JP2905526B2 - ガススクラビング溶液の製造方法 - Google Patents

ガススクラビング溶液の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、アルカリ金属塩の酸性ガススクラビングに
おける促進剤としての一級立体障害性アミノ酸の使用に
関する。
(従来技術及び発明が解決しようとする課題) 酸性ガス、例えば硫化水素及び二酸化炭素の除去のた
めのガス流の処理は、石油精製、天然ガス製造、及び石
油化学産業において不可欠な処理工程である。無数の技
術が、各々特別な環境のために、操作性、工程条件、柔
軟性及び経済的因子に要求されるバランスを満足し、商
業的地位を達成してきた。
そのような方法には、物理的溶媒(physical solven
t)、化学物質(アミン、炭酸塩、レドックスシステ
ム)の水溶液、溶媒/化学物質混合物及び固体吸収剤等
の使用が含まれる。
歴史的に、ガス処理の問題には、3つの主なタイプ、
即ち硫化水素の除去、硫化水素及び二酸化炭素の同時の
除去、並びに硫化水素が存在しないが存在しても非常に
少ない場合の二酸化炭素の除去があった。本発明の方法
は、酸性ガス、特に硫黄ガスを全く含まないか、又は含
んでも少量であるガス流、例えば水素とアンモニアの製
造において使用されるガス流からの二酸化炭素の除去に
関する。
商業的成功に適合するガス流から二酸化炭素を除去す
る方法の一つの主流のタイプは、いわゆる“ホットポッ
ト(hot pot)”方法である。ホットポット方法は、熱
い炭酸カリウム水溶液を、CO2を炭酸水素カリウムに転
化するために使用することを基礎とする。活性剤又は促
進剤は通常は吸収率及び/又は溶液の容量を改良するた
めに使用され、そしてV+5塩はしばしば腐食抑制剤とし
て使用される。限定的なものではないが、ホットポット
法において使用される促進剤の例には、アルカノールア
ミン、特にジエタノールアミン(DEA)、立体障害性ポ
リアミン、例えばN−シクロヘキシル−1,3−プロパン
ジアミン(CHPD)及び立体障害性アミノ酸、例えばN−
二級ブチルグリシン(SBG)が含まれる。これらの促進
剤の全ては種々の程度の商業的成功に適合し、それらは
全て欠点に直面している。例えば、DEAは比較的低い吸
収率と容量を有し、あまり安定ではない。CHPDは共溶媒
を必要とし、分解反応を進行させる。そしてSBGはバナ
ジウムの存在下で酸化分解を進行させる。
従って、当該技術分野においては、比較的高い吸収率
と作業容量を示すだけでなく、処理条件下又はバナデー
ト腐食抑制剤の存在下で分解しやすくないホットポット
方法の促進剤が求められている。
(課題を解決するための手段) 本発明においては、 (a)1種類又はそれ以上のアルカリ金属塩、及び (b)2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール(AM
P)と酸化剤との生成物 を含むガススクラビング(ガス除去用)水性組成物が提
供される。好ましい実施態様においては、アルカリ金属
塩はKOHであり、生成物は触媒であるCdOの存在下で生成
する。
本発明の別の実施態様には、2−アミノ−2−メチル
−1−プロパノールと酸化剤との生成物を製造する方法
が含まれる。
本発明の別の実施態様においては、スクラビング組成
物はさらに有効量のバナジウム腐食抑制剤をも含有す
る。これは、少なくとも本方法のユニット装置の金属の
腐食を防止する量である。バナジウム塩は、バナジウム
金属をベースとして、約0.001ないし10重量%、好まし
くは約0.1ないし5重量%、さらに好ましくは約0.1ない
し1重量%の濃度で使用されうる。
酸性ガスの語は、CO2単独又はCO2と、H2S、SO2、S
O3、CS2、HCN、COS、及び炭素原子数1ないし4の炭化
水素の酸化物及び硫黄誘導体との組み合わせを含む。こ
れらの酸性ガスは、ガス状混合物内にわずかに存在して
も、多量に存在してもよい。
上記の酸が、1種類又はそれ以上のアルカリ金属塩
(水酸化物を含む)、及び1種類又はそれ以上の立体障
害性アミノ酸を使用することにより、ガス流から除去さ
れることが知られている(米国特許第4,759,866号参
照)。一級立体障害性アミノ酸は、1−アミノシクロペ
ンタンカルボン酸又は次式: (式中、R1及びR2は各々独立にCH3、C2H5及びC3H7から
選ばれる基を表し、R3及びR4は各々独立に水素原子及び
CH3を表し、そしてnは0、2又は3を表す)で表され
るアミノ酸でありうる。好ましくはR1及びR2は各々独立
にCH3及びC2H5から選ばれ、さらに好ましくは、R1及びR
2の両方がCH3を表し、そしてnが0を表す。β−アミノ
酸は水性媒体中で脱アミノ化が進行するが、α−アミノ
酸及びγ−アミノ酸は脱アミノ化が進行しないので、n
は1を表しえない。該アミノ酸が次式: で表される2−アミノイソ酪酸(AIBA)である組成物が
好ましい。
