JP7524466B2 - 硫黄回収ユニットの硫黄回収テールガス流から水素を回収するための膜プロセスおよび環境にやさしいセールスガスのためのプロセス - Google Patents

Description

本開示は、硫黄回収テールガス流を処理するための方法およびシステムに関する。より具体的には、本開示は硫黄回収ユニットのテールガス流からＨ_２Ｓ（硫化水素）およびＨ_２（水素）を除去することに関する。

天然ガス処理および油留分の水素化処理の一部として、大量のＨ_２Ｓが生成される。Ｈ_２Ｓの元素硫黄（Ｓ）への転換は、硫黄回収ユニット（ＳＲＵ）において行われる。この転換のために使用される最も一般的なプロセスは、改変クラウス処理プロセスとして、あるいはクラウスユニットまたは改変クラウスユニットとして知られている。改変されたクラウス処理プロセスは、ガス状Ｈ_２ＳをＳに転換するために使用される熱および触媒プロセスとの組み合わせである。

クラウスユニット供給ガスは、広範囲の組成を有する。供給ガスは、石油精製、天然ガスプロセスなどの副生ガスからサワー水蒸留塔ユニットでＨ_２Ｓを抽出し、各種溶剤（アミン、物理またはハイブリッド溶剤）を用いた吸収プロセスに由来する。

クラウスユニットの第１のプロセスは、反応炉における熱プロセスである。クラウスユニットへの供給ガスは、反応炉で充分な燃焼用空気、または酸素濃縮空気を用いて、化学量論的に含有するＨ_２Ｓの１/３を燃焼させる。供給ガスからのＨ_２Ｓは、二酸化硫黄（ＳＯ_２）とともにＳに熱的に転換される。反応炉操作は、空気／酸素供給、反応温度、圧力、追加の燃料、および滞留時間を調整することによって、供給組成を考慮して回収を最大化するように設計される。さらに、反応炉では、供給ガス流に含まれる炭化水素などの汚染物質を破壊する。このような汚染物質は、触媒反応器において、炭素－硫黄化合物の生成による触媒層の目詰まりや不活性化などの問題を引き起こす。

硫黄蒸気を含有する反応炉からの加熱された反応生成物ガスは、廃熱ボイラーで高圧蒸気を生成するために使用され、また、ガスの冷却も行われる結果となる。ついで、生成物ガスは、さらに熱交換器で冷却され、凝縮される。凝縮された液体Ｓは、凝縮器の出口端において残りの未反応ガスから分離され、硫黄ピットまたは他の回収領域に送られる。

ついで、分離されたガスは、クラウスユニットの触媒プロセスに入る。触媒プロセスは、２から３の触媒反応器を含む。硫黄凝縮器に続いて、分離ガスは再加熱され、第１の触媒反応器に入る。第１の触媒反応では、供給ガス中のＨ_２Ｓの一部がＳＯ_２との反応によってＳに転換される。第１の触媒反応器からの出口生成ガスは、第２の凝縮器で冷却される。この場合も、凝縮された液体Ｓは、第２の凝縮器の出口端において残りの未反応ガスから分離され、硫黄貯蔵所に送られる。第２の凝縮器からの分離ガスは、別の再加熱器に送られ、ガスの再加熱、触媒反応、凝縮、未反応ガスからの液体Ｓの分離という一連の流れが、第２および第３の触媒反応器について繰り返される。

３つの触媒反応器を有する良好に設計され、良好に操作されたクラウス硫黄回収プラントでは、供給ガス組成に応じて、９６～９８％の硫黄回収率が達成可能である。より高い回収率を得るためには、テールガスを焼却炉の上流で、または、あるいは焼却炉の代替としてさらに処理するためにテールガス処理ユニットを追加する必要がある。現在利用可能なテールガス処理ユニットは、最大９９．９％以上の回収率を達成するのに有効であるが、クラウス処理ユニットに大きな資本コストがかかり、クラウス装置ユニット本体と同じオーダーになることが多い。

硫黄回収ユニットの熱ステップでは、Ｈ_２ＳがＳとＨ_２に分裂されることにより、硫黄回収の熱ステップで大量のＨ_２が生成する。Ｈ_２の大部分は、テールガス下流の触媒コンバーターと水素化ステージに残る。一般に、１．０モル％～３．０モル％のＨ_２が、テールガス流中に残存する。Ｈ_２は貴重なガスであるが、テールガスからＨ_２を分離することは困難であり、コストもかかる。現在、工業用途で使用されている従来の膜でもこの分離を行うことができるが、膜は高価であり、操作が困難である。また、従来の膜は、Ｈ_２Ｓ、二酸化炭素（ＣＯ_２）、または窒素（Ｎ_２）を含む流れからＨ_２を効率的、かつ効果的に分離するのに苦労しているため、効率が悪いという問題もある。さらに、Ｈ_２の分離に使用される従来の膜は、テールガス流の操作温度に耐えることができず、大幅な冷却が必要となり、コストと装置が増加する。従来の膜は、より高温に対応できるものでも、これらの温度では経時劣化することが多く、膜寿命が短くなる。このような欠点があるため、従来の膜は、コスト高になる。

従来の膜には、多孔質膜および高密度ポリマー膜を含む、様々なタイプがある。様々なタイプの膜は、様々な方法で操作する。高密度ポリマー膜は、溶液拡散のメカニズムで操作する。高密度ポリマー膜を通過するガス輸送は、ガスと膜の特性や性質、膜の両側のガスの分圧や膜厚などの要因によって支配される。膜透過性は、膜がガスを透過する能力を示す指標で、圧力と膜厚で規格化されている。透過性の指標は、一般に、ガス透過単位（ｇｐｕ）で表され、１ｇｐｕは１０^-６ｃｍ^３（ＳＴＰ）／ｃｍ^２・Ｓ・ｃｍＨｇと定義され、これは１バレル／ミクロン（Ｂａｒｒｅｒ／ｍｉｃｒｏｎ）である。

膜は、ある化合物を、他の化合物よりも選択的に膜を介して移動させることができる。膜選択性とは、２つのガスを分離する能力を示す指標で、膜を通過するガスの透過率の比として計算される単位のない値である。膜選択性は、以下の式で算出される:

膜選択性の式は、下記式のように書き換えることができる。

比Ｄ_ｉ／Ｄ_ｊは、２つのガスの拡散係数の比であり、一般に移動度または拡散選択率と見なされ、成分ｉおよびｊの２つの分子の大きさが異なることを反映している。比Ｋ_ｉ／Ｋ_ｊは、２つのガスの溶解度係数の比であり、一般にガスの相対的な溶解度を反映して、収着または溶解度選択率と見なされる。

これまでのところ、従来の膜では、硫黄回収ユニットのテールガス流からＨ_２成分を効果的かつ効率的に、特に高温で分離することができなかった。そのため、Ｈ_２ガスの価値を損なわず、Ｈ_２ガスをより効率的にリユースまたはリサイクルするために、テールガス流の成分を効果的に分離する必要性が存在する。さらに、硫黄化合物を含む硫黄回収ユニット廃棄物流に使用するための高温耐性膜の必要性が存在する。これらの必要性のうちの１つ以上が、本発明によって解決される。

本開示は、硫黄回収操作から生成するテールガスを処理するためのシステムおよび方法に関するものである。硫黄回収ユニットは、Ｈ_２ＳとＣＯ_２を含む酸性ガスを処理し、硫黄流と硫黄回収ユニット廃棄物流を生成する。テールガス流は、Ｈ_２、ＣＯ_２、Ｎ_２、およびＨ_２Ｓを含むことができる。具体的には、本開示は、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｓ、およびＮ_２よりもＨ_２を選択的に透過するＨ_２選択膜を使用して、テールガス流からＨ_２を除去することに関する。また、この方法およびシステムは、テールガス流からＨ_２Ｓを除去するためにＨ_２Ｓ除去ユニットを利用する。いくつかの実施形態では、テールガスは、Ｈ_２Ｓ除去で処理される前に、Ｈ_２選択膜で処理される。いくつかの実施形態では、テールガスは、Ｈ_２選択膜で処理される前に、Ｈ_２Ｓ除去で処理される。この処理により、Ｈ_２リッチ流およびＨ_２Ｓリッチ流が生成する。経済性またはＨ_２選択膜の位置によって、Ｈ_２リッチ流は、より環境にやさしくクリーンな燃焼セールスガスを生成するためにセールスガスと組み合わせたり、酸性ガス処理のために酸性ガスと組み合わせたり、より純度の高いＨ_２流を生成するためにさらなる精製に送ることができる。

いくつかの実施形態では、Ｈ_２選択膜は、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）タイプポリマーおよびコポリマーを含むガラス状ポリマー材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、Ｈ_２選択膜は、１００℃以上、最大３００℃以上で操作可能なポリマー材料から作ることができる。Ｈ_２選択膜は、複数のＨ_２選択膜とコンプレッサを備えたＨ_２選択膜ユニットに配置することができる。

第１の態様では、硫黄回収操作から生成するテールガスを処理して、水素ガスまたはより環境にやさしい天然ガスを生成する方法が提供される。この方法は、酸性ガス流を硫黄回収ユニットに供給するステップであって、酸性ガス流は、二酸化炭素および硫化水素を含むステップと、硫黄回収ユニットを介して酸性ガス流から硫黄を除去し、硫黄回収ユニット廃棄物流を生成するステップとを含む。この方法は、さらに、硫黄回収ユニット廃棄物流をテールガス処理再加熱器で加熱し、加熱された硫黄回収ユニット廃棄物流を生成し、硫黄化合物を硫化水素に還元するように操作可能なテールガス処理反応器で加熱された硫黄回収廃棄物流を反応させて、テールガス流を生成するステップを含む。テールガス流は、水素、二酸化炭素、窒素、および硫化水素を含む。この方法は、さらに、テールガス流を急冷塔で冷却し、急冷塔塔頂流を生成するステップを含む。この方法では、急冷塔塔頂流は、塔頂流処理プロセスで処理される。塔頂流処理プロセスは、Ｈ２選択膜ユニットおよびＨ２Ｓ除去ユニットを含む。Ｈ２選択膜ユニットは、Ｈ２選択膜を含む。塔頂流処理プロセスでは、Ｈ２Ｓリッチリサイクル、Ｈ２Ｓリーン流、Ｈ２リッチ流、およびＨ２リーン流を生成する。このＨ２ＳリッチリサイクルがＨ２Ｓリーン流における硫化水素の濃度よりも高い濃度の硫化水素を含み、Ｈ２リッチ流がＨ２リーン流における水素の濃度よりも高い濃度の水素を含む。このＨ２リッチ流がＨ_２選択膜ユニットで生成され、Ｈ２ＳリッチリサイクルがＨ２Ｓ除去ユニットで生成される。また、膜は、Ｈ２Ｓリッチリサイクルを硫黄回収ユニットにリサイクルするステップを含む。

特定の態様では、Ｈ２選択膜は、二酸化炭素に対する水素の選択率が少なくとも２０である。特定の態様では、Ｈ２選択膜は、１００℃～３００℃の操作温度で分解することなく機能するように操作可能なガラス状ポリマーを含む。特定の態様では、Ｈ２選択膜は、ＰＢＩポリマーを含む。特定の態様では、Ｈ２選択膜は、また、パラジウム（Ｐｄ）を含む。特定の態様では、Ｈ２選択膜は、また、ハイドロフルオロアルカン（ＨＦＡ）を含む。

特定の態様では、Ｈ２選択膜は、多孔質支持層上に形成された芳香族ポリアミド層を含み、さらに芳香族ポリアミド層上に形成されたガラス状ポリマーを含むコーティングを含み、ガラス状ポリマーは、５０℃超のガラス転移温度を有する。いくつかの態様では、ガラスポリマーは、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリフェニルスルホン、ポリアミド、ポリスルホン、ポリフェニルエーテル、ニトロセルロース、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、ポリ(ビニルアルコール)、ポリ(フェニレンスルフィド)、ポリ(塩化ビニル)、ポリスチレン、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリビニルトリメチルシラン、ポリトリメチルシリルプロピン、ポリ(エーテルイミド)、ポリ(エーテルスルホン)、ポリオキサジアゾール、ポリ(フェニレンオキサイド)、またはそれらの組み合わせもしくはコポリマーもしくはターポリマーを含む。

いくつかの態様では、このＰＢＩタイプポリマーは、ヘキサフルオロイソプロピリデン官能基から成る群から選択される化合物、テトラアミノジフェニルスルホンから誘導されるＰＢＩポリマー、テトラアミノジフェニルスルホンポリマーから誘導されるＰＢＩポリマー、テトラアミノジフェニルスルホンコポリマーから誘導されるＰＢＩポリマー、Ｎ－置換変性ＰＢＩ、ＰＢＩおよびメラミン－コ－ホルムアルデヒド熱硬化性ブレンド、Ｐｄ／ＰＢＩ－ＨＦＡ複合体、極薄層状Ｐｄ／ＰＢＩ－ＨＦＡ複合体、ならびにそれらの組み合わせを含む。

特定の態様では、この方法におけるＨ２選択膜ユニットおよびＨ２Ｓ除去ユニットにおいて急冷塔塔頂流を処理するステップは、Ｈ２Ｓ除去ユニットで処理する前に、急冷塔塔頂流をＨ２選択膜ユニットに導入するステップをさらに含み、水素ガスは、硫化水素が除去される前に急冷塔塔頂流から分離され、Ｈ２選択膜ユニットからＨ２リーン流を生成し、次いでＨ２リーン流をＨ２Ｓ除去ユニットに導入し、Ｈ２Ｓ除去ユニットがＨ２Ｓリッチ流およびＨ２Ｓリーン流を生成するステップを含む。いくつかの態様では、ステップは、少なくとも２モル％の硫化水素を含む。いくつかの態様では、この方法は、プラントコンプレッサでＨ２リッチ流を圧縮してプラントリサイクルを生成するステップと、プラントリサイクルを酸性ガス除去のためにプラント入口にリサイクルして、プラント入口からの処理された天然ガスが増加した水素含有量を有するようにするステップと、をさらに含む。

