(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素反応体の部分酸化から発生される原料のままの合成ガスに含まれているＨ2  Ｓ、ＣＯＳおよびＣＯ2を含んでいる酸性ガスの分離、回収および利用のための統合された一体方法において、
（ａ）原料のままの合成ガスから酸性ガスの少なくとも１部分を選択的に吸収しかつ除去しそして純化された合成ガスを発生させるために第１の酸性ガス除去器において原料のままの合成ガスを第１の液体溶媒と接触させ、
（ｂ）ＣＯ2を選択的に除去しかつ第１のＣＯ2の豊富な窒素ガス状混合物とＨ2  Ｓ、ＣＯＳおよびＣＯ2を含んでいる第１の溶媒残留物とを発生させるために第１の液体溶媒をＣＯ2除去器に挿入する前にその液体溶媒の圧力を低減させ、そしてＣＯ2除去器においてＮ2で第１の液体溶媒を除去することにより第１の液体溶媒からＣＯ2を選択的に除去し、
（ｃ）硫黄値を回収するためにＨ2  ＳおよびＣＯＳを含んでいる第１の溶媒残留物を純化し、
（ｄ）Ｈ2  ＳおよびＣＯＳを除去しかつ純化されたＣＯ2の豊富な窒素ガス状混合物とＨ2  ＳおよびＣＯＳを含んでいる第２の溶媒残留物とを発生させるために第２の酸性ガス除去器において第１のＣＯ2の豊富な窒素ガス状混合物を第２の液体溶媒と接触させることにより第１のＣＯ2の豊富な窒素ガス状混合物を純化し、
（ｅ）動力を発生させるため純化されたＣＯ2の豊富な窒素ガス状混合物を圧縮させることなくガスタービンに導入させ、純化されたＣＯ2の豊富な窒素ガス状混合物を純化された合成ガスと接触させかつ該合成ガスの燃焼中に調整剤として作用させることを特徴とする酸性ガスの分離、回収および利用方法。
【請求項２】
工程（ｂ）のＣＯ2除去処理前に第１の液体溶媒のＣＯ2およびＨ2  Ｓ含有量の一部をフラッシュさせることを特徴とする請求項１に記載の酸性ガスの分離、回収および利用方法。
【請求項３】
フラッシュさせたＣＯ2およびＨ2  Ｓを工程（ａ）より前に原料のままの合成ガスと接触させることを特徴とする請求項２に記載の酸性ガスの分離、回収および利用方法。
【請求項４】
原料のままの転化された合成ガスの第１の別個の流れと原料のままの転化されていない合成ガスの第２の別個の流れに含有されているＨ2  Ｓ、ＣＯＳおよびＣＯ2を含んでいる酸性ガスの分離、回収および利用のための統合された一体方法において、
（ａ）原料のままの転化された合成ガスから酸性ガスを選択的に吸収しかつ除去しそして第１の酸の豊富な溶媒と酸性ガスを激減させた転化された合成ガスとを発生させるために原料のままの転化された合成ガスを液体溶媒と接触させ、
（ｂ）原料のままの転化されていない合成ガスから酸性ガスを選択的に吸収しかつ除去しそして純化された転化されていない合成ガスと第２の酸の豊富な溶媒とを発生させるために原料のままの転化されていない合成ガスを第１の酸の豊富な溶媒と接触させ、
（ｃ）スイートな転化された合成ガスと第１のＣＯ2の豊富な溶媒とを発生させるために酸性ガスを激減させた転化された合成ガスを第１のＣＯ2吸収溶媒と接触させ、
（ｄ）第１のＣＯ2の豊富な窒素ガス状混合物と第１の再生されたＣＯ2吸収溶媒とを発生させるために第１のＣＯ2の豊富な溶媒をＮ2ガスで除去することにより第１のＣＯ2の豊富な溶媒からＣＯ2を選択的に除去し、
（ｅ）動力を発生させるために第１のＣＯ2の豊富な窒素ガス状混合物を圧縮させることなくガスタービンに導入し、純化された転化されていない合成ガスの燃焼中に調整剤として作用させるために第１のＣＯ2の豊富な窒素ガス状混合物を純化された転化されていない合成ガスと接触させ、
（ｆ）第２のＣＯ2の豊富な窒素ガス状混合物と第１のＨ2  Ｓの豊富な溶媒とを発生させるために第２の酸の豊富な溶媒をＮ2ガスで除去することにより第２の酸の豊富な溶媒からＣＯ2を選択的に除去し、
（ｇ）第２のＣＯ2を豊富な窒素ガス状混合物を原料のままの転化されていない合成ガスと接触させることを特徴とする酸性ガスの分離、回収および利用方法。
【請求項５】
第１のＣＯ2の豊富な溶媒の第１部分を工程（ａ）における原料のままの転化された合成ガスと接触させるために使用することを特徴とする請求項４に記載の酸性ガスの分離、回収および利用方法。
【請求項６】
第１のＣＯ2の豊富な溶媒の第２部分を工程（ｂ）における原料のままの転化されていない合成ガスと接触させるために使用することを特徴とする請求項４に記載の酸性ガスの分離、回収および利用方法。
【請求項７】
ガス状Ｈ2  Ｓと第１の再生されたＨ2  Ｓ吸収溶媒とを発生させるためＨ2  ＳをＨ2  Ｓ除去器において第１のＨ2  Ｓの豊富な容媒から除去することを特徴とする請求項４に記載の酸性ガスの分離、回収および利用方法。
