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技術 ガス混合物からH2Sを除去する、水性アルカノールアミン溶液及び工程

出願人 ダウグローバルテクノロジーズエルエルシー
発明者 クリストフ・アール・ラロシュヘラルド・パディラティモシー・ディー・ハルノン
出願日 2013年6月6日 (6年8ヶ月経過) 出願番号 2015-520226
公開日 2015年9月17日 (4年5ヶ月経過) 公開番号 2015-527189
状態 不明
技術分野
  • -
主要キーワード フラッシュ温度 ガス流動速度 水性吸収剤 プラント排ガス 吸収容器 電気加熱器 蒸留ガス 液体天然ガス
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図面 (3)

課題・解決手段

本発明は、ガス混合物から硫化水素を除去するアルカノールアミン水溶液に関連する。アルカノールアミン水溶液は、(i)式: R1R2NCH2CH(OH)CH2OH を有し、式中、R1及びR2は、独立に1〜3個の炭素原子の低級アルキル基を表すアミノ化合物と、(ii)8以下のpKaを有する、酸又は酸形成物質と、随意に(iii)その他のアミノ化合物と、さらに随意に(iv)物理溶媒とを含む。さらに、本発明は、ガス混合物から、酸性ガス、好ましくは硫化水素を除去する工程に関連し、工程は、ガス混合物をアルカノールアミン水溶液と接触させ、好ましくはアルカノールアミン水溶液の温度は、140°F以上であるステップを含む。ガス混合物の例には、天然ガス合成ガス排ガス、及び製油所ガスが挙げられる。

概要

背景

発明の背景
天然ガス貯留層石油、又は石炭由来する流動する流れはしばしば、顕著な量の酸性ガス、例えば二酸化炭素(CO2)、硫化水素(H2S)、二酸化硫黄(SO2)、二硫化炭素(CS2)、シアン化水素(HCN)、硫化カルボニル(COS)、又はメルカプタンを、不純物として含有している。前記流動する流れは、ガス液体、又はそれらの混合物、例えば、天然ガス、製油所ガスシェール熱分解から生じる炭化水素ガス合成ガス等のガス、若しくは液化石油ガスLPG)、及び液体天然ガス(NGL)等の液体であることがある。

酸性ガスを除去する様々な組成物及び工程が知られており、文献に記載されている。アミン水溶液を用いてガス混合物を処理し、これらの酸性ガスを除去することは、周知である。典型的には、アミン水溶液は、酸性ガスを含むガス混合物に、吸収塔において低温高圧向流として接触する。アミン水溶液は一般に、アルカノールアミン、例えばトリエタノールアミン(TEA)、メチルジエタノールアミン(MDEA)、ジエタノールアミン(DEA)、モノエタノールアミンMEA)、ジイソプロパノールアミンDIPA)、又は2−(2−アミノエトキシエタノール(時としてジグリコールアミン、又はDGAと称される)を含有する。いくつかの場合では、促進剤が、アルカノールアミン、例えばピペラジン、及びMDEAと組み合わせて使用され、このことは、米国特許第4,336,233号;同第4,997,630号;及び同第6,337,059号に開示されており、これらの特許文献はすべて、その全体が参照により本明細書に援用される。代わりに欧州特許第0134948号には、酸を、選ばれたアルカリ性物質、例えばMDEAと混合して、酸性ガス除去を促進させることが開示されている。しかしながら、欧州特許第0134948号では、酸性ガスの除去を増加させるには、酸と混合されたアルカリ性物質の選ばれた種類のみが、アルカリ性水溶液中で使用可能であることが教示されている。

三級アミン、例えば3−ジメチルアミノ−1,2−プロパンジオールDMAPD)が、CO2をガス混合物から除去するのに有効であることが示されており、米国特許第5,736,116号を見られたい。さらには、具体的な工程、例えば、ギルトール(Girbotol)工程では、三級アミンが、H2Sの除去において有効であることが示されているが、高温では能力低下を示しており、例えば、“Organic Amines−Girbotol Process”, Bottoms, R.R., The Science of Petroleum, volume 3, Oxford University Press, 1938, pp 1810−1815を見られたい。

