(57)【要約】  成分を供給ガス流から分離するための膜接触器は、ハウジングと、供給ガス流を第１の圧力で受容するための供給ガス入口および液体流を第２の圧力で受容するための液体入口と、ガス流の成分を反応させるための吸収剤を含有する液体と、スリップガス出口と、を備える。また、接触器は、第１の面でガス入口から入ってくる前記供給ガスと接触し、第２の面で液体入口から入ってくる液体と接触し、細孔チャネル内で気液界面を生成する、細孔チャネル、を備える複数の膜繊維を含む。ガス流の第１の圧力を液体流よりも高く維持することにより、液体が細孔チャネルを湿潤することが阻止され、ガス流の一部が、上昇した圧力によってスリップガスとして液体流中で気泡形成する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
成分を供給ガス流から分離するための膜接触器であって、
ハウジングと、
前記供給ガス流を第１の圧力で受容するための、前記ハウジングに結合された供給ガス入口ポートと、
液体の流れを第２の圧力で受容するための前記ハウジングの液体入口ポートであって、前記液体が前記ガス流の成分と反応するための吸収剤を含有する、液体入口ポートと、
細孔チャネルを有する複数の膜繊維であって、前記複数の繊維が、第１の面で前記ガス入口から入ってくる前記供給ガスと接触し、第２の面で前記液体入口から入ってくる液体と接触して、前記細孔チャネルに気液界面を生成する、複数の膜繊維と、
前記ハウジングのスリップガス出口と、を備え、
前記ガス流の前記第１の圧力を前記液体流の前記圧力よりも高く維持することにより、前記液体が前記細孔チャネルを湿潤することが妨げられ、
前記ガス流の一部が、前記上昇した圧力により、スリップガスとして前記液体流中で気泡形成する、膜接触器。
【請求項２】
供給ガス出口ポートおよび液体出口ポートをさらに備える、請求項１に記載の膜接触器。
【請求項３】
前記接触器の前記ハウジングが、前記複数の膜繊維を含有する本体と、前記供給ガス入口ポートを含む第１の接触器ヘッドと、前記供給ガス出口ポートを含む第２の接触器ヘッドと、を含む、請求項２に記載の膜接触器。
【請求項４】
前記液体流中の前記吸収剤が、Ｈ２ＳおよびＣＯ２と選択的に反応するアミン系化合物である、請求項１に記載の膜接触器。
【請求項５】
前記複数の膜繊維が、様々な直径の細孔チャネルを含み、前記ガスの前記第１の圧力は、気泡形成の大部分が相対的に大きい直径を有する前記細孔チャネル内で発生するレベルに維持されている、請求項１に記載の膜接触器。
【請求項６】
酸性ガス除去用のシステムであって、
供給ガス圧力が液体吸収剤圧力を超えるように維持され、スリップガスの一部が前記液体吸収剤を通って気泡形成することを可能にする複数の膜繊維を有する膜接触器と、
前記膜接触器に結合され、前記膜接触器を通る供給ガスの流れを提供する、供給ガス入口および出口ポートと、
前記膜接触器に結合された、前記膜接触器を通る液体吸収剤の流れを提供するための、液体流入口および出口ポートと、
前記接触器内の液体とスリップガスとの間の界面を制御して、複数の繊維を前記液体流に浸漬されたままにすることを確実にするための第１の制御弁と、
前記供給ガス出口ポートにおける前記供給ガスと同伴液体との間の界面を制御して、同伴液体のレベルが低いままであることを確実にするための第２の制御弁と、
前記気泡形成されたスリップガスを前記接触器から除去するためのスリップガス出口と、を備える、システム。
【請求項７】
第１のレベルセンサであって、接触にある前記液体と前記スリップガスとの間の前記界面を測定し、前記界面レベルを示す信号を前記第１のレベルセンサに伝達するように構成された、第１のレベルセンサと、
前記ガス出口ポートにおける前記供給ガスと同伴液体との間の前記界面を測定し、前記界面レベルを示す信号を前記第２の制御弁に伝達するように構成された第２のレベルセンサと、をさらに備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記スリップガス出口を通って出るスリップガスを加圧し、前記加圧されたスリップガスを前記膜接触器の前記ガス入口に戻すように再び方向付けするように適合された、前記スリップガス出口に結合されたブロワーをさらに備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
