(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成ガスを製造するように構成されるガス化ユニットと、
合成ガスを受け取るようにガス化ユニットに流体結合され、主吸収器と、ＣＯＳ加水分解ユニットと、副吸収器と、Ｈ２Ｓ酸性ガスストリームを製造するように構成される再生器とを含む脱硫セクションであって、
主吸収器はＣＯＳ加水分解ユニットの上流にあり、ＣＯＳ加水分解ユニットは副吸収器の上流にあり、
主吸収器および副吸収器は合成ガスからＨ２Ｓを第１溶媒で吸収することによって脱硫合成ガスを製造するように構成される、脱硫セクションと、
脱硫合成ガスを受け取るように脱硫セクションに流体結合され、第２溶媒を使用して脱硫合成ガスからＣＯ２を吸収しかつＨ２製造物ストリームを製造するように構成されるＣＯ２吸収器を備える脱炭セクションと、
再生器に流体結合され、Ｈ２Ｓ酸性ガスストリームおよび排ガスから硫黄を製造するように構成される、排ガスユニットを備える硫黄プラントと、
排ガスユニットに流体結合され、再生器からの貧溶媒を使用して半貧溶媒を形成し、かつＣＯ２塔頂物を形成するように構成される第３吸収器とを備え、
第１溶媒と第２溶媒は別個の溶媒回路で循環され、
第３吸収器は、半貧溶媒が主吸収器に供給されるように主吸収器に流体結合される、プラント。
【請求項２】
主吸収器および副吸収器が、副吸収器からの塔底流体を半貧溶媒として主吸収器の中間位置に送ることを可能にするように構成される、請求項１に記載のプラント。
【請求項３】
脱硫セクションと脱炭セクションとの間に流体結合されたＨ２Ｓスカベンジャユニットをさらに備える、請求項１に記載のプラント。
【請求項４】
脱炭セクションが、ＣＯ２吸収器内への進入の前に、第２溶媒に対する全ての冷却要件を満たすのに充分な程度まで第２溶媒のフラッシングを可能にするように構成される、請求項１に記載のプラント。
【請求項５】
脱炭セクションが、第２溶媒の圧力低下による動力を第２溶媒の溶媒ポンプに供給するように構成される水力タービンを備える、請求項１に記載のプラント。
【請求項６】
脱炭セクションが、フラッシュされたＣＯ２を、液状化と封鎖の少なくとも一方に適した圧力に圧縮することを可能にするように構成される圧縮機をさらに備える、請求項１に記載のプラント。
【請求項７】
ガス化ユニットが非シフト合成ガスを製造するように構成され、プラントは、主吸収器と副吸収器との間に流体結合されかつ主吸収器から部分的に脱硫された合成ガスを受け取るように構成されるシフト反応器をさらに備える、請求項１に記載のプラント。
【請求項８】
第１溶媒が化学的溶媒であり、第２溶媒は物理的溶媒である、請求項７に記載のプラント。
【請求項９】
主吸収器に結合されかつ主吸収器の富溶媒からＣＯ２を分離することを可能にするように構成される拡張装置およびフラッシュ容器をさらに備える、請求項７に記載のプラント。
【請求項１０】
フラッシュ容器が、フラッシュされた蒸気を主吸収器と燃焼器の少なくとも一方に送ることを可能にするように構成される、請求項９に記載のプラント。
【請求項１１】
シフト合成ガスを製造するように構成されるガス化ユニットと、
シフト合成ガスを受け取るようにガス化ユニットに流体結合され、主吸収器と、ＣＯＳ加水分解ユニットと、副吸収器と、Ｈ２Ｓ酸性ガスストリームを製造するように構成される再生器とを含むシフト合成ガスを受け取る脱硫セクションであって、
主吸収器はＣＯＳ加水分解ユニットの上流にあり、ＣＯＳ加水分解ユニットは副吸収器の上流にあり且つ副吸収器に直接結合され、
主吸収器および副吸収器は、合成ガスからＨ２Ｓを溶媒で吸収することによって脱硫合成ガスを製造するように構成される脱硫セクションと、
脱硫合成ガスを受け取るように脱硫セクションに流体結合され、溶媒を使用して脱硫合成ガスからＣＯ２を吸収しかつＨ２製造物ストリームを製造するように構成されるＣＯ２吸収器を備える脱炭セクションであって、
溶媒は脱硫セクションと脱炭セクションとの間で循環される、脱炭セクションと、
再生器に流体結合され、Ｈ２Ｓ酸性ガスストリームおよび排ガスから硫黄を製造するように構成される、排ガスユニットを備える硫黄プラントと、
排ガスユニットに流体結合され、再生器からの貧溶媒を使用して半貧溶媒を形成し、かつＣＯ２塔頂物を形成するように構成される第３吸収器とを備え、
第３吸収器は、半貧溶媒が主吸収器に供給されるように、主吸収器に流体結合される、合成ガス処理プラント。
【請求項１２】
非シフト合成ガスを製造するように構成されるガス化ユニットと、
合成ガスを受け取るようにガス化ユニットに流体結合され、主吸収器と、ＣＯＳ加水分解ユニットと、副吸収器と、Ｈ２Ｓ酸性ガスストリームを製造するように構成される再生器とを含む脱硫セクションであって、
主吸収器はＣＯＳ加水分解ユニットの上流にあり、ＣＯＳ加水分解ユニットは副吸収器の上流にあり、
