特許 7510884 高二酸化炭素分圧を有するガス状混合物から二酸化炭素を除去するための溶媒およびプロセス

(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】

(24)【登録日】2024-06-26

(45)【発行日】2024-07-04

(54)【発明の名称】高二酸化炭素分圧を有するガス状混合物から二酸化炭素を除去するための溶媒およびプロセス

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/14 20060101AFI20240627BHJP

   C01B 32/50 20170101ALI20240627BHJP

   C01B 17/16 20060101ALI20240627BHJP

   B01D 53/62 20060101ALI20240627BHJP

   B01D 53/78 20060101ALI20240627BHJP

   B01D 53/96 20060101ALI20240627BHJP

   C07C 319/28 20060101ALI20240627BHJP

【ＦＩ】

B01D53/14 210

B01D53/14 220

C01B32/50

C01B17/16 P

B01D53/62

B01D53/78

B01D53/96

C07C319/28

【請求項の数】 24

(21)【出願番号】P 2020573025

(86)(22)【出願日】2019-06-24

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-10-28

(86)【国際出願番号】 GB2019051774

(87)【国際公開番号】W WO2020002892

(87)【国際公開日】2020-01-02

【審査請求日】2022-06-10

(31)【優先権主張番号】201811023872

(32)【優先日】2018-06-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IN

(31)【優先権主張番号】201811024582

(32)【優先日】2018-07-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IN

(31)【優先権主張番号】1813839.6

(32)【優先日】2018-08-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】520439128

【氏名又は名称】カーボン クリーン ソリューションズ リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100087653

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴江 正二

(72)【発明者】

【氏名】バム・プラティーク

(72)【発明者】

【氏名】ホール・ジェイムス

(72)【発明者】

【氏名】ニーリーセッティ・ゴピ

(72)【発明者】

【氏名】ベイリー・レイチェル

【審査官】中村 泰三

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－３０１０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１２９８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１９３５６３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１７－５３３０９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２５７３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５０９５６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ５３／１４－１８、３４－９６

Ｃ０１Ｂ ３２／５０

Ｃ０１Ｂ １７／１６－１８

Ｃ１０Ｋ １／０８－１８

Ｃ０７Ｃ ２１５／００－９０、３１９／２６－３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス状混合物からガスを除去するための溶媒であって、
３重量％～２５重量％の量で存在するポリアミン；
１０重量％～６５重量％の量で存在する立体障害アルカノールアミン；を含み、
残りが水および不可避不純物であり、
前記ポリアミンが、２－ピペラジン－１－エチルアミン（別名２－ピペラジン－１－イルエタンアミン、アミノエチルピペラジン、もしくはＡＥＰ）であり、
前記立体障害アルカノールアミンが、２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＥＰＤ）；および／または２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＨＰＤ）；および／または２－アミノ－２－メチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＭＰＤ）；および／または２－メチルアミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール（別名ＭＡＥＰＤ）；および／または２－メチルアミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール（別名ＭＡＨＰＤ）；および／または２－メチルアミノ－２－メチル－１，３－プロパンジオール（別名ＭＡＭＰＤ）である、溶媒。

【請求項2】

前記ポリアミンが５重量％～１５重量％の量で存在する、請求項１に記載の溶媒。

【請求項3】

前記ポリアミンが５重量％（±１０％）の量で存在する、請求項１または請求項２に記載の溶媒。

【請求項4】

前記ポリアミンが１０重量％（±１０％）の量で存在する、請求項１または請求項２に記載の溶媒。

【請求項5】

前記ポリアミンが１５重量％（±１０％）の量で存在する、請求項１または請求項２に記載の溶媒。

【請求項6】

前記立体障害アルカノールアミンが、２０重量％～５０重量％の量で存在する、請求項１～５のいずれか一項に記載の溶媒。

【請求項7】

前記立体障害アルカノールアミンが、３０重量％～４０重量％の量で存在する、請求項１～５のいずれか一項に記載の溶媒。

【請求項8】

前記立体障害アルカノールアミンが、４５重量％（±１０％）の量で存在する、請求項１～７のいずれか一項に記載の溶媒。

【請求項9】

前記立体障害アルカノールアミンが、４０重量％（±１０％）の量で存在する、請求項１～７のいずれか一項に記載の溶媒。

【請求項10】

前記立体障害アルカノールアミンが、３０重量％（±１０％）の量で存在する、請求項１～７のいずれか一項に記載の溶媒。

【請求項11】

前記立体障害アルカノールアミンが、２５重量％（±１０％）の量で存在する、請求項１～７のいずれか一項に記載の溶媒。

【請求項12】

前記ポリアミンが２－ピペラジン－１－エチルアミン（別名アミノエチルピペラジンまたはＡＥＰ）であり、前記立体障害アルカノールアミンが２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＨＰＤ）である、請求項１～１１のいずれか一項に記載の溶媒。

【請求項13】

前記ポリアミンが２－ピペラジン－１－エチルアミン（別名アミノエチルピペラジンまたはＡＥＰ）であり、前記立体障害アルカノールアミンが２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＥＰＤ）である、請求項１～１２のいずれか一項に記載の溶媒。