【請求項８】
第１の再生されたＨ2  Ｓ吸収溶媒を工程（Ｃ）におけるスイートな転化された合成ガスと接触させるために使用することを特徴とする請求項７に記載の酸性ガスの分離、回収および利用方法。
【請求項９】
工程（Ｃ）からのスイートな転化された合成ガスがスイートな転化された合成ガスから水素を抽出する圧力揺動吸収を受けるか又は他の水素抽出方法を受けることを特徴とする請求項４に記載の酸性ガスの分離、回収および利用方法。
【請求項１０】
Ｈ2  Ｓが硫黄値を回収するために処理されることを特徴とする請求項７に記載の酸性ガスの分離、回収および利用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は動力を発生させるためにガスタービンにおいて燃料として使用され得る化学合成ガスまたは合成ガスを生成させるために炭化水素燃料がガス化器中で部分的に酸化されるガス化動力発生装置に関するもので、より詳しくはＣＯ2に関する値を維持しながら合成ガスおよび動力発生用の他のガスからＨ2  ＳおよびＣＯＳを選択的に除去する方法に関するものである。本発明は合成ガスの水素含有量からＣＯ2を除去するための方法に関するものでもある。
【０００２】
【従来の技術】
Ｈ2  ＳおよびＣＯＳは一般的には合成ガスが発生器を駆動しかつ動力を発生させるためにガスタービン中で高圧燃料ガスとして燃焼される前に炭化水素燃料の部分酸化により発生される合成ガスから除去される。１つの技術はジャンケ氏等に付与された米国特許第５３４５７５６号明細書に開示されるように、液体溶媒による物理的または化学的吸収を使用している。合成ガスからＨ2  ＳおよびＣＯＳを除去するための方法において、ＣＯ2のごとき他の酸性ガスはＨ2  ＳおよびＣＯＳとともに望ましくなく除去される。ＣＯ2がガスタービン中で膨張されるとき高圧燃料ガス中のＣＯ2の存在が動力を発生するため、ＣＯ2の保持が望まれている。
【０００３】
水素は炭化水素燃料の部分酸化によって生成される合成ガスの成分である。合成ガスは使用前に純化される。フォング氏等に付与された米国特許第５１５２９７５号明細書参照。かかる純化の工程は水素の流れ中に存在するＣＯ2が純化の前に水素から除去され得るならば効率的である。
【０００４】
所望のＣＯ2放出限界を達成するために、約９７％のＨ2  Ｓ＋ＣＯＳが代表的にはクラウス装置中で単純な硫黄として除去されかつ回収されねばならない。
【０００５】
物理的溶媒から同時吸収されたＣＯ2を取り除くためにＮ2を使用する従来の試みは高圧であるか、実質上Ｈ2  Ｓ吸収と同一の圧力であるか、または実質上大気圧であった。取り除きガスの条件は圧力と直接比例して増加するため、増加されたＮ2の量を高圧に圧縮することはＮＨ3が生成されかつＮ2の圧縮がすでに必要とされている場合においてのみ実用可能であると考えられていた。
【０００６】
クラウス装置の酸性ガス供給を高めるためのＮ2の除去段階は従来から使用されていた。１つの方法において、この方法は実質上大気圧で作動しかつＨ2  Ｓ再吸収器部分により上方に配置された底部ＣＯ2除去部分を含んでいる。作動においてこの方法は溶媒から多少のＣＯ2を取り除くためにＮ2を使用する。除去されたＣＯ2中のＨ2  ＳはＨ2  Ｓの約１０ｐｐｍの許容量を含有するＮ2＋ＣＯ2の通気流れを付与するためにＨ2  Ｓ溶媒により再吸収される。低圧での作動は圧力と直接比例するＮ2除去ガス要件を最小にするが、しかし作動圧力と逆比例するＨ2  Ｓを再吸収するために必要とされる溶媒の流れを増加させる。再吸収の溶媒の流れは一般に再発生用の主吸収溶媒に添加される。その結果として、濃縮さたクラウスＨ2  Ｓ流れを得るために低圧力で除去するＮ2は再発生溶媒流れが過剰でありかつ禁止溶媒再発生流れおよび冷凍条件を生じるため魅力的でない。また、窒素除去ガスに沿って除去された二酸化炭素は大気に通気されかつ燃焼タービン中の動力発生に寄与しない。
【０００７】
選択的な酸性ガス除去方法は最小量のＣＯ2をを同時に吸収しながら実質上すべてのＨ2  Ｓを吸収することが要求されている。最小量のＣＯ2除去はクラウス装置の資本および運転コストを最小にするためにクラウス装置の濃縮されたＨ2  Ｓ供給を得るのに必要とされる。ＣＯ2の同時吸収はクラウスＨ2  Ｓ供給を希釈するだけでなく、それはまた、統合されたガス化結合サイクル（ＩＧＣＣ）動力発生熱効率を減少する。高圧燃料ガス中のＣＯ2はこのＣＯ2がガスタービン中で膨張されるとき動力を発生するので、Ｈ2  ＳとＣＯ2の除去はその動力発生潜在能力を失う。
