JPH0418911A - ガスから酸性成分を除去する方法 - Google Patents

ガスから酸性成分を除去する方法

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JPH0418911A
JPH0418911A JP2123754A JP12375490A JPH0418911A JP H0418911 A JPH0418911 A JP H0418911A JP 2123754 A JP2123754 A JP 2123754A JP 12375490 A JP12375490 A JP 12375490A JP H0418911 A JPH0418911 A JP H0418911A
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absorption solvent
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則雄 高橋
Akashi Ueno
上野 証
Toshimichi Shimizu
清水 敏通
Takeshi Hihara
健 日原
Lejzerov Reites Iosif
イオシフ レイゼロビッチ レイテス
Grebovna Karpova Yuruya
ユルヤ グレボブナ カルポバ
Moiseev Berchenko Vladimir
ブラジミル モイセービッチ ベルチェンコ
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Toho Chemical Industry Co Ltd
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GOS N I I PROEKT INST AZOTNOJ PROM PROD
Toho Chemical Industry Co Ltd
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    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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    • C10K1/00Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/08Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
    • C10K1/16Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with non-aqueous liquids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01DSEPARATION
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    • B01D53/1425Regeneration of liquid absorbents
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明はガスから酸性成分を除去する方法に関する。具
体的にはガス状混合物から二酸化炭素を除去するための
新規な、改良された方法に関する。
(従来の技術) アンモニア合成或はその他の製品の原料ガスの調製の際
には、原料となる最初のガス混合物から大量の二酸化炭
素を除去する事が必要となる。このようにガスから二酸
化炭素を除去するために、ポリグリコールエーテルをベ
ースとする物理吸収プロセスが多方面で利用されている
このような物理吸収剤を利用するとエタノールアミン或
は熱炭酸カリ溶液を使用する既知のガス精製プロセスに
較べ、設備費、運転費の相当な節減が可能である。(S
 p r a v o c h n i kAzotc
hika、2nd  1ssue。
