特許 6358631 ＢＴＥＸを含む低〜中モルパーセント硫化水素ガス供給をクラウスユニットで処理するための改良型硫黄回収工程

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6358631

(24)【登録日】2018年6月29日

(45)【発行日】2018年7月18日

(54)【発明の名称】ＢＴＥＸを含む低〜中モルパーセント硫化水素ガス供給をクラウスユニットで処理するための改良型硫黄回収工程

(51)【国際特許分類】

   C01B 17/16 20060101AFI20180709BHJP

   B01D 53/22 20060101ALI20180709BHJP

   B01D 71/06 20060101ALI20180709BHJP

   B01D 71/32 20060101ALI20180709BHJP

   B01D 71/52 20060101ALI20180709BHJP

   B01D 71/56 20060101ALI20180709BHJP

   B01D 71/70 20060101ALI20180709BHJP

   B01D 71/58 20060101ALI20180709BHJP

   C01B 17/04 20060101ALI20180709BHJP

   C01B 32/50 20170101ALI20180709BHJP

   C01B 3/50 20060101ALI20180709BHJP

   C08J 5/18 20060101ALI20180709BHJP

   C07C 15/04 20060101ALN20180709BHJP

   C07C 15/06 20060101ALN20180709BHJP

   C07C 15/073 20060101ALN20180709BHJP

   C07C 15/08 20060101ALN20180709BHJP

   C07C 7/144 20060101ALN20180709BHJP

【ＦＩ】

   C01B17/16 N

   B01D53/22

   B01D71/06

   B01D71/32

   B01D71/52

   B01D71/56

   B01D71/70

   B01D71/58

   C01B17/04 M

   C01B32/50

   C01B3/50

   C08J5/18CER

   C08J5/18CEZ

   !C07C15/04

   !C07C15/06

   !C07C15/073

   !C07C15/08

   !C07C7/144

【請求項の数】19

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2016-562897(P2016-562897)

(86)(22)【出願日】2015年4月10日

(65)【公表番号】特表2017-513796(P2017-513796A)

(43)【公表日】2017年6月1日

(86)【国際出願番号】US2015025272

(87)【国際公開番号】WO2015160645

(87)【国際公開日】20151022

【審査請求日】2016年12月14日

(31)【優先権主張番号】61/980,089

(32)【優先日】2014年4月16日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】506018363

【氏名又は名称】サウジ アラビアン オイル カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100088616

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 一平

(74)【代理人】

【識別番号】100154829

【弁理士】

【氏名又は名称】小池 成

(74)【代理人】

【識別番号】100132403

【弁理士】

【氏名又は名称】永岡 儀雄

(72)【発明者】

【氏名】バラグエト，ジャン−ピエール，アール．

(72)【発明者】

【氏名】ヴァイダヤ，ミリンド，エム．

(72)【発明者】

【氏名】デュバル，セバスティアン，エー．

(72)【発明者】

【氏名】ハレール，アーデッシュ

(72)【発明者】

【氏名】ハワジャー，アンワル，エイチ．

(72)【発明者】

【氏名】タマンナ，ヴェーラ，ヴィー．アール．

【審査官】 森坂 英昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−２５５９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５１２２８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／００７５７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１３−５１７９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５０４５３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０１Ｂ １７／００ − １７／９８

Ｃ０１Ｂ ３／００ − ３／５８

Ｃ０１Ｂ ３２／００ − ３２／９９１

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｂ０１Ｄ ７１／０６

Ｂ０１Ｄ ７１／３２

Ｂ０１Ｄ ７１／５２

Ｂ０１Ｄ ７１／５６

Ｂ０１Ｄ ７１／５８

Ｂ０１Ｄ ７１／７０

Ｃ０８Ｊ ５／１８

Ｃ０７Ｃ ７／１４４

Ｃ０７Ｃ １５／０４

Ｃ０７Ｃ １５／０６

Ｃ０７Ｃ １５／０７３

Ｃ０７Ｃ １５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸性ガス流体中の硫化水素濃度を濃縮して、クラウスユニットに供給するための硫化水素富化流体を生成するための濃縮装置であって、
前記酸性ガス流体を炭化水素富化流体と精製酸性ガス流体とに分離するように作動可能であり、
前記酸性ガス流体が、硫化水素、二酸化炭素、および炭化水素を含む、炭化水素選択分離ユニットと、
前記炭化水素選択分離ユニットと流体連通しており、前記精製酸性ガス流体を分離して、前記硫化水素富化流体および硫化水素希薄流体を生成するように作動可能であり、前記硫化水素富化流体が硫化水素濃度を有する、硫化水素選択分離ユニットであり、前記硫化水素選択分離ユニットが、ポリホスファゼン型ポリマー膜、ポリエーテル−ポリアミドコポリマー膜、イオン性液膜、イオン性液膜コンタクタ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、硫化水素選択分離ユニットと、
前記硫化水素選択分離ユニットと流体連通しており、前記硫化水素富化流体から硫黄元素を回収するように作動可能である前記クラウスユニットと、
を備える濃縮装置。

【請求項2】

前記硫化水素選択分離ユニットと流体連通しており、前記硫化水素富化流体を分離して、二酸化炭素富化透過分および硫化水素富化残留分を生成するように作動可能であり、前記硫化水素富化残留分が硫化水素濃度を有する二酸化炭素選択分離ユニットを更に備える、請求項１に記載の濃縮装置。

【請求項3】

前記二酸化炭素選択分離ユニットが、非晶質フッ素樹脂膜、非晶質ペルフルオロポリマー膜、ランダムフルオロコポリマー膜、全フッ素置換コポリマー膜、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２に記載の濃縮装置。

【請求項4】

前記炭化水素選択分離ユニットが、ＰＤＭＳ型ゴム状ポリマー膜を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の濃縮装置。

【請求項5】

前記酸性ガス流体が、メルカプタン、チオール、硫化カルボニル、二硫化炭素、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される汚染物質を更に含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の濃縮装置。

【請求項6】

前記炭化水素富化流体が、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、およびキシレンを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の濃縮装置。

【請求項7】

前記酸性ガス流体中の前記硫化水素濃度が、１５体積％〜５５体積％である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の濃縮装置。

【請求項8】

前記硫化水素富化流体中の前記硫化水素濃度が、５５体積％よりも高い、請求項１〜３のいずれか１項に記載の濃縮装置。

【請求項9】

酸性ガス流体中の硫化水素濃度を濃縮して、クラウスユニットに供給するための硫化水素富化流体を生成するための方法であって、
前記酸性ガス流体を炭化水素選択分離ユニットに供給し、前記酸性ガス流体が、硫化水素、二酸化炭素、および炭化水素を含むステップと、
前記炭化水素選択分離ユニット中で前記酸性ガス流体を分離して、炭化水素富化流体および精製酸性ガス流体を生成するステップと、
前記精製酸性ガス流体を、前記炭化水素選択分離ユニットと流体連通する硫化水素選択分離ユニットに供給し、前記硫化水素選択分離ユニットが、前記精製酸性ガス流体を分離するように作動可能であるステップであり、前記硫化水素選択分離ユニットが、ポリホスファゼン型ポリマー膜、ポリエーテル−ポリアミドコポリマー膜、イオン性液膜、イオン性液膜コンタクタ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、ステップと、
前記精製酸性ガス流体を、前記硫化水素選択分離ユニット中で分離して、前記硫化水素富化流体および硫化水素希薄流体を生成し、前記硫化水素富化流体が硫化水素濃度を有するステップと、
前記硫化水素富化流体を前記クラウスユニットの炉に供給し、前記クラウスユニットが、前記硫化水素富化流体から硫黄元素を回収して、硫黄元素流体および廃ガス流体を生成するように作動可能であるステップと、
を備える方法。