【０００８】
問題は利用し得る酸性ガス除去方法が十分に選択的でなくかつ顕著なＣＯ2を同時吸収するということにある。ポリエチレングリコールおよびＮメチルピロリドンからなる混合されたジアルキルエーテルのごとき、最も選択的な物理的溶媒は溶媒の流れが実質上すべてのＨ2  Ｓを除去するように設定されるとき１５％を超えるＣＯ2を同時吸収する。これは、結果として通常のクラウス装置において処理され得ない非常に薄い酸性ガスを生じる。商業上の実施において、クラウス供給を２５％Ｈ2  Ｓまで増加させるために高価なＨ2  Ｓの選択的なアミン予備濃縮が使用されている。同様にこの濃縮では純化が非常に高価となる。
【０００９】
ニコラス氏等に付与された米国特許第４２４２１０８号明細書は、Ｈ2  Ｓ吸収器、ＣＯ2吸収器、Ｈ2  Ｓ除去器および２つのＣＯ2除去器を利用する方法によって濃縮されたクラウスＨ2  Ｓ供給ガスを得る問題を解決している。この方法はＨ2  Ｓ吸気器の底部の溶媒を加熱しかつこの溶媒をＨ2  Ｓ吸収器と実質上同一圧力で運転している高圧ＣＯ2除去コラムに供給し、そして高圧のＣＯ2なしの不活性ガスとともに同時吸収されたＣＯ2を除去することを含んでいる。ニコラス氏等は空気分離ユニットからの高圧Ｎ2を使用する可能性を示しているけれども、このＮ2使用の開示はＮＨ3の用途に制限され、ＮＨ3合成ガスを作るために酸性ガス除去後にＮ2が圧縮されねばならずかつＨ2に加えられねばならない。この用途は単に有益な作用のために除去器を通して必要なＮ2の一部分を送り、そしてＣＯ2がＮＨ3合成におけるような生成ガスから拒絶される状況に限定されている。この方法による大きな問題はフラッシュされた後に通気されるＣＯ2の損失および第２のＣＯ2除去器からのＣＯ2およびＨ2の損失である。
【００１０】
ガルシュトーン氏等に付与された米国特許第４５６８３６４号明細書はガスタービンの正味動力の増加を生じさせることにより過剰な空気圧縮を減じるためにガスタービン用の燃料ガスに二酸化炭素を加える利点を開示している。また、最終硫化水素除去後に許容し得る濃縮された硫化水素クラウス供給ガスを得るために硫化水素負荷溶媒から同時吸収された二酸化炭素を除去するのに窒素を使用する低硫黄石炭ガス化用途における利点が記載されている。しかしながら、ガルシュトーン氏等の方法は、燃料ガスに対する二酸化炭素の添加と濃縮されたクラウス硫化水素供給ガスを得るための窒素除去の使用との結合された利点を得るために水素を発生する隣接する運転の選択的な硫化水素／二酸化炭素物理的溶媒酸性ガス除去装置を使用することに依存している。ガルシュトーン氏等は隣接する水素プラント二酸化炭素除去工程から二酸化炭素負荷溶媒を使用することにより燃料ガス流に二酸化炭素を運び入れている。ガルシュトーン氏等は硫化水素負荷溶媒から燃料ガスに窒素によりフラッシュされるか、または除去された同時吸収の二酸化炭素を回収するものではない。また、ガルシュトーン氏等は二酸化炭素が行うタービン運転中において同じ利点を発生するために燃料ガスの除去に使用された窒素を回収するものではない。ガルシュトーン氏等の窒素除去器の廃液は硫化水素で必然的に汚染されるため、大気へ放出させることができない。それゆえ、ガスは含有された硫化水素が回収のために再び吸収される隣接の二酸化炭素除去器に送られる。
【００１１】
両方ともヘガーティ氏に付与された米国特許第４９５７５１５号および同第５２４０４７６号明細書は動力回収を最大にするためにガスタービンに供給する合成ガスのＣＯ2含有量を維持しながら、クラウスユニットに供給する濃縮されたＨ2  Ｓを得る問題に対する解決策を提案している。ヘガーティ氏はＨ2  Ｓのない燃料ガスに再循環させるため豊富な物理的溶媒から同時吸収されたＣＯ2を除去するために圧力下で少量のＮ2を使用している。
【００１２】
ヘガーティ氏の両特許において、Ｈ2  Ｓ吸収器の底部から出る約５００ｐｓｉａでのＨ2  ＳおよびＣＯ2の豊富な溶媒は約９０ｐｓｉａに圧力を減少させてタービンを駆動するのに使用され、その後溶媒は７８ｐｓｉａで運転されているＣＯ2除去器中でＮ2を使用してＣＯ2が除去される。ＣＯ2除去器からのガスは再循環されるが、Ｈ2  Ｓ負荷溶媒はＨ2  Ｓ除去器に送られる。ヘガーティ氏の米国特許第５２４０４７６号明細書において、ＣＯ2の豊富なガスは再圧縮され、そしてＨ2  Ｓ除去器に直接送られる。ヘガーティ氏の米国特許第４９５７５１５号明細書において、再圧縮工程は第２のＨ2  Ｓ吸収器におけるＨ２  Ｓの再吸収と取り替えられている。ＣＯ2の値は溶媒中に吸収されそして溶媒はＨ2  Ｓ吸収器に再循環され、Ｈ2  Ｓで汚染された窒素除去ガスは大気に放出される。ＣＯ2除去器において使用された窒素もまた大気に放出される。