いくつかの態様では、Ｈ２選択膜ユニットは、膜供給コンプレッサ、第１のＨ２選択膜、透過液コンプレッサ、および第２のＨ２選択膜を含み、この方法は、膜供給コンプレッサで急冷塔塔頂流を圧縮して圧縮された膜供給流を生成するステップと、圧縮された膜供給流を第１のＨ２選択膜に導入するステップとをさらに含み、第１のＨ２選択膜は、第１のＨ２選択膜透過液側および第１のＨ２選択膜保持液（ｒｅｔｅｎｔａｔｅ）側を有する。この方法は、水素が第１のＨ２選択膜を透過してＨ２リッチ透過液を生成するステップと、第１のＨ２選択膜透過液側からＨ２リッチ透過液を除去するステップと、第１のＨ２選択膜保持液側からＨ２リーン流を除去するステップとをさらに含む。この方法は、また、Ｈ２リッチ透過液を透過液コンプレッサで圧縮し、第２の膜供給流を生成するステップと、第２の膜供給流を第２のＨ２選択膜に導入するステップとを含み、第２のＨ２選択膜は、第２のＨ２選択膜保持液側および第２のＨ２選択膜透過液側とを有する。この方法は、また、水素が第２のＨ２選択膜を透過して第２のＨ２選択膜透過液側からＨ２リッチ流を生成するステップと、第２のＨ２選択膜保持液側から膜リサイクル流を除去するステップと、膜リサイクル流を第１のＨ２選択膜保持液側にリサイクルするステップ、を含む。

特定の態様では、この方法のＨ２選択膜ユニットおよびＨ２Ｓ除去ユニットの急冷塔塔頂流を処理するステップは、Ｈ２選択膜ユニットにおける処理の前に、急冷塔塔頂流をＨ２Ｓ除去ユニットに導入し、急冷塔塔頂流から水素が除去される前に、硫化水素を除去し、Ｈ２Ｓ除去ユニットからＨ２Ｓリーン流を生成し、Ｈ２Ｓリーン流をＨ２選択膜ユニットに導入するステップ、をさらに含む。

いくつかの態様では、Ｈ２Ｓリーン流は、１５０ｐｐｍ未満の硫化水素を含む。いくつかの態様では、この方法は、Ｈ２Ｓリーン流を焼却炉で焼却するステップをさらに含む。いくつかの態様では、Ｈ２Ｓリッチ流は、水、二酸化炭素、および窒素を除去するためにさらに処理され、高品質の水素流を生成する。いくつかの態様では、Ｈ２リッチ流は、プラント燃料ガスに添加される。

いくつかの態様では、Ｈ２選択膜ユニットは、膜供給コンプレッサ、第１のＨ２選択膜、透過液コンプレッサ、および第２のＨ２選択膜を含み、この方法は、膜供給コンプレッサでＨ２Ｓリーン流を圧縮して、圧縮された膜供給流を生成するステップをさらに含み、圧縮された膜供給流を第１のＨ２選択膜に導入し、第１のＨ２選択膜は、第１のＨ２選択膜保持液側および第１のＨ２選択膜透過液側を含み、水素が第１のＨ２選択膜を透過してＨ２リッチ透過液を生成する。この方法は、また、Ｈ２リッチ透過液を第１のＨ２選択膜透過液側から除去し、Ｈ２リーン流を第１のＨ２選択膜保持液側から除去し、Ｈ２リッチ透過液を透過液コンプレッサで圧縮して第２の膜供給流を生成するステップを含む。この方法は、また、第２の膜供給流を第２のＨ２選択膜に導入するステップであって、第２のＨ２選択膜は、第２のＨ２選択膜保持液側および第２のＨ２選択膜透過液側を含むステップと、第２のＨ２選択膜の透過液側に水素を透過させて第２のＨ２選択膜透過液側からのＨ２リッチ流を生成するステップと、第２のＨ２選択膜保持液側から膜リサイクル流を除去するステップと、膜リサイクル流を第１のＨ２選択膜保持液側にリサイクルするステップと、を含む。

第２の態様では、排出ガスを抑制し、水素ガスを生成し、またはより環境にやさしい天然ガスを生成するために酸性ガス汚染流を処理するためのシステムが提供される。このシステムは、酸性ガス流の硫黄化合物を元素硫黄に転換し、さらに硫黄回収ユニット廃棄物流を生成するように操作可能な、硫黄回収ユニットを含む。このシステムは、また、硫黄回収ユニットに流体接続され、硫黄回収ユニット廃棄物流を加熱して加熱された硫黄回収ユニット廃棄物を生成するように操作可能な、テールガス処理再加熱器を含む。このシステムは、また、テールガス処理再加熱器に流体接続され、加熱された硫黄回収ユニット廃棄物流の硫黄化合物を硫化水素に還元し、テールガス流を生成するように操作可能な、テールガス処理反応器を含む。このシステムは、また、テールガス処理反応器に流体接続され、テールガス流の温度を低下させ、サワー水流および急冷塔塔頂流を生成するように操作可能な、急冷塔を含む。このシステムは、急冷塔に流体接続されたＨ２選択膜ユニットをさらに含み、Ｈ２選択膜を介して急冷塔塔頂流から水素を選択的に除去してＨ２リッチ流およびＨ２リーン流を生成するように操作可能である。このシステムは、Ｈ２選択膜ユニットに流体接続され、Ｈ２リーン流から硫化水素を溶剤で吸収するように操作可能で、溶剤を再生するように構成され、Ｈ２Ｓリーン流およびＨ２Ｓリッチリサイクルを生成するＨ２Ｓ除去ユニットを含む。

いくつかの態様では、システムのＨ２選択膜ユニットは、加熱された硫黄回収ユニット廃棄物流を圧縮して、圧縮された膜供給流を生成するように操作可能な、膜供給コンプレッサをさらに含む。Ｈ２選択膜ユニットは、また、圧縮された膜供給流から第１のＨ２選択膜を介して水素を選択的に除去して、Ｈ２リッチ透過液およびＨ２リーン流を生成するように操作可能な、第１のＨ２選択膜と、Ｈ２リッチ透過液を圧縮して第２の膜供給流を生成するように操作可能な、透過コンプレッサを含む。Ｈ２選択膜ユニットは、また、第２のＨ２選択膜も含み、第２のＨ２選択膜を通して第２の膜供給流から水素を選択的に除去し、Ｈ２リッチ流および膜リサイクル流を生成するように操作可能である。

第３の態様では、排出物を抑制し、水素ガスを生成し、またはより環境にやさしい天然ガスを生成するために酸性ガス汚染流を処理するためのシステムが提供される。酸性ガス汚染流を処理するためのシステムは、酸性ガス流の硫黄化合物を元素硫黄に転換し、さらに硫黄回収ユニット廃棄物流を生成するように操作可能な、硫黄回収ユニットを含む。このシステムは、また、硫黄回収ユニットに流体接続され、硫黄回収ユニット廃棄物流を加熱して加熱された硫黄回収ユニット廃棄物を生成するように操作可能な、テールガス処理再加熱器を含む。このシステムは、また、テールガス処理再加熱器に流体接続され、加熱された硫黄回収ユニット廃棄物流中の硫黄化合物を硫化水素に還元し、テールガス流を生成するように操作可能な、テールガス処理反応器を含む。このシステムは、また、テールガス流の温度を低下させ、サワー水流および急冷塔塔頂流を生成するように操作可能な、テールガス処理反応器に流体接続された急冷塔を含む。このシステムは、また、急冷塔に流体接続されたＨ２Ｓ除去ユニットを含み、このユニットは、溶剤を用いて急冷塔塔頂流から硫化水素を吸収するように操作可能で、溶剤を再生して、Ｈ２Ｓリーン流およびＨ２Ｓリッチリサイクルを生成するように構成される。このシステムは、また、Ｈ２Ｓ除去ユニットに流体接続されたＨ２選択膜ユニットを含み、Ｈ２選択膜は、Ｈ２選択膜を介してＨ２Ｓリーン流から水素を選択的に除去してＨ２リッチ流およびＨ２リーン流を生成するよう操作可能である。

いくつかの態様では、システムのＨ２選択膜ユニットは、Ｈ２Ｓリーン流を圧縮し、圧縮された膜供給流を生成するように操作可能な、膜供給コンプレッサと、第１のＨ２選択膜を介して圧縮された膜供給流から水素を選択的に除去して、Ｈ２リッチ透過液およびＨ２リーン流を生成するように操作可能な、第１のＨ２選択膜と、をさらに含む。Ｈ２選択膜ユニットは、第２の膜供給流を生成するためにＨ２リッチ透過液を圧縮するように操作可能な、透過コンプレッサと、第２のＨ２選択膜を介して第２の膜供給流から水素を選択的に除去するように操作可能な、Ｈ２リッチ流および膜リサイクル流を生成するように操作可能な、第２のＨ２選択膜と、をさらに含む。

本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明、特許請求の範囲、および添付の図面に関してよりよく理解されるのであろう。しかしながら、図面は本開示のいくつかの実施形態のみを示し、したがって、他の等しく有効な実施形態を認めることができるので、本発明の範囲を限定するものと見なされるべきではないことに留意されたい。

本開示の一実施形態による、膜処理および吸収体処理の両方を備えたテールガス処理ユニットのブロック図である。

本開示の他の実施形態による、吸収体の前の膜処理を備えたテールガス処理システムのブロック図である。

本開示の他の実施形態による、吸収体の後の膜処理を備えたテールガス処理システムのブロック図である。

本開示の他の実施形態による、膜処理プロセスのブロック図である。

添付の図面では、類似の構成要素または特徴、あるいはその両方に類似の参照符号を付す。図１～図４の簡略化した概略図および説明のために、当業者によく知られている多数のポンプ、バルブ、温度および圧力センサ、電子制御装置などは含まれない。システムの様々な構成要素間の輸送ラインは、１つ以上のシステム構成要素を１つ以上の他のシステム構成要素に流体連通によって接続するパイプ、導管、チャネル、または他の適切な物理的輸送ラインを含むことができる。また、従来の工業的用途にある付随する構成要素は図示されていない。しかしながら、本開示で説明したような操作構成要素を、本開示で説明した実施形態に追加することができる。

さらに、図面中のラインおよび矢印は、２つ以上のシステム構成要素間の流れを描写するのに役立つ転送ラインを指すことに留意されたい。また、システム構成要素に接続するラインと矢印は、各システム構成要素の入口と出口を定義する。矢印の方向は、ラインと矢印で示される物理的な転送ライン内に含まれる流れの材料の主要な移動方向と概ね一致する。さらに、２つ以上のシステム構成要素を接続していないラインと矢印は、図示のシステムから出る生成物流、または図示のシステムに入るシステム入口流を意味する。生成物流は、処理システムでさらに処理することができ、または最終生成物になることもある。システム入口流は、付随する処理システムから転送される流または処理済みまたは未処理の供給流であってもよい。

本開示は、いくつかの実施形態を用いて説明されるが、当業者は、説明されるシステムおよび方法に対する多くの例、変形および変更が本開示の範囲およびその精神内にあることを認めるであろうことが理解される。したがって、記載された開示の実施形態は、一般性を失うことなく、また、特許請求の範囲に制限を課すことなく記載される。

本開示で使用される「膜」は、様々な駆動力（ｄｒｉｖｉｎｇ ｆｏｒｃｅｓ）下で物質移動が起こり得る構造を指す。駆動力は、膜の保持液側の正圧、膜の透過液側の真空圧、膜の透過液側と保持液側との間の流れ成分濃度差、またはそれらの組み合わせによって生成される膜の両側間の圧力差とすることができる。入口ガス流から選択透過膜を介して１つ以上の成分の転送を促進する駆動力は、膜を横切る圧力、濃度、電位、またはそれらの組み合わせとすることができる。膜操作は、保持液側を高圧にしたり、透過液側を真空にしたりと、任意のモードとすることができる。膜は、「浸透剤」（ｐｅｎｅｔｒａｎｔ）（「浸透剤」とは、膜の一方の面に接触している相から膜を通過する存在）を保持液から透過液に通過させることができる。本開示で使用する場合、「保持液」（ｒｅｔｅｎｔａｔｅ）は、膜を通過せずに膜モジュールを出る流れであり、浸透剤を減損させたものである。膜は、単層または多層である。本開示で名詞として使用される「ｐｅｒｍｅａｔｅ」は、膜モジュールから出る浸透剤を含む流れを指すことができ、または膜ユニットの膜を透過した液体および気体を指すことができる。「ｐｅｒｍｅａｔｅ」は、本開示では動詞としても用いることができ、膜ユニットの膜を介して広がること、膜を介して流れること、膜を通過することを意味する。

本開示で使用される「選択層」は、透過液流を生成する膜を浸透剤が通過することを可能にする活性を有する膜層を意味する。本開示で使用されるように、膜がガスに対して「選択的」である場合、それは、他の成分と比較して、１つの成分の膜材料を介してより多くの物質輸送を可能にする膜の特性を意味する。例えば、ＣＯ_２に対するＨ_２Ｓ（ＣＯ_２ ｏｖｅｒ Ｈ_２Ｓ）選択膜は、処理流中のＨ_２Ｓや他の成分が存在下で膜を介して優先的に輸送し、ＣＯ_２－濃縮透過液とＣＯ_２－減損保持液を生成する。

本開示で使用されるように、膜の選択性は、Ｘ_１／Ｘ_２で示される２つの化合物に対する単位なしの数として表すことができ、ここでＸ_１は第１の化合物であり、Ｘ_２は第２の化合物である。Ｘ_１／Ｘ_２は、「Ｘ_２に対するＸ_１」と読み替えられ、膜選択性とは、膜が２つの気体を分離する能力を示す指標で、膜を通過する気体の透過率の比として計算される無次元数である。

本開示で使用される「薄膜、複合膜」は、１つ以上の多孔質支持層上に形成された薄いポリマーバリア層からなる膜を指す。ポリマーバリア層は、膜のフラックスと分離特性を決定する；多孔質支持体は、選択層の支持体として機能し、膜の輸送特性に影響を及ぼさないか、または影響を及ぼすことができる。本開示で使用する、特定の材料を含む膜への言及は、選択層または支持層に使用される材料を指す。支持構造は、任意の材料で作ることができる。

本開示において使用する「膜モジュール」とは、供給液、透過液、および保持液の流れを分離するために、同一または異なる組成の１つ以上の膜を含むマニホルドアセンブリを指す。膜モジュールは、中空糸膜モジュール、プレート－アンド－フレーム膜モジュール、スパイラル巻きの膜モジュール、またはポッテッド（ｐｏｔｔｅｄ）中空糸モジュールを含む、任意のタイプの膜モジュールとすることができる。膜モジュールには、様々な構成の膜を配置することができる。膜は、平板状、板状および枠状、あるいは中空糸状、毛細管状、または渦巻き状など、充填密度が高くなるように配置することができる。膜モジュールには、複数の膜を使用することができ、複合膜、複数の材料からなる膜および異なる種類の膜を一緒に膜モジュールに配置することもできる。

本開示で使用される場合、「空気」は、地球の大気を構成する集合ガスまたは集合ガスの個々の成分を指す。特に別段の指示がない限り、空気という用語の使用は、空気に含まれるガスの一部または全部を含む。

組成物は、特に別段の指示がない限り、乾燥量基準で提供される。

本明細書では、「いくつかの実施形態において」、「一実施形態において」、または「実施形態において」という表現を使用することができ、これらはそれぞれ、同一または異なる実施形態のうちの１つ以上を指すことができる。