シフト反応器は、主吸収器と副吸収器との間に流体結合され、主吸収器から部分的に脱硫された合成ガスを受け取るように構成され、
主吸収器および副吸収器は合成ガスからＨ２Ｓを第１溶媒で吸収することによって脱硫合成ガスを製造するように構成される、脱硫セクションと、
脱硫合成ガスを受け取るように脱硫セクションに流体結合され、第２溶媒を使用して脱硫合成ガスからＣＯ２を吸収しかつＨ２製造物ストリームを製造するように構成されるＣＯ２吸収器を備える脱炭セクションと、
再生器に流体結合され、Ｈ２Ｓ酸性ガスストリームおよび排ガスから硫黄を製造するように構成される、排ガスユニットを備える硫黄プラントと、
排ガスユニットに流体結合され、再生器からの貧溶媒を使用して半貧溶媒を形成し、かつＣＯ２塔頂物を形成するように構成される第３吸収器とを備え、
第１溶媒と第２溶媒は別個の溶媒回路で循環され、
第３吸収器は、半貧溶媒が主吸収器に供給されるように、主吸収器に流体結合される、合成ガス処理プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００７年２月２２日に出願された同時係属中の米国特許仮出願第６０／８９１１３３号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明の分野は、合成ガスストリームからの水素および二酸化炭素の製造、特に炭素排出物および硫黄排出物を軽減するために硫黄スカベンジャおよび溶媒が使用される構成および方法である。
【背景技術】
【０００３】
追加の電力を生産するために、石炭、残渣油、および他の精製廃物のガス化が複合サイクル発電プラントと統合される場合が多い（ＩＧＣＣ）。ガス化から出る合成ガスは、主にＨ２、ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２Ｓ、およびＣＯＳを含むことから、合成ガスが発電プラントの燃料ガスとして使用されるところでは、硫黄を除去するように処理される場合が多い。このようなＩＧＣＣプラントは、低級質の炭素質製造物を改質して電気を生成することについてかなり有効であるが、特に燃焼ガスタービンの排気から、多量の炭素排出物および硫黄排出物（二酸化硫黄、ＣＯ２など）が発生される場合が多い。
【０００４】
ＣＯ２排出物を軽減するために多数のアプローチが取られている。その典型的な例示的方法について、Ｒｏｎｎｉｎｇらに付与された米国特許第５８３２７１２号明細書で述べられている。ここでは、ガスタービンの排気が、ＣＯ２を除去するように溶媒を使用して処理される。しかし、大気圧とガスタービンの排気内の比較的低いＣＯ２分圧とにおいて作業がなされるために、これらのプロセスの全てまたはほとんど全ては極めて高コストで、エネルギー的に非効率となる傾向にある。あるいは、１つまたは複数の膜は、ガスタービンの上流にある合成ガスからＨ２およびＣＯ２を物理的に分離するために使用される。膜システムは、ガス容量および製造物−ガス仕様に対して、高度に適応する場合が多い。しかしながら、ここでは、ストリンジェントな二酸化ＣＯ２除去が必要とされ、膜システムは典型的には、複数段階、および段階の間の再圧縮が必要となるため、高コストとなることが多い。
【０００５】
他のアプローチでは、酸性ガスと反応して酸性ガスとの（典型的には、非共有結合的）複合物を形成する化学溶媒が使用される。酸性ガスと溶媒の化学反応を含むプロセスでは、合成ガスは典型的には、例えば米国特許第３５６３６９５号明細書で述べられているように弱無機酸のアルカリ塩溶液で、または例えば米国特許第２１７７０６８号明細書で述べられているように有機酸または塩基のアルカリ溶液で洗浄される。しかし、一般的に化学溶媒は大規模な加熱と貧溶媒による冷却とを必要とし、高溶媒の再循環をさらに必要とする場合が多く、これは合成ガス内の酸性ガス濃度と比例して増大する。したがって、このようなプロセスは、酸性ガス含有量の低い非シフト合成ガスを処理するのに適しているが、大量（３０容量％を超えるなど）のＣＯ２を含むシフト合成ガスを処理するには問題がある。
【０００６】
なおさらなるアプローチでは、酸性ガスの除去に物理的溶媒が使用される。物理的溶媒は、酸性ガスの吸収がＣＯ２の分圧に比例して増大することから、合成ガスが比較的大きなＣＯ２分圧（シフト合成ガス等）を有する場合に、特に有利である。酸性ガスの物理的吸収はさらに、選択性溶媒の物理的特性、供給ガスの組成、圧力、および温度に依存する。例えば、米国特許第２８６３５２７号明細書で例示されているように、低沸点の有機的物理溶媒としてメタノールが使用されてもよい。しかし、そのような溶媒は溶媒冷却のために低温冷却を必要とし、これはエネルギー集約型である。
【０００７】
