特許 6385059 酸‐ガス分離のための再生可能なイオン液体溶媒

(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】6385059

(24)【登録日】2018年8月17日

(45)【発行日】2018年9月5日

(54)【発明の名称】酸‐ガス分離のための再生可能なイオン液体溶媒

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/14 20060101AFI20180827BHJP

   C07C 31/38 20060101ALI20180827BHJP

   C07C 279/04 20060101ALI20180827BHJP

【ＦＩ】

   B01D53/14 210

   B01D53/14 220

   C07C31/38ZAB

   C07C279/04

【請求項の数】13

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2013-527361(P2013-527361)

(86)(22)【出願日】2011年9月2日

(65)【公表番号】特表2013-542056(P2013-542056A)

(43)【公表日】2013年11月21日

(86)【国際出願番号】US2011050442

(87)【国際公開番号】WO2012031274

(87)【国際公開日】20120308

【審査請求日】2014年8月28日

【審判番号】不服2016-6395(P2016-6395/J1)

【審判請求日】2016年4月28日

(31)【優先権主張番号】61/379,827

(32)【優先日】2010年9月3日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500240896

【氏名又は名称】リサーチ・トライアングル・インスティチュート

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(72)【発明者】

【氏名】ライル，マーティー

(72)【発明者】

【氏名】コールマン，ルーク

【合議体】

【審判長】 大橋 賢一

【審判官】 豊永 茂弘

【審判官】 宮澤 尚之

(56)【参考文献】

【文献】 仏国特許出願公開第２９０９０１０（ＦＲ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２２０３９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 ＷＡＮＧ Ｃ，ＣＡＲＢＯＮ ＤＩＯＸＩＤＥ ＣＡＰＴＵＲＥ ＢＹ ＳＵＰＥＲＢＡＳＥ−ＤＥＲＩＶＥＤ ＰＲＯＴＩＣ ＩＯＮＩＣ ＬＩＱＵＩＤＳ，ＡＮＧＥＷ ＣＨＥＭ ＩＮＴ ＥＤ，２０１０年 ７月１５日，Ｖ４９ Ｎ３４，Ｐ５９７８−５９８１

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

B01D 53/14

C07C 31/38

C07C279/04

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶媒系であって、
酸性成分の共役塩基であって、前記酸性成分は、前記溶媒系中において１５未満のｐＫａを有する酸性成分の共役塩基、
および
窒素塩基の共役酸
から形成されるイオン液体を含む、溶媒系であって、
前記酸性成分がフッ化アルコール類であり、
前記窒素塩基が、１，１，３，３−テトラメチルグアニジン（ＴＭＧ）、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−１、１，３−３−テトラメチルグアニジン、１，８−ジアザビシクロ（５．４．０）ウンデク−７−エン（ＤＢＵ）およびそれらの混合物からなる群から選択され、
前記酸性成分の共役塩基は、カーボネートエステルを形成するために、ＣＯ_２と反応する構造を有する、
溶媒系。

【請求項2】

前記窒素塩基が、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−１、１，３−３−テトラメチルグアニジン、１，８−ジアザビシクロ（５．４．０）ウンデク−７−エン（ＤＢＵ）およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の溶媒系。

【請求項3】

前記相対酸性成分が、２，２，３，３，４，４，５，５‐オクタフルオロペンタノール（ＯＦＰ）、２，２，３，３‐テトラフルオロプロパノール（ＴＦＰ）、２，２，３，３，３‐ペンタフルオロプロパノール（ＰＦＰ）、２，２，３，３，４，４‐ヘキサフルオロブタノール（ＨＦＢ）、２，２，２‐トリフルオロエタノール（ＴＦＥ）、ノナフルオロ‐１‐ヘキサノール、４，４，５，５，６，６，７，７，７‐ノナフルオロヘプタノール、１，１，３，３‐ヘキサフルオロ‐２‐フェニル‐２‐プロパノール、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の溶媒系。

【請求項4】

前記窒素塩基が、前記溶媒系中において１２から１５のｐＫａを有する、請求項１に記載の溶媒系。

【請求項5】

前記イオン液体が、１００ｍｉｃｒｏｓｉｅｍｅｎｓ／ｃｍ^２以上の伝導率を有する、請求項１に記載の溶媒系。

【請求項6】

前記イオン液体が、４００ｍｉｃｒｏｓｉｅｍｅｎｓ／ｃｍ^２以上の伝導率を有する、請求項１に記載の溶媒系。

【請求項7】

前記溶媒系が、水に非溶解性である、請求項１に記載の溶媒系。

【請求項8】

前記溶媒系が、水１００ｍｌあたり１０ｇ未満の水との溶解度を有する、請求項１に記載の溶媒系。

【請求項9】

溶媒系であって、
酸性成分の共役塩基であって、前記酸性成分は、前記溶媒系中において１５未満のｐＫａを有する酸性成分の共役塩基、
および、
窒素塩基の共役酸
から形成されるイオン液体を含む溶媒系とＣＯ_２含有ガスストリームを接触させることを含む、ガスストリームからのＣＯ_２の除去プロセスであって、
前記酸性成分がフッ化アルコール類であり、
前記窒素塩基が、１，１，３，３−テトラメチルグアニジン（ＴＭＧ）、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−１、１，３−３−テトラメチルグアニジン、１，８−ジアザビシクロ（５．４．０）ウンデク−７−エン（ＤＢＵ）およびそれらの混合物からなる群から選択され、
前記酸性成分の前記共役塩基が、カーボネートエステルを形成するために、ＣＯ_２と反応するような構造を有する、
プロセス。

【請求項10】

前記窒素塩基が、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−１、１，３−３−テトラメチルグアニジン、１，８−ジアザビシクロ（５．４．０）ウンデク−７−エン（ＤＢＵ）およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項９に記載のプロセス。

【請求項11】

ＣＯ_２‐リッチソルベントおよびＣＯ_２‐リーンガスストリームを排出することをさらに含む、請求項９に記載のプロセス。

【請求項12】

前記ＣＯ_２‐リッチソルベントに存在するＣＯ_２よりも低含量のＣＯ_２を含む溶媒系を再生するために、前記ＣＯ_２‐リッチソルベントに熱を加えることをさらに含む、請求項１１に記載のプロセス。

【請求項13】

前記ＣＯ_２‐リッチソルベントに加えられる前記熱が、蒸気、排気ガス、もしくはそれらの組み合わせからなる群から選択される源に由来する、請求項１２に記載のプロセス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスストリームの特定の成分を除去するための溶媒系、およびそのような系を用いる装置および方法に関連する。より具体的には、本発明は、ＣＯ_２、ＳＯ_２、ＣＯＳ、ＣＳ_２およびＮＯ_ｘなどの酸性ガスの除去を提供することができる。本発明は、さらに、前記系を用いる装置及び方法の連続的な操作を提供する。さらに、本発明の方法は、ガス吸着／脱着、または位相強化吸着／脱着を含む、複合的な吸着／脱着を利用することができる。