本発明の吸収溶液に使用するのに好ましいアルカリ金
属は、カリウムである。他の弱酸のカリウム塩を使用し
ても良いが、炭酸カリウム、水酸化カリウム、ホウ酸カ
リウム、及びそれらの混合物が好ましい。本発明におい
て、アルカリ金属塩の語は、アルカリ金属水酸化物をも
含むものと理解されるべきである。
本明細書において使用するのに適するバナジウム腐食
抑制剤は、5価の酸化状態のバナジウムを含むバナジウ
ム化合物、又はバナジウムが5価の酸化状態である結
果、酸化が進行しうるバナジウム化合物である。好まし
いV+5化合物は、V2O5である。酸化によりV+5組成物を生
じうる好ましいバナジウム塩は、アルカリ金属バナダイ
ト(vanadite)を含む。
本発明は、促進剤が2−アミノ−2−メチル−1−プ
ロパノール(AMP)の酸化生成物である促進された炭酸
カリウム溶液により、CO2を除去するためのガス処理組
成物に関する。促進されたガス処理組成物は、ガス処理
工程中のAMPのその場での酸化により、又はAMPの予めの
酸化により誘導されうる。
本発明の、促進された炭酸カリウム溶液によりCO2
除去するためのガス処理組成物は、好ましくは2−アミ
ノ−2−メチル−1−プロパノールと水酸化カリウムか
ら製造される。アミノアルコールは、当量の固体の水酸
化カリウムと、好ましくは触媒量の金属塩の存在下で、
水素の発生が止むまで加熱される。多くの異なる金属塩
は種々の程度の成功率で作用する。しかしながら、カド
ミウム塩は最も早い速度で水素を発生させる、温度範囲
は120〜300℃、好ましくは140〜250℃、最も好ましくは
約160〜180℃である。固体のKOH(〜85%)が最も便利
であるが、水は反応条件下で除去されるので、その水溶
液を使用することもできる。
過剰量のKOHは反応速度を増加させる。典型的には50
%過剰のKOHが便利である。これらの条件下では生成物
はアミノイソ酪酸カリウム塩とKOHとの混合物である。
KOHは、CO2による適当な希釈とCO2との接触により、
炭酸塩−炭酸水素塩系へ転化し、その結果、付加的なK2
CO3又はKHCO3のみが追加されればよい。典型的には、K2
CO3はガス処理溶液の約20〜28重量%であり、ガス処理
溶液は6〜10%のAIBA及び約2500ppmのV+5腐食抑制剤を
含んでいる。
ここに記載された方法は、非常に便利で経済的なカリ
ウムAIBA溶液の製造方法である。反応は、発生した副生
成物である水素から計算した理論量に近い非常に高い収
率で進行する。溶液の核磁気共鳴分析は、AIBAカリウム
塩のみを示している。さらに、吸収−脱着実験により、
対応するAIBA−K2CO3溶液と等価な結果が得られる。
本発明の合成方法においては、得られたAMPアルコー
ルと、約50%過剰量の市販のKOH(85%)が使用され
た。この組み合わせにより、反応条件下で溶融物が形成
される。溶媒は必要ない。KOH内に存在する水は、水素
とともに除去される。本発明において使用した生成物処
理は、最終生成物を水中に希釈し、少量の不溶のCdO触
媒を濾去することだけである。
コストの低い試薬を精製せずに使用できること、溶媒
を使用しない方法であるため反応器の容量を有効に利用
できることに関連する反応及び装置の単純さ、並びに生
成物を後処理する必要がなく直接使用できることの利点
を総合した効果により、本発明の方法はAIBAへの魅力的
な合成経路となっている。
実施例 実施例1 2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール10g、酸
化カドミウム0.33g(アミノアルコールに対して3.3重量
%)及び85%の水酸化カリウム10.5gを使用した実験に
より、理論量の水素ガスを得た。生成物を、50mlのH2O
で希釈し、濾過し、その後、総量が100mlになるまで希
釈した。溶液を残留するCdについて分析したところ、Cd
Oとして18.4mg/mlであった。合成を20倍の規模に拡大し
て繰り返した。今回は、水素はメスシリンダーの代わり
に湿潤試験メーター(wet test meter)により測定し
た。水素は理論量の90%であった。NMR分析により、ア
ミノ酸塩からなる単一の生成物のみが含まれることが示
された。生成物の一部を遊離のアミノ酸として単離し
た。その赤外線スペクトルは、AIBAの規格品サンプルの
ものと区別がつかなかった。溶液を希釈し、濾過して、
59.1%の固体を含む透明な溶液を得た。
実施例2:市販のAIBAを使用したCO2吸収−脱着実験 第1図は吸収装置を示し、これは、加熱マントル、熱
電対、還流冷却器、空気運搬スターラー及びガス流入管
を備えた2lの容器である。ポンプP1は容器の底から液体
を除去することができ、スパーゲルSを通してそれをフ
ィードバックさせることができる。
第2図は脱着装置を示し、これは、スターラー、還流
冷却器、温度計及びガス流入管を備えた2lの容器であ
る。
下記に典型的な実験を詳細に記載する。下記の試薬を
2lのエーレンマイヤーに入れた。
