(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種の熱安定塩を含むジアミン吸収剤流の処理方法であって、
ａ．酸性ガス回収ユニットからジアミン吸収剤流を得ること、ここで、ジアミン吸収剤流が、１当量未満／モルのジアミン単位である熱安定塩の濃度を有する；および、
ｂ．ジアミン吸収剤流を酸性カチオン交換樹脂と接触させることにより、塩リーンジアミン流および使用済酸性カチオン交換樹脂を発生させること、
を含む、前記方法。
【請求項２】
少なくとも１種の熱安定塩が、強酸の少なくとも１種のアルカリ金属塩である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
強酸が、硫酸、硝酸または塩酸を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
アルカリ金属が、ナトリウムまたはカリウムを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
酸性カチオン交換樹脂が、強酸性樹脂である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
熱安定塩の濃度が、０．７当量未満／モルのジアミンである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
熱安定塩の濃度が、０．５当量未満／モルのジアミンである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
熱安定塩の濃度が、０．２当量未満／モルのジアミンである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
塩リーンジアミン流を、酸性ガス回収ユニットに再循環することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
残留ジアミン吸収剤を使用済酸性カチオン交換樹脂から水でリンスすることおよび利用済洗浄水流を発生させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
利用済洗浄水流の一部を酸性ガス回収ユニットに再循環することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
使用済酸性カチオン交換樹脂を酸を使って再生し、続いて酸性カチオン交換樹脂を水でリンスするステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１のステップ（ｂ）において、ジアミン吸収剤流を塩基性アニオン交換樹脂と接触させることにより、アニオンリーンジアミン吸収剤流を発生させ、およびアニオンリーンジアミン吸収剤流の少なくとも一部を使用することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
アニオンリーンジアミン吸収剤流が、第一の部分および第二の部分を含み、第一の部分はステップ（ｂ）において使用され、第二の部分はステップ（ａ）におけるジアミン吸収剤流の一部として酸性ガス回収ユニットに戻される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
酸性カチオン交換樹脂に向かう第一の部分が、０．７当量未満／モルのジアミンである熱安定塩の濃度を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
熱安定塩の濃度が、０．５当量未満／モルのジアミンである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
熱安定塩の濃度が、０．２当量未満／モルのジアミンである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
塩基性アニオン交換樹脂が、弱塩基性樹脂である、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一側面において、本開示は、少なくとも１種の熱安定塩を含むジアミン吸収剤流(absorbent stream)の処理方法に関する。特に好ましい側面において、本開示は、酸性ガスジアミン吸収剤の再生中のイオン交換プロセスの操作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水性アミン溶媒への吸収による、排ガス流、例えば煙道ガス流、または炭化水素含有流などのガス流からの二酸化硫黄（ＳＯ２）または二酸化炭素（ＣＯ２）などの酸性ガスの分離は、周知である。アミントリーター(treater)プロセスと称されるこれらのプロセスの多くは、“Gas Purification”, 5th Edition, Ed. Arthur L. Kohl and Richard B. Nielsen, Gulf Publishing Company, Houston, TXに記載されている。
【０００３】
アミントリータープロセスは、再生可能なアミン溶媒を使用し、それにより、酸性ガスが、ある温度で溶媒中に捕獲され、酸性ガスが一般により高温で溶媒から脱離またはストリッピングされる。