【背景技術】

【0002】

燃焼プロセスからの望ましくない排気物質の産生および／もしくは放出を最小限にするために、多様な方法が行われている。そのような方法の１つに、炭素燃焼プロセスの排気ガスなどのガス混合物から特定の酸性ガスを除去する技術の発展がある。大きな工業的発電所により要求されるような、大規模に使用されてきたプロセスが知られていないにも関わらず、ガス混合物からＣＯ_２などの酸性ガスを分離することは、百年以上も、工業的に実行されてきた。ＣＯ_２の分離に使用される多くのプロセスは、ＢＥＮＦＩＥＬＤ^ＴＭプロセス（ＵＯＰ，ＬＬＣ）の炭酸アルカリ、ＥＣＯＮＡＭＩＮＥ ＦＧ ＰＬＵＳ^ＴＭプロセス（Ｆｌｕｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）のアルコールアミン、およびＲＥＣＴＩＳＯＬ（登録商標）プロセス（Ｌｕｒｇｉ、ＧＭＢＨ）のアルコール、ジオールおよびエーテル、およびＳＥＬＥＸＯＬ^ＴＭ溶媒（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）などの多様な溶媒を使用することに、主に焦点を当てている。典型的な溶媒系プロセスでは、処理されるガス混合物が、ガスストリーム（例えば、ＣＯ_２およびＳＯ_２）内の成分と相互作用し、非酸性成分からそれらを分離する液体溶媒を通すものである。この液体は、酸性ガス成分を多く含むようになり、その後、追加的な酸性ガス除去のために再利用されるため、溶媒が異なる動作条件下で除去される。

【0003】

リッチソルベントから酸性ガス成分を除去する方法は、圧力および温度変化を含む。ガス混合物の温度および混合物中の酸性ガスの分圧により、ある溶媒は、特定の適用に好ましい。溶媒が、化学的吸着により作用する時、酸性ガスとの発熱化学反応が起こる。この反応の逆反応は、少なくとも、逆反応が適切である温度のリッチソルベントを引き起こし、適切な範囲にて逆反応を完了するための条件を維持する必要があるエネルギーを維持しないよう、正反応により生成されるリッチソルベントへ追加しなおすエネルギー量を要求する。リッチソルベントから精製された酸性ガスを得るために要求されるエネルギーは、精製された生成物の費用となる。特に、精製された酸性ガスの費用は、排気ガスから酸性ガスを除去するための化石燃料火力発電所の溶媒技術の適用にとって著しい障害となってきた。

【0004】

非水系溶媒は、天然ガスストリームからＣＯ_２を除去し、再生のためにより少ないエネルギーを要求するよう使用されてきた。ＲＥＣＴＩＳＯＬ^ＴＭおよびＳＥＬＥＸＯＬ（登録商標）などの単一成分アルコール性物理吸着溶媒は、ＣＯ_２分離に商業的に利用可能であるが、湿気のあるところでは、排気ガスが大気圧に近く、湿度のある状態では、あまり作用しない。アルコールアミンおよびアミンは、反応機構および動態機構が文献で研究されてきた「ハイブリッド溶媒」を形成する多様な研究により、アルコール、ジオール、および環状カーボネートエステルと結合する。Ａｌｖａｒｅｚ‐Ｆｕｓｔｅｒ， ｅｔ ａｌ．， Ｃｈｅｍ． Ｅｎｇ． Ｓｃｉ． １９８１， ３６， １５１３； Ａｌｉ， ｅｔ ａｌ．， Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２０００， １８， １６３； Ｕｓｕｂｈａｒａｔａｎａ， ｅｔ ａｌ．， Ｅｎｅｒｇｙ Ｐｒｏｃｅｄｉａ ２００９， １， ９５； ａｎｄ Ｐａｒｋ， ｅｔ ａｌ．， Ｓｅｐ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． ２００５， ４０， １８８５．を参照のこと。加えて、「位相移行吸着方法」として知られているプロセスは、ガス混合物の非酸処理に関連する方法が開示されており、一般的に、水の「キャリア位相」内へ吸着した酸性ガスを移動に続き、窒素塩基およびアルコールからなる水よりも低密度の「吸着相」内への酸性ガスの吸着からなる。水のキャリア位相は、「再生装置」内で再生されることができる。このプロセスは、吸着相のみ吸着よりも早い割合で、酸性ガスを吸着することにより、また、吸着および再生のための単一カラム内の位相間の酸性ガスを移動する重力を利用することによって、分離再生装置へリッチ吸着相を吸い上げるために要求されるエネルギーを回避することにより、エネルギーを保存することが可能となる。

【0005】

イオン液体は、現在発展している別の非水系溶媒である。これらの溶液は、室温近くで液体状態である相補的なイオン対からなる。これらは、低再生必要条件を有するが、ＣＯ_２荷重、粘性、費用および特に重要である水による解重合を含む要素による作用での超過した含水アミン溶媒を有するものではない。水蒸気を含むガス混合物からＣＯ_２を分離する非水系液体溶媒は、プロセス条件（例えば、圧力、温度、Ｈ_２Ｏ濃度）およびＨ_２Ｏの非水系溶媒の親和性に依存する、単相もしくは二相溶液のどちらかとしての液体溶液内のＨ_２Ｏの集積を引き起こすことができる。溶媒から水を連続的に除去する必要性のため、より多くのエネルギーが溶媒再生のために要求されるため、Ｈ_２Ｏの集積は、ＣＯ_２の分離および精製プロセスに有害である。

【0006】

ＣＯ_２溶媒に影響する多くの問題を起こすよう展開し得る別の非水系液体群は、室温にて転換可能なイオン性液体である。これらのアミジンもしくはグアニジン窒素塩基類およびアルコール類の等モル混合物は、室温イオン性液体を形成するためにＣＯ_２と反応する非イオン性室温液体である。概して、等モル混合物の伝導率は、ＣＯ_２を加えた時、１桁もしくは２桁増加する。さらに重要なことに、これらの溶媒はいくつかの含水アミン類よりも高いＣＯ_２荷電を有し、より穏やかな条件下で再生可能である。これらの溶媒が、代替的な技術を約束しているのに対し、以前に開示された技術は、概して、主要な排気ガスの成分である水の化学的性質により、排気ガスの適用にあまり好適ではない。ＣＯ_２は、脱プロトン化アルコール成分からの共役塩基に由来するアミジニウムおよびグアニジウムアルキル炭酸塩の形成を通して捕獲される。しかしながら、アルコールの共役塩基が、水よりも弱い酸である場合、酸‐塩基の平衡が、アルコール‐共役塩基および水の間に確立されており、水の脱プロトン化反応およびプロトン化したアルコールの再編成に有利に働く。水の共役塩基、水酸化物イオンは、炭酸水素アニオンを形成するＣＯ_２と有利に反応し、アルキルカーボネートアニオンよりも逆向きのエネルギーを必要とする。

【0007】

従って、ガスストリーム（特に、水含有ガスストリーム）から酸性ガスを効果的に除去することができ、このような目的のために現在利用されている溶媒よりも低温度および低エネルギー荷電で再生可能である、新規の溶媒系を組み立てることは有効である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

１つの実施態様では、本発明は、ガスストリームから、ＣＯ_２などの酸性ガスを除去するための溶媒系に関連する。いくつかの実施形態では、本発明による溶媒系は、窒素塩基および酸性成分を含む。特に、酸性成分は、１５未満のｐＫａを有し得る。

【0009】

いくつかの実施形態では、本発明は、ガスストリームからの酸性ガス成分（例えば、ＣＯ_２、ＳＯ_２、およびＮＯ_２）の除去を目的とする溶媒系を提供し、この溶媒系は、窒素塩基および約１５未満のｐＫａを有する酸性成分を含む非可逆的なイオン液体として記載することができ、この溶媒系は、カーボネートエステルもしくはカーボネートエステルのヘテロ原子類似体を形成するために酸性ガス成分と反応し、さらに、この酸性成分は、イオン液体産物を形成するためにイオン液体と可逆的に結合する。

