベントが生成されるようにフラッシュ容器を既存のストリッピングカラムへ流体的に連結する段階を含む。別の段階において、フラッシュされた水蒸気が追加の水の導入無しでストリッピングカラム中に供給されるように、圧縮機はフラッシュ容器とストリッピングカラムに流体的に連結される。
【００１２】
したがって、企図された溶媒再生システムは、フラッシュドラムと流体的に連結したストリッピングカラムを含み、フラッシュドラムは、フラッシュされたリーンソルベントから水蒸気を放出するのに有効な圧力差においてストリッピングカラムからリーンソルベントを受け入れるために構成され、このシステムはフラッシュドラムと流体的に連結した圧縮機（例えば、サーモコンプレッサーまたは蒸気タービンコンプレッサー）をさらに含み、水蒸気をフラッシュドラムから再生装置へ、水の追加の導入無しで導入するために構成されている。所望する場合、企図されたプラントは、ストリッピングカラムから熱源へ水蒸気凝縮物を提供し、熱源からストリッピングカラムへ水蒸気を提供するために構成された水蒸気回路をさらに含む。
【００１３】
ストリッピングカラムは、２０ｐｓｉａと４０ｐｓｉａの間の圧力において運転されるように構成され、フラッシュドラムは、リーンソルベントを２ｐｓｉａと２０ｐｓｉａの間の圧力へフラッシュするように構成されることが好ましい。一方、企画したプラントはグラスルーツの設備として建設することもでき、フラッシュドラムおよび圧縮機は、ストリッピングカラムに対する改装部品として備えることもできる。企図したプラントは、一般に、供給ガス（例えば、燃焼排ガス）を受け入れてストリッピングカラムに対してリッチソルベントを提供するために構成された、ストリッピングカラムと流体的に連結している吸収器をさらに含む。
【００１４】
本発明のさまざまな目的、特徴、態様および利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の詳細な説明によってより明らかになる。
【００１５】
図１は、フラッシュドラムおよびサーモコンプレッサーによる統合水蒸気再生を有するストリッピングカラムを含む典型的な構成を示す。
【００１６】
本発明者らは、リーンソルベントを低い圧力へとフラッシュし、これによってストリッピング蒸気を生成し、次いでストリッピング蒸気をストリッピングカラムに再導入することによって、一部の運転パラメーターとさまざまなストリッピング方法の経済的側面が著しく改良できることを思いがけず見出した。特に好ましい態様において、ストリッピング水蒸気の再導入は、駆動蒸気（例えば、圧縮機、最も好ましくはサーモコンプレッサーによる。）を使用しないで行われ、ストリッピングカラムは、水蒸気がカラムと外部熱源の間を循環する水蒸気回路により運転される。したがって、かかる構成はストリッピングカラム中の水収支を維持しながら、一方では水蒸気の生成と冷却に必要なエネルギーと物質を低減していることが認識されなければならない。さらに、そうでなければ導入される過剰水（例えば、あるエジェクタにおける駆動蒸気によるまたは水で飽和されたリッチソルベントによる。）から発生する廃水処理が回避され水が資源として保存される。
【００１７】
図１に示す特に好ましい一態様において、プラントは、供給ガス１０２およびフラッシュドラム１２０からポンプ（図示されていない。）によりリーンソルベント１２２を受け入れる吸収装置１００を含む。吸収装置１００は、精製ガス１０４およびリッチソルベント１０６を生成し、リッチソルベントはストリッピングカラム１１０に送られる。リッチソルベント（例えば、ＣＯ２−リッチＥｃｏｎａｍｉｎｅ ＦＧ Ｐｌｕｓ（商品名）溶媒）は、次いでストリッピングカラム１１０中で、水１１４から（例えば、再沸騰装置１４０を使用して）生成された水蒸気１１２を使用して処理され、カラム１１０の底部から取り出される。酸性ガス１１６は適切な下流設備（例えば、液化、ＥＯＲ、金属イオン封鎖など）に送られ、加圧された（例えば、２６．６ｐｓｉａ）高温リーンソルベント１１８は、ストリッピングカラム１１０の底部または底部近くで放出される。リーンソルベント１１８は、その後フラッシュドラム１２０に供給され、低い圧力（例えば１４．７ｐｓｉａ）にフラッシュされる。結果として得られたフラッシュ蒸気１２４は、大部分の水蒸気と少量の二酸化炭素および溶媒よりなる。フラッシュ蒸気１２４は、次いで圧縮機１３０によって圧縮され、ストリッピングカラム１１０の底部にストリーム１３２として戻され、ここでカラムを通って上方へ流れその間にリッチソルベントから二酸化炭素を除去する。ストリッピングカラム１１０は、水または他のストリッピング媒体の損失を避けるために、ストリーム１１１で還流することが好ましい（還流コンデンサー、ポンプ、および関連設備（図示せず））。
【００１８】
注目すべきことにフラッシュされた水蒸気を、ストリッピングカラムの圧力に蒸気再圧縮するために、付加的なエネルギーが必要であるにもかかわらず、正味のエネルギー需要は減少する。さらに、かかる構成における冷水の消費量もまた減少する。標準的ストリッピングカラムを基本事例として使用し、図１に示すような付加的フラッシュタンクとサーモコンプレッサーを含む比較事例の２つのシミュレーションの結果を反映した典型的な性能の要約を以下の表１に示す。残りの設計パラメーター（例えば、リーン装てん量、供給条件および組成［３．９ｍｏｌ％のＣＯ２含有量］、冷却水条件、および二酸化炭素捕獲速度）は、２つのシミュレーションの間で不変とし、表１の結果は、基本事例に比較して表示した。水蒸気と電力のコストは、それぞれ＄１４／Ｇｃａｌおよび＄０．０３４／ｋＷｈに基づき、再沸騰水蒸気は、３．５ｋｇ／ｃｍ２（ｇ）（５０ｐｓｉｇ）において飽和された水蒸気と想定した。