【請求項14】

ガス状混合物から酸性ガスを除去するための方法であって、
３重量％～２５重量％の量で存在するポリアミン；１０重量％～６５重量％の量で存在する立体障害アルカノールアミン；水および不可避不純物である残余；を含む溶媒を得るステップ、ならびに
二酸化炭素、メルカプタン、硫化水素、および硫化カルボニルからなる群から選択される１つ以上のガスを含むガス状混合物に前記溶媒を適用するステップ
を含み、
前記ポリアミンが、２－ピペラジン－１－エチルアミン（別名２－ピペラジン－１－イルエタンアミン、アミノエチルピペラジン、もしくはＡＥＰ）であり、
前記立体障害アルカノールアミンが、２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＥＰＤ）；および／または２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＨＰＤ）；および／または２－アミノ－２－メチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＭＰＤ）；および／または２－メチルアミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール（別名ＭＡＥＰＤ）；および／または２－メチルアミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール（別名ＭＡＨＰＤ）；および／または２－メチルアミノ－２－メチル－１，３－プロパンジオール（別名ＭＡＭＰＤ）である、
方法。

【請求項15】

前記溶媒は、３０℃～６５℃の温度を有する、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記溶媒が、請求項１～９のいずれか一項に記載の溶媒である、請求項１４または１５に記載の方法。

【請求項17】

前記溶媒を６５℃～１１０℃の温度に加熱するステップをさらに含む、請求項１４～１６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項18】

０パスカル～５０００００パスカル（０バール～５バール）の再生圧力および７５℃～１３０℃の温度である再生カラムへ少なくとも二酸化炭素／酸性ガスを含む前記溶媒を載せるステップをさらに含む、請求項１４～１７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項19】

前記溶媒を１０５℃～１３０℃の温度に加熱するステップをさらに含む、請求項１４～１８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項20】

前記ガス状混合物が４ｐｐｍ未満で存在する１つ以上のガスを含む、請求項１４～１９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項21】

ａ．前記ガス状混合物中の二酸化炭素の濃度を１００体積ｐｐｍ未満に減らすステップ；および／または
ｂ．前記ガス状混合物中のＨ_２Ｓの濃度を２体積ｐｐｍ未満に減らし、前記ガス状混合物中の二酸化炭素の濃度を５０体積ｐｐｍ未満に減らすステップ；および／または
ｃ．前記ガス状混合物中のメルカプタンの濃度を５体積ｐｐｍ未満に減らすステップ
をさらに含む、請求項１４～１９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項22】

前記ガス状混合物中の二酸化炭素濃度を１０ｐｐｍ未満に減らすステップをさらに含む、請求項１４～１９および請求項２１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項23】

前記ガス状混合物が、石炭ガス化プロセス、水蒸気改質プロセス、および直接還元鉄プロセスからなる群から選択されるプロセスから得られる合成ガスであり、各合成ガスが、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素、硫化カルボニル、水素、窒素、およびメタンのうちの１つ以上を含む、請求項１４～２２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項24】

前記ガス状混合物がメタンを含む天然ガスである、請求項１４～２３のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、吸収溶媒に関し、より詳細には、高二酸化炭素分圧を有するガス状混合物から二酸化炭素を除去するための吸収溶媒に関する。

【背景技術】

【0002】

ガス状混合物の精製、特に、汚染物質および不純物をそれらから除去するための、主にメタンからなる天然ガスまたは合成ガスなどの炭化水素ガス状混合物の精製は、産業において一般的な操作である。これらの不純物および汚染物質は、特に、例えば二酸化炭素（ＣＯ_２）および硫化水素（Ｈ_２Ｓ）などの「酸性ガス」；水、および特定の炭化水素である。

【0003】

一般に、溶媒には独自の長所および短所があり、例えば、負荷容量、動力学、再生エネルギー、選択性、安定性、腐食性などのような特性によって、溶媒の操作性能が決定する。この開示は、予想外の特性を有する改善された溶媒を対象とする。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、化学溶媒の組み合わせを含有する溶液でガス流を洗浄することにより、供給ガス流から二酸化炭素ガスを部分的または完全に除去するための溶媒組成物に関する。本発明はさらに、１０～６５重量％（または２０～５０重量％）の量のアルカノールアミン化合物、３～２５重量％の量で反応動力学を促進する選択的活性剤（別名ポリアミン）、水および不可避不純物である残余の存在下で実施されるプロセスに関する。さらに、本開示は、酸性ガスを除去するための精製プロセスで使用される吸収性液体に関する。

【0005】

本発明の代表的な特徴は、本明細書の本文および／もしくは図に開示されている１つ以上の特徴と、独立して、または任意の組み合わせで組み合わされ得る以下の条項に記載されている。

