(57)【要約】  既存の技術よりも高い温度で生成ガス流を生成する一方で、より少ないエネルギーを消費する方式で、酸性ガスをガス流から除去する方法および装置が記載される。該方法は、生成ガスの正の温度差を保持することを必要とする。該装置は、吸収塔の稼働条件および／または溶剤の化学的性質を操作することによって、正のガス温度差が保持され、吸収装置内での吸収量および反応量を増やすことを可能にする。
2014505593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流から酸性ガスを除去する方法であって、以下の段階
・  吸収装置を提供する段階、
・  吸収装置にガス流を供給する段階、
・  吸収装置に溶剤溶液を供給する段階、
・  ガス流と溶剤溶液とを吸収装置内で接触させる段階、
・  溶剤溶液が初めにガス流と接触する位置近傍で、生成ガスの温度を測定する段階、
・  リーンな溶剤溶液が初めにガス流と接触する位置近傍で、リーンな溶剤溶液の温度を測定する段階、
・  溶剤溶液の再循環速度、および溶剤の水に対する比からなる、第一の設定の稼働パラメータの少なくとも１つを測定する随意の段階、
・  リーンな溶剤溶液の温度および第一の設定の稼働パラメータの１つの、少なくとも１つを調整して、ゼロよりも大きい生成ガスの温度上昇をもたらす段階（ここで、生成ガスの温度上昇とは、生成ガスの温度とリーンな溶剤溶液の温度との間の差である）、および、
・  生成ガス流を吸収装置から排出する段階
を含む前記方法。
【請求項２】
生成ガスの温度上昇が、約５℃より大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
溶剤の水に対する比が、ゼロよりも大きい生成ガスの温度上昇をもたらすように調整される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
溶剤溶液の循環速度が、ゼロよりも大きい生成ガスの温度上昇をもたらすように調整される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
溶剤溶液の循環速度を低下させることによって、生成ガスの温度上昇が高められる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
リーンな溶剤溶液の温度を高めることによって、生成ガスの温度上昇が高められる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
生成ガスが、ＣＯ2が減損した煙道ガスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
溶剤溶液が、水性のアミン系溶剤溶液である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
吸収塔の稼働方法であって、以下の段階
・  吸収塔を提供する段階、
・  吸収塔にＣＯ2を含むガス流を供給する段階、
・  吸収塔に水性のアミン系溶剤溶液を供給する段階、
・  ガス流とアミン系溶剤溶液とを吸収塔内で接触させる段階、ここで、ガス流からのＣＯ2は水性のアミン系溶剤溶液中に吸収される、
・  アミン系溶剤溶液が初めにガス流と接触する位置近傍で、生成ガスの温度を測定する段階、
・  リーンな溶剤溶液が初めにガス流と接触する位置から離れた位置で測定されたリーンな溶剤溶液の温度、溶剤溶液の再循環速度、および溶剤の水に対する比からなる、第一の設定の稼働パラメータの１つまたはそれより多くを測定する段階、
・  第一の設定の稼働パラメータの少なくとも１つを調整して、ゼロより大きい生成ガスの温度上昇をもたらす段階、ここで、生成ガスの温度上昇は、生成ガスの温度とリーンな溶剤溶液の温度との間の差である、および、
・  生成ガス流を吸収装置から排出する段階、ここで、吸収装置から排出される生成ガス流は供給されるガス流と比較してＣＯ2ガスが減損している、
を含む前記方法。
【請求項１０】
生成ガスの温度上昇が、約５℃より大きい、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
溶剤の水に対する比によって、生成ガスの温度上昇がゼロより上で保持される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
溶剤溶液の再循環速度を減少させることにより、生成ガスの温度上昇を高める、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
リーンな溶剤溶液の温度を高めることにより、生成ガスの温度上昇を高める、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
リーンな溶剤溶液を使用してガス流から酸性ガスを除去するための装置であって、
・  吸収装置、
・  リーンな溶剤溶液を吸収装置に導入するための第一の供給ライン、
・  吸収装置に導入されたリーンな溶剤溶液の温度を測定するための第一の温度測定装置、
・  吸収装置にガス流を導入するための第二の供給ライン、
・  リーンな溶液溶剤が初めにガス流と接触する位置近傍でのガス流の温度を測定するための第二の温度測定装置、
・  リーンな溶剤溶液の温度、およびリーンな溶剤溶液が初めにガス流と接触する位置近傍でのガス流の温度をモニターして、生成ガスの温度を決定する制御システムであって、生成ガスの温度上昇をゼロより大きく保持する前記制御システム（ここで、生成ガスの温度上昇とは、生成ガスの温度とリーンな溶剤溶液の温度との間の差である）
を含む前記装置。
【請求項１５】
さらに、測定されたリーンな溶剤溶液およびガス流の温度に応じて、ゼロよりも大きい生成ガスの温度上昇をもたらすために、リーンな溶剤溶液の温度、溶剤溶液の再循環速度、および溶剤の水に対する比の１つまたはそれより多くを調整するための手段を含む、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
