JP2009537299A - 再生のためのエネルギー必要量が低減された、二酸化炭素吸収剤 - Google Patents
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Abstract
Description
(A)少なくとも1のアミンおよび
(B)少なくとも1のアミノカルボン酸および/またはアミノスルホン酸
の水溶液を含む吸収剤によって解決される。
(A)1のアミンまたは複数のアミンの組み合わせを10〜65質量%、有利には20〜40質量%および
(B)少なくとも1のアミノカルボン酸および/またはアミノスルホン酸を1〜40質量%、有利には10〜30質量%を含有している。
α−アミノ酸、たとえばグリシン(アミノ酢酸)、N−メチルグリシン(N−メチルアミノ酢酸、サルコシン)、N,N−ジメチルグリシン(ジメチルアミノ酢酸)、N−エチルグリシン、N,N−ジエチルグリシン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)グリシン(BICINE)、アラニン(2−アミノプロピオン酸)、N−メチルアラニン(2−(メチルアミノ)−プロピオン酸)、N,N−ジメチルアラニン、N−エチルアラニン、2−メチルアラニン(2−アミノイソ酪酸)、レシチン(2−アミノ−4−メチルペンタン−1−酸)、N−メチルロイシン、N,N−ジメチルロイシン、イソロイシン(2−アミノ−3−メチルペンタン酸)、N−メチルイソロイシン、N,N−ジメチルイソロイシン、バリン(2−アミノイソ吉草酸)、α−メチルバリン(2−アミノ−2−メチルイソ吉草酸)、N−メチルバリン(2−メチルアミノイソ吉草酸)、N,N−ジメチルバリン、プロリン(ピロリジン−2−カルボン酸)、N−メチルプロリン、セリン(2−アミノ−3−ヒドロキシ−プロパン−1−酸)、N−メチルセリン、N,N−ジメチルセリン、2−(メチルアミノ)イソ酪酸、ピペリジン−2−カルボン酸、N−メチル−ピペリジン−2−カルボン酸、
β−アミノ酸、たとえば3−アミノプロピオン酸(β−アラニン)、3−メチルアミノプロピオン酸、3−ジメチルアミノプロピオン酸、イミノジプロピオン酸、N−メチルイミノジプロピオン酸、ピペリジン−3−カルボン酸、N−メチル−ピペリジン−3−カルボン酸、
またはアミノカルボン酸、たとえばピペリジン−4−カルボン酸、N−メチル−ピペリジン−4−カルボン酸、4−アミノ酪酸、4−メチルアミノ酪酸、4−ジメチルアミノ酪酸、6−アミノヘキサン酸である。
アミノメタンスルホン酸、タウリン(2−アミノエタンスルホン酸)、N−メチルタウリン(2(メチルアミノ)エタンスルホン酸)である。
アルカノールアミン(アミノアルコール)、たとえば
2−アミノエタノール(モノエタノールアミン、MEA)、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)アミン(ジエタノールアミン、DEA)、N,N−ビス(2−ヒドロキシプロピル)アミン(ジイソプロパノールアミン、DIPA)、トリス(2−ヒドロキシエチル)アミン(トリエタノールアミン、TEA)、トリブタノールアミン、ビス(2−ヒドロキシエチル)メチルアミン(メチルジエタノールアミン、MDEA)、2−ジエチルアミノエタノール(ジエチルエタノールアミン、DEEA)、2−ジメチルアミノエタノール(ジメチルエタノールアミン、DMEA)、3−ジメチルアミノ−1−プロパノール(N,N−ジメチルプロパノールアミン)、3−ジエチルアミノ−1−プロパノール、2−ジイソプロピルアミノエタノール(DIEA)、N,N−ビス(2−ヒドロキシプロピル)メチルアミン(メチルジイソプロパノールアミン、MDIPA)、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール(AMP)、1−アミノ−2−メチル−プロパン−2−オール、2−アミノ−1−ブタノール(2−AB)、
