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技術 ガスを冷却および溶媒との接触により処理する方法と装置

出願人 イエフペエネルジヌヴェル
発明者 エティエンヌラバアレクサンドルロジェイ
出願日 1997年12月19日 (21年11ヶ月経過) 出願番号 1997-350947
公開日 1998年7月7日 (21年5ヶ月経過) 公開番号 1998-180028
状態 特許登録済
技術分野 吸収による気体分離
主要キーワード 補助再生 熱交換帯 溶媒能力 接触帯域 各供給ライン 補助冷却 ガスフラクション キャリオーバ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (12)

課題

ガスを処理するのに必要な溶媒処理費用および量を低下させることを許容する新しいガス処理方法の提供。

解決手段

処理されるべきガスGを、分離されるべき少なくとも1つの成分を選択的に保留する溶媒Sと混合し、ガスGと溶媒Sとの混合物を少なくとも1つの熱交換帯域で流して冷却し、該熱交換帯域の出口において分離されるべき少なくとも1つの成分の枯渇した少なくとも1つのガス相G1と、分離されるべき各成分の富化された溶媒相S1とを得、該富化された溶媒相S1をガス相G1から分離して、富化された溶媒相S1を前記ガス/溶媒混合物の冷却のために前記熱交換帯域へ再循環し、溶媒相S1が熱交換帯域の出口において分離されるべき成分Aの富化された少なくとも1つのガス相G2と液体溶媒相Sとを分離し、分離されるべき成分が枯渇した前記溶媒相を最初の混合段階へ再循環する。

概要

背景

工業プラント、例えば精油所において作り出されるガスはその輸送および/または使用の間に望ましくないと考えられる種々の成分を含むことがある。そのような成分は非制限的な例として、CO2またはH2Sのような酸性ガスあるいは窒素のような不活性ガスである。

概要

ガスを処理するのに必要な溶媒処理費用および量を低下させることを許容する新しいガス処理方法の提供。

処理されるべきガスGを、分離されるべき少なくとも1つの成分を選択的に保留する溶媒Sと混合し、ガスGと溶媒Sとの混合物を少なくとも1つの熱交換帯域で流して冷却し、該熱交換帯域の出口において分離されるべき少なくとも1つの成分の枯渇した少なくとも1つのガス相G1と、分離されるべき各成分の富化された溶媒相S1とを得、該富化された溶媒相S1をガス相G1から分離して、富化された溶媒相S1を前記ガス/溶媒混合物の冷却のために前記熱交換帯域へ再循環し、溶媒相S1が熱交換帯域の出口において分離されるべき成分Aの富化された少なくとも1つのガス相G2と液体溶媒相Sとを分離し、分離されるべき成分が枯渇した前記溶媒相を最初の混合段階へ再循環する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
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請求項1

分離されるべき1つ以上の成分Aを含むガスGを処理する方法において、少なくとも下記の各段階、すなわち、(a)その処理されるべきガスGを、分離されるべき少なくとも1つの成分を選択的に保留するように選ばれ、下記段階(d)から少なくとも部分的に得られる溶媒Sと少なくとも部分的に混合する段階、(b)このガスGと溶媒Sとの混合物を少なくとも1つの熱交換帯域の中で流すことにより冷却し、それにより前記熱交換帯域の出口においてその分離されるべき少なくとも1つの成分の枯渇した少なくとも1つのガス相G1と、およびその分離されるべき各成分の富化された溶媒相S1とを得る段階、(c)前記富化された溶媒相S1を前記ガス相G1から分離してこの富化された溶媒相S1を前記ガス/溶媒混合物(段階b)の冷却のために前記熱交換帯域へ再循環し、それによって前記溶媒相S1が熱交換帯域の出口においてその分離されるべき成分Aの富化された少なくとも1つのガス相G2と液体溶媒相Sとよりなるようにする段階、そして、(d)前記段階(c)からのガス相G2と液体溶媒相Sとを分離し、そして分離されるべき成分が少なくとも部分的に枯渇した前記溶媒相を前記段階(a)へ再循環する段階、の各段階を含む、前記ガスGを処理する方法。

請求項2

前記段階(c)からの溶媒相S1の少なくとも1部を、これが段階(b)へ再循環されるに先立って膨張させる、請求項1記載の方法。

請求項3

前記ガス/溶媒混合物と冷却剤として用いられる溶媒とを、段階(b)において向流で流す、請求項1または2記載の方法。

請求項4

前記段階(b)からのガス相G1の少なくとも1部を、好ましくはタービンを通して膨張させることによって冷却し、そしてそのガス/溶媒混合物を冷却するために前記熱交換帯域へ供給する、請求項1ないし3のいずれかに記載の方法。

請求項5

前記段階(c)の終端において第1のガスフラクションを膨張および/または加熱によってその溶媒相から分離し、それによってその溶媒相の中に成分Aを富化させる、請求項1ないし4のいずれかに記載の方法。

請求項6

前記段階(b)の終端においてその運転温度が、−20℃ないし−100℃の範囲である、請求項1ないし5のいずれかに記載の方法。

請求項7

少なくとも前記段階(b)および(c)をいくつかの接触帯域iの中で行なわれるいくつかの操作の間に繰り返し、その際接触段階iの出口において得られるガス相G1を次の接触帯域i+1へ供給し、そしていくつかの成分の富化されたガス相G2を前の接触帯域i−1へ供給する、請求項1ないし6のいずれかに記載の方法。

請求項8

前記ガス相G1から、二酸化炭素CO2または硫化水素H2Sのような少なくとも1つの酸性ガスを含むある成分を枯渇させ、そしてその処理されるべきガスと混合されるその用いた溶媒Sが、例えばメタノールまたはエタノールのようなアルコールメチルプロピルエーテルエチルプロピルエーテルメチルtert-イソブチルエーテルまたはプロピレンカーボネートあるいはメトキシエタノールのようなエーテル、等の物理的溶媒である、少なくとも1つの酸性ガスが含まれているガスを処理するための請求項1ないし7のいずれかに記載の方法。