上の化合物は有効ではあるが、それぞれ、用途の普遍性が損なわれているという限界がある。特に、H2Sをガス混合物から除去するアルカノールアミン、及び/又は、高温、例えば140°F以上で使用される場合に、商業的に実現可能な能力で効率的に酸性ガスを除去するアルカノールアミン水溶液を含む、水性組成物を有することが望ましい。

従って、硫化水素をガス混合物から除去する、及び/又は高い運転温度で酸性ガスを除去するのに有効なアルカノールアミン水溶液、及び前記溶液を使用する方法の必要性が存在する。

概要

本発明は、ガス混合物から硫化水素を除去するアルカノールアミン水溶液に関連する。アルカノールアミン水溶液は、(i)式: R1R2NCH2CH(OH)CH2OH を有し、式中、R1及びR2は、独立に1〜3個の炭素原子の低級アルキル基を表すアミノ化合物と、(ii)8以下のpKaを有する、酸又は酸形成物質と、随意に(iii)その他のアミノ化合物と、さらに随意に(iv)物理溶媒とを含む。さらに、本発明は、ガス混合物から、酸性ガス、好ましくは硫化水素を除去する工程に関連し、工程は、ガス混合物をアルカノールアミン水溶液と接触させ、好ましくはアルカノールアミン水溶液の温度は、140°F以上であるステップを含む。ガス混合物の例には、天然ガス、合成ガス、排ガス、及び製油所ガスが挙げられる。

目的

効果

実績

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請求項1

ガス混合物から硫化水素を除去するアルカノールアミン水溶液であって(i)式:R1R2NCH2CH(OH)CH2OHを有し、式中、R1及びR2は独立に、メチルエチルプロピル、又はイソプロピル基を表すアミノ化合物と、(ii)8以下のpKaを有する酸、又は水性溶媒中で8以下のpKaを有する酸を形成することが可能な酸形成物質と、さらに(iii)随意に、(i)とは異なった一つ又は複数のアミノ化合物と、を含む溶液

請求項2

請求項1に記載のアルカノールアミン水溶液であって、(i)前記アミノ化合物が、0.1〜75重量パーセントの量で存在し、(ii)前記酸が0.1〜25重量パーセントの量で存在し、そして(iii)随意のアミノ化合物が、0〜75重量パーセントの量で存在し、重量パーセントが、前記アルカノールアミン水溶液の全重量を基準とする溶液。

請求項3

前記アミノ化合物(i)が、3−(ジメチルアミノ)−1,2−プロパンジオール、又は3−(ジエチルアミノ)−1,2−プロパンジオールである、請求項1に記載のアルカノールアミン水溶液。

請求項4

前記酸が、リン酸硫酸ホウ酸ギ酸塩酸である、請求項1に記載のアルカノールアミン水溶液。

請求項5

請求項1に記載のアルカノールアミン水溶液であって、さらに(iv)物理溶媒を含む溶液。

請求項6

前記物理溶媒(iv)が、シクロテトラメチレンスルホンポリエチレングリコールジメチルエーテル、1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン、N−ホルミルモルフォリン、N−アセチルモルフォリン、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、又はそれらの混合物からなる群から選択される、請求項5に記載のアルカノールアミン水溶液。

請求項7

硫化水素を含むガス混合物から硫化水素を除去する処理方法であって、前記ガス混合物を、請求項1〜6のいずれか一項に記載のアルカノールアミン水溶液と接触させるステップを含む処理方法。

請求項8

前記アルカノールアミン水溶液の温度が、140°F以上である、請求項5に記載の処理方法。

請求項9

前記アルカノールアミン水溶液を水蒸気ストリッピングするステップをさらに含み、硫化水素の希薄なアルカノールアミン水溶液を形成して、前記接触させるステップで使用可能とする、請求項7〜8のいずれか一項に記載の処理方法。

技術分野

0001

発明の分野
本発明は、酸又は酸形成物質、及びアルカノールアミン、好ましくは3−(ジメチルアミノ)−1,2−プロパンジオール水溶液を含む組成物、並びに、前記水性組成物を用いて、酸性ガス、例えばCO2、COS、及びH2Sをガス混合物から、好ましくは、水溶液が高温であるという条件の下でH2Sをガス混合物から除去する工程に関する。

