高圧高ＣＯ２除去構成および方法
吸収器の底部に流し込まれる二相混合物を形成するために供給ガスを冷却準富溶媒と接触させることにより、本発明の主題による構成および方法において、高圧供給ガスからＣＯ２が除去される。吸収器からの富溶媒はその後、準富溶媒のための冷凍を発生させるために圧力が減少され、希薄溶媒は、準富溶媒を生成するために、吸収器内で部分処理供給ガスと向流的に接触する。その他の利点の中でもとりわけ、減圧富溶媒による供給ガスおよび準富溶媒の冷却は、溶媒の強化された再生を可能にするために富溶媒を加熱し、溶媒の外部冷凍および加熱は完全に回避されることが可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００９年９月１８日出願の、参照により本明細書に組み込まれる、係属中の米国特許仮出願第６１／２４３９６９号明細書の優先権を主張する。
【０００２】
本発明の分野は、供給ガスからの酸性ガスの除去であり、特に高ＣＯ２含有量を有する高圧ガスからの酸性ガス除去、ならびに石油増進回収のためのパイプライン高品質ガスおよび濃縮されたＣＯ２ストリームの生成に関する。
【背景技術】
【０００３】
様々なガスストリームからの酸性ガス除去、および特に天然ガスストリームからのＣＯ２の除去は、スイートガス田が枯渇するにつれて、ますます重要になってきた。主にその低燃焼熱および高い資本および運転コストのため、高ＣＯ２ガス田は調査されないままであった。しかしながら、近年の天然ガス価格の上昇により、ガス生産業者は、これらの高ＣＯ２田を調査し始めた。高ＣＯ２ガス田は、アラスカ、メキシコ湾、南アメリカ、および中国南部、特に北アメリカの炭層メタン田を含む、世界中の多くの地域に存在する。これらのガス田のＣＯ２含有量は４０モル％以上に及ぶ可能性があり、このため現在の販売用ガスパイプライン仕様、排気規制、およびエネルギー効率に適合するために、従来とは異なるＣＯ２除去技術を必要とする。加えて、これらのガス田から除去されたＣＯ２は、全体的な温室ガス排出量を減少させるために、石油増進回収およびＣＯ２隔離のため高圧で再圧縮されなければならない。さらに、実行可能なＣＯ２除去プロセスは、経済的にも実行可能かつ環境的にも準拠していなければならない。
【０００４】
酸性ガス除去のための数多くのプロセスが従来技術において知られており、これらのうちの全てまたはほとんど全てが、３つのカテゴリのうちの１つに分類され得る。第一カテゴリにおいて、酸性ガスと反応して酸性ガスとの（通常は非共有結合の）錯体を形成する化学溶剤が、採用される。酸性ガスと溶剤との間の化学反応を伴うプロセスにおいて、供給ガスは通常、例えば米国特許第３，５６３，６９５号明細書に記載の弱無機酸のアルカリ塩溶液を用いて、または例えば米国特許第２，１７７，０６８号明細書に記載の有機酸または塩基のアルカリ性溶液を用いて、浄化される。このような化学反応プロセスは一般的に、化学溶剤の熱再生および冷却を必要とし、しばしば大量の化学溶剤の再循環を伴い、こうして高ＣＯ２ガス田のための化学溶剤の使用を非経済的にする。
【０００５】
第二のカテゴリにおいて、ガス成分の微分透過率に基づいて、ガスストリームからＣＯ２を分離するために、１つ以上の膜が使用される。典型的な膜システムは、前処理スキッドおよび一連の膜モジュールを含む。膜システムは、高ＣＯ２含有ガスを処理するのに非常に適している場合が多く、比較的小型であって、海洋用途に特に適応させている。しかしながら、これらは重質炭化水素による劣化の影響を受けやすく、頻繁で高額な交換を必要とする傾向がある。加えて、販売用ガス仕様に適合する比較的低いＣＯ２含有量（２モル％以下）までのＣＯ２除去は通常、多段の膜分離器、および段の間の再圧縮を必要とする。更に問題なのは、メタンもまた高速ガスなので、ＣＯ２透過物が相当量のメタンを含むことである。高ＣＯ２供給ガスを用いると、膜システムからのメタン脱離が著しくなる可能性があり、これらの用途もまたしばしば非経済的にする。
【０００６】
第三のカテゴリにおいて、供給ガスからの酸性ガスの除去に物理的溶媒が採用され、ここで酸性ガスは、相当量が溶媒で吸収される。酸性ガスの物理的吸収は、特定の酸性ガス（例えばＣＯ２またはＨ２Ｓ）の選択的溶解性を有する溶媒の使用に圧倒的に依存し、溶媒の圧力および温度に更に依存する。物理的溶媒の単位操作は主としてヘンリーの法則に従うので、溶媒のＣＯ２充填量は供給ガスのＣＯ２分圧とともに増加し、これは物理的溶媒を、高圧高ＣＯ２ガス田における使用にとって理想的なものにする。溶媒再生は、ある程度、フラッシュ再生によって実現され、加熱の必要性を最小化または排除する。しかしながら、物理的溶媒プロセスは、ＣＯ２吸収熱の排除において大きな冷却効率を必要とし、溶媒再生のため著しい加熱も必要とする可能性がある。改良された方法および構成を用いないと、物理的プロセスもまた法外に費用がかかる可能性がある。
【０００７】
ＣＯ２除去のために、例示的な試みが行われてきた。例えば、米国特許第７，２７３，５１３号明細書は、ガスストリームおよび液体ストリームを、これらが並流的に接触されて乱流混合状態に曝される第一接触器に供給すること、および第一接触器から第二接触器へ多相流を通過させることを、教示している。このようなプロセスは、アミン溶媒（化学的プロセス）に適した改良型接触装置を提供するが、その一方で、物理的溶媒プロセスの熱除去、溶媒再生、炭化水素脱離、およびＣＯ２生成のための方法および構成を解決することはできない。物理的溶媒を用いる改良型ＣＯ２除去プロセスは、国際公開第２００４／０５２５１１号、米国特許第７，４２４，８０８号明細書、および米国特許第７，１９２，４６８号明細書に記載されており、ここで再循環／クリーンガス除去または真空除去装置の使用によって超希薄溶媒が生成され、処理ガスから得られる冷凍および溶媒の通流によって供給ガスが冷却される。このようなプロセスは、エネルギー効率を有利に改善するが、それにも関わらず様々な不都合が残る。例えば、吸収器は比較的多数の接触段を必要とし、全体的プロセスは比較的複雑である。国際公開第２０１０／０３９７８５号に記載されている、さらに別の周知のプロセスにおいて、希薄溶媒は、プラント内で発生した廃熱を用いて再生され、供給ガス冷却は処理ガスによって実現される。このようなプロセスは、通常はプラント構成を簡素化するが、その一方で冷却要件が満たされず、希薄溶媒のために別の冷却回路が必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第３，５６３，６９５号明細書
【特許文献２】米国特許第２，１７７，０６８号明細書
【特許文献３】米国特許第７，２７３，５１３号明細書
【特許文献４】国際公開第２００４／０５２５１１号
【特許文献５】米国特許第７，４２４，８０８号明細書
【特許文献６】米国特許第７，１９２，４６８号明細書
【特許文献７】国際公開第２０１０／０３９７８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
供給ガスから酸性ガスを除去するための様々な構成および方法が知られているものの、それらの全てまたはほとんど全ては、１つ以上の不都合を被っている。とりわけ、処理ガスのＣＯ２レベルが高い場合が多く、物理的溶媒の使用は、著しい溶媒循環および冷凍冷却を必要とする。したがって、効率の良い酸性ガス除去のための改善された方法および構成を提供する必要が、まだある。
【００１０】