本開示で使用する「約」という用語は、任意の定量的比較、値、測定、または他の表現に帰することができる固有の不確実性の程度を表すために利用され、また本開示では、問題となっている主題の基本機能に変化をもたらすことなく定量表現が明記された基準から変化し得る程度を表すために利用される。

本開示の実施形態では、硫黄回収ユニットのテールガス流からＨ_２およびＨ_２Ｓを分離および除去するための方法およびシステムが開示される。硫黄回収ユニットは、Ｈ_２ＳとＣＯ_２を含む酸性ガスを処理し、硫黄流と硫黄回収ユニット廃棄物流を生成する。硫黄回収ユニット廃棄物流を再加熱器および反応器で処理し、急冷塔で冷却されたテールガス流を生成することができる。テールガス流は、Ｈ_２、ＣＯ_２、Ｎ_２、およびＨ_２Ｓを含むことができる。急冷塔塔頂は、Ｈ_２選択膜およびＨ_２Ｓ除去ユニットで処理することができる。Ｈ_２Ｓ除去ユニットは、吸収ユニットとすることができる。急冷塔塔頂は、Ｈ_２Ｓ除去ユニットの前にＨ_２選択膜で処理するか、またはＨ_２Ｓ選択膜の前にＨ_２Ｓ除去ユニットで最初に処理されるかのいずれかである。この処理により、Ｈ_２リッチ流およびＨ_２Ｓリッチ流が生成する。経済性またはＨ_２選択膜の位置によって、Ｈ_２リッチ流は、より環境にやさしく、よりクリーンな燃焼セールスガスを生成するためにセールスガスと結合するために送られるか、または酸性ガス処理のために酸性ガスと組み合わせることができ、より純粋なＨ_２流れを生成するためにさらなる精製に送ることができる。

Ｈ_２選択膜は、一般に、流れ中の他の化合物よりもＨ_２が優先的に膜を透過するようにする高密度ポリマー膜である。Ｈ_２選択膜は、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）ポリマーを含むガラス状ポリマー材料を含むことができる。Ｈ_２選択膜は、１００℃以上、３００℃以下で操作可能なポリマー材料で作ることができる。Ｈ_２選択膜は、複数のＨ２選択膜ステージまたはステップおよびコンプレッサを有するＨ_２選択膜ユニットに配置することができる。

有利なことに、本明細書に開示された実施形態は、多くの問題を解決する。本実施形態では、Ｈ_２ガスを有利に回収することができ、このＨ_２ガスは、そうでなければ大気中に失われるか、焼却炉で燃焼される貴重なガス流となり得る。本発明の実施形態は、テールガス流から回収され、硫黄回収ユニットに供給される酸性ガス流にリサイクルすることができるので、ＳＯ_２を生成するフレアまたは熱酸化装置で大量のＨ_２Ｓを燃焼する必要がなく、大気中に放出されるかまたは燃焼される望ましくないＨ_２Ｓの量を低減する。本発明の実施形態は、既存の操作に後付け（ｒｅｔｒｏｆｉｔ）として配備することもできる。さらに、本発明の実施形態は、実質的な期間にわたって劣化することなく操作可能で、かつ操作性を維持して、他の成分よりもＨ_２に対して選択的な膜を含み、Ｈ_２の分離は、テールガス流のより少ない冷却で達成することができる。

つぎに図を参照すると、本発明の実施形態を示すブロック図が提供される。図１は、本開示に記載の１つ以上の実施形態による、膜処理および吸収処理の両方を備えたテールガス処理システム１００のブロック図である。酸性ガス流１０５は、硫黄回収ユニット１１０に導入される。酸性ガス流１０５は、Ｈ_２Ｓ、ＣＯ_２、水、他の硫黄化合物、および不純物を含む。酸性ガス流１０５は、石油およびガス処理操作、採掘操作、または酸性ガス流を生成することができる他の任意の操作から生成することができる。酸性ガス流１０５は、任意の濃度のＨ_２ＳまたはＣＯ_２を有することができ、任意の温度および圧力にすることができる。酸性ガス流１０５の組成は、変化し得る。いくつかの実施形態では、酸性ガス流１０５は、４０モル％超のＨ_２Ｓおよび５０モル％超のＣＯ_２を含有する。いくつかの実施形態において、酸性ガス流１０５は、約１０～約９０ｍｏｌ％のＨ_２Ｓを含む。酸性ガス流１０５の圧力は、約２ｐｓｉｇ～約１５ｐｓｉｇとすることができ、酸性ガス流１０５の温度は、約２０℃～約２６０℃とすることができる。一実施形態では、酸性ガス流１０５は、石油およびガス操作から酸性ガス処理ユニットで生成される。硫黄回収ユニット１１０は、ガス流から硫黄を除去する任意のタイプのプロセスユニットとすることができる。いくつかの実施形態では、硫黄回収ユニット１１０は、燃焼、加熱器、冷却器、および触媒コンバーターを利用してＨ_２ＳをＳに転換するクラウス プラント（Ｃｌａｕｓ ｐｌａｎｔ）である。硫黄回収ユニット１１０は、Ｈ_２Ｓなどの硫黄化合物をＳに転換するために必要な任意の温度、圧力、および操作条件で操作することができる。硫黄回収ユニット１１０は、硫黄回収ユニット廃棄物流１１２を生成する。硫黄回収ユニット廃棄物流１１２は、Ｎ_２、ＣＯ、Ｈ_２、Ｈ_２Ｓ、ＣＯ_２、ＳＯ_２、および他の成分を含む。いくつかの実施形態では、硫黄回収ユニット廃棄物流１１２は、４０モル％超のＮ_２、２０モル％超のＣＯ_２、１モル％超のＨ_２、および０．３モル％超のＨ_２Ｓを含有する。いくつかの実施形態では、硫黄回収ユニット廃棄物流１１２の圧力は、約１５～３０ｐｓｉａ（絶対圧力）の範囲である。いくつかの実施形態では、硫黄回収ユニット廃棄物流１１２の温度は、２００℃超である。硫黄回収ユニット廃棄物流１１２は、テールガス処理再加熱器１２０に導入される。テールガス処理再加熱器１２０は、硫黄回収ユニット廃棄物流１１２の温度を上昇させる。テールガス処理再加熱器１２０は、硫黄回収ユニット廃棄物流１１２の温度を上昇させることができる任意のタイプの加熱器または再加熱器とすることができる。燃料ガス流１１４は、テールガス処理再熱器１２０に導入することもできる。燃料ガス流１１４は、テールガス処理再熱器１２０に適合する任意のタイプの燃料を含むことができる。いくつかの実施形態では、燃料ガス流１１４は、天然ガスである。燃料ガス流１１４は、任意の温度および圧力とすることができる。空気流１１８は、テールガス処理再加熱器１２０にも導入される。空気流１１８は、空気を含むことができる。空気流１１８は、任意の温度および圧力とすることができる。

加熱された硫黄回収ユニット廃棄物流１２５は、テールガス処理再加熱器１２０を出て、テールガス処理反応器１３０に入る。加熱された硫黄回収ユニット廃棄物流１２５は、約２６０℃～約３１０℃の範囲の温度を有することができる。加熱された硫黄回収ユニット廃棄物流１２５は、約１５～２０ｐｓｉａの範囲の圧力を有することができる。テールガス処理反応器１３０は、加熱された硫黄回収ユニット廃棄物流１２５中の硫黄化合物を還元し、その結果、Ｓ化合物は、Ｈ_２Ｓに転換される。テールガス処理反応器１３０は、化合物を還元することができる任意のタイプの反応器とすることができる。テールガス処理反応器１３０は、２６０℃～３１０℃の間で操作することができる。テールガス処理反応器１３０は、Ｃｏ－Ｍｏ触媒タイプを使用することができる。いくつかの実施形態では、テールガス処理反応器１３０は、ＳＣＯＴプロセス触媒コンバーターである。

テールガス流１３５は、テールガス処理反応器１３０を出る。テールガス流１３５は、Ｈ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｓ、およびＮ_２を含む。テールガス流１３５は、約１．０モル％～約３．０モル％の範囲のＨ_２濃度を有する回収可能量のＨ_２を含む。テールガス流１３５は、約０．１モル％～約５モル％、あるいは約０．５モル％～約４モル％の範囲のＨ_２濃度を有する。テールガス流１３５は、約２．０モル％～約４．０モル％、あるいは約１．８モル％～約３．０モル％、あるいは約１０００ｐｐｍｖ～約５．０モル％、あるいは約２００ｐｐｍｖ～約４．０モル％、あるいは約５０ｐｐｍｖ～約３．５モル％のＨ_２Ｓ濃度を含む。テールガス流１３５は、１５０ｐｐｍｖ未満のＨ_２Ｓのレベル（ｌｅｖｅｌ）を含む。テールガス流１３５は、また、ＣＯ_２およびＮ_２を含むことができる。テールガス流１３５中のＣＯ_２の濃度は、約１０モル％～約５０モル％、あるいは約２０モル％～約４０モル％の範囲とすることができる。一実施形態では、テールガス流１３５中のＮ_２の濃度は、約２５モル％～約８０モル％、あるいは約３０モル％～約７５モル％、あるいは約４０モル％～約６０モル％の範囲とすることができる。テールガス流１３５は、任意の濃度のＨ_２およびＨ_２Ｓを含むことができる。テールガス流１３５は、約５００°Ｆ～約６００°Ｆ、または約２６０℃～約３１５℃の範囲とすることができる。テールガス流１３５は、約１～３ｐｓｉｇの範囲の圧力を有することができる。

テールガス流１３５は、急冷塔１４０に導入される。急冷塔１４０は、テールガス流１３５を冷却する。テールガス流１３５を冷却することができる任意のタイプの塔を、急冷塔１４０として使用することができる。いくつかの実施形態では、急冷塔１４０は、テールガス流１３５を冷却するために水を利用する。急冷塔１４０は、また、ガス流からＨ_２Ｓを除去するアミンユニットに影響を与え、汚染する可能性のある少量の汚染物質（ＳＯ_２およびアンモニア）を、テールガス流１３５から除去することができる。急冷塔１４０は、テールガス流１３５を任意の温度まで冷却することができる。テールガス流１３５は冷却して、急冷塔塔頂流１４８を生成する。急冷塔１４０は、サワー水流１４４と急冷塔塔頂流１４８を生成する。サワー水流１４４は、硫黄化合物、酸性ガス成分、およびテールガス流１３５から洗浄されたアンモニアで汚染された水を含む。

急冷塔塔頂流１４８は、任意の温度および圧力とすることができる。いくつかの実施形態では、急冷塔塔頂流１４８は、１００℃～３００℃の温度である。いくつかの実施形態では、急冷塔塔頂流１４８は、約４０℃超の温度および約１～５ｐｓｉｇの圧力を有することができる。急冷塔塔頂流１４８は、テールガス流１３５と同じ乾燥量基準組成を有することができ、水蒸気で飽和されている。

急冷塔塔頂流１４８は、塔頂流処理プロセス１５０で処理される。塔頂流処理プロセス１５０は、Ｈ２選択膜ユニット１６０およびＨ２Ｓ除去ユニット１８０を含む。塔頂流処理プロセス１５０は、Ｈ２リッチ流１７８およびＨ２Ｓリッチリサイクル１８８を生成する。Ｈ２リッチ流１７８は、Ｈ２選択膜ユニット１６０から生成され、Ｈ２Ｓリッチリサイクル１８８は、Ｈ２Ｓ除去ユニット１８０から生成される。また、塔頂流処理プロセス１５０からは、Ｈ２Ｓリーン流（図示せず）およびＨ２リーン流（図示せず）も、塔頂流処理プロセス１５０から生成される。

Ｈ２Ｓ除去ユニット１８０は、Ｈ_２Ｓを分離および除去するように操作可能な装置の一部または装置のグループとすることができる。Ｈ２Ｓ除去ユニット１８０は、吸収ユニットであることができ、Ｈ_２Ｓを媒体に吸収するように構成される。Ｈ２Ｓ除去ユニット１８０は、別個の装置のグループとすることができ、装置の各一部は、吸収材料をガス流に接触させ、吸収材料を再生し、Ｈ_２Ｓリッチ流およびＨ_２Ｓリーン流を生成し、吸収材料またはガス流を輸送するのに必要な異なる機能を果たす。Ｈ２Ｓ除去ユニット１８０は、吸収タワー、再生ストリッピングタワー、再生ヒーター、ポンプ、およびその他の必要な装置を含むことができる。いくつかの実施形態では、Ｈ２Ｓ除去ユニット１８０は、アミン吸収ユニットおよび再生ユニットを含む。いくつかの実施形態では、Ｈ２Ｓ除去ユニット１８０は、ＣＯ_２よりもＨ_２Ｓを選択的に多く吸収するメチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）などのＨ_２Ｓ選択的アミンを含む。他の実施形態では、Ｈ２Ｓ除去ユニット１８０は、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）、およびジグリコールアミン（ＤＧＡ）として知られているアミノエトキシエタノールなどのＨ_２ＳおよびＣＯ_２を吸収するアミンを含む。Ｈ２Ｓ除去ユニット１８０は、流れからＨ_２Ｓを吸収する溶剤を含むことができ、約１００°Ｆの供給ガス温度および約１～５ｐｓｉｇの供給ガス圧などの典型的なアミン吸収操作条件で操作することができる。Ｈ２Ｓ除去ユニット１８０は、モレキュラーシーブベッドなどの再生ベッド吸収ユニットとすることができる。Ｈ２Ｓ除去ユニット１８０は、一連のＨ_２Ｓ選択膜とすることができる。Ｈ２Ｓ除去ユニット１８０の操作条件は、使用されるプロセスユニットおよび媒体に応じて変化することができる。

Ｈ２選択性膜ユニット１６０は、Ｈ２選択膜１６２を含む装置と共に、装置の一部または装置のグループとすることができる。Ｈ２選択膜ユニット１６０は、ガス流からＨ_２を分離することができる。Ｈ２選択膜ユニット１６０は、膜モジュールを含む。Ｈ２選択膜ユニット１６０は、コンプレッサ、ポンプ、バキューム、およびガス流をＨ２選択膜ユニット１６０で処理するために必要な任意の他の装置を含むことができる。Ｈ２選択膜ユニット１６０は、Ｈ２選択膜１６２を通るＨ_２の透過を促進するために任意の方法で構成することができる。

