JP2022076367A - Carbon recovery solvent with alcohol and amine and using method of the solvent - Google Patents

Carbon recovery solvent with alcohol and amine and using method of the solvent Download PDF

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Abstract

To provide an improved solvent for absorbing and separating CO2 from an exhaust gas.SOLUTION: A solvent can contain 2-amino-2-methylpropanol, 2-piperazine-1-ethylamine, diethylenetriamine, 2-methylamino-2-methyl-1-propanol and an aqueous mixture of potassium carbonate or buffer salt of potassium carbonate. The solvent may contain dissolution medium (that is, water) of less than about 75 wt.% and may have a single liquid phase. The solvent and a method have desirable regeneration energy, chemical stability, vapor pressure, total heat consumption, net circulation volume and reaction kinetics.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この出願は、概して及びより具体的には炭素回収に関する。 This application generally and more specifically relates to carbon recovery.

ガス流からCOを分離することは、食品生産、天然ガススイートニング、及びその他のプロセスで数十年にわたって商業化されてきた。水性モノエタノールアミン(MEA)ベースの溶媒回収は、現在、排気ガスからCOを分離するための最良の商業的に利用可能な技術であると考えられており、この分野では将来の開発を評価するためのベンチマークである。残念ながら、アミンベースのシステムは、微粉炭発電所で生成された大量の排煙を処理するようには設計されていなかった。アミンベースのCO回収システムをかかるプラントに必要なサイズにスケーリングすると、かかるプラントによる全体的な電力費は結果的に83%増加すると推定される。 Separating CO 2 from gas streams has been commercialized for decades in food production, natural gas sweetening, and other processes. Aqueous monoethanolamine (MEA) -based solvent recovery is currently considered to be the best commercially available technology for separating CO 2 from exhaust gases, and future developments in this area are being evaluated. It is a benchmark to do. Unfortunately, amine-based systems were not designed to handle the large amounts of flue gas produced at pulverized coal power plants. Scaling an amine-based CO 2 capture system to the size required for such a plant is estimated to result in an 83% increase in overall electricity costs for such plant.

したがって、改善された溶媒が常に必要とされている。 Therefore, an improved solvent is always needed.

本明細書に記載の実施形態には、例えば、化合物及び組成物、並びに化合物及び組成物を作製する方法及び使用する方法が含まれる。これらの化合物及び組成物を使用し、方法に関連するシステム及びデバイスも提供され得る。説明のため、本開示は、炭素回収溶媒(例えば「APBS」と名付ける)及びその溶媒を使用して産業排ガスを処理するための方法に関する。本明細書に開示される溶媒は、MEAよりも効率的な速度でCOを除去し、他の溶媒(例えば、MEA)よりも遅い速度で劣化する。 The embodiments described herein include, for example, compounds and compositions, as well as methods of making and using compounds and compositions. Systems and devices related to methods using these compounds and compositions may also be provided. For illustration purposes, the present disclosure relates to a carbon recovery solvent (eg, named "APBS") and a method for treating industrial exhaust gas using that solvent. The solvents disclosed herein remove CO 2 at a slower rate than MEA and degrade at a slower rate than other solvents (eg, MEA).

一実施形態では、本明細書に開示される組成物及び方法は、例えば、発電所を含む様々なタイプの産業プラントで実施され得る。一例では、溶媒は、2-アミノ-2-メチルプロポノール、2-ピペラジン-1-エチルアミン、ジエチレントリアミン、2-メチルアミノ-2-メチル-1-プロパノール、及び炭酸カリウム緩衝塩の水性混合物を含み得る。組成物はまた、約75重量%未満の溶解媒質(すなわち、水)を含んでもよく、単一の液相を有し得る。別の例では、溶媒は、アミノヒンダードアルコール、3つ以上のアミノ基を有するポリアミン、及び炭酸緩衝塩の水性混合物を含み得る。 In one embodiment, the compositions and methods disclosed herein can be implemented in various types of industrial plants, including, for example, power plants. In one example, the solvent may include an aqueous mixture of 2-amino-2-methylpropanol, 2-piperazine-1-ethylamine, diethylenetriamine, 2-methylamino-2-methyl-1-propanol, and a potassium carbonate buffer. .. The composition may also contain less than about 75% by weight of the dissolution medium (ie, water) and may have a single liquid phase. In another example, the solvent may include an aqueous mixture of amino hindered alcohols, polyamines having three or more amino groups, and carbonate buffers.

本開示の追加の特徴は、開示を実施するための最良の態様を例示する以下の詳細な説明を検討することにより、当業者に明らかになるであろう。 Additional features of this disclosure will be apparent to those of skill in the art by reviewing the following detailed description illustrating the best embodiments for carrying out the disclosure.

デバイス、システム、及び方法の実施形態が、例示的であり、限定的ではないことを意味する添付の図面の図に示され、同様の参照は同様の又は対応する部品を参照することを意図するものである。 Embodiments of devices, systems, and methods are shown in the illustrations of the accompanying drawings, which means they are exemplary and not limiting, and similar references are intended to refer to similar or corresponding parts. It is a thing.

図1は、COローディング(mol/L)対CO分圧(kPa)を決定するための40℃及び120℃でのAPBS気液平衡データを示す。FIG. 1 shows APBS vapor-liquid equilibrium data at 40 ° C. and 120 ° C. for determining CO 2 loading (mol / L) vs. CO 2 partial pressure (kPa).

図2は、本開示によるMEAと比較したAPBS溶媒気液平衡データを示す。FIG. 2 shows APBS solvent-gas-liquid equilibrium data compared to MEA according to the present disclosure.

図3は、本開示による炭素回収パイロットのフロースキームを示す。FIG. 3 shows the flow scheme of the carbon recovery pilot according to the present disclosure.

図4は、本開示によるMEA(30重量%)及びAPBSの腐食/溶媒金属含有量を示す。FIG. 4 shows the corrosion / solvent metal content of MEA (30% by weight) and APBS according to the present disclosure.

図5は、本開示によるパイロットプラントキャンペーン中のアンモニア排出を示す。FIG. 5 shows ammonia emissions during a pilot plant campaign according to the present disclosure.

図6は、本開示によるエアロゾルの粒子径分布を示す。FIG. 6 shows the particle size distribution of the aerosol according to the present disclosure.

図7は、本開示による再生効率に対するL/G比の効果を示す。FIG. 7 shows the effect of the L / G ratio on the reproduction efficiency according to the present disclosure.

図8は、本開示による再生効率に対するストリッパー圧力の効果を示す。FIG. 8 shows the effect of stripper pressure on regeneration efficiency according to the present disclosure.

図9は、本開示による溶媒を使用したメタン回収を示す。FIG. 9 shows methane recovery using the solvent according to the present disclosure.

定義
本明細書で使用される場合、「溶媒」という用語は、単一の溶媒又は溶媒の混合物を指す場合があり、「組成物」という用語と同じ意味で使用される場合がある。
Definitions As used herein, the term "solvent" may refer to a single solvent or a mixture of solvents and may be used interchangeably with the term "composition".

本明細書に述べられる本開示の態様の詳細な説明は、例示として様々な実施形態を示す添付の図面及び写真を参照している。これらの様々な実施形態は、当業者が開示を実施することを可能にするのに十分詳しく説明されているが、他の実施形態を実現することができ、論理的及び機械的な変更が開示の趣旨及び範囲から逸脱することなくなされ得ることを理解されたい。したがって、本明細書の詳細な説明は、限定ではなく例示のみを目的として提示されている。例えば、方法又はプロセスの説明のいずれかに記載されている工程は、任意の順序で実施することができ、提示された順序に限定されない。さらに、単一の実施形態への言及は、複数の実施形態を含み得て、複数の構成要素への言及は、単一の実施形態を含み得る。本明細書で使用される場合、「溶媒」という用語は、単一の溶媒又は溶媒の混合物を指す場合があり、「組成物」という用語と同じ意味で使用することができる。 A detailed description of aspects of the present disclosure described herein will be by reference to the accompanying drawings and photographs illustrating various embodiments. These various embodiments have been described in sufficient detail to allow one of ordinary skill in the art to carry out the disclosure, but other embodiments can be realized and the logical and mechanical changes are disclosed. Please understand that it can be done without departing from the spirit and scope of. Therefore, the detailed description herein is presented for purposes of illustration only, not limitation. For example, the steps described in any of the methods or process descriptions can be performed in any order and are not limited to the presented order. Further, a reference to a single embodiment may include a plurality of embodiments, and a reference to a plurality of components may include a single embodiment. As used herein, the term "solvent" may refer to a single solvent or a mixture of solvents and can be used interchangeably with the term "composition".

一般に、本開示は、例えば、固体燃料を燃焼する石炭火力発電所のようなプロセス蒸気からのCO排出を低減又は排除するための組成物及びその組成物を使用する方法を提供する。本明細書に開示される溶媒及び方法は、排煙からCOを回収/隔離する。排煙は、ガス及び石油焚きボイラー、コンバインドサイクル発電所、石炭ガス化、並びに水素及びバイオガスプラントによって生成され得る。 In general, the present disclosure provides compositions for reducing or eliminating CO 2 emissions from process vapors, such as, for example, coal-fired power plants that burn solid fuels, and methods of using the compositions. The solvents and methods disclosed herein recover / isolate CO 2 from flue gas. Smoke can be produced by gas and oil-fired boilers, combined cycle power plants, coal gasification, and hydrogen and biogas plants.

一実施形態では、溶媒は、25℃で蒸気圧が0.1kPa未満のアミノヒンダードアルコールと、25℃で蒸気圧が0.009kPa未満の3つ以上のアミノ基を有するポリアミンと、溶媒を8よりも高いpH(例えば、約8、約10又は約13のpH)に緩衝するための炭酸緩衝液とを含む。溶媒は、25℃で1.85kPa未満の蒸気圧を持つことができる。 In one embodiment, the solvent is an amino hindered alcohol having a vapor pressure of less than 0.1 kPa at 25 ° C, a polyamine having three or more amino groups having a vapor pressure of less than 0.009 kPa at 25 ° C, and a solvent of 8. Includes a carbonate buffer for buffering to a higher pH (eg, pH of about 8, about 10 or about 13). The solvent can have a vapor pressure of less than 1.85 kPa at 25 ° C.

別の実施形態では、25℃で0.009kPa未満の蒸気圧を有するポリアミン(例えば、2-ピペラジン-1-エチルアミン又はジエチレントリアミンとして)は、非常に低い圧力のためにエアロゾル相放出に対する弾力性を生み出すが、これはCOとのカルバメート反応の結果である可能性がある。25℃で蒸気圧が0.1kPa未満のアミノヒンダードアルコールは、COとの炭酸塩/重炭酸塩反応によりエアロゾル相の放出を形成する。具体的な実施形態では、蒸気圧が低い(0.009)ポリアミンを含むヒンダードアルコールは、32mg/Nm未満のエアロゾル形成をもたらす。具体的な実施形態では、蒸気圧が低い(0.009)ポリアミンを含むヒンダードアルコールは、28mg/Nm未満のエアロゾル形成をもたらす。他の実施形態では、蒸気圧が低い(0.009)ポリアミンを含むヒンダードアルコールは、32mg/Nm未満のエアロゾルが半分超である。別の実施形態では、蒸気圧が低い(0.009)ポリアミンを含むヒンダードアルコールは、28mg/Nm未満のエアロゾルが半分超である。 In another embodiment, a polyamine having a vapor pressure of less than 0.009 kPa at 25 ° C. (eg, as 2-piperazine-1-ethylamine or diethylenetriamine) produces resilience to aerosol phase release due to very low pressure. However, this may be the result of a carbamate reaction with CO 2 . Amino hindered alcohols at 25 ° C. with a vapor pressure of less than 0.1 kPa form an aerosol phase release by carbonate / bicarbonate reaction with CO 2 . In a specific embodiment, a hindered alcohol containing a low vapor pressure (0.009) polyamine results in aerosol formation below 32 mg / Nm 3 . In a specific embodiment, a hindered alcohol containing a low vapor pressure (0.009) polyamine results in aerosol formation of less than 28 mg / Nm 3 . In other embodiments, hindered alcohols containing low vapor pressure (0.009) polyamines have more than half of the aerosol below 32 mg / Nm 3 . In another embodiment, hindered alcohols containing low vapor pressure (0.009) polyamines have more than half of the aerosol below 28 mg / Nm 3 .