本発明の主題は、吸収のための冷凍要件および再生のための加熱要件が処理プロセス内から提供される溶媒プロセスを用いて、供給ガスから、最も好ましくは比較的高いＣＯ２含有量（例えば１０モル％以上）を有する高圧炭化水素供給ガス（例えば１０００ｐｓｉａ超）から酸性ガスを除去するシステム、構成、および方法に向けられる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の主題の特に好適な態様において、供給ガスからＣＯ２を除去する方法は、富溶媒および部分処理供給ガスを含む二相混合物を生成するために、吸収器の上流の準富溶媒に供給ガスを接触させるステップを含む。別のステップにおいて、準富溶媒および供給ガスは、富溶媒の減圧によって生成される冷凍容量を用いて冷却される。
【００１２】
最も好ましくは、二相混合物は吸収器の底部に流し込まれ、そこで部分処理供給ガスはこうして準富溶媒を生成するために、希薄溶媒と向流的に接触させられる。準富溶媒および供給ガスの冷却は、加熱減圧富溶媒から富ＣＯ２蒸気を通流させるのに十分な温度まで減圧富溶媒を加熱することが、特に望ましい。富溶媒の減圧は通常、通流蒸気および減圧富溶媒を生成するために、富溶媒を通流するステップを含み、通流蒸気は供給ガスへ再循環される。減圧富溶媒はその後、富ＣＯ２蒸気および希薄溶媒を生成するために、さらに通流される。
【００１３】
本発明の主題を限定するものではないが、富溶媒から希薄溶媒を生成するために必要とされる実質的に全ての熱は、供給ガスおよび準富溶媒の熱容量によって提供されること、および／または供給ガスからのＣＯ２の吸収に必要とされる実質的に全ての冷凍は、富溶媒の減圧によって生成されることが、一般的に好ましい。
【００１４】
このため、本発明の主題の別の態様において、供給ガスからＣＯ２を除去する方法は、冷却供給ガスを形成するために、処理ガスの冷凍容量および減圧富溶媒の冷凍容量を用いて供給ガスを冷却するステップを含む。別のステップにおいて、冷却供給ガスは、富溶媒および部分処理供給ガスを含む二相混合物を形成するために、準富溶媒と結合される。さらに別のステップにおいて、二相混合物は吸収器の底部に流し込まれ、その一方で、部分処理供給ガスはこうして準富溶媒および処理ガスを形成するために、吸収器内で希薄溶媒と向流的に接触させられる。最も一般的には、減圧富溶媒は、加熱減圧富溶媒から富ＣＯ２蒸気を通流させるのに十分な温度まで、供給ガスおよび準富溶媒によって加熱される。先に述べられたように、富溶媒から希薄溶媒を生成するために必要とされる実質的に全ての熱は、供給ガスおよび準富溶媒の熱容量によって提供されること、および／または供給ガスからのＣＯ２の吸収に必要とされる実質的に全ての冷凍は、富溶媒の減圧および水力タービンの冷却効果によって生成されることが、一般的に好ましい。さらに好適な態様において、冷却供給ガスを準富溶媒と結合させるステップは、静的ミキサを用いて実行され、および／または準富溶媒は、冷却供給ガスを準富溶媒と結合させるステップに先だって、吸収器動作圧力から供給ガス圧力までポンピングされる。考えられる構成および方法は、通常は３０°Ｆ以上の、希薄溶媒の比較的高い温度を可能にする。
【００１５】
別の視点から見ると、供給ガスから酸性ガスを除去するためのプラントは、富溶媒および部分処理供給ガスを含む二相混合物を底部に受容し、希薄溶媒および処理供給ガスから準富溶媒を生成する、吸収器を含むことになる。第一熱交換器は、それによって冷却準富溶媒を生成するために、減圧富溶媒の冷凍容量を用いて準富溶媒を冷却し、第二熱交換器は、それによって冷却供給ガスを生成するために、減圧富溶媒の冷凍容量を用いて供給ガスを冷却する。混合装置（例えば、静的ミキサ）はその後、こうして二相混合物を生成するために、冷却準富溶媒および冷却供給ガスを受け取って混合する。
【００１６】
このようなプラントの特に好適な態様において、第一の複数のフラッシュ室は、吸収器と流体的に結合されており、水力タービンまたは減圧弁を用いて減圧富溶媒および通流蒸気を生成し、第二の複数のフラッシュ室は、場合により第一の複数のフラッシュ室と流体的に結合されており、第二の複数のフラッシュ室は、希薄溶媒および富ＣＯ２蒸気を生成する。最も一般的には、ポンプが吸収器と流体的に結合され、準富溶媒を受容し、準富溶媒の圧力を吸収器圧力から供給ガス圧力まで上昇させ、および／または硫黄捕捉剤層が吸収器と流体的に結合され、処理供給ガスの少なくとも一部を受容および脱硫する。
【００１７】
本発明の様々な目的、特徴、態様、および利点は、以下の本発明の好適な実施形態の詳細な説明より、さらに明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の主題によるプラント向けの物理的溶媒を用いる酸性ガス除去の、例示的模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、供給ガスが第一に冷却準富溶媒と接触させられ、こうして生成された混合物が、富溶媒底部生成物、準富溶媒、および処理供給ガスを生成する吸収器の底部に流し込まれるプロセスにおいて、比較的高い圧力およびＣＯ２含有量を有する供給ガスを物理的溶媒で処理する構成および方法を、対象とする。最も好ましくは、富溶媒はその後、準富溶媒および供給ガスを冷却するのに十分な冷凍容量を有する減圧溶媒を生成するために、水力タービンを用いてより低い圧力まで減圧される。ＪＴ効果および／または水力タービンによって生成されるこのような冷却は、外部冷凍の必要性を低減、より一般的には排除さえするのみならず、加熱減圧富溶媒が大気圧以下までさらに通流される、希薄溶媒の再生を可能にする温度まで、減圧富溶媒を加熱することは、特に理解されるべきである。このため、冷凍要件および加熱容量の両方が、プロセス内から提供される。
【００２０】
本発明の主題の特に好適な一態様において、考えられるプラントおよび方法は、（通常はフラッシュ室として機能し、ほとんどの場合に複数の平衡段を有していない）吸収器の底部分においてその後分離される平衡混合物をこうして形成するために、吸収器圧力を供給ガス圧力までポンピングし、低温供給ガスとの混合（例えば、静的ミキサ、動的ミキサ、ジェットミキサなどで）に先だって冷却される、吸収器からの準富溶媒を使用する。結果的に、供給ガスのこのような混合および事前冷化は、供給ガスのＣＯ２含有量を少なくとも５０％減少させ、吸収器の充填高さを著しく減少させることは、理解されるべきである。
【００２１】
さらに、考えられる構成および方法は、減圧富溶媒が準富溶媒および供給ガスによって（場合により追加または代替の廃熱源も用いて）加熱された後の複数のフラッシュ段を一般的には用いて、供給ガスからの高圧高ＣＯ２ストリームの回収も、可能にする。さらに、吸収器の底部分からの富溶媒の圧力の減少中に生成される通流蒸気は、一般的に炭化水素含有量が高く、供給ガスへ再循環されることになる。このようにして、炭化水素脱離は、５％以下、より一般的には３％以下、最も一般的には１％以下まで、低減される。
【００２２】
本発明の態様による一例示的プラント構成は図１に示されている。ここで通常は１３１５ｐｓｉａおよび１１０°Ｆで、５０モル％のＣＯ２を含有する２００ＭＭｓｃｆｄの流量の、供給ガスストリーム１は、脱水ユニット５１において乾燥され、これは通常、下流のガス処理設備における水和物形成を回避するために必要である。適切な脱水プロセスは、グリコール脱水および分子篩脱水ユニットを含む。乾燥した供給ガスストリーム２は、再循環ガスストリーム３と混合されて、処理済みガスストリーム９によって交換器５２内で約８０°Ｆまで冷却されるストリーム４を形成する。冷却ガスストリーム５は、通流溶媒ストリーム２６によって、交換器５３内で約３０°Ｆまでさらに冷却される。低温供給ガスストリーム７はその後、静的ミキサ５４内で低温準富溶媒ストリーム６と混合され（ポンプ５６が準富溶媒の圧力を、通常は吸収器動作圧力から供給ガス圧力まで上昇させる）、二相混合物を形成する。静的ミキサは、混合のための乱流を提供する、複数の接触要素または噴霧ノズルを含んでもよい。静的ミキサ（またはほとんどのその他の混合装置）が、ＣＯ２含有量の５０％超を除去する１つの平衡段を提供し、吸収器５７における充填高さを著しく減少させることは、特筆すべきである。