液相および気相を分離するように適合された、前記スリップガス出口に結合されたフラッシュドラムをさらに備え、前記スリップガス出口から出るスリップガスが、前記フラッシュドラムからフラッシングされたガスと合わせられる、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
分離された供給ガス成分と結合したアミンを含む液体吸収剤を受容し、熱を加えることによって前記アミンから前記ガス成分をストリッピング除去するように適合されたストリッパ部分を含む再生器をさらに備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項１１】
前記スリップガス出口から出たスリップガスが、前記再生器の前記ストリッパ部分からのストリッピング除去されたガス成分と合わせられる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
成分を供給ガス流から分離する方法であって、
細孔チャネルを有する複数の膜繊維を有する膜接触器の第１の側に、前記供給ガス流を第１の圧力で送給することと、
前記膜接触器の第２の側に、液体吸収剤流を第２の圧力で送給することと、
前記複数の膜繊維の前記細孔チャネルにおいて前記供給ガス流を前記液体吸収剤流と接触させて、前記供給ガス流から前記液体流中に成分を選択的に除去することと、を含み、
前記供給ガスの前記第１の圧力が、前記細孔チャネルの湿潤を阻止するために前記液体吸収剤の前記第２の圧力よりも高く、
前記供給ガスの一部が、前記上昇した供給ガス圧力の結果として、膜接触中の前記液体吸収剤を通って気泡形成する、方法。
【請求項１３】
前記膜接触器からのスリップガスを前記供給ガス流に戻すように再び方向付けすることをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記液体吸収剤が、前記供給ガス流からＨ２ＳおよびＣＯ２を選択的に除去するためのアミン系成分を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
膜接触内の液体レベルを制御して、前記複数の膜繊維が前記液体吸収剤流中に浸漬されていることを維持する、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分離に関し、特に、ガス成分を導入供給ガスから分離するための膜接触器システムおよび装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの石油化学プロセスでは、ガスは、環境中へ放出するには有害なガスが生成されるか、または経済的に、より有用なもしくは価値のある製品に変換することができる。一例としては、天然ガス流からの酸性ガス（硫化水素（Ｈ２Ｓ）および二酸化炭素（ＣＯ２））の除去がある。アミン吸収は、（他の用途のうち）ガス処理プラント内で酸性ガスを除去するために使用される一般的な方法である。この吸収は、選択されたアミンとガス分子との間の化学反応に基づいている。これらのプロセスは、ガスのスイートニングの際には効果的であるが、エネルギー集約的であり、コスト的に、設置面積が大きく、フラッディングや発泡による動作障害にさらされる。膜吸収プロセスは、膜接触面積と体積との比が大きく、除荷、フラッディングおよび発泡の影響を受けないために、魅力的な代替形態として提案されている。これらの利点にもかかわらず、膜接触器は、膜の細孔内で徐々に湿潤するため、吸収の信頼できる代替品とはまだ見なされていない。湿潤は、液体吸収剤が膜の細孔に部分的にまたは完全に浸透したときに発生する。湿潤すると、２つの相（ガスおよび液体）間の物質移動抵抗が大幅に増加し、この抵抗により、膜のどちらの面でも吸収剤と酸性ガスの間の反応速度が低下する。経時的に、細孔の湿潤により、通常、膜の性能が著しく低下する。いくつかの研究によれば、膜抵抗は、膜がわずかに湿潤したときでさえ、総物質移動抵抗が最大６０％になり得る（例えば、＜２％）。
【０００３】
これまでに、様々な膜接触器が提案されてきたが、程度の差はあっても、全ての膜接触器用途において湿潤が観察されている。湿潤を阻止および／または低減するために提案された方法は、膜表面改質、吸収膜選択、および膜形態の制御に注目されてきた。提供される解決法は特定の液体組成および膜形態に合わせて調整されているため、これらの方法は、膜接触器のための潜在的な用途を大幅に制限する場合があり、湿潤に対してより普遍的な解決法を提供するわけではない。提案されている別の技法は、湿潤を阻止するように設計された選択的上層を有する複合膜の使用である。しかし、高密度／保護層を追加すると、物質移動への耐性が高まり、最終的には動作圧力の要件が高くなる。