アミノエーテル、たとえば
2−(2−アミノエトキシ)エタノール(AEE)、2−(2−t−ブチルアミノエトキシ)エタノール(EETB)、3−メトキシプロピルジメチルアミン、
2第三級ジアミン、たとえば
N,N,N′,N′−テトラメチルエチレンジアミン、N,N−ジエチル−N′,N′−ジメチルエチレンジアミン、N,N,N′,N′−テトラエチルエチレンジアミン、N,N,N′,N′−テトラメチルプロパンジアミン(TMPDA)、N,N,N′,N′−テトラエチルプロパンジアミン(TEPDA)、N,N−ジメチル−N′,N′−ジエチルエチレンジアミン(DMDEEDA)、1−ジメチルアミノ−2−ジメチルアミノエトキシエタン(ビス[2−(ジメチルアミノ)エチル]エーテル)、
脂環式アミン、たとえば
シクロヘキシルメチルジメチルアミン、
およびこれらの混合物である。
たとえば一般式
N(Ra)2-n(Rb)1+nまたは(Ra)2-n(Rb)nN−X−N(Ra)2-m(Rb)m
[式中、Raは、アルキル基を表し、Rbは、ヒドロキシアルキル基を表し、Xは、1もしくは複数の酸素により中断されていてもよいアルキレン基を表し、かつnおよびmは、0〜2の整数を表す。Raは、たとえば1〜10個の炭素原子を有するアルキル基(C1〜C10−アルキル)、有利には1〜6個の炭素原子を有するアルキル基(C1〜C6−アルキル)、および特に1〜4個の炭素原子を有するアルキル基(C1〜C4−アルキル)を表し、Rbは、たとえば2〜10個の炭素原子を有するヒドロキシアルキル基(ヒドロキシ−C2〜C10−アルキル)、有利にはヒドロキシ−C2〜C6−アルキル、および特にヒドロキシ−C2〜C4−アルキルを表し、Xは、たとえば1〜10個、有利には2〜6個、および特に2、3または4個の炭素原子を有するアルキレン基を表し、該基は、1もしくは複数の、たとえば2個または3個の酸素原子によって中断されていてもよい]の第三級アミン。
および
A2)以下のものから選択される立体障害アミン
(i)第三級炭素原子に結合している第一級アミノ基を有するアミン、たとえば2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール(AMP)
(ii)第二級または第三級炭素原子に結合している第二級アミノ基を有するアミン、および
(iii)第三級または第四級炭素原子がアミノ基に対してβ−位に配置されているアミン、たとえば1−アミノ−2−メチルプロパン−2−オール。
C1)環中に少なくとも1のNH基を有し、さらに環中に窒素および酸素から選択されるヘテロ原子を1個または2個有する5員、6員または7員の飽和複素環、
たとえばピペラジン、2−メチルピペラジン、N−メチルピペラジン、N−エチルピペラジン、N−アミノエチルピペラジン、ホモピペラジン、ピペリジンおよびモルホリン、
C2)第一級または第二級アルカノールアミン、
たとえば2−アミノエタノール(モノエタノールアミン、MEA)、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)アミン(ジエタノールアミン、DEA)、N,N−ビス(2−ヒドロキシプロピル)アミン(ジイソプロパノールアミン、DIPA)、2−(メチルアミノ)エタノール、2−(エチルアミノ)エタノール、2−(n−ブチルアミノ)エタノール、2−アミノ−1−ブタノール(2−AB)、3−アミノ−1−プロパノールおよび5−アミノ−1−ペンタノール、
C3)式
H2N−R2−NH2
[式中、R2は、C2〜C6−アルキレンを表す]のアルキレンジアミン、
たとえばヘキサメチレンジアミン、1,4−ジアミノブタン、1,3−ジアミノプロパン、2,2−ジメチル−1,3−ジアミノプロパン、
式
R1−NH−R2−NH2