請求項9

前記処理されたガスから分離されるフラクションが、例えばメタンエタンプロパンブタンおよび/またはペンタンのような少なくとも1つの炭化水素を含み、その際その処理されるべきガスが少なくとも水素および窒素を含む、請求項1ないし7のいずれかに記載の方法。

請求項10

下記、すなわち、メタノールのような水と相溶する溶媒を用い、そして前記段階(a)または(b)が実施されるに先立って、前記ガスを第1フラクションF1と第2フラクションF2とに分割し、段階(b)からの液体溶媒相S1の1つのフラクションを、向流接触帯域C3においてその処理されるべきガスの少なくとも前記第1フラクションF1と、前記接触帯域C3から溶媒を含んだガスを抜き出すことにより接触させ、その際溶媒の含まれた前記ガスをその後で前記第2フラクションF2と混合して段階(a)へ送り込み、そして前記接触帯域C3から溶媒の実質的に枯渇した水性相を分離する、請求項1ないし9のいずれかに記載の方法。

請求項11

分離されるべき1つ以上の成分を含むガスGを処理する装置において、少なくとも1つの熱交換帯域E3、その処理されるべきガスと、および少なくとも1つの溶媒相とを前記熱交換帯域E3へ供する各供給ライン10,11、前記熱交換帯域E3を通過した後でその処理されたガスと溶媒相とを分離するための、その処理されたガスを排出させる少なくとも1つの排出ライン13と、および前記熱交換帯域に連結されていてその富化された溶媒相を排出させる排出ライン14とに連結されている分離手段B1、前記熱交換帯域E3を流過した溶媒相を排出させる少なくとも1つの排出ライン15、前記溶媒相を少なくとも1つのガス相と1つの液体相とに分離するための分離手段B2、および供給ライン11に連結されていて、それら分離された2つの相を排出させるための各排出ライン17を組合わせて含む、前記ガスGを処理する装置。

請求項12

前記熱交換帯域が、少なくとも1つのプレート熱交換器を含む、請求項11記載の装置。

請求項13

前記処理されたガス相および/または前記少なくとも1つの成分の富化された溶媒相を膨張させるための膨張手段(T,V2)を含む、請求項11または12記載の装置。

技術分野

0001

本発明は、望ましくない種々の成分を含むガスを処理するための、そして中でも天然ガスを、輸送やその使用に障害となる種々の成分の全部または少なくとも大部分を除去するように処理する方法およびプラントに関する。

背景技術

0002

工業プラント、例えば精油所において作り出されるガスはその輸送および/または使用の間に望ましくないと考えられる種々の成分を含むことがある。そのような成分は非制限的な例として、CO2またはH2Sのような酸性ガスあるいは窒素のような不活性ガスである。

発明が解決しようとする課題

0003

一般に用いられる処理方法は、その処理されるべきガスをの中で、中でもそのガスの中に含まれている1つ以上の成分を選択的に抽出することを許容するような溶媒向流接触させることによる吸収段階を実施し、次いでその溶媒を減圧のもとに蒸留によって再生することよりなる。このような方法の1つを図1に示してあるが、これは特別にはそのガスの中に比較的少量で存在している種々の不純物または1つ以上の成分を少なくとも分離するのに適したものである。これはその処理されるべきガスを予備冷却し、そして低い温度において溶媒を用いてその吸収段階を実施することよりなる。しかしながら、そのような方法はその成分の含有量が高い場合には、その処理されるべきガスから分離しなければならない種々の成分の高い含有量を有する大量の溶媒を循環し、蒸留する必要があるために経費が高くなるであろう。実際に、その溶媒の蒸留は一般に、その塔を底部において加熱し、そして頂部において冷却するのに必要な比較的費用のかかる操作である。

課題を解決するための手段

0004

本発明者等は、従来技術の種々の欠点を克服し、そして中でもそのガスを処理するのに必要な溶媒処理の費用および量を低下させることを許容するような新しいガス処理方法を見出した。このような方法は特に、そのガスの成分が比較的大きな割合で存在している場合に好適である。

0005

本発明にしたがう方法は中でも、単一の熱交換帯域においてガスの中に含まれている各成分を吸収し、そしてそれら成分を吸収するのに用いた溶媒を再生することよりなる。

0006

すなわち本発明は、分離されるべき1つ以上の成分を含むガスGを処理する方法に関する。この方法は、少なくとも下記の各段階、すなわち(a)その処理されるべきガスGを、分離されるべき少なくとも1つの成分を選択的に保留するように選ばれ、下記段階(d)から少なくとも部分的に得られる溶媒Sと少なくとも部分的に混合する段階、(b)このガスGと溶媒Sとの混合物を少なくとも1つの熱交換帯域の中で流すことにより冷却し、それにより前記熱交換帯域の出口においてその分離されるべき少なくとも1つの成分の枯渇した少なくとも1つのガス相G1と、およびその分離されるべき各成分の富化された溶媒相S1とを得る段階、(c)前記富化された溶媒相S1を前記ガス相G1から分離してこの富化された溶媒相S1を前記ガス/溶媒混合物(段階b)の冷却のために前記熱交換帯域へ再循環し、それによって前記溶媒相S1が熱交換帯域の出口においてその分離されるべき成分Aの富化された少なくとも1つのガス相G2と液体溶媒相Sとよりなるようにする段階、そして(d)前記段階(c)からのガス相G2と液体溶媒相Sとを分離し、そして分離されるべき成分が少なくとも部分的に枯渇した前記溶媒相を前記段階(a)へ再循環する段階、を含むことを特徴とする。

0007

具体例の1つによれば、段階(c)からの前記溶媒相S1の少なくとも1部を、これが段階(b)へ再循環されるに先立って膨張させる。そのガス/溶媒混合物と冷却剤として用いられる溶媒とは、例えばその熱交換帯域において向流で流される。