【００１９】
【表１】
【００２０】
これらのおよび他のさまざまな考慮すべき事項（ここには示されていない。）に基づき、企図された構成および方法は、在来のプラントと比較して水蒸気所要量を約１１％低減することもできることが理解されなければならない。さらに、かかるプラントの冷却水所要量を約１６％低減することが認識されなければならない。電力所要量は約１３％増加するが、総合的な水蒸気と電力の運転コストは約５％低下することに留意されたい。加えて、水処理プラントの能力を増加する必要がなく、付加的なまたは拡大した廃水処理装置も必要ではない。対照的に、駆動流体（一般に水）を使用するエジェクタおよび他の装置を使用する場合、追加の水を工程から除去しなければならす、このことは少なくとも２つの重大な不利点を有している。第１に、ストリッピングカラム中の水を凝集するために冷却所要量が実質的に増加する。第２に、このように除去した過剰水は、次いでキャリーオーバーした溶媒触媒、混入した粒子物質などを除去しなければならない。というのは、これらは一般にプラントで再使用できず、または単純に下水道システムへ放出することもできないからである。
【００２１】
企図した構成および方法は、Ｅｃｏｎａｍｉｎｅ ＦＧ Ｐｌｕｓ（商品名）を使用するプラント（例えば、複合サイクル、ボイラー、および／またはアンモニアプラントなどの燃焼発生源からの燃焼排ガスから二酸化炭素を捕獲する。）において特に有利であるが、ここにおいて提供される少なくとも一部の利点は、他のアミンベース溶剤および非アミンベースの溶剤（例えば、炭酸塩）を使用する他の方法において達成することもできることに留意されたい。その結果として、適切な供給ガスの組成および圧力は、大幅に変化する。しかしながら、吸収装置への供給ガスは約１５ｐｓｉａと約５０ｐｓｉａの間、あまり一般的ではないが約２５ｐｓｉａと約１００ｐｓｉａの間、さらにそれより高い（例えば、５０ｐｓｉａと５００ｐｓｉａの間）圧力であることが一般に好ましい。したがって適切な吸収装置は、５０ｐｓｉａから５００ｐｓｉａ、より一般には２５ｐｓｉａから約１００ｐｓｉａ、最も一般には１５ｐｓｉａから約５０ｐｓｉａの範囲で運転するために構成される。
【００２２】
同様に、企図された供給ガスの適切な温度に関して、約２０℃と約６００℃の間（まれにはもっと高いこともある。）、より一般には約５０℃と約４００℃の間、最も一般には約１００℃と約３５０℃間の温度であること好ましい。適切な供給ガスの水分含有量は、大幅に変わることもできる。一般的な供給ガスの酸性ガス含有量は、一般に約１−２０容積％の範囲、最も一般には約２−１０容積％の範囲である（大部分が少なくとも１つのＣＯ２およびＨ２Ｓを含む。）。それ故特に適した供給ガスは、ボイラー、タービン、アンモニアプラントなどからの燃焼ガスを含むが、かなりの水素含有量（例えば＞５ｍｏｌ％）を有するガス、または貴重な炭化水素成分（例えば、天然ガス）を有するガスもまた含む。
【００２３】
本発明の主題の多くの企図された態様において、ストリッピングカラムは、吸収装置とほぼ同じ圧力（±１０ｐｓｉ）で運転され、最も一般には約３０ｐｓｉａの圧力で運転される。しかしながら、所望する場合、吸収装置はストリッピングカラムよりかなり高い圧力（例えば、１０ｐｓｉａ超、より一般には５０ｐｓｉａ超、最も一般には１００ｐｓｉａ超）において運転することもできる。したがって、中間圧力低減装置（例えば、電気を発生するための膨張タービン）を、リッチソルベントの圧力をストリッピングカラムに入る前に低減するために含むこともできる。他方では、所望する場合、ストリッピングカラム中のリッチソルベントの圧力を増大するためにポンプを含むこともできる（圧力の増大はフラッシュ後の水蒸気の収率を増大することもある。）。ストリッピングカラムは、ストリッピング媒体が（例えば、統合またはオーバーヘッドコンデンサーにおける凝縮を経由して）カラムと熱源（例えば、スチーム加熱再沸騰装置）の間を再循環し、これによってストリッピング水蒸気を工程に提供するように構成されることが好ましい。かかる構成において、カラムへの正味の水の添加は無く、ストリッピング工程における水収支は、単純で有効な方法で維持されていることに留意されたい。
【００２４】
フラッシュ容器に関して、当技術分野において数多くのフラッシュ容器が知られているが、ストリッピングカラムからフラッシュ容器に供給されるリーンソルベントから、フラッシュされた水蒸気の引き出しが可能である限り、これらの全てが本明細書の使用に適しているとみなされることが認識されなければならない。フラッシュ容器は、一般にフラッシュ段階から少なくとも一部の水蒸気を発生する任意の正の圧力差において運転される。したがって、適切な圧力差は、例えば、１ｐｓｉと１０ｐｓｉの間、より好ましくは５ｐｓｉと２５ｐｓｉの間（さらには２５ｐｓｉと１００ｐｓｉの間、およびもっと高く）である。さらに、フラッシュ容器が大気圧でまたは大気圧近くで運転されることが一般に好ましい。
【００２５】
フラッシュ容器からのフラッシュされた水蒸気は、次いで圧縮水蒸気をストリッピングカラムに供給するのに適切な圧力に水蒸気を圧縮する圧縮機に直接送られるのが好ましい。したがって、圧縮機の種類は大幅に変えることもできる。しかしながら、水蒸気圧縮は、サーモコンプレッサーまたは蒸気タービン駆動コンプレッサーを使用して行うのが一般に好ましい。別の圧縮方法も、かかる方法が水の付加的量をストリッピングカラムに導入することさえなければまた適切であるとみなされる（例えば、駆動蒸気が再沸騰装置によって加熱される水蒸気回路によって提供されない限り、蒸気エジェクタは適切とはみなされない。）。
