JP2014512944A - 熱安定性アミン塩のアミン吸収剤からの除去方法 - Google Patents

熱安定性アミン塩のアミン吸収剤からの除去方法 Download PDF

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Abstract

二酸化炭素（ＣＯ2）回収法で使用されたアミン吸収剤から熱安定性アミン塩を除去するための方法および装置において、前記方法は、熱安定性アミン塩を含むアミン吸収剤を前記ＣＯ2回収法から取り出すことと、その取り出された熱安定性アミン塩を含むアミン吸収剤を残留ＣＯ2除去工程（１１７）に供することと、前記残留ＣＯ2除去工程からのアミン吸収剤（１２０）を分離工程（１１６）に供して、熱安定性アミン塩（１２４）とアミン吸収剤とを分離することと、熱安定性アミン塩の濃度が下げられたアミン吸収剤を前記ＣＯ2回収法へと返送することと、を含む前記方法が提供される。

Description

関連出願への相互参照
本出願は、２０１１年３月１８日に出願された"METHOD FOR THE REMOVAL OF HEAT STABLE AMINE SALTS FROM AN AMINE ABSORBENT"と題する仮特許出願第６１／４５４，０７９号の米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく利益を主張する。その開示内容は、本願では参照をもってその全体が開示されたものとする。
発明の分野
提案された発明は、二酸化炭素（ＣＯ2）回収法で使用されたアミン吸収剤から熱安定性アミン塩を除去するためのシステムおよび方法に関する。
背景
石炭、石油、天然ガス、泥炭、廃棄物などの燃料を、燃焼プラントにおいて、例えば発電所にスチームを提供するためのボイラシステムに関連するプラントにおいて燃焼するにあたり、高温のプロセスガス（または煙道ガス）が発生する。かかる煙道ガスは、しばしば、なかでも二酸化炭素（ＣＯ2）を含むことになる。二酸化炭素を大気に放出することの不利益な環境的作用は広く認識されており、上述の燃料の燃焼において発生する高温のプロセスガスから二酸化炭素を除去するための適合がなされたプロセスの開発をもたらしている。
ＣＯ2の工業的分離に使用されるプロセスにおいては、アミン化合物を含む液状溶液が吸収剤として通常使用されている。ガス流からＣＯ2を吸収するのに通常使用されるアミン化合物の例には、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）、ジイソプロピルアミン（ＤＩＰＡ）およびアミノエトキシエタノール（ジグリコールアミン）（ＤＧＡ）が含まれる。工業プラントで最も一般に使用されるアミン化合物は、ＭＥＡ、ＤＥＡおよびＭＤＥＡといったアルカノールアミン類である。
ガス流中のＣＯ2は、吸収プロセスにおいて液状吸収剤溶液中に捕捉される。ＣＯ2吸収器は、混合ガス流からアミン吸収剤中へとＣＯ2を化学的に吸収するために好適な条件（温度、圧力、乱流など）を達成するのに使用される。
吸収されたＣＯ2を含むアミン吸収剤は、引き続き再生され、それにより吸収されたＣＯ2は、該吸収剤から分離され、次いでその再生された吸収剤は、ＣＯ2吸収プロセスにおいて再利用される。こうして循環した吸収剤流が形成される。再生は、一般に、前記アミン吸収剤をストリッパのリボイラ中で、ＣＯ2が該吸収剤から放出される温度にまで加熱することによって達成される。
再生器のリボイラにおいては、その吸収剤は、高温（一般に約１１５℃以上）にさらされるが、一方、吸収器においては、その吸収剤は、より高いＯ2環境にさらされる。高温への曝露および／またはＯ2の存在の結果として、吸収剤のアミン溶剤は分解を受けることがあり、それより不所望な分解生成物が液相中に形成される。これらの分解生成物は、熱安定性塩または熱安定性アミン塩（ＨＳＳ）として知られており、それらは、循環吸収剤流中に蓄積することがある。そのＨＳＳは、吸収剤のＣＯ2吸収能を下げるため、それらを吸収剤流から除去することが好ましい。ＨＳＳ除去の一般的な方法は、循環している吸収剤から後流れ（slip stream）を採取し、バルクの吸収剤と前記ＨＳＳとをリクレーマ中で分離し、そして分離されたアミンを、再生された吸収剤として、循環している吸収剤ループへと戻して再循環させることである。リクレーマは、蒸留ユニット、イオン交換ユニットまたは電気透析ユニットからなりうる。
発明の趣旨
本発明の課題は、二酸化炭素（ＣＯ2）回収法で使用されたアミン吸収剤流から熱安定性塩（ＨＳＳ）を除去するための改善されたシステムおよび方法を提供することである。
アミンベースのＣＯ2回収システムにおいては、分離ステップ、例えば電気透析（ＥＤ）は、しばしば、該回収法において吸収剤を再循環させるためにアミン吸収剤と不所望なＨＳＳとを分離するために使用される。しかしながら、アミン吸収剤中のＣＯ2は、電気透析などの分離法には好ましくないことがあると判明した。
アミンベースのＣＯ2回収システムは、ときどき、ストリッパを出て行くリーンな溶剤中に比較的高いＣＯ2負荷が観察されるように稼働される。前記リーンな溶剤の後流れが再生ユニット、すなわち電気透析またはイオン交換のいずれかへと送られる場合に、その再生ユニットに供給される比較的高いリーン負荷により、相当の量のアミンが再生廃棄物流を通じて失われることが判明した。アミン損失が減ると、システムのアミン補給を大きく減らすことができ、経済的な利点を提供できる。