生成ガスの温度上昇が、５℃より大きい、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
調整するための手段が、リーンな溶剤溶液の温度の制御を含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
調整するための手段が、溶剤溶液の再循環速度の制御を含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
調整するための手段が、溶剤の水に対する比の制御を含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項２０】
さらに、吸収装置からのリッチな溶剤溶液を受け容れるための再生装置を含む、請求項１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、ガス吸収塔を稼働する方法およびシステムに関する。より特定には、本発明は、低減された再生エネルギーしか必要としない酸性ガス吸収塔を稼働する方法およびシステムに関する。
【０００２】
背景技術
工業においては、昔から、酸性ガス汚染物質を種々のガスおよび液体流から除去する必要がある。一般的な例は、気相および液相の炭化水素流、合成ガス流、およびより最近では燃焼ガス流を含む。液体中への吸収、固体上への吸着、およびメンブレンを通じた浸透を含む様々な技術が、このニーズを満たすために開発されている。「Ｇａｓ  Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ」、第五版、Ｋｏｈｌ  ＆  Ｎｉｅｌｓｅｎ著（１９９７）は、液体中および特に水性のアミン中への吸収を含む技術の優れた概要を提供している。
【０００３】
水性の溶剤、例えばアルカノールアミンと、促進炭酸カリウムとを用いた吸収およびストリッピング工程の使用は、酸性ガスを煙道ガス、天然ガスの水素、合成ガスおよび他のガスから除去するための公知の効率的な技術である。最近は、酸性ガス汚染物質を燃焼ガス流から除去するために水性のアミンを使用する水性の吸収工程が興味を持たれている。酸性ガス汚染物質は、限定されずに、二酸化炭素、硫化水素、および硫化カルボニルを含む。本願において、燃焼ガスとは、様々な燃料（石炭、石油、生物燃料、天然ガス等）の気相／固相の燃焼生成物であると理解される。
【０００４】
ガス吸収は、ガス混合物の可溶性成分を液体中に溶解させる方法である。ガスと液体との接触は、向流または並流であってよく、向流接触が最も一般的に実用されている。ストリッピングは、液体混合物からの揮発性成分をガスへと移送することを含むので、本質的に吸収の逆である。典型的な二酸化炭素除去方法においては、吸収を使用して燃焼ガスから二酸化炭素を除去し、次にストリッピングを使用して溶剤を再生し、且つ、溶剤中に含有される二酸化炭素を捕捉する。二酸化炭素が燃焼ガスおよび他のガスから除去されたら、それを捕捉し、且つ、隔離、メタノールの製造、および三次石油の回収を含む、多数の用途における使用のために圧縮することができる。
【０００５】
向流でのガスと液体との接触用に設計された吸収装置は、一般に、溶剤を吸収装置の上部で、またはその近くで入れる。この流は、「リーンな」溶剤と称されることがある。酸性ガス汚染物質を含有する炭化水素流または燃焼ガスは、吸収装置の底部で、またはその近くで入る。溶剤が吸収塔を流れ落ちる際に、酸性ガスが気相から液相へと移動する。塔の内部構造物、典型的には充填物またはトレイは、ガスと液体との密接な接触をもたらす。浄化された蒸気は、吸収装置の上部から生成ガスとして出てくる。この流は、生成ガスと称されることがある。このとき、本質的な量の酸性ガスを含む「装填された」または「リッチな」溶剤は、吸収装置の底部で、またはその近くで出てくる。標準的な稼働条件の間、吸収装置の上部で、リーンな溶剤と生成ガスとがほぼ同じ温度であるか、または生成ガス流がリーンな溶剤流よりもわずかに低い温度であってもよい。
【０００６】
吸収溶液の再生を実施するために、吸収塔の底部から引き出されたリッチな溶剤を、ストリッピング塔の上半分に導入し、且つそのリッチな溶剤を、加圧下でその沸点または沸点付近の高温で保持する。高温を保持するために必要な熱は、ストリッピング塔内に含有される吸収溶液を再沸騰させることによって供給される。この再沸騰工程は、ストリッピング塔の下半分に位置する再生されるべき溶液の一部と、適切な温度の熱い流体、一般には飽和水蒸気との間の間接的な熱交換によって実施される。再生の間に、沸点で保持された再生されるべきリッチな溶剤中に含有された二酸化炭素が放出され、且つ、吸収溶液の蒸気によってストリッピングされる。ストリッピングされた二酸化炭素を含有する蒸気は、ストリッピング塔の上部から出て、且つ、凝縮システムを通過し、前記は吸収溶液の蒸気の凝縮から生じる液相をストリッピング塔に戻し、前記吸収溶液はガス状の二酸化炭素と共にストリッピング塔を出ていく。ストリッピング塔の底部では、再生された熱い吸収溶液（リーンな溶剤とも称される）が引き出され、且つ、間接的な熱交換によって溶液の熱含有量の一部を使用して、再生されるべきリッチな溶剤を加熱した後、それをストリッピング塔に導入する前に、吸収塔へと再循環される。
【０００７】
単純な吸収／ストリッピングにおいては、当該技術分野において一般に実用されているとおり、リッチな水性の溶剤が、約１００℃〜約１２０℃で、通常は約１ａｔｍ〜約２ａｔｍである単純な圧力で稼働される単純な向流式の再沸騰ストリッピング装置において再生される。リッチな溶剤の供給物は、熱いリーン溶剤生成物との交差交換（ｃｒｏｓｓ−ｅｘｃｈａｎｇｅ）によって、ストリッピング装置底部の約５℃〜約３０℃以内に予熱される。塔頂部の蒸気を冷却して凝縮して水にし、それが還流として向流ストリッピング装置へと返送される。二酸化炭素隔離および他の用途に使用する場合、二酸化炭素生成物を約１００ａｔｍ〜約１５０ａｔｍに圧縮する。