Moscow:Khimya、1986参照)ポリグリ
コールエーテルを酸性成分の吸収溶剤として使用した場
合、吸収溶剤は、原料ガス中の水分や飽和となった吸収
溶剤から酸性成分をストリッピングするために使用した
空気中の水分をも同時に吸収する。
然るにポリグリコールエーテルは水分を含むと二酸化炭
素に対する吸収容量が著しく低下する。
本発明者等の実験データーによれば、0〜10wt%の
水分を含むトリエチレングリコールジメチルエーテルへ
の二酸化炭素の溶解量は、標準状態(0℃、1 atm
又は760mmHg)で18%減少する。(表1参照) その他の温度、圧力状態でも同様に溶解量は減少する。
吸収溶剤の吸収容量の減少は、ガスからの二酸化炭素の
除去効率の低下に伴う吸収溶剤の循環のためのエネルギ
ー消費量の増加を招き、更には安定した精製ガス組成の
確保を不可能にする。
技術計算によるとポリグリコールエーテルをベースとす
る吸収溶剤を工業的に効率よく利用するためには、吸収
溶剤の含水量を最小レベル、2〜2゜5wt%に保持す
ることが必要である。その為には運転中の吸収溶剤の循
環液から常時水分を除去しなければならない。
表−1トリエチレングリコールジメチルエーテルこ対す
る0℃における二酸化炭素の溶解It(Nm’/Nm’
)現在、この事は次の方法で実施されている。
最も普及している方法はUSP2,649,166の方
法である。この方法では、放出基の下部から排出された
脱ガス溶剤の特定量が脱水用エバポレーターに送られる
水の蒸発を容易にし、又、溶剤の分解と蒸発を最少限に
とどめるために、系内は100℃、減圧(60mmHg
)に保たれる。この方法の欠点は、水を蒸発させる為の
減圧の確保に著しくエネルギーを消費する事である。(
表4参照) 又、USP3,837,143にはポリグリコールエー
テルを使用するガスからの酸性成分の除去法が開示され
ている。この方法では10wt%迄の水を含む循環溶剤
全体が、脱水用蒸発ゾーンに入り、ここで溶剤は含有す
る水を蒸発させるために沸騰する。この水分の蒸発は内
部で発生する蒸気の助けを借りて推進される。このスト
リッピング塔から排出される水蒸気の量は除去されるべ
き水の量の50%以上過剰の水蒸気となる筈である。
蒸発した水は全てコンデンサーで凝縮される。系を安定
した状態に保つ為に過剰の水は除去され、その他の水は
再びストリッピング塔に戻される。
この方法の欠点は循環する吸収溶剤全体を高温(例えば
10wt%の水を含有するトリエチレングリコールジメ
チルエーテルの沸点は120℃である)に加熱する必要
がある事で、その為吸収溶剤の加速的劣化が避けられな
い。それ故吸収溶剤の消費量が著しく増大し、又この方
法では過剰分の水蒸気の冷却・凝縮に伴う熱損失も大き
い。
(発明が解決しようとする課題) 上記の如くポリグリコールエーテルを吸収溶剤とするガ
ス精製プロセスは、精製ガスの組成を安定なものとする
為、吸収溶剤に蓄積される水分量を最小限にする為、種
々の工夫が取られてきた。
しかし、従来の技術によると装置運転に伴うエネルギー
の消費量が多く、或は吸収剤の劣化を/Il′いその消
費量も多い。その為にガス精製プロセス全体の維持、運
転のための経費が上しく大きくなっている。
従って、本発明の目的は−に記問題点を解決し、精製ガ
スの組成の安定したガス精製プロセスで、エネルギー消
費量と吸収溶剤の劣化と消費量を最小限にする為のガス
精製法を提供することにある。
[発明の構成] (課題を解決する為の手段) 本発明の方法はポリグリコールエーテルをベースとした
有機溶剤にガス中の酸性成分を加圧下に吸収させ、つぎ
に飽和した吸収溶剤を再生し、更に再生した吸収溶剤の
一部を加熱により脱水するプロセスにおいて、脱水がガ
スによるストリッピングで、しかも吸収溶剤の沸点より
低い温度、80〜150℃に加熱される事により、ほぼ
大気圧下で実施されることを特徴とするガスから酸性成
分を除去する方法である。
尚、ストリッピング用ガスとして空気、窒素、水素、ア
ルゴン、又はメタン等のガス、これらの混合ガス、又は
その他のガスを用いることが出来る。