背景技術

0002

発明の背景
天然ガス貯留層石油、又は石炭由来する流動する流れはしばしば、顕著な量の酸性ガス、例えば二酸化炭素(CO2)、硫化水素(H2S)、二酸化硫黄(SO2)、二硫化炭素(CS2)、シアン化水素(HCN)、硫化カルボニル(COS)、又はメルカプタンを、不純物として含有している。前記流動する流れは、ガス液体、又はそれらの混合物、例えば、天然ガス、製油所ガスシェール熱分解から生じる炭化水素ガス合成ガス等のガス、若しくは液化石油ガスLPG)、及び液体天然ガス(NGL)等の液体であることがある。

0003

酸性ガスを除去する様々な組成物及び工程が知られており、文献に記載されている。アミン水溶液を用いてガス混合物を処理し、これらの酸性ガスを除去することは、周知である。典型的には、アミン水溶液は、酸性ガスを含むガス混合物に、吸収塔において低温高圧向流として接触する。アミン水溶液は一般に、アルカノールアミン、例えばトリエタノールアミン(TEA)、メチルジエタノールアミン(MDEA)、ジエタノールアミン(DEA)、モノエタノールアミンMEA)、ジイソプロパノールアミンDIPA)、又は2−(2−アミノエトキシエタノール(時としてジグリコールアミン、又はDGAと称される)を含有する。いくつかの場合では、促進剤が、アルカノールアミン、例えばピペラジン、及びMDEAと組み合わせて使用され、このことは、米国特許第4,336,233号;同第4,997,630号;及び同第6,337,059号に開示されており、これらの特許文献はすべて、その全体が参照により本明細書に援用される。代わりに欧州特許第0134948号には、酸を、選ばれたアルカリ性物質、例えばMDEAと混合して、酸性ガス除去を促進させることが開示されている。しかしながら、欧州特許第0134948号では、酸性ガスの除去を増加させるには、酸と混合されたアルカリ性物質の選ばれた種類のみが、アルカリ性水溶液中で使用可能であることが教示されている。

0004

三級アミン、例えば3−ジメチルアミノ−1,2−プロパンジオール(DMAPD)が、CO2をガス混合物から除去するのに有効であることが示されており、米国特許第5,736,116号を見られたい。さらには、具体的な工程、例えば、ギルトール(Girbotol)工程では、三級アミンが、H2Sの除去において有効であることが示されているが、高温では能力低下を示しており、例えば、“Organic Amines−Girbotol Process”, Bottoms, R.R., The Science of Petroleum, volume 3, Oxford University Press, 1938, pp 1810−1815を見られたい。

0005

上の化合物は有効ではあるが、それぞれ、用途の普遍性が損なわれているという限界がある。特に、H2Sをガス混合物から除去するアルカノールアミン、及び/又は、高温、例えば140°F以上で使用される場合に、商業的に実現可能な能力で効率的に酸性ガスを除去するアルカノールアミン水溶液を含む、水性組成物を有することが望ましい。

0006

従って、硫化水素をガス混合物から除去する、及び/又は高い運転温度で酸性ガスを除去するのに有効なアルカノールアミン水溶液、及び前記溶液を使用する方法の必要性が存在する。