一例では、溶媒は、2-アミノ-2-メチルプロポノール、2-ピペラジン-1-エチルアミン、ジエチレントリアミン、2-メチルアミノ-2-メチル-1-プロパノール、及び炭酸カリウムの水性溶液を含み得る。溶媒及び方法は、好ましい溶媒再生(すなわち、入力エネルギー量が少ない)、化学的安定性、蒸気圧、総熱消費量、正味の循環容量、及び反応キネティクスを有する。溶媒と方法はまた、エアロゾル及びニトロソアミンの排出が少なく、実質的に泡立ちがないという結果になる。 In one example, the solvent may include an aqueous solution of 2-amino-2-methylpropanol, 2-piperazine-1-ethylamine, diethylenetriamine, 2-methylamino-2-methyl-1-propanol, and potassium carbonate. Solvents and methods have preferred solvent regeneration (ie, low input energy content), chemical stability, vapor pressure, total heat consumption, net circulation capacity, and reaction kinetics. Solvents and methods also result in low aerosol and nitrosamine emissions and virtually no foaming.

一例では、溶媒は、25℃で0.1kPa未満の蒸気圧を有するアミノヒンダードアルコールと、25℃で蒸気圧が0.009kPa未満の3つ以上のアミノ基を有するポリアミンと、炭酸緩衝液と、を含む。溶媒は、25℃で1.85kPa未満の蒸気圧を有する。ポリアミンは2-ピペラジン-1-エチルアミンとジエチレントリアミンとを合わせたものであり、アミノヒンダードアルコールは2-メチルアミノ-2-メチル-1-プロパノールと2-アミノ-2-メチルプロポノールとを合わせたものである。 In one example, the solvent is an aminohinderd alcohol having a vapor pressure of less than 0.1 kPa at 25 ° C, a polyamine having three or more amino groups having a vapor pressure of less than 0.009 kPa at 25 ° C, and a carbon dioxide buffer. ,including. The solvent has a vapor pressure of less than 1.85 kPa at 25 ° C. Polyamine is a combination of 2-piperazine-1-ethylamine and diethylenetriamine, and aminohindard alcohol is a combination of 2-methylamino-2-methyl-1-propanol and 2-amino-2-methylpropanol. It is a thing.

説明のため、2-アミノ-2-メチルプロポノール及び2-メチルアミノ-2-メチル-1-プロパノールは、低い吸収熱、高い化学的安定性、及び比較的低い反応性を有する立体障害のあるアルコールである。ピペラジン-1-エチルアミン及びジエチレントリアミンは、非常に高速のキネティクスを有し、本明細書に開示されている条件下で化学的に安定している。ピペラジン-1-エチルアミン及びジエチレントリアミンは揮発性が非常に低く、開示される溶媒の環境問題を軽減する。ピペラジン-1-エチルアミン及びジエチレントリアミンは、2-アミノ-2-メチルプロポノール及び2-メチルアミノ-2-メチル-1-プロパノールの促進剤として作用し得て、高い吸収活性及び速い反応キネティクスを提供する。 For illustration purposes, 2-amino-2-methylpropanol and 2-methylamino-2-methyl-1-propanol have steric hindrance with low heat absorption, high chemical stability, and relatively low reactivity. Alcohol. Piperazine-1-ethylamine and diethylenetriamine have very fast kinetics and are chemically stable under the conditions disclosed herein. Piperazine-1-ethylamine and diethylenetriamine are very low in volatility and alleviate the environmental problems of the disclosed solvents. Piperazine-1-ethylamine and diethylenetriamine can act as accelerators for 2-amino-2-methylpropanol and 2-methylamino-2-methyl-1-propanol, providing high absorption activity and fast reaction kinetics. ..

CO溶媒は、炭酸緩衝液を含有してもよい。炭酸緩衝液のpH範囲は、約8.0~約13であり得る。炭酸緩衝液の存在は、溶媒のpHを上昇させる可能性がある。約8.0~約9.0のpHは、重炭酸塩の形態でのCO回収の増加を可能にする。炭酸緩衝液は、溶媒を加熱すると再生することができる。例えば、過炭酸塩を利用することができる。 The CO 2 solvent may contain a carbon dioxide buffer. The pH range of the carbonate buffer can be from about 8.0 to about 13. The presence of carbonate buffer can increase the pH of the solvent. A pH of about 8.0 to about 9.0 allows for increased CO 2 recovery in the form of bicarbonate. The carbonate buffer can be regenerated by heating the solvent. For example, percarbonate can be utilized.

炭酸緩衝塩も使用することができる。使用する炭酸緩衝塩の量は、開始pHに関係なく、唾液のpHを約7.8以上、約8.5以上、又は約9以上(例えば、約9~約11)に上げるのに十分でなければならない。そのため、溶媒に使用される炭酸緩衝塩の量は、実施条件に依存する。一例では、炭酸緩衝塩は、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸アンモニウム、又は炭酸マグネシウムであり得る。 Carbonated buffer salts can also be used. The amount of carbonate buffer used is sufficient to raise the pH of saliva to about 7.8 or higher, about 8.5 or higher, or about 9 or higher (eg, about 9 to about 11), regardless of the starting pH. There must be. Therefore, the amount of carbonate buffer used in the solvent depends on the implementation conditions. In one example, the carbonate buffer can be sodium carbonate, potassium carbonate, calcium carbonate, ammonium carbonate, or magnesium carbonate.

重炭酸塩も使用することができる。例示的な重炭酸塩としては、例えば、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、重炭酸カルシウム、重炭酸アンモニウム、及び重炭酸マグネシウムが挙げられる。 Bicarbonate can also be used. Exemplary bicarbonates include, for example, sodium bicarbonate, potassium bicarbonate, calcium bicarbonate, ammonium bicarbonate, and magnesium bicarbonate.

二成分緩衝組成物を追加的に利用することができる。例示的な二成分緩衝組成物としては、炭酸ナトリウムと重炭酸ナトリウムとの組み合わせが挙げられる。一例では、溶媒の重炭酸ナトリウムは、乾燥剤でコーティングされた重炭酸ナトリウムであり得る。 A two-component buffer composition can be additionally utilized. Exemplary two-component buffer compositions include a combination of sodium carbonate and sodium bicarbonate. In one example, the solvent sodium bicarbonate can be sodium bicarbonate coated with a desiccant.

溶媒中の炭酸緩衝液及びアミン促進剤の量は、両成分の水への溶解度によって制限される場合があり、その結果、水溶液の固溶度限界が生じる。例えば、25℃では、COに富む溶液への炭酸カリウム緩衝液の溶解度は3.6mである。固溶度に限界があるため、結果として生じる濃度が低くなると、反応速度が遅くなり、溶液容量が低くなる可能性がある。例えば、ピペラジン-1-エチルアミン、ジエチレントリアミン、及び炭酸緩衝液を組み合わせることにより、得られる溶解度が増加する。 The amount of carbonate buffer and amine accelerator in the solvent may be limited by the solubility of both components in water, resulting in a solid solubility limit of the aqueous solution. For example, at 25 ° C., the solubility of the potassium carbonate buffer in a CO 2 rich solution is 3.6 m. Due to the limited solid solubility, lower consequent concentrations can slow the reaction rate and reduce the solution volume. For example, the combination of piperazine-1-ethylamine, diethylenetriamine, and carbonate buffer increases the resulting solubility.

ピペラジン-1-エチルアミン及びジエチレントリアミン等の促進剤吸収性アミンがCOに到達すると、平衡反応が起こり、カルバメートとジカルバメート、及び幾つかの遊離した及び結合した促進剤アミンを形成する。遊離及び結合した促進剤アミンと反応する炭酸緩衝塩の添加により、平衡反応が完了され、それによってより多くのCO吸収がもたらされる。 When accelerator-absorbing amines such as piperazine-1-ethylamine and diethylenetriamine reach CO 2 , an equilibrium reaction occurs to form carbamate and dicarbamate, as well as some free and bound accelerator amines. The addition of a carbonate buffer that reacts with the free and bound accelerator amine completes the equilibrium reaction, thereby resulting in more CO 2 absorption.

一例では、溶媒は、約10重量%~約32重量%、約11重量%~約28重量%の量、好ましくは約13重量%~約25重量%の量で2-アミノ-2-メチルプロポノールを含む。排煙ガスCO回収システムの入口で約12体積%のCOが発生する場合、約19.5重量%の2-アミノ-2-メチルプロポノールが望ましい場合がある。排煙CO回収システムの入口で約4体積%のCOが発生する場合、約13.3重量%の2-アミノ-2-メチルプロポノールが望ましい場合がある。排煙CO回収システムの入口で約40体積%のCOが発生する場合、約24.2重量%の2-アミノ-2-メチルプロポノールが望ましい場合がある。 In one example, the solvent is 2-amino-2-methylpropo in an amount of about 10% to about 32% by weight, about 11% to about 28% by weight, preferably about 13% to about 25% by weight. Contains noll. If about 12% by volume of CO 2 is generated at the inlet of the flue gas CO 2 recovery system, about 19.5% by weight of 2-amino-2-methylpropanol may be desirable. If about 4% by volume of CO 2 is generated at the inlet of the flue gas CO 2 recovery system, about 13.3% by weight of 2-amino-2-methylpropanol may be desirable. If about 40% by volume of CO 2 is generated at the inlet of the flue gas CO 2 recovery system, about 24.2% by weight of 2-amino-2-methylpropanol may be desirable.

別の例では、溶媒は、約10重量%~約35重量%、約12重量%~約30重量%、好ましくは約14重量%~約28重量%の量で2-ピペラジン-1-エチルアミンを含む。排煙CO回収システムの入口で約12体積%のCOが発生する場合、約22.4重量%の2-ピペラジン-1-エチルアミンが望ましい場合がある。排煙CO回収システムの入口で約4体積%のCOが発生する場合、約27.6重量%の2-ピペラジン-1-エチルアミンが望ましい場合がある。バイオガスCO回収システムの入口で約40体積%のCOが発生する場合、約15.15重量%の2-ピペラジン-1-エチルアミンが望ましい場合がある。 In another example, the solvent is 2-piperazine-1-ethylamine in an amount of about 10% to about 35% by weight, about 12% to about 30% by weight, preferably about 14% to about 28% by weight. include. If about 12% by volume of CO 2 is generated at the inlet of the flue gas CO 2 recovery system, about 22.4% by weight of 2-piperazine-1-ethylamine may be desirable. If about 4% by volume of CO 2 is generated at the inlet of the flue gas CO 2 recovery system, about 27.6% by weight of 2-piperazine-1-ethylamine may be desirable. If about 40% by volume of CO 2 is generated at the inlet of the biogas CO 2 recovery system, about 15.15% by weight of 2-piperazine-1-ethylamine may be desirable.

更なる例では、溶媒は、約0.1重量%~約4重量%、約0.1重量%~約3重量%の量、好ましくは約0.1重量%~約0.35重量%の量のジエチレントリアミンを含む。排煙CO回収システムの入口で約12体積%のCOが発生する場合、約0.2重量%のジエチレントリアミンが望ましい場合がある。排煙CO回収システムの入口で約4体積%のCOが発生する場合、約0.35重量%のジエチレントリアミンが望ましい場合がある。バイオガスCO回収システムの入口で約40体積%のCOが発生する場合、約0.1重量%のジエチレントリアミンが望ましい場合がある。 In a further example, the solvent is in an amount of about 0.1% to about 4% by weight, about 0.1% by weight to about 3% by weight, preferably about 0.1% by weight to about 0.35% by weight. Contains an amount of diethylenetriamine. If about 12% by volume of CO 2 is generated at the inlet of the flue gas CO 2 recovery system, about 0.2% by weight of diethylenetriamine may be desirable. If about 4% by volume of CO 2 is generated at the inlet of the flue gas CO 2 recovery system, about 0.35% by weight of diethylenetriamine may be desirable. If about 40% by volume of CO 2 is generated at the inlet of the biogas CO 2 recovery system, about 0.1% by weight of diethylenetriamine may be desirable.