本発明において、ガスのストリッピングはほぼ大気圧下
で行われるが、ここで云うほぼ大気圧とは約0.8〜1
.3 a tmの範囲の圧力を意味する6本発明者等は
、各種条件下に於けるトリエチレングリコールジメチル
エーテル及びその他のポリグリコールエーテルの脱水の
程度と速度に関し検討した。
ここにトリエチレングリコールジメチルエーテルを吸収
溶剤とした時の脱水の程度と速度についての結果を表2
に示した。
尚、その他のポリグリコールエーテルの場合も同様な結
果であった。
この実験データーが示すように、ガス吹き込みなしには
大気圧下では温度を100℃以上に上げる必要があるが
、空気を吹き込む場合には100℃以下の温度で充分脱
水できることがわかる。
本発明者等は各種温度におけるポリグリコールエーテル
の劣化速度に関する実験データーを得た(表−3参照)
。加熱温度を90から130℃に上げると200時間で
劣化物の量が0.76wt%から2.1wt%に増加す
ることを示している。
工業プロセスに於いて、高温で脱水する事は高価な有機
溶剤を著しく損失する事となる。
表−2ニトリエチレングリコールジメチルエーテルの脱
水の程度と速度表−3:ポリグリコールエーテルの劣化
(試験時間:200Hrs)本発明者等は、本発明の効
果例として、吸収溶剤から1時間当り200 K gの
水を除去する場合のUS1″2,649.l 66の方
法と本5ξ″!LJの方法によるl・リエチしングリコ
ールシメチルエーテルの脱水プロセスに要する電気消費
量を算出じた。(表−11参照) !2−−31水プロセスにおける電気消費量の比較二の
結果から明らかなように、本発明の方法による電気消費
量は既知の方法による場合に較べ、極めて低く、115
である。
ここで本発明の方法による二酸化炭素の除去方法を第1
図を参考にして説明する。
二酸化炭素と水を含む天然ガス又は工業用ガスをライン
(1)を通して吸収塔(2)に圧送する。ポリグリコー
ルエーテルと5wt%、好ましくは2゜5wt%以下の
水分とからなる吸収溶剤をライン(3)を通し、て吸収
塔(2)の上部に、成る温度、好ましくは20°C以下
の温度で、精製ガスの二酸化炭素の含有量が0.15v
o1%、好ましくは0゜1■01%以下のレベルに下げ
るに充分な量を供給する。
精製ガス中の二酸化炭素を目標量まで減らすのに必要な
吸収溶剤の循環量は、供給されるガスの温度と圧力、同
様に吸収溶剤の温度と水分含有量に依存する。
吸収塔(2)の上部から出る二酸化炭素が除去されたガ
スはライン(4)を通って装置から排出される。
原料ガスから二酸化炭素と水を吸収した吸収溶剤はライ
ン(5)は通して吸収塔から排出され、第一段目のエク
スパンダ−(6)に送られる。この内部の圧力は吸収塔
の圧力より低く、好ましくは吸収塔の内部圧力の20〜
40%に維持される。
第一段目のエクスパンダ−で分離したガスはバイブ(7
)を通して排出され、コンプレッサー(8)によりバイ
ブ(9)を通して吸収塔(2)に戻される。
第一段目のエクスパンダーから吸収溶剤はバイブ(10
)を通して排出され、第二段目のエクスパンダー(11
)に供給される。この内部の圧力は第一段目のエクスパ
ンダ−の圧力より低く、好ましくは1.1〜1.9 a
 tmになるように維持される。
第二段目のエクスバングーで分離されるガスは本質的に
二酸化炭素(98〜99vo1%CO,)からなり、バ
イブ(12)を通して装置から排出される。
第二段目のエクスパンダ−(11)で二酸化炭素のほと
んどの量を放出した後の部分的に再生された吸収溶剤は
バイブ(13)を通して最終再生用放出基(14)に入
る。バイブ(15)を通して放出基(14)の下部から
、ストリッピング用ガス(例えば空気又は窒素)を送入
する。その量は吸収溶剤1容積に対して5〜1o容積の
ガス、好ましくは8容積のガスに相当する量を供給する
放出基(14)の中でのストリッピングにより、吸収溶
剤からの二酸化炭素の全部が放出される。その際再生さ
れた吸収溶剤の中に残留する炭酸ガスの量は0.5Nm
’/Nm”を超えてはならない。
再生された吸収溶剤の特定量(0,1〜2%)は放出基