Ｈ２選択膜ユニット１６０は、Ｈ２選択膜１６２を含む。Ｈ２選択膜１６２は、Ｈ_２Ｓ、ＣＯ₂、および水蒸気の存在を含む、液流中の他の成分よりもＨ_２に対して選択的な膜である。Ｈ２選択膜１６２は、流れ中の他の成分よりもＨ_２を選択的に透過させる選択層を有することができる。いくつかの実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、ＣＯ_２に対するＨ_２の選択率が約３超、または約１０超、または約１５超、または約２０超、または約３０超、または約３５超、または約４０超である。一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、高いフラックスを有し、Ｈ_２が高速でＨ２選択膜１６２を透過することを可能にする。Ｈ２選択膜１６２への供給は、２５℃～３５０℃、あるいは１００℃～３５０℃、あるいは１５０℃～３００℃、あるいは２００℃～３００℃、あるいは１５０℃～２５０℃の温度範囲とすることができる。Ｈ２選択膜１６２への供給圧力は、３０ｐｓｉａ～１５０ｐｓｉａ、あるいは５０ｐｓｉａ～約１００ｐｓｉａの範囲とすることができる。

Ｈ２選択膜１６２は、支持層および選択層を含むことができる。Ｈ２選択膜１６２は、１つ以上の材料で作ることができ、支持層または選択層の一部とすることができる。Ｈ２選択膜１６２は、薄膜、複合膜とすることができる。Ｈ２選択膜１６２は、多層芳香族ポリアミド薄膜複合膜を含むことができる。Ｈ２選択膜１６２は、平坦なシート膜であってもよい。Ｈ２選択膜１６２の選択層の厚さは、任意の厚さとすることができる。いくつかの実施形態では、選択層は、１μｍ～１０μｍの範囲、あるいは０．１μｍ～５μｍの範囲である。

Ｈ２選択膜１６２は、ガラス状ポリマーを含むことができる。ガラス状ポリマーは、耐湿性を有することができる。いくつかの実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、ＰＢＩポリマーを含む。いくつかの実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、ＰＢＩポリマーおよびＰｄを含む。いくつかの実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、多孔質支持層上に形成された芳香族ポリアミド選択層を含む。いくつかの実施形態では、芳香族ポリアミド選択層は、ガラス状ポリマーでコーティングされている。ガラス状ポリマーは、５０℃超、あるいは１００℃超、あるいは１５０℃超のガラス転移温度を有することができる。

いくつかの実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、ＰＢＩタイプポリマーおよびコポリマーを含むガラス状ポリマー材料を含む。いくつかの実施形態では、ＰＢＩタイプポリマーは、ヘキサフルオロイソプロピリデン官能基、テラアミノジフェニルスルホンから誘導されるＰＢＩｓ、テトラアミノジフェニルスルホンポリマーおよびコポリマーから誘導されるＰＢＩｓ、Ｎ－置換変性ＰＢＩｓ、およびＰＢＩおよびメラミン－コ－ホルムアルデヒド熱硬化性ブレンドを含む。ＰＢＩタイプポリマーは、ホモポリマー、コポリマー、交互コポリマータイプ、ランダムコポリマータイプ、ブロックタイプコポリマー、ターポリマー、交互ターポリマータイプ、ランダムターポリマータイプ、ブロックタイプターポリマー、および任意の他のタイプのポリマーレイアウト（ｐｏｌｙｍｅｒ ｌａｙｏｕｔ）とすることができる。ポリマーは、ランダムコポリマータイプ、交互タイプ、およびブロックタイプとすることができる。Ｈ２選択膜１６２は、超薄層Ｐｄ／ＰＢＩ－ＨＦＡ複合膜を含むことができる。

いくつかの実施形態では、ガラス状ポリマーは、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリフェニルスルホン、ポリアミド、ポリスルホン、ポリフェニルエーテル、ニトロセルロース、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、ポリ(ビニルアルコール)、ポリ(フェニレンサルフィド)、ポリ(塩化ビニル)、ポリスチレン、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリビニルトリメチルシラン、ポリトリメチルシリルプロピン、ポリ(エーテルイミド)、ポリ(エーテルスルホン)、ポリオキサジアゾール、ポリ(フェニレンオキサイド)、または列挙したガラス状ポリマーの組み合わせもしくはコポリマーもしくはターポリマーである。いくつかの実施形態では、ガラス状ポリマーは、官能化されている。官能化ガラス状ポリマーは、スルホン化ガラス状ポリマーおよびハロゲン化ガラス状ポリマー、例えば臭素化ガラス状ポリマーを含むことができる。好適なガラス状ポリマーの例としては、臭素化ポリイミド、臭素化ポリスルホン、および臭素化ポリ(フェニレンオキサイド)などが挙げられる。

いくつかの実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、米国特許公開２０１９／０００９２０７に開示されている材料から選択され、その全体が本明細書に組み込まれている。いくつかの実施形態において、Ｈ２選択膜１６２は、多孔質支持体層と、界面重合を介して多孔質支持体層上に形成された選択層としての芳香族ポリアミド層と、芳香族ポリアミド層上に形成されたガラス状ポリマーを含む選択層の一部を形成するコーティングとを含む。界面重合では、２つの非混和溶剤の界面で反応成分同士が反応を起こす。多孔質支持体層は、ｍ－フェニレンジアミンなどのモノマーアリーレンポリアミンを含む水溶液に浸漬または噴霧によって飽和される。飽和後、多孔質支持体は、トリメソイルクロライドなどのモノマーアシルハライドを溶解した水－非混和性溶剤に浸漬される。その場で界面重合を開始し、多孔質支持体上に直接芳香族ポリアミド層を形成する。ポリアミド層および多孔質支持体を乾燥させることで、複合膜を得ることができる。いくつかの実施形態では、多孔質支持体は、芳香族ポリアミド層が、界面重合によって多孔質支持体上にそれぞれ形成された架橋芳香族ポリアミド層であるような、多孔質支持体などのバッキング層を有する。いくつかの実施形態では、多孔質支持体は、芳香族ポリアミド層が、界面重合によって多孔質支持体上にそれぞれ形成された架橋芳香族ポリアミド層であるような、多孔質支持体などのバッキング層を有する。

いくつかの実施形態では、多孔質支持層は、基材を含む。多孔質支持体層は、精密ろ過、限外ろ過、またはナノろ過に適したメソポーラスポリマー膜支持体とすることができる。多孔質支持体層は、１０μｍ～１０００μｍの範囲の厚さを有することができる。多孔質層の厚さは、３０μｍ～１００μｍの範囲とすることができる。多孔質支持体層の表面細孔は、不均一であってもよく、１ｎｍ～１００μｍの範囲の寸法を有することができる。

Ｈ２選択膜１６２は、芳香族ポリアミド層上に形成されるガラス状ポリマーコーティングを含むことができる。ポリアミド層の厚さは、２０ｎｍ～２００ｎｍの範囲とすることができる。芳香族ポリアミド層上にガラス質ポリマーを含む溶液をスロットダイコーティング、スピンコーティング、ディップコーティング、またはスプレーコーティングすることにより、ガラス質ポリマーコーティングを形成し、芳香族ポリアミド層の細孔や欠陥を有効に塞ぎ、ガス分離に適した芳香族ポリアミド薄膜複合膜を得る。ガラス状ポリマーコーティングの厚さは、１０ｎｍ～１μｍの範囲とすることができる。

一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、２５０℃で約４７のＨ_２／ＣＯ_２選択率および７バレル（Ｂａｒｒｅｒｓ）のＨ_２透過率を有するＰＢＩを含むＰＢＩタイプのポリマー膜である。一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、ポリ（５，５’－ベンゾイミダゾール-２，２’－ジイル－１，３－フェニレン)のＰＢＩ材料を含む。一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、３００℃の操作温度で１ｇｐｕのＨ_２透過率を有する約２１のＨ_２／ＣＯ_２選択率を有するＰＢＩタイプポリマーを含む。一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、３５℃の操作温度で、約４７のＨ_２／ＣＯ_２選択率および３．６バレルのＨ_２透過率を有するＰＢＩタイプのポリマー膜である。一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、２５０℃の操作温度で、約２３のＨ_２／ＣＯ_２選択率および７６．８バレルのＨ_２透過率を有するｍ－ＰＢＩを含むＰＢＩタイプのポリマー膜である。一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、２５０℃の操作温度で５００ｇｐｕのＨ_２透過率および約１９のＨ_２／ＣＯ_２選択率を有するｍ－ＰＢＩを含むＰＢＩタイプのポリマー膜である。

一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、１５０℃を超える操作温度を可能にする熱安定特性を示すＰＢＩ、ポリイミド、およびポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）材料を含む。一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、２５０℃を超える高温で長時間操作可能であり、Ｈ_２／ＣＯ_２選択率が約４３、Ｈ_２Ｓの存在下で２５０℃においてＨ_２／Ｎ_２選択率が約２３３であるｍ－ＰＢＩを含む。一実施形態では、Ｈ_２選択膜１６２は、２５０℃を超える操作温度において、約１００ｇｐｕのＨ_２透過率および約２５のＨ_２／ＣＯ_２選択率および約１００のＨ_２／Ｎ_２選択率を有するＰＢＩを含む。一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、水蒸気の存在下において２３０℃で、４７０バレルのＨ_２透過率および約２６．３のＨ_２／ＣＯ_２選択率を有するＰＢＩ／ゼオライトイミダゾレート骨格（ＺＩＦ）複合膜を含む。

一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、２５０℃で、７６．８バレルのＨ_２透過性を有する約２３のＨ_２／ＣＯ_２選択率を有するＰＢＩポリマーまたはＰＢＩコポリマーを含む。一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、ＰＢＩセグメントを有する高度に破壊され、緩やかに充填されたヘキサフルオロイソプロピリデンのジフェニル基である６Ｆ－ＰＢＩと、ＰＢＩセグメントを有する高度に選択的な密充填されたフェニレン基であるｍ－ＰＢＩとが配置されたＰＢＩである。

一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、１００℃～４００℃の高温でのＨ_２／ＣＯ_２選択的分離のためのＰＢＩ非対称中空糸膜であり、Ｈ_２透過率は、２．６×1０^－６ｃｍ^３（ＳＴＰ）／ｃｍ^２・ｓ・ｃｍＨｇであり、Ｈ_２／ＣＯ_２選択率は、約２７である。

一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、ＴＡＤＰＳ－ＩＰＡ（テトラアミノジフェニルスルホン－イソフタル酸ポリベンゾイミダゾール）、ＴＡＤＰＳ－ＴＰＡ（テトラアミノジフェニルスルホン－テレフタル酸ポリベンゾイミダゾール）、またはＴＡＤＰＳ－ＯＢＡ（テトラアミノジフェニルスルホン－オキシビス（ベンゾイックアシッド）ポリベンゾイミダゾール）などのスルホニル含有テトラアミンモノマーＴＡＤＰＳ（３，３’４，４’－テトラアミノジフェニルスルホンモノマー）から作られたＰＢＩを含む。一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、少なくとも約２０のＨ_２／ＣＯ_２選択率を有するＴＡＤＰＳ－ＴＰＡを含む。一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、少なくとも約１０のＨ_２／ＣＯ_２選択率を有するＴＡＤＰＳ－ＯＢＡを含む。一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、少なくとも約３２のＨ_２／ＣＯ_２選択率を有するＴＡＤＰＳ－ＩＰＡを含む。

一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、２５０℃で、約２０のＨ_２／ＣＯ_２混合気体選択率を有し、Ｈ_２透過性が７バレルであるＰＢＩタイプポリマー膜である。一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、ＰＢＩタイプポリマー膜であり、熱安定性に優れ、酸、塩基、および有機溶剤に対する耐性がある。一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、２００℃～２７０℃の操作範囲において、Ｈ_２／ＣＯ_２選択率が約２０、Ｈ_２透過率が９～１３のＰＢＩタイプポリマー膜である。

一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、２５℃で、２.１バレルの透過率と約１１.３のＨ_２／ＣＯ_２選択率を有するＰＢＩタイプのポリマー膜である。一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、ＤＭＰＢＩ－Ｉ、ＰＢＩ－Ｉ、ＤＢＰＢＩ－Ｉ、ＤＳＰＢＩ－Ｉ、ＤＢｚＰＢＩ－Ｉ、ＤＭＰＢＩ－ＢＵＬ、ＤＢＰＢＩ－ＢＵＬ、ＤＳＰＢＩ－Ｂｕｌ、ＤＢｚＰＢＩ－Ｂｕｌ、またはＰＢＩ－Ｂｕｌを含む。

一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、２５０℃の操作温度で、５７バレルのＨ_２透過率および約１２.９のＨ_２／ＣＯ_２選択率を有するＰＢＩおよび他の材料のブレンドを含む。一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、ＰＢＩおよびＰＭＦ（ポリ（メラミンコ－ホルムアルデヒド））ポリマーブレンドを含む。一実施形態では、ＰＢＩおよびＰＭＦブレンドを含むＨ２選択膜１６２は、３０℃の操作温度で、２．１バレルのＨ_２透過率および約２５．８のＨ_２／ＣＯ_２選択率を有する。

Ｈ_２選択膜１６２は、Ｐｄ、バナジウム、ニッケル、ニオブ、および鉄などの金属および金属合金、または銀、ルテニウム、金、および銅とのＰｄ合金を含むことができる。Ｈ_２選択膜１６２は、金属酸化物、ゼオライト、およびカーボンモレキュラーシーブ、非晶質シリカ、ＺｒＯ_２およびＴｉＯ_２を含む非シリカ金属酸化物、ゼオライト膜；マイクロポーラス炭素膜；緻密なセラミック膜、バナジウム、ニオブ、ジルコニウムおよびタンタル合金、およびグラフェンなどを含むことができる。Ｈ_２選択膜１６２は、ジルコニア中間層を有する多孔質ステンレス鋼支持体を含むことができる。

一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、１５０℃の操作温度で、２６２バレルのＨ_２透過率および約２２のＨ_２／ＣＯ_２選択率を有するＰｄ／ＰＢＩ－ＨＦＡ複合膜である。一実施形態では、１５０℃の操作温度で、Ｈ２選択膜１６２は、２７６バレルのＨ_２透過率および約２２のＨ_２／ＣＯ_２選択率を有するＰＢＩ－ＨＦＡ膜である。

一実施形態では、Ｈ２選択膜１６２は、１５０℃で、約５０バレルのＨ_２透過率および約２０のＨ_２／ＣＯ_２選択率を有するＰＲＯＴＥＵＳ ＴＭコポリマー（三菱ケミカルアドバンストマテリアルズから入手可能）からなる選択層を含む。Ｈ２選択膜１６２は、ＭＡＴＲＩＭＩＤ ＴＭマテリアル（Ｈｕｎｔｓｍａｎから入手可能)などの架橋ポリイミドから作ることができる。Ｈ２選択膜１６２は、熱的に転位したベンゾイミダゾール（ＴＲ－ＰＢＩ）および熱的に転位したベンゾオキサゾール（ＴＲ－ＰＢＯ）から作ることができる。