[式中、R1は、C1〜C6−アルキルを表し、かつR2は、C2〜C6−アルキレンを表す]のアルキレンジアミン、
たとえば3−メチルアミノプロピルアミン、
(R1)2N−R2−NH2
[式中、R1は、C1〜C6−アルキルを表し、かつR2は、C2〜C6−アルキレンを表す]のアルキレンジアミン、
3−(ジメチルアミノ)プロピルアミン(DMAPA)および3−(ジエチルアミノ)プロピルアミン、
C4)ポリアルキレンポリアミン
たとえばジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンおよびテトラエチレンペンタミン
好ましい活性剤の例は、ピペラジン、2−メチルピペラジン、N−メチルピペラジン、ホモピペラジン、ピペリジンおよびモルホリンならびに3−メチルアミノプロピルアミンである。
A′1)環中に少なくとも1のNH基を有し、さらに環中に窒素および酸素から選択されるヘテロ原子を1個または2個有する5員、6員または7員の飽和複素環、
たとえばピペラジン、2−メチルピペラジン、N−メチルピペラジン、N−エチルピペラジン、N−アミノエチルピペラジン、ホモピペラジン、ピペリジンおよびモルホリン、
A′2)第一級または第二級アルカノールアミン、
たとえば2−アミノエタノール(モノエタノールアミン、MEA)、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)アミン(ジエタノールアミン、DEA)、N,N−ビス(2−ヒドロキシプロピル)アミン(ジイソプロパノールアミン、DIPA)、2−(メチルアミノ)エタノール、2−(エチルアミノ)エタノール、2−(n−ブチルアミノ)エタノール、2−アミノ−1−ブタノール(2−AB)、3−アミノ−1−プロパノールおよび5−アミノ−1−ペンタノールである。
H2N−R2−NH2
[式中、R2は、C2〜C6−アルキレンを表す]のアルキレンジアミン、たとえばヘキサメチレンジアミン、1,4−ジアミノブタン、1,3−ジアミノプロパン、2,2−ジメチル−1,3−ジアミノプロパン、
式
R1−NH−R2−NH2
[式中、R1は、C1〜C6−アルキルを表し、かつR2は、C2〜C6−アルキレンを表す]のアルキレンジアミン
たとえば3−メチルアミノプロピルアミン、
(R1)2N−R2−NH2
[式中、R1は、C1〜C6−アルキルを表し、かつR2は、C2〜C6−アルキレンを表す]
3−(ジメチルアミノ)プロピルアミン(DMAPA)および3−(ジエチルアミノ)プロピルアミン、
A′4)ポリアルキレンポリアミン、
たとえばジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンおよびテトラエチレンペンタミン
A′5)アミノエーテル
たとえば2−(2−アミノエトキシ)エタノール(AEE)、2−(2−t−ブチルアミノエトキシ)エタノール(EETB)および3−メトキシプロピルジメチルアミン、
アミン(A)をアミンA′1)、A′2)、A′3)、A′4)およびA′5)から選択する場合、1実施態様では、成分(B)として、特にN,N−二置換アミノカルボン酸、たとえばN−ジ−C1−アルキル−アミノカルボン酸が適切である。有利なN,N−二置換アミノカルボン酸の例は、N,N−ジメチルグリシン、3−ジメチルアミノプロピオン酸およびジメチルアミノイソ酪酸である。同様に特に適切であるのは、α−炭素原子が水素以外の置換基のみを有するα−アミノ酸、たとえば2−アミノイソ酪酸(2−メチルアラニン)である。
a)有機物質、たとえば煙道ガスの酸化、
b)有機物質を含有する廃棄物の堆肥化および貯蔵、
または
c)有機物質の細菌による分解。
a)たとえば70〜110℃への加熱、
b)放圧、または
c)不活性流体を用いたストリッピング
またはこれらの措置の2つもしくは全ての組み合わせによって行われる。