【００２３】
静的ミキサからのストリーム８は、吸収器５７の底部４０に流入し、通常は４００〜９００ｐｓｉａの圧力で動作する。最も一般的には、吸収器は、パッキングまたはトレイ、またはＣＯ２吸収のためのその他の適切な媒体を含む、接触装置を収容する。底部からの通流蒸気は、チムニートレイを通じて上昇し、約４０００ＧＰＭの希薄溶媒ストリーム１２によって接触されて、そのＣＯ２含有量を２モル％以下まで減少させ、ポンプ５６によって吸収器圧力から供給ガス圧力までポンピングされる約３０°Ｆの準富溶媒を生成し、通流溶媒１７によって交換器５５内で冷却され、低温供給ガスストリーム７と混合され、最終的に吸収器の底部まで通流されて、底部を離れる富溶媒ストリーム１０を形成する。富溶媒はその後、ストリーム１１を形成するために、水力タービン５８を通じて４００ｐｓｉａまで圧力を下げられる。ストリーム１１は分離器５９まで通流され、通流液体ストリーム１３および通流蒸気ストリーム１９を生成する。蒸気ストリーム１９は、再循環圧縮機７０の中間段に供給される。通流液体１３は、ＪＴ弁６４を通じて２００ｐｓｉａまで減圧されて、分離器６０まで通流されるストリーム１４を形成し、通流液体ストリーム１６および通流蒸気ストリーム１５を生成する。蒸気ストリーム１５は、再循環圧縮機７０の吸引部に供給され、これは再循環ストリーム３を形成するために冷却器７１内で冷却される再循環ストリーム３０を生成する。
【００２４】
通流液体ストリーム１６は、ＪＴ弁６５内で、約７０から１００ｐｓｉａまで減圧され、それによって低温ストリーム１７を形成する。この冷却通流溶媒は、交換器５５内の準富溶媒および交換器５３内の供給ガスへの冷却を提供するために、使用される。通流溶媒は、交換器５３内で約１５から３０°Ｆまで加熱されて、加熱ストリーム１８を形成し、これはその後分離器６１内で通流されて、約１００ｐｓｉａの高圧ＣＯ２ストリーム１９を生成する。通流溶媒２０は、分離器６２に供給されるストリーム２１を形成するために、ＪＴ弁６６内でさらに減圧され、低圧ＣＯ２蒸気２２、およびＪＴ弁６７内でさらに減圧されて、通常２から５ｐｓｉａの準大気圧を有するストリーム２４を形成する、通流液体２３を生成し、これはその後真空分離器６３まで通流される。分離器６３からの通流蒸気２５は、真空ポンプ６８によって昇圧され、ＣＯ２圧縮機７３に供給する前に結合ストリーム２８を形成するために、低圧ＣＯ２ストリーム２２と混合されるストリーム２７を形成する。圧縮されたＣＯ２ストリーム３５はその後、隔離されるかまたは石油増進回収に使用される。通流希薄溶媒ストリーム１４はポンプ６９によってポンピングされ、吸収器に供給されるストリーム１２を形成して、溶媒回路を完成させる。吸収器からの処理ガスストリーム９は、通常１．２モル％のＣＯ２および約６ｐｐｍｖのＨ２Ｓを含有している。４ｐｐｍｖのＨ２Ｓ販売用ガス仕様に適合するために、処理ガス３１の少なくとも一部分３２は硫黄捕捉剤層７２において（必要に応じて）さらに処理され、その一方で別の部分３３は層７２を迂回し、こうして結合処理ガスストリーム３４を形成する。全体的なプラントバランスは、表１に示される。
【表１】
【００２５】
本明細書において考えられるプラントおよび方法は、上部充填部および底部通流部を含む吸収器を採用し、吸収器の底部は、富溶媒、および後に上部の希薄溶媒と（チムニートレイを通過した後に）向流的に接触させられる蒸気を生成し、これが準富溶媒を生成することが、特に好ましい。あるいは、二相混合物は、富溶媒が部分処理供給ガスから分離される分離高圧フラッシュ室内で通流されてもよい。
【００２６】
公知の物理的溶媒プロセスとは異なり、希薄溶媒はより高温で作用し、結果的に３０°Ｆ以上の、およびより一般的には３５°Ｆ以上の、さらに高い温度で準富溶媒を生成し、これはその後通流溶媒によって冷却されることが可能であり、熱交換器における温度交差を回避することも、理解されるべきである。結果的に、事前冷化、混合、および通流動作は、約０°Ｆで減圧富溶媒を生成する。結果的に、従来の物理的溶媒プロセスとは異なり、本明細書に提示されるプロセス冷却は実質的に完全に（すなわち総冷凍要件の２０％未満、およびより一般的には１０％未満の量の外部冷凍を必要とする）、およびほとんどの場合に専ら、減圧溶媒の冷凍容量を用いて実現されることは、認識されるべきである。
【００２７】
供給ガスおよび準富溶媒の冷却は、溶媒再生を強化するために、比較的高温まで減圧富溶媒を加熱することになることも、認識されるべきである。このため、減圧富溶媒から希薄溶媒を生成するために必要とされる実質的に全ての熱（すなわち必要とされる総熱量の少なくとも８０％、より一般的には９０％）は、供給ガスおよび準富溶媒の熱容量によって提供される。
【００２８】
考えられるプラントおよび方法は、吸収器へ再循環される富炭化水素フラッシュガスを分離する、多段フラッシュ室も使用し、炭化水素含有量の少なくとも９５％、およびより一般的には少なくとも９８％を回収する。加熱減圧富溶媒は、酸性ガスが豊富であり、酸性ガスの生成のため、少なくとも１つの分離器まで、より低い圧力まで減圧される。このため、このような構成および方法を用いると、ＣＯ２蒸気ストリームは、比較的高圧で（および付加的に中圧および／または低圧で）生成されることが可能であり、これはＣＯ２圧縮機の圧縮要件を有利に低減する。
【００２９】
このような構成において、水力タービンは、仕事（例えば、溶媒循環ポンプの駆動または発電など）を提供するために軸仕事を提供しながら、酸性ガス含有量を膨張および通流することによって冷凍冷却を生じるので、エネルギー効率の良い装置を動作させることは、認識されるべきである。多段分離器は、効率をさらに改善するために使用されることが可能であり、描画空間フットプリントおよび設備費を最小化するために積み重ね分離器として構成されてもよく、結果的にさらに効率の良い設計をもたらすことも、認識されるべきである。
【００３０】
適切な供給ガスに関して、このようなガスの圧力は大幅に異なる可能性があること、ならびにガスの性質は少なくとも部分的に圧力を決定するようになることは、理解されるべきである。供給ガスは、少なくとも４００ｐｓｉｇ、より一般的には少なくとも１０００ｐｓｉｇ、さらに一般的には少なくとも１２００ｐｓｉｇの圧力を有することが、特に好ましい。同様に、溶媒の性質も大幅に異なる可能性があり、全ての物理的溶媒およびその混合物は、本明細書における使用に適していると見なされる。数多くの物理的溶媒が当技術分野において知られており、例示的な好ましい物理的溶媒は、ＦＬＵＯＲ ＳＯＬＶＥＮＴ（ＴＭ）（炭酸プロピレン）、ＮＭＰ（ノルマルメチルピロリドン）、ＳＥＬＥＸＯＬ（ＴＭ）（ポリエチレングリコールのジメチルエーテル）、およびＴＢＰ（リン酸トリブチル）、および／または様々なポリエチレングリコールジアルキルエーテルを含む。あるいは、物理的溶媒と類似の挙動を有する、強化３級アミン（例えばピペラジン）またはその他の溶媒または溶媒の混合物を含む他の溶媒が採用されてもよい。
【００３１】
同様に、富溶媒の通流は、数多くの装置を用いて実行されてもよく、全ての減圧装置が本明細書における使用に適していることは一般的に考えられている。しかしながら、減圧量に関して、（仕事および／または冷却を提供した後の）富溶媒は、約２０から７０％のメタン含有量を有する通流蒸気を放出するのに十分な圧力まで、その圧力が減圧されることは、一般的に好ましい。これらの蒸気は吸収器へ再循環され、メタン脱離を５％未満に、より好ましくは３％未満に、最も好ましくは１％未満に、押さえる。
【００３２】