前記の問題点の解決策として、除去されるべき熱安定性塩を含むアミン吸収剤を、まず、例えばストリッパまたはフラッシュドラムそれぞれでのストリッピングおよび／またはフラッシングに供して、残留ＣＯ2を除去してから、それをアミン吸収剤とＨＳＳとの分離のためにアミンリクレーマへと送る方法およびシステムが提供される。そのストリッピング／フラッシング工程は、単純かつ確実であり、追加の投資費用および作業費用を少ししか伴わず、既存のシステムに組み込むことが容易である。ストリッピングは、ストリッパ中で行われ、そこでは、入ってくるアミン吸収剤は、スチームまたは電力によって、この場合にはＣＯ2などのより揮発性の高い成分が少なくとも部分的に蒸発してガス／蒸気出口を介してストリッパを出て行く温度にまで加熱される。ストリッピングは、必要に応じて、大気圧または高められた圧力もしくは低められた圧力で行われてよい。この場合にはバルクのアミン吸収剤などの、より揮発性の低い成分は、液体形で残留して、液体出口を介してストリッパを出て行く。フラッシングは、一般に、フラッシュドラムにおいて行われ、そこでは、入ってくるアミン吸収剤は、例えば絞り弁または他の絞り装置を通過することによって圧力の低下を受ける。より揮発性の高い成分、例えばＣＯ2は、少なくとも部分的に気化されて、ガス／蒸気出口を介してフラッシュドラムを出て行く。この場合にはバルクのアミン吸収剤などの、より揮発性の低い成分は、液体形で残留して、液体出口を介してフラッシュドラムを出て行く。前記のストリッピング／フラッシング工程は、アミン吸収剤中のＣＯ2量を低減に導くべきである。
ここで概説される態様によれば、二酸化炭素（ＣＯ2）回収法で使用されたアミン吸収剤から熱安定性アミン塩を除去するための方法において、
熱安定性アミン塩を含むアミン吸収剤を前記ＣＯ2回収法から取り出すことと、
その取り出された熱安定性アミン塩を含むアミン吸収剤を残留ＣＯ2除去工程に供することと、
前記残留ＣＯ2除去工程からのアミン吸収剤を分離工程に供して、熱安定性アミン塩をアミン吸収剤から分離することと、
熱安定性アミン塩の濃度が下げられたアミン吸収剤を前記ＣＯ2回収法へと返送することと、
を含む前記方法が提供される。
実施態様によれば、前記残留ＣＯ2除去工程は、取り出されたアミン吸収剤をストリッピングおよび／またはフラッシングして残留ＣＯ2を除去することを含む。
実施態様によれば、前記残留ＣＯ2除去工程は、取り出されたアミン吸収剤をストリッピングして残留ＣＯ2を除去することを含む。
実施態様によれば、前記残留ＣＯ2除去工程は、取り出されたアミン吸収剤をフラッシングして残留ＣＯ2を除去することを含む。
実施態様によれば、前記残留ＣＯ2除去工程は、取り出されたアミン吸収剤をストリッピングし、次いでフラッシングして残留ＣＯ2を除去することを含む。
実施態様によれば、前記のフラッシングは、ほぼ真空条件下で行われる。ほぼ真空条件下でフラッシングを行うことによって、前記吸収剤は、比較的低い温度で保持されうる。前記吸収剤の加熱に必要なエネルギーを削減するのに加え、これはまた、該吸収剤の更なる分解を引き起こしうるより高い温度への該吸収剤の曝露をも減らす。前記のフラッシングは、例えば０〜２バールの範囲のゲージ圧で行われる。
熱安定性アミン塩をアミン吸収剤から除去するための方法は、高められた温度でアミン吸収剤を再生することを含む二酸化炭素（ＣＯ2）回収法において有用である。かかる方法で行われる場合に、熱安定性アミン塩の除去方法は、アミン吸収剤の後流れを、該プロセスのアミン吸収剤が低いＣＯ2負荷である位置から取り出すことによって、追加の所用エネルギーを殆ど伴わずに作業することができる。
このように、実施態様によれば、前記ＣＯ2回収法は、
ＣＯ2を含むガス流をアミン吸収剤でスクラビングして、ＣＯ2リッチなアミン吸収剤を形成させることと、
前記ＣＯ2リッチなアミン吸収剤を、その加熱によりＣＯ2をアミン吸収剤から分離することによって再生させて、ＣＯ2リーンなアミン吸収剤を形成させることと、
前記再生されたＣＯ2リーンなアミン吸収剤をスクラビング工程へと再循環させることと、
を含む。
熱安定性アミン塩の除去のための本願方法の目的のためには、ＨＳＳを含むアミン吸収剤の後流れを、再生器からのリーンなアミン吸収剤から取り出すことが好ましいことがあると判明した。より具体的には、アミン吸収剤の後流れは、再生器から取り出されるか、または再生器とリーンな吸収剤／リッチな吸収剤の熱交換器との間の液体導管から取り出されうる。再生器からのリーンなアミン吸収剤は、一般に、１００℃以上の温度を有する。これは、再生器中でリーンなアミン吸収剤に供給される熱エネルギーを、ストリッピング工程および／またはフラッシング工程で利用することを可能にする。必要に応じて、ＨＳＳを含むリーンなアミン吸収剤の後流れは、また、リーンな吸収剤／リッチな吸収剤の熱交換器からか、またはリーンな吸収剤／リッチな吸収剤の熱交換器とスクラビング工程を行うＣＯ2吸収器との間の液体導管から取り出すこともできる。その場合には、ＨＳＳを含むリーンなアミン吸収剤の後流れの温度は、１００℃未満の温度を有してよい。