【０００４】
供給流から所定の酸性ガス成分を除去するためのアミン溶媒を、酸性ガスを蒸気ストリッピングにより溶媒から除去することができるよう選択してもよい。蒸気ストリッピングを利用する場合、酸性ガスを溶媒から分離するために、酸性ガスは溶液中では揮発性でなければならない。好ましくは、アミンの共役酸の酸イオン化定数（ｐＫａ）は、酸性ガスのｐＫａよりわずか約３または４単位高い数値である。ｐＫａにおけるこの差異が、約３または４単位より大きい場合、アミンおよび酸の間で形成された塩は、安定過ぎるため、事実上蒸気ストリッピングにより解離できない。
【０００５】
商業運転において、酸性ガス捕獲プロセスは、除去プロセスの設計対象である酸類よりも強い酸類の侵入および／またはプロセス内発生を経験する。これらのより強い酸類は、アミン溶媒と塩を形成し、それらは蒸気により再生可能ではなく、したがって熱安定アミン塩、または単に熱安定塩と称する。
【０００６】
熱安定塩が蓄積可能である場合、溶媒のアミンすべてを最終的には中性化し、意図したとおりに酸性ガス成分との反応および除去を不可能にする。したがって、熱安定塩除去のための準備は、強酸がアミン溶媒内で蓄積し得るシステムにとって望ましい。
【０００７】
アミンガス処理溶液からの熱安定塩のさまざまな除去手段が知られている。これらは、大気圧または大気圧より低い圧力での塩からの遊離アミンの留去（例えば“Gas Purification”、255頁以下参照）、電気透析（例えば米国特許第5,292,407号参照）およびイオン交換（例えば米国特許第4,122,149号、米国特許第4,113,849号、米国特許第4,970,344号、米国特許第5,045,291号、米国特許第5,292,407号、米国特許第5,368,818号、米国特許第5,788,864号および米国特許第6,245,128号参照）を含む。
【０００８】
イオン交換プロセスに関する１つの問題は、イオン交換媒体または樹脂が時々再生されなければならないことである。イオン交換プロセスの通液段階中、アニオン交換樹脂のアニオン除去能力およびカチオン交換樹脂のカチオン除去能力は、熱安定塩がアミン溶媒から除去されるにしたがって低減する。特定の量によるイオン交換樹脂のアニオン除去能力の消耗または低減の際、イオン交換樹脂を再生することができるよう、熱安定塩リッチ(rich)アミン溶媒のイオン交換樹脂への供給を停止する。イオン交換樹脂の再生中、アミン溶媒を、樹脂ベッドを洗浄するための大量の水の使用によりアミン樹脂ベッドから移動させてもよい。これにより、希釈アミン溶媒溶液の生成がもたらされる。続いて、洗浄水のフローを停止し、樹脂再生剤を樹脂ベッドに提供する。そして、樹脂再生剤を樹脂ベッドから洗浄し、樹脂ベッドの再生を完了することができる。
【発明の概要】
【０００９】
本開示の一側面に従い、熱安定塩を酸性ガス吸収剤から除去するためのイオン交換プロセスの改善された操作方法を提供する。酸性ガス吸収剤は、好ましくは酸性ガス回収ユニットから得られる。この方法に従い、イオン交換プロセスを、酸性ガス吸収剤の損失を低減させるように、および／またはイオン交換再生プロセス中に回収されて酸性ガス回収ユニットに戻される酸性ガス吸収剤の希釈を低減させるように、操作してもよい。とくに、驚くべきことに、ジアミン吸収剤流の酸性カチオン交換樹脂（ここで樹脂に供給されたジアミン吸収剤流が低濃度の熱安定塩を含む）との接触は、カチオン除去を最大化し、より低いジアミン損失をもたらすことが究明された。
【００１０】
操作において、ジアミン吸収剤流は、酸性ガス回収ユニットから得てもよい。酸性ガス回収ユニットは、好ましくは吸収ユニットおよび再生ユニットを含み、好ましくは循環的に操作される。よって、吸収剤は、吸収ユニット内に酸性ガスと共に通液され、少なくとも酸性ガスのいくらかは、再生ユニット内の吸収剤から除去される。よって、吸収剤は、プロセスを通じて連続的に循環される。時々、新しい吸収剤を、プロセスの操作中に失われる吸収剤と置き換えるために添加してもよい。
【００１１】
吸収ユニットにおいて、二酸化硫黄（ＳＯ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、亜酸化窒素類（ＮＯｘ）などの少なくとも１種の酸性ガスおよびこれらのガスの１種または２種以上の組合せを含有する供給ガス（例えば、排ガス）を、例えば、供給ガスが吸収カラムを通過することによって吸収剤と接触させる。供給ガスがカラムを通過するにつれ、１種または２種以上の酸性ガスの少なくともいくらかは、利用済吸収剤流とも称され得る、ジアミン吸収剤流を生成するジアミン吸収剤によって吸収される。
【００１２】
再生ユニットにおいて、利用済吸収剤流は、吸収剤によって吸収された少なくともいくらかの酸性ガスを除去するために処理される。吸収剤は、好ましくは、例えば利用済吸収剤流が蒸気ストリッピング装置を通過することにより、蒸気を使って再生され、ここで、蒸気の使用を通じて、酸性ガスがアミン溶媒から解離する。必然的に、熱を使ってアミン溶媒から解離することのできない酸類は、熱安定アミン塩の形で吸収剤内に残る。
【００１３】