【００２６】
水蒸気のストリッピングカラムへの再導入は、カラム中の水収支を維持するだけでなく、水の大気への損失もまた防止することが特に認識されなければならない。さらに、大量の水をプラントに導入する代替技術（例えば、在来運転された蒸気エジェクタ）は、望ましくない溶媒で汚染された液体としてまたは吸収装置出口の蒸気のいずれかとしてかかる水をプラントから棄却しなければならない。かかる棄却は廃水の放出のための処理費用を回避するものの、出口における水含有量の増加はプラントからの溶媒の放出も増加させる。加えて、蒸気エジェクタで使用される追加の水は水処理プラントによって供給されなければならず、これによって設備の能力を増加させる。
【００２７】
このように、特定の実施形態および圧縮機とストリッパーの組合せの適用が開示された。しかしながら、当業者にとって、本明細書の発明概念から逸脱することなく、既に説明した変形形態以外のさらに多くの変形形態が可能なことは明らかなはずである。したがって、本発明の主題は、添付の特許請求の範囲の精神以外に限定されることはない。さらに、明細書および特許請求の範囲の両方の解釈において、全ての用語は、文脈と一致する最も広範囲の可能なやり方で解釈されるものとする。特に、「含む」および「含んでいる」という用語は、非排他的に要素、成分または段階を指し、参照した要素、成分または段階が存在し、または利用され、あるいは明示的に参照されていない他の要素、成分または段階と組み合わされることもできることを示すと解釈されなければならない。さらに、参照により本明細書に組み込まれている参照における用語の定義または使用が、本明細書において提供されたその用語の定義と一致しないかまたは定義に反する場合、その用語の本明細書で提供される定義を適用し、参照におけるその用語の定義は適用されないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】フラッシュドラムおよびサーモコンプレッサーによる統合水蒸気再生を有するストリッピングカラムを含む典型的な構成図である。
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年１２月１９日付けで出願された、出願番号６０／７５２６９３を有する発明者らの同時係属中の米国仮出願に対する優先権を主張する。
【０００２】
本発明の分野は、ストリッピング媒体を使用する溶媒再生の構成および方法である。
【背景技術】
【０００３】
リーンソルベント（ｌｅａｎ ｓｏｌｖｅｎｔ）を使用する酸性ガスの除去は、多くのプラントにおける一般的な方法であり、吸収された酸性ガスは多くの場合ストリッパー中のリッチソルベント（ｒｉｃｈ ｓｏｌｖｅｎｔ）から、適切なストリッピング媒体を使用して放出される。例えば、二酸化炭素は、アミンベースの溶媒（例えば、Ｅｃｏｎａｍｉｎｅ ＦＧ（商品名）およびＥｃｏｎａｍｉｎｅ ＦＧ Ｐｌｕｓ（商品名））を使用して、燃焼排ガスから除去することができ、二酸化炭素は水蒸気を使用してリッチソルベントから抜き取られる。かかる方法の典型的な構成が、米国特許第３，１４４，３０１号または４，７０８，７２１号において開示されている。
【０００４】
効率および／または経済的側面を改良するために、米国特許第３，９６２，４０４号において記述されているように、第２再生装置を使用することもできる。別の方法として、米国特許第４，０３５，１６６号において記述されているように水蒸気が工程からフラッシュされる場合は、単一水蒸気供給原料を有する補助ストリッパーを実施することもできる。しかしながら、かかる方法は多くの設備を必要とするので、しばしば建設し運転するのが比較的高価であり、少なくとも幾つかの例では、溶媒のフローとポンピングを増加する必要がある。
【０００５】
酸性ガスが供給ガスから除去される他の既知の構成において、例えば、米国特許第５，３２５，６７２号、同第５，４０６，８０２号、同第５，４６２，５８３号、および同第５，５５１，９７２号において記述されているように、貴重な蒸気が下流カラムにおける溶媒再生の前にリッチソルベントからフラッシュ（ｆｌａｓｈ）される。同様に、米国特許第５，３２１，９５２号およびＷＯ２００４／０８０５７３Ａ１は、各段階からの蒸気を圧縮して上流の段階に供給し、それにより所要熱量を低減する多段圧力ストリッパーの使用を教示している。かかる構成は、一般に分離効率およびガス処理プラントの他のパラメーターを改良するが、吸収装置圧力が再生装置／フラッシュ圧力をしばしば大きく超える。したがって、かかる構成における再圧縮のコストは、限定された状況の下でのみ、経済的に正当化される。
【０００６】