0008

本発明の具体例の1つにおいて、段階(b)からのガス相G1の少なくとも1部を、好ましくはタービンを通して膨張させることによって冷却し、そしてこれはそのガス/溶媒混合物を冷却するために例えばその熱交換帯域へ供給される。本発明の具体例の1つによれば、段階(c)からの溶媒相S1の少なくとも1部を膨張および/または加熱および/または蒸留により実施される補助再生段階へ送られる。段階(c)が完了したならば、第1のガスフラクションを、例えば膨張および/または加熱によってその溶媒相から分離してその溶媒相を富化させる。

0009

本発明にしたがう方法は、例えば段階(b)の出口における−20℃と−100℃との間の範囲の温度において実施される。この方法の具体例の1つによれば、少なくとも段階(b)および(c)をいくつかの接触帯域の中で行なわれるいくつかの操作により繰り返し、その際あるる接触段階の出口において得られたガス相G1を次の接触帯域i+1へ供給し、そしていくつかの成分が富化されたガス相G2は前の接触帯域i−1へ供給する。

0010

この方法は、例えば少なくとも酸性ガスの含まれたガスを処理するのに用いられ、その際そのいくつかの成分が枯渇されるガス相は二酸化炭素CO2または硫化水素H2Sのような少なくとも1つの酸性ガスを含み、そしてその処理されるべきガスと混合される溶媒Sは、例えばメタノールまたはエタノールのようなアルコールメチルプロピルエーテルエチルプロピルエーテルメチルtert-イソブチルエーテルまたはプロピレンカーボネートあるいはメトキシエタノールのようなエーテル、等の物理的溶媒である。

0011

この方法はまた、例えば少なくとも水素または窒素を含むガスを処理するのにも適用でき、その際その処理されたガスから分離されるフラクションが、例えばメタンエタンプロパンブタンおよび/またはペンタンのような少なくとも1つの炭化水素を含み、その際その処理されるべきガスは少なくとも水素および窒素を含む。

0012

もう1つの適用方法によれば、その処理されるべきガスは例えば水を含み、メタノールのような水と相溶する溶媒が用いられ、そして段階(b)からの液体溶媒相S1の1つのフラクションを向流接触帯域においてその処理されるべきガスの少なくとも1つのフラクションと、後で例えば段階(a)へ送られる、例えば溶媒を含んだガスをその接触帯域から、例えばその頂部より抜き出すことにより、そして例えばその接触帯域の底部から実質的に溶媒の枯渇した水性相を分離することにより接触させる。

0013

本発明はまた、分離されるべき1つ以上の成分を含むガスGを処理する装置にも関する。この装置は、これが少なくとも1つの熱交換帯域、その処理されるべきガスと、および少なくとも1つの溶媒相とを前記熱交換帯域へ供する各供給ライン、前記熱交換帯域を通過した後でその処理されたガスと溶媒相とを分離するための、例えばその処理されたガスを排出させるように設計された少なくとも1つのラインと、および前記熱交換帯域に連結されていてその富化された溶媒相を排出させるように設計されたラインとに連結されている分離手段、前記熱交換帯域を流過した溶媒相を排出させるように設計された少なくとも1つのライン、前記溶媒相を少なくとも1つのガス相と1つの液体相とに分離するための手段、およびその溶媒相供給ラインに連結されていてそれら分離された2つの相を排出させるように設計された各ラインを組合わせて含むことを特徴とする。その熱交換帯域は、例えば1つ以上のプレート熱交換器を含む。

0014

この装置は、例えば前記処理されたガス相および/または前記少なくとも1つの成分の富化された溶媒相を膨張させるための手段を備えている。その熱交換帯域は例えばその溶媒相S1とこの熱交換帯域の中で加熱により生じた蒸気相との向流循環を達成するように設計されている。

0015

従来技術において用いられ、そして記述された種々の方法に関連して、本発明にしたがう方法は中でも下記の諸進歩性を与える。

0016

これは、(1)圧力のもとに大型の接触塔を用いること、(2)この方法の実施に先立ってそのガスを充分に低い圧力に減圧すること、(3)種々の蒸留過程を不必要にし、そしてこれは(4)ガスと溶媒との混合物を冷却しながら溶媒を加熱し、これが用いた溶媒の溶媒能力および選択性を改善することを許容する。

発明を実施するための最良の形態

0017

本発明の他の諸特徴および進歩性は、以下に添付の図面の参照のもとに非制限的にあげる諸実施例の記述から明らかとなるであろう。

0018

図1に従来技術にしたがい一般に用いられる処理方法の1つが図式的に示されているが、これはその処理されるべきガスをあるる塔の中で、中でもその処理されるべきガスの中に含まれている1つ以上の成分を選択的に抽出する作用を有する溶媒と接触させることによる吸収段階を実施し、次いでその溶媒を減圧のもとに蒸留することによって再生することよりなる。

0019

処理されるべきガスをライン1を介して塔C1へ供給し、溶媒はライン3を介して塔C1の頂部へ導入され、そしてそのガスから除去されるべき各成分を取り込んでライン4を介してこの塔から流出する。塔C1の頂部においてその処理されたガス、すなわちいくつかの成分の枯渇したガスはライン2を通して排出される。各成分が富化されてその塔から出てくる溶媒は熱交換器E1を通過し、次いでこれは膨張弁V1を通って膨張する。次にこれは塔C2の中で減圧のもとに蒸留される。その処理されたガスから取り込まれた成分は塔C2の頂部からライン5を通って排出される。この成分と分離された溶媒は塔C2の底部において循環ポンプP1によって吸い込まれて塔C1の頂部へ再循環される。

0020

用いる溶媒は、例えばアミン、またはメタノールのようなアルコールあるいはジメチルテトラエチレングリコールDMTEG)のようなエーテル等の物理的溶媒であることができる。