【0006】

次に、本発明を以下の条項を参照して説明する。

【0007】

１．ガス状混合物からガスを除去するための溶媒であって、
３重量％～２５重量％の量で存在するポリアミン；
１０重量％～６５重量％の量で存在する立体障害アルカノールアミン；を含み、
残りが水および不可避不純物であり、
前記ポリアミンが、２－ピペラジン－１－エチルアミン（別名２－ピペラジン－１－イルエタンアミン、アミノエチルピペラジン、もしくはＡＥＰ）であり、
前記立体障害アルカノールアミンが、２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＥＰＤ）；および／または２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＨＰＤ）；および／または２－アミノ－２－メチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＭＰＤ）；および／または２－メチルアミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール（別名ＭＡＥＰＤ）；および／または２－メチルアミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール（別名ＭＡＨＰＤ）；および／または２－メチルアミノ－２－メチル－１，３－プロパンジオール（別名ＭＡＭＰＤ）である、溶媒。

【0008】

２．ポリアミンが５重量％～１５重量％の量で存在する、条項１の溶媒。

【0009】

３．ポリアミンが５重量％（±１０％）の量で存在する、条項１または条項２の溶媒。
４．前記ポリアミンが１０重量％（±１０％）の量で存在する、条項１または条項２に記載の溶媒。
５．前記ポリアミンが１５重量％（±１０％）の量で存在する、条項１または条項２に記載の溶媒。

【0010】

６．立体障害アルカノールアミンが、２０重量％～５０重量％の量で存在する、条項１～５のいずれか１つの溶媒。
７．立体障害アルカノールアミンが、３０重量％～４０重量％の量で存在する、条項１～５のいずれか１つの溶媒。

【0011】

８．立体障害アルカノールアミンが、４５重量％（±１０％）の量で存在する、条項１～７のいずれか１つの溶媒。
９．立体障害アルカノールアミンが、４０重量％（±１０％）の量で存在する、条項１～７のいずれか１つの溶媒。
１０．立体障害アルカノールアミンが、３０重量％（±１０％）の量で存在する、条項１～７のいずれか１つの溶媒。

【0012】

１１．立体障害アルカノールアミンが、２５重量％（±１０％）の量で存在する、条項１～７のいずれか１つの溶媒。

【0013】

【0014】

１２．ポリアミンが２－ピペラジン－１－エチルアミン（別名アミノエチルピペラジンまたはＡＥＰ）であり、立体障害アルカノールアミンが２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＨＰＤ）である、条項１～１１のいずれか１つの溶媒。

【0015】

１３．ポリアミンが２－ピペラジン－１－エチルアミン（別名アミノエチルピペラジンまたはＡＥＰ）であり、立体障害アルカノールアミンが２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＥＰＤ）である、条項１～１２のいずれか１つの溶媒。

【0016】

１４．ガス状混合物から酸性ガスを除去するための方法であって、
３重量％～２５重量％の量で存在するポリアミン；１０重量％～６５重量％の量で存在する立体障害アルカノールアミン；水および不可避不純物である残余；を含む溶媒を得るステップ、ならびに
二酸化炭素、メルカプタン、硫化水素、および硫化カルボニルからなる群から選択される１つ以上のガスを含むガス状混合物に溶媒を適用するステップを含み、
ポリアミンが、２－ピペラジン－１－エチルアミン（別名２－ピペラジン－１－イルエタンアミン、アミノエチルピペラジン、もしくはＡＥＰ）であり、
前記立体障害アルカノールアミンが、２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＥＰＤ）；および／または２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＨＰＤ）；および／または２－アミノ－２－メチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＭＰＤ）；および／または２－メチルアミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール（別名ＭＡＥＰＤ）；および／または２－メチルアミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール（別名ＭＡＨＰＤ）；および／または２－メチルアミノ－２－メチル－１，３－プロパンジオール（別名ＭＡＭＰＤ）である。
１５．溶媒は、３０℃～６５℃の温度を有する、条項１４の方法。

【0017】

１６．溶媒が、条項１～９のいずれか１つの溶媒である、条項１４または１５の方法。

【0018】

１７．溶媒を６５℃～１１０℃の温度に加熱するステップをさらに含む、条項１４～１６のいずれか１つの方法。

【0019】

１８．０パスカル～５０００００パスカル（０バール～５バール）の再生圧力および７５℃～１３０℃の温度である再生カラムへ少なくとも二酸化炭素／酸性ガスを含む溶媒を載せるステップをさらに含む、条項１４～１７のいずれか１つの方法。

【0020】

１９．溶媒を１０５℃～１３０℃の温度に加熱するステップをさらに含む、条項１４～１８のいずれか１つの方法。

【0021】

２０．ガス状混合物が４ｐｐｍ未満で存在する１つ以上のガスを含む、条項１４～１９のいずれか１つの方法。

【0022】

２１．ａ．ガス状混合物中の二酸化炭素の濃度を１００体積ｐｐｍ未満に減らすステップ；および／または
ｂ．ガス状混合物中のＨ_２Ｓの濃度を２体積ｐｐｍ未満に減らし、ガス状混合物中の二酸化炭素の濃度を５０体積ｐｐｍ未満に減らすステップ；および／または
ｃ．ガス状混合物中のメルカプタンの濃度を５体積ｐｐｍ未満に減らすステップ
をさらに含む、条項１４～１９のいずれか１つの方法。