【0010】

いくつかの実施形態では、本発明は、酸性成分の共役塩基であって、この酸性成分が、１５未満のｐＫａを有する共役塩基並びにアミジン類、グアニジン類、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される窒素塩基の共役酸であって、この酸性成分の共役塩基は、カーボネートエステルもしくはカーボネートエステルのヘテロ原子類似体を形成するための酸性ガスと反応するための構造を有する、共役酸から形成されるイオン液体を含む溶媒系を提供する。

【0011】

イオン液体の成分は、変化することができる。例えば、ある実施形態では、酸性成分は、フッ化アルコール、任意に置換したフェノール類、窒素複素環類およびそれらの混合物からなる群から選択される。特定の実施形態では、酸性成分は、制限するものではないが、２，２，３，３，４，４，５，５‐オクタフルオロペンタノール（ＯＦＰ）、２，２，３，３‐テトラフルオロプロパノール（ＴＦＰ）、２，２，３，３，３‐ペンタフルオロプロパノール（ＰＦＰ）、２，２，３，３，４，４‐ヘキサフルオロブタノール（ＨＦＢ）、２，２，２‐トリフルオロエタノール（ＴＦＥ）、ノナフルオロ‐ｌ‐ヘキサノール、４，４，５，５，６，６，７，７，７‐ノナフルオロヘプタノール、１，１，３，３‐ヘキサフルオロ‐２‐フェニル‐２‐プロパノール、４‐メトキシフェノール（４‐ＭｅＯＰｈ）、４‐エトキシフェノール（４‐ＥｔＯＰｈ）、２‐エトキシフェノール、３−フルオロフェノール、３−トリフルオロメチルフェノールおよびそれらの混合物からなる群から特に選択される。

【0012】

ある実施形態では、アミジン、グアニジンもしくはそれらの混合物は、約１２から約１５のｐＫａを有する。本発明に特に有益である、あるアミジン類および／もしくはグアニジン類は、１つ以上の水素原子が、フッ素原子に置換されているアミジン類およびグアニジン類を含む。特定の実施形態では、アミジン類およびグアニジン類は、制限するものではないが、１，１，３，３，−テトラメチルグアニジン（ＴＭＧ）、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル‐１，１，３，３，−テトラメチルグアニジン、ジフェニルグアニジン、ジトリルグアニジン、および１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデク‐７‐エンからなる群から選択される。

【0013】

ある実施形態では、溶媒系は、伝導率という用語により特徴付けられる。例えば、溶媒系は、約１００ｍｉｃｒｏｓｉｅｍｅｎｓ／ｃｍ以上、約２００ｍｉｃｒｏｓｉｅｍｅｎｓ／ｃｍ以上、約２５０ｍｉｃｒｏｓｉｅｍｅｎｓ／ｃｍ以上、約３００ｍｉｃｒｏｓｉｅｍｅｎｓ／ｃｍ以上、約３５０ｍｉｃｒｏｓｉｅｍｅｎｓ／ｃｍ以上、もしくは約４００ｍｉｃｒｏｓｉｅｍｅｎｓ／ｃｍ以上の伝導率を有するものとして記載され得る。この溶媒系は、ある実施形態においては、水と非溶解であると特徴付けられる。例えば、いくつかの実施形態では、溶媒系は、水１００ｍｌあたり約１０ｇ未満の溶媒の水との溶解度を有する。

【0014】

本発明の別の実施態様は、本明細書に記載される溶媒系を使用する酸性ガス成分の除去のための方法を提供する。例えば、いくつかの実施形態では、本発明は、酸性成分の共役塩基であって、この酸性成分が、１５未満のｐＫａを有する共役塩基並びにアミジン類、グアニジン類、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される窒素塩基の共役酸であって、この酸性成分の共役塩基は、カーボネートエステルもしくはカーボネートエステルのヘテロ原子類似体を形成するための酸性ガスと反応するための構造を有する、共役酸から形成されるイオン液体を含む溶媒系に関連するガスストリームをもたらすことにより、ガスストリームから酸性ガス成分を除去するプロセスに関連する。特定の実施形態では、ガスストリームは、水を含み得る。好ましくは、吸着した酸性ガスは、（例えば、実施形態における炭酸水素アニオンであり、ＣＯ_２が除去された）水由来の化合物を形成するための適切な程度の水と反応しない。

【0015】

特定の実施形態では、本発明による溶媒系ガスストリームとの接触は、水よりも高密度である溶媒の形成を引き起こすことができる。特に、より高い密度の溶媒は、水の存在する中で（例えば、より低相が、有機相である）二相混合物を形成することができる。他の実施形態では、系における水は、特に、吸着カラムに累積されない。さらなる実施形態では、本発明のプロセスは、酸性ガスを補獲することを含む。さらに、酸性ガスと接触後に形成される酸性ガスリッチソルベントは、酸性ガス成分の除去のために、再生装置へと送ることができる。

【0016】

ある実施形態では、酸性ガスは、水が、分離低密度相として累積する条件下で非水系相内にて捕獲される。この相は、対応するリッチ水相のみよりもより低温度にて再生される、リッチ非水系相の再生装置に送られる。このことは、吸着装置に戻される前に、リーン再生溶媒からの相の分離により引き起こされ得る。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、酸性成分および窒素塩基から形成されるイオン液体を含む溶媒混合物を使用するＣＯ_２の捕獲のために使用される反応経路を示す概略図である。

【図2】図２は、混合ガスストリームから酸性ガスを捕獲および再生のための本発明に使用されるリボイラー系の図である。

【図3】図３は、混合ガスストリームから酸性ガスを捕獲するための本発明に使用されるリボイラーフリー系の図である。

【図4】図４は、混合ガスストリームから酸性ガスを捕獲するための本発明に使用されるリボイラー補助系の図である。

【図5】図５は、混合ガスストリームから酸性ガスを捕獲するために本発明に使用される廃熱リボイラー系の図である。

【図6】図６は、混合ガスストリームから酸性ガスを捕獲するために本発明に使用される廃熱利用系の図である。

【図7】図７は、等モルの１，１，３，３，−テトラメチルグアニジンと２，２，２−トリメチルフルオロエタノール溶液のＣＯ_２荷重曲線である。

【図8】図８は、新規のフッ素共鳴が、カーボネーとエステル産物を含むＣＯ_２を泡和すことを示す、ＣＯ_２との反応の前（上部）後（下部）の１，１，３，３，−テトラメチルグアニジンと２，２，２−トリメチルフルオロエタノールのフッ素ＮＭＲスペクトルである。

【図9】図９は、二酸化炭素が、評価の開始後に、約１分で混合物に導入されるＣＯ_２の吸着中、１，１，３，３−テトラメチルグアニジンおよび２，２，３，３−テトラフルオロプロパノールの等モル溶液の伝導率の図である。

【図10】図１０は、二酸化炭素が、評価の開始後に訳１分で混合物に導入されるＣＯ_２の吸着中、の吸着中、の吸着中、の吸着により、１，１，３，３−テトラメチルグアニジンおよび２，２，３，３，４，４−ヘキサフルオロブタノールの等モル溶液の伝導率の図である。

【図11】図１１は、二酸化炭素が、評価の開始後に、約１分で混合物に導入されるＣＯ_２の吸着により、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−１，１，３，３−テトラメチルグアニジンおよび２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロペンタノールの等モル溶液の伝導率の図である。