実施態様によれば、熱安定性アミン塩を含む取り出されたアミン吸収剤は、再生されたＣＯ2リーンなアミン吸収剤である。
実施態様によれば、前記の再生されたＣＯ2リーンなアミン吸収剤は、少なくとも１００℃の、例えば少なくとも１２０℃の温度を有する。
実施態様によれば、前記の分離工程は、残留ＣＯ2除去工程からのアミン吸収剤を、電気透析および／またはイオン交換に供することを含む。
実施態様によれば、前記の分離工程は、残留ＣＯ2除去工程からのアミン吸収剤を、電気透析に供することを含む。
実施態様によれば、前記の分離工程は、残留ＣＯ2除去工程からのアミン吸収剤を、イオン交換に供することを含む。
実施態様によれば、該方法は、更に、残留ＣＯ2除去工程からのアミン吸収剤を冷却してから、それを分離工程に供することを含む。
実施態様によれば、該方法は、更に、残留ＣＯ2除去工程からのアミン吸収剤を、前記分離工程に由来するアミン吸収剤との間接的な熱交換に供することを含む。
ここに概説される他の態様によれば、ガス流からのＣＯ2の吸収のためのアミン吸収剤を用いた、アミン吸収剤からの熱安定性アミン塩の除去のためのサブシステムを有する、二酸化炭素（ＣＯ2）回収システムであって、前記サブシステムは、
残留ＣＯ2除去ユニットと、アミンリクレーマとを含み、
前記残留ＣＯ2除去ユニットは、ＣＯ2回収システムからの熱安定性アミン塩を含むアミン吸収剤流と液体連結しており、かつ該アミン吸収剤流を受容するように構成されており、かつ前記のアミン吸収剤流から残留ＣＯ2を分離するように動作し、
前記アミンリクレーマは、熱安定性アミン塩を含み、ＣＯ2の濃度が低減された、前記残留ＣＯ2除去ユニットからのアミン吸収剤流と液体連結しており、かつ該アミン吸収剤流を受容するように構成されており、かつ前記のアミン吸収剤流から熱安定性アミン塩を分離するように動作する、前記システムが提供される。
実施態様によれば、前記の残留ＣＯ2除去ユニットは、ストリッパおよび／またはフラッシュドラムを含む。
実施態様によれば、前記の残留ＣＯ2除去ユニットは、ストリッパを含む。
実施態様によれば、前記の残留ＣＯ2除去ユニットは、フラッシュドラムを含む。
実施態様によれば、前記の残留ＣＯ2除去ユニットは、ストリッパとフラッシュドラムとを直列配置で含む。
前記のストリッパまたはフラッシュドラムは、吸収剤が、熱安定性アミン塩の分離のためにアミンリクレーマへと供給される前に、残留ＣＯ2をＨＳＳを含むアミン吸収剤から廉価に、効率的に、かつ確実に除去することを提供する。
残留ＣＯ2を、ＨＳＳを含むアミン吸収剤から除去するためのストリッパまたはフラッシュドラムの使用は、該アミン吸収剤を高められた温度で再生する二酸化炭素（ＣＯ2）回収システムにおいて有用である。かかるシステムで使用される場合には、前記ストリッパまたはフラッシュドラムは、アミン吸収剤の後流れを、該プロセスのアミン吸収剤が低いＣＯ2負荷である位置から取り出すことによって、追加の所用エネルギーを殆ど伴わずに稼働することができる。
実施態様によれば、前記二酸化炭素（ＣＯ2）回収システムは、
ＣＯ2吸収器と、再生器とを含み、
前記ＣＯ2吸収器は、ＣＯ2を含むガス流をアミン吸収剤でスクラビングして、ＣＯ2リッチな吸収剤を形成させるように動作し、
前記再生器は、ＣＯ2リッチなアミン吸収剤を、その加熱によりＣＯ2をアミン吸収剤から分離することによって再生して、ＣＯ2リーンなアミン吸収剤を形成させるように動作する。
熱安定性アミン塩の除去のための本願方法の目的のためには、ＨＳＳを含むアミン吸収剤の後流れを、再生器からのリーンなアミン吸収剤から取り出すことが好ましいことがあると判明した。より具体的には、アミン吸収剤の後流れは、再生器から取り出されるか、または再生器とリーンな吸収剤／リッチな吸収剤の熱交換器との間の液体導管から取り出されうる。再生器からのリーンなアミン吸収剤は、一般に、１００℃以上の、例えば１２０℃以上の温度を有する。これは、再生器中でリーンなアミン吸収剤に供給される熱エネルギーを、ストリッピング工程および／またはフラッシング工程で利用することを可能にする。必要に応じて、ＨＳＳを含むリーンなアミン吸収剤の後流れは、また、リーンな吸収剤／リッチな吸収剤の熱交換器からか、またはリーンな吸収剤／リッチな吸収剤の熱交換器とスクラビング工程を行うＣＯ2吸収器との間の液体導管から取り出すこともできる。
実施態様によれば、前記の残留ＣＯ2除去ユニットは、再生器からのアミン吸収剤流と液体連結され、かつ前記アミン吸収剤流を受容するように構成されており、かつ残留ＣＯ2をＣＯ2リーンなアミン吸収剤から分離するように動作する。
実施態様によれば、前記のアミンリクレーマは、電気透析ユニットまたはイオン交換ユニットを含む。
実施態様によれば、前記のアミンリクレーマは、電気透析ユニットを含む。
実施態様によれば、前記のアミンリクレーマは、イオン交換ユニットを含む。
実施態様によれば、熱安定性アミン塩の除去のためのサブシステムは、更に、アミン吸収剤冷却器を含み、前記冷却器は、前記残留ＣＯ2除去ユニットと前記リクレーマとの間に配置され、かつ残留ＣＯ2除去ユニットからのアミン吸収剤を冷却してから、それがリクレーマに入るように動作する。