少なくとも１種の熱安定塩を含む少なくともいくらかのジアミン吸収剤流、例えば流出流は、好ましくは吸収ステップにおいて吸収剤の再生の次ではあるが吸収剤の再利用の前に、酸性ガス回収ユニットから抜き出され、そしてイオン交換ユニットに向かう。イオン交換ユニットは、好ましくはアニオン交換ユニット（好ましくは１種または２種以上のアニオン交換ベッドを含む）を含み、ここで、１種または２種以上の硫酸塩類、チオ硫酸塩類、亜硫酸塩類、塩化物類、硝酸塩類および有機酸類などの熱安定塩のアニオンが除去され、カチオン交換ユニット（好ましくは１種または２種以上のカチオン交換ベッドを含む）が続き、ここで、１種または２種以上のナトリウム、カリウムおよびリチウムなどの熱安定塩からのカチオンが除去される。アニオンおよびカチオン交換ユニットはそれぞれ、好ましくは以下の順番で操作される。
１．吸収剤をイオン交換媒体と接触させ、熱安定塩のアニオンまたはカチオンを吸収剤から除去する。
２．清潔な洗浄水をイオン交換媒体に提供し、吸収剤を媒体から除去し、任意に少なくとも一部の使用済洗浄水を酸性ガス回収ユニットに再循環させる（樹脂再生前の洗浄ステップ）。
３．イオン交換媒体を再生剤と接触させ、イオン交換媒体を再生する。
４．洗浄水をイオン交換媒体に提供し、再生剤を媒体から除去する。
【００１４】
カチオン交換ユニットに供給されるジアミン吸収剤流が、約１当量未満／モルのジアミン単位の熱安定塩の濃度を有するとき、カチオン交換プロセスを、吸収剤の熱安定塩含有量を低減させるよう操作してもよく、その一方で、吸収剤の希釈および／または吸収剤の損失を驚くべきことに低減させることが究明された。本明細書において用いられているように、熱安定塩濃度とは、熱安定塩を形成するアニオンの濃度のことであると理解される。用語「当量／モルのジアミン単位」、「ｅｑ／ｍｏｌジアミン」または「熱安定塩アミン／ｍｏｌのジアミン単位」はすべて、アニオン（例えば硫酸塩、ＳＯ４２−）の濃度（ｍｏｌ・Ｌ−１）にそれらのそれぞれの絶対電荷（absolute respective charge）（ＳＯ４２−の場合、絶対電荷は２である）を乗じ、ジアミン吸収剤の濃度（ｍｏｌ・Ｌ−１）で割ったものであると定義される。多価アニオン（ＳＯ４２−など）は、ジアミン吸収剤の２個の分子を封鎖することができることから、アニオンの濃度にそれらのそれぞれの電荷を乗じる必要性が生じる。
【００１５】
樹脂再生前の洗浄ステップ中、アミン吸収剤を樹脂ベッドから洗い流す。アミンの濃度が十分高い場合（例えば、５００ｐｐｍ）、利用済洗浄水流を、酸性ガス捕獲ユニットに再循環させ、吸収剤の損失を防止してもよい。アミンの濃度がより低い場合、酸性ガス捕獲ユニットにおいて循環している吸収剤への洗浄水の添加は、吸収剤を過度に希釈するだろう。よって、樹脂再生前の洗浄ステップ中に樹脂ベッドから洗い流されるアミン吸収剤の少なくとも一部が、失われるだろう。樹脂再生前の洗浄ステップ中、いくらかの吸収剤が失われるであろうことから、再循環された吸収剤の過剰な希釈を回避するために、直観的に、より高濃度の熱安定塩を有する吸収剤流を処理することが好ましいと典型的に考えられる。より高濃縮流の使用により、イオン交換ベッドにおける熱安定塩のより高い除去率が可能となり、それによって処理されるより少ない吸収剤が必要となり、よって樹脂再生前の洗浄ステップにおける吸収剤の損失を低減する。
【００１６】
しかしながら、予想外に、カチオン交換ユニットへの供給流における低濃度のアミン熱安定塩は、より低いアミン損失をもたらすことが究明された。これは、酸性カチオン交換樹脂を用いたカチオン除去中、正電荷のアミン分子、とくに二価に荷電した（doubly charged）アミン分子もまた、カチオン吸収と競争して樹脂により吸収されるからである。アミン吸収剤流における熱安定塩の濃度が、約１当量未満／モルのジアミン単位であるとき、ジアミン分子は、より少ない正電荷を有し、および有意により少ないアミンは、２個の正電荷を有する。これは、いくつかの結果をもたらす。第一に、熱安定塩からのより多くのカチオンが樹脂上に保持され、よって、熱安定塩からのカチオンの除去が樹脂上で増進され、使用済または利用済酸性カチオン交換樹脂および塩リーン(lean)ジアミン吸収剤流の生成がもたらされる。第二に、より少ないアミン吸収剤が樹脂上で吸収され、カチオン交換ベッドの再生中におけるアミン吸収剤の損失の低減がもたらされる。第三に、樹脂再生前の洗浄ステップ中、利用済洗浄水流の第一の部分が、比較的高濃度のアミン吸収剤を有してもよいことから、当該流の一部が酸性ガス回収ユニットに戻されることを可能にする。利用済洗浄水流の第一の部分が、比較的高濃度のアミン吸収剤を有する。これは、アミン吸収剤の一部がカチオン樹脂に化学的に結合しないが、代わりに、物理的に空隙容量のカチオン樹脂の代わりを務めるからである。よって、樹脂再生前のステップの利用済洗浄水流が、洗浄ステップ中に樹脂ベッドの外にアミン吸収剤を洗い流す。
【００１７】
よって、一態様において、本開示は少なくとも１種の熱安定塩を含むジアミン吸収剤流の処理方法に関し、該方法は、
（ａ）酸性ガス回収ユニットからジアミン吸収剤流を得ること、ここで、ジアミン吸収剤流が、約１当量未満／モルのジアミン単位である熱安定塩の濃度を有する；および、