【０００８】
既存の吸収／ストリッピング法に伴う主な問題は、それらが非常にエネルギーを消費することであり、且つ、このことは主として、リボイラーのために必要な熱が著しいせいである。リボイラーを稼働するためのエネルギーは、既存の発電所のボイラーからもたらされることがあり、エネルギーの生成が低下するか、または専用のボイラーからもたらされることがあり、そのことにより設備費用および稼働費用が上昇する。従って、それらのシステムの設計および稼働において、エネルギー効率を最大化することが重要である。
【０００９】
従って、装填された水性のアミン流を再生するために必要なエネルギーを低減し、且つ、稼働効率および費用を改善する必要がある。
【００１０】
発明の概要
本発明の課題は、酸性ガス捕捉のための従来のアミンに基づく技術を改善することである。
【００１１】
本発明の他の課題は、現在実用されている方法よりも著しくエネルギー効率がよい吸収／ストリッピング方法によって、二酸化炭素を燃焼ガスおよび他のガスから除去できる技術を提供することである。
【００１２】
本発明の他の課題は、酸性ガス吸収のためのかかる技術において使用される化学物質の放出が低減された、環境、健康および／または経済面での改善に属し得る。
【００１３】
酸性ガスを捕捉するための公知の技術の稼働上および設計上のパラメータに従い且つ依存して、本発明の課題は、酸性ガス捕捉のための方法におけるエネルギーおよび／または化学物質消費の低減に属し得る。
【００１４】
１つの態様において、ガス流から酸性ガスを除去する方法が開示される。ガス流から酸性ガスを除去する方法は、ガス流を吸収装置に供給する段階、吸収装置内のガス流と、溶剤の水に対する比を有する洗浄液とを接触させる段階、および生成ガス流を吸収装置から排出する段階を含む。吸収装置は、第一の生成ガスの温度、第一のリーンな洗浄液の温度、洗浄液の再循環速度、およびリーンな洗浄液の温度を含む、予め特定された第一の設定の稼働パラメータについて、特定の除去速度を有する。生成ガス流は、ゼロより高い生成ガスの温度上昇を有する第二のガス温度で排出される。
【００１５】
他の態様において、ガス流から酸性ガスを除去するための吸収塔の稼働方法が開示される。ガス流から酸性ガスを除去するための吸収塔の稼働方法は、ガス流を吸収装置に供給する段階、吸収装置内のガス流と、溶剤の水に対する比を有する洗浄液とを接触させる段階、および生成ガス流を吸収装置から排出する段階を含む。吸収装置は、第一の生成ガスの温度、第一のリーンな洗浄液の温度、洗浄液の再循環速度、およびリーンな洗浄液の温度を含む、予め特定された第一の設定の稼働パラメータについて、特定の除去速度を有する。生成ガス流は、ゼロより高い生成ガスの温度上昇を有する第二のガス温度で排出される。
【００１６】
他の態様において、ガス流から酸性ガスを除去するための装置が開示される。該装置は、吸収塔を有する吸収装置、リーンな溶剤溶液を吸収装置内に導入するための第一の供給ラインを含む。第二の供給ラインは、吸収装置内にガス流を導入するために提供される。第一の温度測定装置は、リーンな溶剤溶液の温度を、それが吸収装置内に導入される際に測定するために提供され、且つ、第二の温度測定装置は、前記リーンな溶剤溶液が最初にガス流と接触する位置近傍のガス流の温度を測定するために提供される。第一および第二の温度測定装置は、リーンな溶剤溶液が吸収装置内に導入される際の温度、および該リーンな溶剤溶液が最初にガス流と接触する位置で、またはその近くでガス流の温度をモニターする制御システムと通信する。本願内で使用される場合、「リーンな溶剤溶液がガス流と接触する位置で」および／または「溶剤溶液が最初にガス流と接触する位置近傍で」との用語は、リーンな溶剤溶液がガス流と接触またはぶつかる吸収装置内の位置、またはその近くを意味する。例えば、「リーンな溶剤溶液がガス流と接触する位置近傍で」とは、ガス流がリーンな溶剤溶液と接触する正確な箇所、吸収装置の中央の吸収装置における箇所、または吸収装置の、ガス流がリーンな溶剤溶液と接触する箇所に隣接する側、またはすぐ下の箇所、またはガス流がリーンな溶剤溶液と接触する付近を含み得る。吸収装置内に導入されるガス流のガス圧が変化することがあるので、ガス流がリーンな溶剤溶液と接触する正確な箇所も変化することがあり、且つ、一連の温度測定装置が吸収装置内に配置され、制御システムが、どの温度測定装置がリーンな溶剤溶液がガス流と接触する位置にあるかを、モニターされた温度を分析することによって決定する。従って、近傍とは、限定されずに吸収装置の大きさおよび流体の流速を含む、システムの可変の特徴に依存して、１インチほどの小ささ、および２フィートほどの大きさを意味することがある。複数の温度測定装置が使用される場合、リーンな溶剤溶液がガス流と接触する位置の特定の温度測定装置を、温度測定装置をモニターしている制御システムによって決定することができ、且つ、本発明が以下でより詳細に説明される際に明らかになる。
【００１７】
本発明の他の特徴および利点は、一例として、本発明の原理を図示する添付図と併せて、好ましい実施態様の以下のより詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本開示による酸性ガス捕捉システムの模式図である。
【図２】図２は、再生エネルギーにおける生成ガスの温度上昇の効果を示すグラフである。
【図３】図３は、再生エネルギーにおける生成ガスの温度上昇の効果を示す他のグラフである。
【００１９】
詳細な説明
本発明による酸性ガスの除去のためのシステムおよび方法の特定の実施態様は、図面を参照して以下に記載される。
【００２０】
本発明は、既存の技術よりも少ないエネルギーしか消費しない一方で、より高い温度で生成ガス流を発生させるという方式で、ガス流から酸性ガスを除去するためのシステムおよび方法に関する。
【００２１】