【０００４】
したがって、様々な用途に適合可能であり、その効果が細孔の湿潤によって逆に低下するようなことがない膜接触器を提供することは、有利である。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の実施形態は、成分を供給ガス流から分離するための膜接触器を提供する。膜接触器は、ハウジングと、ハウジングに結合されて、供給ガス流を第１の圧力で受容する供給ガス入口ポートと、液体の流れを第２の圧力で受容し、液体がガス流の成分と反応するための吸収剤を含有するためのハウジングの液体入口ポートと、を備える。膜接触器は、繊維の壁を通る細孔チャネルを有する複数の膜繊維と、第１の面でガス入口から入ってくる供給ガスと接触し、第２の面で液体入口から入ってくる液体と接触し、細孔チャネル内で気液界面を生成する、複数の膜繊維と、ハウジングのスリップガス出口と、をさらに含む。ガス流の第１の圧力を液体流の圧力よりも高く維持することにより、液体が細孔チャネルを湿潤することが阻止され、ガス流の一部が、上昇した圧力によってスリップガスとして液体流中で気泡形成する。また、膜接触器は、供給ガス出口ポートおよび液体出口ポートを含む。
【０００６】
いくつかの実施形態では、接触器のハウジングは、複数の膜繊維を含有する本体と、供給ガス入口ポートを含む第１の接触器ヘッドと、供給ガス出口ポートを含む第２の接触器ヘッドと、を含む。液体流中の吸収剤は、Ｈ２ＳおよびＣＯ２と選択的に反応するアミン系化合物であり得る。好ましくは、複数の膜繊維は、様々な直径の細孔チャネルを含み、ガスの第１の圧力が、相対的に大きい直径を有する細孔チャネル内で気泡形成する大部分が発生するレベルに維持されている。
【０００７】
また、本発明の実施形態は、酸性ガス除去用のシステムを含む。このシステムは、供給ガス圧力が液体吸収剤圧力よりも高く維持され、スリップガスの一部が液体吸収剤を通って気泡形成することを可能にする複数の膜繊維を有する膜接触器と、膜接触器に結合され、膜接触器を通る供給ガスの流れを提供する供給ガス入口および出口ポートと、膜接触器に結合され、膜接触器を通る液体吸収剤の流れを提供する液体流入口および出口ポートと、接触器内の液体とスリップガスとの間の界面を制御して、複数の繊維を液体流中に浸漬されたままにすることを確実にする第１の制御弁と、を備える。供給ガス出口ポートにおける供給ガスと同伴液体との間の界面を制御して、同伴液体のレベルを低いままにすることを確実にするための第２の制御弁、および気泡形成されたスリップガスを接触器から除去するためのスリップガス出口。
【０００８】
いくつかの実施形態では、システムは、接触している液体とスリップガスとの間の界面を測定し、界面レベルを示す信号を第１のレベルセンサに伝達するように構成された第１のレベルセンサと、ガス出口ポートにおける供給ガスと同伴液体との間の界面を測定し、界面レベルを示す信号を第２の制御弁に伝達するように構成された第２のレベルセンサと、を含む。
【０００９】
いくつかの実装形態では、このシステムは、スリップガス出口を通って出るスリップガスを加圧し、加圧されたスリップガスを膜接触器のガス入口に戻すように再び方向付けするように適合された、スリップガス出口に結合されたブロワーをさらに備える。他の実装形態では、スリップガス出口に結合されたフラッシュドラムは、液相と気相とを分離するように適合され、スリップガス出口から出たスリップガスは、フラッシュドラムからフラッシングされたガスと合わせられる。あるいは、スリップガスは、熱を加えることによってアミンからガス成分をストリッピング除去するストリッパ部分を含む再生器に経路付けされる。スリップガス出口から出たスリップガスは、再生器のストリッパ部分からストリッピング除去されたガス成分と合わせられ得る。
【００１０】
成分を供給ガス流から分離する方法の実施形態も提供される。この方法は、細孔チャネルを有する複数の膜繊維を有する膜接触器の第１の側に、供給ガス流を第１の圧力で送給することと、膜接触器の第２の側に、液体吸収剤流を第２の圧力で送給することと、複数の膜繊維の細孔チャネル内で供給ガス流を液体吸収剤流と接触させて、供給ガス流から液体流中に成分を選択的に除去することと、を含む。供給ガスの第１の圧力は、液体吸収剤の第２の圧力よりも高く設定され、細孔チャネルの湿潤を阻止し、上昇した供給ガス圧力の結果として、供給ガスの一部が、膜接触内の液体吸収剤を通って気泡形成する。