代替え方法として、米国特許第２９２６７５１号明細書で述べられているようにプロピレンカーボネート、ならびに米国特許第３５０５７８４号明細書で述べられているようにＮ−メチルピロリドンまたはグリコールエーテルを使用したものなどの物理的溶媒が、環境温度または環境温度よりも僅かに低い温度で作動されてもよい。このような溶媒は冷却の要件を有利に軽減することができるが、プロピレンカーボネートに基づいた大抵の吸収プロセスは、特に高圧の供給ガスからＣＯ２を除去する際に極めて効果的となる。知られているさらなる方法では、物理的溶媒には、ポリグリコール、特に米国特許第２６４９１６６号明細書で示されているようにジメトキシテトラエチレングリコールのエーテル、あるいは米国特許第３７７３８９６号明細書で述べられているようにＮ置換モルホリンも含まれてもよい。物理的溶媒の使用はエネルギーの必要を著しく軽減するが、さまざまな困難がなお存在する。なかでもＣＯ２およびＨ２Ｓの除去がしばしば不十分で不完全となって、今日のストリンジェントな排出要件を満たせなくなる。さらに、酸性ガスがＨ２Ｓである場合、ＣＯ２の共吸収が極めて高く、これが次いで下流の硫黄プラントにとって問題となる。
【０００８】
Ｈ２Ｓ除去のために物理的溶媒を使用した、知られている例示的なガス処理構成が、従来技術の図１に表されている。ここでは非シフト合成ガス１が、Ｈ２Ｓ選択的溶媒のストリーム９を使用して吸収器５０内で処理される。吸収器の富溶媒、ストリーム４が弁５４を介して圧力低下されてストリーム１０を形成し、これが分離装置５５にフラッシュされる。ストリーム２２および２を介して圧縮機５６を使用して、フラッシュされたガスを吸収器に再循環させることによって、富溶媒内のＨ２のほぼ全てとＣＯ２の少なくとも一部とが回収される。フラッシュされた液体ストリーム１２は弁５７を介してさらに圧力降下されてストリーム１３を形成し、これが熱交換器５８によって加熱されてストリーム１４を形成する。富溶媒は再生器５９で再生されて、酸性ガスストリーム１５および貧溶媒１６を製造する。再生の加熱および冷却の要件を満たすために、再沸器６１および冷却器６０が使用される。貧溶媒はポンプ６２によってさらにポンピングされ、ストリーム１７および１８を介してそれぞれ交換器５８および６６で冷却されて、冷却された貧溶媒ストリーム９を吸収器に提供する。次いで処理された合成ガスストリーム６は、ストリーム５を介してＩＧＣＣ発電プラント５３への燃料ガスとして、また任意選択で、水素精製ユニット５２への供給ガス７として使用される。水素精製ユニット５２は、膜分離器と圧力スイング吸着床とをさらに含んでもよい。
【０００９】
このような構成では、物理的溶媒による処理は、溶媒内の酸性ガスの物理的平衡によって制限されることを認識されたい。物理的溶媒は、熱を使用せずに圧力をある程度下げることによって有利に再生され得るが、物理的溶媒は、Ｈ２ＳおよびＣＯＳを低レベル（４ｐｐｍｖ未満など）に除去するのにコスト高の低温冷却（−４０°Ｆ以下等）を必要とする。ほぼ全ての溶媒プロセスは、ＣＯ２富環境（シフトされた合成ガス等）内で大量のＣＯ２を共吸収し、その結果それらの硫黄吸収能力を低下させてしまい、より強力な溶媒循環および再生効率を必要としながら、望ましくないＣＯ２排出物を発生させる。残念なことに、このような構成はＣＯ２濃度の高い酸性ガスも作り出し、これは下流の硫黄プラントにとっては問題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この結果、合成ガスからＨ２ＳおよびＣＯ２を除去するための多数の構成および方法が当分野で知られているものの、それらの全てまたはほぼ全てが様々な欠点を有する。したがって、特にＣＯ２含有量の高い合成ガスに対して、Ｈ２ＳおよびＣＯ２の改良された除去の方法および構成がなお求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、酸性ガス、特に硫化水素および二酸化炭素を除去するために合成ガスを処理する構成および方法を対象としている。そのように処理された合成ガスは様々な方法で使用され得（ＩＧＣＣ発電プラント内の燃焼など）、二酸化炭素は保管および／または移送のために封鎖または液化されてもよい。ここで企図された方法およびプラントは、別個の吸収器が酸性ガス成分を吸収する脱硫セクションと脱炭セクションを有することが最も好ましい。次いでフラッシングおよびストリッピングによってそれぞれのセクションで溶媒が再生される。これは大きなエネルギー節約をもたらす。
【００１２】
本発明の主題の一態様においては、プラントが、副吸収器の上流のＣＯＳ加水分解ユニットの上流に主吸収器を含む脱硫セクションに合成ガスを供給するガス化ユニットを備える。主吸収器および副吸収器は、第１溶媒で合成ガスからＨ２Ｓを順次吸収して、脱硫合成ガスを製造する。次いで脱炭化セクションが脱硫合成ガスを受け取り、ＣＯ２が第２溶媒を介して脱硫合成ガスから除去される吸収器を使用して、Ｈ２製造物ストリームを製造する。典型的には、第１溶媒は脱硫セクション内でストリッピングによって再生され、第２溶媒は脱炭化セクション内でフラッシングによって再生される。