0021

溶媒が物理的溶媒である場合にはこれはいくつかの操作段階において、例えば外気温度よりも低い温度において操作することによりその物理的溶媒の溶媒能力および選択性を改善できることがよく知られている。このような方法は特に、そのガスの中に比較的小さな割合で存在している種々の不純物の除去、あるいは1つ以上の成分を分離するのによく適している。

0022

もしそれらの含有量が高い場合には、この方法は、中でもガスから分離しなければならない種々の成分を重大に含んだ大量の溶媒を循環し、蒸留する必要を考慮したときに高経費となるであろう。溶媒の蒸留は一般に、塔の底部において加熱し、そして頂部において冷却することを必要とする、比較的経費のかかる操作である。

0023

本発明にしたがう方法の原理図2に図式的に示されているが、これは天然ガスまたは精製ガスを処理するための非制限的な例として説明されている。例えばCO2のような処理されるべき少なくとも1つの成分Aを含むその処理されるべきガスはライン10を介して流入する。

0024

これは熱交換器E2へ供給されるに先立って、例えばライン10に連通しているライン11を通って流入する液体溶媒Sと混合される。このガス/溶媒混合物は熱交換器E2を流過するが、ここでこれはこの熱交換器にライン14を介して供給される溶媒相S1によって冷却され、そしてそのガス/溶媒混合物に対して向流で流される。

0025

熱交換器E2の中でその処理されるべきガスに対して向流で流れるガス/溶媒混合物の溶媒Sはその処理されるべきガスの中に存在する分離されるべき成分を全部または部分的に捕集する。この熱交換器の中でその混合物はその分離されるべき成分Aを含んだ溶媒と、そのような成分の枯渇したガスとよりなる混合物になる。

0026

溶媒相Sと処理されるべきガスとの間で物質交換が起こり、一方、熱交換はガス/溶媒混合物と、好ましくは向流で流れるその溶媒相S1との間で起こる。熱交換器E2の出口からそのガス/溶媒混合物は分離ドラムB1へ供給され、そして分離されるべき成分Aの枯渇した、ライン13から排出されるガス相G1と、および分離されるべき成分Aの富化した、膨張弁V2の設けられたライン14から排出される溶媒相S1とに分離される。その膨張させた溶媒相は、例えば熱交換器E2へ供給され、ここでこのものはそのガス/溶媒混合物と熱交換することによって加熱され、一方その混合物は冷却される。成分Aの富化されたガス相G2がそれによって生ずる。成分Aの富化され、そして加熱されたその溶媒相はライン15を介して熱交換器E2から排出され、そして分離ドラムB2へ供給されるが、その出口から富化されたガス相G2が得られてこれはライン16より排出され、一方、得られた溶媒相はライン17から排出されてポンプP2によリライン11から再巡回されて導管10から供給されるその処理されるべきガスと混合される。

0027

この例にしたがう方法は、例えば、少なくとも下記の連続した各段階を実施することにより行なわれる。すなわち、(a)その処理されるべきガスGを、分離されるべき少なくとも1つの成分を選択的に保留するように選ばれ、下記段階(d)から少なくとも部分的に得られる溶媒Sと少なくとも部分的に混合する段階、(b)このガスGと溶媒Sとの混合物を少なくとも1つの熱交換帯域の中で流すことにより冷却し、それにより前記熱交換帯域の出口においてその分離されるべき少なくとも1つの成分の枯渇した少なくとも1つのガス相G1と、およびその分離されるべき各成分の富化された溶媒相S1とを得る段階、(c)前記富化された溶媒相S1を前記ガス相G1から分離してこの富化された溶媒相S1を前記ガス/溶媒混合物(段階b)の冷却のために前記熱交換帯域へ再循環し、それによって前記溶媒相S1が熱交換帯域の出口においてその分離されるべき成分Aの富化された少なくとも1つのガス相G2と液体溶媒相Sとよりなるようにする段階、そして、(d)前記段階(c)からのガス相G2と液体溶媒相Sとを分離し、そして分離されるべき成分が少なくとも部分的に枯渇した前記溶媒相を前記段階(a)へ再循環する。

0028

本発明にしたがう方法はその同じ熱交換帯域の中で、その処理されるべきガスから除かなければならない各成分を、このガスと混合される溶媒に吸収させることを有利に許容し、その際この混合物はその熱交換帯域の中で冷却され、そしてその分離されるべき各成分の枯渇した、冷却剤として用いられる溶媒相は同時に再生される。

0029

その処理されたガスG1が分離ドラムB1からライン13を介して出てゆくときに、この冷たいガスとその冷却されるべきガス/溶媒混合物との間の、例えば図3の図式にしたがう熱交換を実施するのが有利であると考えられる。

0030

この具体例においては熱交換器E3の中で循環しているガス/溶媒混合物は同時に、分離ドラムB1からの溶媒相S1の少なくとも1部と熱交換により冷却され、ライン14を介して熱交換器E3へ再循環され、そして分離ドラムB1からの処理されたガスの少なくとも1部G1はライン13を介して熱交換器E3へ再循環される。ドラムB1からの処理されたガスを分離し、そしてこのガスの少なくとも1つのフラクションを、この熱交換器を通過させることなく直接に排出させ、一方、1部をライン13を介して熱交換器E3へ再循環させることも可能である。その後でこのガス相は加熱された後、ライン18を介して排出される。

0031

その溶媒相の少なくとも部分的な再生をもたらし、そしてガスと溶媒との混合物を冷却することができるように、ドラムB1からの富化された溶媒相S1は、例えば膨張弁V2を通過させるかまたはタービンの中で膨張させる。後者の場合には、例えばその機械的な膨張エネルギーを有利に回収して、例えばポンプP2を駆動するのに用い、そしてその分離されるべき各成分が少なくとも分離されたその溶媒相を再循環してその処理されるべきガスと混合することが許容される。