【0023】

２２．ガス状混合物中の二酸化炭素濃度を１０ｐｐｍ未満に減らすステップをさらに含む、条項１４～１９および条項２１のいずれか１つの方法。

【0024】

２３．ガス状混合物が、石炭ガス化プロセス、水蒸気改質プロセス、および直接還元鉄プロセスからなる群から選択されるプロセスから得られる合成ガスであり、各合成ガスが、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素、硫化カルボニル、水素、窒素、およびメタンのうちの１つ以上を含む、条項１４～２２のいずれか１つの方法。

【0025】

２４．ガス状混合物がメタンを含む天然ガスである、条項１４～２３のいずれか１つの方法。

【0026】

本開示の特徴、性質、および利点は、図と併せて解釈される場合、以下に記載される詳細な説明からより明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】４０℃での気相中のＣＯ_２の分圧と溶媒中のＣＯ_２の負荷（つまり濃度）との間の気液平衡（ＶＬＥ）の関係を説明するグラフである。

【図2】本開示による、本発明の吸収性溶液（すなわち、溶媒）および従来技術の吸収性溶液（すなわち、溶媒）の４０℃での気液平衡（ＶＬＥ）データを示すグラフ表示である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下の説明および例は、本開示の様々な実施形態を詳細に示している。当業者は、その範囲に包含される本開示の多数の変形および修正があることを認識するであろう。したがって、開示された実施形態の説明は、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではない。

【0029】

そのすべての特徴を説明するこの開示のいくつかの例を、次に詳細に論じる。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する」、「含有する」、および「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という単語、およびそれらの他の形式は、意味が同等であり、これらの単語のいずれか１つに続く１つ以上の項目は、そのような１つ以上の項目の網羅的なリストを意味するものではなく、リストされた１つ以上の項目のみに限定されることを意味しない点でオープンエンドであることが意図される。

【0030】

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に別段の指示をしない限り、複数形の参照を含むことにも留意されたい。

【0031】

本開示の例は、例が示されている添付の図を参照して、以下でより完全に説明される。しかしながら、特許請求の範囲の例は、多くの異なる形態で具体化され得、本明細書に記載の例に限定されると解釈されるべきではない。本明細書に記載の例は、非限定的な例であり、他の可能な例の中の単なる例である。

【0032】

定義
別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての技術的および科学的用語は、当業者によって一般的に理解されているのと同じ意味を有する。本明細書で参照されるすべての特許、出願、公開された出願、および他の刊行物は、特に明記しない限り、その全体が参照により組み込まれる。本明細書における用語に複数の定義がある場合、特に明記しない限り、この節の定義が優先する。

【0033】

本明細書で使用される場合、「ポリアミン」は、２つ以上の窒素原子を有する化合物を指す。いくつかの例では、「ポリアミン」は、３つの窒素原子：１つの第一級窒素原子、１つの第二級窒素原子、および１つの第三級窒素原子を有する化合物を指す。「ポリアミン」の例には、２－ピペラジン１－エチルアミン（別名２－ピペラジン－１－イルエタンアミン、アミノエチルピペラジン、１－（２－アミノエチル）ピペラジンまたはＡＥＰ）；１－（２－ヒドロキシエチル）ピペラジン；ピペラジン；１，４－ジアミノシクロヘキサン；４－アミノピペリジン；４－アミノ－１－ピペリジンエタノール；３－ジメチルアミノ－１－プロピルアミン；Ｎ－メチルアミノ－１－プロピルアミン；３－ジエチルアミノ－１－プロピルアミン；および、Ｎ－エチルアミノ－１－プロピルアミンが含まれる。現在特許請求されている発明の溶媒において、「ポリアミン」は、「活性剤」または「アミン促進剤」として作用し、これは、溶媒中に存在する他の化合物（複数可）よりも速くガスを除去するように作用し、したがって、溶媒全体のＣＯ_２吸収の動力学を改善する。

【0034】

上記の例示的な「ポリアミン」のいくつかを表１に記載する。

【0035】

【表1】

【0036】

本明細書で使用される場合、「立体障害アルカノールアミン」は、少なくとも１つのアミン基および少なくとも１つのヒドロキシル基を有する化合物を指し、アミン基は、炭素原子に結合し、その炭素原子自体は、他の３つの炭素原子に結合する（すなわち、少なくとも１つのアミン基が結合している炭素原子自体が立体障害される）。いくつかの例では、アミン基は、第一級アミンまたは第二級アミンである。「立体障害アルカノールアミン」の例には、２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＥＰＤ）；２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＨＰＤ）；２－アミノ－２－メチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＭＰＤ）；２－メチルアミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール（別名ＭＡＥＰＤ）；２－メチルアミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール（別名ＭＡＨＰＤ）；および２－メチルアミノ－２－メチル－１，３－プロパンジオール（別名ＭＡＭＰＤ）が含まれる。

【0037】

上記の例示的な「立体障害アルカノールアミン」のいくつかを表２に記載する。

【0038】

【表2】

【0039】

本明細書で使用される場合、「不可避不純物」は、混合物全体の機能に関係のない少量の混合物中に存在する成分を指す。不可避不純物は、一般に不活性かつ非反応性である。いくつかの例では、「少量」は、５重量％未満、または４重量％未満、または３重量％未満、または２重量％未満、または１重量％未満、または０．５重量％未満を指す。