【００１３】
特別にここで企図された態様では、副吸収器からの底塔（ｂｏｔｔｏｍ）製造物が半貧溶媒として主吸収器の中間位置に送られる。残留Ｈ２Ｓをなおさらに低減するために、脱硫セクションの下流、脱炭化セクションの上流にＨ２Ｓスカベンジャユニットを含むことが好ましい。最も典型的には、第２溶媒は、第２溶媒に対する冷却要件の大部分または全てをも満たすのに充分な程度に脱炭化セクション内でフラッシュされる（ＣＯ２吸収器の中に進入する前に）。特に好ましい態様では、第２溶媒のフラッシュは、水力タービンの使用を伴う。水力タービンは、圧力低下から動力を抽出することによって溶媒ポンプを駆動すると同時に溶媒を低温度に冷却する。本発明の主題に限らないが、脱炭化セクションは、フラッシュされたＣＯ２を液化および／または封鎖に適した圧力に圧縮する圧縮機を備えることが一般的に好ましい。
【００１４】
合成ガスがシフト合成ガスである場合、第１溶媒と第２溶媒は同じであり、それらは脱硫セクションと脱炭セクションとの間を循環されることが一般に好ましい。このような構成では、ＣＯ２吸収器からＣＯ２濃度の高い第２溶媒の一部を主吸収器および／または副吸収器に送ることを可能にするように、ＣＯ２吸収器は主吸収器および／または副吸収器に結合されることが好ましい。さらに、必要に応じて、脱硫セクションは第１ストリッピング塔および第２ストリッピング塔を含むことになる。このような構成では、典型的には、第１ストリッピング塔はＨ２濃度の高いＳ第１溶媒からＨ２を除去することを可能にすること、第２ストリッピング塔は、第２ストリッピング塔から再生された第１溶媒をＣＯ２吸収器に貧溶媒として送ることを可能にすることが企図される。なおさらにここで企図された態様では、硫黄プラントは、第２ストリッピング塔からＨ２Ｓ濃度の高い塔頂物を受け取るために、第２ストリッピング塔に流体結合されてもよい。さらに、ここで企図されたプラントは、拡張装置およびフラッシュ容器を主吸収器に結合させて含むことが好ましく、それらは典型的には、主吸収器の富溶媒からＣＯ２および／またはＨ２を分離することを可能にするように構成されている。
【００１５】
合成ガスが非シフト合成ガスである場合、ここで企図されたプラントは、主吸収器から部分的または全面的に脱硫化された合成ガスをシフトさせるシフト反応器を、主吸収器と副吸収器との間に流体連結させてさらに含むことになる。このようなプラントの構成では、第１溶媒が化学媒溶であり、第２溶媒が物理的溶媒であることが、典型的には好ましい。最も典型的には、このようなプラントは、拡張装置およびフラッシュ容器を主吸収器に結合して含むことによって、主吸収器の富溶媒からＣＯ２および／またはＨ２を分離することを可能にする。これらは有利に再圧縮および再循環されて主吸収器（または燃焼器を含む他の目的地）に戻されてもよい。必要に応じて、ここで企図された構成は、排ガス吸収器、硫黄プラント、および排ガスユニットを、脱硫セクションに結合させて含み、排ガスユニットから排ガスを排ガス吸収器に送るようにしてもよい。このような構成では、排ガス吸収器は脱硫セクション内のストリッパから貧溶媒を受け取り、半貧溶媒を主吸収器に供給することが好ましい。
【００１６】
したがって、本発明の主題の一態様では、合成ガス処理プラントは、シフト合成ガスを製造するガス化ユニットと、シフト合成ガスを受け取るようにガス化ユニットに流体結合された脱硫セクションとを含むことになる。脱硫セクションは、主吸収器、ＣＯＳ加水分解ユニット、および副吸収器を含むことが好ましく、主吸収器はＣＯＳ加水分解ユニットの上流にあり、ＣＯＳ加水分解ユニットは副吸収器の上流にある。主吸収器および副吸収器は、溶媒で合成ガスからＨ２Ｓを吸収して脱硫合成ガスを製造し、脱炭化セクションが脱硫合成ガスを受け取る。このようなプラントでは、ＣＯ２吸収器が脱硫合成ガスからＣＯ２を吸収し、溶媒を使用してＨ２製造物のストリームを製造し、溶媒は脱硫セクションと脱炭化セクションとの間に循環される。ＣＯＳ加水分解ユニットは、合成ガスが有意量のＣＯＳ成分を含むときのみ必要であり、上流のユニット内でＣＯＳが完全に除去される場合には、ＣＯＳ加水分解ユニットは必要ないことに留意されたい。
【００１７】