0032

段階(b)の間に行なわれる熱交換は好ましくはそのガス/溶媒混合物と他の流体とを向流で流すことによって行なわれ、それにより、例えばその段階(b)の間に同時に行われる冷却および加熱の操作の効率が改善される。段階(b)を実施するのに必要な冷却は、当業者に知られたいかなる手段によってでももたらすことができる。

0033

図4図3変形態様を示すが、ここでは分離ドラムB1からのガス相G1が熱交換器E3の中でそのガス/溶媒混合物を少なくとも部分的に冷却するのに用いられるに先立って冷却される。

0034

そのために、分離ドラムB1からのガス相は、これが熱交換器E3へ供給されるに先立って、タービンT1を通して供給され、ここでこれは膨張してその温度を低下させる。この膨張エネルギーは、例えばライン18を介して熱交換器E3から出てゆくガスG1を例えばタービンT1によって駆動される圧縮機K1の中で再圧縮するために回収される。

0035

この膨張エネルギーを、例えばライン16を介して供給される、その分離されるべき成分の富化されたガスフラクションG2を再圧縮するために利用することもできる。もう1つの具体例によれば、例えば外部冷却サイクルから送り込まれる冷却用液体を使用することができる。

0036

段階(b)の間に行なわれる熱交換は並列および/または直列で作動される1つ以上の熱交換帯域の中で行なうことができる。この熱交換帯域は1つ以上の胴管式熱交換器および/またはプレート熱交換器を含む。

0037

プレート熱交換器は、中でもいくつかの流体の間の熱交換および向流熱交換を許容すると言う利点を有する。これらの熱交換器は、例えば鑞付けされたアルミニウムで作られたプレート熱交換器または例えばステンレス鋼でできたプレート熱交換器であってもよい。

0038

本発明にしたがう方法の利点は、ドラムB1に後続して分離ドラムが加わっている点で図3の装置と異なっている図5について記述される以下のいくつかの実施例の記述より明らかとなるであろう。
[実施例1]モル分率で表わして約50%のCH4と50%のCO2の組成を有する処理されるべきガスを6MPaのオーダーの圧力でライン10を介して流入させる。熱交換帯域E3へ供給されるに先立ってこのものはライン11を介して流入する溶媒と混合される。

0039

この溶媒は、モル分率で表わして例えば10%の水を含む、例えばメタノールよりなる。図3に示す実質的に同じ原理にしたがい、このガスと溶媒との混合物は、この例においては熱交換器E3の中で−20℃の温度に冷却される。分離ドラムB1の中でガス層G1と溶媒層S1とが分離され、その際このガス層はライン13を介して排出され、そして溶媒層は膨張弁V2の設けられたライン14を通って排出される。

0040

ライン13を介して排出される処理されたガスフラクションG1の中のCO2のモル分率は結局そのCH4/CO2の混合物の僅かに25%である。このガスフラクションは、例えば熱交換器E3へ供給され、ここでこれはライン18から排出される前に加熱される。ドラムB1から排出される溶媒層S1は弁V2を通して膨張させられる。液体溶媒相とガス相とがそのようにして分離ドラムB11の中で得られ、且つ分離され、その際その分離ドラムの中の圧力はこの例においては3MPaである。

0041

ドラムB11の中で分離されたガス相はライン19を通して排出されて熱交換器E3へ供給され、ここでこれはガス/溶媒混合物を冷却するのに用いられる。これはライン18を通して熱交換器E3から出てゆくガスと場合により混合されるに先立って、ライン19'を介してこの熱交換器から出てゆく。これはまた燃料ガスとして利用することもできる。

0042

ライン20を介して排出される溶媒相は熱交換器E3へ供給されて少なくともその溶媒を部分的に再生し、そしてそのガス/溶媒混合物の少なくとも部分的な冷却をもたらす。このものはこの熱交換器E3の中で、例えば向流で流れているガスと溶媒との混合物を冷却して加温されることによる熱交換によって再生される。この熱交換器E3を通過した後で、ガス相と液体相とがそのようにして得られ、そしてライン15を通して分離ドラムB2へ供給されて分離され、その際そのガス相の中で同伴されたそれら吸収された各成分の少なくとも部分的に除かれた溶媒相は、例えばポンプP2によってライン11へ再循環されてライン10を介して流入するさの処理されるべきガスと混合される。CO2に富んだガス相はライン16を介して排出される。

0043

この例は、段階(c)の最後にその溶媒相から加熱および/または膨張により第1のガスフラクションを分離して、その溶媒相に例えば分離されるべき成分を富化させることよりなる操作を示す。

0044

この方法のもう1つの具体例によれば、水およびメタンよりも重質の炭化水素類およびさらに酸性のガスをも含むガスを処理することも可能である。図6に図式的に示した構成のものは、例えばその処理されるべきガスの予備分離の段階を含む点で図2ないし5に示したものと異なっている。その処理されるべきガスは、例えば熱交換器E3へ供給されるに先立って2つのフラクションまたは部分に分割される。

0045

このために、下記の操作が行なわれる。その処理されるべきガスはライン10を通って流入するが、ここでこれは下記の2つに分割される。すなわち、(1)その処理されるべきガスの全流れの例えば半分を構成し、そして例えばライン21を通って接触塔C3へ供給されてこの接触塔の中で、例えばライン22を通して流入する、例えばメタノールと水との混合物を含む溶媒相と向流で接触するような第1フラクションF1、および(2)ライン23を通して熱交換器E3へ直接供給される第2フラクションF2(これら2つのフラクションは熱交換器E3へ供給されるに先立って一緒合一される)である。

0046

塔C3の中でその処理されるべきガスの第1フラクションF1には溶媒が移行し、実質的に溶媒の除かれた水性相は、例えばこの塔の底部からライン24を通して排出され、そして溶媒を取り込んだガス相はライン25を通してこの塔の頂部から排出されて、塔C3を通過することなく例えばライン23を通って流れる第2ガスフラクションと混合される。そのようにして得られたガス状混合物は、例えばライン11を通して流入する溶媒相と混合される。このガスと溶媒との混合物はその後で熱交換器E3の中で冷却され、そして図3について記述した方法原理にしたがって処理される。