実施態様によれば、熱安定性アミン塩の除去のためのサブシステムは、更に、間接的な熱交換器を含み、前記熱交換器は、前記残留ＣＯ2除去ユニットからのアミン吸収剤を、前記リクレーマに由来するアミン吸収剤との間接的な熱交換に供するように動作する。
前記の特徴と他の特徴を、以下の図面と詳細な説明によって例示する。本発明の更なる対象および特徴は、本願詳細な説明と特許請求の範囲から明らかである。
図１は、アミン吸収剤リクレーマ回路を含むアミンベースのガス精製システムを一般的に示す図である。 図２は、アミン吸収剤リクレーマ回路を含むアミンベースのガス精製システムの一実施態様を一般的に示す図である。
ここで、例示的な実施態様である図面に関して、同様のエレメントは同様の符号を付けている。
好ましい実施態様の詳細な説明
本願で使用される用語"アミン吸収剤"または単純に"吸収剤"は、ガス流からのＣＯ2の吸収に有用な少なくとも１種のアミン化合物を含む液体組成物を指す。かかる組成物および好適なアミン化合物は、当業者によく知られている。ガス流からＣＯ2を吸収するのに通常使用されるアミン化合物の例には、それらに制限されないが、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）、ジイソプロピルアミン（ＤＩＰＡ）およびアミノエトキシエタノール（ジグリコールアミン）（ＤＧＡ）が含まれる。工業プラントで最も一般に使用されるアミン化合物は、ＭＥＡ、ＤＥＡおよびＭＤＥＡといったアルカノールアミン類である。前記吸収剤は、単独のアミン化合物または２もしくはそれより多くのアミン化合物の混合物を含んでよい。更に、前記の吸収剤は、約９０容量％までの水を、例えば約５０容量％から約９０容量％までの水を含んでよい。前記の吸収剤は、また、様々な量の吸収されたＣＯ2を含んでもよい。例えば再生の後に、吸収されたＣＯ2を含まないか、または吸収されたＣＯ2を低い濃度でしか含まない吸収剤は、"ＣＯ2リーンな"または単純に"リーンな"吸収剤と呼ばれるが、一方で、より高い濃度の吸収されたＣＯ2を、例えば吸収の後で有する吸収剤は、"ＣＯ2リッチな"または"リッチな"吸収剤と呼ばれる。
図１は、アミンベースの二酸化炭素（ＣＯ2）回収システム（１００）の図解である。該システムは、吸収ユニット（１０１）を含み、該ユニットは、精製されるべきガス流と１もしくはそれより多くの洗浄液との間の接触を可能にするように配置される。図１に示される吸収ユニットは、ＣＯ2吸収セクション（１０２）および水洗浄セクション（１０３）を含む。そこからＣＯ2が除去されるべき煙道ガスは、導管（１０４）を介して吸収ユニット（１０１）に供給される。ＣＯ2吸収セクション（１０２）において、煙道ガスは、アミン化合物を含む第一の洗浄液と、例えば前記煙道ガスを前記第一の洗浄液に起泡導通させるか、または前記第一の洗浄液を前記煙道ガス中に吹き付けることによって接触される。前記の第一の洗浄液は、導管（１０５）を介して吸収ユニット（１０１）へと供給される。前記のＣＯ2吸収セクション（１０２）においては、煙道ガスからのＣＯ2は、前記の第一の洗浄液中に吸収される。ＣＯ2吸収セクション中でＣＯ2が低減された煙道ガスは、次いで、吸収ユニットの水洗浄セクション（１０３）に入る。前記の水洗浄セクション（１０３）は、ＣＯ2吸収セクション（１０２）からのＣＯ2が低減された煙道ガスと、一般に水である第二の洗浄液との間の接触を可能にするように配置される。前記の第二の洗浄液は、導管（１０６）を介して吸収ユニットへと供給される。前記水洗浄セクションにおいて、煙道ガス中に残った不純物は、それがＣＯ2吸収セクションを出たときには、第二の洗浄液中に吸収される。ＣＯ2と不純物が低減された煙道ガスは、導管（１０７）を介して吸収ユニットを出る。吸収されたＣＯ2と不純物を含む使用済みの第一および第二の洗浄液は、導管（１０８）を介して吸収ユニットを出る。前記の使用済みの第一および第二の洗浄液は、再生ユニット（１０９）を介して再循環でき、そこでは、不純物およびＣＯ2は、洗浄水から分離される。分離されたＣＯ2は、導管（１１０）を介して当該システムを出る。
再生されるべき使用済みの第一および第二の洗浄液は、導管（１１１）を介して再生器（１０９）に入る。該再生器において、使用済みの洗浄液は、一般にスチームを使用して、リボイラ（１１２）中で加熱される。前記の加熱は、吸収されたＣＯ2を洗浄液から脱着させることをもたらす。次いで、前記の脱着されたＣＯ2は、導管（１１３）を介して、加熱の間にともに形成される幾らかの水蒸気と一緒に再生器を出る。含まれるＣＯ2濃度が低減された再生された洗浄液は、導管（１１４）を介して再生器（１０９）を出る。前記の再生された洗浄液は、ここでは、"ＣＯ2リーンなアミン吸収剤"とも、または単純に"リーンなアミン吸収剤"とも呼称される。前記のリーンなアミン吸収剤は、また、高温への曝露および／またはＯ2（吸収ユニット中で吸収剤によって吸収される）の存在の結果として再生器において分解生成物として形成される熱安定性塩（ＨＳＳ）をも含みうる。再生器を出るリーンなアミン吸収剤は、リーンな吸収剤／リッチな吸収剤の熱交換器（１２３）に向けることができ、そこで、前記吸収剤は、再生器（１０９）に向かう導管（１０８）からのリッチなアミン吸収剤の予熱のために使用される。