【００１３】
これらの方法はＨ2  Ｓ吸収器に再循環させるＣＯ2の豊富なガスを７８ｐｓｉａから５００ｐｓｉａに再圧縮するのに必要なエネルギの損失を負うと共に、大気にＮ2を放出させる欠点がある。
【００１４】
必要とされるのは、ＣＯ2の値を維持しそして過剰な圧力変化を要求することなく、加熱または冷凍工程を必要としない濃縮されたＨ2  Ｓクラウスユニット供給を生じさせる純化方法である。
【００１５】
【発明の概要】
本発明は原料のままの合成ガスからＨ2  Ｓ、ＣＯＳおよびＣＯ2のごとき酸性ガスを除去する方法である。Ｈ2  ＳおよびＣＯＳは濃縮されかつ別個に回収される。別個に回収されたＣＯ2はガスタービン中において純化された合成ガスにより調整剤として使用される。本方法は液体溶媒での吸収によって原料のままの合成ガスからＨ2  ＳおよびＣＯ2を分離し、窒素により溶媒を除去することにより同時吸収されたＣＯ2を除去し、溶媒からＨ2  ＳおよびＣＯ2を分離しそしてＨ2  ＳおよびＣＯ2から硫黄を回収することからなっている。ＣＯ2のエネルギ値およびＮＯxを減少する希釈剤としてのその値はガスタービン中において純化された合成ガスの燃焼中に調整剤としてＣＯ2を使用することによって回収される。
【００１６】
【発明を実施するための最良の形態】
本発明は合成ガスが発生器を駆動しかつ動力を発生するためにガスタービン中で燃料として燃焼される前に合成ガスからＨ2  ＳおよびＣＯＳのごとき酸性ガスを除去するための方法に関するものである。Ｈ2  ＳおよびＣＯＳは合成ガスから望ましくない汚染物質として除去されるが、ＣＯ2のような他の酸性ガスはガスタービンに供給される燃料流れに保持される。
【００１７】
１実施例において、ＣＯ2損失は合成ガスから酸性ガスを除去するために酸性ガス用の溶媒の使用により、その後の吸収されたＣＯ2の溶媒を除去するために、３００ｐｓｉｇ、±１００ｐｓｉｇ、好ましくは３００ｐｓｉｇ±５０ｐＳｉｇでの中間圧力でのＮ2の使用によって非常に低いレベルに減少される。
【００１８】
清浄な溶媒は蒸気再沸騰によるＨ2  Ｓの除去によって再び発生されかつ再循環される。ＣＯ2と幾らかのＨ2  Ｓとを含有している窒素流れが清浄な溶媒により洗浄される。窒素とＣＯ2とからなるＨ2  Ｓの無い流れが燃焼タービン中で使用される。Ｈ2  Ｓはさらに処理するためにクラウス装置に送られる。
【００１９】
本発明はまた炭化水素燃料の部分酸化により発生された水素からおよび転化された合成ガスを形成するためのその後の転化変換からＣＯ2を除去するための作動工程からなっている。
【００２０】
炭化水素燃料が約１０００ｐｓｉｇ±３００ｐｓｉｇ、好ましくは約１０００ｐｓｉｇ±１５０ｐｓｉｇの圧力でガス化反応器またはガス化器から化学合成ガスまたは合成ガスを発生するために部分的に酸化されるガス化動力装置において、ガス化器中に存在している原料のままの合成ガスは主としてＨ2，ＣＯ，ＣＯ2，Ｈ2Ｏを含み、そして少ない量でＮ2，Ａｒ，Ｈ2  Ｓ，ＣＯＳ，ＣＨ4，ＮＨ3，ＨＣＮ，ＨＣＯＯＨを含んでいる。環境問題はガスタービン中で燃焼される合成ガスからＨ2  ＳおよびＣＯＳの除去を要求している。
【００２１】
合成ガスからＨ2  ＳおよびＣＯＳを除去することにおいて、クラウス装置に送られるＨ2  Ｓ流れの希釈を回避するためにＣＯ2のような他の酸性ガスの除去を最小にしかつガスタービンに送られるＣＯ2の量を最大にすることが所望されている。ガスタービンに対してＣＯ2を増加させることはＣＯ2がガスタービンにおいて膨脹される時に発生される動力を増加し、同時に燃焼炎温度を低下することにより窒素酸化物（ＮＯx）の形成を最小にする。
【００２２】
この分離は酸性ガス回収ユニットに合成ガスを送ることによって達成され、酸性ガス回収ユニットにおいては合成ガスがＨ2  Ｓの除去用の液体溶媒を使用する第１のＨ2  Ｓ吸収器内で処理される。第１のＨ2  Ｓ吸収器中の高圧が溶媒循環を減少するけれども、顕著な量のＣＯ2も第１のＨ2  Ｓ吸収器中のＨ2  Ｓ溶媒によって除去される。「豊富な溶媒」として記載されている酸性ガス溶媒中に吸収されたＣＯ2を回収するために、豊富な溶媒は加熱され、そしてその圧力はＣＯ2を脱離させるために約３００ｐｓｉｇに低減される。
【００２３】
フラッシュ溶媒は追加のＣＯ2を除去するためにＮ2除去器に送られる。３００ｐｓｉｇで、脱離されたＣＯ2と除去された窒素はＮＯxを制御しかつ動力出力を増加させるために希釈剤としてさらに他の圧縮なしにガスタービンに送られ得る。希釈剤Ｎ2はそのために空気分離ユニットから通常発生されかつ所定の圧力で除去するために容易に利用し得る。