【請求項10】

前記硫化水素富化流体を、前記硫化水素選択分離ユニットと流体連通する二酸化炭素選択分離ユニットに供給し、前記二酸化炭素選択分離ユニットが、前記硫化水素富化流体を分離するように作動可能であるステップと、
前記硫化水素富化流体を分離して、二酸化炭素富化透過分および硫化水素富化残留分を生成し、前記硫化水素富化残留分が硫化水素濃度を有するステップと、
前記硫化水素富化残留分を、前記クラウスユニットの前記炉に供給するステップと、
を更に備える、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記二酸化炭素選択分離ユニットが、非晶質フッ素樹脂膜、非晶質ペルフルオロポリマー膜、ランダムフルオロコポリマー膜、全フッ素置換コポリマー膜、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記炭化水素富化流体を、前記炭化水素富化流体から炭化水素を回収するように作動可能であるＢＴＸ回収工程に供給するステップを更に含む、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項13】

前記炭化水素選択分離ユニットが、ＰＤＭＳ型ゴム状ポリマー膜を含む、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項14】

前記酸性ガス流体が、メルカプタン、チオール、硫化カルボニル、二硫化炭素、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される汚染物質を更に含む、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項15】

前記炭化水素富化流体が、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、およびキシレンを含む、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項16】

前記酸性ガス流体中の前記硫化水素濃度が、１５体積％〜５５体積％である、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項17】

前記硫化水素富化流体が、５５体積％を超える硫化水素濃度を有する、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項18】

酸性ガス流体中の硫化水素濃度を濃縮して、クラウスユニットに供給するための硫化水素富化流体を生成するための濃縮装置であって、
前記酸性ガス流体を炭化水素富化流体と精製酸性ガス流体とに分離するように作動可能であり、
前記酸性ガス流体が、硫化水素、二酸化炭素、および炭化水素を含む、炭化水素選択分離ユニットと、
前記炭化水素選択分離ユニットと流体連通しており、前記精製酸性ガス流体を分離して、二酸化炭素富化流体および二酸化炭素希薄流体を生成するように作動可能であり、前記二酸化炭素希薄流体が硫化水素濃度を有する二酸化炭素選択分離ユニットと、
前記二酸化炭素選択分離ユニットと流体連通しており、前記二酸化炭素希薄流体から硫黄元素を回収するように作動可能である前記クラウスユニットと、
を備える濃縮装置。

【請求項19】

前記二酸化炭素選択分離ユニットと流体連通しており、前記二酸化炭素富化流体を、硫化水素富化透過分と二酸化炭素富化残留分とに分離するように作動可能であり、前記硫化水素富化透過分が硫化水素濃度を有する硫化水素選択分離ユニットを更に備える、請求項１８に記載の濃縮装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、酸性ガス流体を処理するためのシステムおよび方法に関する。より詳しくは、低モルパーセントの硫化水素を有する酸性ガス流体を処理するためのシステムおよび方法を提供する。より詳しくは、低モルパーセントの硫化水素およびＢＴＥＸ汚染物質を有する酸性ガス流体を処理するためのシステムおよび方法を提供する。

【背景技術】

【0002】

クラウスユニットは、硫化水素を含有する酸性ガス流体から硫黄元素形態の硫黄を回収するための一次処理システムである。硫化水素ガスは、天然ガスで自然に発生するか、ガス処理システムで副産物として発生する。硫化水素は毒性が非常に高く、流体ガス流体からの除去および処理が必要である。排出を削減し、厳格化する燃料規制に合致させ、ますます深まる環境への懸念に対応するためには、硫化水素や他の硫黄含有化合物を効率的に処理する必要性が高まっている。硫黄含有種から回収する極限状態は硫黄元素である。

【0003】

クラウスユニットでは、硫化水素を含有する酸性ガス供給流と空気等の酸素供給源を炉に供給する。酸性ガス供給流体は広範な組成を有する。多くの酸性ガス供給流体は、アミン吸収等の溶媒吸収工程から始まる。

【0004】

吸収工程では、石油精製、天然ガス処理、および他の工業処理の副生ガスから硫化水素を抽出する。酸性ガス供給流体はまた、サワー水ストリッピングユニット（硫黄酸化物含有水の軽質留分除去装置）に由来する場合もある。

【0005】

硫化水素は、炉に供給されると、部分燃焼を起こして、硫黄、二酸化硫黄、および水を形成する。クラウス反応を効率的に実施できるよう、炉の温度プロファイルは、８５０〜１，２００℃の範囲に維持する。汚染物質を完全に燃焼するため、９５０℃を超える温度が必要である。到達温度は、二酸化炭素（ＣＯ_２）、水（Ｈ_２Ｏ）、炭化水素、および他の硫黄含有化合物等の、供給中に存在する他の成分により異なる。可燃性ガスは、燃焼により温度を上昇させやすく、不活性ガスは、希釈により温度を低下させやすい。硫化水素の硫黄への変換は温度作用によるため、温度は重要な工程パラメータであるが、圧力が果たす役割は少ない。炉での滞留時間は、典型的にはおよそ０．５秒である。

【0006】

燃焼生成物の比率は、炉で利用可能な酸素量により異なる。炉で形成される他の生成物としては、水素、硫化カルボニル、および二硫化炭素を挙げることができる。炉では、酸性ガス流体に存在するメルカプタン等の汚染物質も分解される。

【0007】

反応生成物を第１の凝縮器に供給し、硫黄元素を凝縮、分離し、硫黄ピットに収集する。ガス生成物を再加熱し触媒コンバータに供給する。触媒コンバータは、約３０５℃の平均温度に維持する。触媒床破損回避のため出口温度を制限する必要があり、温度には制限がある。触媒コンバータでは、硫化水素が二酸化硫黄と触媒の存在下で反応して、硫黄元素および水を形成する。触媒コンバータからの生成物を再び凝縮器に供給し、硫黄元素を凝縮し、硫黄ピットに収集する。工程の最後に、焼却炉を設ける。

【0008】

加熱段階、触媒段階、および凝縮段階は、繰り返すことができる。従来のクラウスユニットでは、こうした段階は最大で３回繰り返され、硫化水素ガス変換率は、供給組成に応じて９６〜９８％となる。改変型クラウスユニットでは、工程の最後には、最終触媒コンバータと焼却炉との間に排ガス処理ユニットを設けている。排ガス処理ユニットを有する構成では、加熱段階、触媒段階、および凝縮段階は、通常２回しか繰り返さない。排ガス処理ユニットを有する改変型クラウスユニットでは、硫化水素の硫黄元素への変換は、最大９９．９％を達成することができる。排ガス処置ユニットにより、焼却炉からの二酸化硫黄排出が最小限に抑えられる。

【0009】

全体的なエネルギー効率を向上させるため、廃熱ボイラおよび凝縮器の蒸気発生等の熱捕捉工程をクラウスユニットと組み合わせることができる。

【0010】

硫黄元素への反応および他の汚染物質の破壊を確実に行うため、炉の温度を維持することが重要である。上述のように、炉温度は供給流体の組成に影響を受けるが、特に供給流体の硫化水素濃度に著しい影響を受ける。酸性ガス流体の硫化水素濃度が約５５体積％未満であると、炉の温度プロファイルが低下する。硫化水素濃度は、酸性ガスの汚染物質量により変化する。汚染物質の種類や量は、酸性ガス発生の供給源や、クラウスユニットで処理する酸性ガスを生成した処理工程により変化する。

【0011】

供給流体の汚染物質としては、炭化水素が挙げられる。炭化水素は、クラウスユニットで各種問題を発生させる。第１に、Ｃ−Ｈ結合は一般的にＳ−Ｈ結合よりも強いため、炭化水素が完全に燃焼するか不明であり、炭化水素が炉から触媒ユニットに持ち越される場合がある。第２に、炭化水素は競合副反応に寄与し、一酸化炭素（ＣＯ）、二硫化炭素（ＣＳ_２）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、および炭素元素を生成する可能性がある。第３に、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、またはキシレン（ＢＴＥＸまたはＢＴＸ）を含むもの等の炭化水素燃焼工程の場合、炉を高温に維持しなければならない。硫化水素濃度が低いため炉温が低くなり過ぎると、温度が十分ではなく、ＢＴＥＸ分解反応が生じない場合がある。ＢＴＸは、触媒コンバータの触媒に閉塞効果を示すため、ＢＴＸを除去しておくことが重要である。触媒床にて触媒が炭素化合物により被毒すると、活性の喪失および高い圧力損失がもたらされ、頻繁な触媒の再生および置換が必要となる。