図１は、本開示による酸性ガス捕捉システム１００の例示的な実施態様の模式図である。１つの実施態様において、酸性ガス捕捉システム１００は、アミンに基づく酸性ガス捕捉システムであってよい。１つの実施態様において、酸性ガス捕捉システム１００は、アミンに基づくＣＯ2および／または硫化水素捕捉システムであってよい。酸性ガス捕捉システム１００は、吸収塔または吸収装置１０１を含む。吸収装置１０１は、浄化されるべきガス流と、溶剤溶液とを接触させるように構成されている。吸収装置１０１は、向流式の吸収装置であってよい。１つの実施態様において、吸収装置１０１は、ＣＯ2吸収装置である。１つの実施態様において、ガス流はＣＯ2を含有する煙道ガス流である。１つの実施態様において、溶剤溶液はアミン系溶液である。吸収装置１０１は、上方領域１０２と、下方領域１０３との２つの吸収領域を含む。他の実施態様において、吸収装置１０１は、１つまたはそれより多くの吸収領域を含んでよい。吸収領域は、限定されずに、ガスと液体との接触を改善するための充填媒体および／またはトレイ（図示しない）を含むガスと液体との接触装置を含んでよい。酸性ガスが除去されるべきガス流は、供給ガス供給ライン１０４を介して吸収装置１０１の下方領域１０３に入る。ユニットの吸収領域において、煙道ガスが溶剤溶液と接触する。
【００２２】
リーンな溶剤溶液は、リーンな溶剤溶液の供給ライン１０５を介して吸収装置１０１の上方領域に供給される。リーンな溶剤は、リーンな溶剤の温度ＴLSで吸収装置１０１に入る。リーンな溶剤の温度を、リーンな溶剤が吸収装置１０１に入る箇所で、またはその近傍で測定できる。リーンな溶剤の温度を制御システム２０１に伝える温度測定装置（図示しない）、例えばプローブによって、リーンな溶剤の温度を測定できる。１つの実施態様において、リーンな溶剤の温度は、吸収装置１０１への入口またはその近傍で、パイプまたは導管の中央またはその近傍で測定される。温度測定装置は、ワイヤおよび／またはワイヤレス装置によって、温度データを制御システム２０１に送信することができる。
【００２３】
制御システム２０１も、生成ガスの温度を測定する。制御システム２０１は、リーンな溶剤の温度および生成ガスの温度をモニターする。生成ガスの温度とは、リーンな溶剤溶液が初めに吸収装置１０１内で拡散するところでの生成ガスの温度である。１つの実施態様において、生成ガスの温度を、上部のトレイまたは充填媒体の上面で、リーンな溶剤溶液が初めに吸収装置１０１内に分散する位置近傍に位置する適した温度測定装置（図示しない）によって測定できる。１つの実施態様において、生成ガスの温度とは、吸収装置１０１、または吸収装置上部１０２ａで、またはその近傍の位置または場所で、存在する生成ガスの温度である。１つの実施態様において、生成ガスの温度は、吸収塔頂において、液体入口ポートの近傍であるがしかし液体噴霧またはミストとは接触せずに測定される。吸収領域の後、水洗浄を使用して生成ガスがさらに処理される場合、生成物の温度は、水洗浄前の生成ガスの温度である。換言すれば、生成ガスの温度は、液相よりは気相で、吸収装置を離れるエネルギーの量を反映する。
【００２４】
吸収装置１０１において、ガス流からの酸性ガスは溶剤溶液中に化学的に吸収される。酸性ガスの減損した煙道ガス、生成ガスは、吸収ユニット１０１の上方領域１０２から生成ガス排出ライン１０６を介して吸収装置１０１を出る。吸収された酸性ガスを含む溶剤溶液（リッチ洗浄溶液とも称される）は、溶剤溶液排出ライン１０７を介して下方領域１０３から吸収装置１０１を出る。
【００２５】
吸収装置１０１を出るリッチな溶剤溶液は、溶剤溶液の排出ライン１０７を介して再生装置１０８に供給される。再生装置１０８は、吸収装置内での発熱性の吸収反応に関連する熱を管理する、向流式の再生装置または他の再生装置であってよい。本発明は、吸収装置における改善された吸収速度をもたらし、それは再生装置の種類または機構とは関係なく、改善された再生条件（より高いリッチな負荷、より低い再生温度）をもたらす。再生装置１０８において、酸性ガスを溶剤溶液から分離し、吸収ユニット１０１内で再利用するための「リーンな」溶剤溶液を生成する。リッチな溶剤溶液を、再生装置１０８に供給する前に、フラッシュユニット１０９および／または熱交換ユニット１１０内で冷却してよい。フラッシュガスを、フラッシュガス排出ライン１１１を介してフラッシュガスユニット１０９から排出できる。
【００２６】
再生装置１０８において、リッチな溶剤溶液を、低圧且つ高温で、酸性ガスのストリッピングをする。溶剤溶液を、加熱循環路１１２を通じて溶剤溶液を循環させることによって加熱する。加熱回路１１２は、熱交換ユニット１１３を含む。熱交換器１１３においては、加熱流体供給ライン１１４によって供給される加熱流体を用いて熱交換することによって、溶剤溶液を加熱する。加熱流体を、加熱流体排出ライン１１５を介して熱交換器１１３から排出する。加熱流体を、加熱ユニット１１６によって加熱できる。１つの実施態様において、加熱流体は蒸気であり、且つ加熱ユニット１１６はボイラーユニットである。
【００２７】
溶剤溶液から取り除かれた酸性ガスは、酸性ガス排出ライン１１７を介して再生装置１０８から排出される。リーンな溶剤溶液は、リーンな溶剤溶液排出ライン１１８を介して再生装置１０８から排出され、そして吸収ユニット１０１へと返送される。リーンな溶剤溶液は、熱交換器１１０において、リッチな溶剤溶液と熱交換し、リッチな溶剤溶液を冷却できる。当業者には理解できるとおり、酸性ガス捕捉システム１００は、エネルギーを浪費し、従って、加熱ユニット１１６によって供給される加熱流体の加熱に関連する費用がある。１つの実施態様において、加熱ユニット１１６は、既存の発電所のボイラーの容量からエネルギーを取得し、そのことが稼働費用を上昇させる。他の実施態様において、加熱ユニット１１６は、専用のボイラーユニットからエネルギーを取得し、そのことが設備費用および稼働費用を増加させる。さらに他の実施態様において、溶剤溶液を、天然ガスの燃焼から加熱することがあり、そのことが設備費用および稼働費用を増加させる。１つの実施態様において、再生に関連するエネルギー費用を、リボイラーデューティーによって測定できる。