0047

このようにして3つの相が熱交換器E3の出口において得られ、そして分離ドラムB1において分離され、すなわち、ライン13を通して排出される処理されたガスを構成するガス相と、ライン30を通して排出される液体炭化水素相と、および例えばライン14を通して排出される酸性ガスに富んだ溶媒相とである。

0048

酸性ガスに富んだ溶媒相は、例えば弁V2によって膨張した後で、分離ドラムB11へ供給され、その出口において得られるガス相はライン19を通して排出されるが、一方酸性ガスに富んだ溶媒相は排出されてライン20を通して熱交換器E3へ供給され、ここでこれは例えば図2示す構成にしたがって再生される。分離ドラムB2の出口においてライン17から流出してポンプP2により吸い出される再生された溶媒の相は分配弁V6によって少なくとも2つのフラクションに分割される。次に第1のフラクションがライン23の中を流れているその処理されるべきガスと混合されるようにライン11を通して送られ、一方第2のフラクションは塔C3の上部へ向かいライン22を通って流れる。

0049

この方法の実施を説明するこの例において、熱交換帯域の出口のところの最初のガスと溶媒との混合物は、ガス相G1および溶媒相S1に加えて、熱交換器E3の出口において、ドラムB1において分離されることによりライン30を通して抜き出される第2の液体相を含む3つの相を含む。

0050

より一般的には、図6に図式的に示した構成のものは中でも水を含むガスを処理することを許容し、その際その用いる溶媒Sは、中でも水と相溶すると言う特別な特徴を有する。メタノールが、例えば接触帯域C3の頂部から段階(a)へ再循環される溶媒の含まれたガスを抜き出し、そしてこの帯域の底部から実質的に溶媒の除かれた水性相を抜き出すことによって、好ましくは向流接触帯域C3の中で段階(b)からの溶媒相の1つのフラクションおよびその処理されるべきガスの少なくとも1つのフラクションと接触させることによって用いられる。

0051

本発明にしたがう方法はまた、水素または窒素のような、少なくとも1つの軽質ガスを含むガス相から、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタンおよび/またはペンタンのような少なくとも1つの成分に富んだフラクションを分離するのにも有利に用いることができ、そしてその用いる溶媒は、例えば液体炭化水素相またはメタノールのような溶媒よりなることができる。

0052

例えば、図6に示した構成にしたがって操作する場合には、窒素、水およびメタンよりも重質の種々の炭化水素類を含む天然ガスを処理することができる。メタンに富んだガスは分離ドラムB2の出口においてライン16を通して排出され、そして窒素の富化されたガスは熱交換器E3の出口から排出される。

0053

この実施例に用いられる溶媒は、例えばメタノールまたは炭化水素、あるいは炭化水素類の混合物である。そのような分離を行なうのに用いられる条件は、例えば図5と関連して記述される次の実施例により示される。

0054

[実施例2]ライン10を通して流入するその処理されるべきガス混合物の組成は、モル分率で表わしてCH4:75%、N2:25%である。このガス混合物の導入圧力は5MPaのオーダーである。このガス混合物はライン11を通って流入して、この例においてはイソプレンよりなる溶媒と混合される。そのようにして得られたガスと溶媒との混合物は熱交換器E3の中で−110℃の温度に冷却される。

0055

分離ドラムB1の出口において下記の各層が得られる。すなわち、(1)メタンと窒素との混合物の、モル分率で表わして約60%を占める窒素分を含むガス相(このガスフラクションはライン熱交換器E3へ供給され、次いでライン18を通して排出される)、および(2)溶媒相(これは弁V2を通って膨張し、この膨張により得られる蒸気相と液体相とは、内圧が例えば3MPaである分離ドラムB11において分離される)である。

0056

分離ドラムB11からの溶媒相はライン20を通って熱交換器E3へ供給され、ここでこれは、例えば向流で流れるガスと溶媒との混合物を冷却すると共に加温されることによって再生される。そのようにしてガス相と液体相とが得られ、そして分離ドラムB2の中で分離される。その液体溶媒相はポンプP2によって再循環され、そしてその約80%のメタンを含むガス相はライン16を通して排出される。

0057

例えば、水素のような他の軽質ガスからメタンを分離するために類似の構成のものを用いることもできる。メタンと異なる、例えばエタン、プロパン、ブタンおよび/またはペンタンのような炭化水素類を、例えば水素または窒素を含む軽質ガスから分離するのにもこれを用いることができる。

0058

ガスの処理、そして中でもそのガスの少なくとも1つの成分Aの分離は、例えば直列に配置された図3および4に示されているような1つ以上の段階を用いることによって改善することができる。

0059

図7は、順に配置されて、例えば図3および4において記述したものと実質的に同じ原理にしたがって操作される2つの段階により運転することを許容する変形態様の装置の1例を示す。

0060

その第1の段階は熱交換器E4、この熱交換器に後続配置されている分離ドラムB41、溶媒相を熱交換器E4へ送り戻すための戻りライン44に配置された膨張弁V41、分離ドラムB42および再循環ポンプP4並びに種々の流体のための供給ラインおよび排出ラインを含むが、これらの種々の要素は図2に示したものと類似の構成にしたがって配置されている。

0061

第2段階は同様に、熱交換器E5、この熱交換器に後続配置された分離ドラムB51、溶媒相を熱交換器E5へ送り戻すための戻りライン54に配置された膨張弁V51、分離ドラムB52、圧縮機Kおよび再循環ポンプP5並びに種々の流体のための供給ラインおよび排出ラインを含むが、タービンT7またはいずれかの手段が分離ドラムB51から抜き出されたガス相を冷却することを許容する。これらの各要素およびその構成は、少なくとも部分的に、例えば図3または4において記述されたものである。