【0040】

値の範囲が提供される場合、上限および下限、ならびに範囲の上限と下限との間に介在する各値が例の範囲内に包含されることが理解される。

【0041】

ガス流からの二酸化炭素の除去
本開示は、水溶液として立体障害アルカノールアミン（例えば、２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール（ＡＨＰＤ）および／または２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール（ＡＥＰＤ））、ポリアミン（本明細書では「活性剤」と呼ばれることもある）（例えば、２－ピペラジン－１－エチルアミンおよび／またはピペラジン）を含有する水溶液でガス流を洗浄することによって、ガス流から二酸化炭素を除去するためのプロセスに関する。

【0042】

溶媒の特徴は、二酸化炭素の回収を始めるときに、機器のサイズおよびプロセスエネルギー要件の両方で役割を果たす。特定の状況では、溶媒を選定する場合に以下の要因を考慮することができる：
・循環容量（吸収器を出る溶媒中のＣＯ_２濃度と二酸化炭素回収システム中のリボイラーを出る溶媒中のＣＯ_２濃度との差）：循環容量が高いほどリボイラーの負荷が低くなり、ポンプにおける電力消費量が削減され、かつ機器が潜在的に小型化されるため、高いまたはより高い循環容量を有する溶媒が望ましく、これにより、投資コストを削減することができる；
・蒸発損失：炭素回収溶媒は、高い蒸気圧を示す場合、操作上の蒸発損失が大きくなる。従来、ガス処理プロセスは、蒸発による損失を軽減するために、吸収塔の上部に水洗浄セクションを組み込む。低い蒸気圧を有する溶媒の使用が望ましく、これはそのサイズの縮小、またはさらに水洗浄セクションに対する必要性にもつながる。

【0043】

これらの特性、すなわちＣＯ_２循環容量および蒸気圧は、ガス処理（例えば、炭素回収）プロセスプラントのプロセス設計および運用において重要な役割を果たす。一般に、高いＣＯ_２負荷容量および低い蒸気圧を有する吸収溶媒は、ガス処理プロセスプラントの運用コストを低く抑える。

【0044】

本明細書に記載の溶媒は、高いＣＯ_２負荷容量を達成することができる、立体障害アルカノールアミンを含む。２－アミノ－２－メチルプロパノールを含有する水性溶媒を利用する従来技術に対して、酸性ガス洗浄システムの性能における１つの特定の改善は、高ＣＯ_２溶媒負荷でのアミン塩の溶解度に関する。２５重量％を超える濃度で２－アミノ－２－メチルプロパノール（ＡＭＰ）を含有する溶液は、高レベルのＣＯ_２を負荷すると、塩が比較的不溶性であるため、重炭酸塩として溶液から沈殿する傾向がある。しかしながら、本発明者らは、水溶液中の２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＨＰＤ）および２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＥＰＤ）の重炭酸塩の溶解度が２－アミノ－２－メチルプロパノール溶媒混合物の場合よりもはるかに大きいことを発見し、それにより２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＨＰＤ）および／または２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＥＰＤ）を含有する溶液が、沈殿することなくより高い容量のＣＯ_２負荷を提供することが見出された。理論に縛られることを望まないが、沈殿することなくこのより高い容量のＣＯ_２負荷は、反応系におけるアミン重炭酸塩の溶解度に起因すると考えられる。

【0045】

本発明者らは、ＡＨＰＤおよびＡＥＰＤを用いてこの発見を行ったが（水溶液中のＡＨＰＤおよびＡＥＰＤの重炭酸塩の溶解度は、２－アミノ－２－メチルプロパノール溶媒混合物の場合よりもはるかに大きい）、この発見は、２－アミノ－２－メチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＭＰＤ）；２－メチルアミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール（別名ＭＡＥＰＤ）；２－メチルアミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール（別名ＭＡＨＰＤ）；および、２－メチルアミノ－２－メチル－１，３－プロパンジオール（別名ＭＡＭＰＤ）を含む他の「立体障害アルカノールアミン」にも当てはまると考えられる。

【0046】

本明細書に記載の溶媒は、高いＣＯ_２負荷容量のために立体障害アルカノールアミンを含む。従来技術のＮ－メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）と比較して酸性ガス洗浄システムの性能を改善するために、これは、比較的低い二酸化炭素負荷容量をもたらす。ＭＤＥＡを含有する従来技術の溶媒技術より２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＨＰＤ）および／または２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール（別名ＡＥＰＤ）を含有する水溶液では、著しく高い二酸化炭素負荷が観察される。