【0012】

現在、こうした懸念に取り組む工程が存在するが、全て欠点を有する。供給流体の硫化水素濃度が低い場合、酸性ガスバイパスまたは分流を使用する。分流操作は、流体の一部をクラウスユニットの炉に送出し、残りの流体は、触媒コンバータに直接送出する。分流には２つの欠点がある。第１に、バイパスには供給ガスの３分の２という上限があり、抑制条件下で炉を作動させる必要がある。第２に、汚染物質の存在量が増加することにより、触媒コンバータの効率が低下し、触媒の不活化および閉塞に繋がる。

【0013】

工程流からＢＴＥＸを分離するため活性炭を使用できる。しかし、活性炭の再生が必要となり、再生工程中にクラウスユニットへの供給条件を変更するか、供給を完全に停止しなければならない。硫化水素濃度を高めるためアミンや溶媒濃縮工程で溶媒吸収を使用する。しかし、アミン濃縮工程では液体を導入するため、大がかりな保守が必要となり、作動および溶媒再生に大量のエネルギーが必要となる。

【0014】

酸素濃縮または空気濃縮によりクラウスユニットの火炎温度を上昇させることができるが、追加の酸素および酸素回収ユニットの費用が必要となる。また、天然ガスを炉に注入すると温度を上昇させることができるが、供給に混入する汚染物質や潜在的な競合副反応成分量が増加する場合があり、クラウスユニットが大型になる場合がある。供給ガスを予熱して炉の温度を確保する方法では、更なるエネルギー消費が必要であり、コストが大幅に増加する。

【0015】

したがって、酸性ガス流体の硫化水素濃度を濃縮し、過剰のエネルギー、設備、材料、工程停止を必要とせずに汚染物質を除去する工程が求められている。好ましくはそのような工程により、クラウスユニットの全体的な硫黄容量を維持すると共に、汚染物質の除去や低減により全体的な硫黄回収効率を向上させることができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

本発明は、酸性ガス流体を処理するためのシステムおよび方法に関する。より詳しくは、低モルパーセントの硫化水素を有する酸性ガス流体を処理するためのシステムおよび方法を提供する。より詳しくは、低モルパーセントの硫化水素およびＢＴＥＸ汚染物質を有する酸性ガス流体を処理するためのシステムおよび方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0017】

本発明のある態様では濃縮装置を提供し、酸性ガス流体の硫化水素濃度を濃縮して、硫化水素富化流体を生成してクラウスユニットに供給する。濃縮装置は、炭化水素選択分離ユニットを含み、炭化水素選択分離ユニットは、酸性ガス流体を炭化水素富化流体と精製酸性ガス流体とに分離するように作動可能であり、酸性ガス流体は、硫化水素、二酸化炭素、および炭化水素を含む。また、濃縮装置は、炭化水素選択分離ユニットと流体連通する硫化水素選択分離ユニットを含み、硫化水素選択分離ユニットは、精製酸性ガス流体を分離して、硫化水素富化流体および硫化水素希薄流体を生成するように作動可能であり、硫化水素富化流体は、硫化水素濃度を有する。濃縮装置は、硫化水素選択分離ユニットと流体連通するクラウスユニットを更に含み、クラウスユニットは、硫化水素富化流体から硫黄元素を回収するように作動可能である。

【0018】

本発明のある態様で濃縮装置は、硫化水素選択分離ユニットと流体連通する二酸化炭素選択分離ユニットを更に含み、二酸化炭素選択分離ユニットは、硫化水素富化流体を分離して、二酸化炭素富化透過分および硫化水素富化残留分を生成するように作動可能であり、硫化水素富化残留分は、硫化水素濃度を有する。本発明のある態様では、硫化水素選択分離ユニットは、ポリホスファゼン型ポリマー膜、ポリエーテル−ポリアミドコポリマー膜、イオン性液膜、イオン性液膜コンタクタ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。本発明のある態様では、二酸化炭素選択分離ユニットは、非晶質フッ素樹脂膜、非晶質ペルフルオロポリマー膜、ランダムフルオロコポリマー膜、全フッ素置換コポリマー膜、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。本発明のある態様では、炭化水素選択分離ユニットは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）型ゴム状ポリマー膜を含む。本発明のある態様では、酸性ガス流体は、メルカプタン、チオール、硫化カルボニル、二硫化炭素、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される汚染物質を更に含む。また、本発明のある態様では、非硫黄含有汚染物質が存在していてもよい。本発明のある態様では、炭化水素富化流体は、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、およびキシレンを含む。本発明のある態様では、酸性ガス流体中の硫化水素濃度は、１５体積％〜５５体積％である。本発明のある態様では、硫化水素富化流体の硫化水素の濃度は、５５体積％よりも高い。

【0019】

本発明の第２の態様では、硫化水素富化流体の生成方法を提供し、酸性ガス流体の硫化水素濃度を濃縮して、クラウスユニットに供給する。本方法は、硫化水素、二酸化炭素、および炭化水素を含む酸性ガス流体を炭化水素選択分離ユニットに供給するステップと、炭化水素選択分離ユニットで酸性ガス流体を分離して、炭化水素富化流体と精製酸性ガス流体を生成するステップと、炭化水素選択分離ユニットと流体連通する硫化水素選択分離ユニットに精製酸性ガス流体を供給し、硫化水素選択分離ユニットが、精製酸性ガス流体を分離するように作動可能であるステップと、硫化水素選択分離ユニットで精製酸性ガス流体を分離して、硫化水素富化流体および硫化水素希薄流体を生成し、硫化水素富化流体が、硫化水素濃度を有するステップと、硫化水素富化流体をクラウスユニットの炉に供給し、クラウスユニットが、硫化水素富化流体から硫黄元素を分離して、硫黄元素流体および廃ガス流体を生成するように作動可能であるステップとで構成される。

【0020】

本発明のある態様ではさらに、硫化水素富化流体を、硫化水素選択分離ユニットと流体連通する二酸化炭素選択分離ユニットに供給し、二酸化炭素選択分離ユニットが、硫化水素富化流体を分離するように作動可能であるステップと、硫化水素富化流体を分離して、二酸化炭素富化透過分および硫化水素富化残留分を生成し、硫化水素富化残留分が、硫化水素濃度を有するステップと、硫化水素富化残留分をクラウスユニットの炉に供給するステップとを含む。本発明のある態様では、硫化水素選択分離ユニットは、ポリホスファゼン型ポリマー膜、ポリエーテル−ポリアミドコポリマー膜、イオン性液膜、イオン性液膜コンタクタ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。本発明のある態様では、二酸化炭素選択分離ユニットは、非晶質フッ素樹脂膜、非晶質ペルフルオロポリマー膜、ランダムフルオロコポリマー膜、全フッ素置換コポリマー膜、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。本発明のある態様では、炭化水素選択分離ユニットは、ゴム状膜を含む。本発明のある態様では、酸性ガス流体は、メルカプタン、チオール、硫化カルボニル、二硫化炭素、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される汚染物質を更に含む。本発明のある態様では、炭化水素富化流体は、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、およびキシレンを含む。本発明のある態様では、酸性ガス流体中の硫化水素濃度は、１５体積％〜５５体積％である。本発明のある態様では、硫化水素富化流体の硫化水素の濃度は、５５体積％よりも高い。

【0021】

本発明の第３の態様では濃縮装置を提供し、ガス流体の硫化水素濃度を濃縮して硫化水素富化流体を生成し、クラウスユニットに供給する。濃縮装置は、炭化水素選択分離ユニットを含み、炭化水素選択分離ユニットは、酸性ガス流体を炭化水素富化流体と精製酸性ガス流体とに分離するように作動可能であり、酸性ガス流体は、硫化水素、二酸化炭素、および炭化水素を含む。濃縮装置は、炭化水素選択分離ユニットと流体連通する二酸化炭素選択分離ユニットを更に含み、二酸化炭素選択分離ユニットは、精製酸性ガス流体を分離して、二酸化炭素富化流体および二酸化炭素希薄流体を生成するように作動可能であり、二酸化炭素希薄流体は、硫化水素濃度を有し、クラウスユニットは、二酸化炭素選択分離ユニットと流体連通しており、クラウスユニットは、二酸化炭素希薄流体から硫黄を回収するように作動可能である。