（ｂ）ジアミン吸収剤流を、酸性カチオン交換樹脂と接触させ、塩リーンジアミン流および使用済酸性カチオン交換樹脂を発生させること、
を含む。
【００１８】
任意の態様において、少なくとも１種の熱安定塩は、強酸の少なくとも１種のアルカリ金属塩であってもよい。強酸は、水溶液においてほぼ完全にイオン化する酸である。好ましくは、強酸は、硫酸、硝酸または塩酸あるいはこれらの組合せを含む。
【００１９】
任意の態様において、アルカリ金属は、ナトリウムまたはカリウムを含んでもよい。
【００２０】
任意の態様において、酸性カチオン交換樹脂は、強酸樹脂であってもよい。
【００２１】
任意の態様において、熱安定塩の濃度は、約０．７当量未満／モルのジアミン、好ましくは約０．５当量未満／モルのジアミンおよび、より好ましくは、約０．２当量未満／モルのジアミンであってもよい。
【００２２】
任意の態様において、本方法は、塩リーンジアミン流を、酸性ガス回収ユニットに再循環することをさらに含んでもよい。
【００２３】
任意の態様において、本方法は、残留ジアミン吸収剤を使用済酸性カチオン交換樹脂から水でリンスすること、およびジアミン吸収剤がリッチな利用済洗浄水流を発生させることをさらに含んでもよい。好ましくは、すべてのまたは一部の、およびより好ましくは一部のみの利用済洗浄水流は、酸性ガス回収ユニットに再循環される。代わりに、または加えて、本方法は、使用済酸性カチオン交換樹脂を酸を用いて再生し、続いて酸性カチオン交換樹脂を水でリンスするステップをさらに含んでもよい。
【００２４】
任意の態様において、本方法は、ステップ（ｂ）において、ジアミン吸収剤流を塩基性アニオン交換樹脂と接触させ、およびアニオンリーンジアミン吸収剤溶液を発生させ、およびアニオンリーンジアミン吸収剤流の少なくとも一部を使用することをさらに含んでもよい。好ましくは、アニオンリーンジアミン吸収剤流が、第一の部分および第二の部分を含み、第一の部分がステップ（ｂ）において使用され、第二の部分が酸性ガス回収ユニットに戻される。酸性カチオン交換樹脂に向かう第一の部分は、０．７当量未満／モルのジアミン、および好ましくは約０．５当量未満／モルのジアミンおよび、より好ましくは、約０．２当量未満／モルのジアミンである熱安定塩の濃度を有してもよい。
【００２５】
任意の態様において、塩基性アニオン交換樹脂は、弱塩基性樹脂であってもよい。
【００２６】
当業者であれば、これらの代わりの態様を、本明細書に記載した好ましい態様に例示してあるように、単一のプロセスにおいて個々にまたは組み合わせて、あるいは任意の特定の下位の組合せを使用してもよいことを理解するだろう。よって、任意の２種または３種以上の代わりの態様を、プロセスにおいて使用してもよい。
【００２７】
本発明のこれらのおよび他の利点が、本発明の好ましい態様の以下の説明に従い、より十分におよび完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、酸性ガス回収ユニットの簡易化したプロセスフロー設計図であり、本開示の態様による流れが酸性カチオン交換ユニットに接続するところを示す。
【００２９】
【図２】図２は、酸性ガス回収ユニットのフロー図を示し、本開示の態様による吸収ユニットおよび再生ユニットを含む。
【００３０】
【図３】図３は、本開示の態様による酸性カチオン交換ユニットの簡易化したフロー図である。
【００３１】
【図４】図４は、塩基性アニオン交換ユニットの簡易化したフロー図であり、流れが酸性カチオン交換プロセスに接続するところを示す。
【００３２】
【図５】図５は、再生剤のベッドボリュームで測定された、樹脂の再生中のカチオン樹脂ベッドからの流出物のナトリウムおよびアミンの濃度を示すグラフである。
【００３３】
【図６】図６は、酸性カチオン交換カラムの再生ステップ中の再生剤のナトリウムおよびアミンの濃度を示すグラフであり、ここで、さまざまな濃度の熱安定塩が酸性カチオン交換カラムに供給される熱安定塩リッチ吸収剤流に存在した。
【００３４】
発明の詳細な説明
一側面において本開示が、ジアミン吸収剤流の処理方法を対象にする一方、本開示は、供給ガスから酸性ガスを回収するのに使用される酸性ガス回収ユニットと組み合わせて例示される。
【００３５】
図１の簡易化したフロー図において例示したように、酸性ガス回収ユニット１４は、カチオン交換樹脂を含むイオン交換ユニット１８と一体化される。カチオン交換樹脂は、ジアミン吸収剤から熱安定塩のカチオンを除去する。ジアミン吸収剤流１６を、酸性ガス回収ユニット１４から酸性カチオン交換樹脂１８に移す。約１当量未満／モルのジアミン単位の濃度の熱安定塩を含むジアミン吸収剤流（熱安定塩リッチ吸収剤流）を、酸性カチオン交換樹脂と接触させ、酸性ガス用吸収剤として再度使用するために酸性ガス回収ユニット１４に再循環される塩リーンジアミン流２０を生成する。当業者は、酸性カチオン交換樹脂は、実質的にまたは十分に飽和してもよく、樹脂の再生を必要とする使用済または利用済酸性カチオン交換樹脂をもたらすことを理解するであろう。
【００３６】