前記のアミンベースの二酸化炭素（ＣＯ2）回収システム（１００）は、更に、アミン吸収剤リクレーマ回路（１１５）を含んでよく、前記回路は、ＨＳＳの蓄積とそれに伴う問題を防ぐために、循環しているアミン吸収剤からＨＳＳを少なくとも部分的に除去するように動作する。前記のアミン吸収剤リクレーマ回路（１１５）は、一般に、アミン吸収剤主流の後流れが取り出されるように構成されている。前記のアミン吸収剤リクレーマ回路（１１５）は、好ましくは、アミン吸収剤が、低いＣＯ2負荷（すなわちリーンなアミン吸収剤）を有するプロセス中の位置からリーンなアミン吸収剤の後流れが取り出されるように構成されていてよい。より具体的には、アミン吸収剤の後流れは、再生器（１０９）から取り出されるか、または再生器（１０９）とリーンな吸収剤／リッチな吸収剤の熱交換器（１２３）との間の液体導管（１１４）から取り出されうる。再生器からのリーンなアミン吸収剤は、一般に、１００℃以上の、例えば１２０℃以上の温度を有する。これは、再生器中でリーンなアミン吸収剤に供給される熱エネルギーを、ストリッピング工程および／またはフラッシング工程で利用することを可能にする。必要に応じて、ＨＳＳを含むリーンなアミン吸収剤の後流れは、また、リーンな吸収剤／リッチな吸収剤の熱交換器（１２３）からか、またはリーンな吸収剤／リッチな吸収剤の熱交換器（１２３）とスクラビング工程を行うＣＯ2吸収器（１０１）との間の液体導管（１０５）から取り出すこともできる。前記の後流れは、一般に、アミン吸収剤主流の容量に対して０．００１〜５０％の範囲で、例えばアミン吸収剤主流の容量に対して０．０１〜１０％の範囲で含んでよい。
図２は、本発明によるアミンベースの二酸化炭素（ＣＯ2）回収システムであって、アミン吸収剤リクレーマ回路（１１５）を含むシステムを表す。前記のアミン吸収剤リクレーマ回路（１１５）は、アミンベースの二酸化炭素（ＣＯ2）回収システム、例えば図１を参照して上述した当該システムの再生器側に連結されている。
前記のアミン吸収剤リクレーマ回路（１１５）は、熱安定性塩をアミン吸収剤から分離するためのアミンリクレーマ（１１６）を含む。この実施態様においては、前記のアミンリクレーマ（１１６）は、電気透析（ＥＤ）ユニットである。
前記のＥＤユニットは、電位差をかけることで、塩イオン、例えばＨＳＳを、アミン吸収剤から、イオン交換膜を通じて、別の溶液へと輸送するために使用する。これは、電気透析セルと呼ばれる構成で行われる。前記のセルは、フィード（希釈（diluate））区画と濃縮（例えばブライン）区画とからなり、それは、２つの電極間に位置するアニオン交換膜とカチオン交換膜とによって形成される。多重電気透析セルは、電気透析スタックと呼ばれる構成に配置されていてよく、その際、アニオン交換膜とカチオン交換膜とを交番させることで多重電気透析セルが形成される。前記のＥＤプロセスにより、濃縮溶液中でＨＳＳイオンが濃縮されると、アミン吸収剤中のＨＳＳが低減される。
代替的な一実施態様においては、アミンリクレーマ（１１６）は、アミン吸収剤からＨＳＳイオンを除去するのに適したイオン交換樹脂を含むイオン交換ユニットである。
前記のアミン吸収剤リクレーマ回路（１１５）は、更に、リーンなアミン吸収剤流に対してアミンリクレーマ（１１６）の上流に配置された残留ＣＯ2除去ユニット（１１７）を含む。図２の実施態様においては、残留ＣＯ2除去ユニット（１１７）は、フラッシュドラムである。フラッシュ蒸留（または部分蒸留）は、飽和した液体流が、絞り弁または他の絞り装置を通過することによって圧力の低下を受けるときに生ずる部分蒸発である。絞り弁または絞り装置が圧力容器中への入口に位置するため、フラッシュ蒸発が該容器内で生ずる場合に、その容器は、しばしばフラッシュドラムと呼ばれる。
フラッシュドラム（１１７）は、フィード入口、ガス出口および液体出口を有する圧力容器を含む。前記のフィード入口は、フィード流の圧力を下げてからそれが圧力容器に入るように構成された絞り装置をを備えている。ここに記載されるシステムで使用するのに適したフラッシュドラムの厳密な構成は、当業者によって容易に理解されるものである。
前記のリーンなアミン吸収剤は、フィード導管（１１８）を介してフラッシュドラム（１１７）に入る。前記のリーンなアミン吸収剤の温度および圧力は、リーンなアミン吸収剤の再生ユニット（１０９）におけるまたはそれを出た温度および圧力によって決定される。リーンなアミン吸収剤の圧力は、任意に、フラッシュドラムのフィード入口に配置された絞り弁または絞り装置によって下げることができる。フラッシュドラム（１１７）において、その圧力は次いで下げられ、こうしてより揮発性の高い成分、例えば残留ＣＯ2は、少なくとも部分的に蒸発するが、一方で、より揮発性の低い成分、例えばアミン吸収剤および水は、液相で留まる。フラッシュドラム内の圧力は低いことが好ましく、例えば０〜２バールのゲージ圧の範囲であってよい。蒸発される成分、例えば残留ＣＯ2は、ガス出口を通じて導管（１１９）を介してフラッシュドラム（１１７）を出るが、その一方で、液体成分、例えばアミン吸収剤および水は、液体出口を通じて導管（１２０）を介してフラッシュドラム（１１７）を出る。