結果的に、本発明の態様による構成は、アミンまたはその他の物理的溶媒または膜を含む、従来の酸性ガス除去プロセスと比較して、高ＣＯ２除去の全体的なエネルギー消費および資本コストを著しく低減することは、認識されるべきである。さらに、考えられる構成およびプロセスは、通常は外部熱源を必要とせず、もし必要であっても熱源は冷凍および／または供給ガス圧縮システムのいずれかからの供給ガスまたは圧縮熱によって供給され、エネルギー消費および環境への影響をさらに低減する。さらに、石油増進回収計画は、供給ガスの酸性ガス含有量の、通常６０％に上る増加に、しばしば遭遇する。考えられる構成およびプロセスは、これらの変化を、本質的に同じ溶媒循環に適合させることができる。
【００３３】
このように、ＣＯ２除去の特定の組成および方法が開示されてきた。しかしながら、すでに記載されたもの以外に多くのさらなる変形例が、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、当業者にとって自明である。したがって、本発明の主題は、添付請求項の精神を除いては、限定されない。さらに、明細書および請求項の両方を解釈するにあたり、全ての用語は、文脈に適合するように、可能な限り広い意味で解釈されるべきである。具体的には、「含む（“ｃｏｍｐｒｉｓｅ”および“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”」という用語は、要素、部品、またはステップを非限定的に示すように解釈されるべきであり、言及された要素、部品、またはステップは明確に言及されていないその他の要素、部品、またはステップと共に存在、または利用、または組み合わせられてもよいことを示している。さらに、参照によって本明細書に組み込まれる、参考文献における用語の定義または用法が、本明細書において提供される用語の定義と一致しないかまたは反対である場合には、本明細書において提供されるその用語の定義が適用され、参考文献におけるその用語の定義は適用されない。
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００９年９月１８日出願の、参照により本明細書に組み込まれる、係属中の米国特許仮出願第６１／２４３９６９号明細書の優先権を主張する。
【０００２】
本発明の分野は、供給ガスからの酸性ガスの除去であり、特に高ＣＯ２含有量を有する高圧ガスからの酸性ガス除去、ならびに石油増進回収のためのパイプライン高品質ガスおよび濃縮されたＣＯ２ストリームの生成に関する。
【背景技術】
【０００３】
様々なガスストリームからの酸性ガス除去、および特に天然ガスストリームからのＣＯ２の除去は、スイートガス田が枯渇するにつれて、ますます重要になってきた。主にその低燃焼熱および高い資本および運転コストのため、高ＣＯ２ガス田は調査されないままであった。しかしながら、近年の天然ガス価格の上昇により、ガス生産業者は、これらの高ＣＯ２田を調査し始めた。高ＣＯ２ガス田は、アラスカ、メキシコ湾、南アメリカ、および中国南部、特に北アメリカの炭層メタン田を含む、世界中の多くの地域に存在する。これらのガス田のＣＯ２含有量は４０モル％以上に及ぶ可能性があり、このため現在の販売用ガスパイプライン仕様、排気規制、およびエネルギー効率に適合するために、従来とは異なるＣＯ２除去技術を必要とする。加えて、これらのガス田から除去されたＣＯ２は、全体的な温室ガス排出量を減少させるために、石油増進回収およびＣＯ２隔離のため高圧で再圧縮されなければならない。さらに、実行可能なＣＯ２除去プロセスは、経済的にも実行可能かつ環境的にも準拠していなければならない。
【０００４】
酸性ガス除去のための数多くのプロセスが従来技術において知られており、これらのうちの全てまたはほとんど全てが、３つのカテゴリのうちの１つに分類され得る。第一カテゴリにおいて、酸性ガスと反応して酸性ガスとの（通常は非共有結合の）錯体を形成する化学溶剤が、採用される。酸性ガスと溶剤との間の化学反応を伴うプロセスにおいて、供給ガスは通常、例えば米国特許第３，５６３，６９５号明細書に記載の弱無機酸のアルカリ塩溶液を用いて、または例えば米国特許第２，１７７，０６８号明細書に記載の有機酸または塩基のアルカリ性溶液を用いて、浄化される。このような化学反応プロセスは一般的に、化学溶剤の熱再生および冷却を必要とし、しばしば大量の化学溶剤の再循環を伴い、こうして高ＣＯ２ガス田のための化学溶剤の使用を非経済的にする。
【０００５】
第二のカテゴリにおいて、ガス成分の微分透過率に基づいて、ガスストリームからＣＯ２を分離するために、１つ以上の膜が使用される。典型的な膜システムは、前処理スキッドおよび一連の膜モジュールを含む。膜システムは、高ＣＯ２含有ガスを処理するのに非常に適している場合が多く、比較的小型であって、海洋用途に特に適応させている。しかしながら、これらは重質炭化水素による劣化の影響を受けやすく、頻繁で高額な交換を必要とする傾向がある。加えて、販売用ガス仕様に適合する比較的低いＣＯ２含有量（２モル％以下）までのＣＯ２除去は通常、多段の膜分離器、および段の間の再圧縮を必要とする。更に問題なのは、メタンもまた高速ガスなので、ＣＯ２透過物が相当量のメタンを含むことである。高ＣＯ２供給ガスを用いると、膜システムからのメタン脱離が著しくなる可能性があり、これらの用途もまたしばしば非経済的にする。
【０００６】
第三のカテゴリにおいて、供給ガスからの酸性ガスの除去に物理的溶媒が採用され、ここで酸性ガスは、相当量が溶媒で吸収される。酸性ガスの物理的吸収は、特定の酸性ガス（例えばＣＯ２またはＨ２Ｓ）の選択的溶解性を有する溶媒の使用に圧倒的に依存し、溶媒の圧力および温度に更に依存する。物理的溶媒の単位操作は主としてヘンリーの法則に従うので、溶媒のＣＯ２充填量は供給ガスのＣＯ２分圧とともに増加し、これは物理的溶媒を、高圧高ＣＯ２ガス田における使用にとって理想的なものにする。溶媒再生は、ある程度、フラッシュ再生によって実現され、加熱の必要性を最小化または排除する。しかしながら、物理的溶媒プロセスは、ＣＯ２吸収熱の排除において大きな冷却効率を必要とし、溶媒再生のため著しい加熱も必要とする可能性がある。改良された方法および構成を用いないと、物理的プロセスもまた法外に費用がかかる可能性がある。
【０００７】
ＣＯ２除去のために、例示的な試みが行われてきた。例えば、米国特許第７，２７３，５１３号明細書は、ガスストリームおよび液体ストリームを、これらが並流的に接触されて乱流混合状態に曝される第一接触器に供給すること、および第一接触器から第二接触器へ多相流を通過させることを、教示している。このようなプロセスは、アミン溶媒（化学的プロセス）に適した改良型接触装置を提供するが、その一方で、物理的溶媒プロセスの熱除去、溶媒再生、炭化水素脱離、およびＣＯ２生成のための方法および構成を解決することはできない。物理的溶媒を用いる改良型ＣＯ２除去プロセスは、国際公開第２００４／０５２５１１号、米国特許第７，４２４，８０８号明細書、および米国特許第７，１９２，４６８号明細書に記載されており、ここで再循環／クリーンガス除去または真空除去装置の使用によって超希薄溶媒が生成され、処理ガスから得られる冷凍および溶媒の通流によって供給ガスが冷却される。このようなプロセスは、エネルギー効率を有利に改善するが、それにも関わらず様々な不都合が残る。例えば、吸収器は比較的多数の接触段を必要とし、全体的プロセスは比較的複雑である。国際公開第２０１０／０３９７８５号に記載されている、さらに別の周知のプロセスにおいて、希薄溶媒は、プラント内で発生した廃熱を用いて再生され、供給ガス冷却は処理ガスによって実現される。このようなプロセスは、通常はプラント構成を簡素化するが、その一方で冷却要件が満たされず、希薄溶媒のために別の冷却回路が必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第３，５６３，６９５号明細書