当該技術分野において既知の任意の特定の設計を、酸回収ユニット用に使用してもよく、図１および２に示す態様が例となるものであると理解されるであろう。例えば、供給ガスは、１種の標的ガス（例えば二酸化硫黄）のみまたは複数の標的ガス（例えば二酸化硫黄および二酸化炭素）を含有してもよい。複数のガスが、供給ガスからの除去の標的である場合、酸回収ユニットは、複数の吸収帯を有してもよく、これらの各々は、異なる溶媒流を利用してもよく、これにより、例えば、蒸気ストリッピングにより個々に再生され得る複数の溶媒流を生成する。よって、供給ガス流は、１種のみまたは複数の酸性ガス、例えば、ＳＯ２および／またはＨ２Ｓ、および／またはＣＯ２および／またはＮＯｘを含有してもよく、供給ガス流を、各酸性ガスの濃度を既定のレベル未満に低減させるために、異なる段階において連続して処理してもよいと理解されるであろう。よって、供給ガス流を、第一の酸性ガス、例えば、ＳＯ２、の濃度を既定のレベル未満に低減させるために、第一のアミン溶媒と接触させてもよい。そして、供給ガス流を、第二の酸性ガス、例えば、ＣＯ２を供給ガス流から選択的に捕獲するために、第二のアミン溶媒と接触させてもよい。代わりに、２種または３種以上のガスを、１処理段階で除去してもよい。よって、１種の溶媒を、２種または３種以上のガスを供給ガス流から捕獲するために使用してもよい。１処理段階のみであってもよいと理解されるであろう。
【００３７】
熱安定塩を、各処理段階において使用される溶媒において増大させてもよい。したがって、各溶媒流、例えば流出流の少なくとも一部を、溶媒から熱安定塩を除去するためにイオン交換ユニットに別々に供給してもよい。例えば、第一の溶媒のループを、第一の溶媒を使って酸性ガスから二酸化硫黄を除去するために、および第一の溶媒を再生するために、提供してもよい。第二の溶媒のループを、二酸化硫黄の除去に続いて、第二の溶媒を使って酸性ガスから二酸化炭素を除去するために、および第二の溶媒を再生するために、提供してもよい。その場合、第一のイオン交換ユニットを、第一のアミン吸収剤から熱安定塩を除去するために利用してもよく、第二のイオン交換ユニットを、第二のアミン吸収剤から熱安定塩を除去するために利用してもよい。各イオン交換ユニットは、１種または複数種の酸性カチオン交換反応器またはカラムを含んでもよく、例えば酸性カチオン交換カラムへの連続供給を確保するために使用するためにおよびプロセスを通じて急上昇を低減するために、当該技術分野において既知の供給タンクおよび貯留タンクを利用してもよく、一方では１種または２種以上のカラムを、再生のためにラインから取り去ってもよいとも理解されるであろう。代わりに、各溶媒を、単一の酸性カチオン交換ユニットにおいて別々に処理してもよいと理解されるであろう。
【００３８】
酸性ガス回収プロセスに提供される供給ガスは、少なくとも１種の酸性ガスを含有する任意のガス流であってもよい。好ましくは、供給ガス流は、ＳＯ２、ＣＯ２、Ｈ２ＳおよびＮＯｘの少なくとも１種を含有し、より好ましくは、少なくともＳＯ２および／またはＣＯ２を含有する。供給ガスは、さまざまな源から得られたプロセスガス流または排ガス流であってもよい。例えば、供給ガス流は、
（ａ）通常１００ｂａｒまでの高圧でのおよび周囲に近い中程度の温度でのメタン、他の炭化水素、硫化水素、二酸化炭素および水を含む酸性の天然ガス
（ｂ）大気圧近くでのおよび２００℃までまたはそれよりも高い高温での窒素、酸素、二酸化炭素および水を含む硫黄フリーの化石燃料の燃焼からの煙道ガス
（ｃ）実質的に大気圧でのおよび２００℃までまたはそれよりも高い高温での窒素、酸素、二酸化炭素、二酸化硫黄、三酸化硫黄および水を含む硫黄含有化石燃料の燃焼からの煙道ガス
（ｄ）大気圧近くでのおよび２００℃未満の中高温での窒素、酸素、二酸化硫黄および三酸化硫黄を含む硫酸プラントの排ガス
であってもよい。
【００３９】
二酸化硫黄が、水に溶解し、水と反応するとき、二酸化炭素または硫化水素（ｐＫａ１＝７．０）の水和により生成される炭酸、Ｈ２ＣＯ３（ｐＫａ１＝６．４）より実質的に強酸（ｐＫａ１＝１．８）である亜硫酸、Ｈ２ＳＯ３を生成する。再生可能な酸性ガス回収プロセスを使って供給ガスから二酸化硫黄を捕獲するのが望ましい場合、適当な弱アミン、例えば６未満のｐＫａを有するものを、好ましくは使用する。弱アミンは、有意量のＣＯ２を捕獲することはできず、それは、処理ガス中に留まる。よって、かかる弱アミンを、ＳＯ２およびＣＯ２含有供給ガスからＳＯ２を選択的に捕獲するのに使用してもよい。対照的に、硫酸ミスト（ｐＫａ２＝−３）は、非常に強いため、再生可能なＳＯ２アミン吸収剤と共に熱安定塩を形成する。
【００４０】
ＳＯ２を選択的に捕獲するために使用されるアルカノールアミン溶媒は、開示が本願明細書中に参考として組み込まれる米国特許第5,019,361号に開示されたもののいずれでもよい。とくに、溶媒は、構造式：
【化１】
0005591250.tif 000002
【００４１】