0007

本発明は、アルカノールアミン水溶液組成物、及び、前記アルカノールアミン水溶液組成物を用いて酸性ガスを除去する、好ましくは、前記酸性ガスを含むガス混合物との接触を通じて硫化水素を除去する工程であり、好ましくはアルカノールアミン水溶液の温度は、140°F以上であり、前記組成物は、(i)好ましくは0.1〜75重量パーセントの量の、一般式
R1R2NCH2CH(OH)CH2OH (1)
を有するアミノ化合物であって、式中、R1及びR2は独立に、1〜3個の炭素原子の低級アルキル基、例えば、メチルエチルプロピル、及びイソプロピル基を表し、さらに好ましいR1及びR2基としては、メチル及びエチル基が挙げられ、特に好ましいアミノ化合物としては、R1及びR2が両方ともメチル基である3−ジメチルアミノ)−1,2−プロパンジオール、及び、R1及びR2が両方ともエチル基である3−ジエチルアミノ)−1,2−プロパンジオールが挙げられる、アミノ化合物と;(ii)酸又は酸形成物質であって、好ましくは0.1〜25重量パーセントの量で、例えば、8以下、好ましくは7以下、より好ましくは6以下のpKaを有する有機又は無機酸である、酸又は酸形成物質と;(iii)一つ又は複数の添加アミノ化合物であって、好ましくは0〜75重量パーセントの量で、本明細書に記載の上の(i)のアミノ化合物とは異なっており、好ましくは一つ又は複数の三級アミノ基を含む、添加アミノ化合物と、さらに(iv)随意に、物理溶媒であって、好ましくはシクロテトラメチレンスルホンポリエチレングリコールジメチルエーテル、1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン、N−ホルミルモルフォリン、N−アセチルモルフォリン、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、又はそれらの混合物から選択される物理溶媒と、を含む。

0008

ここで、重量パーセントはアルカノールアミン水溶液の全重量を基準としている。

0009

本発明の一実施形態では、アミノ化合物(i)は、好ましくは3−(ジメチルアミノ)−1,2−プロパンジオール、又は3−(ジエチルアミノ)−1,2−プロパンジオールである。

0010

本発明の一実施形態では、酸(ii)は、好ましくは、リン酸硫酸ホウ酸ギ酸、又は塩酸である。

0011

本発明の一実施形態では、工程はさらに、アルカノールアミン水溶液を水蒸気ストリッピングするステップを含み、硫化水素の希薄なアルカノールアミン水溶液を形成するようにして、これを前記接触ステップにおいて使用してもよい。

図面の簡単な説明

0012

本発明の吸収工程のプロセスフロー概略図を例示する。
吸収剤循環速度に対してプロットされた、清浄化されたガス混合物中のH2S濃度である。

0013

発明の詳細な記載
本発明の水性溶媒は、アルカノールアミン化合物、及び酸又は酸形成物質を含むアミン水溶液である。本発明のアルカノールアミン水溶液中で有用なアミノ化合物は、一般式:

0014

R1R2NCH2CH(OH)CH2OH (1)
を有し、R1及びR2は独立に、1〜3個の炭素原子の低級アルキル基、例えば、メチル、エチル、プロピル、及びイソプロピル基を表す。さらに好ましいR1及びR2基としては、メチル及びエチル基が挙げられる。特に好ましいアミノ化合物としては、R1及びR2が両方ともメチル基である3−(ジメチルアミノ)−1,2−プロパンジオール、並びに、R1及びR2が両方ともエチル基である3−(ジエチルアミノ)−1,2−プロパンジオールが挙げられる。

0015

本発明のアルカノールアミン水溶液は、アルカノールアミンを、0.1重量パーセント以上、好ましくは5重量パーセント以上、より好ましくは10重量パーセント以上、さらに好ましくは20重量パーセント以上の量で含有し、重量パーセントは、水溶液の全重量を基準にしている。本発明のアルカノールアミン水溶液は、アルカノールアミンを、75重量パーセント以下、好ましくは65重量パーセント以下、より好ましくは55重量パーセント以下、さらに好ましくは50重量パーセント以下の量で含み、重量パーセントは、水溶液の全重量を基準にしている。

0016

本発明において使用できる好適な酸又は酸形成物質は、強酸を特徴とすることができ、この強酸は、pKaが8以下、好ましくは7以下、より好ましくは6以下である任意の有機又は無機酸を含む。使用可能な酸には、低い腐食効果のため好ましいリン含有酸、リン酸、ホウ酸、塩酸、硫酸、ホウ酸、亜硫酸亜硝酸ピロリン酸、亜テルル(telurous)酸等が挙げられる。また、好適な酸として挙げられるものは、有機酸、例えば酢酸、ギ酸、アジピン酸安息香酸、n−酪酸クロロ酢酸クエン酸グルタル酸乳酸マロン酸シュウ酸、o−フタル酸コハク酸o−トルイル酸等である。加えて、水との接触時に酸を形成することが可能な酸形成物質を使用することができる。本発明において有用なそのような酸形成物質から形成される酸は、pKaが8以下、好ましくは7以下、より好ましくは6以下である。好適な酸形成物質は、二酸化硫黄である。