【００１１】
いくつかの実施形態では、方法は、スリップガスを膜接触器から供給ガス流に戻すように再び方向付けすることを含む。液体吸収剤は、供給ガス流からＨ２ＳおよびＣＯ２を選択的に除去するためのアミン系成分を含み得る。いくつかの実施態様では、複数の膜繊維が液体吸収剤流中に浸漬されることを維持するための、膜接触内の液体レベル。
【００１２】
これらおよび他の特徴は、添付の図面に関連して述べる本発明のある種の実施形態の添付の説明から理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態による膜接触器を採用するガス成分分離システムの概略図である。
【図２】本発明の実施形態による膜接触器の供給ガス側と液体側との間の細孔チャネルを示す概略図である。
【図３】本発明による膜接触器の実施形態の断面図である。
【図４】本発明によるガス成分分離システムの別の実施形態の概略図である。
【図５】本発明によるガス成分分離システムの別の実施形態の概略図である。
【図６】本発明による膜接触器と先行技術の接触器との経時的な膜接触器性能を比較するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本明細書に開示されている膜接触器装置およびシステムの実施形態は、液体吸収圧力を超える気相供給圧力を維持することにより、湿潤によってもたらされる問題に対処する。気相および液相の圧力を正確に制御することにより、湿潤を最小限に抑えるか、または部分的に阻止することができる。ガス供給圧力の上昇により、より大きい膜の細孔を通って液体吸収剤中でガスが気泡形成する場合があるが、この気泡形成は適切に取り扱うことができ、湿潤の低減または排除が気泡形成効果を上回り、全体的なプロセス性能が改善することがわかる。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態による膜接触器を採用する酸性ガス除去用の例示的なシステムの概略図である。システム１００では、酸性ガス（例えば、Ｈ２Ｓ、ＣＯ２）などの選択的に除去される成分を含む供給ガス流１０５は、膜接触器１１０に供給される。以下でより詳細に説明するように、膜接触は、供給ガス流１０５によって送給されるガス側と、液相流体流を含む吸収液側と、を含む。膜接触器１１０内のガス側と液体側は、微細な細孔を有する膜繊維によって分離されている。膜の細孔内で選択的な物質移動が起こり、それを通して酸性ガスが供給ガス流から除去される。
【００１６】
ここで、図２を参照して、この選択的物質移動プロセスを概略的に示す。細孔チャネル２０２、２０４、２０６、２０８を含む膜２００は、供給ガス２１０と吸収液体２２０との間に位置決めされる。液体吸収剤２２０には、細孔チャネル２０２、２０４、２０６、２０８の縁部にある供給ガス／液体界面で供給ガスの酸性成分と反応する１つ以上の化合物が含まれる。適切な化合物には、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）およびメチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）などのアミンが含まれる。図２に示す図では、膜材料は疎水性であり、膜チャネルの供給ガス側の圧力（Ｐｇ）は、液相側の圧力（ＰＬ）よりも高いレベルに設定および維持され、その結果、液体吸収剤は、細孔の縁部にのみ接触し、細孔チャネルの中には進入しない。このようにして、細孔湿潤は、液体吸収剤の中を通って気泡形成する供給ガスのいくらかの量を犠牲にして、阻止される。Ｐｇの通常の値は、酸性ガス濃縮について約２９ｐｓｉｇ、テールガス処理について２５ｐｓｉｇである。
【００１７】
細孔チャネルの直径は、約０．０２μｍ〜約２μｍの範囲であり得る。さらに、細孔チャネル幅は必ずしも繊維束内で均一ではなく、いくつかの実施形態では、細孔チャネル直径のばらつきが約０．０２μｍ〜約０．５μｍである膜を実装することが好ましい。例えば、図２に示すように、細孔チャネル２０４は、細孔チャネル２０２、２０６、および２０８よりも大きい直径を有する。以下でさらに説明するように、細孔チャネルサイズのばらつきは、ガス側の圧力を設定して、他の細孔よりもいくつかの（例えば、より大きい）細孔における気泡形成を促進する柔軟性を提供する。例えば、ガス圧は、相対的に広い細孔チャネルでは気泡形成の可能性が高くなるが、狭い細孔チャネルでは高くならないように設定することができる。このようにして、膜内の大きい細孔チャネルと小さな細孔チャネルの相対数を知ることにより、気泡形成（ガスのスリップ分）の量を推定することができる。