式中、Ｒ１は、２個または３個の炭素原子のアルキレンであり、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４およびＲ５は、同じまたは異なってもよく、水素、アルキル（例えば、シクロアルキルを含む１個〜約８個の炭素原子の低級アルキル）、ヒドロキシアルキル（例えば、２個〜約８個の炭素原子の低級ヒドロキシアルキル）、アラルキル（例えば、７個〜約２０個の炭素原子）、アリール（好ましくは単環式または二環式）、アルカリル（例えば、７個〜約２０個の炭素原子）であることができ、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４およびＲ５のいずれかは、環構造を形成してもよい、
で表されてもよい。ジアミンは、２個の窒素原子を含有する有機化合物であり、それらは市販されており、また一般的により低粘度であることから、しばしば好ましい。アミン類は、好ましくは安定性の観点から第三級ジアミンである。しかしながら、溶媒の化学反応を最小限に抑えるための穏やかな酸化または熱的条件があれば、他を用いてもよい。しばしば、好ましいアミン塩吸収剤は、アミン基に置換基としてヒドロキシアルキル基を有する。いくつかの場合、ヒドロキシ置換基は、亜硫酸塩または重亜硫酸塩の硫酸塩への酸化を遅延させると考えられる。
【００４２】
大気圧条件下で吸収媒体内に吸収される回収可能な二酸化硫黄の高い通液を可能にするために、アミン吸収剤の遊離アミン形態が、約３００未満、好ましくは約２５０未満の分子量を有するのが好ましい。しばしば、第三級ジアミンは、式：
【化２】
0005591250.tif 000003
【００４３】
式中、Ｒ１は、２個〜３個の炭素原子を直鎖または分枝鎖として含有するアルキレン基であり、各Ｒ２は、同じまたは異なり、メチルまたはエチルなどのアルキル基、または２−ヒドロキシエチルなどのヒドロキシ−アルキル基である、
のものである。一態様において、アミンは、Ｎ，Ｎ’Ｎ’−（トリメチル）−Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）−エチレンジアミン（ｐＫａ＝５．７）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン（ｐＫａ＝６．１）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミン（ｐＫａ＝４．９）、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミン（ｐＫａ＝６．８）、Ｎ，Ｎ’−ジメチルピペラジン（ｐＫａ＝４．８）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（２−ヒドロキシエチル）−１，３−ジアミノプロパンおよびＮ’，Ｎ’−ジメチル−Ｎ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミンの１種または２種以上であってもよい。また、有用なジアミンに含まれるのは、ピペラジン（ｐＫａ＝５．８）などの複素環式化合物である。ｐＫａ値は、吸着性(sorbing)窒素に関するものである。
【００４４】
Ｈ２Ｓおよび／またはＣＯ２などの弱酸性ガスを捕獲するのが望ましい場合、モノエタノールアミン、ジエタノールアミンまたはメチルジエタノールアミンなどのｐＫａ＞７．５のより強いアミンが使用される。Ｈ２Ｓまたは炭酸よりも実質的に強い酸類は、熱安定塩を形成する。例は、ＳＯ２、ギ酸、酢酸、塩酸、硫酸およびチオシアン酸である。
【００４５】
二酸化炭素溶媒アミンは、ｐＫａが６．０〜１０、６．５〜１０または６．５〜９．５の範囲の第一級、第二級または第三級アミンであってもよい。処理されたガスによるアミンの損失を防止するために、アミンは、好ましくは溶媒について５０℃で１ｍｍＨｇ未満の蒸気圧を有する。アミンは、４−（２−ヒドロキシエチル）−１−ピペラジンエタンスルホン酸（ｐＫａ＝７．５）、モルホリノエタンスルホン酸（ｐＫａ＝６．１）、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミン（ｐＫａ１＝９．５、ｐＫａ２＝６．５）、ピペラジン（ｐＫａ１＝９．８、ｐＫａ２＝５．６）、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）ピペラジン（ｐＫａ１＝９．０、ｐＫａ２＝４．５）、ベンズイミダゾール（ｐＫａ５．５）およびＮ，Ｎ’−ビス（２−ヒドロキシエチル）ピペラジン（ｐＫａ１＝７．８、ｐＫａ２＝３．９）ならびにそれらの混合物を含む。
【００４６】
ＳＯ２およびＣＯ２を両方捕獲するのが望ましい場合、ＣＯ２捕獲プロセスにおいてすべてのＳＯ２が熱安定塩を形成するのを回避するために、ＳＯ２は、好ましくは適当な溶媒により最初に捕獲される。そして、ＣＯ２は、第二のステップにおいて除去される。硫化水素は、ＳＯ２または酸素の存在下では熱力学的に安定ではないことから、ＳＯ２またはＯ２含有流において微小な濃度のみが一般的にみられる。
【００４７】
図２に示すとおり、本開示を、単一の吸収カラムを有する吸収ユニットおよび単一の蒸気ストリッピングカラムを有する再生ユニットを含む酸性ガス回収ユニットを組み合わせて例示する。当業者は、酸性ガス回収ユニット１４の操作を理解するが、酸性ガス回収ユニット１４の操作を説明する。
【００４８】