代替的な一実施態様においては、前記の残留ＣＯ2除去ユニット（１１７）は、ストリッパである。前記のストリッパは、例えば、一般に、予め決められた圧力範囲内で稼働するように構成された円筒状の鋼製容器を含んでよい。前記のストリッパは、好ましくは、１もしくはそれより多くの好適な物質輸送装置、例えばバルブトレイ、シーブトレイ、規則充填物、不規則充填物もしくは他の好適な充填材料またはそれらの組み合わせを備えている。加熱システム／加熱装置は、アミン吸収剤の加熱のためにストリッパ中に提供されていてよい。前記のストリッパは、好ましくは、低沸点成分、例えばＣＯ2が気相へと移行するが、一方で、高沸点成分、例えば水およびアミンが、液相でストリッパの底部で回収されるのに十分な熱がアミン吸収剤へと提供されるように構成されている。前記のアミン吸収剤は、適宜、例えばリボイラを介して加熱することができる。前記のリボイラは、例えば電気的に生成された熱またはスチームを用いて加熱することができる。前記のストリッパは、ＣＯ2を含む気相をガス出口を介して排出し、かつ水およびアミンを含む液相を液体出口を介して排出するように構成されている。
更にもう一つの代替的な実施態様においては、残留ＣＯ2除去ユニット（１１７）は、直列に配置されたストリッパとフラッシュドラムを含み、こうして残留ＣＯ2の第一の部分は、ストリッパにおいて除去でき、かつ残留ＣＯ2の第二の部分は、フラッシュドラムにおいて除去できる。前記のストリッパおよびフラッシュドラムは、上述の通りであってよい。前記のリーンのアミン吸収剤は、まずストリッパに入り、そこで、前記吸収剤は、低沸点成分、例えばＣＯ2が気相へと移行するが、一方で、高沸点成分、例えば水およびアミンが、液相でストリッパの底部で回収されるのに十分な温度にまで加熱される。前記の液相は、次いでフラッシュドラムへと送られ、そこで、その圧力は次いで下げられ、こうしてより揮発性の高い成分、例えば残留ＣＯ2は、少なくとも部分的に蒸発するが、一方で、より揮発性の低い成分、例えばアミン吸収剤および水は、液相で留まる。前記の液体成分、例えばアミン吸収剤および水は、液体出口を通じてフラッシュドラムを出て、リクレーマへと送られる。
ここで図２を参照すると、残留ＣＯ2が少なくとも部分的に除去されたリーンなアミン吸収剤は、導管（１２０）を介してアミンリクレーマ（１１６）へと送られ、そこで、熱安定性塩は、少なくとも部分的に該アミン吸収剤から分離されて、ＨＳＳが低減されたリーンなアミン吸収剤が生ずる。
任意に、前記のアミン吸収剤リクレーマ回路（１１５）は、更に、冷却器（１２１）を含み、前記冷却器は、残留ＣＯ2除去ユニット（１１７）とアミンリクレーマとの間に配置され、かつ残留ＣＯ2除去ユニットからのリーンなアミン吸収剤の温度を、それがアミンリクレーマ（１１６）に入る前に調整するように構成されている。
更に、冷却器（１２１）を含むアミン吸収剤リクレーマ回路（１１５）は、任意に、更に、間接的な熱交換器（図示せず）を含み、前記熱交換器は、残留ＣＯ2除去ユニット（１１７）と冷却器（１２１）との間に配置され、かつ残留ＣＯ2除去ユニット（１１７）からのリーンなアミン吸収剤を、前記アミンリクレーマ（１１６）を出たＨＳＳが低減されたリーンなアミン吸収剤を使用して冷却するように構成されている。前記の間接的な熱交換器は、例えば、慣用のプレート型またはシェル・チューブ型の熱交換器であってよい。
前記のＨＳＳが低減されたリーンなアミン吸収剤は、アミンリクレーマ（１１６）を出て、戻り導管（１２２）を介して、ＣＯ2回収システム（１００）へと返送される。前記のＨＳＳが低減されたリーンなアミン吸収剤は、例えば再生器（１０９）中に、吸収器（１０１）中に、または該再生器（１０９）と該吸収器（１０１）を連結する好適な液体導管中に再導入してよい。前記のアミンリクレーマ回路からのリーンなアミン吸収剤の再導入のための位置は、吸収剤の特定の温度および圧力に応じて選択することができる。図２に示されるような、再導入のための１つの好適な位置は、導管（１１４）中に、リーンな吸収剤／リッチな吸収剤の熱交換器（１２３）の上流もしくは下流のいずれかである。前記の分離された熱安定性塩は、導管（１２４）を介してアミンリクレーマを出る。
本発明は、幾つかの好ましい実施態様に関して記載されているが、その一方で、当業者によれば、本発明の趣旨から逸脱しなければ、様々な変更が行われてよく、かつ同等物がその構成要素について置き換えられてよいことは理解されている。更に、本発明の教示に対して、その本質的な範囲から逸脱しなければ、特定の状況または材料を適合させるために多くの変更を行ってよい。従って、本発明は、本発明の実施のために考えられるベストモードとして開示された特定の実施態様に制限されるものではなく、本発明は、本願特許請求の範囲の範囲内に含まれる全ての実施態様を含む。更に、第一の、第二のなどの用語の使用は、なんら順序または重要度を示すものではなく、むしろ第一の、第二のなどの用語は、ある構成要素と別の構成要素とを区別するために使用されている。
実施例 − 電気透析ユニットの廃ブライン流中へのアミン損失