【００２４】
少量のＨ2  ＳはＮ2除去器中でＣＯ2とともに除去されるため、除去されたＨ2  Ｓは、第２のＨ2  Ｓ吸収器中でＮ2から再び吸収される。
【００２５】
この説明を通して理解すべきことは、Ｈ2  Ｓの除去は他の方法で特定されないかぎりＣＯＳの除去をも包含しているということである。
【００２６】
本発明の１実施例によれば、吸収されたＣＯ2の酸性ガス溶媒を除去するために中間の圧力でＮ2を使用することによりＣＯ2の除去は非常に低いレベルまで減少される。
【００２７】
図１に関し、２００°Ｆ±１２５°Ｆ、代表的には１５０°Ｆ±５０°Ｆの温度でかつ１５００ｐｓｉｇ±１０００ｐｓｉｇ，代表的には１１００ｐｓｉｇ±４００ｐｓｉｇの圧力で、主としてＨ2，ＣＯ，ＣＯ2およびＨ2  Ｓを含んでいるサワーな転化されていない化学合成ガスまたは合成ガス４は約９０°Ｆ±５０°Ｆ、代表的には１１０°Ｆ±１０°Ｆの温度に冷却されている熱交換器５に入り、そして流れ６として出る。用語「サワー」は硫黄を含有している合成ガスに関するもので、これに反して用語「スイート」は硫黄含有量が除去された合成ガスに関するものである。
【００２８】
冷却された転化されていないサワーな合成ガスの流れ６は約１０００ｐｓｉｇの圧力で第１のＨ2  Ｓ吸収器２に入り、そこで合成ガスは酸性ガス用の化学的または物理的溶媒、好ましくはメタノールおよびＮ−メチルピロリドンのごとき物理的溶媒、最も好ましくは、セレクソル（商標、ユニオンカーバイド社）として市場で入手可能なポリエチレングリコールのジメチルエーテルと接触する。上述の温度および圧力はセレクソル（商標）に基づいており、そして他の溶媒に関しては変更可能である。
【００２９】
Ｈ2  ＳおよびＣＯＳのごとき硫黄含有ガスは除去される。清浄にされ、転化されていない、スイートな合成ガス８は約６０°Ｆないし約１３０°Ｆの温度でＨ2  Ｓ吸収器２を出てそしてサワーな転化されていない合成ガス４による間接的な熱交換のために熱交換器５に入る。
【００３０】
約１０００ｐｓｉｇの圧力でＨ2  ＳおよびＣＯおよびＣＯ2を含んでいる温められた、清浄な転化されていない合成ガス１０は熱交換器５から出て、そして水で飽和された後ガスタービン（図示せず）に向けられ、加熱され、そしてタービン内での燃焼のために適切な状態に膨張される。
【００３１】
幾らか吸収したＣＯ2を含んでいるＨ2  ２の豊富な溶媒の液体流れがライン１２を介して第１のＨ2  Ｓ吸収器２を出て、そして第２のＨ2  Ｓ吸収器１４を出てくる再循環溶媒１６と任意に結合され得る。結合された溶媒１７はライン２２を通ってＣＯ2除去器２０に入る前に熱交換器１８において予備加熱される。溶媒の流れ１６は第２のＨ2  Ｓ吸収器１４を出る。ライン２４によって示される溶媒の流れの１部分または全ては分離され、そしてＣＯ2除去器２０にＨ2  Ｓの豊富な溶媒の流れ２２と結合される。圧力低減装置２６はＣＯ2除去器２０が作動する圧力条件である約３００ｐｓｉｇまでに圧力を低減する。
【００３２】
ＣＯ2の除去は窒素除去により達成される。約３００ｐｓｉｇの圧力において窒素ガス流れ２８はＣＯ2除去器２０に入り、そしてライン３０を通ってＣＯ2除去器２０を出る前に溶媒からＣＯ2および少量のＨ2  Ｓを除去または脱離する。
【００３３】
少量のＨ2  ＳがＣＯ2により除去されるため、ＣＯ2除去器２０から窒素流れ３０を含んでいるＣＯ2およびＨ2  Ｓは第２のＨ2  Ｓ吸収器１４に送られ、第２のＨ2  Ｓ吸収器１４において、Ｈ2  Ｓ含有量が溶媒中に再び吸収される。Ｎ2の流れ３０を含有しているＣＯ2およびＨ2  Ｓは第２のＨ2  Ｓ吸収器１４に直接供給されることができるか、またはライン３６によって示されるＮ2の流れを含有しているＣＯ2およびＨ2  Ｓの１部分またはすべてが分離されかつ熱交換器３２において冷却されそして第２のＨ2  Ｓ吸収器１４に入る前に冷却されない部分３４と結合され得る。第２のＨ2  Ｓ吸収器１４とＣＯ2除去器２０とは同一の圧力で作動しかつ１つの容器に結合され得る。
【００３４】
溶媒３８は第２のＨ2  Ｓ吸収器１４に入り、そして窒素流れを含有している流入するＣＯ2およびＨ2  ＳからＨ2  Ｓを除去する。Ｈ2  Ｓが除去されかつＣＯ2を含有している窒素流れはライン４０を介して流出し、そして熱交換器４１に通される。ＣＯ2の豊富な窒素流れが約３００ｐｓｉｇ±１００ｐｓｉｇ、好ましくは約３００ｐｓｉｇ±５０ｐｓｉｇの圧力でライン４２を経由して出て行きそしてＮＯxを制御するために希釈剤としてさらに他の圧縮なしにガスタービンに供給され、そして動力出力を増加する。希釈剤Ｎ2は通常そのために空気分離ユニット（図示せず）から発生されかつ所定の圧力において除去するために容易に入手可能である。