本発明の主題の他の態様では、合成ガス処理プラントは、非シフト合成ガスを製造するガス化ユニットと、合成ガスを受け取る脱硫セクションとを含むことになる。典型的には、脱硫セクションは主吸収器、シフト反応器、ＣＯＳ加水分解ユニット、および副吸収器を含み、主吸収器はＣＯＳ加水分解ユニットの上流にあり、ＣＯＳ加水分解ユニットは副吸収器の上流にある。特に好ましい態様では、シフト反応器は、主吸収器と副吸収器との間に流体結合され、主吸収器から部分的に脱硫化された合成ガスを受け取り、主吸収器と副吸収器は、第１溶媒で合成ガスからＨ２Ｓを吸収することによって脱硫合成ガスを製造するように構成されている。脱炭セクションは脱硫合成ガスを受け取り、脱硫合成ガスからＣＯ２を吸収するＣＯ２吸収器を含み、第２溶媒を使用してＨ２製造物ストリームを製造ことがさらに企図される。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態についての以下の詳細な説明を読めば、本発明の様々な目的、特色、態様、および利点がより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】合成ガスの脱硫化の知られている例示的な構成を示す従来技術の図である。
【図２】単一の溶媒システムを使用してシフト合成ガスからＣＯ２およびＨ２Ｓを除去するための例示的な構成を示す図である。
【図３】二重の溶媒システムを使用して非シフト合成ガスからＣＯ２およびＨ２Ｓを除去するための例示的な構成を示す図である。
【図４】硫黄プラントと排ガスユニットを統合した、図３による例示的構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、Ｈ２、ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２Ｓ、およびＣＯＳを備える合成ガスを処理するためのプラント構成および方法であって、第１セクションで硫化水素が除去され、第２セクションで二酸化炭素が除去される構成および方法を対象としている。ここで企図されたセクションは、それぞれの酸性ガスの成分を吸収するために単一の溶媒あるいは別個の異なる溶媒が使用される吸収器を含む。Ｈ２Ｓ富溶媒は１つまたは複数のストリッピング塔で外部熱を使用して再生されることが好ましく、ＣＯ２富溶媒は溶媒を低圧にフラッシュすることによって再生されることが好ましい。特に好ましいプラントでは、Ｈ２Ｓの吸収はＣＯ２の吸収の上流で実施される。
【００２１】
合成ガス中の二酸化炭素濃度が比較的低い場合（非シフト合成ガスなど）、Ｈ２Ｓ吸収器セクションとＣＯ２吸収器セクションとの溶媒の循環および溶媒の種類は別個であってもよく、異なってもよい。他方、合成ガス中の二酸化炭素濃度が比較的高い場合（シフト合成ガスなど）、Ｈ２Ｓ吸収器セクションとＣＯ２吸収器セクションとは、Ｈ２Ｓ吸収器セクションの溶媒循環がＣＯ２吸収器セクションからＣＯ２が溶解されかつＨ２Ｓが除去された貧溶媒を受け取るように、統合されている。したがって、このような状況の溶媒は同じであってもよい（即ち、ＣＯ２、ＣＯＳ、および／またはＨ２Ｓが特別に溶解（ｌｏａｄｉｎｇ）されているかに関わらず、溶媒は同じ配合を有することになる。例えば、全面的にＨ２Ｓが溶解され、部分的にＣＯ２が溶解されたＮ−メチル−ジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）は、再生されたＭＤＥＡと、あるいはＨ２Ｓのない、部分的にＣＯ２が溶解されたＭＤＥＡと同じ溶媒と考えられる）。
【００２２】
このような構成および方法は、追加のエネルギーまたは材料を費やさずに多数の利点を実現することになることが認識されるべきである。例えばここで企図された構成および方法は、ＣＯ２排出物および硫黄排出物を大幅に軽減し、またはほとんど完全に排除しながら、封鎖のためにＣＯ２製造物を回収し、クリーンな発電のためにＨ２を製造する。合成ガスがシフトされていない場合、Ｈ２Ｓ吸収器への溶媒の流れは、排ガス吸収器の塔底ストリームの少なくとも一部を半貧溶媒として利用することによって低減されてもよい。ＣＯ２封鎖のために処理排ガスを圧縮することによって、実質的に全ての炭素が捕捉され得ることもまた認識されるべきである。
【００２３】
ここで特に企図された構成では、合成ガスが連続した２つの、好ましくはＨ２Ｓ選択的である、中間のＣＯＳ加水分解ステップを備える吸収ステップで処理される。次いで残留Ｈ２Ｓが下流のＨ２Ｓスカベンジャ床によって除去されて、総硫黄含有量が５０ｐｐｍｖ〜１００ｐｐｍｖ未満、より典型的には１０ｐｐｍｖ未満、最も典型的には４ｐｐｍｖ未満の処理ガスを製造する。合成ガスがシフトされていない場合、ＣＯＳ加水分解ユニットはシフトユニットに組み合わされてもよいことが認識されるべきである。他方、合成ガスが既にシフトされている場合、脱硫セクションにおけるＣＯ２の吸収は、Ｈ２Ｓ吸収器内でＣＯ２溶解された溶媒を使用することによって低減されることができ、これが溶媒の循環をさらに軽減する。このような方法および構成では、Ｈ２Ｓ吸収器からのＨ２Ｓ溶解富溶媒は２つのストリッピングステップで再生されることが一般的に好ましい。第１のストリッピングステップは、ストリッピングガス（Ｎ２またはＨ２など）を使用して、共吸収されたＨ２を回収し、富溶媒のＣＯ２含有量を低減し、第２のストリッピングステップは、富溶媒をさらに加熱して再生することによって、酸性ガスが除去された貧溶媒とＨ２Ｓ濃度の高い酸性ガスとを製造する。