【特許文献２】米国特許第２，１７７，０６８号明細書
【特許文献３】米国特許第７，２７３，５１３号明細書
【特許文献４】国際公開第２００４／０５２５１１号
【特許文献５】米国特許第７，４２４，８０８号明細書
【特許文献６】米国特許第７，１９２，４６８号明細書
【特許文献７】国際公開第２０１０／０３９７８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
供給ガスから酸性ガスを除去するための様々な構成および方法が知られているものの、それらの全てまたはほとんど全ては、１つ以上の不都合を被っている。とりわけ、処理ガスのＣＯ２レベルが高い場合が多く、物理的溶媒の使用は、著しい溶媒循環および冷凍冷却を必要とする。したがって、効率の良い酸性ガス除去のための改善された方法および構成を提供する必要が、まだある。
【００１０】
本発明の主題は、吸収のための冷凍要件および再生のための加熱要件が処理プロセス内から提供される溶媒プロセスを用いて、供給ガスから、最も好ましくは比較的高いＣＯ２含有量（例えば１０モル％以上）を有する高圧炭化水素供給ガス（例えば１０００ｐｓｉａ超）から酸性ガスを除去するシステム、構成、および方法に向けられる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の主題の特に好適な態様において、供給ガスからＣＯ２を除去する方法は、富溶媒および部分処理供給ガスを含む二相混合物を生成するために、吸収器の上流の準富溶媒に供給ガスを接触させるステップを含む。別のステップにおいて、準富溶媒および供給ガスは、富溶媒の減圧によって生成される冷凍容量を用いて冷却される。
【００１２】
最も好ましくは、二相混合物は吸収器の底部に流し込まれ、そこで部分処理供給ガスはこうして準富溶媒を生成するために、希薄溶媒と向流的に接触させられる。準富溶媒および供給ガスの冷却は、加熱減圧富溶媒から富ＣＯ２蒸気を通流させるのに十分な温度まで減圧富溶媒を加熱することが、特に望ましい。富溶媒の減圧は通常、通流蒸気および減圧富溶媒を生成するために、富溶媒を通流するステップを含み、通流蒸気は供給ガスへ再循環される。減圧富溶媒はその後、富ＣＯ２蒸気および希薄溶媒を生成するために、さらに通流される。
【００１３】
本発明の主題を限定するものではないが、富溶媒から希薄溶媒を生成するために必要とされる実質的に全ての熱は、供給ガスおよび準富溶媒の熱容量によって提供されること、および／または供給ガスからのＣＯ２の吸収に必要とされる実質的に全ての冷凍は、富溶媒の減圧によって生成されることが、一般的に好ましい。
【００１４】
このため、本発明の主題の別の態様において、供給ガスからＣＯ２を除去する方法は、冷却供給ガスを形成するために、処理ガスの冷凍容量および減圧富溶媒の冷凍容量を用いて供給ガスを冷却するステップを含む。別のステップにおいて、冷却供給ガスは、富溶媒および部分処理供給ガスを含む二相混合物を形成するために、準富溶媒と結合される。さらに別のステップにおいて、二相混合物は吸収器の底部に流し込まれ、その一方で、部分処理供給ガスはこうして準富溶媒および処理ガスを形成するために、吸収器内で希薄溶媒と向流的に接触させられる。最も一般的には、減圧富溶媒は、加熱減圧富溶媒から富ＣＯ２蒸気を通流させるのに十分な温度まで、供給ガスおよび準富溶媒によって加熱される。先に述べられたように、富溶媒から希薄溶媒を生成するために必要とされる実質的に全ての熱は、供給ガスおよび準富溶媒の熱容量によって提供されること、および／または供給ガスからのＣＯ２の吸収に必要とされる実質的に全ての冷凍は、富溶媒の減圧および水力タービンの冷却効果によって生成されることが、一般的に好ましい。さらに好適な態様において、冷却供給ガスを準富溶媒と結合させるステップは、静的ミキサを用いて実行され、および／または準富溶媒は、冷却供給ガスを準富溶媒と結合させるステップに先だって、吸収器動作圧力から供給ガス圧力までポンピングされる。考えられる構成および方法は、通常は３０°Ｆ以上の、希薄溶媒の比較的高い温度を可能にする。
【００１５】
別の視点から見ると、供給ガスから酸性ガスを除去するためのプラントは、富溶媒および部分処理供給ガスを含む二相混合物を底部に受容し、希薄溶媒および処理供給ガスから準富溶媒を生成する、吸収器を含むことになる。第一熱交換器は、それによって冷却準富溶媒を生成するために、減圧富溶媒の冷凍容量を用いて準富溶媒を冷却し、第二熱交換器は、それによって冷却供給ガスを生成するために、減圧富溶媒の冷凍容量を用いて供給ガスを冷却する。混合装置（例えば、静的ミキサ）はその後、こうして二相混合物を生成するために、冷却準富溶媒および冷却供給ガスを受け取って混合する。
【００１６】
このようなプラントの特に好適な態様において、第一の複数のフラッシュ室は、吸収器と流体的に結合されており、水力タービンまたは減圧弁を用いて減圧富溶媒および通流蒸気を生成し、第二の複数のフラッシュ室は、場合により第一の複数のフラッシュ室と流体的に結合されており、第二の複数のフラッシュ室は、希薄溶媒および富ＣＯ２蒸気を生成する。最も一般的には、ポンプが吸収器と流体的に結合され、準富溶媒を受容し、準富溶媒の圧力を吸収器圧力から供給ガス圧力まで上昇させ、および／または硫黄捕捉剤層が吸収器と流体的に結合され、処理供給ガスの少なくとも一部を受容および脱硫する。
【００１７】
本発明の様々な目的、特徴、態様、および利点は、以下の本発明の好適な実施形態の詳細な説明より、さらに明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の主題によるプラント向けの物理的溶媒を用いる酸性ガス除去の、例示的模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、供給ガスが第一に冷却準富溶媒と接触させられ、こうして生成された混合物が、富溶媒底部生成物、準富溶媒、および処理供給ガスを生成する吸収器の底部に流し込まれるプロセスにおいて、比較的高い圧力およびＣＯ２含有量を有する供給ガスを物理的溶媒で処理する構成および方法を、対象とする。最も好ましくは、富溶媒はその後、準富溶媒および供給ガスを冷却するのに十分な冷凍容量を有する減圧溶媒を生成するために、水力タービンを用いてより低い圧力まで減圧される。ＪＴ効果および／または水力タービンによって生成されるこのような冷却は、外部冷凍の必要性を低減、より一般的には排除さえするのみならず、加熱減圧富溶媒が大気圧以下までさらに通流される、希薄溶媒の再生を可能にする温度まで、減圧富溶媒を加熱することは、特に理解されるべきである。このため、冷凍要件および加熱容量の両方が、プロセス内から提供される。
【００２０】
本発明の主題の特に好適な一態様において、考えられるプラントおよび方法は、（通常はフラッシュ室として機能し、ほとんどの場合に複数の平衡段を有していない）吸収器の底部分においてその後分離される平衡混合物をこうして形成するために、吸収器圧力を供給ガス圧力までポンピングし、低温供給ガスとの混合（例えば、静的ミキサ、動的ミキサ、ジェットミキサなどで）に先だって冷却される、吸収器からの準富溶媒を使用する。結果的に、供給ガスのこのような混合および事前冷化は、供給ガスのＣＯ２含有量を少なくとも５０％減少させ、吸収器の充填高さを著しく減少させることは、理解されるべきである。
【００２１】
さらに、考えられる構成および方法は、減圧富溶媒が準富溶媒および供給ガスによって（場合により追加または代替の廃熱源も用いて）加熱された後の複数のフラッシュ段を一般的には用いて、供給ガスからの高圧高ＣＯ２ストリームの回収も、可能にする。さらに、吸収器の底部分からの富溶媒の圧力の減少中に生成される通流蒸気は、一般的に炭化水素含有量が高く、供給ガスへ再循環されることになる。このようにして、炭化水素脱離は、５％以下、より一般的には３％以下、最も一般的には１％以下まで、低減される。