【００３５】
Ｈ2  Ｓを含んでいるやや豊富な溶媒１６は第２のＨ2  Ｓ吸収器１４を出て、そしてライン４４を経由して第１のＨ2  Ｓ吸収器２に全体的にまたは部分的に再び循環されるか、または流れ１７を形成するために第１のＨ2  Ｓ吸収器２を出る溶媒１２と結合されるか、またはＣＯ2除去器２０に入る予備加熱された溶媒２２と結合され得る。ポンプ１５は第２のＨ2  Ｓ吸収器１４を出る溶媒流れ１６の圧力を約３００ｐｓｉｇから約１０００ｐｓｉｇまで増加する。溶媒流れのすべてまたは１部分はライン４４を経由して第１のＨ2  Ｓ吸収器２に入るか、またはライン１９を経由して第１のＨ2  Ｓ吸収器を出る溶媒１２と結合され得る。
【００３６】
ＣＯ2除去器２０を出るＨ2  Ｓ含有溶媒４８は次いでＨ2  Ｓ除去器４６に通される。Ｈ2  Ｓ含有溶媒４８は熱交換器５０で加熱され、そしてライン５２を介してＨ2  Ｓ除去器４６に入る。Ｎ2が溶媒中に僅かだけ吸収されているため、Ｈ2  Ｓ含有溶媒５２のＮ2含量は最小である。従って、クラウス装置または他の硫黄処理ユニット用の高度に濃縮されたＨ2  Ｓ生成物の流れ６４が生成される。Ｈ2  Ｓが除去された溶媒５８はＨ2  Ｓ除去器４６を出て、そしてポンプ５４および熱交換器１８と６０を通った後ライン３７を経由して第１のＨ2  Ｓ吸収器にかつライン３８を経由して第２のＨ2  Ｓ吸収器に再循環され得る。
【００３７】
ＣＯ2除去器２０内の温度はＨ2  Ｓ除去器４６を出る溶媒５８から熱の１部分を回収しかつ熱交換器１８を通すことにより約１５０°Ｆ〜約２５０°Ｆの最適なレベルに制御されることができる。他の選択肢は溶媒の流れ５８のすべてまたは１部分に関して、熱交換器１８に流入する前に、ＣＯ2除去器２０を出る溶媒４８との対流交換に熱交換器５０を通すことにある。
【００３８】
Ｈ2  Ｓ除去器４６において、溶媒はＨ2  Ｓを除去するためにライン７８を経由して間接的な熱交換器８０で蒸気により再び沸騰される。Ｈ2  Ｓはライン６４を経由して上方から出て行き、そして水を濃縮するために熱交換器６６において冷却される。混合された液体蒸気流れはライン６８を経由して分離器７０に入り、分離器７０では液体Ｈ2  Ｏの一部がライン７２を経由して出て行きそしてＨ2  Ｓの豊富な生成物がライン７４を経由して出て行く。Ｈ2  Ｏの１部分は所望のＨ2  Ｏ溶媒バランスを維持するためにライン７６を経由して再び循環される。
【００３９】
図２は１０００ｐｓｉｇ、±３００ｐｓｉｇ、好ましくは約１０００ｐｓｉｇ±１５０ｐｓｉｇの圧力で作動する高圧フラッシュドラムを使用する改良されたガス除去用の変形例の形態を示している。溶媒は約１５０°Ｆ〜２５０°Ｆの温度でフラッシュされる。この実施例は高い圧力で多くのＣＯ2を回収し、そして第２のＨ2  Ｓ吸収器１４の大きさを減少する。
【００４０】
この実施例において酸性ガスを有する溶媒１２はポンプ１１を介して第１のＨ2  Ｓ吸収器２を出て、そして予備加熱された溶媒流れ２２として熱交換器１８を出る。ＣＯ2除去器に直接流入させる代りに、溶媒流れ２２はフラッシュドラム８２に送られ、そこでＨ2  Ｓの約５％〜２５％およびＣＯ2の約１０％〜７０％がフラッシュされる。酸性ガスが激減された溶媒はライン５６を介してＣＯ2除去器２０に流れる。フラッシュされたガス８５は第１のＨ2  Ｓ吸収器２に戻され、そして交換器８４において冷却された後にライン８６を介して出て行き、そしてサワーな転化されていないガス４と結合される。
【００４１】
時折、ガス化器から動力に沿って多量の水素を生成することが望まれている。その場合において、ガス化器からの合成ガスの１部分が反応ＣＯ＋Ｈ2  Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2にしたがって反応炉中で水素に転化される。例えば、参考までに本明細書に記載されたフォング氏等に付与された米国特許第５１５２９７５号明細書参照。合成ガスの残部は転化なしに冷却され、そしてさらに他の処理後、ガスタービンに送られる。
【００４２】
転化されたガスは多数の従来の手段によって純化される。転化されたガスを純化するために利用される最も効果的な技術の１つは圧力揺動吸収（ＰＳＡ）方法であり、該ＰＳＡ方法は吸収床上で圧力変化を使用することにより不純物を除去する。転化されたガスは残念ながら多量のＣＯ2を含んでいる。これはＣＯ2がＰＳＡ方法において水素の回収を低減するので望ましくない。更に、ＣＯ2は加熱値を有していないので、ＰＳＡ方法の後留ガス中のＣＯ2の存在は後留ガスの加熱値を減少する。