(14)の下部からバイブ(16)を通して排出され、
ポンプ(17)により熱交換器(18)に送られる。こ
の中で脱水装置から送られてきた吸収溶剤の熱で加熱さ
れ、次にプレヒーター(19)に送られる。この中で吸
収溶剤は脱水装置内の温度、即ち用いた吸収溶剤の沸点
より低い80〜150℃まで加熱される。吸収溶剤は脱
水装置(20)に送られ、ここでガスを吹き込みストリ
ッピングする。
脱水装置の機能は、ここに入ってくる再生された吸収溶
剤から水を蒸発させることにある。この構造は一般的な
充填塔(packed  column)又は気泡塔(
bubble  tower)や薄膜タイプの管状装置
でも良い。ここで吸収溶剤は上昇するストリッピング用
ガス(21)に対して下方に流れ落ちる。ここの圧力は
大気圧に近い圧力、好ましくは0.8〜1.3atmで
ある。
脱水装置の操作条件は、ストリッピング用ガスの水分量
が系内から除去される水分量に一致するように定められ
る。
ストリッピング用ガスに同伴された吸収溶剤は全てパー
シャルコンデンサー(22)で凝縮される。
このようにしてパーシャルコンデンサーから出るガスは
事実上溶剤蒸気を含まない。それ故実除土プロセスから
の吸収溶剤の損失はない。
水分を取り除いた後の吸収溶剤は、脱水装置(20)の
下部からバイブ(24)を通して排出され、その後熱交
換器(18)に入る。ここで持っていた熱の大部分を、
脱水装置に入る吸収溶剤に与える。
次にバイブ(25)を通して冷却装置(26)に送られ
、ここで25℃以下の温度に冷却される。この後吸収溶
剤全体はポンプ(27)で冷却装置(28)とバイブ(
3)を通して吸収塔(2)の上部に送られる。
(実施例) 次に本発明を実施例によって詳細に説明する。
太五輿−± 下記組成のガス状混合物を圧力30atm、温度10’
Cで吸収塔の下部に200,00 ONm’/Hrの流
量で導入する。
ガス組成:(Vo1%) 水素              :59! 素   
                        コ
 20二酸化炭素           :18アルゴ
ン、メタン、−酸化炭素  = 3水分(Nm’/Nm
’)       : 0.0005水を2.5wt%
含有するトリエチレングリコールジメチルエーテル(沸
点220℃)を−5“Cで吸収塔上部に圧送する。ここ
の内部圧力は30atmに維持されている。吸収溶剤の
送入量は1,900 m’/Hrである。二酸化炭素の
含有量を00lvo1%に精製されたガスは、吸収塔上
部から取りだされる。
二酸化炭素を含有する飽和吸収溶剤は、温度3℃で吸収
塔下部から排出され、第一段目のエクスパンダ−に送ら
れる8ここの内部圧力は6atmに維持されている。圧
力の低下により吸収溶剤から溶解していたガス分が放出
される結果、吸収溶剤の温度は2℃に下がる。第一段目
のエクスパンダ−で分離されたガス(2,80ONm’
/ト1r)には吸収されていた大部分の水素と窒素が含
まれ、その組成はH,: 25.0.N、+ 22.0
.Co、=53.0Vo1%で、これらは全てコンプレ
ッサーに送られ、更に吸収塔に戻される。
一方、吸収溶剤は第二段目のエクスバンダーに入る。こ
この内部圧力は1.5atmに維持されている。ここで
、吸収されていた二酸化炭素の大部分が放出される(放
出されるガスの組成はCo2:98.8、H!:0.5
、N2: 0.7Vo 1%、ガス量: 25,000
 Nm’/Hr)、ガス放出により吸収溶液の温度は一
1°Cまで低下して放出塔に入る。ここの内部圧力は1
.2at、mに維持されている。放出塔にはその下部よ
り大気温度で空気が13、OOONm’/Hr送入され
る。この空気の中の水分は0.0162Nm’/Nm’
である。
空気と二酸化炭素は放出塔の上部から排出される。
脱ガスされた吸収溶剤は放出塔の下部から取りだされる
。この一部(10m”/F(r)は熱交換器に送られ、
更にプレヒーターに送られ、ここで90’C迄加熱され
て脱水装置に送られる。ここの内部圧ツノは1.1at
mに維持されている。乾燥した空気による高温溶剤のス