【００２８】
先行技術の稼働条件下で、吸収装置１０１は、標準的な、または推奨される稼働パラメータの下で稼働される。標準的な、または推奨される稼働条件は、特定の量の酸性ガスを除去するために、平衡条件で連続的な稼働を確立するように予め決定されており、それを除去要件と称することもある。標準的な稼働パラメータは、限定されずに、生成ガスの温度、溶剤溶液の温度、溶剤溶液のガス質量流量に対する比、リボイラーデューティー、再生装置の圧力、および生成ガスの温度上昇を含む。
【００２９】
生成ガスの温度上昇、または正のガス温度差とは、本願内で使用される場合、溶剤溶液が初めにガス流と接触する位置付近での生成ガスの温度と、リーンな溶剤溶液の温度との間の差として定義され、この差は正である。リーンな溶剤溶液の温度は、生成ガス流と接触する前のリーンな溶剤溶液の温度と近い。リーンな溶剤溶液の温度を、生成ガス流と初めに接触する箇所の近くで測定してもよいし、または、生成ガス流と初めに接触する箇所から離れた箇所で測定してもよいが、ただし、それらの２つの温度がほぼ等しいという前提である。従って、ガス流と初めに接触する位置から離れた位置でのリーンな溶剤溶液の温度を測定するとは、リーンな溶剤溶液がガス流と初めに接触する前の任意の箇所でのリーンな溶剤の温度を測定することを意味すると解釈されるべきであり、そこでは、リーンな溶剤はガス流の成分を吸収しておらず、且つ、リーンな溶剤溶液の温度はガス流と初めに接触する温度に等しいか、または約１℃以内である。１つの実施態様において、ほぼ等しいとは、約１℃より少ないかまたは約１℃に等しいことを意味する。一般に、生成ガスの温度は、リーンな溶剤溶液の温度とほぼ同一であるか、またはそれにほぼ等しいことがある。生成ガスの温度およびリーンな溶剤溶液の温度は、互いに摂氏１度またはそれより少ない範囲内で、互いにほぼ等しいか、または非常に近いことがある。この温度差は、先行技術においては本質的に制御されず、且つ、正であれ負であれ、全ての温度差は、入ってくるガス流とのガス温度と、リーンな溶剤溶液の温度との間のランダムな温度ゆらぎの結果であると理解される。
【００３０】
先行技術において、従来の稼働は、気相と溶剤溶液との間の擬似的な熱平衡をもたらす。従って、気相はほぼ溶剤溶液の温度で吸収装置を出る。これに対し、意外なことに、正の生成ガスの温度上昇（即ち、温度がゼロより大きい）を用いて、吸収装置１０１を稼働させることによって、再生エネルギーを低減できることが判明した。他の実施態様において、本発明者らは、約５℃より大きい生成ガスの温度上昇を用いて吸収装置１０１を稼働させることによって、再生エネルギーを低減できることを見出した。他の実施態様において、意外なことに、本発明者らは、約１０℃より大きい生成ガスの温度上昇を用いて吸収装置１０１を稼働させることによって、再生エネルギーを低減できることを見出した。他の実施態様において、意外なことに、本発明者らは、約１５℃より大きい生成ガスの温度上昇を用いて吸収装置１０１を稼働させることによって、再生エネルギーを低減できることを見出した。さらに他の実施態様において、意外なことに、本発明者らは、約２０℃より大きい生成ガスの温度上昇を用いて吸収装置１０１を稼働させることによって、再生エネルギーを低減できることを見出した。さらに他の実施態様において、意外なことに、本発明者らは、約２５℃より大きい生成ガスの温度上昇を用いて吸収装置１０１を稼働させることによって、再生エネルギーを低減できることを見出した。さらに他の実施態様において、意外なことに、本発明者らは、約３０℃より大きい生成ガスの温度上昇を用いて吸収装置１０１を稼働させることによって、再生エネルギーを低減できることを見出した。ゼロより大きな生成ガスの温度上昇量は、特定の溶剤の特性に依存する。上昇される温度の範囲の最高数は、その点を超えると、特定の溶剤の特徴的な、酸性ガスを吸収するための容量が使い果たされるという点によって決定される。
【００３１】
生成ガスの温度上昇を実現するために、吸収装置内に熱源を供給する。酸性ガスが液相中に吸収される際に放出される熱から、熱を供給して生成ガスの温度を上昇させることができる。熱は、酸性ガス濃縮物として、液相中に解放される。追加的な熱は、酸性ガス混合物として解放され、且つ、液相中で反応する。熱が液相中に放出されるので、該液相は温度が上昇する。立ち昇る蒸気が、落ちてくる液体よりも冷たい場合、その熱のいくらかは気相へと移動し、気相の温度を上昇させ、それによって上方領域１０２において、特に吸収装置上部１０２ａ近傍において気相の温度が上昇する。
【００３２】
生成ガスの温度上昇を、吸収装置上部１０２ａ近くで生じる吸収および反応の量を増やすように、吸収塔の稼働条件および／または溶剤の化学的性質を操作することによって実現できる。上部の領域の液相温度が上昇し、従って生成ガスの温度も上昇する。制御システム２０１は、リーンな溶剤溶液および生成ガス流が吸収装置１０１内で最初に接触する箇所近傍での、リーンな溶剤溶液および生成ガス流の温度データを受信し、且つ、それに応じて、リーンな溶剤溶液の温度、溶剤溶液の再循環速度、および溶剤の水に対する比を含む稼働パラメータの１つまたはそれより多くを調整する。１つまたはそれより多くの稼働パラメータを、制御システム２０１を調整することよって自動的に調整してもよいし、または、制御システム２１０に伝えられる温度測定に応じて手動で調整してもよい。例えば、溶剤の再循環速度を、制御システムによって制御される循環ポンプによって調整してよい。
【００３３】