さらに既知のシステムにおいて、米国特許第２，８８６，４０５号、同第３，２１７，４６６号および同第３，８２３，２２２号において記述されているように、少なくとも一部の水蒸気は、カラム中でストリッピングを助けるためにフラッシュされたリーンソルベントから回収される。かかるシステムにおいて、回収された水蒸気は、供給ガスからプラント中で発生した熱を利用して（例えば、原水で飽和された合成ガスおよび合成ガスの熱を使用する。）有利に生成することもできる駆動蒸気を使用してカラムに再注入される。かかる構成は、供給ガスが比較的高温であり水で飽和されている場合には幾らかの利益を提供するが、さまざまな欠点が残されている。最も重大な欠点は、駆動蒸気によってシステムに導入される水が、再生工程における水収支を相殺することである。さらに、このようにして加えた水はシステムから除去しなければならず、水の除去は一般に冷却需要を増加させ、混入した固体および触媒のため、放出前にさらなる処理を必要とすることもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、当技術分野において多数の燃焼排ガス処理の構成および方法が知られているが、これらの全てまたはほとんど全てが、１つまたは複数の欠点を有する。したがって、改良された燃焼排ガス処理の構成および方法に関する必要性が依然として残されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の要旨
本発明は、リーンソルベントがフラッシュされてフラッシュされた水蒸気を生成し、フラッシュされた水蒸気が圧縮されてストリッピングカラムに戻される、溶媒回収の構成および方法を対象とする。ストリッピングカラムのためのストリッピング水蒸気がカラムと熱源の間に再循環され、フラッシュされた水蒸気がさらなる水蒸気の添加無しでカラムに再導入されるのが最も好ましい。したがって、ストリッピングカラムの水収支が変わらないこと、および凝縮物の除去および／または制御問題が避けられることが認識されなければならない。
【０００９】
本発明の主題の一態様において、溶媒を再生する方法は、ストリッピングカラム中で第１水蒸気供給原料および第２水蒸気供給原料を使用してリーンソルベントをリッチソルベントから生成する段階を含む。別の段階においてリーン溶媒がフラッシュされ、これによって第１水蒸気供給原料とフラッシュされたリーンソルベントが生成され、第１水蒸気供給原料が、圧縮機によりストリッピングカラムに導入され、一方第２水蒸気供給原料が、ストリッピングカラムと熱源の間に再循環される。
【００１０】
一般に、リッチソルベントは２０ｐｓｉａと４０ｐｓｉａの間の圧力を有しており、リーンソルベントは２ｐｓｉａと２０ｐｓｉａの間の圧力にフラッシュされ、第２水蒸気供給原料は５０ｐｓｉｇにおける飽和水蒸気である。好ましい態様において、圧縮機はサーモコンプレッサーまたは蒸気タービンコンプレッサーであり、供給ガスは燃焼排ガスであり、溶媒はアミン溶媒である。
【００１１】
本発明の主題の別の態様において、水蒸気回路がストリッピングのために水蒸気を提供し、水蒸気が再沸騰によって生成される、既存のストリッピングカラムを性能向上させる方法は、ストリッピングカラムからのリーンソルベントがフラッシュされて、これによりフラッシュされた水蒸気とフラッシュされたリーンソルベントが生成されるようにフラッシュ容器を既存のストリッピングカラムへ流体的に連結する段階を含む。別の段階において、フラッシュされた水蒸気が追加の水の導入無しでストリッピングカラム中に供給されるように、圧縮機はフラッシュ容器とストリッピングカラムに流体的に連結される。
【００１２】
したがって、企図された溶媒再生システムは、フラッシュドラムと流体的に連結したストリッピングカラムを含み、フラッシュドラムは、フラッシュされたリーンソルベントから水蒸気を放出するのに有効な圧力差においてストリッピングカラムからリーンソルベントを受け入れるために構成され、このシステムはフラッシュドラムと流体的に連結した圧縮機（例えば、サーモコンプレッサーまたは蒸気タービンコンプレッサー）をさらに含み、水蒸気をフラッシュドラムから再生装置へ、水の追加の導入無しで導入するために構成されている。所望する場合、企図されたプラントは、ストリッピングカラムから熱源へ水蒸気凝縮物を提供し、熱源からストリッピングカラムへ水蒸気を提供するために構成された水蒸気回路をさらに含む。
【００１３】
ストリッピングカラムは、２０ｐｓｉａと４０ｐｓｉａの間の圧力において運転されるように構成され、フラッシュドラムは、リーンソルベントを２ｐｓｉａと２０ｐｓｉａの間の圧力へフラッシュするように構成されることが好ましい。一方、企画したプラントはグラスルーツの設備として建設することもでき、フラッシュドラムおよび圧縮機は、ストリッピングカラムに対する改装部品として備えることもできる。企図したプラントは、一般に、供給ガス（例えば、燃焼排ガス）を受け入れてストリッピングカラムに対してリッチソルベントを提供するために構成された、ストリッピングカラムと流体的に連結している吸収器をさらに含む。
【００１４】
本発明のさまざまな目的、特徴、態様および利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の詳細な説明によってより明らかになる。
【００１５】
図１は、フラッシュドラムおよびサーモコンプレッサーによる統合水蒸気再生を有するストリッピングカラムを含む典型的な構成を示す。
【００１６】
本発明者らは、リーンソルベントを低い圧力へとフラッシュし、これによってストリッピング蒸気を生成し、次いでストリッピング蒸気をストリッピングカラムに再導入することによって、一部の運転パラメーターとさまざまなストリッピング方法の経済的側面が著しく改良できることを思いがけず見出した。特に好ましい態様において、ストリッピング水蒸気の再導入は、駆動蒸気（例えば、圧縮機、最も好ましくはサーモコンプレッサーによる。）を使用しないで行われ、ストリッピングカラムは、水蒸気がカラムと外部熱源の間を循環する水蒸気回路により運転される。したがって、かかる構成はストリッピングカラム中の水収支を維持しながら、一方では水蒸気の生成と冷却に必要なエネルギーと物質を低減していることが認識されなければならない。さらに、そうでなければ導入される過剰水（例えば、あるエジェクタにおける駆動蒸気によるまたは水で飽和されたリッチソルベントによる。）から発生する廃水処理が回避され水が資源として保存される。