【0047】

酸性ガス洗浄システムの動力学を改善し、二酸化炭素などの酸性ガス洗浄システムを深く除去するために、ポリアミン（「アミン活性剤」と呼ぶことができる）（例えば、２－ピペラジン－１－エチルアミン（別名ＡＥＰ））は、少なくとも１つの立体障害アルカノールアミンを含有する水性溶媒系で利用され得る。本発明の溶媒に含まれる適切な「ポリアミン」の他の例には、１－（２－ヒドロキシエチル）ピペラジン；ピペラジン；１，４－ジアミノシクロヘキサン；４－アミノピペリジン；４－アミノ－１－ピペリジンエタノール；３－ジメチルアミノ－１－プロピルアミン；Ｎ－メチルアミノ－１－プロピルアミン；３－ジエチルアミノ－１－プロピルアミン；およびＮ－エチルアミノ－１－プロピルアミンが含まれる。

【0048】

本明細書に開示されるガスをガス流から吸収するための混合物には、少なくとも１つの立体障害アルカノールアミン（例えば、２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオールおよび／または２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール）が含まれる。この混合物は、酸性ガスの吸収に適した吸収能力および選択性を実証している。さらに、この混合物の性能は、１バール～５０バールなどの比較的高いＣＯ_２分圧で有益である。本明細書に開示される溶媒系の液体／ガス比は、例えば、高圧および／または深い二酸化炭素除去で操作され得る。

【0049】

適切な活性剤化合物（別名ポリアミン）を、例えば、立体障害アルカノールアミンよりも比較的少量で添加すると、当技術分野で既知の同様の水性化学吸収剤と比較して、比較的高圧でより多くの二酸化炭素のフラッシュが可能になる。例えば、ＡＥＰの添加は、当技術分野で現在既知のシステムと比較して、システムの改善された動力学をもたらし、それにより、液体／ガス比の改善および溶媒システムの蒸気圧の低下をもたらす。さらに、二酸化炭素の深い除去が得られ得る。

【0050】

したがって、本開示は、水溶液中で、ガス流を、立体障害アルカノールアミン（例えば、２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオールおよび／または２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール）；ならびにポリアミン（別名アミン活性剤）（例えば、２－ピペラジン－１－エチルアミン）；を含む水溶液で洗浄することによって、ガス流から二酸化炭素、および任意選択で硫化水素を除去するためのプロセスを提供する。

【0051】

本明細書に開示されるプロセスにおいて処理されるガスは、例えば、（触媒的）部分酸化によって、ならびに／または炭化水素、例えば、メタン、天然もしくは関連ガス、ナフサ、ディーゼルおよび液体残留画分、石炭／バイオマスガス化に由来するガス、コークスオーブンガス、精製ガス、水素および水素含有ガス、ならびに合成ガスまたは天然ガスの蒸気メタン改質によって、得られる合成ガスであり得る。プロセスは、１５℃～９０℃の温度で実施され得る。あるいは、プロセスは、２５℃～８０℃で実施され得る。あるいは、プロセスは、４０℃～６５℃で実施され得る。プロセスは、１０バール～１５０バールの圧力で実施され得る。あるいは、プロセスは、１５バール～９０バールの圧力で実施され得る。

【0052】

開示されたプロセスは、負荷された溶媒の再生を通じて連続的に実施され得る。ガス混合物と吸収性溶媒との接触は、当技術分野で既知の任意の手段を通じて行われ得る。例えば、ガス混合物と吸収性溶媒との接触は、バルブトレイ、バブルキャブトレイ、バッフルなどを有する吸収カラム中で実施され得、構造化された／ランダムなパッキングも適用され得る。溶媒／ガス比を変更すると、除去されるＣＯ_２の量が最適化され得る。溶媒／ガス比は、１．０～１０．０（ｗ／ｗ）であり得る。負荷された溶媒は、ＣＯ_２および任意選択でＨ_２Ｓに加えて、炭化水素、一酸化炭素、水素、および他の潜在的な汚染物質などの精製されるガス混合物からのかなりの量の他の化合物を含有し得る。これらの（非酸性）化合物は、ＣＯ_２および任意選択のＨ_２Ｓに属する分圧の合計よりも高い圧力までのフラッシングにより、負荷された溶媒から除去され得る。このシナリオでは、少量のＣＯ_２および任意選択でＨ_２Ｓが、（非酸性）化合物とともに溶媒から放出される。負荷された溶媒はまた、第２のステップにおいて、一般的な温度で、ＣＯ_２および任意選択でＨ_２Ｓの分圧より低い圧力にフラッシュされ得る。このフラッシングは、１バール～１５バールの圧力で実施され得る。あるいは、このフラッシングは、１バール～１０バールで実施され得る。あるいは、フラッシングは、周囲圧力で発生し得る。フラッシング後、負荷された溶媒は、比較的高温および１バール～５バールの圧力で再生され得る。あるいは、負荷された溶媒の再生は、１バール～３バールで発生し得る。再生は、再生カラム中で、７０℃～１５０℃の温度で加熱することによって実施され得る。加熱は、蒸気または熱油で実施され得る。希薄吸収性溶媒は、吸収段階で再び使用され得る。リーン溶媒は、負荷された溶媒と熱交換され得る。

【0053】

さらに、現在特許請求されている発明の溶媒は、精製プロセスからＨ_２Ｓ、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、およびメルカプタンを除去することができ得、前述のガスを本明細書に開示されていない他の用途に有用にすることができ得る。