リーンなアミン吸収剤からの、3-loop ElectroSep電気透析ユニット（ElectroSep Inc.、米国）の廃ブライン中へのアミン損失を、リーンなアミン吸収剤中の様々なＣＯ2負荷で評価した。その廃ブライン流中で、リーンなアミン吸収剤がそれぞれ２．２質量％のＣＯ2および２．９質量％のＣＯ2というＣＯ2負荷を有した場合に、１．２質量％のアミンおよび１．４質量％のアミンが観察された。リーンなアミン吸収剤中０．０１質量％のＣＯ2では、廃ブライン流中にたったの０．３質量％のアミンしか観察されなかった。これは、より高いリーン負荷に比べて、７５〜８０％のアミン損失の低下を表す。この実施例は、リーンなアミン吸収剤のＣＯ2負荷を、例えば電気透析ユニットなどのリクレーマユニットへとそれを供給する前に、ストリッピングまたはフラッシングすることによって低減することによって、アミン損失の大きな低減を達成できることを示している。
１００ ＣＯ2回収システム、 １０１ 吸収器、 １０２ ＣＯ2吸収セクション、 １０３ 水洗浄セクション、 １０４ 導管、 １０５ 導管、 １０６ 導管、 １０７ 導管、 １０８ 導管、 １０９ 再生器、 １１０ 導管、 １１１ 導管、 １１２ リボイラ、 １１３ 導管、 １１４ 導管、 １１５ アミン吸収剤リクレーマ回路、 １１６ アミンリクレーマ、 １１７ 残留ＣＯ2除去ユニット、 １１８ 導管、 １１９ 導管、 １２０ 導管、 １２１ 冷却器、 １２２ 戻り導管、 １２３ 熱交換器、 １２４ 導管
フラッシュドラムは、フィード入口、ガス出口および液体出口を有する圧力容器を含む。前記のフィード入口は、フィード流の圧力を下げてからそれが圧力容器に入るように構成された絞り装置を備えている。ここに記載されるシステムで使用するのに適したフラッシュドラムの厳密な構成は、当業者によって容易に理解されるものである。
前記のリーンなアミン吸収剤は、フィード導管（１１８）を介してフラッシュドラムに入る。前記のリーンなアミン吸収剤の温度および圧力は、リーンなアミン吸収剤の再生ユニット（１０９）におけるまたはそれを出た温度および圧力によって決定される。リーンなアミン吸収剤の圧力は、任意に、フラッシュドラムのフィード入口に配置された絞り弁または絞り装置によって下げることができる。フラッシュドラムにおいて、その圧力は次いで下げられ、こうしてより揮発性の高い成分、例えば残留ＣＯ2は、少なくとも部分的に蒸発するが、一方で、より揮発性の低い成分、例えばアミン吸収剤および水は、液相で留まる。フラッシュドラム内の圧力は低いことが好ましく、例えば０〜２バールのゲージ圧の範囲であってよい。蒸発される成分、例えば残留ＣＯ2は、ガス出口を通じて導管（１１９）を介してフラッシュドラムを出るが、その一方で、液体成分、例えばアミン吸収剤および水は、液体出口を通じて導管（１２０）を介してフラッシュドラム（１１７）を出る。
前記のＨＳＳが低減されたリーンなアミン吸収剤は、アミンリクレーマ（１１６）を出て、戻り導管（１２２）を介して、ＣＯ2回収システム（１００）へと返送される。前記のＨＳＳが低減されたリーンなアミン吸収剤は、例えば再生器（１０９）中に、吸収器（１０１）中に、または該再生器（１０９）と該吸収器（１０１）を連結する好適な液体導管中に再導入してよい。前記のアミンリクレーマ回路からのリーンなアミン吸収剤の再導入のための位置は、吸収剤の特定の温度および圧力に応じて選択することができる。図２に示されるような、再導入のための１つの好適な位置は、導管（１１４）中に、リーンな吸収剤／リッチな吸収剤の熱交換器（１２３）の上流もしくは下流のいずれかである。前記の分離された熱安定性塩は、導管（１２４）を介してアミンリクレーマを出る。

Claims (26)

  1. 二酸化炭素（ＣＯ2）回収法で使用されたアミン吸収剤から熱安定性アミン塩を除去するための方法において、
    熱安定性アミン塩を含むアミン吸収剤を前記ＣＯ2回収法から取り出すことと、
    その取り出された熱安定性アミン塩を含むアミン吸収剤を残留ＣＯ2除去工程に供することと、
    前記残留ＣＯ2除去工程からのアミン吸収剤を分離工程に供して、熱安定性アミン塩をアミン吸収剤から分離することと、
    前記の熱安定性アミン塩の濃度が下げられたアミン吸収剤を前記ＣＯ2回収法へと返送することと、
    を含む前記方法。
  2. 請求項１に記載の方法において、前記残留ＣＯ2除去工程は、取り出されたアミン吸収剤をストリッピングおよび／またはフラッシングして残留ＣＯ2を除去することを含む前記方法。
  3. 請求項２に記載の方法において、前記残留ＣＯ2除去工程は、取り出されたアミン吸収剤をストリッピングして残留ＣＯ2を除去することを含む前記方法。
  4. 請求項２に記載の方法において、前記残留ＣＯ2除去工程は、取り出されたアミン吸収剤をフラッシングして残留ＣＯ2を除去することを含む前記方法。
  5. 請求項２に記載の方法において、前記残留ＣＯ2除去工程は、取り出されたアミン吸収剤をストリッピングし、次いでフラッシングして残留ＣＯ2を除去することを含む前記方法。
  6. 請求項２に記載の方法において、前記のフラッシングは、ほぼ真空条件下で行われる前記方法。
  7. 請求項１に記載の方法において、前記ＣＯ2回収法は、
    ＣＯ2を含むガス流をアミン吸収剤でスクラビングして、ＣＯ2リッチなアミン吸収剤を形成させることと、
    前記ＣＯ2リッチなアミン吸収剤を、その加熱によりＣＯ2をアミン吸収剤から分離することによって再生させて、ＣＯ2リーンなアミン吸収剤を形成させることと、
    前記再生されたＣＯ2リーンなアミン吸収剤をスクラビング工程へと再循環させることと、
    を含む前記方法。