【００１７】
図１に示す特に好ましい一態様において、プラントは、供給ガス１０２およびフラッシュドラム１２０からポンプ（図示されていない。）によりリーンソルベント１２２を受け入れる吸収装置１００を含む。吸収装置１００は、精製ガス１０４およびリッチソルベント１０６を生成し、リッチソルベントはストリッピングカラム１１０に送られる。リッチソルベント（例えば、ＣＯ２−リッチＥｃｏｎａｍｉｎｅ ＦＧ Ｐｌｕｓ（商品名）溶媒）は、次いでストリッピングカラム１１０中で、水１１４から（例えば、再沸騰装置１４０を使用して）生成された水蒸気１１２を使用して処理され、カラム１１０の底部から取り出される。酸性ガス１１６は適切な下流設備（例えば、液化、ＥＯＲ、金属イオン封鎖など）に送られ、加圧された（例えば、２６．６ｐｓｉａ）高温リーンソルベント１１８は、ストリッピングカラム１１０の底部または底部近くで放出される。リーンソルベント１１８は、その後フラッシュドラム１２０に供給され、低い圧力（例えば１４．７ｐｓｉａ）にフラッシュされる。結果として得られたフラッシュ蒸気１２４は、大部分の水蒸気と少量の二酸化炭素および溶媒よりなる。フラッシュ蒸気１２４は、次いで圧縮機１３０によって圧縮され、ストリッピングカラム１１０の底部にストリーム１３２として戻され、ここでカラムを通って上方へ流れその間にリッチソルベントから二酸化炭素を除去する。ストリッピングカラム１１０は、水または他のストリッピング媒体の損失を避けるために、ストリーム１１１で還流することが好ましい（還流コンデンサー、ポンプ、および関連設備（図示せず））。
【００１８】
注目すべきことにフラッシュされた水蒸気を、ストリッピングカラムの圧力に蒸気再圧縮するために、付加的なエネルギーが必要であるにもかかわらず、正味のエネルギー需要は減少する。さらに、かかる構成における冷水の消費量もまた減少する。標準的ストリッピングカラムを基本事例として使用し、図１に示すような付加的フラッシュタンクとサーモコンプレッサーを含む比較事例の２つのシミュレーションの結果を反映した典型的な性能の要約を以下の表１に示す。残りの設計パラメーター（例えば、リーン装てん量、供給条件および組成［３．９ｍｏｌ％のＣＯ２含有量］、冷却水条件、および二酸化炭素捕獲速度）は、２つのシミュレーションの間で不変とし、表１の結果は、基本事例に比較して表示した。水蒸気と電力のコストは、それぞれ＄１４／Ｇｃａｌおよび＄０．０３４／ｋＷｈに基づき、再沸騰水蒸気は、３．５ｋｇ／ｃｍ２（ｇ）（５０ｐｓｉｇ）において飽和された水蒸気と想定した。
【００１９】
【表１】
【００２０】
これらのおよび他のさまざまな考慮すべき事項（ここには示されていない。）に基づき、企図された構成および方法は、在来のプラントと比較して水蒸気所要量を約１１％低減することもできることが理解されなければならない。さらに、かかるプラントの冷却水所要量を約１６％低減することが認識されなければならない。電力所要量は約１３％増加するが、総合的な水蒸気と電力の運転コストは約５％低下することに留意されたい。加えて、水処理プラントの能力を増加する必要がなく、付加的なまたは拡大した廃水処理装置も必要ではない。対照的に、駆動流体（一般に水）を使用するエジェクタおよび他の装置を使用する場合、追加の水を工程から除去しなければならす、このことは少なくとも２つの重大な不利点を有している。第１に、ストリッピングカラム中の水を凝集するために冷却所要量が実質的に増加する。第２に、このように除去した過剰水は、次いでキャリーオーバーした溶媒触媒、混入した粒子物質などを除去しなければならない。というのは、これらは一般にプラントで再使用できず、または単純に下水道システムへ放出することもできないからである。
【００２１】
企図した構成および方法は、Ｅｃｏｎａｍｉｎｅ ＦＧ Ｐｌｕｓ（商品名）を使用するプラント（例えば、複合サイクル、ボイラー、および／またはアンモニアプラントなどの燃焼発生源からの燃焼排ガスから二酸化炭素を捕獲する。）において特に有利であるが、ここにおいて提供される少なくとも一部の利点は、他のアミンベース溶剤および非アミンベースの溶剤（例えば、炭酸塩）を使用する他の方法において達成することもできることに留意されたい。その結果として、適切な供給ガスの組成および圧力は、大幅に変化する。しかしながら、吸収装置への供給ガスは約１５ｐｓｉａと約５０ｐｓｉａの間、あまり一般的ではないが約２５ｐｓｉａと約１００ｐｓｉａの間、さらにそれより高い（例えば、５０ｐｓｉａと５００ｐｓｉａの間）圧力であることが一般に好ましい。したがって適切な吸収装置は、５０ｐｓｉａから５００ｐｓｉａ、より一般には２５ｐｓｉａから約１００ｐｓｉａ、最も一般には１５ｐｓｉａから約５０ｐｓｉａの範囲で運転するために構成される。
【００２２】
同様に、企図された供給ガスの適切な温度に関して、約２０℃と約６００℃の間（まれにはもっと高いこともある。）、より一般には約５０℃と約４００℃の間、最も一般には約１００℃と約３５０℃間の温度であること好ましい。適切な供給ガスの水分含有量は、大幅に変わることもできる。一般的な供給ガスの酸性ガス含有量は、一般に約１−２０容積％の範囲、最も一般には約２−１０容積％の範囲である（大部分が少なくとも１つのＣＯ２およびＨ２Ｓを含む。）。それ故特に適した供給ガスは、ボイラー、タービン、アンモニアプラントなどからの燃焼ガスを含むが、かなりの水素含有量（例えば＞５ｍｏｌ％）を有するガス、または貴重な炭化水素成分（例えば、天然ガス）を有するガスもまた含む。