【0022】

本発明のある態様で濃縮装置は、二酸化炭素選択分離ユニットと流体連通する硫化水素選択分離ユニットを更に含み、硫化水素選択分離ユニットは、二酸化炭素富化流体を分離して、硫化水素富化透過分および二酸化炭素富化残留分を生成するように作動可能であり、硫化水素富化透過分は、硫化水素濃度を有する。

【0023】

本発明のこれらおよび他の特徴、態様、ならびに利点は、以下の説明、特許請求の範囲、および添付の図面を参照すると、より良好に理解されるだろう。しかし図面は、本発明の幾つかの実施形態を示しているに過ぎず、したがって他の同様に有効な実施形態を認めることができるため、本発明の範囲を限定するものとみなすことができないことに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の工程フロー図である。

【0025】

【図2】濃縮装置１００の一実施形態の工程フロー図である。

【0026】

【図3】濃縮装置１００の一実施形態の工程フロー図である。

【0027】

【図4】濃縮装置１００の一実施形態の工程フロー図である。

【0028】

【図5】濃縮装置１００の一実施形態の工程フロー図である。

【0029】

【図6】濃縮装置１００の一実施形態の工程フロー図である。

【0030】

【図7】濃縮装置１００の一実施形態の工程フロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

幾つかの実施形態を用いて本発明を説明することになるが、関連分野の当業者であれば、本明細書に記載されている装置および方法の多くの例、改変、および変更は、本発明の範囲および趣旨内にあることを認識すると理解されたい。したがって、本明細書に記載されている本発明の例示的な実施形態は、特許請求されている発明の一般性を一切失うことなく、特許請求されている発明に限定を課すことなく示されている。

【0032】

図１は濃縮装置１００の工程フロー図であり、酸性ガス流体１０の硫化水素濃度を濃縮して、硫化水素富化流体１８を生成し、クラウスユニット２００に供給するフローを示す。酸性ガス流体１０を濃縮装置１００に供給する。酸性ガス流体１０は、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）を含有する任意のガス流体である。本発明の少なくとも１つの実施形態では、酸性ガス流体１０は、アミンユニットの排出口からの流体である。本発明の少なくとも１つの実施形態では、酸性ガス流体１０は、Ｈ_２Ｓを約５５体積％未満含有する。本発明の幾つかの実施形態では、酸性ガス流体１０はＨ_２Ｓを、約１５体積％〜約５５体積％、約１５体積％〜約４０体積％、約１５体積％〜約３０体積％、約１５体積％〜約２５体積％、１５体積％〜約２０体積％、約２５体積％〜約４０体積％含有する。本発明の少なくとも１つの実施形態では、酸性ガス流体１０は、約１５体積％を超えるＨ_２Ｓを含有する。酸性ガス流体１０は、Ｈ_２Ｓ、二酸化炭素（ＣＯ_２）、炭化水素、および他の汚染物質を含有する。本発明の少なくとも１つの実施形態では、酸性ガス流体１０に存在する炭化水素としては、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、およびキシレンが挙げられ、これらは、ＢＴＥＸまたはＢＴＸと総称される。本明細書で使用される場合、ＢＴＥＸは、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、およびキシレンの組み合わせが流体中に存在することを意味し、これら成分の１つまたは複数が存在しない場合も含まれることを意味する。本発明の幾つかの実施形態では、酸性ガス流体１０に存在する炭化水素としては、アルカン、アルケン、オレフィン、およびＢＴＥＸが挙げられる。本発明の幾つかの実施形態では、酸性ガス流体１０に存在する汚染物質としては、メルカプタン、チオール、硫化カルボニル、二硫化炭素、およびそれらの組み合わせが挙げられる。

【0033】

濃縮装置１００は、酸性ガス流体１０の成分を分離して、ＣＯ_２が豊富な流体、炭化水素が豊富な流体、およびＨ_２Ｓが豊富な流体を生成する。本発明の少なくとも１つの実施形態では、ＣＯ_２が豊富な流体は、硫化水素希薄流体１６であり、炭化水素が豊富な流体は、炭化水素富化流体１４であり、Ｈ_２Ｓが豊富な流体は、硫化水素富化流体１８である。硫化水素希薄流体１６は、Ｈ_２Ｓおよび他の成分に加えて、ＣＯ_２を含有する。硫化水素希薄流体１６は、約５０体積％〜約９９体積％のＣＯ_２、約７５体積％〜約９９体積％のＣＯ_２、約９６体積％を超えるＣＯ_２を含有する。本発明の少なくとも１つの実施形態では、硫化水素希薄流体１６には、ＢＴＥＸ成分が存在しない。硫化水素希薄流体１６をクラウスユニット２００の触媒段階２２０の触媒コンバータ（非表示）に供給する。硫化水素希薄流体１６を触媒コンバータに直接供給することにより、触媒コンバータに希釈ガスを提供し、炉で硫化カルボニル（ＣＯＳ）および二硫化炭素（ＣＳ_２）を形成する炭素源を除去できる。硫化水素希薄流体１６を供給するクラウスユニット２００の触媒コンバータは、希薄流体１６の硫化水素の濃度または触媒コンバータ内での希釈必要性に作用する。

【0034】

炭化水素富化流体１４は、酸性ガス流体１０に存在するＢＴＥＸを含む。炭化水素富化流体１４は、Ｃ_２＋アルカン、アルケン、オレフィン、および芳香族化合物等の他の炭化水素、Ｈ_２Ｓ、ＣＯ_２、および酸性ガス流体１０に存在する他の汚染物質を含む。炭化水素富化流体１４をクラウスユニット２００の炉２１０に供給する。本発明の幾つかの実施形態では、炭化水素富化流体１４は、焼却炉等の代替処分操作へ送る。幾つかの実施形態では、炭化水素富化流体１４をＢＴＸ回収工程（非表示）に送り、さらに炭化水素を回収する。ΒＴΧ回収工程は、工程流体からＢＴＥＸおよび他の炭化水素を分離可能な任意の工程である。ＢＴＸ回収工程で炭化水素回収処理ユニットとしては、凝縮ユニット、吸着ユニット、吸収ユニットが挙げられる。回収したＢＴＥＸは、更に処理してもよく、販売用に加工してもよく、または貯蔵所に送ってもよい。

【0035】

硫化水素富化流体１８をクラウスユニット２００の炉２１０に供給する。硫化水素富化流体１８は、ＣＯ_２および炭化水素に加えて、酸性ガス流体１０に存在するＨ_２Ｓを含有する。硫化水素富化流体１８は、酸性ガス流体１０と比較して、より高い濃度のＨ_２Ｓを有する。本発明の幾つかの実施形態では、硫化水素富化流体１８中のＨ_２Ｓ濃度は、約２５体積％より高く、約３０体積％より高く、約３５体積％より高く、約４０体積％より高く、約４５体積％より高く、約５０体積％より高く、約５５体積％より高く、約５６体積％より高く、約５７体積％より高く、約５８体積％より高く、約６０体積％より高い。

【0036】

クラウスユニット２００では、炉２１０の供給空気６０を使用して、炭化水素富化流体１４および硫化水素富化流体１８を処理する。本発明の幾つかの実施形態では、炭化水素富化流体１４および硫化水素富化流体１８は、別々にクラウスユニット２００の炉２１０に導入することができる。本発明の幾つかの実施形態では、炭化水素富化流体１４および硫化水素富化流体１８は、クラウスユニット２００の炉２１０の上流で混合して、１つの混合流体をクラウスユニット２００に供給することができる。クラウスユニット２００では、廃ガス流体７０および硫黄元素流体８０を生成する。

【0037】

当業者であれば、クラウスユニットは周知の処理システムであり、クラウスユニットに関連するシステム設備は、工程現場の必要性および配置に基づいて設計できることを認識する。本発明は、既存のクラウスユニットと共に、または改造クラウスユニットの一部として使用することができる。したがって、本発明では、クラウスユニット２００が、当業者に公知の類似の基本要素を含むことが企図される。