以下に記載される結果は、40℃および120℃での以下の系の平衡測定に基づいている:
CO2/N,N−ジメチルグリシン/MEA(モノエタノールアミン)/水
CO2/2−メチルアラニン(α−アミノイソ酪酸)/MEA/水
これらの測定は、以下のとおりに実施した:
ガラス製耐圧容器(容量=110cm3もしくは230cm3)中に、定義された量のアミン・水混合物もしくはアミン・アミノ酸・水混合物を装入し、排気し、かつ一定の温度で二酸化炭素を段階的に定義された気体体積を超えて計量供給した。液相中に溶解された量の二酸化炭素を気相のガス空間補正後に計算した。
全ての溶剤混合物に関して、全圧力1バールで0.13バールのCO2分圧を有するCO2含有煙道ガス(=13%CO2含有率)を用いて処理した吸収装置中で使用することを前提とした。評価のために、吸収装置の塔底において、40℃の温度が存在することを前提とした。再生の際に、脱着装置の塔底において、約120℃の温度が優勢である。容量の評価のために、吸収装置の塔底において、平衡状態が達成されている、つまり平衡分圧が、供給ガスの分圧である13kPaと同じであることが前提とされる。脱着は通常、約200kPaで運転される。純粋な水は120℃で約198kPaの分圧を有する。アミン溶液中で、水の分圧は若干低いので、この場合、脱着装置の塔底において5kPaのCO2分圧が前提とされる。ここでも平衡の達成は、近似値として仮定される。従って、種々の溶液の容量は、以下のとおりに確認される:
a)供給ガスのCO2分圧は13kPaの一定のラインで、40℃の平衡曲線の交点における溶液1kgあたりのCO2のモルでの負荷から(平衡状態で吸収装置の塔底での負荷された溶液)および
b)5kPaの一定のCO2分圧のラインで、120℃の平衡曲線での交点から(平衡状態において脱着装置の塔底における再生溶液)。
図2: 1 導管、 2 吸収装置、 3 導管、 4 導管、 5 導管、 6 高圧放圧塔、 7 導管、 8 導管、 9 熱交換器、 10 脱着塔、 11 熱交換器、 12 捕集容器、 13 導管、 14 ポンプ、 15 導管、 16 ポンプ、 17 導管、 18 熱交換器、 19 放圧タービン、 20 熱交換器
Claims (23)
- (A)少なくとも1のアミンおよび
(B)少なくとも1のアミノカルボン酸および/またはアミノスルホン酸
の水溶液を含む吸収剤であって、その際、該吸収剤は実質的に無機の塩基性塩を含有していない、流体流から二酸化炭素を除去するための吸収剤。 - (A)1のアミンまたは複数のアミンの組み合わせ10〜65質量%および
(B)アミノカルボン酸および/またはアミノスルホン酸1〜40質量%
を含む、請求項1記載の吸収剤 - アミン(A)が、標準圧力で少なくとも120℃の沸点を有する、請求項1または2記載の吸収剤。
- アミノカルボン酸が、α−アミノ酸またはβ−アミノ酸である、請求項1から3までのいずれか1項記載の吸収剤。
- アミノカルボン酸が、N−モノ−C1〜C4−アルキルアミノカルボン酸およびN,N−ジ−C1〜C4−アルキルアミノカルボン酸から選択されている、請求項1から4までのいずれか1項記載の吸収剤。
- アミノカルボン酸が、その中でα−炭素原子が水素以外の置換基のみを有するα−アミノ酸である、請求項1から3までのいずれか1項記載の吸収剤。
- A1)第三級アミン
A2)(i)第三級炭素原子に結合している第一級アミノ基を有するアミン、(ii)第二級もしくは第三級炭素原子に結合している第二級アミノ基を有するアミン、および(iii)第三級または第四級炭素原子がアミノ基に対してβ−位に配置されているアミンから選択される立体障害アミン
から選択される少なくとも1のアミン(A)を含む、請求項1から4までのいずれか1項記載の吸収剤。 - 第三級アミンが、一般式
N(Ra)2-n(Rb)1+nまたは(Ra)2-nN−X−N(Ra)2-m(Rb)m