【００２３】
本発明の主題の多くの企図された態様において、ストリッピングカラムは、吸収装置とほぼ同じ圧力（±１０ｐｓｉ）で運転され、最も一般には約３０ｐｓｉａの圧力で運転される。しかしながら、所望する場合、吸収装置はストリッピングカラムよりかなり高い圧力（例えば、１０ｐｓｉａ超、より一般には５０ｐｓｉａ超、最も一般には１００ｐｓｉａ超）において運転することもできる。したがって、中間圧力低減装置（例えば、電気を発生するための膨張タービン）を、リッチソルベントの圧力をストリッピングカラムに入る前に低減するために含むこともできる。他方では、所望する場合、ストリッピングカラム中のリッチソルベントの圧力を増大するためにポンプを含むこともできる（圧力の増大はフラッシュ後の水蒸気の収率を増大することもある。）。ストリッピングカラムは、ストリッピング媒体が（例えば、統合またはオーバーヘッドコンデンサーにおける凝縮を経由して）カラムと熱源（例えば、スチーム加熱再沸騰装置）の間を再循環し、これによってストリッピング水蒸気を工程に提供するように構成されることが好ましい。かかる構成において、カラムへの正味の水の添加は無く、ストリッピング工程における水収支は、単純で有効な方法で維持されていることに留意されたい。
【００２４】
フラッシュ容器に関して、当技術分野において数多くのフラッシュ容器が知られているが、ストリッピングカラムからフラッシュ容器に供給されるリーンソルベントから、フラッシュされた水蒸気の引き出しが可能である限り、これらの全てが本明細書の使用に適しているとみなされることが認識されなければならない。フラッシュ容器は、一般にフラッシュ段階から少なくとも一部の水蒸気を発生する任意の正の圧力差において運転される。したがって、適切な圧力差は、例えば、１ｐｓｉと１０ｐｓｉの間、より好ましくは５ｐｓｉと２５ｐｓｉの間（さらには２５ｐｓｉと１００ｐｓｉの間、およびもっと高く）である。さらに、フラッシュ容器が大気圧でまたは大気圧近くで運転されることが一般に好ましい。
【００２５】
フラッシュ容器からのフラッシュされた水蒸気は、次いで圧縮水蒸気をストリッピングカラムに供給するのに適切な圧力に水蒸気を圧縮する圧縮機に直接送られるのが好ましい。したがって、圧縮機の種類は大幅に変えることもできる。しかしながら、水蒸気圧縮は、サーモコンプレッサーまたは蒸気タービン駆動コンプレッサーを使用して行うのが一般に好ましい。別の圧縮方法も、かかる方法が水の付加的量をストリッピングカラムに導入することさえなければまた適切であるとみなされる（例えば、駆動蒸気が再沸騰装置によって加熱される水蒸気回路によって提供されない限り、蒸気エジェクタは適切とはみなされない。）。
【００２６】
水蒸気のストリッピングカラムへの再導入は、カラム中の水収支を維持するだけでなく、水の大気への損失もまた防止することが特に認識されなければならない。さらに、大量の水をプラントに導入する代替技術（例えば、在来運転された蒸気エジェクタ）は、望ましくない溶媒で汚染された液体としてまたは吸収装置出口の蒸気のいずれかとしてかかる水をプラントから棄却しなければならない。かかる棄却は廃水の放出のための処理費用を回避するものの、出口における水含有量の増加はプラントからの溶媒の放出も増加させる。加えて、蒸気エジェクタで使用される追加の水は水処理プラントによって供給されなければならず、これによって設備の能力を増加させる。
【００２７】
このように、特定の実施形態および圧縮機とストリッパーの組合せの適用が開示された。しかしながら、当業者にとって、本明細書の発明概念から逸脱することなく、既に説明した変形形態以外のさらに多くの変形形態が可能なことは明らかなはずである。したがって、本発明の主題は、添付の特許請求の範囲の精神以外に限定されることはない。さらに、明細書および特許請求の範囲の両方の解釈において、全ての用語は、文脈と一致する最も広範囲の可能なやり方で解釈されるものとする。特に、「含む」および「含んでいる」という用語は、非排他的に要素、成分または段階を指し、参照した要素、成分または段階が存在し、または利用され、あるいは明示的に参照されていない他の要素、成分または段階と組み合わされることもできることを示すと解釈されなければならない。さらに、参照により本明細書に組み込まれている参照における用語の定義または使用が、本明細書において提供されたその用語の定義と一致しないかまたは定義に反する場合、その用語の本明細書で提供される定義を適用し、参照におけるその用語の定義は適用されないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】フラッシュドラムおよびサーモコンプレッサーによる統合水蒸気再生を有するストリッピングカラムを含む典型的な構成図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストリッピングカラム中のリッチソルベントから、第１水蒸気供給原料および第２水蒸気供給原料を使用してリーンソルベントを形成すること、
前記リーンソルベントをフラッシュし、これにより第１水蒸気供給原料およびフラッシュされたリーンソルベントを発生させ、ここで前記第１水蒸気供給原料は圧縮機を介してストリッピングカラムへと導入されること
を含み、ここで前記第２水蒸気供給原料は、ストリッピングカラムと熱源の間にリサイクルされる、