2−アミノイソ酪酸(10重量%) 75g K2CO3(28重量%) 210g H2O 465g フラスコを加熱して固体を完全に溶解させ、その後、
溶液を吸収装置に入れ、ポンプP1により循環させなが
ら、83℃にし、その後、容器をポンプP2により溶液が沸
騰するまで排気した。バルブT1を閉め、液体循環速度を
3l/分にし、スターラーを始動させ、1500rpmに合わせ
た。バルブT2を開け、これによりCO2を入れた。タンク
Tはバラストとして作用し、水銀バブラー(mercury bu
bbler)B2から空気が吸引されるのを防ぐ。3lの湿潤試
験メーター(WTM)は、随時、CO2が何l吸収されたかを
示す。合計して20.1のCO2が吸収された。このように
して得られたCO2に富む溶液を、ポンプP1により脱着装
置に移した。温度を103℃に上げ、この間に16.5lのCO2
が脱着された。その後、溶液を60分間還流させ、その間
に温度は105.5℃に上がった。脱着されたCO2の合計量は
31であった。
その後、CO2が希薄な溶液を吸収装置に戻し、温度を8
3℃に上げた。同じ方法を初期の吸収について行ったと
ころ、30.5lのCO2が吸収された。そのうち最初の1分に
吸収されたのは9.5lであった。
実施例3:酸化されたAMP溶液を使用したCO2吸収−脱着 実施例1から得られた溶液は下記の組成を有した:59.
1%の固体、溶液1g当たり0.493gのK−アミノイソブチ
レート、溶液1g当たり0.098gのKOH。
ガス処理組成物を下記の組成により製造した。
溶液(2−アミノイソ酪酸73.5gと当量) 208.3g K2CO3(Kの総量は209.7gのK2CO3に相当する) 134.6g H2O 407.0g 実施例2の方法により、この溶液を用いてCO2の吸収
−脱着実験を行った。溶液は30.4lのCO2を再吸収し、そ
のうち10.5lのCO2が最初の1分間に吸収された。
この結果は、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノ
ールとKOHとの反応により製造されたガス処理溶液の優
れた性能を示している。
実施例4 水素発生の速度に対するCd濃度の効果を調べた。結果
は約3%未満のCdO当量では、2−アミノ−2−メチル
−1−プロパノールの酸化速度が遅いことを示している
(第3図)。
【図面の簡単な説明】
第1図はガス流から二酸化炭素を除去するための実験的
反応装置を説明する模式図であり、 第2図は脱着装置の模式図であり、そして 第3図はCd濃度の関数としての水素発生の効果を示すグ
ラフである。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B01J 23/16 B01J 23/70 23/70 C07C 227/02 C07C 227/02 C07B 61/00 300 // C07B 61/00 300 B01D 53/34 118Z (72)発明者 ウィン ソー ウィンストン ホー アメリカ合衆国 ニュージャージー州 08801 アナンデイル ノッティンガム ロード 15 (72)発明者 ラリー ジョセフ シュリック アメリカ合衆国 テキサス州 77521 ベイタウン セント アンドリュース 4715 (72)発明者 ジョージ エルマー ミリマン アメリカ合衆国 ニュージャージー州 07023 ファンウッド レイニア ロー ド 4 (56)参考文献 特開 昭62−294418(JP,A) 米国特許2384817(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C07C 229/08,227/02 B01D 53/14,53/34 B01J 23/06,23/10 B01J 23/16,23/70 C07B 61/00 CA(STN) CAOLD(STN) REGISTRY(STN)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アミノイソ酪酸又はその塩を含有するガス
    スクラビング溶液の製造方法であって、立体障害性アミ
    ンである次式: で表される2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール
    (AMP)、及び過剰量の水酸化カリウム(KOH)を、120
    ℃〜300℃の温度で反応させて、前記ガススクラビング
    溶液用の前記アミノイソ酪酸を製造する工程を含む、前
    記製造方法。
  2. 【請求項2】該方法を、有効な触媒量の金属塩の存在下
    で実施し、該金属がCd、Zn、Cu、Ni、V、Mn、Ceからな
    る群から選ばれる、請求項(1)記載の方法。
  3. 【請求項3】前記触媒がCdOである、請求項(2)記載
    の方法。
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