更に別の例では、溶媒は、約0.8重量%~約5重量%、約1重量%~約2.8重量%の量で、好ましくは1.2重量%~約1.8重量%の量で2-メチルアミノ-2-メチル-1-プロパノールを含む。排煙CO回収システムの入口で約12体積%のCOが発生する場合、約1.5重量%の2-メチルアミノ-2-メチル-1-プロパノールが望ましい場合がある。排煙CO回収システムの入口で約4体積%のCOが発生する場合、約1.2重量%の2-メチルアミノ-2-メチル-1-プロパノールが望ましい場合がある。バイオガスCO回収システムの入口で約40体積%のCOが発生する場合、約1.8重量%の2-メチルアミノ-2-メチル-1-プロパノールが望ましい場合がある。 In yet another example, the solvent is in an amount of about 0.8% to about 5% by weight, about 1% by weight to about 2.8% by weight, preferably 1.2% by weight to about 1.8% by weight. Contains 2-methylamino-2-methyl-1-propanol in an amount of. If about 12% by volume of CO 2 is generated at the inlet of the flue gas CO 2 recovery system, about 1.5% by weight of 2-methylamino-2-methyl-1-propanol may be desirable. If about 4% by volume of CO 2 is generated at the inlet of the flue gas CO 2 recovery system, about 1.2% by weight of 2-methylamino-2-methyl-1-propanol may be desirable. If about 40% by volume of CO 2 is generated at the inlet of the biogas CO 2 recovery system, about 1.8% by weight of 2-methylamino-2-methyl-1-propanol may be desirable.

追加の例では、溶媒は、約0.1重量%~約6重量%、約0.2重量%~約3重量%の量、好ましくは約0.5重量%~約1.0重量%の量の緩衝液(例えば、炭酸カリウム)を含む。排煙CO回収システムの入口で約12体積%のCOが発生する場合、約0.5重量%の炭酸カリウムが望ましい場合がある。排煙CO回収システムの入口で約4体積%のCOが発生する場合、約0.7重量%の炭酸カリウムが望ましい場合がある。バイオガスCO回収システムの入口で約40体積%のCOが発生する場合、約0.4重量%の炭酸カリウムが望ましい場合がある。 In additional examples, the solvent is in an amount of about 0.1% to about 6% by weight, about 0.2% by weight to about 3% by weight, preferably about 0.5% to about 1.0% by weight. Contains an amount of buffer (eg, potassium carbonate). If about 12% by volume CO 2 is generated at the inlet of the flue gas CO 2 recovery system, about 0.5% by weight potassium carbonate may be desirable. If about 4% by volume CO 2 is generated at the inlet of the flue gas CO 2 recovery system, about 0.7% by weight potassium carbonate may be desirable. If about 40% by volume CO 2 is generated at the inlet of the biogas CO 2 recovery system, about 0.4% by weight potassium carbonate may be desirable.

溶媒の特性は、機器のサイズ及びプロセスエネルギー要求の両方を決定する上で主要な役割を果たす。特定の状況では、溶媒を選択する際に次の要因を考慮することができる。
・再生エネルギー:吸収装置で起こる発熱反応はリボイラーで熱を加えることによって逆転することから、吸収熱が低い又はより低い溶媒が望ましい。
・循環容量(吸収装置を出る溶媒とリボイラーを出る溶媒のCO濃度の差):循環容量が高いほど、リボイラーの負荷が低くなり、ポンプの電力消費量が減少し、機器の小型化が可能となって投資コストが削減されるため、循環容量が高い又はより高い溶媒が望ましい。
・蒸発損失:溶媒は蒸発損失が大きく、吸収装置の上部に水洗セクションが必要である。そのため、蒸発損失が低い溶媒が望ましく、それにより、水洗浄セクションの必要性が排除される。
・水への溶解度:水への溶解度が限られている、嵩高い非極性部分を含むアミン。そのため、水に可溶性のアミンを有する溶媒が望ましい。
・化学的安定性:酸化劣化を受けにくい溶媒が望ましい。MEAの課題は、排気ガスに曝露された場合の酸化劣化に対する脆弱性である。
・腐食性:溶媒及びその可能性のある劣化生成物は、腐食性が限定的でなければならない。
・発泡:制御されていない場合、発泡はガス浄化及び吸収塔内の液体の流れの偏在につながるため、その性能が低下する場合がある。したがって、発泡が最小限であるか又は全くない溶媒が望ましい。
・毒性及び環境への影響:毒性及び環境への影響が最小限であるか又は全くない溶媒が望ましい、並びに
・エアロゾル及びニトロソアミンの排出:エアロゾル及びニトロソアミンは揮発性であるため、エアロゾル及びニトロソアミンの生成が最小限又は全くない溶媒が望ましい。
特定の例示的な溶媒は、現在受け入れられている業界標準である他の溶媒(例えば、MEA)と比較して、前述の基準に関する特性を有する。これらの特性は、参照溶媒としてMEAを使用する以下の詳細な実験によって例示される。本明細書に開示される特定の溶媒は、低いエネルギー要件及び良好な化学的安定性を有する。本明細書に開示される溶媒を使用する方法は、溶媒の特性を利用するため、環境への影響を最小限に抑えながら、エネルギー消費量が少ない方法をもたらす。開示された溶媒及び方法の他の利点は、本明細書に記載された説明に照らして明らかになるであろう。
当技術分野で知られている様々な容器、吸収装置、又は塔装置を接触工程に使用することができる。例えば、サイズ及び形状を変えることができる。容器は、1つ以上の入口ポート及び1つ以上の出口ポートを備えることができる。例えば、接触工程は、吸収カラムで行われ得る。接触工程では、第1の組成物等の気体は、第2の組成物等の液体組成物を通過することができる。パラメータを適合させて、例えば、少なくとも70%、又は少なくとも80%、又は少なくとも90%の二酸化炭素回収等の所望の割合の二酸化炭素回収を達成することができる。溶媒を更に処理するために反応器にループバックする場合、再生を行うことができる。一実施形態では、接触工程の後、その溶解二酸化炭素を有する第2の組成物を、1つ又は複数の二酸化炭素除去工程に供して、二酸化炭素を含む第1の組成物と更に接触される第3の組成物を形成する。他の既知の処理工程を行うことができる。例えば、濾過を行うことができる。当技術分野で知られているように、ポンプ、冷却器、及び加熱器を使用することができる。
接触工程を、接触工程の前後の両方の他の工程を含むより大きなプロセスフローの一部とすることができる。例えば、膜分離工程は、より大きなプロセスの一部として行うこともできる。例えば、PBIメンブレンを使用することができる。接触工程を、成分が除去されるより大きなプロセスの一部とすることもできる。幾つかの好ましい実施形態では、接触工程は、炭素回収プロセスの一部である。例えば、IGCCプラント及び炭素回収が文献に記載されている。当該技術分野で知られているように、燃焼前の回収プロセス及び圧縮サイクルを実施することができる。連続処理又はバッチ処理を行うことができる。接触工程は、第2の組成物において第1の組成物の二酸化炭素の少なくとも部分的な溶解をもたらす。

実施例及び実験
以下の実施例は、本発明による方法及び実施形態を示す。
スクリーニング
Solvent properties play a major role in determining both equipment size and process energy requirements. In certain situations, the following factors can be considered when choosing a solvent:
Renewable energy: Since the exothermic reaction that occurs in the absorber is reversed by applying heat in the reboiler, a solvent with low or lower absorption heat is desirable.
-Circulation capacity (difference in CO 2 concentration between the solvent leaving the absorber and the solvent leaving the reboiler): The higher the circulation capacity, the lower the load on the reboiler, the lower the power consumption of the pump, and the miniaturization of the equipment is possible. Therefore, a solvent having a high circulation capacity or a higher circulation capacity is desirable because the investment cost is reduced.
-Evaporation loss: The solvent has a large evaporation loss and requires a wash section at the top of the absorber. Therefore, a solvent with low evaporation loss is desirable, thereby eliminating the need for a water wash section.
-Solubility in water: Amine containing bulky non-polar moieties with limited solubility in water. Therefore, a solvent having a water-soluble amine is desirable.
-Chemical stability: A solvent that is less susceptible to oxidative deterioration is desirable. The challenge for MEA is its vulnerability to oxidative degradation when exposed to exhaust fumes.
-Corrosiveness: Solvents and their potential degradation products must be of limited corrosiveness.
Foaming: If uncontrolled, foaming can lead to gas purification and uneven distribution of liquid flow in the absorption tower, which can reduce its performance. Therefore, a solvent with minimal or no foaming is desirable.
• Toxicity and environmental impact: Solvents with minimal or no toxicity and environmental impact are desirable, and • Aerosol and nitrosamine emissions: Aerosol and nitrosamine formation due to the volatile nature of aerosols and nitrosamines. A solvent with minimal or no is desirable.
Certain exemplary solvents have properties with respect to the aforementioned criteria as compared to other currently accepted industry standards (eg, MEA). These properties are illustrated by the following detailed experiments using MEA as the reference solvent. The particular solvents disclosed herein have low energy requirements and good chemical stability. The solvent-based method disclosed herein takes advantage of the properties of the solvent, thus resulting in a method that consumes less energy while minimizing its impact on the environment. Other advantages of the disclosed solvents and methods will become apparent in the light of the description described herein.
Various containers, absorbers, or tower devices known in the art can be used in the contact process. For example, the size and shape can be changed. The container can be provided with one or more inlet ports and one or more outlet ports. For example, the contacting step can be performed on an absorption column. In the contacting step, the gas such as the first composition can pass through the liquid composition such as the second composition. The parameters can be adapted to achieve the desired percentage of carbon dioxide recovery, such as, for example, at least 70%, or at least 80%, or at least 90% carbon dioxide recovery. Regeneration can be performed when looping back to the reactor for further treatment of the solvent. In one embodiment, after the contacting step, the second composition having the dissolved carbon dioxide is subjected to one or more carbon dioxide removal steps and further contacted with the first composition containing carbon dioxide. Form a third composition. Other known processing steps can be performed. For example, filtration can be performed. Pumps, coolers, and heaters can be used, as is known in the art.
The contacting process can be part of a larger process flow that includes both other steps before and after the contacting process. For example, the membrane separation step can also be performed as part of a larger process. For example, a PBI membrane can be used. The contacting process can also be part of a larger process in which the components are removed. In some preferred embodiments, the contact step is part of the carbon recovery process. For example, IGCC plants and carbon recovery are described in the literature. As is known in the art, pre-combustion recovery processes and compression cycles can be performed. Continuous processing or batch processing can be performed. The contacting step results in at least partial dissolution of the carbon dioxide of the first composition in the second composition.