【００１８】
再度図１に戻ると、液体吸収剤によって酸が除去されたガスを含有する「スイートニングされた」ガス流は、膜接触器のガス出口ポートから出て、ガス流からの同伴液体をさらに収集するＫ−Ｏ−ドラム１１５に流れる。気相がスイートニングされると、それに対応して、液体はガスから吸収された酸性成分中で濃縮される。さらに、本発明の実施形態によれば、液体流は、ガス側圧力が上昇することにより、スリップガスと称される気泡形成して吸収されない相当量の供給ガスを含有する傾向がある。例えば、スリップガスを膜接触器に戻して再循環することができるように、液体吸収剤からガスを除去することが望ましい。この濃縮された液体流は、膜接触器の液体出口から出て、気液分離器であるフラッシュドラム１２０に流れ、液体流に同伴されている未溶解または非結合のガス（例えば、ＣＨ４、Ｃ２＋、およびＮ２）を除去する。フラッシュドラムの液相出口は、再生器１２５の再沸器部分に導かれる。再沸器では、約１００℃〜約１６０℃の温度で熱が加えられ、液体吸収剤から酸性ガスを煮沸除去する。このプロセスは、前に液体吸収剤と結合していたＨ２ＳおよびＣＯ２などの除去されたガス成分を効果的に除去する（ストリッピング除去する）。プロセス段階中に除去されたスリップガスのいくらかは、供給ガスの送給部に戻して再利用することができる。
【００１９】
上述のように、プロセスフローは、供給ガス圧力が液体圧力よりも高くなるように設計されている。膜接触器の液体出口に結合された液体循環ポンプ１３５を使用して、バイパスラインを制御することにより、流量および排出圧力を制御することができる。いくつかの実施態様では、遠心ポンプを液体循環ポンプとして採用することができる。供給ガス圧力（Ｐｇ）がプロセスの性質によって非常に低い場合（例えば、硫黄回収のテールガス中またはアミン再生器からの酸性ガス中で）、ブロワー１４０を使用して、ガスおよび液体の配管および容器内の任意の圧力損失を補償する一方で、液体圧力を超えるガス圧力を維持することができる。当業者は、液体ラインおよびガスラインについての圧力損失、上昇の影響などを推定して、膜接触器の全ての部分においてガス圧力が液体圧力を超えることを確実にする適切なブロワーサイズを決定することができる。
【００２０】
第１の液体レベルセンサ（ＬＴ１）１４２は、膜接触器１１０内の液体のレベルを測定するように構成された液体レベルセンサである。また、ＬＴ１の液体レベルは、膜接触器内の液体とスリップガスとの間の界面のレベルを示す。第１のレベル制御弁（ＬＣＶ１）１４４は、液体吸収剤とスリップガスとの間の界面を制御して、膜繊維の細孔を液体吸収剤に浸漬されたままにすることを保証にするように構成されている。第２の液体レベルセンサ（ＬＴ２）１５２は、膜接触器ヘッド（図１に示す）内の液体のレベル、したがって、接触器ヘッド内の同伴吸収剤とガスとの間の界面を測定する。第２の液体制御弁（ＬＣＶ２）１５４は、低い液体レベルを維持して、液体を液体循環ポンプ１３５に経路付けし、接触器の液体入口に液体を戻して再循環させるように構成されている。膜接触器ヘッド内の圧力は供給ガス圧力にあり、液体レベルを下げるためのポンプは必要ない。
【００２１】
図３は、本発明による膜接触器１１０の実施形態の断面図である。示すように、一般に、膜接触器は円筒形であり、長手方向軸線（Ｌ）に沿って細長いが、この形状は例示に過ぎず、接触器の設計はこの構成に限定されない。第１の接触器ヘッド３０５は、接触器の第１の長手方向端部に位置決めされている。第１の接触器ヘッドは、供給ガス送給部に接続されたガス入口ポート３０８を含む。第１の接触器ヘッドで囲まれた内部空間は、供給ガス圧力にある。通路は、接触器ヘッド３０５から、複数の膜繊維３１５が配置された接触器ハウジング３１０の内部に通じている。いくつかの実装形態では、示すように、繊維３１５は、接触器の長手方向軸線に沿って向きを定められている。接触器ヘッドからの通路は、繊維の管腔の中に通じ得る。接触器ハウジング３１０は、圧力下で、液体吸収剤が接触器を通って流れる液体入口ポート３２０と、ハウジングの反対側にある液体出口ポート３２５と、を含む。また、接触器ハウジング３１０は、上昇したガス圧力によって、液体吸収剤を通って気泡形成したガス用の流出経路を提供するスリップガス出口３３０を含む。第２の接触器ヘッド３３５は、第１の接触器ヘッド３０５とは反対の、膜接触器の第２の長手方向端部に位置決めされている。第２の接触器ヘッド３３５は、供給ガスの流れが膜接触器を出るガス出口ポート３４０と、供給ガスの流れに同伴されるようになる液体吸収剤用の液体同伴ドレイン３４５と、を含む。また、膜接触器は、乱流を誘発して物質移動を増進するためのバッフル（図３には示さず）を含み得る。