図２に例示するとおり、供給ガス流１２を、供給ガスを吸収カラムなどの吸収剤と接触させる装置を含み、任意のプレスクラバー(prescrubber)２２を含むすべての関連する配管およびサポートユニットを含むと考えられ得る吸収ユニットに導入する。このように、ＳＯ２を含有し得る供給ガス流１２は、好ましくは予めスクラブして、供給ガス流１２から粒子状物質を除去し、好ましくは少なくともその断熱飽和温度に急冷する。いくつかの場合、供給ガス温度を、熱交換器を提供することにより、さらにより低く低減させてもよい。このスクラビングステップはまた、供給ガスから他の汚染物質、例えば塩酸および硫酸を除去し得る。当該技術分野において既知の任意のプレスクラバーシステムを、使用してもよい。図２に示すとおり、供給ガス流１２を、好適なノズル２６を通じてプレスクラバー２２内にスプレーされてもよい水などの予めスクラブする流体流２４と逆流して接触されるプレスクラバー２２に供給してもよい。任意の態様において、予めスクラブする流体流２４を、再循環してもよい。よって、再循環流２８を、返流３２をプレスクラバー２２に戻すポンプ３０に供給してもよい。排除される排出流３４を、再循環水において溶解および懸濁した固体のレベルを制御するために使用してもよく、補給水流３６を、供給ガス中に蒸発および排出されて失われた水と置き換えるために使用してもよい。
【００４９】
任意のプレスクラバー２２を通過した後、前処理した供給ガス流が、次いで、二酸化硫黄吸収帯であってもよいカラム４０内の吸収帯３８を通過してもよい。予めスクラブしたガス４２は、プレスクラバー２２から吸収カラム４０内に、例えば、ガスの移動を可能にするが、プレスクラバー２２内に液体が流れるのを防止するチムニートレー(chimney tray)４４を通じて、流れてもよい。
【００５０】
例示するとおり、好ましくは再生された吸収剤であるリーンジアミン吸収剤（すなわち、酸性ガス不純物がリーンである）を、好ましくは前処理した供給ガス流４２に逆流し、酸性ガスリッチジアミン吸収剤流４８および処理済または酸性ガスリーン供給ガス流５０を生成するよう、吸収カラム４０内に流れ４６を介して導入してもよい。酸性ガスリーンジアミン流４６は、例えば、上に流れるガスとの良好なガス−液体接触を促進する吸収帯３８のパッキングを通じて下に流れることから、酸性ガスリーンジアミン流は、酸性ガス不純物を選択的に捕獲し、吸収カラム４０を酸性ガスリッチジアミン吸収剤流４８として残す。
【００５１】
そして、酸性ガスリーン供給ガス流５０を、１種または２種以上の追加の吸収帯（図示せず）に導入し、大気に放出し、追加の機器にさらなる処理のために輸送し、またはプロセス内で再循環させてもよい。例えば、第二の吸収帯を、供給ガス流から二酸化炭素を除去するために設計してもよい。第三の吸収帯を、供給ガス流からＮＯｘおよび任意にいくらかの水銀を除去するために設計してもよい。酸性ガスを、任意の所望の順番で供給ガスから選択的に除去してもよいと理解されるであろう。例えば、二酸化炭素吸収帯は、二酸化硫黄およびＮＯｘ吸収帯から上流または下流であってもよい。しかしながら、ＳＯ２は、より弱い酸性ガスについて溶媒中で熱安定塩を形成する傾向があることから、他の不純物ガスより前にＳＯ２を捕獲することが好ましい。
【００５２】
捕獲した汚染物（すなわち酸性ガス）を、酸性ガスリッチジアミン吸収剤流４８から該流を熱することにより除去し、捕獲した汚染物を遊離させる。これは、再生ユニット内で行われる。再生ユニットは、蒸気ストリッピングカラム５８などの熱再生装置およびすべての関連する配管およびサポート機器を含む。一態様において、蒸気ストリッピングカラム８を利用し、蒸気が、溶媒から捕獲した汚染物を遊離させるのに必要な熱の少なくともいくらかおよび好ましくはすべてを提供する。図２に示すとおり、酸性ガスリッチジアミン吸収剤流４８および高温酸性ガスリーンアミン溶媒流５４が、間接熱交換器５２を通過し、蒸気ストリッピングカラム５８内に導入される高温酸性ガスリッチジアミン吸収剤流５６を生成してもよい。
【００５３】
吸収カラム４０と同様に、蒸気ストリッピングカラム５８は、当該技術分野において既知の任意の設計であってよく、パックされたまたはトレーの設計のいずれかであってもよい。一態様において、高温酸性ガスリッチジアミン吸収剤流５６は、例えば、パッキング６０を通じて、蒸気ストリッピングカラム５８内で、下に流れる。高温酸性ガスリッチジアミン吸収剤流５６が、カラム５８の上部に導入され、カラム５８を通じて下に流れる。所望の場合、ポンプ７２は、流れ７４を蒸気ストリッピングカラム５８の底からリボイラー６２に循環させるのに使用される。リボイラー６２は、強制循環リボイラー、ケトルリボイラーまたは熱サイフォンリボイラーであってもよいと理解されるであろう。高温リーンジアミンポンプは、好ましくは溶媒をリーン−リッチ交換器を通じてリーンアミンサージタンク（図示せず）に押し入れるために提供される。ジアミン溶媒のリボイラー６２中での沸騰により発生した蒸気は、流れ６８としてカラム５８に入り、ジアミン溶媒から酸性ガスをストリッピングさせるためにエネルギーおよび物質輸送推進を提供する。
【００５４】