Examples and Experiments The following examples show the methods and embodiments according to the present invention.
screening

特定の実施例では、ミニ-気液平衡(「VLE」)セットアップを使用して、例示的な溶媒を試験した。ミニ-VLEセットアップは、6台の装置を並列に備えていた。6台の装置は、異なる温度で操作することが可能であった。溶媒成分と濃度の異なる組み合わせを40℃及び120℃でスクリーニングした。スクリーニングされたこれらの溶媒成分は、2-アミノ-2-メチルプロポノール、2-ピペラジン-1-エチルアミン、ジエチレントリアミン、2-メチルアミノ-2-メチル-1-プロパノール、炭酸カリウム、ピペラジン、2-メチルピペラジン、N-エチルエタノールアミン、及びN-メチルジエタノールアミンであった。

オートクレーブを使用するVLE測定
In certain examples, an exemplary solvent was tested using a mini-vapor-liquid equilibrium (“VLE”) setup. The mini-VLE setup was equipped with six devices in parallel. The six devices were able to operate at different temperatures. Combinations with different solvent components and concentrations were screened at 40 ° C and 120 ° C. These solvent components screened were 2-amino-2-methylpropanol, 2-piperazine-1-ethylamine, diethylenetriamine, 2-methylamino-2-methyl-1-propanol, potassium carbonate, piperazine, 2-methyl. It was piperazine, N-ethylethanolamine, and N-methyldiethanolamine.

VLE measurement using autoclave

VLE測定は、気相中のCOの分圧と、様々な温度での溶媒中のCOのローディング(すなわち、濃度)との関係を実証する。VLE試験を実施するために使用されるオートクレーブ装置について説明する。オートクレーブは、ガラス容器、スターラー、pHセンサー、及び圧力センサーを備える。容器の容量は1リットルであった。実験を開始する前に、真空ポンプを使用して圧力を-970mbarに下げた。0.5リットルの溶媒を容器に加えて加熱し、一定温度の溶媒で平衡を決定できるようにした。VLEを、幾つかのCO分圧及び温度で測定した。 VLE measurements demonstrate the relationship between the partial pressure of CO 2 in the gas phase and the loading (ie, concentration) of CO 2 in the solvent at various temperatures. An autoclave device used to perform a VLE test will be described. The autoclave comprises a glass container, a stirrer, a pH sensor, and a pressure sensor. The capacity of the container was 1 liter. Before starting the experiment, a vacuum pump was used to reduce the pressure to -970 mbar. 0.5 liter of solvent was added to the container and heated so that equilibrium could be determined with a solvent at a constant temperature. VLE was measured at several CO 2 partial pressures and temperatures.

実験の開始時に、COパルスを行った。次の2つの条件が満たされた場合にのみ、後続のパルスを行った。(1)2つのパルス間の時間が少なくとも45分であった;及び(2)5分間のデータの平均圧力値が、15分前の他の5分間のデータポイントの平均値から1mbarを超えて逸脱しなかった。後者の条件は、圧力が安定したときにのみ後続のパルスが与えられることを保証した。t=0秒で容器内で測定された圧力を、COパルス後に測定された圧力から差し引いた。より高い温度では、溶媒の蒸気圧(別の実験で測定)を測定された圧力から差し引いた。 At the beginning of the experiment, a CO 2 pulse was applied. Subsequent pulses were performed only when the following two conditions were met. (1) The time between the two pulses was at least 45 minutes; and (2) the mean pressure value of the 5 minute data exceeds 1 mbar from the mean of the other 5 minute data points 15 minutes ago. Did not deviate. The latter condition ensured that subsequent pulses were given only when the pressure was stable. The pressure measured in the vessel at t = 0 seconds was subtracted from the pressure measured after the CO 2 pulse. At higher temperatures, the vapor pressure of the solvent (measured in another experiment) was subtracted from the measured pressure.

図4及び図6は、前述のVLE試験の結果を示している。気相中のCOの分圧は、溶媒中の特定のCOローディングに対して温度と共に増加した。溶媒ベースのCO回収プロセスの目的のポイントは、「リッチ」及び「リーン」溶媒条件で観察されたCOローディングである。「リーン」溶媒は、吸収装置に入る新鮮な溶媒であり、理想的にはCOを含まない。「リッチ」溶媒とは、できるだけ多くのCOを吸収した状態で吸収装置から出る溶媒である。吸収性能に影響を与える溶媒の2つの主なパラメータは、(a)正味の循環容量(すなわち、リッチとリーンのローディングの違い);及び(b)リーン溶媒と排煙の両方の温度変化によるキネティクスである。 4 and 6 show the results of the VLE test described above. The partial pressure of CO 2 in the gas phase increased with temperature for a particular CO 2 loading in the solvent. The point of interest of the solvent-based CO 2 recovery process is the CO 2 loading observed under "rich" and "lean" solvent conditions. The "lean" solvent is a fresh solvent that enters the absorber and is ideally CO 2 free. A "rich" solvent is a solvent that exits the absorber with as much CO 2 as possible absorbed. The two main parameters of the solvent that affect the absorption performance are (a) net circulation capacity (ie, difference in rich and lean loading); and (b) kinetics due to temperature changes in both lean solvent and flue gas. Is.

図3に示されるように、APBS溶媒を、APBS溶媒の気液平衡データ(すなわち、COローディング(モル/L)対COの分圧(kPa))を決定するために、40℃及び120℃で試験した。APBS溶媒を、石炭(12体積%CO)/ガス(4体積%CO)燃焼排煙及びバイオガス(40体積%CO)等の結果として生じる排煙の入口でのCO体積%に基づいてスクリーニング及び最適化した。溶媒のCOローディングは、COの分圧が増加するにつれて増加した。ただし、温度はCO分圧に対するCOローディングの大きさに影響を及ぼした。 As shown in FIG. 3, the APBS solvent was used at 40 ° C. and 120 ° C. to determine the vapor-liquid equilibrium data of the APBS solvent (ie, CO 2 loading (mol / L) vs. CO 2 partial pressure (kPa)). Tested at ° C. APBS solvent to 2 % by volume CO at the inlet of coal (12% by volume CO 2 ) / gas (4% by volume CO 2 ) combustion flue gas and biogas (40% by volume CO 2 ) resulting from flue gas. Screening and optimization based on. The CO 2 loading of the solvent increased as the partial pressure of CO 2 increased. However, the temperature affected the magnitude of CO 2 loading with respect to the CO 2 partial pressure.

図5は、吸収装置及びストリッパーの条件下の異なる温度(すなわち、40℃及び120℃)での本明細書に開示される溶媒(APBS 12体積%CO)とMEAとの気液平衡データの比較を示す。溶媒ベースのCO回収プロセスの目的のポイントは、「リッチ」及び「リーン」溶媒条件で観察されたCOローディングである。「リーン」溶媒は、吸収装置に入る新鮮な溶媒であり、理想的にはCOを含まない。「リッチ」溶媒とは、できるだけ多くのCOを吸収した状態で吸収装置から出る溶媒である。典型的な石炭火力発電所(12体積%CO)の場合、排気ガス流のCO分圧は約12kPaである。向流ベースの吸収システムの場合、リッチ溶媒は入口でこの排煙と接触しており、リッチローディングとして定義される。一般に、リッチ溶媒の温度は40℃と見なされる。これにより、90%のCO回収の場合に3.3mol/Lのリッチローディングが生じる。CO分圧は1kPaを超えてはならず、したがって、リーンローディングも対応する値を超えてはならない。VLE測定に基づくと、1kPaのCO分圧でのAPBS溶媒のリーンローディングは0.74モル/Lである。リッチローディングとリーンローディングの違いは回収されるCOの量であるため、商業的にはこのデータは非常に重要である。APBS溶媒の場合、この差は現在使用されているベンチマーク溶媒MEAの2倍であり、溶媒循環速度が50%低下する。溶媒循環速度が低いと、溶媒循環サイクルの低下、全体的なエネルギーの低下、劣化、及び腐食といった結果になる。

水性溶媒中のCO反応の動的測定
FIG. 5 shows the vapor-liquid equilibrium data of the solvent (APBS 12% by volume CO 2 ) and MEA disclosed herein at different temperatures (ie, 40 ° C and 120 ° C) under absorption device and stripper conditions. Show a comparison. The point of interest of the solvent-based CO 2 recovery process is the CO 2 loading observed under "rich" and "lean" solvent conditions. The "lean" solvent is a fresh solvent that enters the absorber and is ideally CO 2 free. A "rich" solvent is a solvent that exits the absorber with as much CO 2 as possible absorbed. In the case of a typical coal-fired power plant (12% by volume CO 2 ), the CO 2 partial pressure of the exhaust gas flow is about 12 kPa. For countercurrent-based absorption systems, the rich solvent is in contact with this flue gas at the inlet and is defined as rich loading. Generally, the temperature of the rich solvent is considered to be 40 ° C. This results in a rich loading of 3.3 mol / L in the case of 90% CO 2 recovery. The CO 2 partial pressure should not exceed 1 kPa and therefore the lean loading should not exceed the corresponding value. Based on VLE measurements, the lean loading of APBS solvent at a CO 2 partial pressure of 1 kPa is 0.74 mol / L. This data is very important commercially because the difference between rich loading and lean loading is the amount of CO 2 recovered. In the case of APBS solvent, this difference is twice that of the benchmark solvent MEA currently used, reducing the solvent circulation rate by 50%. Low solvent circulation rates result in reduced solvent circulation cycles, reduced overall energy, degradation, and corrosion.

Dynamic measurement of CO 2 reaction in aqueous solvent

図7を参照して、水性APBSと反応するCOのキネティクスを決定するために使用される装置を説明する。この装置は、吸収率の測定値を得るために使用される平面及び水平の気液界面を有するガラス攪拌セル反応器を備える。気体及び液体はインペラによって別々に攪拌される。セットアップは、気相用と液相用の2つのリザーバー(熱交換器を装備)によって供給された。 With reference to FIG. 7, an apparatus used to determine the kinetics of CO 2 that reacts with aqueous APBS will be described. The device comprises a glass stirring cell reactor with a planar and horizontal gas-liquid interface used to obtain measurements of absorptivity. The gas and liquid are agitated separately by the impeller. The setup was supplied by two reservoirs (equipped with heat exchangers), one for the gas phase and one for the liquid phase.

図7の装置を使用した様々な温度でのCO分圧の関数としての吸収率を、下記表1に表す。

Figure 2022076367000002


MEA及びAPBS/溶媒のエネルギー及びリボイラー負荷の比較 The absorption rates as a function of the partial pressure of CO 2 at various temperatures using the device of FIG. 7 are shown in Table 1 below.
Figure 2022076367000002


Comparison of MEA and APBS / solvent energy and reboiler loading

COが液相から気相に移動するためには、分圧に基づく駆動力が必要である。蒸気がこの駆動力を提供し、液相から気相へのCOの物質移動が促進される。これにはエネルギーも関連しており、リボイラーの全体的な負荷に貢献している。生成された純粋なCO蒸気に関連する水の量(このエネルギーは、リボイラーによって提供される必要がある失われた水の形態である)を見つけることによって、液相から気相へのCOの質量移動と関連するエネルギー量を決定することができる。COを液相から気相に移動させるのに必要なエネルギー/熱の総量は式8で表される。

Figure 2022076367000003

In order for CO 2 to move from the liquid phase to the gas phase, a driving force based on partial pressure is required. Vapors provide this driving force, facilitating mass transfer of CO 2 from the liquid phase to the gas phase. Energy is also involved in this, contributing to the overall load of the reboiler. CO 2 from the liquid phase to the gas phase by finding the amount of water associated with the pure CO 2 vapor produced (this energy is the form of lost water that needs to be provided by the reboiler). It is possible to determine the amount of energy associated with the mass transfer of. The total amount of energy / heat required to move CO 2 from the liquid phase to the gas phase is expressed by Equation 8.
Figure 2022076367000003

吸収装置においてCOをロードした溶媒は、COを再生するためにストリッパー温度まで加熱することができる。溶媒流は、リーン-リッチクロス熱交換器で予熱することができ、その後、追加の熱を使用して、ストリッパー内の溶媒の温度を維持することができる(式9で表される)。

Figure 2022076367000004

The solvent loaded with CO 2 in the absorber can be heated to stripper temperature to regenerate CO 2 . The solvent flow can be preheated with a lean-rich cross heat exchanger and then additional heat can be used to maintain the temperature of the solvent in the stripper (represented by formula 9).
Figure 2022076367000004

顕熱に寄与する要因は、溶媒フロー、溶媒の比熱容量、及び温度上昇である。したがって、変更できるパラメータは1つの溶媒フローであり、これは更に1つの溶媒の濃縮とその1つの溶媒のローディングに依存する。これは、より少ない溶媒を循環させ、同じCO生成率を維持することによって減らすことができる。これは、吸収条件と脱着条件でのローディングの差として定義される溶媒の正味容量を比較することによって確認される。 Factors contributing to sensible heat are solvent flow, specific heat capacity of solvent, and temperature rise. Therefore, the parameter that can be changed is one solvent flow, which further depends on the concentration of one solvent and the loading of that one solvent. This can be reduced by circulating less solvent and maintaining the same CO 2 production rate. This is confirmed by comparing the net volume of solvent defined as the difference in loading under absorption and desorption conditions.