0062

タービンT7から出てくる処理されたガス相は熱交換器E5へ流れ、次いで熱交換器E4へ流れる。分離ドラムB41からの、その処理されたガスのための排出ラインは熱交換器E5の入口に連結されている。

0063

図7の構成のものによる処理方法は例えば次のように行なわれる。処理されるべきガスはライン10を通って流入し、そして第2段階において処理されたガスの少なくとも1部は、圧縮機Kを通った後ライン40を通して再循環される。溶媒相がライン11を通して導入されてその合一された2つのガスフラクションと混合される。このガス/溶媒混合物は次に熱交換器E4へ供給される。

0064

そのようにして得られた混合物は第1段階水準のE4において、例えば図2について記述したと同じ操作にしたがって処理される。その混合物は熱交換器E4において分離ドラムB41からやって来る溶媒相S1との熱交換によって冷却され、膨張弁v41を通って膨張した後熱交換器E4の中へ導入される。熱交換器E4の出口においてこの処理されたガスと溶媒相との混合物は、図2について記述した各段階にしたがって分離ドラムB42の中で分離される。

0065

熱交換器E4の中での熱交換の間にその溶媒相S1は加熱され、そして熱交換器E4の出口においてこれは分離ドラムB42へ供給される液体蒸気の形になっており、ここでこれは分離されるべき各成分の富化された少なくとも1つのガス相(これはライン16を通して排出される)と、そのガス相に同伴された、成分の少なくとも1部の除かれた溶媒相Sとに分離される。この浄化された溶媒相はポンプP4によってライン11へ再循環され、それによりその処理されるべきガス混合物と混合される。

0066

分離ドラムB41における分離過程からもたらされるガスフラクションは、その全部、または1部がライン50を通して第2段階へ、そして中でも第2熱交換器E5へ供給される。このものは予めライン51を通って流入する溶媒と混合される。

0067

その処理されるべきガスと溶媒との混合物は熱交換器E5の中でライン54を通って流入する溶媒相および分離ドラムB51からやって来るガスフラクションの少なくとも1部との熱交換によって冷却され、そしてタービンT7によって冷却される。

0068

熱交換器E5の出口において得られたこの混合物は分離ドラムB51において分離され、このドラムの出口においてガス相と溶媒相とが得られ、その際これらの各相はそれぞれタービンT7および膨張弁V51へ送られる。

0069

そのガス相は、冷却剤として使用されるために例えばタービンT7を通って膨張した後、熱交換器E5へ供給され、ここでこれは冷却された後、第1段階の熱交換器E4へ供給される。

0070

分離ドラムB51からの溶媒フラクションは膨張弁V51を通って膨張した後、ライン54を通して熱交換器E5へ供給されてここでこれはそのガス/溶媒混合物との熱交換によって加温されることにより再生される。そのようにして得られた液/蒸気混合物は次にライン55を通して分離ドラムB52へ排出される。分離の後で、得られたそのガス相はその処理されるべきガスと混合されるに先立って再圧縮のために圧縮機Kへ供給され、そして得られた溶媒相は、例えばポンプP5およびライン51によって熱交換器E5の入口のところでガス供給ライン50へ再循環され、ここでこれはそのガスと混合される。

0071

図7の説明図においては段階E4およびE5のそれぞれは、例えば各段階の水準において溶媒を流入させることを許容する独立の溶媒循環回路を含む。この方法の第1段階へ溶媒のみを供給し、そしてこれを例えば最後の段階の水準において回収することによって、単一の回路を用いて運転することも可能である。

0072

図8はその第2段階の熱交換器E5の出口のところの分離ドラムB51の中で溶媒相が分離されるもう1つの具体例を示す。これを次に膨張させ、そして熱交換器E5へ供給してその処理されるべきガスと溶媒との混合物を冷却させる。熱交換器E5の出口において液体/蒸気の形の溶媒相は分離ドラムB41へ供給され、その出口においてあるる溶媒フラクションが得られ、そしてこれはライン44を通して第1段階の熱交換器E4へ再循環される。

0073

図9はある段階数nにおいて運転される場合を図式的に示す。段階iからやって来る、少なくとも1つの分離されるべき成分、例えば成分Aの枯渇したガスは次の段階i+1へ送られ、一方段階iからやって来る分離されるべき成分に富んだガスは前の段階i−1へ送られる。

0074

図10はその処理されるべきガスから分離されるべき少なくとも1つの成分Aの割合を低下させるのに適し、そしてガス相G1と、少なくとも溶媒相S1のあるるフラクションとの間での向流接触の段階を含む方法の特別な具体例の1つを図式的に示す。

0075

これは例えば次のように実施される。ライン10から流入するその処理されるべきガスは熱交換器E3へ供給されるに先立ってライン11から流入する溶媒と混合される。そのようにして得られたガス/溶媒混合物はこの熱交換器の中で冷却され、そしてその後で分離ドラムBへ供給されるが、これは例えばこのものの上方部分の水準において接触帯域Cを含む。

0076

このドラムの中でその混合物の分離によりもたらされるガスフラクションは、例えば接触帯域Cの中でライン60を通してこのドラムの上方部分から流入する溶媒相と向流で接触する。この接触帯域の頂部においてその処理されたガスはライン61を通してこのドラムから排出され、そして熱交換器E3へ供給されて、ここでこれは、中でも冷却剤として用いられ、そしてこれはライン67を通して排出される。

0077

ライン64を通して排出されるその分離された溶媒相は、例えばそのラインに設けられた膨張弁V2を通って膨張し、この膨張により得られた液/蒸気混合物は次に分離ドラムB11へ供給される。この分離ドラムの出口において得られる溶媒相はライン65を通して排出され、そして熱交換器E3へ供給されて、ここでこれはその処理されるべきガスと溶媒との熱交換によって再生される。そのようにして得られた液/ガス混合物は次に分離ドラムB2において分離され、このものの出口において成分Aの富化されたガス相はライン66を通して排出され、そして成分Aが少なくとも部分的に除かれた溶媒相は、例えばポンプP2に吸引されて分配弁Vによりいくつかのフラクションに分割される。少なくとも部分的に成分が除去された溶媒フラクションの1つは次にライン11を通して供給されてその処理されるべきガスと混合され、一方、その1部は熱交換器E3へ供給されてこの熱交換器の中で冷却され、そして例えば分離ドラムBの接触帯域Cの頂部へ導入される。