【００２４】
ここでさらに企図された態様では、Ｈ２Ｓ吸収器からの脱硫合成ガスは、好ましくは再生された溶媒によってＣＯ２吸収ステップで処理され、そのようにしてＣＯ２溶解富溶媒を製造する。次いでこのように形成された富溶媒は、様々な圧力のフラッシュ再生によって再生される。このようなプロセスはほぼ全てのＣＯ２を除去し、ＣＯ２含有量の極めて低い（典型的には２モル％未満、より典型的には１モル％未満）Ｈ２製造物と、Ｈ２Ｓ含有量の低い（典型的には１００ｐｐｍ未満、最も典型的には１０ｐｐｍ未満）ＣＯ２製造物とを製造する。これはパイプラインでの移送に安全である。さらに、フラッシュプロセスでの水力タービンの使用は、循環ポンプによって必要とされる動力の少なくとも一部を回収すると同時に、溶媒を冷却することが認識されるべきである。したがって、溶媒の冷却要件が大幅に低減し（少なくとも５０％、より典型的には少なくとも７０％、最も典型的には少なくとも８０％など）、場合によってはほとんど完全になくなる。
【００２５】
シフト合成ガスを処理する１つの例示的な構成が図２に表されている。ここでは、典型的には、７００ｐｓｉｇから９００ｐｓｉｇの、周囲温度（約７５°Ｆなど）のガスストリーム１が、ＣＯ２溶解貧溶媒ストリーム９を使用して第１吸収器５０内で処理されて、Ｈ２Ｓ富塔底ストリーム４と、Ｈ２Ｓが除去された塔頂（ｏｖｅｒｈｅａｄ）ストリーム６とを製造する。第２吸収器５２から製造されたＨ２Ｓ半貧溶媒、即ちストリーム７は、ストリーム２６およびポンプ５３を介して第１吸収器の上方セクションに送られて、溶媒の循環を軽減する。第１吸収器からの富溶媒は水力タービン５４（または代替え的にＪＴ弁など）を介して圧力降下され、ストリーム４９を介して交換器７５内で、典型的には１５０から３００ｐｓｉｇで加熱され、ストリーム１０を介して分離器５７に送られる。フラッシュされた蒸気ストリーム４８は圧縮機５６内で圧縮され、ストリーム２として第１吸収器へと経路付される。フラッシュされた液体ストリーム４５は第１ストリッパ５５に送られ、これが富溶媒内のＨ２Ｓ含有量を濃縮し、共吸収されたＨ２を回収する。典型的には、ストリッパ５５は、典型的には空気分離プラントからの排副製造物であるＮ２などの不活性ガス１１を使用する。場合によっては、第１ストリッパのストリッピング効率を補うために、第２ストリッパ（または他の源）からの貧溶媒からの廃熱を利用して、再沸器６６が使用される。第１ストリッパ５５は、塔頂ガスストリーム２２を製造し、これがストリーム４８と組み合わされてストリーム４０を形成し、これが圧縮機５６によって圧縮され、第１吸収器５０へと戻される。本明細書では、数と組み合わされた「約」という用語は、その数の＋／−１０％（全てを含む）の範囲を指す。例えば「約２００ｐｓｉａ」という用語は、１８０ｐｓｉａから２２０ｐｓｉａの全てを含む範囲を指す。同様に、約−４０°Ｆという用語は−４４°Ｆから−３６°Ｆの温度範囲を指す。
【００２６】
第１ストリッパの塔底ストリーム１２は、減圧弁５６を介して圧力降下されて、大気圧力に近い圧力のストリーム１３を形成する。ストリーム１３は交換器５８に送られて、典型的には約２００°Ｆから２８０°Ｆのストリーム１４を形成する。熱い富溶媒は第２のストリッパ５９を使用して再生され、これは再沸器６１で再沸騰され、大気冷却器６０で還流される。冷却器６０は、ノックアウトドラムおよびポンプ（図示せず）を備えて外部に取り付けられることが可能であることに留意されたい。第２ストリッパは、典型的には５０モル％を超える（乾量基準で）Ｈ２Ｓを備える酸性ガスストリーム１５を製造する。これは硫黄プラントへの供給ガスとして適している。再生された溶媒１６はポンプ６２によってポンピングされ、ストリーム１７、４６、１８、および４１を介して交換器５８、６６、７５、および９０で冷却されて、貧溶媒ストリーム４３を形成し、これがＣＯ２吸収器６８に送られる。最も典型的には、シフト合成ガスは主にＨ２、ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２Ｓ、ＣＯＳを備え、以下の表１で示される組成を有する。
【表１】
0005709153.tif 000002
【００２７】
適切な溶媒に関しては、溶媒の性質はこのような構成において大幅に変化してもよいことが認識されるべきである。しかし、特に好ましい溶媒には、ポリエチレングリコール、プロピレンカーボネート、ＭＤＥＡなどのジアルキルエーテルを含むものが含まれる。同様に、硫黄スカベンジャに関しても、硫黄スカベンジャの種類が変化してもよいことが一般的に好ましい。しかし、スカベンジャはＨ２Ｓのレベルを典型的には４ｐｐｍｖ未満、最も典型的には１ｐｐｍｖ未満まで低減し、そのようにしてＨ２Ｓがほとんど完全に除去されたＨ２製造物およびＣＯ２製造物を作り出すことが好ましい。例えば、適切な硫黄スカベンジャには、金属酸化物（酸化鉄、酸化亜鉛など）および／または非特異的な吸収剤（分子篩など）を含むものが含まれる。