【0054】

いくつかの実施形態では、２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオールおよび／または２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオールなどの少なくとも１つの立体障害アミン（別名立体障害アルカノールアミン）は、２０重量％～６５重量％（もしくは４５重量％）で存在し、２－ピペラジン－１－エチルアミンおよび／またはピペラジンなどのアミン活性化剤（別名ポリアミン）は、３重量％～２５重量％で存在し、残りは、水（例えば、脱塩水）および不可避不純物である。

【0055】

いくつかの実施形態では、２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオールおよび／または２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオールなどの少なくとも１つの立体障害アミンは、３０重量％～４５重量％で存在し、２－ピペラジン－１－エチルアミンおよび／またはピペラジンなどのアミン活性剤（別名ポリアミン）は、５重量％～１５重量％で存在し、残りは、水および不可避不純物である。

【0056】

一例では、溶媒は、４０重量％の２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオールおよび／または４０重量％の２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール、および５重量％の２－ピペラジン－１－エチルアミンの組成を有し得、残りは、脱塩水および不可避不純物である。

【実施例】

【0057】

実施例１：

【表3】

ＭＤＥＡ＝Ｎ－メチル－ジエタノールアミン
ＰＺ＝ピペラジン
ＡＥＰＤ＝２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール
ＡＥＰ＝２－ピペラジン－１－エチルアミン
ＡＨＰＤ＝２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール
ＡＭＰ＝２－アミノ－２－メチルプロパノール

【0058】

従来技術（４５％ＭＤＥＡ＋５％ＰＺ）は、本発明（４５％ＡＥＰＤ＋５％ＡＥＰ）と比較して、ＣＯ_２負荷容量を提供する。

【0059】

ＣＯ_２負荷に関する従来技術（４５％ＡＭＰ＋５％ＰＺ）および／または（４５％ＡＭＰ＋５％のＡＥＰ）は、高レベルのＣＯ_２が負荷されたときに塩が比較的不溶性であるため、重炭酸塩として溶液から沈殿物を生じる。本発明の溶媒の重炭酸塩の溶解度（４５％ＡＥＰＤ＋５％ＡＥＰ）は、沈殿せず、著しく高いＣＯ_２負荷を提供する。したがって、現在特許請求されている発明の溶媒は、利点を提供する。

【0060】

実施例２：
２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール（ＡＥＰＤ）の存在は、比較的低い蒸気圧を提供し、したがって、少なくとも２－アミノ－２－メチルプロパノールを含む従来技術の溶媒と比較した場合、蒸発蒸気溶媒の損失を最小限に抑える。

【0061】

【表4】

【0062】

表４の値は、純粋な成分、つまり溶液中ではない場合について示す。

【0063】

実施例３：
図２は、従来技術の溶媒および現在特許請求されている発明による溶媒の４０℃での気液平衡データのグラフ表示である。図２のグラフから、現在特許請求されている発明による溶媒は、従来技術の溶媒と比較して、より高いＣＯ_２負荷を有する。

【0064】

例えば、６バール（６００ｋＰａ）のＣＯ_２分圧では、以下によるＣＯ_２負荷：
ａ．本発明（４５％ＡＥＰＤ＋５％ＡＥＰ）：４．７６ｍｏｌ ＣＯ_２／Ｌ溶媒、
ｂ．従来技術（４５％ＭＤＥＡ＋５％ＰＺ）：４．３０ｍｏｌ ＣＯ_２／Ｌ溶媒
ＭＤＥＡ＝Ｎ－メチル－ジエタノールアミン
ＰＺ＝ピペラジン
ＡＥＰＤ＝２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール
ＡＥＰ＝２－ピペラジン－１－エチルアミン

【0065】

ａ．およびｂ．では、残りは、脱塩水である。

【0066】

本発明による溶媒（ａ．）は、従来技術（ｂ．）と比較した場合、６バール（６００ｋＰａ）のＣＯ_２分圧として著しく高いＣＯ_２負荷を有する。したがって、本発明による溶媒は、従来技術に勝る利点を提供する。

【0067】

インド特許出願第２０１８１１０２３８７２号（２０１８年６月２６日出願）から、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる：

【0068】

図１は、４０℃での気相中のＣＯ_２の分圧と溶媒中のＣＯ_２の負荷（つまり濃度）との間の気液平衡（ＶＬＥ）の関係を示すグラフを示す。

【0069】

【表5】

【0070】

表５では、成分は、重量％で示される。いずれの場合も、残りは、脱塩水である。
ＤＥＥＡ＝２－（ジエチルアミノ）エタノール
ＡＨＰＤ＝２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール
ＡＥＰＤ＝２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール
ＡＥＰ＝２－ピペラジン－１－エチルアミン

【0071】

Ａ１．溶媒であって、
第三級アミン（例えば、Ｎ－メチル－ジエタノールアミンおよび／もしくは２－（ジエチルアミノ）エタノール）、ならびに／または
立体障害アミン（もしくは立体障害アルカノールアミン）（例えば、２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール，２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール、および／もしくは２－アミノ－２－メチル－１－プロパノール）、ならびに／または
ポリアミン（例えば、２－ピペラジン－１－エチルアミンおよび／もしくは１－（２－ヒドロキシエチル）ピペラジン）、ならびに／または
炭酸緩衝液（例えば、炭酸カリウム）、ならびに／または
水（例えば、脱イオン水）
を含む、溶媒。