Ｈ２選択膜１６２は、広い温度範囲にわたって適切な操作性を維持しながら、高温に長時間耐えることができる材料から作ることができる。適切な操作性には、膜の予想寿命に対する設計パラメータ内の透過率および選択率を維持する能力が含まれる。膜の予想寿命は、典型的には約３年である。Ｈ２選択膜１６２は、約２５℃～約３００℃の間の温度、あるいは約１００℃～約３００℃の間の温度で操作可能である。Ｈ２選択膜１６２は、約２５℃～約２５０℃、あるいは約５０℃～約２５０℃、あるいは約１００℃～約２５０℃、あるいは約１５０℃～約３００℃の温度範囲で操作可能である。有利には、Ｈ２選択膜１６２は、広い温度範囲にわたって適切な操作性を有し、これは分離を高温で行うことができ、膜ユニットに供給するガス流の冷却が少なくて済む。

Ｈ２リッチ流１７８は、Ｈ２選択膜ユニット１６０から生成される。Ｈ２リッチ流１７８は、テールガス流１３５または急冷塔塔頂流１４８に存在していたものよりも高いＨ_２濃度を有する。Ｈ２リッチ流１７８は、約２０モル％超、あるいは約３０モル％超、あるいは約３５モル％超、あるいは約４０モル％超のＨ_２濃度を有することができる。Ｈ２リッチ流１７８は、約５０ｐｐｍｖ～約５モル％、あるいは約２００ｐｐｍｖ～約４モル％、あるいは約１０００ｐｐｍｖ～約３．５モル％、または約０．１モル％～約３．０モル％の範囲のＨ_２Ｓ濃度を有することができる。Ｈ２リッチ流１７８は、また、約５モル％～約３５モル％、または約１０モル％～約３０モル％の範囲のＣＯ_２濃度を含むことができる。Ｈ２リッチ流１７８は、また、約２０モル％～約６０モル％、または約２５モル％～約５０モル％のＮ_２濃度を含むことができる。

Ｈ２リッチ流１７８は、約５ｐｓｉａ未満、あるいは約２ｐｓｉａ未満の圧力とすることができる。いくつかの実施形態では、Ｈ２リッチ流１７８は、少なくとも５０℃、あるいは６０℃の温度を有することができる。Ｈ２リッチ流１７８は、約２５℃～約３５０℃、あるいは約１００℃～約３００℃、あるいは約２５℃～約２５０℃、あるいは約５０℃～約２５０℃、あるいは約１００℃～約２５０℃、あるいは約１５０℃～約３００℃の範囲の温度を有することができる。

Ｈ２Ｓリッチリサイクル１８８は、Ｈ２Ｓ除去ユニット１８０から生成される。Ｈ２Ｓリッチリサイクル１８８は、テールガス流１３５または急冷塔塔頂流１４８に存在したものよりも高い濃度のＨ_２Ｓを有する。Ｈ２Ｓリッチリサイクル１８８は、硫黄回収ユニット１１０にリサイクルすることができる。Ｈ２Ｓリッチリサイクル１８８は、約２０モル%超、あるいは約３５モル％超、あるいは約４５モル％超、あるいは約５０モル％超のＨ_２Ｓ濃度を有することができる。Ｈ２Ｓリッチリサイクル１８８は、約１０モル％超、あるいは約２０モル％超のＣＯ_２濃度を有することができる。Ｈ２Ｓリッチリサイクル１８８は、約２９ｐｓｉａの圧力を有することができる。

塔頂流処理プロセス１５０は、また、Ｈ２リーン流（図示せず）およびＨ２Ｓリーン流（図示せず）を生成する。Ｈ２リーン流（図示せず）は、塔頂流処理プロセス１５０内で十分に利用することができる。Ｈ２リーン流（図示せず）は、Ｈ２リッチ流１７８よりも低いＨ_２濃度を有する。Ｈ２Ｓリーン流（図示せず）は、Ｈ２Ｓリッチリサイクル１８８よりも低いＨ２Ｓ濃度を有する。塔頂流処理プロセス１５０における流れの圧力は、１ｐｓｉｇ～４０ｐｓｉｇの間で変動し得る。コンプレッサで圧力を上げることができる。

ここで図に戻ると、図２は、本開示に記載の１つまたは複数の実施形態による吸収装置２００の前の膜処理を有するテールガス処理システムのブロック図である。吸収装置２００の前に膜処理によるテールガス処理システムの設定は、膜プロセスからのＨ_２リッチ透過流をプラント入口ガスにリサイクルすることによって、Ｈ_２含有量が増加したより環境にやさしいセールスガスを生成するために使用することができる。有利なことに、吸収装置２００の前に膜処理を行うテールガス処理システムは、より高温を扱うことができるＨ_２選択膜を利用し、急冷塔または急冷塔の部分的迂回での冷却を少なくすることができる。酸性ガス流２０５は、硫黄回収ユニット２１０に導入される。酸性ガス流２０５は、酸性ガス流１０５と同じ特性、組成、および操作条件を有することができる。硫黄回収ユニット２１０は、硫黄回収ユニット１１０と同じ特性、組成、および操作条件を有することができる。

硫黄回収ユニット２１０は、硫黄回収ユニット廃棄物流２１２を生成することができる。硫黄回収ユニット廃棄物流２１２は、硫黄回収ユニット廃棄物流１１２と同じ特性、組成、および操作条件を有することができる。硫黄回収ユニット廃棄物流２１２は、テールガス処理再加熱器２２０に導入される。テールガス処理再熱器２２０は、テールガス処理再熱器１２０と同じ特性および操作条件を有することができる。燃料ガス流１１４は、テールガス処理再加熱器２２０にも導入される。空気流１１８は、テールガス処理再加熱器２２０にも導入される。加熱された硫黄回収ユニット廃棄物流２２５は、テールガス処理再加熱器２２０から生成され、加熱された硫黄回収ユニット廃棄物流１２５と同じ特性、組成、および操作条件を有することができる。加熱された硫黄回収ユニット廃棄物流２２５は、テールガス処理反応器２３０に導入される。テールガス処理反応器２３０は、テールガス処理反応器１３０と同じ特性および操作条件を有することができる。テールガス処理反応器２３０は、テールガス流２３５を生成し、テールガス流１３５と同じ特性、組成、および操作条件を有することができる。

テールガス流２３５は、急冷塔１４０と同じ特性および操作条件を有することができる急冷塔２４０に導入される。一実施形態では、急冷塔２４０は、急冷塔塔頂流２４８が、Ｈ_２選択膜ユニット２６０内に収容されたＨ２選択膜２６２にとって許容できる温度になるようなサイズに設定され、操作される。一実施形態では、Ｈ２選択膜２６２は、１５０℃～３００℃のより高温のガス流を扱うことができ、急冷塔２４０は、従来の膜が使用される場合よりも少ない冷却が必要となるように操作される。したがって、急冷塔２４０は、従来の膜が使用された場合、または急冷塔塔の塔頂流がアミン吸収ユニットに直接送られた場合よりも軽い負荷で操作させることができる。

急冷塔２４０は、サワー水流２４４を生成し、サワー水流１４４と同じ特性、組成、および操作条件を有することができる。いくつかの実施形態では、急冷塔２４０が、従来の膜が使用された場合よりも少ない冷却が必要とされるように操作される場合、サワー水流２４４は、サワー水流１４４よりも小さい流速を有する。

急冷塔２４０は、また、急冷塔塔頂流２４８を生成し、これは、急冷塔塔頂流１４８と同じ特性、組成、および操作条件を有することができる。急冷塔塔頂流２４８は、水蒸気で飽和している。急冷塔塔頂流２４８中のＨ_２Ｓ濃度は、約０．５モル％～約５．０モル％、あるいは約１．０モル％～約３．０モル％、あるいは約０．５モル％～約４．０モル％、または約１．０モル％～約２．５モル％の範囲であることができる。急冷塔塔頂流２４８のＣＯ_２濃度は、約１０モル％～約５０モル％、あるいは約２０モル％～約４０モル％、あるいは約２５モル％～約３５モル％の範囲であることができる。急冷塔塔頂流２４８のＮ_２濃度は、約２５モル％～約８０モル％、あるいは約４０モル％～約７５モル％、あるいは約５０モル％～約６５モル％の範囲であることができる。急冷塔塔頂流２４８中のＨ_２濃度は、約０．５モル％～約５モル％、あるいは約１モル％～約３モル％、あるいは約１．５モル％～約２．５モル％の範囲であることができる。

急冷塔塔頂流２４８は、Ｈ２選択膜ユニット２６０に導入される。Ｈ２選択膜ユニット２６０は、Ｈ２選択膜ユニット１６０と同じ特性および操作条件を有することができる。いくつかの実施形態では、Ｈ２選択膜ユニット１６０は、より高いガス流温度を扱うように設計される。Ｈ２選択膜ユニット２６０は、Ｈ２選択膜１６２を含む。Ｈ２選択膜１６２は、先に開示したものと同じ組成、特性、および操作パラメータを有することができる。Ｈ２選択膜ユニット２６０は、Ｈ_２Ｓを含む急冷塔塔頂流２４８を処理する。

急冷塔塔頂流２４８は、Ｈ２選択膜１６２の保持液側に導入され、急冷塔塔頂流２４８中に存在するＨ_２がＨ２選択膜１６２を透過することを可能にする。Ｈ２リッチ流２７８は、Ｈ２選択膜１６２の透過液から生成される。

Ｈ２リッチ流２７８は、少なくとも５０℃、あるいは６０℃の温度を有することができる。Ｈ２リッチ流２７８は、約２５℃～約３５０℃、あるいは約１００℃～約３００℃、あるいは約２５℃～約２５０℃、あるいは約５０℃～約２５０℃、あるいは約１００℃～約２５０℃、あるいは約１５０℃～約３００℃の範囲の温度を有することができる。Ｈ２リッチ流２７８は、約５ｐｓｉａ未満、あるいは約２ｐｓｉａ未満の圧力とすることができる。

Ｈ２リッチ流２７８は、急冷塔塔頂流２４８中に存在するものよりも高いＨ_２濃度を有する。Ｈ２リッチ流２７８は、Ｈ２選択膜ユニット２６０の透過液側から除去される。Ｈ２リッチ流２７８は、少なくとも約２０モル％、あるいは少なくとも約３０モル％、あるいは少なくとも約４０モル％のＨ_２濃度を有することができる。

Ｈ２選択膜１６２は、Ｈ_２ＳよりもＨ_２に対して選択的であるが、一部のＨ_２Ｓは、Ｈ２選択膜１６２を透過することができる。したがって、Ｈ２リッチ流２７８は、いくらかのＨ_２Ｓを含む。Ｈ２リッチ流２７８は、０．１モル％～約３モル％、あるいは約０．５モル％～約２モル％、あるいは約０．７５モル％～約１．５モル％の範囲のＨ_２Ｓ濃度を有することができる。さらに、一部のＣＯ_２およびＮ_２は、Ｈ２選択膜１６２を透過して、Ｈ２リッチ流２７８中に存在することができる。Ｈ２リッチ流２７８のＣＯ_２濃度は、約５モル％～約３５モル％、あるいは約１０モル％～約２０モル％の範囲であることができる。Ｈ２リッチ流２７８のＮ_２濃度は、約２０モル％～約６０モル％、あるいは約３０モル％～約４０モル％の範囲であることができる。

Ｈ２リッチ流２７８は、プラントコンプレッサ２９０に導入される。プラントコンプレッサ２９０は、ガス流を推進することができる駆動力を提供することができる任意のタイプのポンプ、コンプレッサ、または他の機器とすることができる。Ｈ２選択膜１６２の透過液から生成されたＨ２リッチ流２７８は、低圧を有し、したがって、プロセスにおいて利用されるか、または距離を移動するためにコンプレッサを必要とすることがある。一実施形態では、プラントコンプレッサ２９０は、往復コンプレッサである。

プラントコンプレッサ２９０は、真空源を提供することができ、その段階のカットを最小限に抑えながら、Ｈ２選択膜１６２の透過率および効率を増加させる。いくつかの実施形態では、プラントコンプレッサ２９０は、Ｈ２リッチ流２７８が大気圧未満の圧力であるような真空源を提供する。プラントコンプレッサ２９０は、Ｈ_２およびＨ_２Ｓを含むことができるプラントリサイクル２９２を生成する。プラントコンプレッサ２９０は、任意のレベルの圧縮を提供することができ、プラントリサイクル２９２の圧力を任意の圧力まで上昇させることができる。いくつかの実施形態では、プラントリサイクル２９２は、３０ｐｓｉｇ超の圧力を有する。いくつかの実施形態では、プラントリサイクル２９２は、１０００ｐｓｉｇ未満の圧力を有する。

いくつかの実施形態では、プラントリサイクル２９２は、酸性ガス除去システムにおける処理のために天然ガス処理プラント入口にリサイクルされる。酸性ガス除去システムは、Ｈ_２Ｓを除去することができ、Ｈ_２は炭化水素とともに天然ガス処理プラントを通って移動し、最終処理天然ガス流は、プラントリサイクル２９２なしで生じたであろうものよりも高いＨ_２含有量を有する。より高いＨ_２含有量は、よりクリーンな燃焼天然ガス、またはより少ない汚染物質およびより少ない温室効果ガスを放出する「より環境にやさしいガス」をもたらし、したがって、より環境にやさしい。また、Ｈ_２は、プラントリサイクル２９２から除去され、製油所全体で使用されて触媒失活を防止するか、または硫黄回収プラントの低温始動に使用することができる。残りのガスは、おおい隠すための、またはパージ用のガスのために使用することができる。

Ｈ２リーン流２６４は、保持液としてＨ２選択膜ユニット２６０から除去される。Ｈ２リーン流２６４は、Ｈ２リッチ流２７８よりも低いＨ_２濃度を有する。Ｈ２リーン流２６４中のＨ_２濃度は、約０．１モル％～約２モル％、あるいは約０．１モル％～約１モル％、あるいは約０．２モル％～約０．５モル％の範囲であることができる。Ｈ２リーン流２６４は、約０．５モル％～約５モル％、あるいは約１モル％～約３モル％の範囲のＨ_２Ｓ濃度を有することができる。Ｈ２リーン流２６４中のＣＯ_２濃度は、約１０モル％～約５０モル％、あるいは約２０モル％～約４０モル％の範囲であることができる。Ｈ２リーン流２６４中のＮ_２濃度は、約４０モル％～約８０モル％、あるいは約５０モル％～約７５モル％、あるいは約６０モル％～約７０モル％であることができる。