【0038】

本発明の幾つかの実施形態では、炭化水素富化流体１４および硫化水素富化流体１８は、炉２１０に供給される前に混合できる（非表示）。流体を混合する実施形態では、混合流体の硫化水素濃度は、約２５体積％より高く、約３０体積％より高く、約３５体積％より高く、約４０体積％より高く、約４５体積％より高く、約５０体積％より高く、約５５体積％より高く、約５６体積％より高く、約５７体積％より高く、約５８体積％より高く、約６０体積％より高い。

【0039】

本発明の少なくとも１つの実施形態では、炭化水素富化流体１４は、９５０℃を超える、あるいは１０００℃を超える、さらに１０５０℃を超える温度を有する炉２１０の区画に供給できる。本発明の実施形態によると、濃縮装置１００は、炭化水素富化流体１４のＢＴＥＸおよび他の汚染物質を濃縮し、硫化水素富化流体１８の硫化水素を濃縮し、硫化水素希薄流体１６の二酸化炭素を濃縮する。種々の流体の成分を濃縮することにより、クラウスユニットの適所に誘導供給でき、必要に応じて成分を除去または回収できる。例としては、炭化水素富化流体１４中の炭化水素および他の汚染物質を濃縮することにより、９５０℃を超える温度を有する炉２１０の区画に流体を直接供給できる。硫化水素富化流体１８の硫化水素が濃縮されているため、炉２１０の区画を、９５０℃を超える温度に維持することが容易になる。

【0040】

図２は、濃縮装置１００の一実施形態を提供する。炭化水素選択分離ユニット１０２は、酸性ガス流体１０を炭化水素富化流体１４と精製酸性ガス流体１２とに分離する。本発明の少なくとも１つの実施形態では、炭化水素選択分離ユニット１０２は、ゴム状膜である。本明細書で使用される場合、「ゴム状」は、１０^５〜１０^７Ｐａ（１０^６〜１０^８ｄｙｎ／ｃｍ^２）の範囲のヤング率を有するポリマーを指す。本発明の少なくとも１つの実施形態では、炭化水素選択分離ユニット１０２は、シリコーンゴムポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）型ゴム状ポリマーである。本発明の少なくとも１つの実施形態では、二酸化炭素のゴム状膜の透過度は、３，２００バーラー（Ｂａｒｒｅｒ）であり、二酸化炭素に対するトルエンの選択率は４５６である。本発明の少なくとも１つの実施形態では、炭化水素選択分離ユニット１０２は、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）工程である。少なくとも１つの実施形態では、ＰＳＡ工程では、吸着剤として活性炭を使用する。本発明の少なくとも１つの実施形態では、炭化水素選択分離ユニット１０２は、温度スイング吸着（ＴＳＡ）工程である。本発明の少なくとも１つの実施形態では、ＴＳＡ工程では、吸着剤として活性炭を使用する。本発明の少なくとも１つの実施形態では、炭化水素選択分離ユニット１０２は、凝縮吸収工程である。図１を参照して説明したようにクラウスユニット２００に炭化水素富化流体１４を供給する。

【0041】

精製酸性ガス流体１２は、酸性ガス流体１０に存在するＨ_２ＳおよびＣＯ_２のほとんどを含有する。精製酸性ガス流体１２を硫化水素選択分離ユニット１０６に供給する。硫化水素選択分離ユニット１０６は、精製酸性ガス流体１２を、透過分流体としての硫化水素富化流体１８および残留分流体としての硫化水素希薄流体１６に分離する。

【0042】

硫化水素選択分離ユニット１０６は、酸性ガス流体１０から硫化水素を分離することが可能な任意の膜である。例示的な膜としては、ポリホスファゼン、ポリエーテル−ポリアミドコポリマー、イオン性液膜、およびイオン性液膜コンタクタに基づく膜が挙げられる。

【0043】

イオン性液膜は、液体イオン化合物でドープされている膜である。液体イオン化合物は、硫化水素に優先的な溶解性を有する。液体イオン化合物は、以下の構造式を有する。

【化1】

（式Ｉ）

【0044】

式中、Ｒ_１は、−Ｈ、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＣＦ_３、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＣＨ_２Ｆ、−ＣＨ_３、−ＣＨ_２−ＣＨ_３、プロピル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、Ｃ_９−Ｃ_１８アルキル、アルケニル、およびシクロアルキルからなる群から選択され、Ｒ_２は、−Ｈ、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＣＦ_３、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＣＨ_２Ｆ、−ＣＨ_３、−ＣＨ_２−ＣＨ_３、プロピル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、Ｃ_９−Ｃ_１８アルキル、アルケニル、およびシクロアルキルからなる群から選択され、Ｘは、ＢＦ_４、ＰＦ_６、（ＣＦ_３ＳＯ_２）Ｎ、ＣＦ_３（ＣＯ）Ｏからなる群から選択される。

【0045】

本発明の少なくとも１つの実施形態では、式Ｉの液体イオン化合物は、Ｒ_１が、水素またはＣ_１−Ｃ_１８アルキル基から選択され、Ｒ_２が、Ｃ_１−Ｃ_１８アルキル基、Ｃ_２−Ｃ_６アルケニル、Ｃ_３−Ｃ_６シクロアルキル、Ｃ_３−Ｃ_８シクロアルケニル、アリール、置換アリール、アリール（Ｃ_１−Ｃ_４アルキル）、または置換アリール（Ｃ_１−Ｃ_４アルキル）から選択され、Ｘが、水酸化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、ホウ酸塩、テトラフルオロホウ酸塩、銅酸塩、Ｃｕ（Ｉ）Ｃｌ_２陰イオン、リン酸塩、ヘキサフルオロリン酸塩、ヘキサフルオロアンチモン酸塩、過塩素酸塩、亜硝酸塩、硝酸塩、硫酸塩、カルボン酸塩、スルホン酸塩、スルホンアミド、およびホスホン酸塩からなる群から選択される陰イオンである。

【0046】

用語「アリール“aryl”」は、酸素、窒素、および硫黄等の１つまたは複数のヘテロ原子を随意に含む、フェニル、ナフチル、およびピリジル等の環式芳香族ラジカルを指す。

【0047】

用語「置換アリール“substituted aryl”」は、アリールの１個から約３個までの水素原子が、ハロ、アルキル、ハロアルキル、アルコキシ、ハロアルコキシ、アルキルチオ、ハロアルキルチオ、アルキルアミノ、アルカノイル、シアノ、およびニトロ等の一価基で置換されている、本明細書に記載のアリールを指す。

【0048】

陰イオンとして有用なカルボン酸塩としては、酢酸塩等のアルキルカルボン酸塩、乳酸塩等の置換アルキルカルボン酸塩、およびトリフルオロ酢酸塩等のハロアルキルカルボン酸塩等が挙げられる。

【0049】

陰イオンとして有用なスルホン酸塩としては、メシル酸塩等のアルキルスルホン酸塩、トリフル酸塩およびノナフル酸塩等のハロアルキルスルホン酸塩、ならびにトシル酸塩およびメシチル酸塩等のアリールスルホン酸塩等が挙げられる。

【0050】

陰イオンとして有用なスルホンイミドは、メタンスルホンイミドおよびビス−エタンスルホンイミド等の一置換または二置換スルホンイミド、ビス−トリフルオロメタンスルホンイミド等の随意にハロゲン化されているスルホンイミド、およびビス−（４−メトキシベンゼン）スルホンアミド等のアリールスルホンイミド等であってもよい。

【0051】

好ましい実施形態では、硫化水素選択分離ユニット１０６は、非求核性陰イオンを有する１つまたは複数のフッ素化液体イオン化合物を含浸させたイオン性液膜を含む。

【0052】

本発明に有用な例示的な液体イオン化合物としては、イミダゾリウム塩、ピラゾリウム塩、オキサゾリウム塩、チアゾリウム塩、トリアゾリウム塩、ピリジニウム塩、ピリダジニウム塩、ピリミジニウム塩、およびピラジニウム塩が挙げられる。そのような化合物の例は、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、ｌ−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、ｌ−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート、ｌ−オクチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート、ｌ−オクチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、ｌ−ブチル−３−メチルイミダゾリウムトリフラート、ｌ−ブチル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロアセタート、およびｌ−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホンイミド）、１−トリフルオオプロイル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホンイミド、ｌ−トリフルオオプロイル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート、１−トリフルオオプロイル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、およびｌ−トリフルオオプロイル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロアセタート等である。好ましい実施形態では、イオン性液膜に使用されるフッ素化液体イオン化合物は、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラートである。