0078

接触帯域Cは、例えば充填塔要素またはプレート塔要素よりなる。これはまた、例えば垂直に配置された、例えば塔熱交換器として運転される熱交換器よりなることもできる。例えばプレート熱交換器として構成されたこの熱交換器の各チャンネルは交互に、例えば接触帯域の頂部から流出する、例えば膨張によって補助的冷却を受けていてもよい冷たいガスを通ずるのに、そしてそのガスと溶媒との間の向流接触を行なわせるのに用いられる。

0079

溶媒相S1は例えば外部流体によって加熱される熱交換器の中、あるいは蒸留塔の中で、例えば膨張および/または加熱による追加的な再生段階を受けることもできる。同様に、ガス相G1およびG2は、例えば同伴される溶媒の少なくとも1部を回収するために補助冷却段階にかけることができる。

0080

図11は中でも、液体溶媒相Sに対して向流で流すことによってその液体溶媒相の熱交換帯域を通って流れている間における加熱によって生じたガス相G2の同時的な分離を実施すると言う利点を有する別の変決態様の具体例を図式的に示す。

0081

そのために、その熱交換帯域は、例えば、実質的に垂直な、または傾斜した状態に熱交換器を配置することによってこの向流流通が得られるのを許容するように設けられる。その液体溶媒相は下向流として流れ、一方ガス相G2は向流で上昇する。これは中でも、その熱交換器または熱交換帯域の最冷の側で生じた蒸気相を排出させ、そして中でもその排出される蒸気相の溶媒含有量を制限することを許容する。

0082

熱交換器E3は、例えば垂直に配置される。この方法の、図3または4において記述したものと実質的に同じ具体例の1つによれば、ライン10から流入するその処理されるべきガスは熱交換器E3へ供給されるに先立ってライン11から流入する溶媒と混合される。

0083

上に記述した方法によれば、分離ドラムB11からの溶媒相は、例えば熱交換器E3の頂部から導入され、そしてE3の中で下降流で流れる。加熱によって生じた蒸気相は向流で流れる。

0084

熱交換器E3は、例えばプレート熱交換器であり、その際各プレートの間の空間が液体相のキャリオーバを防ぐようなその蒸気相の流れ速度を得るのに充分であるようなものである。熱交換器E3の頂部においてそのガス相または蒸気相は、例えばライン70を通して回収され、そしてその再生された溶媒相は熱交換器E3の底部においてライン71を通して回収されてポンプP2によって再循環される。

0085

これらの種々の具体例は、例えばメタンに富んだ高圧天然ガス精油所ガスまたは水素を含む合成ガス等の種々の型のガスを処理するのに有利に用いることができる。処理されるべきガスから分離される成分は、例えばCO2および/またはH2Sのような酸性ガスである。

0086

この場合には用いる溶媒は、化学的、または物理的な溶媒である。物理的溶媒は好ましくは、例えばメタノールまたはエタノールのようなアルコール、例えばメチルプロピルエーテル、エチルプロピルエーテル、メチルtert-イソブチルエーテル、ブロピレンカーボネートまたはメトキシエタノールのようなエーテル類である。

0087

その処理されるべきガスから分離されるべき成分はまた、例えばメタンと分離される、例えばエタン、プロパンおよびブタンのような炭化水素であることができる。分離されるべき成分の1つは、メタンであることもでき、これは例えば水素や窒素を含むガスから分離することができる。この場合には溶媒は、例えば1分子当り5ないし6個の炭素原子を有する炭化水素留分よりなる軽質ガソリン、または、例えばメタノールのような他の物理的溶媒である。

0088

分離を行なう圧力(処理されるべきガスの圧力)は例えば2PMaないし10MPaである。このガスと溶媒との混合物は、例えば−20℃と−100℃との間の範囲の温度に冷却される。

発明の効果

0089

本発明にしたがう方法はまた、いくつかの成分を含むガスを処理し、中でもこのガスから、例えば二酸化炭素CO2および硫化水素H2Sあるいは二酸化硫黄SO2等を含むフラクション、あるいは種々の炭化水素類と、例えばメタンと水素またはメタンと窒素のような種々の成分の混合物を含むガスよりなるフラクションを分離するのにも有利に用いられる。

0090

段階的運転、例えば最初にCO2に富んだガスのフラクションを分離し、次いでH2Sに富んだフラクションを分離する等のように、異なった組成のガスフラクションを分離することもできる。

図面の簡単な説明

0091

図1従来技術による処理方法を示す説明図。
図2本発明の方法を単一熱交換帯域により実施する場合の各段階を示す説明図。
図3本発明の方法の処理されたガスを冷却に利用する変形態様を示す説明図。
図4図3に示したものの別な変形態様を示す説明図。
図5本発明の実施例にあげた方法をを示す説明図。
図6本発明の方法のさらに別な変形態様を示す説明図。
図72段階で行なわれる本発明の方法の具体例を示す説明図。
図8図7に示した具体例の別な変形態様を示す説明図。
図9多段階で行なわれる本発明の方法の具体例を示す説明図。
図10処理されるガスを同時に溶媒と接触させ、そしてこれから分離する本発明の方法の具体例を示す説明図。
図11いくつかの成分の富化された溶媒相を熱交換帯域において、これら成分から分離する本発明の方法の具体例を示す説明図。

--

0092

C,C1,C2,C3塔
B,B1,B2,B11,B41,B42,B51,B52分離ドラム
E1,E2,E3,E4,E5熱交換器
T1,T7タービン
K,K1圧縮機

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