【００２２】
本発明の態様による一例示的プラント構成は図１に示されている。ここで通常は１３１５ｐｓｉａおよび１１０°Ｆで、５０モル％のＣＯ２を含有する２００ＭＭｓｃｆｄの流量の、供給ガスストリーム１は、脱水ユニット５１において乾燥され、これは通常、下流のガス処理設備における水和物形成を回避するために必要である。適切な脱水プロセスは、グリコール脱水および分子篩脱水ユニットを含む。乾燥した供給ガスストリーム２は、再循環ガスストリーム３と混合されて、処理済みガスストリーム９によって交換器５２内で約８０°Ｆまで冷却されるストリーム４を形成する。冷却ガスストリーム５は、通流溶媒ストリーム２６によって、交換器５３内で約３０°Ｆまでさらに冷却される。低温供給ガスストリーム７はその後、静的ミキサ５４内で低温準富溶媒ストリーム６と混合され（ポンプ５６が準富溶媒の圧力を、通常は吸収器動作圧力から供給ガス圧力まで上昇させる）、二相混合物を形成する。静的ミキサは、混合のための乱流を提供する、複数の接触要素または噴霧ノズルを含んでもよい。静的ミキサ（またはほとんどのその他の混合装置）が、ＣＯ２含有量の５０％超を除去する１つの平衡段を提供し、吸収器５７における充填高さを著しく減少させることは、特筆すべきである。
【００２３】
静的ミキサからのストリーム８は、吸収器５７の底部４０に流入し、通常は４００〜９００ｐｓｉａの圧力で動作する。最も一般的には、吸収器は、パッキングまたはトレイ、またはＣＯ２吸収のためのその他の適切な媒体を含む、接触装置を収容する。底部からの通流蒸気は、チムニートレイを通じて上昇し、約４０００ＧＰＭの希薄溶媒ストリーム１２によって接触されて、そのＣＯ２含有量を２モル％以下まで減少させ、ポンプ５６によって吸収器圧力から供給ガス圧力までポンピングされる約３０°Ｆの準富溶媒を生成し、通流溶媒１７によって交換器５５内で冷却され、低温供給ガスストリーム７と混合され、最終的に吸収器の底部まで通流されて、底部を離れる富溶媒ストリーム１０を形成する。富溶媒はその後、ストリーム１１を形成するために、水力タービン５８を通じて４００ｐｓｉａまで圧力を下げられる。ストリーム１１は分離器５９まで通流され、通流液体ストリーム１３および通流蒸気ストリーム１９を生成する。蒸気ストリーム１９は、再循環圧縮機７０の中間段に供給される。通流液体１３は、ＪＴ弁６４を通じて２００ｐｓｉａまで減圧されて、分離器６０まで通流されるストリーム１４を形成し、通流液体ストリーム１６および通流蒸気ストリーム１５を生成する。蒸気ストリーム１５は、再循環圧縮機７０の吸引部に供給され、これは再循環ストリーム３を形成するために冷却器７１内で冷却される再循環ストリーム３０を生成する。
【００２４】
通流液体ストリーム１６は、ＪＴ弁６５内で、約７０から１００ｐｓｉａまで減圧され、それによって低温ストリーム１７を形成する。この冷却通流溶媒は、交換器５５内の準富溶媒および交換器５３内の供給ガスへの冷却を提供するために、使用される。通流溶媒は、交換器５３内で約１５から３０°Ｆまで加熱されて、加熱ストリーム１８を形成し、これはその後分離器６１内で通流されて、約１００ｐｓｉａの高圧ＣＯ２ストリーム１９を生成する。通流溶媒２０は、分離器６２に供給されるストリーム２１を形成するために、ＪＴ弁６６内でさらに減圧され、低圧ＣＯ２蒸気２２、およびＪＴ弁６７内でさらに減圧されて、通常２から５ｐｓｉａの準大気圧を有するストリーム２４を形成する、通流液体２３を生成し、これはその後真空分離器６３まで通流される。分離器６３からの通流蒸気２５は、真空ポンプ６８によって昇圧され、ＣＯ２圧縮機７３に供給する前に結合ストリーム２８を形成するために、低圧ＣＯ２ストリーム２２と混合されるストリーム２７を形成する。圧縮されたＣＯ２ストリーム３５はその後、隔離されるかまたは石油増進回収に使用される。通流希薄溶媒ストリーム１４はポンプ６９によってポンピングされ、吸収器に供給されるストリーム１２を形成して、溶媒回路を完成させる。吸収器からの処理ガスストリーム９は、通常１．２モル％のＣＯ２および約６ｐｐｍｖのＨ２Ｓを含有している。４ｐｐｍｖのＨ２Ｓ販売用ガス仕様に適合するために、処理ガス３１の少なくとも一部分３２は硫黄捕捉剤層７２において（必要に応じて）さらに処理され、その一方で別の部分３３は層７２を迂回し、こうして結合処理ガスストリーム３４を形成する。全体的なプラントバランスは、表１に示される。
【表１】
【００２５】
本明細書において考えられるプラントおよび方法は、上部充填部および底部通流部を含む吸収器を採用し、吸収器の底部は、富溶媒、および後に上部の希薄溶媒と（チムニートレイを通過した後に）向流的に接触させられる蒸気を生成し、これが準富溶媒を生成することが、特に好ましい。あるいは、二相混合物は、富溶媒が部分処理供給ガスから分離される分離高圧フラッシュ室内で通流されてもよい。
【００２６】
公知の物理的溶媒プロセスとは異なり、希薄溶媒はより高温で作用し、結果的に３０°Ｆ以上の、およびより一般的には３５°Ｆ以上の、さらに高い温度で準富溶媒を生成し、これはその後通流溶媒によって冷却されることが可能であり、熱交換器における温度交差を回避することも、理解されるべきである。結果的に、事前冷化、混合、および通流動作は、約０°Ｆで減圧富溶媒を生成する。結果的に、従来の物理的溶媒プロセスとは異なり、本明細書に提示されるプロセス冷却は実質的に完全に（すなわち総冷凍要件の２０％未満、およびより一般的には１０％未満の量の外部冷凍を必要とする）、およびほとんどの場合に専ら、減圧溶媒の冷凍容量を用いて実現されることは、認識されるべきである。
【００２７】
供給ガスおよび準富溶媒の冷却は、溶媒再生を強化するために、比較的高温まで減圧富溶媒を加熱することになることも、認識されるべきである。このため、減圧富溶媒から希薄溶媒を生成するために必要とされる実質的に全ての熱（すなわち必要とされる総熱量の少なくとも８０％、より一般的には９０％）は、供給ガスおよび準富溶媒の熱容量によって提供される。
【００２８】
考えられるプラントおよび方法は、吸収器へ再循環される富炭化水素フラッシュガスを分離する、多段フラッシュ室も使用し、炭化水素含有量の少なくとも９５％、およびより一般的には少なくとも９８％を回収する。加熱減圧富溶媒は、酸性ガスが豊富であり、酸性ガスの生成のため、少なくとも１つの分離器まで、より低い圧力まで減圧される。このため、このような構成および方法を用いると、ＣＯ２蒸気ストリームは、比較的高圧で（および付加的に中圧および／または低圧で）生成されることが可能であり、これはＣＯ２圧縮機の圧縮要件を有利に低減する。
【００２９】
このような構成において、水力タービンは、仕事（例えば、溶媒循環ポンプの駆動または発電など）を提供するために軸仕事を提供しながら、酸性ガス含有量を膨張および通流することによって冷凍冷却を生じるので、エネルギー効率の良い装置を動作させることは、認識されるべきである。多段分離器は、効率をさらに改善するために使用されることが可能であり、描画空間フットプリントおよび設備費を最小化するために積み重ね分離器として構成されてもよく、結果的にさらに効率の良い設計をもたらすことも、認識されるべきである。
【００３０】