溶媒に可逆的に結合しているCOを再生する必要がある。脱着熱(Qdes)は吸収熱に相当する。ストリッピング熱は式10で表される。

Figure 2022076367000005


ΔHvap H20は水の気化熱であり、P* CO2は吸収器の底にあるリッチ溶液と平衡状態にあるCOの分圧である。 It is necessary to regenerate CO 2 that is reversibly bound to the solvent. Desorption heat (Q des ) corresponds to absorption heat. The stripping heat is expressed by the formula 10.
Figure 2022076367000005


ΔH vap H20 is the heat of vaporization of water and P * CO2 is the partial pressure of CO2 in equilibrium with the rich solution at the bottom of the absorber.

下記表2は、5M MEA及びAPBS 12体積%CO溶媒に基づく典型的なCO回収プラントでのリボイラー負荷の比較を示す。リボイラー負荷の観点からの総必要熱量は、APBS溶媒の場合には2.3GJ/トンCOであり、これはMEAのそれ(すなわち、3.31GJ/トンCO)よりも約30.5%低い。

Figure 2022076367000006



パイロットプラント試験-E.ON CO回収パイロット-オランダ国(6トン/日CO回収 Table 2 below shows a comparison of reboiler loads in a typical CO 2 recovery plant based on 5M MEA and APBS 12% by volume CO 2 solvent. The total calorific value in terms of reboiler loading is 2.3 GJ / ton CO 2 in the case of APBS solvent, which is about 30.5% higher than that of MEA (ie 3.31 GJ / ton CO 2 ). low.
Figure 2022076367000006



Pilot plant test-E. ON CO 2 recovery pilot-Netherlands (6 tons / day CO 2 recovery

APBS 12体積%溶媒試験キャンペーンを、オランダ国マースヴラクテにあるE.ON CO回収プラントで実施した。CO回収プラントは、E.ON石炭ベースの発電所のユニット2から排煙を受け取る。回収プラントは、1210Nm/時の排煙を回収できる。回収プラントの概略図を図8に示す。下記表3は、図3の概略図の凡例であり、表4は、E.ON CO回収プラントのカラムの主なパラメータを示す。

Figure 2022076367000007


Figure 2022076367000008



APBS溶媒による劣化及び腐食 APBS 12 Volume% Solvent Test Campaign in Maasvlakte, The Netherlands. It was carried out at the ON CO 2 recovery plant. The CO 2 recovery plant is E.I. Receives flue gas from unit 2 of an ON coal-based power plant. The recovery plant can recover 1210 Nm 3 / hour of flue gas. A schematic diagram of the recovery plant is shown in FIG. Table 3 below is a legend of the schematic diagram of FIG. 3, and Table 4 shows E.I. The main parameters of the columns of the ON CO 2 recovery plant are shown.
Figure 2022076367000007


Figure 2022076367000008



Deterioration and corrosion due to APBS solvent

溶媒の劣化は、熱的に、又は排煙の酸化のいずれかによって発生することが多い。典型的な石炭火力発電所からの排煙の酸素含有量は、約6体積%~約7体積%である。熱溶媒による劣化は、通常、ストリッパー等のホットゾーンで発生する。ただし、熱劣化の程度は酸化劣化よりも低くなる。溶媒の劣化は、有効成分濃度の低下、形成された劣化生成物による装置の腐食、及びアンモニア放出につながる。 Degradation of the solvent is often caused either thermally or by oxidation of the flue gas. The oxygen content of flue gas from a typical coal-fired power plant is from about 6% to about 7% by volume. Deterioration due to thermal solvent usually occurs in a hot zone such as a stripper. However, the degree of thermal deterioration is lower than that of oxidative deterioration. Degradation of the solvent leads to a decrease in the concentration of the active ingredient, corrosion of the device by the formed degradation products, and release of ammonia.

劣化は、図9に示すように視覚的に観察でき、この図には、1000運転時間続くキャンペーン期間中のMEA及びAPBS溶媒の写真が含まれている。劣化したMEA溶液の色はほぼ黒であるが、劣化したAPBSの色は、試験キャンペーンの開始から終了までほとんど変化していないようである。これは、APBSがMEAよりも劣化に対する耐性が高いことを示している。また、APBS溶媒は、発泡傾向がゼロで、排煙中のSOに対して高い抵抗性を示す。 Degradation is visually observable as shown in FIG. 9, which includes photographs of MEA and APBS solvents during the campaign period lasting 1000 run hours. The color of the degraded MEA solution is almost black, but the color of the degraded APBS does not appear to change much from the start to the end of the test campaign. This indicates that APBS is more resistant to degradation than MEA. In addition, the APBS solvent has zero foaming tendency and shows high resistance to SO 2 during flue gas.

上述のように、溶媒の劣化はCO回収システムの機器の腐食につながる。通常、溶媒と接触する機器の大半がステンレス鋼である。そのため、溶媒に溶解したFe、Cr、Ni、Mn等の金属の量に基づいて、プラント内部の腐食の程度を推定することができる。図4は、パイロットプラントキャンペーン中のAPBS及びMEAの金属含有量を示す。APBSの金属含有量は、1000運転時間後でも、1mg/L未満のままであった。比較すると、同じパイロットプラントでの以前のMEAキャンペーン中、MEAの金属含有量は600運転時間内で約80mg/Lであった。溶媒の金属含有量は、溶媒によって引き起こされる機器の腐食量と相関しているため、APBS及びMEAのこの比較は、APBSがMEA(当業者には急速に劣化することが知られており、深刻な腐食につながる)よりも機器の腐食を引き起こさないことを示している。 As mentioned above, deterioration of the solvent leads to corrosion of the equipment of the CO 2 recovery system. Most of the equipment that comes into contact with solvents is usually stainless steel. Therefore, the degree of corrosion inside the plant can be estimated based on the amount of metals such as Fe, Cr, Ni, and Mn dissolved in the solvent. FIG. 4 shows the metal content of APBS and MEA during the pilot plant campaign. The metal content of APBS remained less than 1 mg / L after 1000 run hours. By comparison, during the previous MEA campaign at the same pilot plant, the metal content of MEA was about 80 mg / L within 600 operating hours. This comparison of APBS and MEA is serious because the metal content of the solvent correlates with the amount of corrosion of the equipment caused by the solvent, as APBS is known to be rapidly degraded by those skilled in the art. It shows that it does not cause corrosion of equipment rather than (leading to corrosion).

アンモニア(NH)は、CO回収溶媒の劣化生成物である。アンモニアは揮発性であるため、COを含まない排煙では少量しか大気中に放出されない場合がある。したがって、アンモニア排出レベルの監視及び最小化が不可欠である。図5は、E.ON CO回収プラントでのパイロット/キャンペーン中に測定されたMEA及びAPBSのアンモニア放出レベルを示す。ほとんどのキャンペーンで、APBS溶媒のアンモニア排出レベルは10mg/Nm未満であった。これは、約10mg/Nm~約80mg/Nmの範囲のMEA溶媒のアンモニア放出レベルとは全く対照的である。したがって、APBSは、劣化によるアンモニアの生成及び放出に関して、MEAよりも安全な溶媒である。

インパクター及びインピンジャーを使用したAPBS溶媒のエアロゾル
Ammonia (NH 3 ) is a degraded product of the CO 2 recovery solvent. Since ammonia is volatile, only a small amount of CO 2 -free flue gas may be released into the atmosphere. Therefore, monitoring and minimizing ammonia emission levels is essential. FIG. 5 shows E. Ammonia release levels of MEA and APBS measured during pilot / campaign at the ON CO 2 recovery plant are shown. In most campaigns, the ammonia emission level of APBS solvent was less than 10 mg / Nm 3 . This is in stark contrast to the ammonia release levels of MEA solvents in the range of about 10 mg / Nm 3 to about 80 mg / Nm 3 . Therefore, APBS is a safer solvent than MEA in terms of the production and release of ammonia due to degradation.

Aerosol of APBS solvent using impactor and impinger

エアロゾルボックスを、パイロットプラントの水洗セクションの上のサンプリングポイントに設置した。予備試験より、エアロゾルボックス内の温度を収着塔及び測定場所で監視されている温度より1.5℃高くすることを決定した。アンダーソンカスケードインパクターを調整するため、エアロゾルボックスの内部温度が非常に高速であることから、パイロットプラントの状態が安定するまでには時間がかかる。最初の測定時間は63分間であった。2回目の測定は、ほぼ同じ時間(66分)であった。66分の終わりに、インピンジャーのサンプリングを続けた。1回目の測定では、サンプル位置の温度は39.94℃~41.05℃で変化したが、エアロゾル測定ボックス内の温度は40.8℃~42.2℃で変化した。2回目の測定では、サンプル位置の温度は39.7℃~41.4℃で変化し、エアロゾルボックス温度は40.7℃~42.2℃で変化する。インパクター段階の28.3L/分のフローからエアロゾルに由来するサンプルを捕捉し、各々の濾紙を備えるバイアルに5mLの水を加えることによって収集した。バイアルを振とうした後、LC-MSによる更なる分析のために8液量を加える。 The aerosol box was installed at the sampling point above the wash section of the pilot plant. From the preliminary test, it was decided that the temperature inside the aerosol box should be 1.5 ° C higher than the temperature monitored at the storing tower and the measurement site. Due to the adjustment of the Anderson Cascade Impactor, the internal temperature of the aerosol box is very high, so it takes time for the pilot plant to stabilize. The initial measurement time was 63 minutes. The second measurement was about the same time (66 minutes). At the end of 66 minutes, we continued sampling the impinger. In the first measurement, the temperature at the sample position changed from 39.94 ° C to 41.05 ° C, while the temperature inside the aerosol measurement box changed from 40.8 ° C to 42.2 ° C. In the second measurement, the temperature at the sample position varies from 39.7 ° C to 41.4 ° C, and the aerosol box temperature varies from 40.7 ° C to 42.2 ° C. Samples from the aerosol were captured from the impactor stage 28.3 L / min flow and collected by adding 5 mL of water to a vial with each filter paper. After shaking the vial, add 8 volumes for further analysis by LC-MS.

表10は、溶媒成分であるポリアミン、並びにインパクター(エアロゾル)の液滴及びインピンジャー(蒸気)に由来するアミノヒンダードアルコールの結果を示す。実施例1の結果によると、ほとんどのアミンはインパクターから検出される。2-ピペラジン-1-エチルアミンの絶対量は予想通りである。更に、2-アミノ-2-メチルプロポノールと2-ピペラジン-1-エチルアミンとの比率は予想通りである。実施例2の結果は、インパクターではなくインピンジャーに多くのアミンが存在することを示している。これは、サンプリングの2時間目にエアロゾル及び蒸気ベースの排出物の両方が含まれていたためである。したがって、インピンジャーへの寄与のほとんどはエアロゾル成分によるものである。 Table 10 shows the results of polyamines, which are solvent components, and amino hindered alcohols derived from impactor (aerosol) droplets and impinger (vapor). According to the results of Example 1, most amines are detected in the impactor. The absolute amount of 2-piperazine-1-ethylamine is as expected. Furthermore, the ratio of 2-amino-2-methylpropanol to 2-piperazine-1-ethylamine is as expected. The results of Example 2 show that many amines are present in the impinger, not the impactor. This was due to the inclusion of both aerosol and vapor-based emissions at the second hour of sampling. Therefore, most of the contribution to impinger is due to the aerosol component.