【0053】

当業者であれば、硫化水素選択分離ユニット１０６のサイズ、透過度、および選択率は、システム要件に基づく設計特徴であることを認識するだろう。膜の種類は、膜の所望の透過度および選択率ならびに酸性ガス供給組成を考慮して選択される。硫化水素選択分離ユニット１０６としての使用に好適な膜は、Ｈ_２Ｓ／ＣＯ_２選択率が約３．０〜約９．５、約３．０〜約７．０、約３．０〜約５．０を有する膜である。

【0054】

図１を参照して説明した通り、硫化水素富化流体１８および硫化水素希薄流体１６をクラウスユニット２００に送る。

【0055】

図３は濃縮装置１００の代替実施形態を図示する。上述の要素を参照すると、精製酸性ガス流体１２を二酸化炭素選択分離ユニット１０４に供給する。二酸化炭素選択分離ユニット１０４は、精製酸性ガス流体１２を分離して、透過分に二酸化炭素富化流体３０、残留分に二酸化炭素希薄流体３２を生成する。二酸化炭素希薄流体３２は、ＣＯ_２および炭化水素に加えて、酸性ガス流体１０に存在するＨ_２Ｓを含有する。二酸化炭素希薄流体３２をクラウスユニット２００の炉に供給する。特定の理論に束縛されるものではないが、二酸化炭素希薄流体３２および炭化水素富化流体１４を別々に炉に供給することにより、流体を火炎と混合することが可能になり、それにより燃焼が増加し、汚染物質破壊が最大化される。幾つかの実施形態では、二酸化炭素希薄流体３２を炉の上流で炭化水素富化流体１４と混合し、１つの流体を炉に供給する。本発明の少なくとも１つの実施形態では、二酸化炭素希薄流体３２中のＨ_２Ｓの濃度は５５体積％よりも高い。

【0056】

二酸化炭素選択分離ユニット１０４は、酸性ガス流体１０から二酸化炭素を分離することが可能な任意のタイプの分離膜であってもよい。二酸化炭素選択分離ユニット１０４の例示的な膜としては、非晶質フッ素樹脂膜、非晶質ペルフルオロポリマー膜、およびランダムフルオロコポリマー膜が挙げられる。本発明の少なくとも１つの実施形態では、二酸化炭素選択分離ユニット１０４は、ガラス状非晶質フッ素樹脂膜、特に２，２ビス（トリフルオロ−メチル）−４，５ジフルオロ−１，３ジオキソール膜である。本発明の少なくとも１つの実施形態では、二酸化炭素選択分離ユニット１０４は、ペルフルオロポリマー膜、特にテトラフルオロエチレンおよびペルフルオロメトキシジオキソールのペルフルオロコポリマーである。本発明の少なくとも１つの実施形態では、二酸化炭素選択分離ユニット１０４は、テトラフルオロエチレンおよびペルフルオロメチルビニルエーテルのゴム状ランダムフルオロコポリマー膜である。二酸化炭素選択分離ユニット１０４としての使用に好適な膜は、ＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ選択率が約３．０から約８．０を有する膜である。

【0057】

二酸化炭素富化流体３０は、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｓ、炭化水素、および他の汚染物質を含有する。本発明の少なくとも１つの実施形態では、二酸化炭素富化流体３０のＣＯ_２の濃度は、７０体積％より高く、７５体積％より高く、８０体積％より高く、８５体積％より高く、９０体積％より高く、９５体積％より高い。二酸化炭素富化流体３０をクラウスユニット２００の触媒コンバータに供給する。二酸化炭素富化流体３０を触媒コンバータに直接供給することにより、触媒コンバータに希釈ガスを提供し、炉でＣＯＳやＣＳ_２を形成する炭素源を除去する。二酸化炭素富化流体３０を供給するクラウスユニット２００の触媒コンバータは、二酸化炭素富化流体３０の二酸化炭素の濃度または触媒コンバータ内での希釈の必要性に作用する。

【0058】

図４は、濃縮装置１００の代替実施形態を図示する。上述の要素を参照すると、精製酸性ガス流体１２を硫化水素選択分離ユニット１０６に供給する。硫化水素選択分離ユニット１０６は、精製酸性ガス流体１２を、透過分の硫化水素富化流体１８と残留分の硫化水素希薄流体１６とに分離する。硫化水素富化流体１８を第２の硫化水素選択分離ユニット１０８に供給する。第２の硫化水素選択分離ユニット１０８は、硫化水素富化流体１８を、透過分の濃縮硫化水素流体２２と残留分の二酸化炭素残留分２０とに分離する。濃縮硫化水素流体２２および炭化水素富化流体１４を、クラウスユニット２００の炉に供給する。硫化水素希薄流体１６および二酸化炭素残留分２０は、クラウスユニット２００の触媒コンバータに供給する。

【0059】

図５は、濃縮装置１００の代替実施形態を図示する。上述の要素を参照すると、濃縮硫化水素流体２２および炭化水素富化流体１４を混合し、混合炉供給流体２４としてクラウスユニット２００の炉に供給する。硫化水素希薄流体１６および二酸化炭素残留分２０を混合し、混合触媒コンバータ供給流体２６としてクラウスユニット２００の触媒コンバータに供給する。

【0060】

図６は、濃縮装置１００の代替実施形態を図示する。上述の要素を参照すると、精製酸性ガス流体１２を、二酸化炭素選択分離ユニット１０４に供給する。二酸化炭素選択分離ユニット１０４は、精製酸性ガス流体１２を、透過分の二酸化炭素富化流体３０と残留分中の二酸化炭素希薄流体３２とに分離する。二酸化炭素富化流体３０を硫化水素選択分離ユニット１０６に供給する。硫化水素選択分離ユニット１０６は、二酸化炭素富化流体３０を、透過分の硫化水素富化透過分３４と残留分の二酸化炭素富化残留分３６とに分離する。二酸化炭素希薄流体３２、硫化水素富化透過分３４、および炭化水素富化流体１４をクラウスユニット２００の炉に供給する。二酸化炭素富化残留分３６は、クラウスユニット２００の触媒コンバータに供給する。

【0061】

図７は、濃縮装置１００の代替実施形態を図示する。上述の要素を参照すると、精製酸性ガス流体１２を、硫化水素選択分離ユニット１０６に供給する。硫化水素選択分離ユニット１０６は、精製酸性ガス流体１２を、透過分の硫化水素富化流体１８と残留分の硫化水素希薄流体１６とに分離する。硫化水素富化流体１８を、二酸化炭素選択分離ユニット１０４に供給する。二酸化炭素選択分離ユニット１０４は、硫化水素富化流体１８を、透過分の二酸化炭素富化透過分３８と残留分の硫化水素富化残留分４０とに分離する。炭化水素富化流体１４および硫化水素富化残留分４０を、クラウスユニット２００の炉に供給する。硫化水素希薄流体１６および二酸化炭素富化透過分３８は、クラウスユニット２００の触媒コンバータに供給する。

【0062】

硫化水素選択分離ユニットや二酸化炭素選択分離ユニット（以下、「分離ユニット」）の総個数や透過分流体、残留分流体の流路を含む分離ユニットの配置は、酸性ガス流体１０の組成、および炉や触媒コンバータへ供給する流体に含まれるＣＯ_２やＨ_２Ｓの目標濃度により異なる。本発明の少なくとも１つの実施形態では、２個を超える分離ユニットを直列で配置する。

【0063】

本発明の膜には、メタノールは存在していない。本発明の少なくとも１つの実施形態では、硫化水素選択分離ユニット１０６に選択溶媒吸収工程は存在しない。本発明の少なくとも１つの実施形態では、本発明の膜には、定常状態操作の一部としての再生ステップは存在しない。