１つの実施態様において、溶剤溶液が熱を運搬する能力が高められる。溶剤溶液が比較的低い熱容量を有する場合、同じ量の放出熱に対してより大きな温度上昇を経る。第一の実施態様においては、溶剤溶液の成分の割合を操作することによってこれを実現できる。１つの実施態様においては、これを、溶剤の水に対する（溶剤／水）割合または比を操作することによって実現できる。他の実施態様においては、これを、アミン／水の比を操作することによって実現できる。例えば、ほとんどのアミンは水よりも低い熱容量を有し、従ってアミン／水の比を高めることにより、所定の量の放出熱に対しての温度上昇を改善する。従って、溶剤の水に対する比を修正する測定システムを制御し、それによって所望の熱容量、ひいては温度を実現するための比を制御している制御システム２０１によって、リーンな溶剤溶液の温度を変化させることができる。
【００３４】
１つの実施態様においては、約１５〜７０質量パーセント（質量％）のアミン／バランスさせる水（ｂａｌａｎｃｅ  ｗａｔｅｒ）の、アミン／水の割合を有する溶剤溶液を供給することによって、生成ガスの温度上昇を実現できる。この例についての、および本開示全体についての質量％は、ガスを含まないベースに基づく。他の実施態様においては、約１０〜４０質量％のモノエタノールアミン／水の割合を有する溶剤溶液が供給される。さらに他の実施態様においては、約３０〜６０質量％のメチルジエタノールアミン／水の割合を有する溶剤溶液が供給される。１つの例において、モノエタノールアミン／水の割合約２０質量％を用いて稼働するように設計された吸収システムにおいては、生成ガスの温度上昇は、約２０質量％より上、約３０質量％まで高めることによって実現される。
【００３５】
第二の実施態様においては、生成ガスの温度上昇を、所定のガス比に対する溶剤溶液の循環速度を低下させることによって実現できる。所定のガス比に対する循環速度が低下され、且つ、放出熱の量がほぼ一定のままであれば、液相温度は上昇する。１つの例においては、再循環速度が１分あたり約１０００ガロン（ｇｐｍ）で稼働するように設計された吸収システムにおいて、再循環速度を低下させる一方で、ほぼ同量の酸性ガスの除去を保持し、従って、ほぼ同量の熱を酸性ガス中で放出する一方、同量の熱を捕捉するためにより少ない液体を供給し、同じ量の酸性ガスを捕捉するために、より少ない液相が利用可能であり、溶剤溶液の温度上昇をもたらす。例えば、再循環速度を、約１０００ｇｐｍから約９００ｇｐｍに低下させてよい。
【００３６】
第三の実施態様において、生成ガスの温度上昇を、リーンな溶剤溶液の温度を推奨される標準稼働温度より上に高めることによって実現できる。１つの実施態様において、生成ガスの温度上昇を、リーンなアミンベースの洗浄液の温度を高めることによって実現できる。リーンな洗浄液の温度を高めることによって吸収装置の上方部分での液相温度が高まり、そのことにより吸収装置１０１に存在する生成ガスの温度が高まる。１つの実施態様においては、リーンな洗浄液の温度を約４９℃から約５２℃に高めることにより、吸収装置１０１全体の液相の温度が約９℃高まる。
【００３７】
本開示による１つの例においては、試験工場を稼働させ、約３０質量％のモノエタノールアミン（ＭＥＡ）、バランスさせる水の洗浄液を使用して、二酸化炭素を大気圧の合成煙道ガスから除去した。既存の装置および器具の制限の範囲内で、全てのランは同じ供給ガス流量、圧力、アミン濃度、リーンなアミン温度および二酸化炭素濃度を使用した。特定の溶剤流量について、再生エネルギーは、３つの度合い（９０％、７４％および６４％）の二酸化炭素の回収の１つが実現されるように調整された。実験結果を図２に要約する。
【００３８】
図２において理解されるように、リボイラーデューティー（回収された二酸化炭素１メートルトン（Ｔｏｎｎｅ）あたりのギガジュール（ＧＪ））によって測定されるとおり、ゼロより大きい生成ガスの温度上昇での吸収装置の稼働はエネルギーの必要量を減少させる。例えば、生成ガスの温度を約−２℃から約７℃に上げると、７４％の除去について、約０．１ＧＪ／Ｔｏｎｎｅの減少をもたらすことが理解できる。他の例においては、生成ガスの温度を約−１℃から約１６℃に上げると、６４％の除去について、約０．５ＧＪ／Ｔｏｎｎｅの減少をもたらすことが理解できる。
【００３９】
本発明の開示による他の例においては、水性のメチルジエタノールアミンピペラジンブレンドを使用して、石炭由来の煙道ガスから二酸化炭素を９０％回収するように設計された商業規模の従来のアミン単位のシミュレーションが実施された。先の例のとおり、供給ガスの条件、アミン濃度、およびリーンなアミンの温度は一定に保たれた。さらには、低温側の交換器の進入路（ａｐｐｒｏａｃｈ）は一定に保たれた。リボイラーデューティーは、特定のアミン循環速度に対して９０％の二酸化炭素の回収を実現するように調整された。循環は９０％の二酸化炭素の回収に限定された。シミュレーション結果を図３に示す。
【００４０】
図３において理解されるように、リボイラーデューティー（回収された二酸化炭素１ＴｏｎｎｅあたりのＧＪ）によって測定されるとおり、ゼロより大きい生成ガスの温度上昇での吸収装置の稼働は、エネルギーの必要量を減少させる。例えば、生成ガスの温度を約４℃から約２４℃に上げると、約０．６ＧＪ／Ｔｏｎｎｅの減少をもたらすことが理解できる。従って、先の２つの例によって理解できるとおり、生成ガスの高い温度上昇を用いて吸収装置を稼働すると、回収される二酸化炭素１トンあたりのエネルギー必要量が低減される。
【００４１】
図３から理解できるとおり、生成ガスの非常に高い温度上昇での稼働は、最終的には、再生エネルギーの必要量の急峻な上昇をもたらす。この例においては、横軸２６℃且つ縦軸約６．４ＧＪ／Ｔｏｎｎｅのところに位置するデータの点によって図３の右に示されるような、再生エネルギーの急峻な上昇は、二酸化炭素に対する水性のアミン溶剤の容量が有限であることによって引き起こされる。
【００４２】