【図12】図１２は、１，８−ジアザ−ビシクロ−ウンデク−７−エンおよび２，２，３，３−テトラフルオロプロパノールの等モルから構成される溶媒のＣＯ_２荷重曲線である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明は、これ以降の図とともにより完全に記述されているが、しかし、必ずしも本発明の全ての実施形態が示されてはいない。従って、これらの発明は、多くの異なる形体にて使用され得、本明細書に明らかにされている実施形態に制限するものではなく、むしろこれらの実施形態は、この開示が法的に適用可能な有効性を満たすものであるために、提供される。本明細書および請求項で使用されるように、単一の「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、明白に内容が他の意味を示していない限り、複数の参照対象を意味することを含むものである。

【0019】

本発明の実施態様の１つでは、液体溶媒系が提供される。溶媒系は、ガス混合物から酸性ガスを分離するために使用され得る。用語「酸性ガス」は、水と混合したときに、酸形成の結果としてのいずれかのガス成分を意味するよう意図される。制限するものではないが、本発明に用いられる酸性ガスの例は、ＣＯ_２、ＳＯ_２、ＣＳ_２およびＣＯＳを含む。簡単に表現するために、本発明は、以下では特にＣＯ_２に関して記載されている。しかしながら、本発明は、ガスストリームからいずれかの酸性ガス成分を除去するための方法および系をもたらすことが理解されている。

【0020】

ある実施形態では、溶媒系は、酸性ガスが、溶媒から放出され、溶媒が、さらなるガス混合物から追加的な酸性ガスを分離するために再利用することができる点において、再生可能なものである。特定の実施形態では、溶媒系は、このような目的で使用される溶媒に典型的に要求される温度よりも低い温度にて再生可能である。

【0021】

いくつかの実施形態において、本発明の溶媒系は、相対酸性成分と窒素系成分の混合物を含むものである。本明細書で使用される用語「相対酸性成分」は、用語「酸性成分」と交換することができ、水の酸性度よりも高く、好ましくは、実質的に水の酸性度よりも高い酸性度を有する物質を意味すると理解されている。例えば、いくつかの実施形態では、酸性成分は、約１５未満、約１４未満、約１３未満約１２未満、約１１未満、もしくは約１０未満のｐＫａを有することができる。いくつかの実施形態では、相対酸性成分は、約９から約１５、約１０から約１５、約１１から約１５、約１２から約１５、約１３から約１５、約９から約１４、約９から約１３、約９から約１２、もしくは約９から約１１、約１０から約１２、約１０から約１３、約１０から約１４、約１１から約１３もしくは約１１から約１４のｐＫａを有することができる。

【0022】

本発明により使用される相対酸性成分の例示的な分類は、制限するものではないが、以下の、フッ化アルコール、任意に置換されたフェノール、および窒素複素環類を含む。特に、フッ化アルコール類および任意に置換されたフェノール類から選択された相対酸性成分が好ましい。本発明に有益なフッ化アルコールは、式Ｒ‐ＯＨを有するいずれかの化合物を含み、Ｒは、アルキル基（例えば、Ｃ_１‐Ｃ_１０アルキル、Ｃ_１‐Ｃ_８アルキル、Ｃ_１‐Ｃ_６アルキル、Ｃ_２‐Ｃ_１０アルキル、Ｃ_２‐Ｃ_８アルキル、Ｃ_２‐Ｃ_６アルキル、Ｃ_３‐Ｃ_１０アルキル、Ｃ_３‐Ｃ_８アルキル、もしくはＣ_３‐Ｃ_６アルキル）であり、アルキル基の１つ以上の水素原子は、フッ素と置換される。いくつかの実施形態では、フッ素と置換可能な水素原子の数は、２、３、４、５、６、７、８、９、もしくは有益とみなされるそれ以上の数であり得る。さらなる実施形態では、アルキル基の１つ以上の水素原子は、制限するものではないが、Ｃ_１‐Ｃ_６アルキル、Ｃ_１‐Ｃ_６アルコキシ、およびハロ置換基を含む１つ以上の他の置換基と任意に置換し得る。本発明にて任意に置換された有益なフェノールは、フェニル環上の１つ以上の水素原子が、置換基と置換し得るフェノールを意味すると理解されている。制限するものではないが、フェニル環上の１つ以上の水素原子と置換する例示的な基は、Ｃ_１‐Ｃ_６アルキル、Ｃ_１‐Ｃ_６アルコキシおよびハロゲンを含む。窒素複素環類は、環状構造（制限するものではないが、イミダゾール、ピラゾールおよびトリアゾール）内に少なくとも１つの窒素原子を含むいずれかの環状化合物を意味し、環状構造上の１つ以上の水素原子が置換基と任意に置換することを意味することとして理解されている。ある実施形態では環構造中の少なくとも１つの窒素原子は、約１５未満（例えば、約８および約１５の間）のｐＫａを持つ酸性水素原子を有する。制限するものではないが、環上の１つ以上の水素原子と置換される例示的な置換基は、Ｃ_１‐Ｃ_６アルキル、Ｃ_１‐Ｃ_６アルコキシおよびハロゲンを含む。

【0023】

いくつかの特定の実施形態では、相対酸性成分は、２，２，３，３，４，４，５，５‐オクタフルオロペンタノール（ＯＦＰ）、２，２，３，３‐テトラフルオロプロパノール（ＴＦＰ）、２，２，３，３，３‐ペンタフルオロプロパノール（ＰＦＰ）、２，２，３，３，４、４‐ヘキサフルオロブタノール（ＨＦＢ）、２，２，２‐トリフルオロエタノール（ＴＦＥ）、ノナフルオロ‐１‐ヘキサノール、４，４，５，５，６，６，７，７，７‐ノナフルオロヘプタノール、１，１，３，３‐ヘキサフルオロ‐２‐フェニル‐２‐プロパノール、４‐メトキシフェノール（４‐ＭｅＯＰｈ）、４‐エトキシフェノール（４‐ＥｔＯＰｈ）、２‐エトキシフェノール、４‐プロポキシフェノール、イミダゾール、ベンズイミダゾール、Ｎ‐メチルイミダゾール、１‐トリフルオロアセチルイミダゾール、１，２，３‐トリアゾール、１，２，４‐トリアゾール、２‐トリフルオロメチルピラゾール、３，５‐ビストリフルオロメチルピラゾール、３‐トリフルオロメチルピラゾール、２−フルオロフェノール、３−フルオロフェノール、４−フルオロフェノール、２−トリフルオロメチルフェノール、３−トリフルオロメチルフェノール、４−トリフルオロメチルフェノールおよびそれらの混合物からなる群から選択され得る。