インパクターによって収集された液滴中のアミンの濃度は約3重量%である。したがって、液滴の内容物のほとんどは水である。これは、同様の方法を使用してパイロットプラントで実施された実験に由来する50重量%を超えるMEAエアロゾルと比較して、液滴中の濃度が非常に低い。

Figure 2022076367000009

The concentration of amine in the droplets collected by the impactor is about 3% by weight. Therefore, most of the contents of the droplets are water. It has a very low concentration in the droplets compared to more than 50% by weight MEA aerosols from experiments performed in pilot plants using similar methods.
Figure 2022076367000009

エアロゾルボックスは、粒子らを8つの段階の1つに分類し、粒子分布は0.43mm~11mmである。段階1には最大の粒子が含まれ、段階8には最小の粒子が含まれる。最初の測定では、ほとんどのエアロゾル粒子が上位3段階で収集され、最大値は5.8mm~9mm付近であった。2回目の測定では、ほとんどのエアロゾル粒子が上位4つの段階で収集され、最大値は4.7mm~5.8mm付近であった。全ての段階から収集された総重量は、1回目及び2回目の実験でそれぞれ421mg及び690mgであった。対応するエアロゾル濃度は、1回目及び2回目の測定でそれぞれ271mg/Nm及び423mg/Nmであった。両方の測定の8段階にわたるエアロゾルの粒度分布を図6に示す。全体として、これはAPBSがMEAよりもエアロゾルの生成/形成に対してより弾力的であることを示している。

インパクター及びインピンジャーを使用したAPBS溶媒のニトロソアミン放出
The aerosol box classifies the particles into one of eight stages, with a particle distribution of 0.43 mm to 11 mm. Stage 1 contains the largest particles and step 8 contains the smallest particles. In the first measurement, most aerosol particles were collected in the upper three stages, with a maximum value of around 5.8 mm to 9 mm. In the second measurement, most of the aerosol particles were collected in the top four stages, with a maximum value of around 4.7 mm to 5.8 mm. The total weight collected from all stages was 421 mg and 690 mg in the first and second experiments, respectively. The corresponding aerosol concentrations were 271 mg / Nm 3 and 423 mg / Nm 3 in the first and second measurements, respectively. The particle size distribution of the aerosol over eight steps of both measurements is shown in FIG. Overall, this indicates that APBS is more resilient to aerosol formation / formation than MEA.

Nitrosamine release of APBS solvent using impactors and impinger

ニトロソアミンは発癌性があることが知られている。しかしながら、ニトロソアミンは環境中にも存在する。したがって、溶媒に蓄積されて大気に放出されるニトロソアミンの程度を定量化することが重要である。主に、二級アミンは、排煙から溶媒に蓄積されたNO と反応してニトロソアミンを形成する。しかしながら、特定のニトロソアミンを全て列挙するのは非常に面倒な作業である。したがって、官能基「NNO」の形態の総ニトロソアミンのみを列挙する。表8、1回目の衝突のニトロソアミン含有量は測定された閾値を下回った、すなわち15μg/kg未満であり、2回目の衝突の含有量は15μg/kgである。合計15μg/kg * 0.1kg+15μg/kg*0.1kgは、実験の66分+60分の期間で合計3μg未満のニトロソアミンである。サンプル位置の気相で得られるニトロソアミン濃度は、4.4μg/Nm未満である。

Figure 2022076367000010



パイロット試験-米国エネルギー省の国立炭素回収センター(NCCC)-4体積%CO排煙 Nitrosamines are known to be carcinogenic. However, nitrosamines are also present in the environment. Therefore, it is important to quantify the degree of nitrosamines that accumulate in the solvent and are released into the atmosphere. Primarily, secondary amines react with NO 3 - accumulated in the solvent from flue gas to form nitrosamines. However, listing all specific nitrosamines can be a daunting task. Therefore, only total nitrosamines in the form of functional group "NNO" are listed. Table 8, the nitrosamine content of the first collision was below the measured threshold, i.e. less than 15 μg / kg, and the content of the second collision was 15 μg / kg. A total of 15 μg / kg * 0.1 kg + 15 μg / kg * 0.1 kg is less than 3 μg of nitrosamines in a period of 66 minutes + 60 minutes of the experiment. The nitrosamine concentration obtained in the gas phase at the sample position is less than 4.4 μg / Nm 3 .
Figure 2022076367000010



Pilot Test-US Department of Energy National Carbon Recovery Center (NCCC) -4 Volume% CO 2 Smoke Emissions

4体積%APBS溶媒についての試験キャンペーンを、アラバマ州サザンカンパニーにある米国エネルギー省のNCCC CO回収パイロットプラントで実施した。APBS溶媒を、排煙排出ガスベースの発電から3体積%~6体積%のCOを回収するために特別に開発した。

APBS試験:4体積%CO NCCC CO回収パイロットプラント
A test campaign for 4% by volume APBS solvent was conducted at the US Department of Energy's NCCC CO 2 capture pilot plant in Southern Company, Alabama. The APBS solvent was specially developed to recover 3% to 6% by volume of CO 2 from flue gas-based power generation.

APBS test: 4% by volume CO 2 NCCC CO 2 recovery pilot plant

APBS試験を、技術水準のMEA溶媒を使用して、詳細なパラメトリック試験及びベースラインのため2014年3月~2014年4月及び2015年2月~2015年3月に実施した。下記表7は、NCCCパイロット試験から収集された試験データの要約を詳述する。全ての試験には、以下の条件が含まれていた。
(1)APBS溶媒;
(2)洗浄水フロー=10000lb/時;
(3)洗浄水セクションの出口ガス温度=110F;
(4)3段階の充填(J19は2つのベッドにより充填されていた);
(5)中間冷却なし;並びに
(6)35psi及び268F(エンタルピー=927Btu/lb)の蒸気。

Figure 2022076367000011


L/G比の効果 APBS tests were conducted from March 2014 to April 2014 and February 2015 to March 2015 for detailed parametric tests and baselines using state-of-the-art MEA solvents. Table 7 below details a summary of test data collected from the NCCC pilot test. All tests included the following conditions:
(1) APBS solvent;
(2) Washing water flow = 10000 lb / hour;
(3) Outlet gas temperature of wash water section = 110F;
(4) Three-stage filling (J19 was filled by two beds);
(5) No intermediate cooling; and (6) steam of 35 psi and 268 F (enthalpy = 927 Btu / lb).

Figure 2022076367000011


Effect of L / G ratio

ストリッパー圧力を、実行J3~実行J5の間、10psigで一定に保った。再生エネルギーは、L/G=0.75重量/重量(又は8000lb/時のガスフローの場合に6000lb/時の液体フロー)で最小値を通過する。「平滑曲線」の最小値は、L/G比が約0.76(重量/重量)及び約1416Btu/lbであった。下記表8は、図7にプロットされたデータの詳細である。

Figure 2022076367000012



ストリッパー圧力の影響 The stripper pressure was kept constant at 10 psig between runs J3 and run J5. Renewable energy passes through the minimum value at L / G = 0.75 weight / weight (or 6000 lb / hour liquid flow in the case of 8000 lb / hour gas flow). The minimum values of the "smooth curve" were an L / G ratio of about 0.76 (weight / weight) and about 1416 Btu / lb. Table 8 below shows the details of the data plotted in FIG.
Figure 2022076367000012



Effect of stripper pressure

再生効率に対するストリッパー圧力の影響を図8に示す。L/G比を0.75重量/重量で一定に保った。再生エネルギーは、15psigに近いストリッパー圧力でシャープな最小値を通過する。「平滑曲線」の最小値は、約14psigのストリッパー圧力及び1325Btu/lb COのものである。下記表9は、図8にプロットされたデータの詳細である。

Figure 2022076367000013


最適なL/G比及びストリッパー圧力 The effect of stripper pressure on regeneration efficiency is shown in FIG. The L / G ratio was kept constant at 0.75 weight / weight. Renewable energy passes through a sharp minimum with a stripper pressure close to 15 psig. The minimum value of the "smooth curve" is that of a stripper pressure of about 14 psig and 1325 Btu / lb CO 2 . Table 9 below shows the details of the data plotted in FIG.
Figure 2022076367000013


Optimal L / G ratio and stripper pressure

実行J15(表8に示す)のCO吸収効率は92.5%で、再生エネルギーが最小であった。これは、実行J15の条件での再生エネルギーが、90%のCO除去効率の場合、約1290Btu/lb CO(又は3.0GJ/トンCO)であることを示している。図7及び図8のプロットから、G=8000lb/時、L/G比0.76(すなわちL=6080lb/時)、及び14.5psigのストリッパー圧力のNCCCで90%のCO回収を達成するには、1250Btu/lb(2.9GJ/トンCO)未満の全体最小値を取得する必要がある。

中間冷却の効果
The CO 2 absorption efficiency of Execution J15 (shown in Table 8) was 92.5%, and the renewable energy was the minimum. This indicates that the renewable energy under the conditions of execution J15 is about 1290 Btu / lb CO 2 (or 3.0 GJ / ton CO 2 ) when the CO 2 removal efficiency is 90%. From the plots of FIGS. 7 and 8, 90% CO 2 recovery is achieved with NCCC at G = 8000 lb / hour, L / G ratio 0.76 (ie L = 6080 lb / hour), and stripper pressure of 14.5 psig. It is necessary to obtain an overall minimum value of less than 1250 Btu / lb (2.9 GJ / ton CO 2 ).

Effect of intermediate cooling

実行J16及び実行J17は、実行J17が中間冷却を伴って行われたことを除いて、同じ条件下で実施された。中間冷却を使用すると、再生エネルギーはわずかに(0.3%未満)1434.4Btu/lb COまで減少し、これは、中間冷却が4体積%COの排煙の再生エネルギーの削減に効果的でない可能性があることを示唆した。

充填ベッド数の効果
Execution J16 and Execution J17 were performed under the same conditions, except that Execution J17 was performed with intermediate cooling. When intermediate cooling is used, the renewable energy is slightly reduced (less than 0.3%) to 1434.4 Btu / lb CO 2 , which means that intermediate cooling is effective in reducing the renewable energy of 4% by volume CO 2 flue gas. It was suggested that it may not be the target.

Effect of number of filling beds

実行J16及びJ19は、実行J19が2つのベッドで実施されたことを除いて、同じ条件下で実施された。2つのベッドを使用すると、再生エネルギーは1515.1Btu/lb COに増加したが、CO除去効率は(実行J16の89.5%に対して)90.4%とわずかに高くなった。これは、本開示のAPBS溶媒が、3つのベッドで必要とされるものと比較して、約5%多い再生エネルギーで、2つの充填されたベッド(PTSUにおいて6メートル又は20フィートの充填)で90%のCOを除去できたことを示す。

予想される最小エネルギー消費量
Execution J16 and J19 were performed under the same conditions, except that execution J19 was performed in two beds. Using two beds, the renewable energy increased to 1515.1 Btu / lb CO 2 , but the CO 2 removal efficiency was slightly higher at 90.4% (compared to 89.5% for run J16). This is because the APBS solvent of the present disclosure is about 5% more renewable energy than what is required in three beds, in two filled beds (6 meters or 20 feet in PTSU). It shows that 90% of CO 2 could be removed.