本発明が様々な例示的な実施態様に関して記載される一方で、当業者には、様々な変更を行うことができ、且つ、本発明の範疇を逸脱することなく、その成分について同等のものを置き換えることができることが理解される。さらには、特定の状況または材料を、本発明の教示に適合させるために、本発明の本質的な範疇を逸脱することなく、多くの変更を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実行するために考えられるベストモードとして開示される特定の実施態様に限定されるわけではなく、本発明は添付の特許請求の範囲内に属する全ての実施態様を含むことが意図されている。
【図１】
2014505593.tif 000003
【図２】
2014505593.tif 000004
【図３】
2014505593.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月21日(2012.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流から酸性ガスを除去する方法であって、以下の段階
・  吸収塔（１０１）を提供する段階、
・  吸収塔（１０１）にガス流を供給する段階、
・  吸収塔に水性のアミン系溶剤溶液を供給する段階、
・  ガス流と溶剤溶液とを吸収塔内で接触させる段階、
・  溶剤溶液が初めにガス流と接触する位置近傍で、吸収塔（１０１）内の生成ガスの温度を測定する段階、
・  リーンな溶剤溶液が初めにガス流と接触する位置近傍で、リーンな溶剤溶液の温度を測定する段階、
・  リーンな溶剤溶液が初めにガス流と接触する位置から離れた位置でのリーンな溶剤溶液の温度の測定、溶剤溶液の再循環速度の測定、および溶剤の水に対する比の測定からなる、第一の設定の稼働パラメータの少なくとも１つを測定する段階、
・  再生装置（１０８）を提供する段階、
・  ガス流と接触した後の溶剤溶液を再生装置（１０８）に供給する段階、
・  再生装置（１０８）からの溶剤溶液を再沸騰させるためのリボイラー（１１６）を提供する段階、
・  リーンな溶剤溶液の温度および第一の設定の稼働パラメータの１つの、少なくとも１つを調整して、ゼロよりも大きい生成ガスの温度上昇をもたらす一方、リボイラーデューティーを低減し、そのことによってリボイラーの稼働のために必要とされるエネルギーを低減する段階（ここで、生成ガスの温度上昇とは、生成ガスの温度とリーンな溶剤溶液の温度との間の差である）、および、
・  生成ガス流を吸収塔（１０１）から排出する段階
を含む前記方法。
【請求項２】
生成ガスの温度上昇が、約５℃より大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
溶剤の水に対する比が、ゼロよりも大きい生成ガスの温度上昇をもたらすように調整される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
溶剤溶液の循環速度が、ゼロよりも大きい生成ガスの温度上昇をもたらすように調整される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
溶剤溶液の循環速度を低下させることによって、生成ガスの温度上昇が高められる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
リーンな溶剤溶液の温度を高めることによって、生成ガスの温度上昇が高められる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
生成ガスが、ＣＯ2が減損した煙道ガスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
吸収塔（１０１）から排出された生成ガス流が、供給されたガス流と比較してＣＯ2ガスが減損している、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
水性の溶剤溶液が、アミン系溶剤溶液である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
水性の溶剤溶液の再循環速度を減少させることにより、生成ガスの温度上昇を高める、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
リーンな水性の溶剤溶液の温度を高めることにより、生成ガスの温度上昇を高める、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
リーンな水性の溶剤溶液を使用してガス流から酸性ガスを除去するための装置（１００）であって、
・  吸収塔（１０１）、
・  リーンな水性の溶剤溶液を吸収塔（１０１）に導入するための第一の供給ライン（１０５）、
・  吸収塔（１０１）に導入されたリーンな溶剤溶液の温度を測定するための第一の温度測定装置、
・  吸収塔（１０１）にガス流を導入するための第二の供給ライン（１０４）、
・  リーンな溶液溶剤が初めにガス流と接触する位置近傍でのガス流の温度を測定するための第二の温度測定装置、
・  吸収塔（１０１）からの、酸リッチな溶剤溶液を受け容れ且つ酸性ガスを溶剤溶液から除去するための再生装置（１０８）、
・  再生装置（１０８）からの水性の溶剤溶液を再沸騰させるためのリボイラー（１１６）、
・  リーンな溶剤溶液の温度、およびリーンな水性の溶剤溶液が初めにガス流と接触する位置近傍でのガス流の温度をモニターして、生成ガスの温度を、その生成ガスの温度上昇がゼロより大きくなるように決定する制御システム（２０１）（生成ガスの温度上昇とは、生成ガスの温度とリーンな水性の溶剤溶液の温度との間の差である）
を含む前記装置。
【請求項１３】
さらに、測定されたリーンな溶剤溶液の温度およびガス流の温度に応じて、生成ガスの温度上昇がゼロよりも大きくなるように、リーンな溶剤溶液の温度、溶剤溶液の再循環速度、および溶剤の水に対する比の１つまたはそれより多くを調整するための手段を含む、請求項１２に記載の装置（１０１）。
【請求項１４】
生成ガスの温度上昇が、５℃より大きい、請求項１３に記載の装置（１０１）。
【請求項１５】
調整するための手段が、リーンな溶剤溶液の温度の制御（２０１）を含む、請求項１３に記載の装置（１０１）。