【００２８】
ある種の溶媒（特に物理的溶媒）によるＣＯＳの吸収が、困難かつ不完全である場合が多く、典型的にはＣＯＳの約３３％しか除去されないことをさらに留意されたい。その結果、第１吸収器５０からの残留ＣＯＳは、ストリーム６を介してＣＯＳ加水分解ユニット５１に送られる。ＣＯＳの加水分解反応は、以下の化学反応式によって、特にＨ２Ｓが除去された環境で効果的である。
ＣＯＳ＋Ｈ２Ｏ⇔Ｈ２Ｓ＋ＣＯ２
【００２９】
ＣＯＳが除去されたストリーム２４（ストリーム１と比較してＨ２Ｓ濃度が低い）は、第２吸収器５２内で、ＣＯ２溶解溶媒ストリーム５でさらに処理されて、Ｈ２Ｓがさらに除去された合成ガスストリーム２５とＨ２Ｓ半貧塔底ストリーム２６とを製造する。ストリーム２５（またはストリーム２５の少なくとも一部）は硫黄スカベンジャ床６７内で処理される。硫黄スカベンジャ床６７は、残留したＨ２ＳとＣＯＳを極めて低いレベル、典型的には１ｐｐｍｖ未満まで効果的に除去することが可能である。処理されたガスストリーム２７は、交換器６４内でさらに冷却されてストリーム２１になり、典型的には約３０°Ｆから５０°Ｆのストリーム２８を形成する交換器６３に送られて、ＣＯ２吸収器６８に送られる。ＣＯ２吸収器は、貧溶媒ストリーム５およびストリーム２９で洗浄されて、ＣＯ２溶解富溶媒ストリーム１９とＣＯ２が除去された塔頂蒸気、即ちストリーム３０を製造する。塔頂蒸気３０は、ストリーム２０、即ちＨ２製造物を製造する交換器６４内で加熱される。全体的な溶媒の循環を軽減するために、ＣＯ２溶解溶媒ストリーム３の一部がポンピングおよび冷却されて（ポンプ８０および冷却器８１を介して）、吸収器へのＣＯ２溶解溶媒として使用される。
【００３０】
ＣＯ２富溶媒の残りの部分、即ちストリーム８は、水力タービン６９内で圧力降下されて、典型的には２００ｐｓｉｇから４００ｐｓｉｇのストリーム３１を形成する。水力タービンによって生成される動力は、貧溶媒ポンプ７７によって必要とされる動力の少なくとも一部を供給するのに使われる。フラッシュドラム７０は、分離器ガスストリーム３３とフラッシュされた液体ストリーム３２とを製造する。フラッシュされたガスは、圧縮ＣＯ２製造物４４を形成するＣＯ２圧縮機７８の高圧段に送られ、フラッシュされた液体は、水力タービン７１内でさらに圧力降下されて、典型的には６０ｐｓｉｇから２００ｐｓｉｇのストリーム３４を形成する。フラッシュドラム７２は、分離ガスストリーム３６とフラッシュされた液体ストリーム３５とを製造する。フラッシュされたガスはＣＯ２圧縮機７８の中圧段の吸入口に送られ、フラッシュされた液体は、弁７３を介してさらに圧力降下されて、大気圧または真空圧のストリーム３７を形成する。フラッシュドラム７４は大気圧および／または真空圧の蒸気ストリーム３８とフラッシュされた液体ストリーム４２とを製造し、液体ストリーム４２はポンプ７７によってさらにポンピングされて、貧溶媒ストリーム２９を形成する。水力タービンと、ＣＯ２を低圧でフラッシュすることの冷却効果とを使用すると、溶媒の自己冷却が生じて冷却の必要性がなくなることが認識されるべきである。
【００３１】
図２で表された構成と同様に、非シフト合成ガスを処理するための方法および構成が使用されてもよい。１つの例示的なこのような構成が図３に表されている。典型的な非シフトガスの組成が以下の表２に示される。
【表２】
0005709153.tif 000003
【００３２】
この構成では、水シフト反応器は第１吸収器の下流に位置付けられている。処理された合成ガスのシフト反応は、水シフト反応を使用して、以下の化学反応式によって、ＣＯ含有量のほとんどをＨ２およびＣＯ２に変換する。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ⇔Ｈ２＋ＣＯ２
【００３３】
シフト反応器はまた、以下の化学反応式によって、ＣＯＳのほとんどをＨ２Ｓに変換する。
ＣＯＳ＋Ｈ２Ｏ⇔Ｈ２Ｓ＋ＣＯ２
【００３４】
表２で述べられたように、非シフト合成ガス、即ちストリーム１のＣＯ２含有量はシフトガスの場合よりも著しく小さい。非シフト合成ガスのＣＯ２対Ｈ２Ｓのモル比が小さいことから、溶媒によるＣＯ２の共吸収が著しく小さくなる。その結果、Ｈ２Ｓ濃縮のために第１ストリッパを使用することと、Ｈ２Ｓ吸収のためにＣＯ２溶解溶媒を使用することは典型的には必要なくなる。さらに、Ｈ２ＳとＣＯ２の吸収が別個であることが可能であり、異なった種類の溶媒が使用され得ることによって、この構成を既存の硫黄除去ユニットをＣＯ２封鎖用に改良するのに特に適したものにしている。この結果、ストリッパ５９によってＨ２Ｓ吸収８用の再生成溶媒がもたらされ、図２のストリーム３は存在しない。さらに、図２のストリーム４５は、ストリーム１３／１４として図３内のストリッパ５９に直接経路付けされる。この構成では、酸性ガスストリーム１５のＨ２Ｓ含有量は典型的には６０％を超える（乾量基準で）。残りの構成要素および構成については、図２と同様の項目について、同じ考察および企図が図３にも当てはまる。