Ｈ２リーン流２６４は、Ｈ２Ｓ除去ユニット２８０に導入される。Ｈ２Ｓ除去ユニット２８０は、Ｈ２Ｓ除去ユニット１８０と同じ特性および操作条件のすべてを有することができる。Ｈ２Ｓ除去ユニット２８０は、Ｈ２選択膜がＨ_２Ｓ除去ユニットの後に配置される場合よりも少ないＨ_２Ｓを取り扱うようにサイズ設定、または操作されることができる。

Ｈ２Ｓ除去ユニット２８０は、Ｈ２Ｓリッチリサイクル２８８を生成する。Ｈ２Ｓリッチリサイクル２８８は、Ｈ２Ｓ除去ユニット２８０から硫黄回収ユニット２１０にリサイクルすることができる。Ｈ２Ｓリッチリサイクル２８８は、Ｈ２リーン流２６４よりも高い濃度のＨ_２Ｓを有する。Ｈ２Ｓリッチリサイクル２８８は、約２０モル％超、あるいは約３５モル％超、あるいは約４５モル％超、あるいは約５０モル％超のＨ_２Ｓを有することができる。Ｈ２Ｓリッチリサイクル２８８は、約１０モル％超、あるいは約２０モル％超のＣＯ_２濃度を有することができる。Ｈ２Ｓ除去ユニット２８０は、典型的な操作条件で操作するアミンユニットとすることができる。Ｈ_２リーン流２６４は、約１００°Ｆの温度を有することができる。

Ｈ２Ｓ除去ユニット２８０は、Ｈ２Ｓリーン流２８４を生成する。Ｈ２Ｓリーン流２８４は、Ｈ２Ｓリッチリサイクル２８８よりもＨ_２Ｓの濃度が低い。Ｈ２Ｓリーン流２８４は、５００ｐｐｍｖ未満、あるいは２５０ｐｐｍｖ未満、あるいは１７５ｐｐｍｖ未満、あるいは１５０ｐｐｍｖ未満、あるいは１２５ｐｐｍｖ未満、あるいは１００ｐｐｍｖ未満のＨ_２Ｓ濃度を有することができる。Ｈ２Ｓリーン流２８４は、廃棄のために焼却装置に送られるか、大気に放出されるか、またはリサイクルまたは使用のためにプラントの別の領域に送ることができる。

有利には、図２のレイアウトおよび吸収前の膜処理を有するテールガス処理システムが既存のシステムに後付けすることができる。いくつかの実施形態では、Ｈ２選択膜２６２が１５０℃～３００℃のより高温のガス流を扱うことができる場合、急冷塔２４０は、より高温のガス流を扱えない膜に必要な冷却量と比較して、より少ない冷却で済むように小さくする。さらに、いくつかの実施形態では、プラントリサイクル２９２は、よりクリーンな燃焼燃料またはセールスガスを生成するために、プラント入口または燃料ガスラインにリサイクルされる。吸収装置２００の前に膜処理を行うテールガス処理システムの他の利点は、Ｈ２リーン流２６４中の水蒸気がＨ２Ｓ除去ユニット２８０に向かうのを減らすことであり、これは、水蒸気がＨ_２選択膜を透過し、アミン希釈が少なくなるからである。さらに、Ｈ２Ｓ除去ユニット２８０は、より高い圧力で操作することができ、その結果、Ｈ２Ｓ除去ユニット２８０のサイズを縮小することができる。

ここで図３を参照すると、本開示に記載の１つまたは複数の実施形態による、吸収装置３００の後に膜処理を有するテールガス処理システムのブロック図が示されている。酸性ガス流３０５は、硫黄回収ユニット３１０に導入される。酸性ガス流３０５は、酸性ガス流１０５と同じ特性、組成、および操作条件を有することができる。硫黄回収ユニット３１０は、硫黄回収ユニット１１０と同じ特性、組成、および操作条件を有することができる。吸収装置３００の後に膜処理を行うテールガス処理システムは、酸性ガス流３０５中の硫黄レベルが低い場合に有利である。

硫黄回収ユニット３１０は、硫黄回収ユニット廃棄物流３１２を生成することができる。硫黄回収ユニット廃棄物流３１２は、硫黄回収ユニット廃棄物流１１２と同じ特性、組成、および操作条件を有することができる。硫黄回収ユニット廃棄物流３１２は、テールガス処理再加熱器３２０に導入される。テールガス処理再熱器３２０は、テールガス処理再熱器１２０と同じ特性および操作条件を有することができる。燃料ガス流１１４は、テールガス処理再加熱器３２０に導入される。空気流１１８は、テールガス処理再加熱器３２０に導入される。

加熱された硫黄回収ユニット廃棄物流３２５は、テールガス処理再加熱器３２０から生成することができ、加熱された硫黄回収ユニット廃棄物流１２５と同じ特性、組成、および操作条件を有することができる。加熱された硫黄回収ユニット廃棄物流３２５は、テールガス処理反応器３３０に導入することができる。テールガス処理反応器３３０は、テールガス処理反応器１３０と同じ特性および操作条件を有することができる。テールガス処理反応器３３０は、テールガス流３３５を生成することができ、これは、テールガス流１３５と同じ特性、組成、および操作条件を有することができる。

テールガス流３３５は、急冷塔１４０と同じ特性および操作条件を有することができる急冷塔３４０に導入される。いくつかの実施形態では、急冷塔３４０は、急冷塔塔頂流３４８が、Ｈ２Ｓ除去ユニット３８０の操作効率を最大にするために許容可能な温度になるようなサイズにされ、操作される。急冷塔３４０は、急冷塔塔頂流３４８がＨ２Ｓ除去ユニット３８０に導かれているので、より少ない冷却が必要となるように操作することができ、Ｈ２Ｓ除去ユニット３８０は、従来の膜と比較してより高温を扱うことができる。

急冷塔３４０は、サワー水流１４４と同じ特性、組成、および操作条件を有することができるサワー水流３４４を生成する。いくつかの実施形態では、膜がＨ２Ｓ除去ユニット３８０の前に配置された場合よりも少ない冷却が必要とされるように急冷塔３４０が操作される場合、サワー水流３４４はサワー水流１４４よりも小さい流速を有する。

急冷塔３４０は、急冷塔塔頂流３４８を生成し、これは、急冷塔塔頂流１４８と同じ特性、組成、および操作条件を有することができる。急冷塔塔頂流３４８中のＨ_２Ｓ濃度は、約１．０モル％～約３．０モル％、もしくは約０．５モル％～約５．０モル％、もしくは約０．５モル％～約４．０モル％、もしくは約１．０モル％～約２．５モル％の範囲とすることができる。

急冷塔塔頂流３４８は、Ｈ２Ｓ除去ユニット３８０に導入される。Ｈ２Ｓ除去ユニット３８０は、Ｈ２Ｓ除去ユニット１８０と同じ特性および操作条件を有することができる。Ｈ２Ｓ除去ユニット３８０は、ＣＯ_２とともにＨ_２Ｓを選択的に吸収することができる任意の種類のユニットとすることができる。Ｈ２Ｓ除去ユニット３８０は、Ｈ２Ｓ除去ユニット１８０と同じ特性および操作条件を有することができる。Ｈ２Ｓ除去ユニット３８０は、Ｈ２Ｓリッチ流３８８を生成し、これは、Ｈ２Ｓリッチ流１８８と同じ特性、組成、および操作条件を有することができる。Ｈ２Ｓリッチ流３８８は、リサイクルされて、硫黄回収ユニット３１０にリサイクルされ得る。Ｈ２Ｓ除去ユニット３８０は、Ｈ２リッチ流３７８に望まれる純度に基づいてサイズを決定することができる。

いくつかの実施形態では、Ｈ２選択膜３６２は、２００℃を超えるより高温のガス流を扱うことができず、したがって、Ｈ２選択膜ユニット３６０は、Ｈ２Ｓ除去ユニット３８０の後に配置され、その結果、Ｈ２Ｓリーン流３８４の温度は、Ｈ２選択膜ユニット３６０の操作条件に影響を及ぼさないほど十分に低い温度である。Ｈ２Ｓリーン流３８４は、約５００ｐｐｍｖ未満、あるいは約３５０ｐｐｍｖ未満、あるいは約２５０ｐｐｍｖ未満、あるいは約１７５ｐｐｍｖ未満、あるいは約１５０ｐｐｍｖ未満、あるいは約１２５ｐｐｍｖ未満、あるいは約１００ｐｐｍｖ未満のＨ_２Ｓ濃度を有することができる。いくつかの実施形態では、Ｈ２選択膜ユニット３６０は、非常に低濃度でＨ２Ｓを含有するＨ２Ｓリーン流３８４を処理する。Ｈ２Ｓリーン流３８４のＣＯ_２濃度は、約１０モル％～約５０モル％、あるいは約１５モル％～約４５モル％、あるいは約２５モル％～約３５モル％の範囲とすることができる。Ｈ２Ｓリーン流３８４のＮ_２濃度は、約２５モル％～９０モル％、あるいは約４０モル％～約８０モル％、あるいは約５０モル％～約７０モル％の範囲とすることができる。Ｈ２Ｓリーン流３８４のＨ_２濃度は、約０．５モル％～約５モル％、あるいは約１モル％～約４モル％、あるいは約１．５モル％～約２．５モル％の範囲とすることができる。

Ｈ２Ｓリーン流３８４は、Ｈ２選択膜ユニット３６０に導入される。Ｈ２選択膜ユニット３６０は、Ｈ２選択膜ユニット１６０と同じ特性および操作条件を有することができる。Ｈ２選択膜ユニット３６０は、Ｈ２選択膜１６２を含む。Ｈ２選択膜１６２は、本明細書で先に開示されたものと同じ組成、特性、および操作パラメータを有することができる。

Ｈ２Ｓリーン流３８４は、Ｈ２選択膜１６２の保持液側に導入され、Ｈ２Ｓリーン流３８４中に存在するＨ_２がＨ２選択膜１６２を透過することを可能にする。Ｈ２リッチ流３７８は、Ｈ２選択膜１６２の透過液によって生成される。Ｈ２リッチ流３７８は、Ｈ２Ｓリーン流３８４中に存在するものよりも高いＨ_２濃度を有する。Ｈ２リッチ流３７８は、Ｈ２選択膜ユニット３６０から除去される。一実施形態では、Ｈ２リッチ流３７８は、約５ｐｓｉａ未満、あるいは約２ｐｓｉａ未満の圧力である。Ｈ２リッチ流３７８は、少なくとも５０℃の温度を有することができる。Ｈ２リッチ流３７８は、約２５℃～約３５０℃、あるいは約１００℃～約３００℃、あるいは約２５℃～約２５０℃、あるいは約５０℃～約２５０℃、あるいは約１００℃～約２５０℃、あるいは約１５０℃～約３００℃の範囲の温度を有することができる。

Ｈ２リッチ流３７８は、少なくとも約２０モル％、あるいは少なくとも約４０モル％、あるいは少なくとも約５０モル％のＨ_２濃度を有することができる。Ｈ２選択膜１６２は、Ｈ_２ＳよりもＨ_２に対して選択的であるが、一部のＨ_２ＳはＨ２選択膜１６２を透過することができる。したがって、Ｈ２リッチ流３７８は、いくらかのＨ_２Ｓを含有することができる。Ｈ２リッチ流３７８は、約１２０ｐｐｍｖ未満、あるいは約１００ｐｐｍｖ未満、あるいは約７５ｐｐｍｖ未満のＨ_２Ｓ濃度を有することができる。さらに、一部のＣＯ_２およびＮ_２は、Ｈ２選択膜１６２を透過し、Ｈ２リッチ流３７８中に存在することができる。Ｈ２リッチ流３７８は、約１０モル％～３０モル％、あるいは約１５モル％～約２５モル％の範囲のＣＯ_２濃度を有することができる。Ｈ２リッチ流３７８は、約１０モル％～５０モル％、あるいは約１５モル％～約４５モル％、あるいは約２０モル％～約４０モル％の範囲のＮ_２濃度を有することができる。

Ｈ２リッチ流３７８は、プラントコンプレッサ２９０に導入される。プラントコンプレッサ２９０は、ガス流を推進することができる任意のタイプのポンプ、コンプレッサ、または他の駆動力であることができる。Ｈ２選択膜１６２の透過液から生成されたＨ２リッチ流３７８は低圧を有し、したがって、プロセスで利用するため、または距離を移動するためにコンプレッサを必要とする。

いくつかの実施形態では、プラントコンプレッサ２９０は、真空源を提供することができ、ステージカットを最小限に抑えながら、Ｈ２選択膜１６２の透過率および効率を増加させる。Ｈ２リッチ流３７８は、約５ｐｓｉａ未満、あるいは約２ｐｓｉａ未満の圧力とすることができる。

プラントコンプレッサ２９０は、Ｈ_２を含むプラントリサイクル３９２を生成する。プラントリサイクル３９２は、Ｈ２リッチ流３７８と同じ組成を有することができる。プラントリサイクル３９２は、天然ガス処理プラント燃料ガスまたはセールスガスにリサイクルすることができる。天然ガス処理プラントの燃料ガスまたはセールスガスにプラントリサイクル３９２を追加すると、プラントリサイクル３９２がない場合よりも高いＨ_２含有量を有する天然ガスが得られる。より高いＨ_２含有量は、よりクリーンな燃焼天然ガス、またはより少ない汚染物質およびより少ない温室効果ガスを放出する「より環境にやさしいガス」をもたらす。典型的には、プラントガス中のＨ_２濃度は、約０．５モル％～約３モル％の範囲とすることができる。さらに、プラントリサイクル３９２を水およびＮ_２除去で処理して、プラントリサイクル３９２中のＨ_２純度を高め、セールス用の精製Ｈ_２流を生成することができる。

Ｈ２リーン流３６４は、保持液としてＨ２選択膜ユニット３６０から除去される。Ｈ２リーン流３６４は、Ｈ２リッチ流３７８よりも低いＨ_２濃度を有する。Ｈ２リーン流３６４は、約０．１モル％～２モル％、あるいは０.１モル％～約１モル％の範囲のＨ_２濃度を有することができる。Ｈ２リーン流３６４のＨ_２Ｓ濃度は、５００ｐｐｍｖ未満、あるいは２５０ｐｐｍｖ未満、あるいは１６０ｐｐｍｖ未満とすることができる。Ｈ２リーン流３６４中のＣＯ_２濃度は、約１０モル％～約３０モル％、あるいは約１５モル％～約２５モル％とすることができる。Ｈ２リーン流３６４中のＮ_２濃度は、約１５モル％～約５０モル％、あるいは約２０モル％～約４０モル％、あるいは約３０モル％～約４０モル％とすることができる。Ｈ２リーン流３６４は、約３～約４ｐｓｉｇの圧力を有することができる。