0017

本発明のアルカノールアミン水溶液は、酸及び/又は酸形成物質を、0.1重量パーセント以上、好ましくは0.5重量パーセント以上、より好ましくは1重量パーセント以上の量で含有し、重量パーセントは、水溶液の全重量を基準にしている。本発明のアルカノールアミン水溶液は、酸又は酸形成物質を、25重量パーセント以下、好ましくは10重量パーセント以下、より好ましくは5重量パーセント以下、そしてさらに好ましくは2.5重量パーセント以下の量で含有し、重量パーセントは、水溶液の全重量を基準にしている。

0018

本発明の水性吸収剤組成物は、随意に一つ又は複数の添加アミノ化合物を含有してもよい。好ましくは、添加アミノ化合物は、異なった、すなわち本明細書の上の式(1)により記述されない第2のアルカノールアミン、例えば、トリス(2−ヒドロキシエチルアミン(トリエタノールアミン、TEA);トリス(2−ヒドロキシプロピル)アミン(トリイソプロパノール);トリブタノールアミン;ビス(2−ヒドロキシエチル)メチルアミン(メチルジエタノールアミン、MDEA);2−ジエチルアミノエタノールジエチルエタノールアミン、DEEA);2−ジメチルアミノエタノールジメチルエタノールアミンDMEA);3−ジメチルアミノ−1−プロパノール;3−ジエチルアミノ−1−プロパノール;2−ジイソプロピルアミノエタノール(DIEA);N,N−ビス(2−ヒドロキシプロピル)メチルアミン(メチルジイソプロパノールアミン、MDIPA);N,N’−ビス(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン(ジヒドロキシエチルピペラジン、DiHEP);ジエタノールアミン(DEA);2−(tert−ブチルアミノ)エタノール;2−(tert−ブチルアミノエトキシ)エタノール;又は2−アミノ−2−メチルプロパノールAMP)、2−(2−アミノ−エトキシ)エタノールである。

0019

好ましい添加アミノ化合物は、一つ又は複数の三級アミノ基を含む。

0020

好ましくは、添加アミノ化合物は、一つ又は複数の立体障害アミノ基を有する。1−ヒドロキシエチル−4−ピリジニルピペラジン(pyridnlypiperazine)化合物、及び一つ又は複数の立体障害アミノ基を有するアミンを含む水性吸収組成物は、H2Sの除去に特に好適である。

0021

もし存在するのであれば、アルカノールアミン水溶液中の随意のアミノ化合物の量は、アルカノールアミン水溶液の全重量に基づき、0.1重量パーセント以上、好ましくは1重量パーセント以上、より好ましくは5重量パーセント以上の範囲にあってもよい。もし存在するのであれば、アルカノールアミン水液中の随意のアミノ化合物の量は、アルカノールアミン水溶液の全重量に基づき、75重量パーセント以下、好ましくは50重量パーセント以下、より好ましく25重量パーセント以下の範囲にあってもよい。

0022

ガス混合物からH2Sを除去するためには、処理すべきガスと接触させるアルカノールアミン水溶液の温度は、120°F以上、好ましくは130°F以上、より好ましくは140°F以上、そしてさらに好ましくは150°F以上である。

0023

アミノ化合物及び酸に加えて、アルカノールアミン水溶液は、周知のとおりに実施される流動処理で使用される、一つ又は複数のその他の化合物を含んでいてもよい。随意に提供される例示化合物は、以下の一つ又は複数を含んでいてもよく、それらは:消泡剤;物理溶媒、例えば、グリコール並びにモノ−及びジ−エーテル、又はそれらのエステル脂肪族酸アミド、N−アルキル化ピロリドン、スルホン、スルホキシド等;抗酸化剤腐食防止剤膜形成物質キレート剤、例えば金属;pH調整剤、例えばアルカリ化合物;等であるが、これらに限定はされない。これらの随意の成分の量は、決定的に重要というわけではないが、既知の実施に従った有効量で提供され得る。