適切な供給ガスに関して、このようなガスの圧力は大幅に異なる可能性があること、ならびにガスの性質は少なくとも部分的に圧力を決定するようになることは、理解されるべきである。供給ガスは、少なくとも４００ｐｓｉｇ、より一般的には少なくとも１０００ｐｓｉｇ、さらに一般的には少なくとも１２００ｐｓｉｇの圧力を有することが、特に好ましい。同様に、溶媒の性質も大幅に異なる可能性があり、全ての物理的溶媒およびその混合物は、本明細書における使用に適していると見なされる。数多くの物理的溶媒が当技術分野において知られており、例示的な好ましい物理的溶媒は、ＦＬＵＯＲ ＳＯＬＶＥＮＴ（ＴＭ）（炭酸プロピレン）、ＮＭＰ（ノルマルメチルピロリドン）、ＳＥＬＥＸＯＬ（ＴＭ）（ポリエチレングリコールのジメチルエーテル）、およびＴＢＰ（リン酸トリブチル）、および／または様々なポリエチレングリコールジアルキルエーテルを含む。あるいは、物理的溶媒と類似の挙動を有する、強化３級アミン（例えばピペラジン）またはその他の溶媒または溶媒の混合物を含む他の溶媒が採用されてもよい。
【００３１】
同様に、富溶媒の通流は、数多くの装置を用いて実行されてもよく、全ての減圧装置が本明細書における使用に適していることは一般的に考えられている。しかしながら、減圧量に関して、（仕事および／または冷却を提供した後の）富溶媒は、約２０から７０％のメタン含有量を有する通流蒸気を放出するのに十分な圧力まで、その圧力が減圧されることは、一般的に好ましい。これらの蒸気は吸収器へ再循環され、メタン脱離を５％未満に、より好ましくは３％未満に、最も好ましくは１％未満に、押さえる。
【００３２】
結果的に、本発明の態様による構成は、アミンまたはその他の物理的溶媒または膜を含む、従来の酸性ガス除去プロセスと比較して、高ＣＯ２除去の全体的なエネルギー消費および資本コストを著しく低減することは、認識されるべきである。さらに、考えられる構成およびプロセスは、通常は外部熱源を必要とせず、もし必要であっても熱源は冷凍および／または供給ガス圧縮システムのいずれかからの供給ガスまたは圧縮熱によって供給され、エネルギー消費および環境への影響をさらに低減する。さらに、石油増進回収計画は、供給ガスの酸性ガス含有量の、通常６０％に上る増加に、しばしば遭遇する。考えられる構成およびプロセスは、これらの変化を、本質的に同じ溶媒循環に適合させることができる。
【００３３】
このように、ＣＯ２除去の特定の組成および方法が開示されてきた。しかしながら、すでに記載されたもの以外に多くのさらなる変形例が、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、当業者にとって自明である。したがって、本発明の主題は、添付請求項の精神を除いては、限定されない。さらに、明細書および請求項の両方を解釈するにあたり、全ての用語は、文脈に適合するように、可能な限り広い意味で解釈されるべきである。具体的には、「含む（“ｃｏｍｐｒｉｓｅ”および“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”」という用語は、要素、部品、またはステップを非限定的に示すように解釈されるべきであり、言及された要素、部品、またはステップは明確に言及されていないその他の要素、部品、またはステップと共に存在、または利用、または組み合わせられてもよいことを示している。さらに、参照によって本明細書に組み込まれる、参考文献における用語の定義または用法が、本明細書において提供される用語の定義と一致しないかまたは反対である場合には、本明細書において提供されるその用語の定義が適用され、参考文献におけるその用語の定義は適用されない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給ガスからＣＯ２を除去する方法であって、
富溶媒および部分処理供給ガスを含む二相混合物を生成するために、吸収器の上流の準富溶媒に供給ガスを接触させるステップと、
富溶媒の減圧によって生成される冷凍容量を用いて準富溶媒および供給ガスを冷却するステップと、を含む方法。
【請求項２】
二相混合物は吸収器の底部に流し込まれ、こうして準富溶媒を生成するために部分処理供給ガスが、吸収器内で希薄溶媒と向流的に接触させられる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
準富溶媒および供給ガスの冷却が、加熱減圧富溶媒から富ＣＯ２蒸気を通流させるのに十分な温度まで減圧富溶媒を加熱する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
富溶媒の減圧が、富溶媒を通流するステップを含み、それによって通流蒸気および減圧富溶媒を生成し、通流蒸気が供給ガスと結合する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
減圧富溶媒が、富ＣＯ２蒸気および希薄溶媒を生成するためにさらに通流される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
富溶媒から希薄溶媒を生成するために必要とされる実質的に全ての熱が、供給ガスおよび準富溶媒の熱容量によって提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
供給ガスからのＣＯ２の吸収に必要とされる実質的に全ての冷凍が、富溶媒の減圧によって生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
供給ガスからＣＯ２を除去する方法であって、
冷却供給ガスを形成するために、処理ガスの冷凍容量および減圧富溶媒の冷凍容量を用いて供給ガスを冷却するステップと、
富溶媒および部分処理供給ガスを含む二相混合物を形成するために、冷却供給ガスを準富溶媒と結合させるステップと、
二相混合物を吸収器の底部に流し込むステップと、
こうして準富溶媒および処理ガスを形成するために、吸収器内で部分処理供給ガスを希薄溶媒と向流的に接触させるステップと、を含む方法。
【請求項９】
減圧富溶媒が、加熱減圧富溶媒から富ＣＯ２蒸気を通流させるのに十分な温度まで、供給ガスおよび準富溶媒によって加熱される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
富溶媒から希薄溶媒を生成するために必要とされる実質的に全ての熱が、供給ガスおよび準富溶媒の熱容量によって提供される、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
供給ガスからのＣＯ２の吸収に必要とされる実質的に全ての冷凍が、富溶媒の減圧によって生成される、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
冷却供給ガスを準富溶媒と結合させるステップが、静的ミキサを用いて実行される、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
準富溶媒が、冷却供給ガスを準富溶媒と結合させるステップに先だって供給ガス圧力までポンピングされる、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
希薄溶媒が、少なくとも３０°Ｆの温度を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
供給ガスから酸性ガスを除去するためのプラントであって、
富溶媒および部分処理供給ガスを含む二相混合物を底部に受容するように構成され、希薄溶媒および処理供給ガスから準富溶媒を生成するようにさらに構成されている、吸収器と、
それによって冷却準富溶媒を生成するために、減圧富溶媒の冷凍容量を用いて準富溶媒の冷却を可能にするように構成されている、第一熱交換器と、
それによって冷却供給ガスを生成するために、減圧富溶媒の冷凍容量を用いて供給ガスの冷却を可能にするように構成されている、第二熱交換器と、
こうして二相混合物を生成するために、冷却準富溶媒および冷却供給ガスを受け取って混合するように構成されている、混合装置と、を含むプラント。