【0072】

Ａ２．溶媒が、アミノヒンダードアルコール（任意選択で、アミノ－２－メチル－１－プロパノール）、ポリアミン（任意選択で、アミノエチルピペラジン）、および水を含む、条項Ａ１に記載の溶媒。

【0073】

インド特許出願第２０１８１１０２４５８２号（２０１８年７月２日出願）から、その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる：

【0074】

いくつかの実施形態では、強化溶媒は、アルカノールアミン、反応性アミン、および炭酸塩緩衝液を含む。強化溶媒は、いくつかの実施形態では、第三級アミン（例えば、Ｎ－メチル－ジエタノールアミンおよび／もしくは２－（ジエチルアミノ）エタノール）、ならびに／または、立体障害アミン（もしくは立体障害アルカノールアミン）（例えば、２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール、２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール、２－メチルアミノ２－メチルプロパノール、および／もしくは２－アミノ－２－メチル－１－プロパノール）、ならびに／またはポリアミン（例えば、２－ピペラジン－１－エチルアミンおよび／もしくは１－（２－ヒドロキシエチル）ピペラジン）、ならびに／または炭酸塩緩衝液（例えば、炭酸カリウム）、ならびに／または水（例えば、脱イオン水）を含む。

【0075】

本発明の一例では、溶媒は、強化溶媒であり得る。任意選択で、強化溶媒は、第三級アミン、立体障害アミン（または立体障害アルカノールアミン）、ポリアミン、塩、および水を含む。マイクロ波放射とともに強化溶媒の使用は、典型的には、溶媒によるマイクロ波放射の吸収を増加させるために適用される。強化溶媒は、任意選択で、水、炭酸塩、重炭酸塩、およびカルバメート塩を含有する。温度の上昇が観察され得る。理論に縛られることを望まないが、温度の上昇は、溶媒成分とマイクロ波放射との間の相互作用によって引き起こされ、溶媒成分の双極子の回転およびイオン伝導メカニズムをもたらす。

【0076】

任意選択で、強化溶媒中の第三級アミンは、Ｎ－メチル－ジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）または２－（ジエチルアミノ）エタノール（ＤＥＡ）のうちの１つ以上である。任意選択で、強化溶媒中の立体障害アミン（または立体障害アルカノールアミン）は、２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール（ＡＥＰＤ）、２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール（ＡＨＰＤ）、または２－アミノ－２－メチル－１－プロパノール（ＡＭＰ）のうちの１つ以上である。任意選択で、強化溶媒中のポリアミンは、２－ピペラジン－１－エチルアミン（ＡＥＰ）または１－（２－ヒドロキシエチル）ピペラジンのうちの１つ以上である。任意選択で、強化溶媒中の塩は、炭酸カリウムである。任意選択で、溶媒が単一の液相を示すように、水（例えば、脱イオン水）が溶媒に含まれる。

【0077】

Ｂ１．強化溶媒であって、
第三級アミン（例えば、Ｎ－メチル－ジエタノールアミンおよび／もしくは２－（ジエチルアミノ）エタノール）、ならびに／または
立体障害アミン（別名アルカノールアミン）（例えば、２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール、２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール、および／もしくは２－アミノ－２－メチル－１－プロパノール）、ならびに／または
ポリアミン（例えば、２－ピペラジン－１－エチルアミンおよび／もしくは１－（２－ヒドロキシエチル）ピペラジン）、ならびに／または
炭酸緩衝液（例えば、炭酸カリウム）、ならびに／または
水（例えば、脱イオン水）
を含む、強化溶媒。

【0078】

Ｂ２．強化溶媒が、アルカノールアミン、反応性アミン、および炭酸緩衝液を含む溶媒である、条項Ｂ１の強化溶媒。

【0079】

Ｂ３．強化溶媒がモノエタノールアミンを含まない、条項Ｂ１または条項Ｂ２の強化溶媒。

【0080】

本明細書および特許請求の範囲で使用される場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語およびそれらの変形は、指定された特徴、ステップ、または整数が含まれることを意味する。これらの用語は、他の機能、ステップ、または成分の存在を除外するものと解釈されるべきではない。

【0081】

特定の形態で、または開示された機能を実行するための手段に関して、または必要に応じて開示された結果を達成するための方法もしくはプロセスに関して表現された、前述の説明、または以下の特許請求の範囲、または添付の図面に開示された特徴は、別々に、またはそのような特徴の任意の組み合わせで、その多様な形態で本発明を実現するために利用され得る。

【0082】

本発明の特定の例示的な実施形態が説明されてきたが、添付の特許請求の範囲は、これらの実施形態のみに限定されることを意図するものではない。特許請求の範囲は、文字通り、目的を持って、および／または等価物を包含するように解釈されるべきである。

【図1】

【図2】