【0064】

［実施例］

【0065】

実施例の多種分離ユニットで使用する膜の種類を参照する。表１は、本発明の分離ユニットに有用な膜の例を挙げ、特定の特性を一覧に示す。表１のデータは、独立して測定したデータから収集した。ポリエーテル−ポリアミドコポリマーの例は、Ｐｅｂａｘ（登録商標）ポリマーで製作した膜である。非晶質フッ素樹脂の例は、ＤｕＰｏｎｔ（商標）テフロン（登録商標）樹脂を使用して製作した膜である。ポリホスファゼン１、２、３は、２−（２−メトキシエトキシ）エタノール（ＭＥＥ）、４−メトキシフェノール、および２−アリフェノールとのコポリマーである。

【0066】

【表1】

【0067】

表２は、実施例で使用する炭化水素選択分離ユニット１０２の透過係数を示す。

【0068】

【表2】

【0069】

［実施例１］
実施例１は、図２に示す構成に基づいてシミュレートした。３７．７８℃で２９．７０ｐｓｉａのアミン分離工程からの酸性ガス流体１０を、２４８．５２ＭＭｓｃｆｄ（２９２．６６Ｍｓｍ^３／ｈ）の速度で炭化水素選択分離ユニット１０２に供給した。炭化水素選択分離ユニット１０２は、Ｈ_２Ｓ／ＣＯ_２選択率が１．６でＢＴＸ透過度が１００ｃｍ^３／（ｃｍ^２・ｓ・ｐｓｉａ）を有するＰＤＭＳ型ゴム状ポリマー膜として形成した。成分の透過係数については、表２を参照されたい。炭化水素選択分離ユニット１０２は、透過分中の炭化水素富化流体１４および残留分中の精製酸性ガス流体１２を生成した。その後、精製酸性ガス流体１２を硫化水素選択分離ユニット１０６に供給した。硫化水素選択分離ユニット１０６の特性は、Ｐｅｂａｘ（登録商標）１６５７、またはＨ_２Ｓ／ＣＯ_２選択率１．６でＢＴＸ透過度１００ｃｍ^３／（ｃｍ^２・ｓ・ｐｓｉａ）を有するポリホスファゼン型膜に基づいて形成した。硫化水素選択分離ユニット１０６は、精製酸性ガス流体１２を、透過分の硫化水素富化流体１８と残留分の硫化水素希薄流体１６とに分離した。硫化水素富化流体１８および炭化水素富化流体１４を、クラウスユニット２００の炉に供給した。硫化水素希薄流体１６を、クラウスユニット２００の触媒コンバータに供給した。炉への流体は、総Ｈ_２Ｓ濃度が２８％を超えていた。特定の流体について得た成分濃度ｖｏｌ％を表３に示す。

【0070】

【表3】

【0071】

［実施例２］
実施例２は、図２および実施例１に記載のシミュレーションパラメータを参照して、Ｈ_２Ｓ／ＣＯ_２選択率が３．１８を有するゴム状型膜として硫化水素選択分離ユニット１０６を形成した。特定成分についての硫化水素選択分離ユニット１０６の透過係数を表４に示す。炭化水素富化流体１４および硫化水素富化流体１８をクラウスユニット２００の炉に供給した。流体の総Ｈ_２Ｓ濃度は３０％を超えていた。特定の流体について、得られた成分濃度をｖｏｌ％で表５に示す。

【0072】

【表4】

【0073】

【表5】

【0074】

［実施例３］
実施例３は、図２および実施例１に記載のシミュレーションパラメータを参照して、Ｈ_２Ｓ／ＣＯ_２選択率５．０を有するＰｅｂａｘ（登録商標）型膜として硫化水素選択分離ユニット１０６を形成した。特定成分についての硫化水素選択分離ユニット１０６の透過係数を表６に示す。炭化水素富化流体１４および硫化水素富化流体１８をクラウスユニット２００の炉に供給した。流体の総Ｈ_２Ｓ濃度は約４０％を超えていた。特定の流体について、得られた成分濃度をｖｏｌ％で表７に示す。

【0075】

【表6】

【0076】

【表7】

【0077】

［実施例４］
実施例４は図３に示す通り、一工程の二酸化炭素選択分離ユニット１０４と接続した炭化水素選択分離ユニット１０２としてシミュレートした。３７．７８℃で２９．７０ｐｓｉａの酸性ガス流体１０を、炭化水素選択分離ユニット１０２に供給した。炭化水素選択分離ユニット１０２は、Ｈ_２Ｓ／ＣＯ_２選択率１．６でＢＴＸ透過度１００ｃｍ^３／（ｃｍ^２・ｓ・ｐｓｉａ）有するＰＤＭＳ型ゴム状ポリマー膜として形成した。炭化水素選択分離ユニット１０２の透過係数は、表２を参照されたい。炭化水素選択分離ユニット１０２は、酸性ガス流体１０を、透過分の炭化水素富化流体１４と残留分の精製酸性ガス流体１２とに分離した。精製酸性ガス流体１２を、二酸化炭素選択分離ユニット１０４に供給した。二酸化炭素選択分離ユニット１０４は、ＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ選択率が６のガラス状型膜として形成した。特定成分について、二酸化炭素選択分離ユニット１０４の透過係数を表８に示す。二酸化炭素選択分離ユニット１０４は、精製酸性ガス流体１２を、透過分の二酸化炭素富化流体３０と残留分の二酸化炭素希薄流体３２とに分離した。二酸化炭素希薄流体３２および炭化水素富化流体１４を、クラウスユニット２００の炉に供給した。二酸化炭素富化流体３０を、クラウスユニット２００の触媒コンバータに供給した。炉への流体の総Ｈ_２Ｓ濃度は３０％を超えていた。特定の流体について、得られた成分濃度を表９に示す。

【0078】

【表8】

【0079】

【表9】

【0080】

［実施例５］
実施例５は、図４に示す工程図の配置を使用してモデル化した。３７．７８℃で２９．７０ｐｓｉａのアミン分離工程からの酸性ガス流体１０を、２４８．４７ＭＭｓｃｆｄ（２７４．２３Ｍｓｍ^３／ｈ）の速度で炭化水素選択分離ユニット１０２に供給した。炭化水素選択分離ユニット１０２は、Ｈ_２Ｓ／ＣＯ_２選択率１．６でＢＴＸ透過度１００ｃｍ^３／（ｃｍ^２・ｓ・ｐｓｉａ）を有するＰＤＭＳ型ゴム状ポリマー膜として形成した。特定成分の透過係数については、表２を参照されたい。炭化水素選択分離ユニット１０２は、酸性ガス流体１０を、透過分の炭化水素富化流体１４と残留分の精製酸性ガス流体１２とに分離した。その後、精製酸性ガス流体１２を、硫化水素選択分離ユニット１０６に送出した。硫化水素選択分離ユニット１０６の特性は、Ｐｅｂａｘ（登録商標）１６５７、またはＨ_２Ｓ／ＣＯ_２選択率３．９９を有するポリホスファゼン型膜に基づいて形成した。硫化水素選択分離ユニット１０６における特定成分の透過係数を表１０に示す。硫化水素選択分離ユニット１０６は、精製酸性ガス流体１２を、透過分の硫化水素富化流体１８と残留分の硫化水素希薄流体１６とに分離した。硫化水素富化流体１８を、第２の硫化水素選択分離ユニット１０８に供給した。第２の硫化水素選択分離ユニット１０８の特性は、Ｐｅｂａｘ（登録商標）１６５７、またはＨ_２Ｓ／ＣＯ_２選択率３．９９を有するポリホスファゼン型膜に基づいて形成した。第２の硫化水素選択分離ユニット１０８における特定の成分の透過係数を表１０に示す。第２の硫化水素選択分離ユニット１０８は、硫化水素富化流体１８を透過分中の濃縮硫化水素流体２２と残留分中の二酸化炭素残留分２０とに分離する。

【0081】

【表10】

【0082】

濃縮硫化水素流体２２および炭化水素富化流体１４を、クラウスユニット２００の炉に供給した。硫化水素希薄流体１６および二酸化炭素残留分２０を、クラウスユニット２００の触媒コンバータに供給した。炉への流体の総Ｈ_２Ｓ濃度は５５％を超えていた。表１１に特定流体の組成をｖｏｌ％で示す。