【００２２】
動作中、ガスは、ガス入口ポート３０８によって膜接触器に入り、膜繊維３１５内を移動し、ガス出口ポート３４０から出る。吸収剤は、液体入口ポート３２０から膜接触器に入り、液体出口ポート３２５から出る。膜繊維の管腔側に入るガスとは対照的に、液体は繊維の外側に入る。膜繊維区域内では、ガスおよび吸収剤が膜繊維の細孔内で接触している。酸性ガスは、選択的吸収剤によってガスから選択的に除去される。気相は液相よりも圧力が高いため、少量の供給ガスが、細孔から漏れることがある。スリップガスは、膜接触器の上部に移行する。液体レベル制御弁は、繊維が液体に浸漬されることを保証し、スリップガスの採取を可能にする。
【００２３】
スリップガスは、分離システムの仕様に応じて、様々な方法で再経路付けおよび再利用することができる。図１の実施形態では、スリップガスは、再生器１２５（図１に示す）のストリッパ区域からのストリッピング除去されたガスと合わせられる。図４に示す分離システム４００の代替実施形態では、分離システムは、膜接触器のスリップガス出口ポートに結合されたブロワー４０５を含むように修正されている。ブロワーにより、スリップガスは、戻りライン４１０を通って供給ガス入口へと押し出される。この実施形態は、入口圧力と出口圧力との間の圧力差が大きくない、例えば、約１〜約３０ｐｓｉである酸性ガス濃縮およびテールガス処理プロセスに特に適している。ある種の実施形態では、スリップガス組成が燃料ガス品質要件と一致する場合、スリップガスは、図５の修正されたシステム５００に示すように、ブロワー５０５を介して燃料ガスシステム５１０に経路付けすることができる。さらに、酸性ガス除去用途については、スリップガスは、フラッシュドラム１２０（図１）からのフラッシュガスと合わせることができる。
【００２４】
図６は、本発明による膜接触器と先行技術の接触器との経時的な膜接触器性能を比較するグラフである。グラフに示すように、本発明による膜接触器の効率は、膜繊維に浸透し、吸収剤との化学反応を受けないごく一部のガスのために、最初はより低い。しかし、経時的に、先行技術の接触器の効率は、細孔の湿潤により、ほぼ１００％から５０％にまで著しく低下する。対照的に、本発明の膜接触器は、湿潤を未然に阻止するために性能がわずかに低下し、最終的に約８０〜８５％の効率に達する。
【００２５】
以下の例は、膜接触器を、スリップ率がこれらの有効性にそれほど影響を与えないように、有利に使用することができる用途を示している。
【００２６】
例１：酸性ガス濃縮（ＡＧＥ）
例示的な様々な酸性ガス濃縮動作には、以下の組成を有する酸性ガス流を有する（Ｈ２Ｓ：２３％、ＣＯ２  ７５％、ＣＨ４  ０．５％、およびＨ２Ｏ  １．５％）。この動作の目標は、Ｈ２Ｓ含有量を少なくとも４０％まで上昇させるために、供給ガスをアミン（ＭＤＥＡ）系酸性ガス濃縮物にさらして、硫黄回収ユニット（ＳＲＵ）の仕様を満たすことである。以下の表１に、様々なスリップ率に対する濃縮率を示す。示すように、ＭＤＥＡおよび旧知のカラム接触器を含む従来の方法によって、Ｈ２Ｓの含有量を５２．６％に増加することができた。
【表１】
2021516605.tif 000002
【００２７】
上記のデータは、細孔の湿潤を阻止する目的の最大５パーセントのスリップ分がＨ２Ｓ濃縮を約３パーセントだけしか低減させないことを示す。さらに、４０％のＨ２Ｓ濃縮という目標を達成するために、スリップ率は２０％にも達することがある。したがって、本発明の膜接触器は、適度なスリップ率に比較的鈍感であるため、Ｈ２Ｓ濃縮プロセスに特に適している。濃縮プロセスについては、湿潤を阻止し、それによって長期にわたる接触器性能を向上させるという長期的な利益よりも、ガスのスリップ分によるコストを明らかに上回る。
【００２８】
例２：テールガス処理（ＴＧＴ）
テールガス処理は、本発明の膜接触器が特に適している別のプロセスである。例示的なテールガス処理では、以下の組成（Ｈ２Ｓ：７０％、ＣＯ２  ２９．９％、有機不純物１０００ｐｐｍ乾燥基準）を有する酸性ガス流は、硫黄回収ユニットに送られ、ここで９９％の硫黄回収が得られる。テールガスは水素化され、Ｈ２Ｓおよび共吸収されたＣＯ２は、硫黄回収ユニットに戻って再利用される。テールガスからＨ２Ｓを除去するための吸収剤は、ＣＯ２を共吸収して、適切なＨ２Ｓ除去を確実にすることができる。最小レベルのＨ２Ｓ（不活性（ＣＯ２＋Ｎ２）に対して約３１％）は、有機不純物（ベンゼン、トルエンなど）を完全に分解し、触媒コンバータの性能の低下を阻止するのに十分な高温を確実にするために必要である。表２は、様々なスリップ率で得られたＨ２Ｓ含有量を示す。