【請求項１６】
吸収器と流体的に結合され、減圧富溶媒および通流蒸気の生成を可能にするように構成されている、第一の複数のフラッシュ室をさらに含む、請求項１４に記載のプラント。
【請求項１７】
第一の複数のフラッシュ室と流体的に結合されている第二の複数のフラッシュ室をさらに含み、第二の複数のフラッシュ室が、希薄溶媒および富ＣＯ２蒸気の生成を可能にするように構成されている、請求項１４に記載のプラント。
【請求項１８】
準富溶媒を受容するために吸収器と流体的に結合されているポンプをさらに含み、ポンプが準富溶媒の圧力を吸収器圧力から供給ガス圧力まで上昇させるように構成されている、請求項１４に記載のプラント。
【請求項１９】
吸収器と流体的に結合され、処理供給ガスの少なくとも一部を受容するように構成されている、硫黄捕捉剤層をさらに含む、請求項１４に記載のプラント。
【請求項２０】
混合装置が静的ミキサである、請求項１４に記載のプラント。
【請求項１】
供給ガスからＣＯ２を除去する方法であって、
富溶媒および部分処理供給ガスを含む二相混合物を生成するために、吸収器の上流の準富溶媒に供給ガスを接触させるステップと、
富溶媒の減圧によって生成される冷凍容量を用いて準富溶媒および供給ガスを冷却するステップと、を含む方法。
【請求項２】
二相混合物は吸収器の底部に流し込まれ、こうして準富溶媒を生成するために部分処理供給ガスが、吸収器内で希薄溶媒と向流的に接触させられる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
準富溶媒および供給ガスの冷却が、加熱減圧富溶媒から富ＣＯ２蒸気を通流させるのに十分な温度まで減圧富溶媒を加熱する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
富溶媒の減圧が、富溶媒を通流するステップを含み、それによって通流蒸気および減圧富溶媒を生成し、通流蒸気が供給ガスと結合する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
減圧富溶媒が、富ＣＯ２蒸気および希薄溶媒を生成するためにさらに通流される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
富溶媒から希薄溶媒を生成するために必要とされる実質的に全ての熱が、供給ガスおよび準富溶媒の熱容量によって提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
供給ガスからのＣＯ２の吸収に必要とされる実質的に全ての冷凍が、富溶媒の減圧によって生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
供給ガスからＣＯ２を除去する方法であって、
冷却供給ガスを形成するために、処理ガスの冷凍容量および減圧富溶媒の冷凍容量を用いて供給ガスを冷却するステップと、
富溶媒および部分処理供給ガスを含む二相混合物を形成するために、冷却供給ガスを準富溶媒と結合させるステップと、
二相混合物を吸収器の底部に流し込むステップと、
こうして準富溶媒および処理ガスを形成するために、吸収器内で部分処理供給ガスを希薄溶媒と向流的に接触させるステップと、を含む方法。
【請求項９】
減圧富溶媒が、加熱減圧富溶媒から富ＣＯ２蒸気を通流させるのに十分な温度まで、供給ガスおよび準富溶媒によって加熱される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
富溶媒から希薄溶媒を生成するために必要とされる実質的に全ての熱が、供給ガスおよび準富溶媒の熱容量によって提供される、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
供給ガスからのＣＯ２の吸収に必要とされる実質的に全ての冷凍が、富溶媒の減圧によって生成される、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
冷却供給ガスを準富溶媒と結合させるステップが、静的ミキサを用いて実行される、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
準富溶媒が、冷却供給ガスを準富溶媒と結合させるステップに先だって供給ガス圧力までポンピングされる、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
希薄溶媒が、少なくとも３０°Ｆの温度を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
供給ガスから酸性ガスを除去するためのプラントであって、
富溶媒および部分処理供給ガスを含む二相混合物を底部に受容するように構成され、希薄溶媒および処理供給ガスから準富溶媒を生成するようにさらに構成されている、吸収器と、
それによって冷却準富溶媒を生成するために、減圧富溶媒の冷凍容量を用いて準富溶媒の冷却を可能にするように構成されている、第一熱交換器と、
それによって冷却供給ガスを生成するために、減圧富溶媒の冷凍容量を用いて供給ガスの冷却を可能にするように構成されている、第二熱交換器と、
こうして二相混合物を生成するために、冷却準富溶媒および冷却供給ガスを受け取って混合するように構成されている、混合装置と、を含むプラント。
【請求項１６】
吸収器と流体的に結合され、減圧富溶媒および通流蒸気の生成を可能にするように構成されている、第一の複数のフラッシュ室をさらに含む、請求項１４に記載のプラント。
【請求項１７】
第一の複数のフラッシュ室と流体的に結合されている第二の複数のフラッシュ室をさらに含み、第二の複数のフラッシュ室が、希薄溶媒および富ＣＯ２蒸気の生成を可能にするように構成されている、請求項１４に記載のプラント。
【請求項１８】
準富溶媒を受容するために吸収器と流体的に結合されているポンプをさらに含み、ポンプが準富溶媒の圧力を吸収器圧力から供給ガス圧力まで上昇させるように構成されている、請求項１４に記載のプラント。
【請求項１９】
吸収器と流体的に結合され、処理供給ガスの少なくとも一部を受容するように構成されている、硫黄捕捉剤層をさらに含む、請求項１４に記載のプラント。
【請求項２０】
混合装置が静的ミキサである、請求項１４に記載のプラント。
【図１】
【公表番号】特表２０１３−５０５１２３（Ｐ２０１３−５０５１２３Ａ）
【公表日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２９８９２（Ｐ２０１２−５２９８９２）
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４９０５８
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３４９９３
【国際公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【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２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４９０５８
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３４９９３
【国際公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【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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