[式中、Raは、アルキル基を表し、Rbは、ヒドロキシアルキル基を表し、Xは、1もしくは複数の酸素により中断されていてもよいアルキレン基を表し、かつnおよびmはそれぞれ0〜2の整数を表す]を有する、請求項7記載の吸収剤。 - 第三級アミンが、トリス(2−ヒドロキシエチル)アミン、トリス(2−ヒドロキシプロピル)アミン、トリブタノールアミン、ビス(2−ヒドロキシエチル)−メチルアミン、2−ジエチルアミノエタノール、2−ジメチルアミノエタノール、3−ジメチルアミノ−1−プロパノール、3−ジエチルアミノ−1−プロパノール、2−ジイソプロピルアミノエタノール、N,N−ビス(2−ヒドロキシプロピル)メチルアミン(メチルジイソプロパノールアミン、MDIPA)、N,N,N′,N′−テトラメチルエチレンジアミン、N,N−ジエチル−N′,N′−ジメチルエチレンジアミン、N,N,N′,N′−テトラエチルエチレンジアミン、N,N,N′,N′−テトラメチルプロパンジアミン、N,N,N′,N′−テトラエチルプロパンジアミン、N,N−ジメチル−N′,N′−ジエチルエチレンジアミンおよび2−(2−ジメチルアミノエトキシ)−N,N−ジメチルエタンアミンから選択されている、請求項7または8記載の吸収剤。
- 立体障害アミンが、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールおよび1−アミノ−2−メチルプロパン−2−オールから選択されている、請求項7記載の吸収剤。
- さらに少なくとも1の第一級または第二級アミンを活性化剤として含む、請求項7から10までのいずれか1項記載の吸収剤。
- 活性化剤が、
C1)環中に少なくとも1のNH基を有し、さらに環中に窒素および酸素から選択される1もしくは2のヘテロ原子を有していてもよい5員、6員または7員の飽和複素環
C2)第一級または第二級アルカノールアミン、
C3)式
H2N−R2−NH2
R1−NH−R2−NH2または
(R1)2N−R2−NH2
[式中、R1は、C1〜C6−アルキルを表し、かつR2は、C2〜C6−アルキレンを表す]のアルキレンジアミン
C4)ポリアルキレンポリアミン
から選択されている、請求項11記載の吸収剤。 - 活性化剤が、
C1)ピペラジン、2−メチルピペラジン、N−メチルピペラジン、N−エチルピペラジン、N−アミノエチルピペラジン、ホモピペラジン、ピペリジンおよびモルホリン、
C2)2−アミノエタノール、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)アミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシプロピル)アミン、2−(メチルアミノ)エタノール、2−(エチルアミノ)エタノール、2−(n−ブチルアミノ)エタノール、2−アミノ−1−ブタノール、3−アミノ−プロパノールおよび5−アミノ−1−ペンタノール、
C3)ヘキサメチレンジアミン、1,4−ジアミノブタン、1,3−ジアミノプロパン、2,2−ジメチル−1,3−ジアミノプロパン、3−メチルアミノプロピルアミン、3−(ジメチルアミノ)プロピルアミン、3−(ジエチルアミノ)プロピルアミン、
C4)ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン
から選択されている、請求項12記載の吸収剤。 - N−非置換アミノカルボン酸、N−モノ置換アミノカルボン酸、N−非置換アミノスルホン酸および/またはN−モノ置換アミノスルホン酸を含む、請求項7から10までのいずれか1項記載の吸収剤。