【表２】
2021516605.tif 000003
【００２９】
上の表のデータは、数パーセントのスリップ分によって細孔の湿潤を避け、Ｈ２Ｓ回収が十分に提供されていることを示す。スリップ分は１２％の高さにまで達する場合があり、通常の空気（非Ｏ２濃縮空気）動作では、Ｈ２Ｓ含有量を、依然として、不活性（ＣＯ２＋Ｎ２）に対してＨ２Ｓ３１％の望ましい値を超えて維持することができる。
【００３０】
本発明の膜接触器については、酸性ガス除去（ＡＧＲ）、酸性ガス濃縮（ＡＧＥ）、およびテールガス処理プロセス（ＴＧＴ）に適用されるものとして上述してきた。しかし、膜接触は、例えば、希薄油を用いたメタン／窒素分離およびバルク酸性ガス除去用の物理的溶媒を伴う分離を含む他の用途にも使用することができる。さらに、膜接触器の設計はモジュール式であるため、適切であればいつでも、接触器を追加して成分の分離を提供することができる。例えば、硫黄回収ユニットが故障した場合には、通常よりも多くのＨ２ＳおよびＣＯ２がテールガス中に存在する。この場合、１つ以上のさらなる接触器を使用して、テールガスを処理することができる。
【００３１】
本明細書において開示されるいずれの構造および機能の詳細も、システムおよび方法を限定するものとして解釈されるべきではなく、当業者に、方法を実施するための１つ以上の手法を教示する代表的な実施形態および／または構成として提供されることを理解されたい。
【００３２】
図面中の同様の数字が、幾つかの図を通して同様の要素を表わしており、図を参照して説明され、例示される全ての構成要素および／またはステップが、全ての実施形態または構成に必要とされている訳ではないことをさらに理解されたい。
【００３３】
本明細書において使用される専門用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書において使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに別のことを示している場合を除き、複数形も含むものと意図する。「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（備える）」および／または「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」という用語は、本明細書において使用される場合、記載される特徴、整数、ステップ、操作、要素、および／または構成要素の存在を明記しているが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素、および／またはこれらのグループの存在または追加を排除しないことをさらに理解されたい。
【００３４】
向きの用語は、本明細書においては、単に慣例および参照の目的で使用され、限定として解釈されるべきではない。しかしながら、これらの用語は、見る人を基準にして使用される可能性があることを認識されたい。したがって、限定が含意されることもなく、推測されることもない。
【００３５】
また、本明細書において使用される表現および専門用語は、説明目的のものであり、限定として見做されるべきではない。本明細書における「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、または「ｈａｖｉｎｇ（有する）」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ（包含する）」、「ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ（伴う）」、およびこれらの変形の使用は、これらに続いて列挙されるアイテム、およびこれらの均等物、ならびに追加アイテムを包含することを意味する。
【００３６】