【0083】

【表11】

【0084】

［実施例６］
実施例６は、図５および実施例５を参照して説明したシミュレーションパラメータについて、硫化水素選択分離ユニット１０６および第２の硫化水素選択分離ユニット１０８を、Ｐｅｂａｘ（登録商標）４０１１、Ｐｅｂａｘ（登録商標）１０７４、ポリホスファゼン型膜あるいはＨ_２Ｓ／ＣＯ_２選択率５．０を有するイオン性液膜／イオン性液膜コンタクタ型膜に基づいて形成した。表１２に硫化水素選択分離ユニット１０６および第２の硫化水素選択分離ユニット１０８の透過係数を示す。

【0085】

【表12】

【0086】

濃縮硫化水素流体２２および炭化水素富化流体１４を混合し、混合炉供給流体２４としてクラウスユニット２００の炉に供給する。混合炉供給流体２４のＨ_２Ｓ濃度は５５％を超える。硫化水素希薄流体１６および二酸化炭素残留分２０を混合し、混合触媒コンバータ供給流体２６としてクラウスユニット２００の触媒コンバータに供給する。特定流体について、得られた成分濃度を体積％で表１３に示す。

【0087】

【表13】

【0088】

［実施例７］
実施例７は、図６に示す構成に基づいてシミュレートした。３７．７８℃で２９．７０ｐｓｉａの酸性ガス流体１０を、２４８．５ＭＭｓｃｆｄ（２９２．６６Ｍｓｍ^３／ｈ）の速度で炭化水素選択分離ユニット１０２に供給した。炭化水素選択分離ユニット１０２は、Ｈ_２Ｓ／ＣＯ_２選択率１．６でＢＴＸ透過度１００ｃｍ^３／（ｃｍ^２・ｓ・ｐｓｉａ）のを有するＰＤＭＳ型ゴム状ポリマー膜として形成した。炭化水素選択分離ユニット１０２は、酸性ガス流体１０を、透過分の炭化水素富化流体１４と残留分中の精製酸性ガス流体１２とに分離した。その後、精製酸性ガス流体１２を、二酸化炭素選択分離ユニット１０４に供給した。二酸化炭素選択分離ユニット１０４は、ＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ選択率６を有するガラス状型膜として形成した。二酸化炭素選択分離ユニット１０４は、精製酸性ガス流体１２を、透過分の二酸化炭素富化流体３０と残留分の二酸化炭素希薄流体３２とに分離した。二酸化炭素富化流体３０を、硫化水素選択分離ユニット１０６に供給する。硫化水素選択分離ユニット１０６は、Ｐｅｂａｘ（登録商標）４０１１、Ｐｅｂａｘ（登録商標）１０７４、ポリホスファゼンに基づく、イオン性液膜、またはＨ_２Ｓ／ＣＯ_２選択率５．０を有するイオン性液膜コンタクタ型膜である。特定成分について、二酸化炭素選択分離ユニット１０４および硫化水素選択分離ユニット１０６の透過係数を表１４に示す。硫化水素選択分離ユニット１０６は、二酸化炭素富化流体３０を、透過分の硫化水素富化透過分３４と残留分の二酸化炭素富化残留分３６とに分離した。二酸化炭素希薄流体３２、硫化水素富化透過分３４、および炭化水素富化流体１４を、クラウスユニット２００の炉に供給した。二酸化炭素富化残留分３６を、クラウスユニット２００の触媒コンバータに供給した。炉への流体の総Ｈ_２Ｓ濃度は４０％を超えていた。特定流体について、得られた成分濃度を表１５に体積％で示す。

【0089】

【表14】

【0090】

【表15】

【0091】

［実施例８］
実施例８は、図７に示す構成に基づいてシミュレートした。３７．７８℃で２９．７０ｐｓｉａの酸性ガス流体１０を、２４８．５ＭＭｓｃｆｄ（２９２．６６Ｍｓｍ^３／ｈ）の速度で炭化水素選択分離ユニット１０２に供給した。炭化水素選択分離ユニット１０２は、Ｈ_２Ｓ／ＣＯ_２選択率１．６でＢＴＸ透過度１００ｃｍ^３／（ｃｍ^２・ｓ・ｐｓｉａ）を有するＰＤＭＳ型ゴム状ポリマー膜として形成した。炭化水素選択分離ユニット１０２は、酸性ガス流体１０を、透過分の炭化水素富化流体１４と残留分の精製酸性ガス流体１２とに分離した。その後、精製酸性ガス流体１２を、硫化水素選択分離ユニット１０６に供給した。硫化水素選択分離ユニット１０６の特性は、Ｐｅｂａｘ（登録商標）４０１１、Ｐｅｂａｘ（登録商標）１０７４、Ｈ_２Ｓ／ＣＯ_２選択率５．０を有するポリホスファゼン型膜、イオン性液膜、またはイオン性液膜コンタクタ型膜に基づいて形成した。硫化水素選択分離ユニット１０６は、精製酸性ガス流体１２を、透過分の硫化水素富化流体１８と残留分の硫化水素希薄流体１６とに分離した。硫化水素富化流体１８を、二酸化炭素選択分離ユニット１０４に供給した。二酸化炭素選択分離ユニット１０４は、ＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ選択率６．０を有するガラス状型膜として形成した。硫化水素選択分離ユニット１０６および二酸化炭素選択分離ユニット１０４の透過係数を表１６に示す。二酸化炭素選択分離ユニット１０４は、硫化水素富化流体１８を、透過分の二酸化炭素富化透過分３８と残留分の硫化水素富化残留分４０とに分離した。炭化水素富化流体１４および硫化水素富化残留分４０を、クラウスユニット２００の炉に供給した。硫化水素希薄流体１６および二酸化炭素富化透過分３８を、クラウスユニット２００の触媒コンバータに供給した。炉への流体の総Ｈ_２Ｓ濃度は６８％を超えていた。特定流体について、得られた成分濃度を表１７に体積％で示す。

【0092】

【表16】

【0093】

【表17】

【0094】

［実施例９］
実施例９は、特定流体の成分濃度に対する膜表面の効果を観察した。図７、および実施例８を参照して説明したシミュレーションパラメータを参照して、実施例９では、硫化水素選択分離ユニット１０６および二酸化炭素選択分離ユニット１０４に使用する膜を、実施例８で使用した表面積の１．５５倍の全表面積で形成した。炉への流体の総Ｈ_２Ｓ濃度は５８％を超えていた。触媒コンバータへの流体の総Ｈ_２Ｓは７．２％未満であった。

【0095】

【表18】

【0096】

本発明を詳細に記載したが、本発明の原理および範囲から逸脱せずに、それに種々の変更、置換、および改変をなすことができることが理解されるべきである。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲およびその適切な法的均等物により決定されるべきである。

【0097】

単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、状況が明白にそうではないと示さない限り、複数の指示物を含む。

【0098】

「随意の」または「随意に」は、その後に記載される事象または状況が、生じてもよく、または生じなくともよいことを意味する。この記載は、事象または状況が生じる場合および生じない場合を含む。

【0099】

範囲は、本明細書中では、およそ１つの特定の値から、および／またはおよそ別の特定の値までとして表されている。そのような範囲を表す場合、別の実施形態は、上記範囲内のあらゆる組み合わせに加えて、一方の特定の値からおよび／または他方の特定の値までであることが理解されるべきである。

【0100】

本明細書で使用される場合、および添付の特許請求の範囲では、単語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「有する（ｈａｓ）」、および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、ならびにそれらのあらゆる文法的変異形の各々は、追加要素またはステップを除外しない開放の非限定的な意味を有することを意図する。

【0101】

本明細書で使用する場合、「第１」および「第２」等の用語は、任意に割り当てられており、装置の２つ以上の部品を区別することを意図するに過ぎない。単語「第１」および「第２」は、他の目的で使用することはなく、部品の名称または説明の一部ではなく、必ずしも部品の相対的位置または位置決めを規定するものではないことが理解されるべきである。更に、用語「第１」および「第２」の単純使用は、いかなる「第３」の部品の存在を必要とするものではないが、その可能性は、本発明の範囲に基づいて企図されていることが理解されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】