【0024】

窒素塩基成分は、概して、アミジン類およびグアニジン類のような相対強塩基から選択される。ある実施形態では、窒素塩基は、グアニジンであり、ＲＮＣ（ＮＲ_１Ｒ_２）_２の構造を有する化合物と理解され、Ｒ、Ｒ_１およびＲ_２は、独立して、Ｈもしくは、制限するものではないが、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキルを含む炭素含有基である。Ｒ、Ｒ_１および／もしくはＲ_２上の１つ以上の水素原子は、１つ以上の置換基と任意に置換し得る。例えば、Ｒ、Ｒ_１および／もしくはＲ_２上の１つ以上の水素原子は、任意に置換されたＣ_１‐Ｃ_６アルキル、任意に置換されたＣ_１‐Ｃ_６アルコキシ、任意に置換されたＣ_１‐Ｃ_１０アルケニル、任意に置換されたＣ_２‐Ｃ_１０アルキニル、任意に置換されたアルカリール、任意に置換されたアリールアルキル、任意に置換されたアリーロキシ、任意に置換されたヘテロアリール、任意に置換された複素環、ハロゲン（例えば、ＣＩ、Ｆ、ＢｒおよびＩ）、ハロゲン化アルキル（例えば、ＣＦ_３、２−Ｂｒ−エチル、ＣＨ_２ＣＦ_３およびＣＦ_２ＣＦ_３）、任意に置換されたアミノ基、任意に置換されたアルキルアミノ基、任意に置換されたアリールアミノ基、任意に置換されたアシル基、ＣＮ、Ｎ０_２、Ｎ_３、ＣＨ_２ＯＨ、ＣＯＮＨ_２、Ｃ_１−Ｃ_３アルキルチオ、硫酸塩、スルホン酸、スルホン酸エステル（例えば、メタンスルホニル）、ホスホン酸、リン酸塩、ホスホン酸塩、モノ、ジもしくはトリ‐リン酸エステル、トリチル、もしくはモノメトキシトリチル、ＣＦ_３Ｓ、ＣＦ_３Ｓ０_２、もしくはシリル（例えば、トリメチルシリル、ジメチル‐ｔ‐ブチルシリル、およびジフェニルメチルシリル）と置換され得る。

【0025】

ある実施形態では、窒素塩基が、制限するものではないが、カルボキシアミジン／カルボキシジアミドを含む、アミジンであり、ＲＣ（＝ＮＨ）ＮＲ_１Ｒ_２の構造を有する化合物と理解され、Ｒ、Ｒ_１および／もしくはＲ_２は、それぞれ、Ｈもしくは、制限するものではないが、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキルを含む炭素含有基である。Ｒ、Ｒ_１および／もしくはＲ_２上の１つ以上の水素原子は、任意に、１つ以上の置換基と置換し得る。例えば、Ｒ、Ｒ_１および／もしくはＲ_２上の１つ以上の水素原子は、任意に置換されたＣ_１‐Ｃ_６アルキル、任意に置換されたＣ_１‐Ｃ_６アルコキシ、任意に置換されたＣ_１‐Ｃ_１０アルケニル、任意に置換されたＣ_２‐Ｃ_１０アルキニル、任意に置換されたアルカリール、任意に置換されたアリールアルキル、任意に置換されたアリーロキシ、任意に置換されたヘテロアリール、任意に置換された複素環、ハロゲン（例えば、ＣＩ、Ｆ、ＢｒおよびＩ）、ヒドロキシ基、ハロゲン化アルキル（例えば、ＣＦ_３、２−Ｂｒ−エチル、ＣＨ_２ＣＦ_３およびＣＦ_２ＣＦ_３）、任意に置換されたアミノ基、任意に置換されたアルキルアミノ基、任意に置換されたアリールアミノ基、任意に置換されたアシル基、ＣＮ、Ｎ０_２、Ｎ_３、ＣＨ_２ＯＨ、ＣＯＮＨ_２、Ｃ_１−Ｃ_３アルキルチオ、硫酸塩、スルホン酸、スルホン酸エステル（例えば、メタンスルホニル）、ホスホン酸、リン酸塩、ホスホン酸塩、モノ、ジもしくはトリ‐リン酸エステル、トリチル、もしくはモノメトキシトリチル、ＣＦ_３Ｓ、ＣＦ_３Ｓ０_２、もしくはシリル（例えば、トリメチルシリル、ジメチル‐ｔ‐ブチルシリル、およびジフェニルメチルシリル）と置換され得る。

【0026】

より特定の実施形態では、窒素塩基は、１，１，３，３‐テトラメチルグアニジン（ＴＭＧ）、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル‐１，１，３，３−テトラメチルグアニジン、ジフェニルグアニジン、ジトリルグアニジン、もしくは１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデク‐７−エンからなる群から選択される。本発明によりある実施形態に有益であり得る他の例示的なグアニジンは、制限するものではないが、ｌ，ｌ，３−トリメチル−３−（２，２，３，３−テトラフルオロプロピル）グアニジン、ｌ，ｌ，３−トリメチル−３−（２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピル）グアニジン、１，３−ジメチル−ｌ，３−ビス（２，２，２−トリフルオロエチル）グアニジン、１，３−ビス（２，２，３，３−テトラフルオロプロピル）グアニジン、ｌ，３−ビス（４−フルオロフェニル）グアニジン、ｌ，３−ビス（３−フルオロフェニル）グアニジンおよびｌ，３−ビス（２−フルオロフェニル）グアニジンを含む。本発明によるある実施形態に有益であり得る他のアミジンは、２−（２，２，２−トリフルオロエチル）−ｌ、４，５，６，−テトラヒドロピリミジン、２−（２，２，３，３−テトラフルオロプロピル）−ｌ，４，５，６，−テトラヒドロピリミジン、３，３，４，４−テトラフルオロ−Ｎ、Ｎ−ジメチルブタンイミドアミド、および３，３，３−トリフルオロ−Ｎ，Ｎ−ジメチルプロパイミドアミドである。本発明により使用され得るさらなる他の窒素塩基は、例えば、開示されたＪｅｓｓｏｐらの米国特許第２００８／００５８５４９号を含み、この開示は、本明細書に参考文献として組み込まれている。ある実施形態では、窒素塩基は、約１２から約１５、約１２から約１４、もしくは約１３から約１５のｐＫａを有することができる。いくつかの実施形態では、窒素塩基は、約１２、約１３、約１４もしくは約１５のｐＫａを有することができる。

【0027】

いくつかの実施形態では、溶媒系は、窒素塩基および相対酸性アルコールを含む混合物を含み、成分が、（すなわち、等モル量で存在している）モル濃度により、概略的に同一の比率で存在し得る。いくつかの実施形態では、溶媒は、水にてもしくは相対酸性成分を過剰に使用することにより、希釈される。例えば、相対酸性成分に対する窒素塩基のモル比率は、約１：１から約１００：１、例えば、約１．１から約２０、約１．１：約１５、１．１：約１０、１．１：約５、１．１：約３、約２：約２０、約２：約１５、２：約１０、２：約５、約３：約２０、約３：約１５、約３：約１０、約４：約２０、約４：約１５、約４：約１０、約５：約２０、約５：約１５もしくは約５：約１０とすることができる。理論的に結合が望まれていないにも関わらず、希釈の使用が、溶媒系内の固体の沈殿を減少させるもしくは防ぐために有益であり得る。いくつかの実施形態では、溶媒系は、１つ以上の追加的な成分をさらに含み得る。この追加的な成分は、例えば、溶媒系内にて捕獲されたＣＯ_２産物の溶解度を増加させ、よって沈殿の生成を避けるために、添加し得る。他の実施形態では、しかしながら、固体形成は、望ましく、このような形成は、１つ以上の溶媒成分の濃度を変えることにより強化し得る。

【0028】

いくつかの実施形態では、本発明の溶媒系は、ガスストリームからＣＯ_２を捕獲するために特に有用である。このガスストリームは、ＣＯ_２に加えて１つ以上の他の成分を有する混合ガスストリームであり得る。本発明の溶媒系を含む溶液が、ＣＯ_２を含むガス混合物で浄化される時、溶媒系の成分は、溶液とＣＯ_２が結合するようなＣＯ_２と化学反応を起こす。いくつかの実施形態では、本発明の溶媒系は、高ＣＯ_２荷電を有する。例えば、溶媒系は、窒素塩基１モルあたり約０．０５モル以上のＣＯ_２、窒素塩基１モルあたり約０．１モル以上のＣＯ_２、窒素塩基１モルあたり約０．２モル以上のＣＯ_２、窒素塩基１モルあたり約０．３モル以上のＣＯ_２、窒素塩基１モルあたり約０．４モル以上のＣＯ_２、窒素塩基１モルあたり約０．５モル以上のＣＯ_２、窒素塩基１モルあたり約０．６モル以上のＣＯ_２、窒素塩基１モルあたり約０．７モル以上のＣＯ_２、窒素塩基１モルあたり約０．８モル以上のＣＯ_２、窒素塩基１モルあたり約０．９モル以上のＣＯ_２、もしくは窒素塩基１モルあたり約１モル以上のＣＯ_２を補獲もしくは除去するために有益であり得る。