0024

アミノ化合物、酸、及び、流動処理に使用される随意の一つ又は複数のその他の化合物に加え、アルカノールアミン水溶液は、物理溶媒を含んでいてもよい。好ましくは、シクロテトラメチレンスルホン(SULFOLANEの商標購入可能)、ポリエチレングリコールのジメチルエーテル(SELEXOLの商標でダウケミカル社(Dow Chemical Company)から購入可能)、及びトリエチレングリコールモノメチルエーテル(ダウケミカル社のTGME、又はMETHOXYTRIGLYCOL)、1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン、N−ホルミルモルフォリン、N−アセチルモルフォリン、又はそれらの混合物等の溶媒である。

0025

もし存在するのであれば、アルカノールアミン水溶液中の物理溶媒の量は、アルカノールアミン水溶液の全重量を基準にして、1重量パーセント以上、好ましくは5重量パーセント以上、より好ましくは10重量パーセント以上の量で存在してもよい。もし存在するのであれば、アルカノールアミン水溶液中の物理溶媒の量は、アルカノールアミン水溶液の全重量を基準にして、75重量パーセント以下、好ましくは65重量パーセント以下、より好ましくは50重量パーセント以下の量で存在してもよい。

0026

本明細書に記載の本発明は、石油化学製品の、及びエネルギー産業に多大な応用があるものである。例えば、本発明は、石油精製所における、流動する流れ、ガス、液体、又は混合物の処理、酸性ガスの処理、石炭水蒸気ガスの処理、有害なスタック排気の処理、ランドフィールドガス(land fieldgasses)の処理、及び人間の安全性に対して有害な排気を取り扱う一連新規装置に使用することができる。

0027

本発明の工程により処理されることになる流動する流れは、H2Sを含む酸性のガス混合物を含有し、随意にその他のガス、例えばCO2、N2、CH4、C2H6、C3H8、H2、CO、H2O、COS、HCN、NH3、O2、メルカプタン等を含んでいてもよい。しばしばそのようなガス混合物は、燃焼ガス、製油所ガス、都市ガス、天然ガス、合成ガス、排ガス水性ガスプロパンプロピレン重質炭化水素ガス等に見い出される。本明細書のアルカノールアミン水溶液が特に有効なのは、流動する流れが、例えば、シェール油蒸留ガス、石炭から得られた、若しくは、空気/水蒸気若しくは酸素/水蒸気熱転換を用いて重質残油をさらに低分子量の液体及びガスにする重質油ガス化から得られた、又は硫黄プラント排ガス浄化運転において得られたガス混合物である場合である。

0028

本発明の工程は、好ましくは、H2Sを含むガスの流れからH2Sを、随意に一つ又は複数のその他の酸性ガス不純物、例えばCO2、N2、CH4、C2H6、C3H8、H2、CO、H2O、COS、HCN、NH3、O2、及び/又はメルカプタンの存在下で除去するのに使用する。しかしながら、本発明は、H2S、並びにCO2、N2、CH4、C2H6、C3H8、H2、CO、H2O、COS、HCN、NH3、O2、及び/又はメルカプタンの一つ又は複数を、H2S、並びにCO2、SO2、CS2、HCN、COS、及び/又はメルカプタンの一つ又は複数を含むガスの流れから除去するのに使用してもよい。

0029

本発明の吸収ステップは概して、流動する流れ、好ましくはガス混合物を、アルカノールアミン水溶液と、任意の好適な、例えば、代表的な吸収工程の接触容器中で接触させることを含んでおり、参照により本明細書においてその全体が援用される、米国特許第5,736,115号、及び第6,337,059号を見られたい。そのような工程において、H2S、並びに随意に、H2Sが除去されるもととなるCO2及び/又はその他の不純物を含有する流動する流れを、アルカノールアミン水溶液と、従来の手段、例えば環若しくはふるい板を備えた若しくは容器、又は気泡反応器等を用いて、緊密に接触させてもよい。