【００４３】
メタン化のようなＨ2の純化の他の技術は、また、転化されたガスからＣＯ2が完全に除去されるとき非常に効率的に作動する。
【００４４】
動力の発生のために、燃焼炎温度を低下することによりＣＯ2がＮＯxの形成を減少することを助けるので、合成ガス中にＣＯ2を備えることが所望されており、そしてまたＣＯ2ガスタービンの膨張側を通って走行するので動力を供給する。
【００４５】
ＣＯ2の除去と濃縮を達成する新規かつ有効な技術はＰＳＡ方法又は他の純化方法に供給される転化されたガスからＣＯ2を除去するために酸性ガス用の物理的溶媒または他の適宜な溶媒の使用を結合することにあるが、しかしガスタービンに燃料を供給するのに使用される合成ガス中のＣＯ2の含有量を最大にすることにある。
【００４６】
これは図３に示される処理工程に上記の特徴を結合することによって達成される。
【００４７】
図３に関し、主として水素からなっているＨ2  ＳおよびＣＯ2を激減させた転化されたガスは、サワーな転化された合成ガスから生成され、サワーな転化された合成ガスは転化されたガスのＨ2  Ｓ吸収器９０におけるＨ2  Ｓの除去およびＣＯ2吸収器１０４におけるＣＯ2の除去を受ける。
【００４８】
ガス化器（図示せず）からのサワーな転化されたガス１０９は熱交換器１１０およびライン１１２を介して転化されたガスのＨ2  Ｓ吸収器９０に入る。Ｈ2  Ｓが激減されたガスはライン１１４を介してＨ2  Ｓ吸収器９０から出て行き、ポンプ１１５およびＣＯ2吸収器１０４からの溶媒流れ１１６と結合され、熱交換器１１８で冷却されそしてライン１２０を経由してＣＯ2吸収器１０４に入る。ＣＯ2吸収器１０４においてライン１２０からの合成ガスはポンプ１０１およびライン９２を経由してスイートなＣＯ2除去器１００からの清浄な溶媒の再循環と接触されそしてライン５８およびライン１２１を経由してＨ2  Ｓ除去器４６からの冷却された清浄な溶媒と接触される。主として水素を含んでいるＨ2  ＳおよびＣＯ2が激減された生成ガス１１１はＰＳＡ手段または他の純化手段にライン１２２および熱交換器１１０を経由して送られる。
【００４９】
ガスターピン（図示せず）に供給される希釈剤として適するＣＯ2の豊富な窒素流れ１０８は転化されたガスのＨ2  Ｓ吸収器９０においてＨ2  Ｓを除去することにより転化された合成ガスから生成され、更にＣＯ2吸収器１０４において出口流れ１１４からのＨ2  Ｓの激減された合成ガス中のＣＯ2の溶媒吸収を行い、そしてスイートなＣＯ2除去器１００においてＣＯ2の豊富な溶媒１０６からの窒素除去が続いている。
【００５０】
ＣＯ2吸収器１０４を出るＣＯ2の豊富な溶媒１２４の１部分１２８は第１のＨ2  Ｓ吸収器２に再循環され、そして１部分１３０はＨ2  Ｓを吸収する転化されたガスのＨ2  Ｓ吸収器９０に再び循環される。
【００５１】
結合された方法には３つの顕著な特徴がある。
【００５２】
第１の特徴は転化されたガスのＨ2  Ｓ吸収器９０の底部からＣＯ2／Ｈ2  Ｓの豊富な溶媒を取りそしてそれをライン８８を介して転化されていないガスのＨ2  Ｓ吸収器２として示した第１のＨ2  Ｓ吸収器２の下方部分に導入することにある。転化されていないガスは非常に低いＣＯ2含量量を有しかつＣＯ2／Ｈ2  Ｓの豊富な溶媒より部分的な圧力を有するため、転化されていないガスのＨ2  Ｓ吸収器２がＣＯ2／Ｈ2  Ｓの豊富な溶媒からＣＯ2を除去する。
【００５３】
第２の特徴は転化されていないガスのＨ2  Ｓ吸収器２からのＣＯ2／Ｈ2  Ｓの豊富な溶媒１２を加熱しそして約１０００±１５０ｐｓｉｇで作動するＣＯ2除去器２０からＣＯ2を脱離するために十分な量の窒素または他の適宜な除去ガスにより豊富な溶媒２２を除去することにある。ＣＯ2／Ｈ2  Ｓの豊富な溶媒はポンプ１１およびライン１２を経由して第１のＨ2  Ｓ吸収器２を出て、熱交換器１８で予備加熱されそしてライン２２を経由してＣＯ2除去器２０に入る。約１０００ｐｓｉｇにおいて窒素はライン２８に入る。ＣＯ2除去器２０は溶媒４８を任意の熱交換器５０およびライン５２を介してＨ2  Ｓ除去器４６に送る前にＣＯ2／Ｈ2  Ｓの豊富な溶媒中のＣＯ2含有量を減少する。ＣＯ2を含有している窒素の流れ９４は熱交換器９６およびライン９８を介して原料のままの転化されていない合成ガス４と結合されて第１のＨ2  Ｓ吸収器２に再循環され、そして最後にガスタービン（図示せず）に供給される合成ガス生成物１０の１部分として回収され、ガスタービンにおいてＣＯ2／Ｈ2  Ｓガス混合物が調整剤として作用する。