【0029】

図１は、相対酸性アルコールおよび窒素塩基を含むイオン液体を使用したＣＯ_２を補獲するための反応経路を例示する。このプロセスによるＣＯ_２の可逆的な捕獲は、アルコールの共役塩基および窒素塩基の共役酸から形成されたイオン液体との反応を含む。図１では、窒素塩基は、アルコールを脱プロトン化する酸性求核試薬（アルコール）と反応し、イオン液体を形成することが示される。溶媒系は、いずれかの当業者によるイオン液体として分類することができる。例えば、溶媒系は、約１００ｍｉｃｒｏｓｉｅｍｅｎｓ／ｃｍ^２以上の伝導率を有するよう決定することができる。例えば、好ましい実施形態では、溶媒系は、４００ｍｉｃｒｏｓｉｅｍｅｎｓ／ｃｍ^２以上の伝導率を有する。イオン液体は、カーボネートエステルとしてＣＯ_２を補獲することができる。系から除去された酸性ガスを変化させることにより、捕獲された産物の構造が、同様に変化する必要があることが示されている。ある実施形態では、酸性ガスは、カーボネートエステルのヘテロ原子類似体として捕獲される。

【0030】

本発明の溶媒系は、相対酸性成分（例えば、上記の実施形態中のアルコール）が、水より酸性であり、従って、この共役塩基は、比較すると、水によるプロトン化に影響をより受けないように設計される。従って、本発明は、いくつかの非水系の溶媒が存在する水による化学的解重合の衝撃を改善する。開示されたＣＯ_２と溶媒系との反応は、ある条件下において、完全に可逆的である。例えば、この反応は、上昇したＣＯ_２の圧力および（例えば、５０℃およびそれ以上に加熱された時の）温度の下で、可逆的である。

【0031】

ある実施形態では、相対酸性成分は、水との低混和性を有するようなものから選択される。例えば、いくつかの実施形態では、相対酸性成分は、２５℃の水に約１０ｇ／１００ｍＬ（すなわち、水１００ｍＬあたり１０ｇの溶媒）以下の溶解度を有する。他の実施形態では、相対酸性成分は、２５℃の水に約０．０１ｇ／１００ｍＬ以下、約０．１ｇ／１００ｍＬ以下、約０．５ｇ／１００ｍＬ以下、約１ｇ／１００ｍＬ以下、約１．５ｇ／１００ｍＬ以下、約２ｇ／１００ｍＬ以下、約２．５ｇ／１００ｍＬ以下、約３ｇ／１００ｍＬ以下、約４ｇ／１００ｍＬ以下、約５ｇ／１００ｍＬ以下、約６ｇ／１００ｍＬ以下、約７ｇ／１００ｍＬ以下、約８ｇ／１００ｍＬ以下、もしくは約９ｇ／１００ｍＬ以下の水の溶解度を有する。いくつかの実施形態では、相対酸性成分は、完全に水に非溶解性である。水に、より低溶解の相対酸性成分の使用することは、再生のエネルギーがより少ない、高いＣＯ_２の荷電能力を有し得、ガスストリーム内の水に耐えることが可能であり、および／もしくは大きなエネルギー損失がなく水と分離することが可能であるといった結果となり得る。

【0032】

追加的な実施形態では、溶媒系の窒素塩基の成分は、同様に、水との低混和性を有するようなものから選択される。好ましい実施形態では、窒素塩基は、水とよりも高い相対酸性成分との混和性を有する。いくつかの実施形態では、窒素塩基は、相対酸性成分との高い溶解度を有する。このような窒素塩基の例は、制限するものではないが、１つ以上の置換されたもしくは置換されていない炭化水素鎖、１つ以上の置換されたもしくは置換されていない芳香族部分、（例えば、フッ素‐置換型芳香族部分）、および／もしくは１つ以上の置換されたもしくは置換されていないアルキル芳香族部分（例えば、フッ素‐置換型アルキル芳香族部分）を有するようなグアニジン類、アミジン類を含む。

【0033】

いくつかの実施形態では、溶媒系は、水の存在に耐性がある。ある実施形態では、溶媒系は、体積の約３０％までまたは同等の水に耐性がある。例えば、いくつかの実施形態では、体積の約２５％までまたは同等、体積の約２０％までまたは同等、体積の約１５％までまたは同等、体積の約１０％までまたは同等、体積の約５％までまたは同等、体積の約２％までまたは同等、もしくは体積の約１％までまたは同等の水に耐性がある。いくつかの実施形態では、水の存在への耐性は、示される水の体積まで、溶媒の解重合の作用がほとんど起こらないことを意味する。いくつかの実施形態では、溶媒系は、示される水の体積まで荷電されたＣＯ_２の初期容量にて、もしくは示される水の体積まで荷電されたＣＯ_２の初期容量近くまで維持される。

【0034】

好ましい実施形態では、本発明の溶媒系を使用して隔離されたＣＯ_２は、再利用のための溶媒系を再生するために放出され得る。溶媒系は、穏やかな条件を使用することにより再生可能である。いくつかの実施形態では、ＣＯ_２の放出および対応する溶媒系の再生は、溶液を加熱することにより実現される。ＣＯ_２結合を含む溶液が加熱された時、化学反応が戻り、ＣＯ_２は、濃縮されたＣＯ_２ストリームを生産しながら、放出される。

【0035】

いくつかの実施形態では、本発明の適用は、ガスストリームからのＣＯ_２の除去を目的とする溶媒系およびプロセスに関連する。本発明は、ＣＯ_２を含むいずれかのガスストリームに適用する。例えば、特定の実施形態では、本発明は、化石燃料燃焼排気ガス、天然ガス混合物、もしくはＣＯ_２を含む閉鎖環境からの呼吸ガス混合物からＣＯ_２を除去するためのプロセスに関連する。このプロセスは、相対酸性成分および窒素塩基成分を含む溶媒系を通じて混合ガスストリームを通過することを含む。いくつかの実施形態では、本発明は、溶媒系の再生とさらに関連し、ＣＯ_２の放出に関連する。いくつかの実施形態では、溶媒系の再生は、ＣＯ_２の放出に十分な温度にて溶媒系を加熱することを含む。いくつかの実施形態では、このプロセスは、約２００℃以下、例えば、約１８５℃以下、約１５０℃以下、もしくは約１２５℃以下の温度で溶媒系を加熱することを含む。好ましい実施形態では、このプロセスは、約１００℃以下、約９５℃以下、約９０℃以下、約８５℃以下、約８０℃以下、約７５℃以下、もしくは約７０℃以下の温度で溶媒系を加熱することを含む。例えば、いくつかの実施形態では、相対酸性成分は、フッ化アルコールであり、ＣＯ_２は、フルオロアルキルカーボネートとして捕獲され、約４０℃および約８５℃の間の温度で溶媒系を加熱することにより、ＣＯ_２を放出するよう分解される。いくつかの実施形態では、ＣＯ_２は、大気の温度にて放出される。