酸性ガスを含む供給ガスをリーンソルベントと接触させ、これによりリッチソルベントおよび処理済み供給ガスを発生する方法。
【請求項２】
リッチソルベントが、２０ｐｓｉａと４０ｐｓｉａの間の圧力を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
リーンソルベントが、２ｐｓｉａと２０ｐｓｉａの間の圧力にフラッシュされる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第２水蒸気供給原料が、３０ｐｓｉｇと７０ｐｓｉｇの間の飽和水蒸気である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
圧縮機が、サーモコンプレッサーまたは蒸気タービンコンプレッサーである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
供給ガスが燃焼排ガスであり、溶媒がアミン溶媒である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ストリッピングカラムからのリーンソルベントがフラッシュされ、これによりフラッシュされた水蒸気およびフラッシュされたリーンソルベントを生成するように、フラッシュ容器を既存のストリッピングカラムに対して流体的に連結すること、
フラッシュされた水蒸気がストリッピングカラムに追加の水の導入無しで供給されるように、圧縮機をフラッシュ容器とストリッピングカラムに連結すること
を含む、水蒸気回路がストリッピングのための水蒸気を提供し、水蒸気を再沸騰装置によって発生する、既存のストリッピングカラムの性能向上方法。
【請求項８】
既存のストリッピングカラムが、２０ｐｓｉａと４０ｐｓｉａの間の圧力で運転される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
リーンソルベントが、２ｐｓｉａと２０ｐｓｉａの間の圧力にフラッシュされる、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
圧縮機が、サーモコンプレッサーまたは蒸気タービンコンプレッサーである、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
溶媒がアミン溶媒を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
水蒸気をフラッシュされたリーンソルベントから放出するのに有効な圧力差において、ストリッピングカラムからリーンソルベントを受け入れるために構成されたフラッシュドラムと流体的に連結されたストリッピングカラムと、
フラッシュドラムと流体的に連結され、フラッシュドラムからの水蒸気を追加の水の導入無しで再生装置に導入するために構成された圧縮機と
を含む溶媒再生システム。
【請求項１３】
ストリッピングカラムから熱源へ水蒸気凝縮物を提供し、熱源からストリッピングカラムへ水蒸気を提供するために構成された水蒸気回路をさらに含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
ストリッピングカラムが、２０ｐｓｉａと４０ｐｓｉａの間の圧力において運転するために構成された、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
フラッシュドラムが、リーンソルベントを２ｐｓｉａと２０ｐｓｉａの間の圧力にフラッシュするために構成された、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
圧縮機が、サーモコンプレッサーまたは蒸気タービンコンプレッサーである、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
溶媒がアミン溶媒である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
フラッシュドラムおよび圧縮機が、ストリッピングカラムに対する改装部品である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１９】
ストリッピングカラムに対して流体的に連結した吸収装置をさらに含み、前記吸収装置が供給ガスを受け入れてリッチソルベントをストリッピングカラムに提供するために構成されている、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２０】
供給ガスが燃焼排ガスである、請求項１９に記載のシステム。
【請求項１】
ストリッピングカラム中のリッチソルベントから、第１水蒸気供給原料および第２水蒸気供給原料を使用してリーンソルベントを形成すること、
前記リーンソルベントをフラッシュし、これにより第１水蒸気供給原料およびフラッシュされたリーンソルベントを発生させ、ここで前記第１水蒸気供給原料は圧縮機を介してストリッピングカラムへと導入されること
を含み、ここで前記第２水蒸気供給原料は、ストリッピングカラムと熱源の間にリサイクルされる、
酸性ガスを含む供給ガスをリーンソルベントと接触させ、これによりリッチソルベントおよび処理済み供給ガスを発生する方法。
【請求項２】
リッチソルベントが、２０ｐｓｉａと４０ｐｓｉａの間の圧力を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