Expected minimum energy consumption

本開示の溶媒を使用した90%CO回収(1290Btu/lb CO又は3.0GJ/トンCO)の予測される再生エネルギーは、ガス焚きボイラー排煙のMEAで報告された値より35%~40%低い。しかしながら、これはAPBS溶媒で達成可能な最低値ではない。PSTUは、他の溶媒に対応できる柔軟性を備えた30%MEAを使用して動作するように設計されているが、NCCCリーン/リッチ熱交換器は、30%MEAに比べてAPBS溶媒の粘度が高いようには設計されていない。したがって、APBS溶媒試験中に測定されたアプローチ温度はMEAのアプローチ温度よりも高く、最適な熱回収率に達しなかった。 The predicted renewable energy of 90% CO 2 recovery (1290 Btu / lb CO 2 or 3.0 GJ / ton CO 2 ) using the solvents of the present disclosure is 35% from the value reported in the MEA of gas-fired boiler flue gas. ~ 40% lower. However, this is not the lowest achievable value with APBS solvent. While the PSTU is designed to operate with a 30% MEA that is flexible enough to accommodate other solvents, the NCCC lean / rich heat exchanger has the viscosity of the APBS solvent compared to the 30% MEA. Is not designed to be expensive. Therefore, the approach temperature measured during the APBS solvent test was higher than the MEA approach temperature and did not reach the optimum heat recovery rate.

g-PROMsを使用したシミュレーションでは、最適なリーン/リッチ熱交換器及び高度なストリッパー設計により、以下の条件下で90%のCO除去を達成するために、1200Btu/lb CO(2.8GJ/トンCO)の最小再生エネルギーを達成することができる。
(1)4.3体積%CO及び16体積%Oの排煙(PSTUでG=8000lb/時);
(2)吸収ガスの速度=9ft/秒(PSTU吸収装置の直径=2フィート、面積=3.142ft);
(3)L/G比0.76重量/重量(又はPSTUでL=6080lb/時);並びに
(4)ストリッパー圧力=14.5psig。
酸素の影響:アンモニア排出量(16体積%O
In simulations using g-PROMs, 1200 Btu / lb CO 2 (2.8 GJ) to achieve 90% CO 2 removal under the following conditions with optimal lean / rich heat exchanger and advanced stripper design: A minimum renewable energy of / ton CO 2 ) can be achieved.
(1) Smoke exhaust of 4.3% by volume CO 2 and 16% by volume O 2 (G = 8000 lb / hour in PSTU);
(2) Absorbed gas velocity = 9 ft / sec (PSTU absorber diameter = 2 feet, area = 3.142 ft 2 );
(3) L / G ratio 0.76 weight / weight (or L = 6080 lb / hour in PSTU); and (4) stripper pressure = 14.5 psig.
Effect of oxygen: Ammonia emission (16% by volume O 2 )

表10は、4.3体積%CO及び16体積%Oの排煙(天然ガス焚きボイラーをシミュレート)の場合、NCCCでのPSTUにおける洗浄水出口の蒸気流で測定されたアンモニア(NH)排出量を示す。外挿できるように、平均アンモニア排出量は3.22ppmであった。排煙を11.4体積%CO及び8体積%O(石炭焚きボイラーに由来する)で処理し、溶媒としてMEAを使用してPSTUで測定されたNH排出量は53.7ppmであった。これは、排煙中のほぼ2倍の量のOで測定されたAPBS溶媒の平均(3.22ppm)よりほぼ17倍高い。

Figure 2022076367000014



溶存金属濃度 Table 10 shows ammonia (NH) measured at the steam flow at the wash water outlet in PSTU at NCCC for smoke emissions of 4.3% by volume CO 2 and 16% by volume O 2 (simulating a natural gas-fired boiler). 3 ) Indicates the amount of emissions. The average ammonia emission was 3.22 ppm for extrapolation. The NH 3 emissions measured by PSTU using 11.4% by volume CO 2 and 8% by volume O 2 (derived from a coal-fired boiler) and MEA as the solvent were 53.7 ppm. rice field. This is approximately 17-fold higher than the average APBS solvent (3.22 ppm) measured at approximately twice the amount of O2 in the flue gas.
Figure 2022076367000014



Dissolved metal concentration

試験の間、試験実施の開始時に新しい溶媒について、及び試験実施の終了時に使用済み溶媒からサンプルを採取した。2013年のMEAの実施についても、同様の試験を行った。APBS溶媒及びMEA試験の結果の比較を表11に示す。

Figure 2022076367000015

During the test, samples were taken from the new solvent at the beginning of the test run and from the used solvent at the end of the test run. Similar tests were conducted for the 2013 MEA implementation. A comparison of the APBS solvent and MEA test results is shown in Table 11.
Figure 2022076367000015

わかるように、MEAのクロムレベルは、2カ月の試験の後、APBS溶媒の22倍超であった。これは、MEAがAPBS溶媒よりもはるかに腐食性が高いことを示している。 As can be seen, the chromium level of MEA was more than 22 times higher than that of APBS solvent after 2 months of testing. This indicates that MEA is much more corrosive than APBS solvent.

NCCCは、セレンの主な発生源は排煙である可能性があると結論付けている。APBS溶媒試験による入口の排煙は、セレン又はその他の金属についてはサンプリングされなかった。しかしながら、ガストン発電所で使用された石炭は同じ供給源からのものであったため、排煙中の金属レベルは、2013年のMEA試験から2014年のAPBS試験まで大幅に変化していなかったであろう。セレンのレベルは、実施終了時のMEAサンプルで3倍高く、このレベル(1950ppb重量)は、RCRAの限界である1000mg/L(比重1.0の液体のppb重量と同じ)のほぼ2倍である。

CO純度
The NCCC concludes that the main source of selenium may be flue gas. Inlet flue gas from the APBS solvent test was not sampled for selenium or other metals. However, because the coal used at the Gaston power plant was from the same source, the metal levels in the flue gas did not change significantly from the 2013 MEA test to the 2014 APBS test. Let's go. The level of selenium was 3 times higher in the MEA sample at the end of the implementation, and this level (1950 ppb weight) was almost twice the RCRA limit of 1000 mg / L (same as the ppb weight of a liquid with a density of 1.0). be.

CO 2 purity

濃縮装置後のCO流を分析したところ、常時97体積%超であり約2.5体積%の水蒸気及び210ppmのNを含むことがわかった。

APBS排出試験
Analysis of the CO 2 flow after the concentrator revealed that it always contained more than 97% by volume, about 2.5% by volume of water vapor and 210 ppm of N2 .

APBS discharge test

水洗を出るガス中のアミン及び劣化生成物の分析を行った。結果を下記表12及び表13に要約する。

Figure 2022076367000016


Figure 2022076367000017


APBSニトロソアミン試験 Analysis of amines and degradation products in the gas leaving the wash was performed. The results are summarized in Tables 12 and 13 below.
Figure 2022076367000016


Figure 2022076367000017


APBS Nitrosamine Test

詳細なニトロソアミンAPBS溶媒試験を実施した。試験した3つのサンプル全て(CCS-WTO-7、CCS-WTO-8、及びCCS-WTO-10)で、N-ニトロソ-ジエタノールアミン及び一連のニトロソアミンの値は、使用した2つの方法の検出限界を下回った。結果を下記表14及び表15に要約する。

Figure 2022076367000018


Figure 2022076367000019



試験-MTバイオメタンバイオガスアップグラデーションCO回収パイロットプラント-40体積%COバイオガス A detailed nitrosamine APBS solvent test was performed. In all three samples tested (CCS-WTO-7, CCS-WTO-8, and CCS-WTO-10), the values of N-nitrosodiethanolamine and a series of nitrosamines set the detection limit of the two methods used. It fell below. The results are summarized in Tables 14 and 15 below.
Figure 2022076367000018


Figure 2022076367000019



Test-MT Biomethane Biogas Upgradation CO 2 Recovery Pilot Plant-40% by Volume CO 2 Biogas

APBS 40体積%溶媒試験キャンペーンを、ドイツ国ツェーフェンにあるMTバイオメタンバイオガスアップグラデーションCO回収パイロットプラントで実施した。バイオガスから40体積%のCOを回収するために、APBS溶媒を特別に開発した。MTバイオメタン施設は、200Nm/時~225Nm/時のバイオガスアップグラデーション能力を有する。農業廃棄物を、消化装置を使用してバイオガスを生産するために使用する。溶媒の再生に必要な熱を、熱水によって提供した。
APBS試験:40体積%CO回収パイロットプラント
An APBS 40% by volume solvent test campaign was conducted at the MT Biomethane Biogas Upgradation CO 2 Recovery Pilot Plant in Zeven, Germany. An APBS solvent was specially developed to recover 40% by volume CO 2 from biogas. The MT biomethane facility has a biogas upgrading capacity of 200 Nm 3 / hour to 225 Nm 3 / hour. Agricultural waste is used to produce biogas using digestive equipment. The heat required for solvent regeneration was provided by hot water.
APBS test: 40% by volume CO 2 capture pilot plant

APBS試験を、詳細なパラメトリック試験及びaMDEA溶媒によるベースラインのため2014年7月から2015年6月まで行った。プラントでAPBSを使用した後、吸収装置の上部から放出されるCOはごくわずかであった。吸収装置の上部から出るメタンリッチ流には2%モルのCOが含まれているはずであることから、この要件を満たすために全ての最適化試験を実施した。

正味ローディング容量
APBS tests were conducted from July 2014 to June 2015 for detailed parametric tests and baseline with aMDEA solvent. After using APBS in the plant, very little CO 2 was emitted from the top of the absorber. Since the methane-rich flow from the top of the absorber should contain 2% mol of CO 2 , all optimization tests were performed to meet this requirement.

Net loading capacity

APBS溶媒は、aMDEAよりも1.5倍高いCOの正味ローディング容量を持っていることが観察されている。図15は、aMDEA及びAPBSの容量比較の結果を示す。簡単にわかるように、APBSはaMDEAよりもCOの容量が大きくなっている。COに対する溶媒の容量が大きくなると、溶媒の循環速度が低下するため、装置のサイズを小さくする必要がある。

バイオガスからのメタンの回収
The APBS solvent has been observed to have a net loading capacity of CO 2 1.5 times higher than aMDEA. FIG. 15 shows the results of volume comparison of aMDEA and APBS. As can be easily seen, APBS has a larger volume of CO 2 than aMDEA. As the volume of the solvent relative to CO 2 increases, the circulation rate of the solvent decreases, so it is necessary to reduce the size of the device.

Recovery of methane from biogas

図9は、APBS溶媒を使用したメタン回収を示している。APBSはメタンに対して不活性であるため、バイオガスからの回収率は99.9%を超える。

発泡
FIG. 9 shows methane recovery using APBS solvent. Since APBS is inert to methane, the recovery rate from biogas exceeds 99.9%.

Foaming

aMDEAが直面した主な運転上の課題の1つは、週に1回の発泡であり、これにより、プラントの運転が過度に停止し、バイオガスの処理が失われ、収益が失われた。対照的に、APBSを使用しても、吸収体に発泡は起こらなかった。

エネルギー
One of the main operational challenges faced by aMDEA was weekly foaming, which resulted in excessive plant downtime, loss of biogas processing and loss of profits. In contrast, the use of APBS did not cause foaming in the absorber.

energy

図17は、APBSの熱的及び電気的なエネルギー性能を示す。APBSの平均熱エネルギーは、生バイオガス約0.55kWh/Nmである。電気エネルギーは、生バイオガス0.1kWh/Nmであった。

構造化学物質
FIG. 17 shows the thermal and electrical energy performance of APBS. The average thermal energy of APBS is about 0.55 kWh / Nm 3 of raw biogas. The electrical energy was raw biogas 0.1kWh / Nm 3 .

Structural chemicals

或る期間にわたり、蒸気圧及び劣化のため、aMDEAの性能が低下し始める。したがって、aMDEAを使用して必要な性能を達成するには、化学物質の定期的な構成が必要である。APBSの場合、構造化学物質の必要がないことが観察されている。図18は、進行中の運転に必要なaMDEA及びAPBSの構造化学物質の比較を示している。

MTバイオメタンバイオガスアップグラデーションCO回収パイロットプラント試験
Over a period of time, the performance of aMDEA begins to deteriorate due to vapor pressure and deterioration. Therefore, regular composition of chemicals is required to achieve the required performance using aMDEA. In the case of APBS, it has been observed that there is no need for structural chemicals. FIG. 18 shows a comparison of aMDEA and APBS structural chemistries required for ongoing operation.