【請求項１６】
調整するための手段が、溶剤溶液の再循環速度の制御を含む、請求項１３に記載の装置（１０１）。
【請求項１７】
調整するための手段が、溶剤の水に対する比の制御を含む、請求項１６に記載の装置（１０１）。
【手続補正書】
【提出日】平成25年7月2日(2013.7.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流から酸性ガスを除去する方法であって、以下の段階
・  吸収塔（１０１）を提供する段階、
・  吸収塔（１０１）にガス流を供給する段階、
・  吸収塔に水性のアミン系溶剤溶液を供給する段階、
・  ガス流と溶剤溶液とを吸収塔内で接触させる段階、
・  溶剤溶液が初めにガス流と接触する位置近傍で、吸収塔（１０１）内の生成ガスの温度を測定する段階、
・  リーンな溶剤溶液が初めにガス流と接触する位置近傍で、リーンな溶剤溶液の温度を測定する段階、
・  リーンな溶剤溶液が初めにガス流と接触する位置から離れた吸収装置（１０１）内での位置でのリーンな溶剤溶液の温度の測定、溶剤溶液の再循環速度の測定、および溶剤の水に対する比の測定からなる、第一の設定の稼働パラメータの少なくとも１つを測定する段階、
・  再生装置（１０８）を提供する段階、
・  ガス流と接触した後の溶剤溶液を再生装置（１０８）に供給する段階、
・  加熱ユニット（１１６）を提供し、再生装置（１０８）からの溶剤溶液を、熱交換器（１１３）内で、加熱ユニット（１１６）からの加熱流体との熱交換関係によって加熱する段階、
・  リーンな溶剤溶液の温度および第一の設定の稼働パラメータの１つの、少なくとも１つを調整して、ゼロよりも大きい生成ガスの温度上昇をもたらし、そのことによって再生エネルギーを低減する段階（ここで、生成ガスの温度上昇とは、生成ガスの温度とリーンな溶剤溶液の温度との間の差である）、および、
・  生成ガス流を吸収塔（１０１）から排出する段階
を含む前記方法。
【請求項２】
生成ガスの温度上昇が、約５℃より大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
溶剤の水に対する比が、ゼロよりも大きい生成ガスの温度上昇をもたらすように調整される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
溶剤溶液の循環速度が、ゼロよりも大きい生成ガスの温度上昇をもたらすように調整される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
溶剤溶液の循環速度を低下させることによって、生成ガスの温度上昇が高められる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
リーンな溶剤溶液の温度を高めることによって、生成ガスの温度上昇が高められる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
生成ガスが、ＣＯ2が減損した煙道ガスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
吸収塔（１０１）から排出された生成ガス流が、供給されたガス流と比較してＣＯ2ガスが減損している、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
水性の溶剤溶液の再循環速度を減少させることにより、生成ガスの温度上昇を高める、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
リーンな水性の溶剤溶液の温度を高めることにより、生成ガスの温度上昇を高める、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
リーンな水性の溶剤溶液を使用してガス流から酸性ガスを除去するための装置（１００）であって、
・  吸収塔（１０１）、
・  リーンな水性の溶剤溶液を吸収塔（１０１）に導入するための第一の供給ライン（１０５）、
・  吸収塔（１０１）に導入されたリーンな溶剤溶液の温度を測定するための第一の温度測定装置、
・  吸収塔（１０１）にガス流を導入するための第二の供給ライン（１０４）、
・  リーンな溶液溶剤が初めにガス流と接触する位置近傍でのガス流の温度を測定するための第二の温度測定装置、
・  吸収塔（１０１）からの、酸リッチな溶剤溶液を受け容れ且つ酸性ガスを溶剤溶液から除去するための再生装置（１０８）、
・  熱交換器（１１３）に加熱流体を供給する再加熱ユニット（１１６）であって、熱交換器（１１３）にも供給される、再生装置（１０８）からの水性の溶剤溶液が再加熱される前記再加熱ユニット（１１６）、
・  生成ガスの温度上昇を決定するための、第一の温度測定装置および第二の温度測定装置と連係する制御システム（２０１）であって（生成ガスの温度上昇とは、生成ガスの温度とリーンな水性の溶剤溶液の温度との間の差である）、リーンな溶剤溶液の温度、溶剤溶液の再循環速度、および溶剤の水に対する比の稼働パラメータの１つまたはそれより多くを、測定された生成ガスの温度に応じて、生成ガスの温度上昇がゼロより大きくなるように保持するように稼働する前記測定システム
を含む前記装置（１００）。
【請求項１２】
吸収塔内での生成ガスの温度上昇が、５℃より大きい、請求項１１に記載の装置（１００）。
【請求項１３】
調整するための手段が、リーンな溶剤溶液の温度の制御（２０１）を含む、請求項１１に記載の装置（１００）。
【請求項１４】
調整するための手段が、溶剤溶液の再循環速度の制御を含む、請求項１１に記載の装置（１００）。
【請求項１５】
調整するための手段が、溶剤の水に対する比の制御を含む、請求項１４に記載の装置（１００）。
【国際調査報告】
2014505593.tif 000006
2014505593.tif 000007
2014505593.tif 000008