リーンソルベントが、２ｐｓｉａと２０ｐｓｉａの間の圧力にフラッシュされる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第２水蒸気供給原料が、３０ｐｓｉｇと７０ｐｓｉｇの間の飽和水蒸気である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
圧縮機が、サーモコンプレッサーまたは蒸気タービンコンプレッサーである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
供給ガスが燃焼排ガスであり、溶媒がアミン溶媒である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ストリッピングカラムからのリーンソルベントがフラッシュされ、これによりフラッシュされた水蒸気およびフラッシュされたリーンソルベントを生成するように、フラッシュ容器を既存のストリッピングカラムに対して流体的に連結すること、
フラッシュされた水蒸気がストリッピングカラムに追加の水の導入無しで供給されるように、圧縮機をフラッシュ容器とストリッピングカラムに連結すること
を含む、水蒸気回路がストリッピングのための水蒸気を提供し、水蒸気を再沸騰装置によって発生する、既存のストリッピングカラムの性能向上方法。
【請求項８】
既存のストリッピングカラムが、２０ｐｓｉａと４０ｐｓｉａの間の圧力で運転される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
リーンソルベントが、２ｐｓｉａと２０ｐｓｉａの間の圧力にフラッシュされる、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
圧縮機が、サーモコンプレッサーまたは蒸気タービンコンプレッサーである、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
溶媒がアミン溶媒を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
水蒸気をフラッシュされたリーンソルベントから放出するのに有効な圧力差において、ストリッピングカラムからリーンソルベントを受け入れるために構成されたフラッシュドラムと流体的に連結されたストリッピングカラムと、
フラッシュドラムと流体的に連結され、フラッシュドラムからの水蒸気を追加の水の導入無しで再生装置に導入するために構成された圧縮機と
を含む溶媒再生システム。
【請求項１３】
ストリッピングカラムから熱源へ水蒸気凝縮物を提供し、熱源からストリッピングカラムへ水蒸気を提供するために構成された水蒸気回路をさらに含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
ストリッピングカラムが、２０ｐｓｉａと４０ｐｓｉａの間の圧力において運転するために構成された、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
フラッシュドラムが、リーンソルベントを２ｐｓｉａと２０ｐｓｉａの間の圧力にフラッシュするために構成された、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
圧縮機が、サーモコンプレッサーまたは蒸気タービンコンプレッサーである、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
溶媒がアミン溶媒である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
フラッシュドラムおよび圧縮機が、ストリッピングカラムに対する改装部品である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１９】
ストリッピングカラムに対して流体的に連結した吸収装置をさらに含み、前記吸収装置が供給ガスを受け入れてリッチソルベントをストリッピングカラムに提供するために構成されている、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２０】
供給ガスが燃焼排ガスである、請求項１９に記載のシステム。
【図１】
【公表番号】特表２００９−５１９８２８（Ｐ２００９−５１９８２８Ａ）
【公表日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５４７３５９（Ｐ２００８−５４７３５９）
【出願日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４８０１４
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０７５４６６
【国際公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【出願人】（５０６３５４４３４）フルオー・テクノロジーズ・コーポレイシヨン (35)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４８０１４
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０７５４６６
【国際公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【出願人】（５０６３５４４３４）フルオー・テクノロジーズ・コーポレイシヨン (35)
【Ｆターム（参考）】
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