0030

本発明を実施する典型的な様式では、吸収ステップは、流動する流れを吸収塔の下部に供給する一方、新鮮なアルカノールアミン水溶液を、塔の上部領域に供給することによって実行される。流動する流れは、H2Sを大部分除かれて、塔の上部から出現し(これは時として、処理された、又は浄化されたガスと称される)、充填されたアルカノールアミン水溶液は、吸収されたH2Sを含有し、塔の底又はその近傍から脱する。好ましくは、吸収ステップの最中の吸収剤組成物吸入口での温度は、120°F〜210°F、そしてより好ましくは140°F〜200°Fの範囲にある。圧力は、広範囲に変化してもよく;許容できる圧力は、吸収器中、単位平方インチあたり5〜2,000ポンド(psi)、好ましくは20〜1,500psi、そして最も好ましくは25〜1,000psiである。接触は、H2Sが好ましくは溶液によって吸収されるような条件下で生じる。吸収条件、及び装置の設計は、吸収器でのアルカノールアミン水溶液の滞留時間を最小限にしてCO2の捕捉を低減させると同時に、水性吸収剤組成物を伴う流動する流れが充分な滞留時間を維持し、最大限の量のH2Sガスを吸収するようになされる。低分圧の流動する流れ、例えば熱転換工程を受けたものは、同一吸収条件下で、より高分圧の流動する流れ、例えばシェール油蒸留ガスよりも、必要なアルカノールアミン水溶液が少ない。

0031

工程のH2S除去段階の典型的な手順は、H2S及びCO2を含有するガス混合物を、カラム中でアミノ化合物のアルカノールアミン水溶液と向流接触させることにより、H2Sを吸収させること含み、カラムの有する複数のトレイは、少なくとも120°Fの温度、そして少なくとも毎秒0.3フィートガス速度(ft/sec、「活性な」、すなわち通気させたトレイ表面を基準とする)であり、ガスの運転圧に依存して、前記トレイカラムの有する接触トレイは、20個未満であり、例えば、4〜16個のトレイを使用するのが典型的である。

0032

流動する流れをアルカノールアミン水溶液に接触させた後には、この溶液は、H2Sで飽和又は部分飽和しており、溶液を、少なくとも部分的に再生して、吸収器に戻して再循環させるようにしてもよい。吸収と同時に、再生が単一液相中で生じてもよい。再生、すなわちアルカノールアミン水溶液からの酸性ガスの脱着は、加熱、膨脹不活性流体を用いたストリッピング、又はそれらの組み合わせの従来手段、例えば溶液の圧力を減少させる、若しくは吸収されたH2Sの引火点にまで温度を増加させることにより、又は、溶液を、吸収ステップで使用されるのと類似した構造の容器に、容器の上部から通過させ、不活性ガス、例えば空気若しくは窒素、又は好ましくは蒸気を容器内で上方向に通過させることにより、達成してもよい。再生ステップの最中の溶液温度は、120°F〜210°C、そして好ましくは140°F〜200°Fの範囲であるべきであり、そして再生時の溶液の圧力は、0.5psi〜100psi、好ましくは1psi〜50psiの範囲であるべきである。アルカノールアミン水溶液は、H2Sガスの少なくとも一部分を除去した後に、吸収容器に戻して再循環させてもよい。補給吸収剤を必要に応じて追加してもよい。

0033

好ましい再生技術では、H2Sを多量に含んだアルカノールアミン水溶液を再生器送り、吸収された成分を、溶液の沸騰により生成した水蒸気によりストリップする。フラッシュドラム及びストリッピング器中の圧力は通常、1psi〜50psi、好ましくは15psi〜30psiであり、そして温度は、典型的には120°F〜340°F、好ましくは170°F〜250°Fの範囲である。ストリッピング器及びフラッシュ温度は、もちろん、ストリッピング器の圧力に依存することになり;従って15psi〜30psiというストリッピング器の圧力で、温度は脱着の最中には170°F〜250°Fであろう。再生されることになる溶液の加熱に作用を及ぼすには、低圧水蒸気を用いて間接加熱する手段によるのが、非常に適切である。しかしながら、水蒸気の直接注入を使用することも可能である。得られた、硫化水素の希薄なアルカノールアミン水溶液を使用して、H2Sを含むガス混合物に接触させてもよい。