【0036】

ある実施形態では、約１００％のＣＯ_２が、ＣＯ_２リッチソルベント系から除去される。しかしながら、他の実施形態では、ＣＯ_２リッチソルベント系から１００％未満のＣＯ_２が除去される。好ましい実施形態では、約５０から１００％の捕獲されたＣＯ_２がＣＯ_２リッチソルベント系から除去され、好ましくは約７５％から１００％、約８０％から１００％、約９０％から１００％、約９５％から１００％、もしくは約９８％から１００％の捕獲されたＣＯ_２がＣＯ_２リッチソルベント系から除去される。例えば、いくつかの実施形態では、少なくとも約９８％、９５％、９０％、８５％、８０％、７５％、７０％、６０％もしくは５０％の捕獲されたＣＯ_２がＣＯ_２リッチソルベント系から除去される。

【0037】

いくつかの実施形態では、ＣＯ_２に加えてＨ_２Ｏを含むガス混合物からのＣＯ_２の除去が、反応条件に依存する単一相もしくは二相のどちらかとしての溶媒系内のＨ_２Ｏの累積を引き起こし得る。上記のように。溶媒混合物中Ｈ_２Ｏの存在は、望ましくない副反応、および溶媒から水を除去する必要があるため、より多くのエネルギーが、溶液再生に要求されるため、不利益である。従って、溶媒系内のＨ_２Ｏの累積は、再生エネルギーの需要を増やし、再生系の有効性を低くし得る。

【0038】

いくつかの実施形態では、本発明のプロセスは、溶媒系内のＨ_２Ｏの累積の有害である効果を回避し得る方法を提供する。例えば、溶媒系再生エネルギー需要上のＨ_２Ｏの累積の有害である効果は、ガス混合物のＨ_２Ｏの飽和温度よりも高い温度で溶媒系内のＣＯ_２を隔離するプロセスを提供することにより、最小限になり得る。加えて、溶媒系再生エネルギー需要上のＨ_２Ｏの累積の有害である効果は、溶媒系内の分離水相としてＨ_２Ｏを累積するプロセスを提供することによって最小限になり得る。このプロセスは、水との溶解度がほとんどないもしくは全くないことを示す溶媒系の使用を含む。このような系の中で、集積する水は、分離相として存在する。この分離水相は、有効なＣＯ_２除去系を維持するために要求されるエネルギーを最小限にするために、熱的プロセスよりはむしろ機械的プロセスによってデカントもしくは遠心分離され得る。例えば、脂肪族アルコールの炭化水素鎖の長さが増加した時、水の中のアルコールの溶解度は減少する。このことは、同様に、フッ化アルコールにもあてはまる。例えば、２，２，３，３，４，４，５，５‐オクタフルオロペンタノール（ＯＦＰ）は、本質的に水に非溶解である。従って、適切な窒素塩基およびＯＦＰを含む溶媒系は、水と結合する時、二相性の液体溶液を形成する。このような溶媒では、水は、蒸留もしくはフッ素化した相から水層のデカントもしくは遠心分離することによる膜の使用なしに溶媒系から分離することができる。いくつかの実施形態では、Ｈ_２Ｏの除去後、ＣＯ_２リッチソルベント系は、分圧条件を満たすために低沸点の希釈剤を加え、低温度にて再生することができる。この溶媒系は、従って、水の蒸留に関連するエネルギーを節約することができる。低水溶解度の溶媒系に吸着する非水系ＣＯ_２を提供することにより、溶媒系は、水系もしくは高水親和性ＣＯ_２溶媒系よりも低いエネルギー需要およびより穏やかな再生条件を有する。

【0039】

いくつかの実施形態では、ガスストリームからのＣＯ_２を除去するための系が提供される。本発明の例示的な系の概略的な例は、図２から６に記載されている。ＣＯ_２除去系１０は、ガスストリームを受け取る入口を構成する吸着装置１２を含む。ガスストリームは、例えば、パワー生成工場内のボイラー系の燃焼チャンバーから直接移行するものである。ガスストリームは、ＣＯ_２除去系を通る前に、他の洗浄系を通過してもしなくても良い。吸着装置は、ＣＯ_２の除去を目的とする溶媒系が、ガスストリームの入口および排出口を有する、ＣＯ_２を除去するための溶媒系が含まれるいずれかのチャンバーであり得、このガスストリームは、溶媒系との接触を引き起こし得る。吸着装置の中で、ＣＯ_２は、本明細書にて議論された原則により、気相から液相へ移行する。この吸着装置は、同様にいずれかの型であり得、例えば、吸着装置は、スプレー塔吸着装置、（逆流‐フロー塔、クロス‐フロー塔を含む）充填層吸着装置、（バブルキャップトレイ、多孔板塔、衝突トレイ、および／もしくはフロートバルブトレイを含む様々な型を有する）段塔吸着装置、ベンチャー吸着装置、排出吸着装置を含み得る。吸着装置内の温度および圧力は、制御し得る。例えば、１つの実施形態では、吸着装置の温度は、５０から６０℃近くであり、吸着装置は、大気圧で、もしくは大気圧近くで維持され得る。従って、吸着装置は、加熱／冷却系および／もしくは圧力／真空系を備え得る。

【0040】

吸着装置の中で、ガスストリームは、流体接点を引き起こし、相対酸性成分および窒素塩基成分を含む溶媒系を通る。溶媒系は、維持されるガス成分からＣＯ_２を隔離し、ガスストリーム内に存在するＣＯ_２と反応し、結果としてＣＯ_２遊離ガスストリームは、排出口を通して吸着装置から放出される。溶媒系は、混合ガスストリームを通過する際に、ＣＯ_２に「富む」まで、入ってくるＣＯ_２と反応し続ける。吸着装置は、任意に１つ以上の成分と接触する。例えば、吸着装置は、好ましくは、ユニットへ溶媒を辿る方法として構成され、水は、デカント、遠心分離、もしくは他方で系から除去され得る。

【0041】

ＣＯ_２の捕獲のいずれかの段階にて、溶媒系は再生し得る。この系は、それ故に、分離ＣＯ_２ガスストリームを通して捕獲されたＣＯ_２を放出するために任意の再生系１４を含み、従って、溶媒系を再生する。再生系は、吸着装置から「リッチ」ソルベントを受け取り、いったんＣＯ_２が「リッチ」ソルベントから分離されると、吸着装置へ再生された溶媒を戻すように構成されている。この再生系は、再生系からＣＯ_２が除去されるための放出バルブに沿ってガスを放出するために十分な温度で溶媒系を加熱する加熱ユニットを備えたチャンバーを単純に含む。それは、蒸留カラムであり得、吸収カラムのために上記に記載されたものと本質的に同一の設計を有する。再生装置は、任意に１つ以上の成分と接触し得る。例えば、再生装置は、好ましくは、ユニットへの溶媒のルートを決定する方法が構成され、水は、デカント、遠心分離、もしくは他方で系から除去され得る。

【0042】

放出されたＣＯ_２は、貯蔵するため、もしくはあらかじめ決定された使用のために排出される。再生された溶媒は、再びガスストリームからＣＯ_２を吸収する準備ができ、吸着装置へと直接戻され得る。