- アミノカルボン酸が、2−アミノ酢酸、2−アミノプロピオン酸、N−メチルアラニン、N−メチルグリシン、2−アミノイソ酪酸、ピペリジン−4−カルボン酸、ピペリジン−3−カルボン酸、ピペリジン−2−カルボン酸、2−アミノ−3−メチル−酪酸、2−アミノ−4−メチルペンタン酸、2−アミノ−3−メチル−ペンタン酸、N−メチルアミノイソ酪酸、β−アミノ酪酸、3−アミノプロピオン酸、2−アミノ−4−メチルスルファニル−ブタン酸、2−アミノエタンスルホン酸および/または2−(メチルアミノ)エタンスルホン酸である、請求項14記載の吸収剤。
- A′1)環中に少なくとも1のNH基を有し、さらに環中に窒素および酸素から選択される1もしくは2のヘテロ原子を有していてもよい5員、6員または7員の飽和複素環
A′2)第一級または第二級アルカノールアミン、
A′3)式
H2N−R2−NH2
R1−NH−R2−NH2または
(R1)2N−R2−NH2
[式中、R1は、C1〜C6−アルキルを表し、かつR2は、C2〜C6−アルキレンを表す]のアルキレンジアミン
A′4)ポリアルキレンポリアミン、
A′5)アミノエーテル
から選択される少なくとも1のアミン(A)を含む、請求項1から4までのいずれか1項記載の吸収剤。 - アミン(A)が、
A′1)ピペラジン、2−メチルピペラジン、N−メチルピペラジン、N−エチルピペラジン、N−アミノエチルピペラジン、ホモピペラジン、ピペリジンおよびモルホリン、
A′2)2−アミノエタノール、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)アミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシプロピル)アミン、2−(メチルアミノ)エタノール、2−(エチルアミノ)エタノール、2−(n−ブチルアミノ)エタノール、2−アミノ−1−ブタノール、3−アミノ−プロパノールおよび5−アミノ−1−ペンタノール、
A′3)ヘキサメチレンジアミン、1,4−ジアミノブタン、1,3−ジアミノプロパン、2,2−ジメチル−1,3−ジアミノプロパン、3−メチルアミノプロピルアミン、3−(ジメチルアミノ)プロピルアミン、3−(ジエチルアミノ)プロピルアミン、
A′4)ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、
A′5)2−(2−アミノエトキシ)エタノール、2−(2−t−ブチルアミノエトキシ)エタノール
から選択されている、請求項16記載の吸収剤。 - N,N−二置換アミノカルボン酸を含む、請求項16または17記載の吸収剤。
- アミノカルボン酸が、N,N−ジメチルグリシン、3−ジメチルアミノプロピオン酸、ジメチルアミノイソ酪酸である、請求項18記載の吸収剤。
- N−非置換アミノカルボン酸、N−モノ置換アミノカルボン酸、N−非置換アミノスルホン酸および/またはN−モノ置換アミノスルホン酸を含む、請求項16または17記載の吸収剤。
- アミノカルボン酸が、2−アミノ酢酸、2−アミノプロピオン酸、N−メチルアラニン、N−メチルグリシン、2−アミノイソ酪酸、ピペリジン−4−カルボン酸、ピペリジン−3−カルボン酸、ピペリジン−2−カルボン酸、2−アミノ−3−メチル−酪酸、2−アミノ−4−メチルペンタン酸、2−アミノ−3−メチル−ペンタン酸、N−メチルアミノイソ酪酸、β−アミノ酪酸、3−アミノプロピオン酸、2−アミノ−4−メチルスルファニル−ブタン酸、2−アミノエタンスルホン酸および/または2−(メチルアミノ)エタンスルホン酸である、請求項20記載の吸収剤。
- 流体流から二酸化炭素を除去する方法であって、流体流を、請求項1から21までのいずれか1項記載の吸収剤と接触させる、流体流からの二酸化炭素の除去法。
- 負荷された吸収剤を、
a)加熱、
b)放圧、
c)不活性流体を用いたストリッピング、またはこれらの措置の2つもしくは全ての組み合わせによって再生する、請求項22記載の方法。
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