【００３５】
ここで企図された方法および構成は、硫黄プラントと排ガスユニットが統合された図４で示されるように、Ｈ２Ｓ選択的化学溶媒（ＭＤＥＡなど）を使用して非シフト合成ガスを処理することにも適用可能である。この構成では、第１のＨ２Ｓ吸収器と第２のＨ２Ｓ吸収器は、図３の構成と類似の全体構成において、ＣＯ２よりも優先的にＨ２Ｓを吸収する化学的溶媒で洗浄される。ＭＤＥＡの選択的吸収は、典型的には、吸収器内の低い貧アミン温度と短い接触時間とによって促進される。最も典型的には、吸収器内のＣＯ２低下は約３０％から５０％であって、その結果、約３０％から５０％（乾量基準）のＨ２Ｓを含む酸性ガスストリーム１５が生じる。フラッシュドラムからのストリーム４０は吸収器に再循環され得、または下流の燃焼プロセス内で燃料として使用され得る。
【００３６】
再生器５９からの酸性ガスストリームは、硫黄プラント１５０内でさらに処理されるが、硫黄プラント１５０は、硫黄変換のために空気分離プラントからの酸素を使用することが好ましい。酸素が吹き込まれた硫黄プラントを使用することによって、硫黄プラントの大きさは小さくなり、排出ストリーム１００は主にＣＯ２を含み、他の汚染物質（Ｎ２など）が除去され、その結果、ＣＯ２の封鎖に適したものとなる。ストリーム１００は、排ガスユニット１５１の触媒を使用して水素添加されて、残留酸化硫黄をＨ２Ｓに変換し、そのようにしてストリーム１０１を製造することが好ましい。水素添加ガスのＨ２Ｓ含有量は、ポンプ６２およびストリーム１７を介して、再生器５９からの貧溶媒の一部を使用して、排ガス吸収器１５３内で洗浄される。貧アミンストリーム１０３は冷却器１５５内で約８０°Ｆに冷却されて、ストリーム１０７を形成し、排ガス吸収器１５３に送られる。排ガス吸収器は、典型的には、約１２から１６のトレイを含み、２００ｐｐｍｖ未満のＨ２Ｓ含有量を備える塔頂物ストリーム１５２を製造する。排ガス吸収器内のＣＯ２除去は、典型的には８０％から９０％である。ほぼ純粋なＣＯ２を含む塔頂物ストリーム１５２は、ＣＯ２圧縮機７８内でさらに圧縮されて、ＣＯ２製造物ストリーム４４の一部を形成する。パイプラインでの移送用に、寒冷気候の動作でのパイプラインの腐食を最小限に抑えるために、脱水ユニット（図示せず）が加えられてもよい。これらの方法および構成では、合成ガスプロセスで作り出されたほぼ全てのＣＯ２が、ＣＯ２封鎖のために回収されることが認識されるべきである。別法として、排ガス吸収器の塔頂ガスは、硫黄分解のために焼却炉に送られ、その後大気に放出され得る。
【００３７】
排ガス吸収器の塔底ストリーム１０４は、ポンプ１５４によってポンピングされて、ストリーム１０５を形成し、半貧アミンとして第１吸収器に送られる。ストリーム１０５は、第１吸収器内での酸性ガスの吸収を高めるためにさらに冷却され得る（図示せず）。半貧アミンを使用することによって、貧アミン流量（ストリーム８）と再生再沸器６１の効率とが著しく軽減する。ＣＯ２吸収器セクションについては、エネルギーの節約のために、プロピレンカーボネートとポリグリコールのエーテルとなどの物理的溶媒の使用がアミンよりも好まれる。図２および図３で先に述べられたフラッシュ溶媒再生の同じ方法がここでも適用可能である。図４に提示された排ガスユニットおよび吸収器の構成が、図２の先に述べられた構成に適用可能であることにも留意されたい。残りの構成要素および構成については、図３と同様の項目について、同じ考察および企図が図４にも当てはまる。
【００３８】
合成ガスからのＣＯ２およびＨ２製造の具体的な実施形態および用途が以上に開示された。しかし、当業者には、ここで既述されたものとは別のより多くの修正形態が、本明細書の発明概念から逸脱せずに可能であることが明らかであろう。したがって、本発明の主題が、ここに添付された請求項の精神において以外で限定されることはない。さらに、本明細書および請求項のいずれをも解釈する際には、全ての用語は、文脈と整合する限り最も広い意味に解釈されるべきである。特に、「備える」および「備えている」という用語は、非排他的な意味でここに言及された要素、構成要素、またはステップを指すものとして、ここではっきりと言及されていない他の要素、構成要素、またはステップと共に存在し、利用され、または組み合わされてもよいことを示すものとして解釈されるべきである。
【図１】
0005709153.tif 000004
【図２】
0005709153.tif 000005
【図３】
0005709153.tif 000006
【図４】
0005709153.tif 000007