トリッピングの際は、250 K g/Hrの水が蒸北
脱水し、除去される。即ち、この量は原料ガス及び脱水
装置nで使う空気に含まれシステムに入ってくる水分の
量である。
ストリッピング後の空気は、含まれている溶剤蒸気を凝
縮させるため、最後にコンデンサーを通して60℃0℃
迄冷却る。一方脱水された吸収溶剤(10m’/Hr)
は熱交換器を通り、更に冷却装置に送られ、30’C迄
冷却され再生吸収溶剤の主要量と混合され、冷却装置に
圧送され、ここで−5℃迄冷却され吸収塔の上部に送ら
れる。
尖灸透−I 下記組成のガス状混合物を圧力50al−m、温度10
’Cで吸収塔の下部に100,00 ONm’/Hrの
流量で導入する。
ガス組成:(Vo1%) 水素              =51窒素    
          :20二酸化炭素       
    =25アルゴン、メタン、−酸化炭素  = 
4水分(Nm’/Nm’)       : 0.00
062wt%の水を含有するジエチレングリコールジメ
チルエーテル(沸点160℃)を−10°Cで吸収塔上
部に送入する。ここの内部圧力は50atmに維持され
ている。吸収溶剤の送入量は1,000m’/1−(r
である。二酸化炭素の含有量を0.15vo1%に精製
されたガスは、吸収塔上部から排出される。
二酸化炭素を含有する飽和吸収溶剤は温度O℃で吸収塔
の下部から取り出され、第一段目のエクスパンダーに送
られる。ここの内部圧力は10atmに維持される。
圧力の低下により吸収溶剤に溶解していたガスが放出さ
れる結果、溶剤の温度が低下し一1℃になる。第一段目
のエクスパンダ−で分離されるガス(1,60ONm’
/Hr)は吸収されていた水素と窒素の大部分を含み、
その組成はH,:27.OlN、:21.2、Co、:
 51.8Vo 1%でこれらは全てコンプレッサーに
送られ、吸収塔に戻される。
この後、吸収溶剤は第一段[E+のエクスバンダーに入
る。ここの内f11を圧力は] 、 :3 a I m
に維持されている。ここで、吸収されていた一二酸化伏
素の大部分が放出される(ガス!+12,50ONm’
ハ■r、ガス組成はCo、: 98.9、)I、:0.
45、入2:0.65Vo1%)。
ガス放出により、吸収溶剤の温度は一6°Cまで低下し
、更に放出塔に送られる。ここの内部圧力は1.15a
tmに維持されている。
放出塔の下部に温度20℃で窒素ガスを9.○OONm
’月−(rで送る。窒素と二酸化炭素は放出塔の上部か
ら排出され、脱ガスされた吸収溶剤は放出塔の下部から
取り出される。
この一部(2,5m’/Hr )は熱交換器に送られ、
更にプレヒーターに送られ、ここで80℃迄加熱される
。次に脱水装置に送られる。ここの内部圧力は1.05
atmに維持されている。
窒素による高温溶剤のストリッピングの際に50K g
/Hrの水が蒸発脱水で除去される。即ちこの量は原料
ガスに含まれて本システムに入ってくる水分の量である
ストリッピング後の窒素は、含まれている溶剤蒸気を凝
縮させるために、最後にコンデンサーに送られ、ここで
55°Cまて冷却される。脱水された吸収溶剤(2,5
m’/Hr)は熱交換器に送られて30℃迄冷却され、
再生吸収溶剤の主要量と混合され、冷却装置に送られ、
−10℃迄冷却されて引き続き吸収塔の上部へ送られる
炎11−y 下記組成のガス状混合物を圧力40atm、温度15℃
で吸収塔の下部に150,00 ONm’/Hrの流量
で導入する。
ガス組成:(Vo1%) 水素              :57窒素    
          :2に酸化炭素        
   :19アルゴン、メタン、−酸化炭素  : 3
水分(Nm’/m’)        : o、o O
O33wt%の水を含有し、分子中に3〜6個のグリコ
ール残基を有するポリエチレングリコールジメチルエー
テル混合物(訓点240℃)を0℃で吸収塔上部に送入
する。ここの内部圧力は40atmに維持されている。
吸収溶剤の送入量は1,600m’/Hrである。二酸
化炭素の含有量を0.12V01%に精製されたガスは
、吸収塔上部から排出される。