0034

好ましくは、清浄なガスは、10ppm以下のH2Sを含有し、これは、いくつかの環境規制合致しており、より好ましくは4ppm以下のH2Sを含有し、これは、典型的なパイプライン仕様に合致している。

0035

好ましい本発明の実施形態は、本発明の方法を連続的に、すなわち、連続工程として実行することを含む。しかしながら、方法は、バッチ処理として、又は半連続的に実行してもよい。使用される工程のタイプの選択は、条件、使用設備気体の流れのタイプと量、及び当業者には明らかなその他の要因により、本明細書の開示に基づき決定すべきである。

0036

実施例1〜12は、50重量部のアルカノールアミン、50重量部の脱イオン化した水、及び随意に1〜2重量部の酸を含むアミン吸収剤水溶液であり、重量部はアミン吸収剤水溶液の全重量を基準にしている。4.2パーセントのH2S、16パーセントのCO2、及び79.8パーセントのN2を含有する合成混合物を含み、ここでパーセントは体積パーセントであり、このガスの流れを、パイロット規模の吸収器の中で処理して、H2S及びCO2を除去する。各アミン吸収剤水溶液については、ガスの流れは三つの異なった流動速度で処理する。実施例1〜12に関する、組成物、工程パラメータ、及び残留するH2S及びCO2のレベルを、表1に列挙する。表1では:
「MDEA」は、ダウケミカル社から購入可能な、98%のメチルジエタノールアミン;
「DMAPD」は、AKサイエンティフィック社(AK scientific)から購入可能な、98%の3−ジメチルアミノ−1,2−プロパンジオール;そして
「H3PO4」は、フィッシャーサイエンティフィック社(Fisher Scientific)から購入可能な、85%のo−リン酸である。

0037

アミン吸収剤水溶液は、パイロット規模の吸収器、図1に、供給ライン5を通じて、気液向流の充填床を備えた吸収カラム2の上部に導入する。ガスの流れを、供給ライン1を通じてカラム2の下部に、毎分10リットルガス流動速度で導入する。吸収器の圧力を、238psiaに調節する。清浄なガス(すなわち、H2S及びCO2の量が減少したもの)を、吸収器2の頂部からライン3を通じて排出し、残留したH2S及びCO2のレベルをガスクロマトグラフィーGC分析により測定する。H2S及びCO2の流れとともに充填されたアミン水溶液は、吸収器の下部に向かって流れ、ライン4を通じて脱出する。

0038

ライン4中の水性アミンは、レベル制御バルブ8により圧力が減少し、ライン7を通って熱交換器9に流れ、ここで、充填された水溶液が加熱される。高温で豊富な溶液は、ライン10を通じて再生器12の上部に入る。再生器12は、H2S及びCO2ガスの脱着に影響を及ぼす不規則充填物を備えている。再生器の圧力を17psiaに設定する。ガスは、ライン13を通って濃縮器14に受け渡され、ここで、残留したあらゆる水及びアミンの冷却と濃縮が生じる。ガスは、分離器15に入り、ここで、濃縮された液体は気相から分離される。濃縮された水溶液は、ポンプ22を通じてライン16を通って再生器12の上部に送られる。濃縮から残ったガスは、ライン17を通じて除去され、最終的に収集及び/又は廃棄される。再生された水溶液は、再生器12、及び密に結合した再沸器18を通って下方に流れる。再沸器18は、電気加熱器を備えており、水溶液の一部分を蒸発させて、あらゆる残留ガスを追い出す。気体は、再沸器から上昇し、再生器12に戻され、ここで、落下する液体と混じり合った後、ライン13を通って脱出し、工程の濃縮段階に入る。再沸器18からの再生された水溶液は、ライン19から脱出し、熱交換器20中で冷却され、その後、ポンプ21を通じ供給ライン5を通って吸収器2に送り返される。

0039

水性アミン吸収剤の流動速度を、精製されたガスのライン3におけるH2Sの量が劇的な増加を示すところまで、ゆっくりと下げて調整することにより測定する。

0040

実施例1〜12についての結果を、図2に示すプロット中でグラフ表示する。H2Sレベルは、体積100万分率(ppmv)であり、毎分立方センチメートル(cc/min)でのアミン流動速度に対して、プロットしてある。

実施例

0041

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