  8. 請求項７に記載の方法において、熱安定性アミン塩を含む取り出されたアミン吸収剤は、再生されたＣＯ2リーンなアミン吸収剤である前記方法。
  9. 請求項８に記載の方法において、前記の再生されたＣＯ2リーンなアミン吸収剤は、少なくとも１００℃の、例えば少なくとも１２０℃の温度を有する前記方法。
  10. 請求項１に記載の方法において、前記の分離工程は、残留ＣＯ2除去工程からのアミン吸収剤を、電気透析および／またはイオン交換に供することを含む前記方法。
  11. 請求項１０に記載の方法において、前記の分離工程は、残留ＣＯ2除去工程からのアミン吸収剤を、電気透析に供することを含む前記方法。
  12. 請求項１０に記載の方法において、前記の分離工程は、残留ＣＯ2除去工程からのアミン吸収剤を、イオン交換に供することを含む前記方法。
  13. 請求項１に記載の方法において、更に、残留ＣＯ2除去工程からのアミン吸収剤を冷却してから、それを分離工程に供することを含む前記方法。
  14. 請求項１３に記載の方法において、更に、残留ＣＯ2除去工程からのアミン吸収剤を、前記分離工程に由来するアミン吸収剤との間接的な熱交換に供することを含む前記方法。
  15. ガス流からのＣＯ2の吸収のためのアミン吸収剤を用いた、アミン吸収剤からの熱安定性アミン塩の除去のためのサブシステム（１１５）を有する、二酸化炭素（ＣＯ2）回収システム（１００）であって、前記サブシステムは、
    残留ＣＯ2除去ユニット（１１７）と、アミンリクレーマ（１１６）とを含み、
    前記残留ＣＯ2除去ユニット（１１７）は、ＣＯ2回収システム（１００）からの熱安定性アミン塩を含むアミン吸収剤流と液体連結しており、かつ該アミン吸収剤流を受容するように構成されており、かつ前記のアミン吸収剤流から残留ＣＯ2を分離するように動作し、
    前記アミンリクレーマ（１１６）は、熱安定性アミン塩を含み、ＣＯ2の濃度が低減された、前記残留ＣＯ2除去ユニット（１１７）からのアミン吸収剤流と液体連結しており、かつ該アミン吸収剤流を受容するように構成されており、かつ前記のアミン吸収剤流から熱安定性アミン塩を分離するように動作する、前記システム。
  16. 請求項１５に記載の二酸化炭素（ＣＯ2）回収システム（１００）において、前記の残留ＣＯ2除去ユニット（１１７）は、ストリッパおよび／またはフラッシュドラムを含む前記システム。
  17. 請求項１６に記載の二酸化炭素（ＣＯ2）回収システム（１００）において、前記の残留ＣＯ2除去ユニット（１１７）は、ストリッパを含む前記システム。
  18. 請求項１６に記載の二酸化炭素（ＣＯ2）回収システム（１００）において、前記の残留ＣＯ2除去ユニット（１１７）は、フラッシュドラムを含む前記システム。
  19. 請求項１６に記載の二酸化炭素（ＣＯ2）回収システム（１００）において、前記の残留ＣＯ2除去ユニット（１１７）は、直列に配置されたストリッパとフラッシュドラムを含む前記システム。
  20. 請求項１５に記載の二酸化炭素（ＣＯ2）回収システム（１００）において、
    ＣＯ2吸収器（１０１）と、再生器（１０９）とを含み、
    前記ＣＯ2吸収器（１０１）は、ＣＯ2を含むガス流をアミン吸収剤でスクラビングして、ＣＯ2リッチな吸収剤を形成させるように動作し、
    前記再生器（１０９）は、ＣＯ2リッチなアミン吸収剤を、その加熱によりＣＯ2をアミン吸収剤から分離することによって再生して、ＣＯ2リーンなアミン吸収剤を形成させるように動作する前記システム。
  21. 請求項２０に記載の二酸化炭素（ＣＯ2）回収システム（１００）において、前記の残留ＣＯ2除去ユニット（１１７）は、再生器（１０９）からのアミン吸収剤流と液体連結され、かつ該アミン吸収剤流を受容するように構成されており、かつ残留ＣＯ2をＣＯ2リーンなアミン吸収剤から分離するように動作する前記システム。
  22. 請求項１５に記載の二酸化炭素（ＣＯ2）回収システム（１００）において、前記のアミンリクレーマ（１１６）は、電気透析ユニットまたはイオン交換ユニットを含む前記システム。
  23. 請求項２２に記載の二酸化炭素（ＣＯ2）回収システム（１００）において、前記のアミンリクレーマ（１１６）は、電気透析ユニットを含む前記システム。
  24. 請求項２２に記載の二酸化炭素（ＣＯ2）回収システム（１００）において、前記のアミンリクレーマ（１１６）は、イオン交換ユニットを含む前記システム。
  25. 請求項１５に記載の二酸化炭素（ＣＯ2）回収システム（１００）において、更に、アミン吸収剤冷却器（１２１）を含み、前記冷却器は、前記残留ＣＯ2除去ユニット（１１７）と前記リクレーマ（１１６）との間に配置され、かつ残留ＣＯ2除去ユニット（１１７）からのアミン吸収剤を冷却してから、それがリクレーマ（１１６）に入るように動作する前記システム。
  26. 請求項２５に記載の二酸化炭素（ＣＯ2）回収システムにおいて、更に、間接的な熱交換器を含み、前記熱交換器は、前記残留ＣＯ2除去ユニット（１１７）からのアミン吸収剤を、前記リクレーマ（１１６）に由来するアミン吸収剤との間接的な熱交換に供するように動作する前記システム。
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