本発明は、例示的な実施形態を参照して説明されてきたが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱しない限り、様々な変更を行なうことができ、均等物を実施形態の要素の代わりに用いることができることを理解できるであろう。さらに、当業者であれば、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに、特定の機器、状況、または材料を本発明の教示に適合させるための多くの変形を理解するであろう。したがって、本発明は、本発明を実施するために想到される最良の形態として開示される特定の実施形態に限定されることがなく、本発明は、添付の特許請求の範囲に収まる全ての実施形態を含むことが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年1月14日(2020.1.14)
【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】
酸性ガス除去用のシステムであって、
供給ガス圧力が液体吸収剤圧力を超えるように維持され、スリップガスの一部が前記液体吸収剤を通って気泡形成することを可能にする複数の膜繊維を有する膜接触器と、
前記膜接触器に結合され、前記膜接触器を通る供給ガスの流れを提供する、供給ガス入口および出口ポートと、
前記膜接触器に結合された、前記膜接触器を通る液体吸収剤の流れを提供するための、液体流入口および出口ポートと、
前記接触器内の液体とスリップガスとの間の界面を制御して、複数の繊維が前記液体流に浸漬されたままにすることを確実にするための第１の制御弁と、
前記供給ガス出口ポートにおける供給ガスと同伴液体との間の界面を制御して、同伴液体のレベルが低いままであることを確実にするための第２の制御弁と、
第１のレベルセンサであって、前記接触器内の前記液体と前記スリップガスとの間の前記界面を測定し、前記界面レベルを示す信号を前記第１のレベルセンサに伝達するように構成された、第１のレベルセンサと、
前記ガス出口ポートにおける前記供給ガスと同伴液体との間の前記界面を測定し、前記界面レベルを示す信号を前記第２の制御弁に伝達するように構成された第２のレベルセンサと、
前記気泡形成されたスリップガスを前記接触器から除去するためのスリップガス出口と、
前記スリップガス出口を通って出るスリップガスを加圧し、前記加圧されたスリップガスを前記膜接触器の前記ガス入口に戻すように再び方向付けするように適合された、前記スリップガス出口に結合されたブロワーと、を備える、システム。
【請求項２】
液相と気相とを分離するように適合された前記スリップガス出口に結合されたフラッシュドラムをさらに含み、前記スリップガス出口から出たスリップガスが、前記フラッシュドラムからフラッシングされたガスと合わせられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
分離された供給ガス成分と結合したアミンを含む液体吸収剤を受容し、熱を加えることによって前記アミンから前記ガス成分をストリッピング除去するように適合されたストリッパ部分を含む再生器をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記スリップガス出口から出たスリップガスが、前記再生器の前記ストリッパ部分からのストリッピング除去されたガス成分と合わせられる、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
成分を供給ガス流から分離する方法であって、
細孔チャネルを有する複数の膜繊維を有する膜接触器の第１の側に、前記供給ガス流を第１の圧力で送給することと、
前記膜接触器の第２の側に、液体吸収剤流を第２の圧力で送給することであって、前記第２の圧力は、第１の圧力よりも低く、供給ガス気泡がスリップガスとして前記液体吸収剤を通って移動する、送給することと、
前記複数の膜繊維の前記細孔チャネルにおいて前記供給ガス流を前記液体吸収剤流と接触させて、前記供給ガス流から前記液体流中に成分を選択的に除去することと、
前記膜細孔チャネルから出現するスリップガスを、前記供給ガス流中の前記膜接触器の前記第１の側に戻すように再び方向付けすることと、を含む、方法。
【請求項６】
前記液体吸収剤が、前記供給ガス流からＨ２ＳおよびＣＯ２を選択的に除去するためのアミン系成分を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
膜接触内の液体レベルを制御して、前記複数の膜繊維が前記液体吸収剤流中に浸漬されていることを維持する、請求項５に記載の方法。
【国際調査報告】
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