二酸化炭素を含有する飽和吸収溶剤は温度8℃で吸収塔
の下部から取り出され、第一段目のエクスバングーに送
られる。ここの内部圧力は8atmに維持される。
圧力の低下により吸収溶剤に溶解していたガスが放出さ
れる結果、溶剤の温度が低下し7℃になる。
第一段目のエクスパンダ−で分離されるガス(2゜30
ONm’)は吸収されていた水素と窒素の大部分を含み
、その組成はト1.:31.5、N、:24゜3、Co
、: 44.2Vo 1%でこれらは全てコンプレッサ
ーに送られ、吸収塔に戻される。
この後、吸収溶剤は第二段目のエクスパンダ−に入る。
ここの内部圧力は1.6atmに維持されている。こ二
で、吸収されていた一酸化炭素の犬till 分カ故+
1’+ c しo (7’J ス)Jl 成ハCO?:
 98 、7.1−1. : 0 、6、N2:0.7
Vo1%、ガス箪:20゜000人rT1°/ t−1
r )。ガス放出により、吸収溶剤の温度は11°Cま
で低下し放出塔に送られる。ここの内部圧力は1. 、
3 a t nlに維持されている。
放出塔の下部に温度20゛Cで窒素ガスを12,00O
Nm’/Hrで送る。窒素と二酸化炭素は放出塔の上部
から排出され、脱ガスされた吸収溶剤は放出塔の下部か
ら取り出される。
この一部(1,3m’/Hr)は熱交換器に送られ、更
にプレヒーターに送られ、ここで90℃迄加熱される。
欲に脱水装置に送られる。ここの内部圧力は1.15a
tmに維持されている。
C)I4:24、H,: 37、N、:36、Ar:3
Vo1%の組成を持つガスによる高温溶剤のストリッピ
ングでは40Kg/Hrの水が蒸発脱水し除去された。
この量は原料ガスに含まれて本システムに入ってくる水
分の塁である。
ストリッピング後のガスは、含まれている溶剤蒸λを凝
縮させるために、最後にコンデンサーに送られ、ここで
58°Cまて冷却される。脱水された吸収溶剤(1,3
m’月1r)は熱交換器と冷却装置に送られて28°C
迄冷却され、再生吸収溶剤の主要量と混合され、冷ムI
I装置に送られ、O℃迄冷却されて引き続き吸収塔の上
部へ送られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一方法を例示するフローダイアグラム
である。図面内の数字は以下の各部を示している。 1:原料ガス送入ライン 2:吸収塔 3;吸収塔への吸収溶剤送入ライン 4:精製ガス排出ライン 5:飽和吸収溶剤排81ライン 6:第一段目エクスバンダー 7:第一段目エクスパンダー排出ガスライン8:コンプ
レッサー 9:第一段目エクスバンダー排出ガス戻しライン lO:吸収溶剤移送ライン 11:第二段目エクスバンダー 12:二酸化炭素排出ライン 13:放出塔への吸収溶剤送入ライン 14:放出塔 15ニスドリツピング用ガス送入ライン16:再生吸収
溶剤排出ライン 17.27:ポンプ 18:熱交換器 19:プレヒーター 20:脱水装置 21ニスドリツピング用ガス送入ライン22:パーシャ
ルコンデンサー 23;排出ガスライン 24:脱水吸収溶剤排出ライン 25:脱水吸収溶剤ライン 26.28:冷却装置

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)ポリグリコールエーテルをベースとした有機溶剤に
    ガス中の酸性成分を加圧下に吸収させ、つぎに飽和した
    吸収溶剤を再生し、更に再生した吸収溶剤の一部を加熱
    により脱水するプロセスにおいて、脱水がガスによるス
    トリッピングで、しかも吸収溶剤の沸点より低い温度、
    80〜150℃に加熱される事により、ほぼ大気圧下(
    0.8〜1.3atm)で実施されることを特徴とする
    ガスから酸性成分を除去する方法。 2)ストリッピング用ガスとして空気、窒素、水素、ア
    ルゴン又はメタン等のガス又はこれらの混合ガスを用い
    る事を特徴とする請求項1記載のガスから酸性成分を除
    去する方法。
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