【0043】

本明細書で発表された本発明の多くの修正および他の実施形態は、これらの発明が、前述の記載および関連する図の中に存在する技術の有効性を有することに関係する当業者の技術に記載されるものである。それゆえに、本発明は、開示された特定の実施形態に制限されるものではなく、他の実施形態は、付加された請求項の範囲内に含まれるよう意図される。特定の用語が、本明細書で使用されているが、それらは、一般的および記述的な意味にのみ使用され、制限する目的のために使用されるものではない。

【0044】

実施例
以下の例は、完全な開示の目的のために提供され、本発明を制限するものではない。

【0045】

実施例１．カーボネートエステルの形成の結果となるｌ，ｌ，３，３−テトラメチルグアニジン／２，２，２−トリフルオロエタノールの吸着
適度な熱産生の発熱性の事象の結果として、等モルの１，１，３，３−テトラメチルグアニジン（ＴＭＧ）および２，２，２−トリフルオロエタノール（ＴＦＥ）の溶液が、調製された。この溶液は、インピンジャー内に配置され、（窒素と釣り合いをとる）約１３％のＣＯ_２を含む二成分のガス混合物を浄化する。反応器を出るガスのＣＯ_２濃度は、ＮＤＩＲＣＯ_２分析器により管理される。このＣＯ_２荷重曲線は、図７に示される。窒素の流れストリームにおける８０℃までの溶液の加熱により、吸着は、約０．５６モルＣＯ_２／モルアミンの放出の結果として、可逆的となる。

【0046】

図８は、ＴＭＧ／ＴＦＥ溶媒系およびガス状のＣＯ_２間の反応の結果の核磁気共鳴（ＮＭＲ）スペクトルを提供する。室温でのＮＭＲチューブにおいて、１，１，３，３−テトラメチルグアニジン（０．６ｍｍｏｌ）は、重水素化されたクロロホルム（ＣＤＣ１３、０．６ｇ）中の２，２，２−トリフルオロエタノール（０．６ｍｍｏｌ）と結合した。初期溶液の１９Ｆ ＮＭＲスペクトルは、記録された。単一の共鳴は、図８の上部に示されており、化学的に等量であるフッ素の環境に対応して、約７７ｐｐｍの化学的変化を備えたＮＭＲにおいて現れた。

【0047】

ＮＭＲチューブは、１３．３％のＣＯ_２および平衡である窒素のガス混合物にて３０分間浄化された。第２の１９Ｆ ＮＭＲスペクトルは、この時間に記録されており、図８の下部に示されている。このスペクトルは、約３ｐｐｍに変化した（新しいフッ素‐含有産物を示す）新しいピークの出現を示している。

【0048】

このデータは、カーボネートエステルが、実験の条件下で形成された証拠を提供するものである。フッ素の原子核は、（本明細書中の）アルコール反応物中に存在する時、フッ素ＮＭＲは、カーボネートエステルとしてＣＯ_２を補獲におけるアルコールの関与を同定するための簡便な処理である。アルコールを含む新規の産物の形成は、ＮＭＲスペクトルにおける新規の１９Ｆ共鳴という結果となる。フッ素のスペクトルは、脱共役されたプロトンを示している。

【0049】

実施例２：１，１，３，３−テトラメチルグアニジンおよび１，１，３，３−テトラフルオロプロパノールの等モル混合物からなるイオン液体によるＣＯ_２の吸着
１，１，３，３−テトラメチルグアニジンは、等モルの２，２，３，３−テトラフルオロプロパノールと結合し、得られた発熱性の反応は、約４４０μＳ／ｃｍ^２に等しい最初の伝導率を備えた室温のイオン液体の形成の結果として起こり、図９に示される。この図は、さらに、約１３。３％の（窒素を平衡化する）ＣＯ_２から構成される二成分のガス混合物にて浄化される。溶液の伝導率は、最大約１１７５μＳ／ｃｍ^２まで増加した。この（伝導率の増加という）データは、ＮＤＩＲ分光法を利用したＣＯ_２分析器に続き、溶液を通して観察されたガスの濃度の減少により明白になった溶液によるＣＯ_２の吸着と対応する。この溶液は、約０．３５モルＣＯ_２／モルアミンを吸着した。窒素下で、約８０℃に加熱された窒素が浄化されたとき、溶液は、捕獲された全てのＣＯ_２を放出することにより、完全に再生可能となった。

【0050】

実施例３：１，１，３，３−テトラメチルグアニジンおよび２，２，３，３，４，４，−ヘキサフルオロブタノールの等モル混合物からなるイオン液体によるＣＯ_２の吸着
室温のイオン液体を形成する１，１，３，３−テトラメチルグアニジンおよび２，２，３，３，４，４，−ヘキサフルオロブタノールの等モル混合物が、約４００μＳ／ｃｍ^２に等しい最初の伝導率にて形成され、これは、図１０に示されている。この図に示されているように、イオン液体が、約１３。３％の（窒素を平衡化する）ＣＯ_２から構成される二成分のガス混合物を、約８００μＳ／ｃｍ^２まで増加した伝導率で浄化した。この（伝導率の増加という）データは、溶液が、ＮＤＩＲ分光法を利用したＣＯ_２分析器に続き、溶液を通して観察されたガスの濃度の減少の観察により明白になったＣＯ_２を吸着することを示す。このことは、リーンソルベントが、イオン液体伝導率が、二酸化炭素の吸着を増加させることを示す。この溶液は、合計約０．２５モルＣＯ_２／モルアミンを吸着した。約８０℃まで加熱された時、溶媒は、完全に再生可能となった。

【0051】

実施例４：１，３，３−Ｎ−ｔｅｒｔ―ブチル―テトラメチルグアニジンおよび２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロオペンタノールによる二酸化炭素の吸着
１，３，３−Ｎ−ｔｅｒｔ―ブチル―テトラメチルグアニジンの等モル混合物は、図１０に示されるように、約１５０μＳ／ｃｍ^２に等しい最初の伝導率を備えた室温のイオン液体を得るために、２，２，３，３，４，４−ヘキサフルオトブタノールと結合した。図１１に示されるように、約１３。３％の（窒素を平衡化する）ＣＯ_２から構成される二成分のガス混合物を浄化した。溶液の伝導率は、最大約２００μＳ／ｃｍ^２まで増加した。この（伝導率の増加という）データは、赤外分光法を利用するＣＯ_２分析器に続いて溶液を通るガスの濃度の減少が観察されることにより、溶液が対応するＣＯ_２を吸着することを例証する。このことは、リーンソルベントが、伝導率が増加するにつれて二酸化炭素の吸着が増加するイオン液体であることを示している。この溶液は、合計約０．６７モルＣＯ_２／モルアミンを吸着し、窒素の浄化の下で、８０℃まで加熱することにより完全に再生可能となった。

【0052】

実施例５：１，８−ジアザ−ビシクロ−ウンデク−７−エン（ＤＢＵ）および２，２，３，３−テトラフルオロプロパノールから構成されるイオン液体による二酸化炭素の吸着
イオン液体は、１，８−ジアザ−ビシクロ−ウンデク−７−エン（ＤＢＵ）および２，２，３，３−テトラフルオロプロパノールを混合することにより調製された。この系の最初の伝導率は、約１３５μＳ／ｃｍ^２であり、形成された溶液は、非可逆的なイオン液体であることを示していた。反応器を出るガスのＣＯ_２の濃度は、ＮＤＩＲ Ｃ０_２分析器により管理された。Ｃ０_２荷重曲線は、図１２に示される。示されるように、この溶液は、約０．５６モルＣＯ_２／モルアミンを吸着し、窒素の流れストリームにおいて、８０℃まで溶液を加熱することにより可逆的になった。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】