Ｈ２リーン流３６４は、焼却炉３９４に導入されて、あらゆる残留Ｈ_２Ｓ、硫黄化合物、または炭化水素を燃焼させることができる。焼却炉３９４は、１５０ｐｐｍｖ未満の量のＳＯ_２、ＣＯ_２、および水蒸気を含むことができる焼却炉排気３９８を生成する。

吸収装置３００の後に膜処理を行うテールガス処理システムの利点は、膜ユニットに向かう流れからＨ_２Ｓを除去することであり、これにより、あらゆる関連機器に対してのために非サワー冶金を使用することができる。Ｈ２選択性膜ユニット３６０における処理の前にＨ_２Ｓを除去することにより、クリーンなＨ_２流が得られ、これを処理して、水、ＣＯ_２、およびＮ_２を除去して、高品質のＨ_２流を生成することができる。あるいは、Ｈ２リッチ流３７８は、設備における燃料ガスに使用することができる。有利には、膜処理が酸性ガス処理の後である場合、膜ユニットに供給されるガス流であるＨ_２Ｓリーン流３８４は、ＳＯ_２およびＨ_２Ｓを欠如し、膜の寿命を潜在的に延ばすことができる。

図４を参照すると、一実施形態による膜処理プロセスのブロック図が示されている。膜処理ユニット４６０は、２つ以上の膜を含む。Ｈ２選択膜ユニット１６０、２６０、および３６０は、膜処理ユニット４６０を含むことができる。膜供給流４５２は、膜処理ユニット４６０に導入される。いくつかの実施形態では、膜供給流４５２は、急冷塔塔頂流２４８である。いくつかの実施形態では、膜供給流４５２は、Ｈ２Ｓリーン流３８４である。

膜供給流４５２は、膜供給コンプレッサ４５４に導入される。膜供給コンプレッサ４５４は、往復動、スクリュー、または遠心コンプレッサを含む、膜供給流４５２の圧力を上昇させることができる任意のタイプのコンプレッサとすることができる。膜供給コンプレッサ４５４は、圧縮された膜供給流４５８を生成する。圧縮された膜供給流４５８は、膜供給流４５２よりも高い圧力を有する。一実施形態では、圧縮された膜供給流４５８は、約２３ｐｓｉａ超、あるいは約３０ｐｓｉａ超、あるいは約４０ｐｓｉａ超、あるいは約５５ｐｓｉａ超の圧力を有する。圧縮された膜供給流４５８は、約２５℃～約３５０℃、あるいは約１００℃～約３００℃、あるいは約２５℃～約２５０℃、あるいは約５０℃～約２５０℃、あるいは約１００℃～約２５０℃、あるいは約１５０℃～約３００℃の範囲の温度を有することができる。圧縮された膜供給流４５８は、膜供給流４５２と同じ組成を有することができる。

圧縮された膜供給流４５８は、第１のＨ２選択膜４６２の第１のＨ２選択膜保持液側４６１に導入される。第１のＨ２選択膜４６２は、Ｈ２選択膜１６２と同じ特性、組成、および操作条件を有することができる。Ｈ_２は、第１のＨ２選択膜４６２を優先的に透過する。他の化合物も、ある程度は第１のＨ２選択膜４６２を透過することができる。

Ｈ２リッチ透過液４６８は、第１のＨ２選択膜透過液側４６３から除去される。一実施形態では、Ｈ２リッチ透過液４６８は、約５ｐｓｉａ未満、あるいは約２ｐｓｉａ未満の圧力である。Ｈ２リッチ透過液４６８は、約２５℃～約３５０℃、あるいは約１００℃～約３００℃、あるいは約２５℃～約２５０℃、あるいは約５０℃～約２５０℃、あるいは約１００℃～約２５０℃、あるいは約１５０℃～約３００℃の範囲の温度を有することができる。

Ｈ２リーン流４６４は、第１のＨ２選択膜保持液側４６１から除去される。いくつかの実施形態では、Ｈ２リーン流２６４は、Ｈ２リーン流４６４を含む。いくつかの実施形態では、Ｈ２リーン流３６４は、Ｈ２リーン流４６４を含む。一実施形態では、Ｈ２リーン流４６４は、約２５ｐｓｉａ、あるいは約３０ｐｓｉａ、あるいは約４０ｐｓｉａ、あるいは約５５ｐｓｉａ超の圧力を有する。Ｈ２リーン流４６４は、約２５℃～約３５０℃、あるいは約１００℃～約３００℃、あるいは約２５℃～約２５０℃、あるいは約５０℃～約２５０℃、あるいは約１００℃～約２５０℃、あるいは約１５０℃～約３００℃の範囲の温度を有することができる。

Ｈ２リッチ透過液４６８は、透過液コンプレッサ４７０に導入される。透過液コンプレッサ４７０は、Ｈ２リッチ透過液４６８の圧力を上昇させることができる任意のタイプのコンプレッサとすることができる。透過液コンプレッサ４７０は、第２の膜供給流４７２を生成する。第２の膜供給流４７２は、Ｈ２リッチ透過液４６８と同じ組成を有することができる。第２の膜供給流４７２は、Ｈ２リッチ透過液４６８よりも高い圧力を有する。第２の膜供給流４７２は、約２５ｐｓｉａ超、あるいは約３０ｐｓｉａ、あるいは約４０ｐｓｉａ、あるいは約５５ｐｓｉａの圧力を有することができる。第２の膜供給流４７２は、約２５℃～約３５０℃、あるいは約１００℃～約３００℃、あるいは約２５℃～約２５０℃、あるいは約５０℃～約２５０℃、あるいは約１００℃～約２５０℃、あるいは約１５０℃～約３００℃の範囲の温度を有することができる。

第２の膜供給流４７２は、第２のＨ２選択膜４７４の第２のＨ２選択膜保持液側４７３に導入される。第２のＨ２選択膜４７４は、Ｈ２選択膜１６２と同じ特性、組成、および操作条件を有することができる。Ｈ_２は、第２のＨ２選択膜４７４を優先的に透過する。他の化合物も、ある程度は第２のＨ２選択膜４７４を透過することができる。Ｈ２リッチ透過液４７８は、第２のＨ２選択膜透過液側４７５から除去される。いくつかの実施形態では、Ｈ２リッチ流２７８は、Ｈ２リッチ流４７８を含む。いくつかの実施形態では、Ｈ２リッチ流３７８は、Ｈ２リッチ流４７８を含む。Ｈ２リッチ流４７８は、約５ｐｓｉａ未満、あるいは約２ｐｓｉａ未満の圧力であり得る。Ｈ２リッチ流４７８は、約２５℃～約３５０℃、あるいは約１００℃～約３００℃、あるいは約２５℃～約２５０℃、あるいは約５０℃～約２５０℃、あるいは約１００℃～約２５０℃、あるいは約１５０℃～約３００℃の範囲の温度を有することができる。

膜リサイクル流４８２は、第２のＨ２選択膜保持液側４７３から除去される。膜リサイクル流４８２は、約２５℃～約３５０℃、あるいは約１００℃～約３００℃、あるいは約２５℃～約２５０℃、あるいは約５０℃～約２５０℃、あるいは約１００℃～約２５０℃、あるいは約１５０℃～約３００℃の範囲の温度を有することができる。膜リサイクル流４８２は、約２５ｐｓｉａ超、あるいは約３０ｐｓｉａ超、あるいは約４０ｐｓｉａ超、あるいは約５５ｐｓｉａ超の圧力であることができる。膜リサイクル流４８２は、Ｈ_２回収の効率を向上させるために、第１のＨ_２選択膜保持液側４６１に再循環される。
実施例

本明細書に開示されたプロセスの操作および結果を説明するために、コンピュータシミュレーションを実施した。コンピュータシミュレーションでは、Ｈ２選択膜ユニットには、Ｈ_２選択膜を１枚のみ使用した。すべての実施例のすべての流れの温度は１２０°Ｆであった。

以下に、Ｈ_２Ｓ含有量を変化させることの影響、Ｈ２選択膜ユニットまたはＨ_２Ｓ除去ユニットのいずれか一方における急冷塔の塔頂流を処理する順序を変えることの影響、Ｈ_２選択膜に導入される供給ガスの圧力、およびＣＯ_２、Ｈ_２Ｓ、ＡｒおよびＮ_２に対するＨ_２の膜選択性を例示する。
実施例１

実施例１では、Ｈ２Ｓ除去ユニット３８０の後にＨ２選択膜ユニット３６０を設置した場合のコンピュータシミュレーションを実施した。図３は、シミュレーションにおいて使用したプロセスレイアウトを簡略化した描画である。Ｈ２選択膜ユニット３６０に供給されたＨ２Ｓリーン流３８４は、乾燥量基準で０．６ｌｂｍｏｌ／ｈｒ（ポンドモル／時）以下のＨ_２Ｓを含有した。シミュレーションでは、Ｈ_２選択膜ユニット３６０内にＨ_２選択膜を１枚使用し、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｓ、ＡｒおよびＮ_２に対するＨ_２の選択率は２０とした。Ｈ２選択膜ユニット３６０へのＨ２Ｓリーン流３８４の供給圧力は４３ｐｓｉａであり、透過液圧力は１ｐｓｉａであった。表１は、実施例１の結果を示す。

実施例２

実施例２では、Ｈ２Ｓ除去ユニット３８０の後にＨ２選択膜ユニット３６０を設置した場合のコンピュータシミュレーションを実施した。図３は、シミュレーションにおいて使用したプロセスレイアウトの簡略化された描画である。Ｈ２選択膜ユニット３６０に供給されたＨ２Ｓリーン流３８４は、乾燥量基準で０．６ｌｂｍｏｌ／ｈｒ以下のＨ_２Ｓを含有した。シミュレーションでは、Ｈ２選択膜ユニット３６０内にＨ_２選択膜を１枚使用し、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｓ、ＡｒおよびＮ_２に対するＨ_２の選択率は２０とした。Ｈ２選択膜ユニット３６０へのＨ２Ｓリーン流３８４の供給圧力は５８ｐｓｉａであり、透過液圧力は１ｐｓｉａであった。表２は、実施例２の結果を示す。

実施例３

実施例３では、Ｈ_２Ｓ除去ユニット３８０の後にＨ２選択膜ユニット３６０を設置した場合のコンピュータシミュレーションを実施した。図３は、シミュレーションにおいて使用したプロセスレイアウトの簡略化された描画である。Ｈ２選択膜ユニット３６０に供給されたＨ２Ｓリーン流３８４は、乾燥量基準で０．６ｌｂｍｏｌ／ｈｒ以下のＨ_２Ｓを含有した。シミュレーションでは、Ｈ２選択膜ユニット３６０内にＨ_２選択膜を１枚使用し、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｓ、ＡｒおよびＮ_２に対するＨ_２の選択率は４０とした。Ｈ２選択膜ユニット３６０へのＨ２Ｓリーン流３８４の供給圧力は５８ｐｓｉａであり、透過液圧力は１ｐｓｉａであった。表３は、実施例３の結果を示す。

実施例４

実施例４では、Ｈ２Ｓ除去ユニット３８０の後にＨ２選択膜ユニット３６０を設置した場合のコンピュータシミュレーションを実施した。図３は、シミュレーションにおいて使用されるプロセスレイアウトの簡略化された描画である。Ｈ２選択膜ユニット３６０に供給されたＨ２Ｓリーン流３８４は、乾燥量基準で０．６ｌｂｍｏｌ／ｈｒ以下のＨ_２Ｓを含有した。シミュレーションでは、Ｈ２選択膜ユニット３６０内にＨ_２選択膜を１枚使用し、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｓ、Ａｒ、およびＮ_２に対するＨ_２の選択率は４０とした。Ｈ２選択膜ユニット３６０へのＨ２Ｓリーン流３８４の供給圧力は４３ｐｓｉａであり、透過液圧力は１ｐｓｉａであった。表４は、実施例４の結果を示す。

実施例５

実施例５では、Ｈ２Ｓ除去ユニット３８０の後にＨ２選択膜ユニット３６０を設置した場合のコンピュータシミュレーションを実施した。図３は、シミュレーションにおいて使用されるプロセスレイアウトの簡略化された描画である。Ｈ２選択膜ユニット３６０に供給されたＨ２Ｓリーン流３８４は、乾燥量基準で０．６ｌｂｍｏｌ／ｈｒ以下のＨ_２Ｓを含有した。シミュレーションでは、Ｈ２選択膜ユニット３６０内にＨ_２選択膜を１枚使用し、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｓ、Ａｒ、およびＮ_２に対するＨ_２の選択率は４０とした。Ｈ２選択膜ユニット３６０へのＨ２Ｓリーン流３８４の供給圧力は２８ｐｓｉａであり、透過液圧力は１ｐｓｉａであった。表５は、実施例５の結果を示す。

実施例６

実施例６では、Ｈ２Ｓ除去ユニット２８０の前にＨ２選択膜ユニット２６０を設置した場合のコンピュータシミュレーションを実施した。図２は、シミュレーションで使用されるプロセスレイアウトの簡略図である。Ｈ２選択膜ユニット２６０に供給された急冷塔塔頂流２４８は、乾燥量基準で７８．４４ｌｂｍｏｌ／ｈｒのＨ_２Ｓを含有した。シミュレーションでは、Ｈ２選択膜ユニット２６０内にＨ_２選択膜を１枚使用し、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｓ、Ａｒ、およびＮ_２に対するＨ_２の選択率は４０とした。Ｈ２選択膜ユニット２６０への急冷塔塔頂流２４８の供給圧力は３０ｐｓｉａであり、透過液圧力は１ｐｓｉａであった。表６は、実施例６の結果を示す。

実施例７

実施例７では、Ｈ２Ｓ除去ユニット２８０の前にＨ２選択膜ユニット２６０を設置した場合のコンピュータシミュレーションを実施した。図２は、シミュレーションで使用したプロセスレイアウトの簡略化された描画である。Ｈ２選択膜ユニット２６０に供給された急冷塔塔頂流２４８は、乾燥量基準で７８．４４ｌｂｍｏｌ／ｈｒのＨ_２Ｓを含有した。シミュレーションでは、Ｈ２選択膜ユニット２６０内にＨ_２選択膜を１枚使用し、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｓ、Ａｒ、およびＮ_２に対するＨ_２の選択率は４０とした。Ｈ２選択膜ユニット１６０への急冷塔塔頂流２４８の供給圧力は４５ｐｓｉａであり、透過液圧力は１ｐｓｉａであった。表７は、実施例７の結果を示す。

本開示を詳細に説明してきたが、様々な改変、代替、および変更が、本開示の原理および範囲から逸脱することなく、ここにおいて行うことができることを理解されたい。したがって、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの適切な法的均等物によって決定されるべきである。