【００５４】
第３の特徴は流れ１１１のようなＰＳＡ方法（図示せず）または他のＨ2純化方法に供給させるスイートな転化されたガス１２２についてＣＯ2吸収器１０４を利用することにある。通常、かかるＣＯ2吸収器は溶媒を再発生させかつ大気圧でＣＯ2を放出するために異なる圧力に主として応答する。しかしながら、本発明において、ＣＯ2吸収器１０４を出るＣＯ2の豊富な溶媒１０６はスイートなＣＯ2除去器１００に向けられ、ＣＯ2がＮ2の流れ１０２によりＣＯ2の豊富な溶媒から除去される。スイートなＣＯ2除去器の圧力は約３００ｐｓｉｇ±１００ｐｓｉｇ、好ましくは約３００ｐｓｉｇ±５０ｐｓｉｇである。
【００５５】
ＣＯ2およびＮ2生成物流れ１０８はスイートなＣＯ2除去器１００から出てかつガスタービン（図示せず）に送られる。
【００５６】
利用し得る窒素の量およびＨ2において所望されるＣＯ2のレベルに依存して、スイートなＣＯ2除去器１００に入る前に溶媒を加熱することによりおよび／またはスイートなＣＯ2除去器１００を出た後に大気圧において除去された溶媒９２をフラッシングすることにより溶媒１０６からのＣＯ2の除去を高めることが望ましい。
【００５７】
しかしながら、この選択肢は加熱が追加の設備および溶媒の冷却を必要とするので使用しないのが好ましい。大気圧でのフラッシングはＣＯ2を放出し、そしてガスタービンにおける動力の発生を不能にする。それにも拘わらず、経済的な最適化に依存して、この選択肢は特別な場合に魅力がある。
【００５８】
この方法は、また、Ｈ2  Ｓの濃縮された流れ７４を発生するための利点を有している。豊富な溶媒を予め加熱した後、窒素またはＨ2のような他の不溶性のガスを使用するＣＯ2除去器の利用は硫黄の値を回収するためにクラウス装置（図示せず）に通すガス中のＣＯ2を最小にするのに極めて有効である。５０％以上のＨ2  Ｓの純化がこの方法を使用して得られる。Ｈ2  Ｓのこの高い濃縮はクラウス装置中のサワーなガスの特別な取扱いの必要を除去しかつクラウス装置の大きさおよびコストの低減を助ける。
【００５９】
サワーなＣＯ2除去器２０とＨ2  Ｓ除去器４６との間のフラッシュドラム（図示せず）は追加のＣＯ2および除去ガスを取り除くのに使用され得る。これは９５％より大きいＨ2  Ｓ濃度を発生することができる。しかしながら、除去後に溶媒中に残っている比較的少量のＣＯ2はＨ2  Ｓの比較的豊富なかつＣＯ2の比較的少ないフラッシュガスを供給しそしてこのフラッシュガスはＣＯ2に沿って低い圧力でフラッシュされたサワーなガスを回収するためにコンプレッサを必要としてする。
【００６０】
変形例において、低い圧力のサワーなＣＯ2除去器も図３に記載された高圧（１００ｐｓｉｇ）のサワーなＣＯ2除去器２０に代えてまたはそれに加えて使用され得る。低い圧力のＣＯ2除去器から到来するガスは第２の吸収器により清浄にされかつ次いで、図１および図２に記載されたようにガスタービン（図示せず）に約３００±１００ｐｓｉｇ、好ましくは約３００ｐｓｉｇ±５０ｐｓｉｇで送られる。約３００ｐｓｉｇにおいて作動する第２のサワーなＣＯ2の除去器を有する利点は第２の吸収器において清浄にされるのに必要である減少されたガス流れにある。
【００６１】
他の実施例において、高圧のサワーなＣＯ2除去器を約１０００±３００ｐｓｉｇ、好ましくは約１０００ｐｓｉｇ±１５０ｐｓｉｇでフラッシュドラムと取り替えることができ、これに図２に示した約３００ｐｓｉｇ±１００ｐｓｉｇ、好ましくは約３００ｐｓｉｇ±５０ｐｓｉｇの除去が追随する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はガス化器からの合成ガス生成物からＨ2  Ｓの除去を示す概略図である。
【図２】図２は高圧フラッシュドラムを使用している改良されたＨ2  Ｓガスの除去を示す概略図である。
【図３】図３は統合された酸性ガス除去ユニットにおけるＨ2  Ｓの除去を示す概略図である。
【符号の説明】
２          第１Ｈ2  Ｓ吸収器
５          熱交換
１４        第２Ｈ2  Ｓ吸収器
１８        熱交換器
２０        ＣＯ2除去器
４６        Ｈ2  Ｓ除去器
７０        分離器
８２        フラッシュドラム
９０        Ｈ2  Ｓ除去器
１００      ＣＯ2除去器
１０４      ＣＯ2吸収器
【図１】
0003953534.tif 000002
【図２】
0003953534.tif 000003
【図３】
0003953534.tif 000004