MT Biomethane Biogas Upgradation CO 2 Recovery Pilot Plant Test

APBSを使用すると、熱エネルギー及び電気エネルギーをそれぞれ最大約20%及び約40%節約することができる。APBSは泡立ちを1回も発生させなかったため、APBSはバイオガス処理の生産性を向上させることができる。溶媒寿命が長く、腐食速度が非常に遅いため、APBSを使用することで、プラント寿命全体に対する投資を削減することができる。 With APBS, thermal and electrical energy can be saved by up to about 20% and about 40%, respectively. Since APBS did not generate any foaming, APBS can improve the productivity of biogas treatment. Due to the long solvent life and very slow corrosion rate, the use of APBS can reduce the investment in the overall plant life.

Claims (31)

溶媒であって、
25℃で0.1kPa未満の蒸気圧を有するアミノヒンダードアルコールと、
25℃で蒸気圧が0.009kPa未満の3つ以上のアミノ基を有するポリアミンと、
炭酸緩衝液と、を含み、
ここで、前記溶媒は、25℃で1.85kPa未満の蒸気圧を有する、溶媒。
It ’s a solvent,
Amino hindered alcohol with a vapor pressure of less than 0.1 kPa at 25 ° C.
Polyamines having three or more amino groups with a vapor pressure of less than 0.009 kPa at 25 ° C.
Contains carbonated buffer,
Here, the solvent is a solvent having a vapor pressure of less than 1.85 kPa at 25 ° C.
前記ポリアミンが2-ピペラジン-1-エチルアミンとジエチレントリアミンとを合わせたものであり、前記アミノヒンダードアルコールが2-メチルアミノ-2-メチル-1-プロパノールと2-アミノ-2-メチルプロポノールとを合わせたものである、請求項1に記載の溶媒。 The polyamine is a combination of 2-piperazine-1-ethylamine and diethylenetriamine, and the aminohindard alcohol is 2-methylamino-2-methyl-1-propanol and 2-amino-2-methylpropanol. The solvent according to claim 1, which is a combination. 前記炭酸緩衝液が、約7.8以上、約8.5以上、及び約9以上からなる群から選択されるpHを生じる、請求項2に記載の溶媒。 The solvent according to claim 2, wherein the carbonate buffer produces a pH selected from the group consisting of about 7.8 or more, about 8.5 or more, and about 9 or more. 前記炭酸緩衝液がCO吸収を6重量未満増加させる、請求項2に記載の溶媒。 The solvent according to claim 2, wherein the carbonate buffer increases CO 2 absorption by less than 6 weight. ピペラジン-1-エチルアミン及びジエチレントリアミンが25℃でのCOの溶解度を3.6モル超増加させる、請求項2に記載の溶媒。 The solvent according to claim 2, wherein piperazine-1-ethylamine and diethylenetriamine increase the solubility of CO 2 at 25 ° C. by more than 3.6 mol. ポリアミン、アミノヒンダードアルコール及び炭酸緩衝液を合わせたものが実質的に発泡を示さない、請求項1に記載の溶媒。 The solvent according to claim 1, wherein the combination of polyamine, amino hindered alcohol and carbonic acid buffer does not substantially show effervescence. 炭酸カリウム緩衝液が、ポリアミン及びアミノヒンダードアルコールとのSO反応の抵抗率を2重量%超増加させる、請求項1に記載の溶媒。 The solvent according to claim 1, wherein the potassium carbonate buffer increases the resistivity of the SO 2 reaction with polyamines and aminohindard alcohols by more than 2% by weight. 炭酸塩が、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸アンモニウム、炭酸マグネシウム、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項2に記載の溶媒。 The solvent according to claim 2, wherein the carbonate is selected from the group consisting of sodium carbonate, potassium carbonate, calcium carbonate, ammonium carbonate, magnesium carbonate, and combinations thereof. 前記アミノヒンダードアルコールの重量%が約10重量%~約32重量%であり、前記ポリアミンが約13重量%~約25重量%である、請求項1に記載の溶媒。 The solvent according to claim 1, wherein the amino hindered alcohol is about 10% by weight to about 32% by weight, and the polyamine is about 13% by weight to about 25% by weight. 前記ポリアミンの重量%が約0.1重量%~約4重量%である、請求項1に記載の溶媒。 The solvent according to claim 1, wherein the weight% of the polyamine is about 0.1% by weight to about 4% by weight. 前記CO溶媒中の2-アミノ-2-メチルプロポノールの重量%が約10重量%~約32重量%である、請求項2に記載の溶媒。 The solvent according to claim 2, wherein the content of 2-amino-2-methylpropanol in the CO 2 solvent is about 10% by weight to about 32% by weight. 前記CO溶媒中の2-アミノ-2-メチルプロポノールの重量%が約13重量%~約25重量%である、請求項12に記載の溶媒。 The solvent according to claim 12, wherein the content of 2-amino-2-methylpropanol in the CO 2 solvent is about 13% by weight to about 25% by weight. 前記CO溶媒中の2-ピペラジン-1-エチルアミンの重量%が約10重量%~約35重量%である、請求項2に記載の溶媒。 The solvent according to claim 2, wherein the weight% of 2-piperazine-1-ethylamine in the CO 2 solvent is about 10% by weight to about 35% by weight. 前記CO溶媒中の2-ピペラジン-1-エチルアミンの重量%が約14重量%~約28重量%である、請求項13に記載の溶媒。 The solvent according to claim 13, wherein the weight% of 2-piperazine-1-ethylamine in the CO 2 solvent is about 14% by weight to about 28% by weight. 前記アミノヒンダードアルコールの重量%が約10重量%~約32重量%であり、前記ポリアミンが約13重量%~約25重量%である、請求項1に記載の溶媒。 The solvent according to claim 1, wherein the amino hindered alcohol is about 10% by weight to about 32% by weight, and the polyamine is about 13% by weight to about 25% by weight. 前記CO溶媒中のジエチレントリアミンの重量%が約0.1重量%~約4重量%である、請求項2に記載の溶媒。 The solvent according to claim 2, wherein the weight% of diethylenetriamine in the CO 2 solvent is about 0.1% by weight to about 4% by weight. 前記CO溶媒中のジエチレントリアミンの前記重量%が約0.2重量%~約0.35重量%である、請求項16に記載のCO溶媒。 The CO 2 solvent according to claim 16, wherein the weight% of the diethylenetriamine in the CO 2 solvent is about 0.2% by weight to about 0.35% by weight. 前記CO溶媒中の2-メチルアミノ-2-メチル-1-プロパノールの重量%が約0.8重量%~約5重量%である、請求項1に記載の溶媒。 The solvent according to claim 1, wherein the content of 2-methylamino-2-methyl-1-propanol in the CO 2 solvent is about 0.8% by weight to about 5% by weight. 前記CO溶媒中の2-メチルアミノ-2-メチル-1-プロパノールの前記重量%が約1.2重量%~約1.8重量%である、請求項17に記載の溶媒。 The solvent according to claim 17, wherein the weight% of 2-methylamino-2-methyl-1-propanol in the CO 2 solvent is about 1.2% by weight to about 1.8% by weight. 前記CO溶媒中の緩衝液の重量%が約0.1重量%~約6重量%である、請求項1に記載の溶媒。 The solvent according to claim 1, wherein the weight% of the buffer solution in the CO 2 solvent is about 0.1% by weight to about 6% by weight. 前記CO溶媒中の緩衝液の前記重量%が約0.5重量%~約1.0重量%である、請求項19に記載の溶媒。 The solvent according to claim 19, wherein the weight% of the buffer solution in the CO 2 solvent is about 0.5% by weight to about 1.0% by weight. 促進剤水溶液が、2-アミノ-2-メチルプロポノール、2-ピペラジン-1-エチルアミン、ジエチレントリアミン、及び2-メチルアミノ-2-メチル-1-プロパノールを含む、請求項1に記載の溶媒。 The solvent according to claim 1, wherein the aqueous accelerator solution comprises 2-amino-2-methylpropanol, 2-piperazine-1-ethylamine, diethylenetriamine, and 2-methylamino-2-methyl-1-propanol. 前記ポリアミンが、5.6mg/Nm未満でエアロゾル化する2-ピペラジン-1-エチルアミンである、請求項1に記載の溶媒。 The solvent according to claim 1, wherein the polyamine is 2-piperazine-1-ethylamine which is aerosolized at less than 5.6 mg / Nm 3 . 前記アミノヒンダードアルコールが、16.4mg/Nm未満でエアロゾル化する2-アミノ-2-メチルプロポノールである、請求項1に記載の溶媒。 The solvent according to claim 1, wherein the amino hindered alcohol is 2-amino-2-methylpropanol that aerosolizes at less than 16.4 mg / Nm 3 . 二酸化炭素を含む少なくとも1つの第1の組成物を少なくとも1つの第2の組成物と接触させて、前記第1の組成物の二酸化炭素を前記第2の組成物に少なくとも部分的に溶解することを含む方法であって、前記第2の組成物が、アミノヒンダードアルコールと、3つ以上のアミノ基を有するポリアミンと、炭酸緩衝液とを含む、方法。 Contacting at least one first composition containing carbon dioxide with at least one second composition to at least partially dissolve the carbon dioxide of the first composition in the second composition. The method comprising, wherein the second composition comprises an aminohindard alcohol, a polyamine having three or more amino groups, and a carbon dioxide buffer. 前記ポリアミンが2-ピペラジン-1-エチルアミンとジエチレントリアミンとを合わせたものであり、前記アミノヒンダードアルコールが2-メチルアミノ-2-メチル-1-プロパノールと2-アミノ-2-メチルプロポノールとを合わせたものである、請求項25に記載の溶媒。 The polyamine is a combination of 2-piperazine-1-ethylamine and diethylenetriamine, and the aminohindard alcohol is 2-methylamino-2-methyl-1-propanol and 2-amino-2-methylpropanol. 25. The solvent according to claim 25, which is a combination. 前記ポリアミンが、5.6mg/Nm未満でエアロゾル化する2-ピペラジン-1-エチルアミンである、請求項25に記載の溶媒。 25. The solvent according to claim 25, wherein the polyamine is 2-piperazine-1-ethylamine which is aerosolized at less than 5.6 mg / Nm 3 . 前記アミノヒンダードアルコールが、16.4mg/Nm未満でエアロゾル化する2-アミノ-2-メチルプロポノールである、請求項25に記載の溶媒。 25. The solvent according to claim 25, wherein the aminohinderd alcohol is 2-amino-2-methylpropanol that aerosolizes at less than 16.4 mg / Nm 3 . 蒸気圧が25℃で0.009kPa未満の前記ポリアミン及び溶媒が5.6mg/Nm未満のエアロゾルを形成する、請求項25における溶媒。 25. The solvent according to claim 25, wherein the polyamine and the solvent having a vapor pressure of less than 0.009 kPa at 25 ° C. form an aerosol of less than 5.6 mg / Nm 3 . 25℃で蒸気圧が0.1kPa未満の前記アミノヒンダードアルコール及び前記溶媒が16.4mg/Nm未満のエアロゾルを形成する、請求項25における溶媒。 25. The solvent according to claim 25, wherein the aminohindered alcohol having a vapor pressure of less than 0.1 kPa at 25 ° C. and the solvent form an aerosol of less than 16.4 mg / Nm 3 . エアロゾル液滴中のアミンのアミノヒンダードアルコール及びポリアミンの濃度が3重量%未満である、請求項25に記載の溶媒。 25. The solvent according to claim 25, wherein the concentration of the amino hindered alcohol and the polyamine of the amine in the aerosol droplet is less than 3% by weight.
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