単数形「a」、「an」、および「the」は文脈上明らかに別段の指示がない限り、複数の指示対象を含む。

範囲は約１つの特定の値から、または約他の特定の値までとして全体的に表現することができる。そのような範囲が表現される場合、別の実施形態は前記範囲内の全ての組み合わせとともに、１つの特定の値から、または他の特定の値までであることを理解されたい。

Claims (24)

1. 硫黄回収操作から生成するテールガスを処理して水素ガスまたは水素を含有する天然ガスを生成する方法であって:
   酸性ガス流を硫黄回収ユニットに供給するステップであって、前記酸性ガス流は、二酸化炭素および硫化水素を含むステップ；
   前記硫黄回収ユニットを介して前記酸性ガス流から硫黄を除去し、硫黄回収ユニット廃棄物流を生成するステップ；
   前記硫黄回収ユニット廃棄物流をテールガス処理再加熱器で加熱し、加熱された硫黄回収ユニット廃棄物流を生成するステップ；
   前記加熱された硫黄回収ユニット廃棄物流を、硫黄化合物を硫化水素に還元するように操作可能なテールガス処理反応器で反応させ、テールガス流を生成するステップであって、前記テールガス流が、水素、二酸化炭素、窒素、および硫化水素を含むステップ；
   前記テールガス流を急冷塔で冷却し、急冷塔塔頂流を生成するステップ；
   前記急冷塔塔頂流を、Ｈ２選択膜ユニットおよびＨ２Ｓ除去ユニットを含む、塔頂流処理プロセスで処理し、Ｈ２Ｓリッチリサイクル、Ｈ２Ｓリーン流、Ｈ２リッチ流、およびＨ２リーン流を生成するステップであって、前記Ｈ２Ｓリッチリサイクルが前記Ｈ２Ｓリーン流における硫化水素の濃度よりも高い濃度の硫化水素を含み、前記Ｈ２リッチ流が前記Ｈ２リーン流における水素ガスの濃度よりも高い濃度の水素を含み、さらに、前記Ｈ２リッチ流が前記Ｈ２選択膜ユニットで生成され、前記Ｈ２Ｓリッチリサイクルが前記Ｈ２Ｓ除去ユニットで生成され、さらに、前記Ｈ２選択膜ユニットがＨ２選択膜を含むステップ；および
   前記Ｈ２Ｓリッチリサイクルを前記硫黄回収ユニットにリサイクルするステップ
   を含む方法。
   
2. 前記Ｈ２選択膜は、二酸化炭素に対する水素の選択率が少なくとも２０である、請求項１に記載の方法。
3. 前記Ｈ２選択膜は、１００℃～３００℃の温度範囲で操作される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記Ｈ２選択膜は、１００℃～３００℃の操作温度で分解することなく機能するように操作可能なガラス状ポリマーを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記Ｈ２選択膜は、ＰＢＩポリマーを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記Ｈ２選択膜は、ＰＢＩタイプポリマーからなり、前記ＰＢＩタイプポリマーが、ヘキサフルオロイソプロピリデン官能基、テトラアミノジフェニルスルホンから誘導されるＰＢＩポリマー、テトラアミノジフェニルスルホンポリマーから誘導されるＰＢＩポリマー、テトラアミノジフェニルスルホンコポリマーから誘導されるＰＢＩポリマー、Ｎ－置換変性ＰＢＩ、ＰＢＩおよびメラミン－コ－ホルムアルデヒド熱硬化性ブレンド、Ｐｄ／ＰＢＩ－ＨＦＡ複合体、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される化合物を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記Ｈ２選択膜は、さらにＰｄを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記Ｈ２選択膜は、さらにＨＦＡを含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記Ｈ２選択膜は、多孔質支持層上に形成された芳香族ポリアミド層、および前記芳香族ポリアミド層上に形成されたガラス状ポリマーを含むコーティングを含み、前記ガラス状ポリマーが５０℃超のガラス転移温度を有する、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記ガラス状ポリマーは、モノマー、コポリマー、ブロックコポリマー、ターポリマー、ブロックターポリマー、またはポリイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリフェニルスルホン、ポリアミド、ポリスルホン、ポリフェニルエーテル、ニトロセルロース、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、ポリ(ビニルアルコール)、ポリ(フェニレンスルフィド)、ポリ(塩化ビニル)、ポリスチレン、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリビニルトリメチルシラン、ポリトリメチルシリルプロピン、ポリ(エーテルイミド)、ポリ(エーテルスルホン)、ポリオキサジアゾール、ポリ(フェニレンオキサイド)、およびそれらの組み合わせを含む化合物群から選択される化合物の組み合わせによって生成される任意の分子構造を含む、請求項４～９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記Ｈ２選択膜ユニットおよび前記Ｈ２Ｓ除去ユニットの前記急冷塔塔頂流を処理する前記ステップが、さらに、
    前記Ｈ２Ｓ除去ユニットで処理する前に、前記急冷塔塔頂流を前記Ｈ２選択膜ユニットに導入し、硫化水素が除去される前に前記急冷塔塔頂流から水素ガスが分離されるステップ；
    前記Ｈ２選択膜ユニットから前記Ｈ２リーン流を生成するステップ；および
    次いで、前記Ｈ２リーン流を前記Ｈ２Ｓ除去ユニットに導入し、前記Ｈ２Ｓ除去ユニットが前記Ｈ２Ｓリッチ流および前記Ｈ２Ｓリーン流を生成するステップ
    を含む、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
    
12. 前記急冷塔塔頂流は、少なくとも２モル％の硫化水素を含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。
13. プラントリサイクルを生成するためにプラントコンプレッサで前記Ｈ２リッチ流を圧縮するステップ；および
    プラント入口からの処理された天然ガスが水素含有量を増加させるように、前記プラントリサイクルを酸性ガス除去のために前記プラント入口にリサイクルするステップ
    をさらに含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記Ｈ２選択膜ユニットは、膜供給コンプレッサ、第１のＨ２選択膜、透過液コンプレッサ、および第２のＨ２選択膜を含み、さらに、
    前記膜供給コンプレッサで前記急冷塔塔頂流を圧縮して圧縮された膜供給流を生成するステップ；
    前記圧縮された膜供給流を前記第１のＨ２選択膜に導入し、前記第１のＨ２選択膜は、第１のＨ２選択膜透過液側および第１のＨ２選択膜保持液側を有するステップ；
    前記第１のＨ２選択膜に水素を透過させ、Ｈ２リッチ透過液を生成するステップ；
    前記Ｈ２リッチ透過液を前記第１のＨ２選択膜透過液側から除去するステップ；
    前記Ｈ２リーン流を前記第１のＨ２選択膜保持液側から除去するステップ；
    前記透過液コンプレッサで前記Ｈ２リッチ透過液を圧縮し、第２の膜供給流を生成するステップ；
    前記第２の膜供給流を前記第２のＨ２選択膜に導入するステップであって、前記第２のＨ２選択膜は、第２のＨ２選択膜保持液側および第２のＨ２選択膜透過液側を有するステップ；
    前記第２のＨ２選択膜に水素を透過させ、前記第２のＨ２選択膜透過液側から前記Ｈ２リッチ流を生成するステップ；
    前記第２のＨ２選択膜保持液側から膜リサイクル流を除去するステップ；および
    前記膜リサイクル流を前記第１のＨ２選択膜保持液側にリサイクルするステップ
    を含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記Ｈ２選択膜ユニットおよび前記Ｈ２Ｓ除去ユニットの前記急冷塔塔頂流を処理するステップは、さらに、
    前記Ｈ２選択膜ユニットにおける処理の前に、前記急冷塔塔頂流を前記Ｈ２Ｓ除去ユニットに導入し、前記急冷塔塔頂流から水素が除去される前に、前記急冷塔塔頂流から硫化水素が除去されるステップ；
    前記Ｈ２Ｓ除去ユニットから前記Ｈ２Ｓリーン流を生成するステップ；および
    次いで、前記Ｈ２Ｓリーン流を前記Ｈ２選択膜ユニットに導入するステップ
    を含む、請求項１～１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記Ｈ２Ｓリーン流は、１５０ｐｐｍ未満の硫化水素を含む、請求項１～１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 焼却炉で前記Ｈ２リーン流を焼却するステップをさらに含む、請求項１～１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記Ｈ２リッチ流は、水、二酸化炭素、および窒素を除去して高品質の水素流を生成するためにさらに処理される、請求項１～１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記Ｈ２リッチ流は、プラント燃料ガスに添加される、請求項１～１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記Ｈ２選択膜ユニットは、膜供給コンプレッサ、第１のＨ２選択膜、透過液コンプレッサ、および第２のＨ２選択膜を含み、さらに、
    前記膜供給コンプレッサで前記Ｈ２Ｓリーン流を圧縮して、圧縮された膜供給流を生成するステップ；
    前記圧縮された膜供給流を前記第１のＨ２選択膜に導入するステップであって、前記第１のＨ２選択膜は、第１のＨ２選択膜保持液側および第１のＨ２選択膜透過液側を含むステップ；
    前記第１のＨ２選択膜に水素を透過させ、Ｈ２リッチ透過液を生成するステップ；
    前記Ｈ２リッチ透過液を前記第１のＨ２選択膜透過液側から除去するステップ；
    前記Ｈ２リーン流を前記第１のＨ２選択膜保持液側から除去するステップ；
    前記透過液コンプレッサで前記Ｈ２リッチ透過液を圧縮し、第２の膜供給流を生成するステップ；
    前記第２の膜供給流を前記第２のＨ２選択膜に導入し、前記第２のＨ２選択膜は、第２のＨ２選択膜保持液側および第２のＨ２選択膜透過液側を含むステップ；
    前記第２のＨ２選択膜に水素を透過させ、前記第２のＨ２選択膜透過液側から前記Ｈ２リッチ流を生成するステップ；
    前記第２のＨ２選択膜保持液側から膜リサイクル流を除去するステップ；および
    前記膜リサイクル流を前記第１のＨ２選択膜保持液側にリサイクルするステップ
    を含む、請求項１～１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 酸性ガス汚染流を処理して、排出ガスを抑制し、水素ガスを生成し、または水素を含有する天然ガスを生成するためのシステムであって、
    酸性ガス流の硫黄化合物を元素硫黄に転換し、さらに硫黄回収ユニット廃棄物流を生成するように操作可能な、硫黄回収ユニット；
    前記硫黄回収ユニットに流体接続され、前記硫黄回収ユニット廃棄物流を加熱して加熱された硫黄回収ユニット廃棄物流を生成するように操作可能な、テールガス処理再加熱器；
    前記テールガス処理再加熱器に流体接続され、前記加熱された硫黄回収ユニット廃棄物流の硫黄化合物を硫化水素に還元し、テールガス流を生成するように操作可能な、テールガス処理反応器；
    前記テールガス処理反応器に流体接続され、前記テールガス流の温度を低下させ、サワー水流および急冷塔塔頂流を生成するように操作可能な、急冷塔；
    前記急冷塔に流体接続されたＨ２選択膜ユニットであって、Ｈ２選択膜を備え、前記急冷塔塔頂流から前記Ｈ２選択膜を介して水素を選択的に除去してＨ２リッチ流およびＨ２リーン流を生成するように操作可能な、Ｈ２選択膜ユニット；および
    前記Ｈ２選択膜ユニットに流体接続され、前記Ｈ２リーン流から硫化水素を溶剤で吸収するように操作可能で、溶剤を再生するように構成され、Ｈ２Ｓリーン流およびＨ２Ｓリッチリサイクルを生成するＨ２Ｓ除去ユニット
    を含む、システム。
    
22. 前記Ｈ２選択膜ユニットは、さらに、
    前記加熱された硫黄回収ユニット廃棄物流を圧縮して、圧縮された膜供給流を生成するように操作可能な膜供給コンプレッサ；
    第１のＨ２選択膜であって、前記第１のＨ２選択膜を介して前記圧縮された膜供給流から水素を選択的に除去し、Ｈ２リッチ透過液および前記Ｈ２リーン流を生成するように操作可能な、第１のＨ２選択膜；
    前記Ｈ２リッチ透過液を圧縮して第２の膜供給流を生成するように操作可能な、透過液コンプレッサ；および
    第２のＨ２選択膜であって、前記第２のＨ２選択膜を介して前記第２の膜供給流から水素を選択的に除去し、前記Ｈ２リッチ流および膜リサイクル流を生成するように操作可能な、第２のＨ２選択膜
    を含む、請求項２１に記載のシステム。
23. 酸性ガス汚染流を処理して、排出ガスを抑制し、水素ガスを生成し、または水素を含有する天然ガスを生成するためのシステムであって、
    酸性ガス流の硫黄化合物を元素硫黄に転換し、さらに硫黄回収ユニット廃棄物流を生成するように操作可能な、硫黄回収ユニット；
    前記硫黄回収ユニットに流体接続され、前記硫黄回収ユニット廃棄物流を加熱して加熱された硫黄回収ユニット廃棄物流を生成するように操作可能な、テールガス処理再加熱器；
    前記テールガス処理再加熱器に流体接続され、前記加熱された硫黄回収ユニット廃棄物流の硫黄化合物を硫化水素に還元し、テールガス流を生成するように操作可能な、テールガス処理反応器；
    前記テールガス処理反応器に流体接続され、前記テールガス流を冷却し、サワー水流および急冷塔塔頂流を生成するように操作可能な、急冷塔；
    前記急冷塔に流体接続され、前記急冷塔塔頂流から硫化水素を溶剤で吸収するように操作可能で、溶剤を再生するように構成され、Ｈ２Ｓリーン流およびＨ２Ｓリッチリサイクルを生成するＨ２Ｓ除去ユニット；および
    前記Ｈ２Ｓ除去ユニットに流体接続されたＨ２選択膜ユニットであって、Ｈ２選択膜を備え、前記Ｈ２Ｓリーン流から前記Ｈ２選択膜を介して水素を選択的に除去し、Ｈ２リッチ流およびＨ２リーン流を生成するように操作可能な、Ｈ２選択膜ユニット
    を含む、システム。
24. 前記Ｈ２選択膜ユニットは、さらに
    前記Ｈ２Ｓリーン流を圧縮し、圧縮された膜供給流を生成するように操作可能な、膜供給コンプレッサ；
    第１のＨ２選択膜であって、前記第１のＨ２選択膜を介して前記圧縮された膜供給流から水素を選択的に除去し、Ｈ２リッチ透過液および前記Ｈ２リーン流を生成するように操作可能な、第１のＨ２選択膜；
    前記Ｈ２リッチ透過液を圧縮して第２の膜供給流を生成するように操作可能な、透過液コンプレッサ；および
    第２のＨ２選択膜であって、前記第２のＨ２選択膜を介して前記第２の膜供給流から水素を選択的に除去し、前記Ｈ２リッチ流および膜リサイクル流を生成するように操作可能な、第２のＨ２選択膜
    を含む、請求項２３に記載システム。

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