リボイラーは、当該技術分野において既知の任意の方法により熱せられる。一態様において、リボイラー６２は、例えば、伝熱管束を通じて流れ６４（蒸気であってもよく、任意の源から得られてもよい）により間接的に熱せられ、追加の蒸気を生成するために再循環されても、またはプラントの他の場所で使用されてもよい復水流６６を生成する。リボイラー６２における溶媒の沸騰により、蒸気および脱離した酸性ガス６８のカラム５８内への流れが生じる。蒸気および脱離した酸性ガスは、カラム５８の脱離帯（パッキング６０）を通じて上に行き、高温酸性ガスリッチジアミン吸収剤流５６の下へのフローを熱し、溶媒から放出される気体汚染物（酸性ガス）を上へと運ぶ。蒸気および汚染物（この場合、二酸化硫黄）は、カラム５８から流れ７０として出る。一態様において、蒸気および脱離した酸性ガスは、カラム５８を流れ７０として出る前にカラム５８の還流精留セクション７６を通じて上に移動する。
【００５５】
流れ７０は、蒸気のほとんどを凝縮する頭上のコンデンサ７８において冷却され、還流貯蔵器８２内で頭上の液体還流流８４および酸性ガス流８６に分離してもよい二相流８０を作り出す。酸性ガス流８６は、廃棄またはさらなるプロセスへと流れてもよい。頭上の還流流８４は、好ましくはイオン交換プロセスにおいて任意に用いられる流れ８８およびジアミン溶媒に戻るよう蒸気ストリッピングカラム５８に戻される流れ９０に分裂する。
【００５６】
再生した溶媒を、カラム５８の底に集め、流れ７４としてカラム５８から除去し、その一部が、再生した高温酸性ガスリーンジアミン吸収剤流５４として再循環される。高温酸性ガスリーンジアミン吸収剤流５４は、熱交換器５２を通じて流れ、冷却された酸性ガスリーンジアミン吸収剤流９２を形成する。
【００５７】
熱安定塩は、ジアミン溶媒において増大する傾向がある。よって、アミン溶媒（例えば、再循環する吸収剤流の一部）は、少なくとも酸性カチオン交換プロセスを含むイオン交換プロセスの対象であり、熱安定塩を除去する。例えば、ジアミン吸収剤の少なくとも一部は、酸性カチオン交換の対象であり、そこから熱安定塩を、一態様において、その一部（例えば流出流）のみ、除去する。
【００５８】
好ましくは、熱安定塩を除去するために処理される吸収剤は、処理され、そこから揮発性酸性ガスを除去する。したがって、蒸気ストリッピングユニットにおいて処理されたが、吸収ユニットに再循環されていない吸収剤は、処理され、熱除去可能な塩を除去する。好ましくは、例示したとおり、流出流９４を、冷却された酸性ガスリーンジアミン吸収剤流９２から引き出す。かかる態様によると、図３に説明するとおり、流出流９４は、熱安定塩がリッチなジアミン吸収剤流を酸性カチオン交換ユニット９８に提供する。酸性カチオン交換樹脂ユニット９８は、該流９４より低い熱安定塩含有量を有する熱安定塩リーンジアミン溶媒流９６を戻す。流れ４６は一巡し、熱安定塩および酸性ガスリーンジアミン流を吸収塔４０に提供する。
【００５９】
当該技術分野に精通している者に既知のとおり、酸性ガス回収ユニットプロセスの詳細は、一般原則または本発明に関連するそれらのものを変更せずに、変更または追加してもよい。例えば、吸収器および再生器におけるガス−液体接触をもたらすための異なる種類の機器を、同じ吸収およびストリッピング効果を達成するために、使用してもよい。他のフローシート、例えばリーンおよびセミリーンアミン流を有するものなどもまた、本発明の利用において使用してもよい。酸性ガスリッチ吸収剤を酸性ガスリーン吸収剤に変換する熱を使用する他の方法を、使用してもよい。
【００６０】
酸性カチオン交換樹脂ユニット９８の一態様を、図３に例示する。そこに示すとおり、酸性カチオン交換樹脂ユニット９８は、任意のサージタンク１００および酸性カチオン交換樹脂を含有する単一の酸性カチオン交換カラム１０２を含む。酸性カチオン交換カラム１０２中の酸性カチオン交換樹脂は、時折再生する必要があるので、定期的に（すなわち、必要に応じて時々）、酸性カチオン交換カラム１０２を通じた熱安定塩リッチジアミン溶媒流１０４のフローを、酸性カチオン交換樹脂を再生するために停止するだろうと理解されるであろう。代わりの態様において、複数の酸性カチオン交換カラム１０２を提供してもよいと理解されるであろう。よって、熱安定塩リッチジアミン溶媒流１０４を、少なくとも１種の酸性カチオン交換カラム１０２を通じて連続的に供給し、そこから熱安定塩を除去してもよく、その一方で１種または２種以上の代わりのカラム１０２における酸性カチオン交換樹脂を再生する。
【００６１】
該流１０４における熱安定塩を、約１未満、好ましくは約０．７未満、より好ましくは約０．５未満、最も好ましくは、約０．２当量未満／モルのジアミン単位の濃度に維持する。
【００６２】
該流１０４における熱安定塩の濃度を約１当量未満／モルのジアミン単位に維持することにより、該流１０４からのより高い割合のカチオン除去が可能となり、その一方でカチオン交換樹脂の再生中の吸収剤の損失を低減させる。酸性ガス捕獲ユニットを、さまざまなレベルの熱安定塩を有する再生可能なアミンを使って操作してもよいと理解されるであろう。好ましくは、酸性ガスリッチジアミン吸収剤流４８は、熱安定塩を約１．１〜約１．４ｅｑ／ｍｏｌのジアミンの濃度で含有する。その結果、以下に記載するとおり、最初に酸性ガスリーンジアミン吸収剤流９２が塩基性アニオン交換樹脂を通過し、熱安定塩の濃度を約１．０未満、好ましくは約０．７、より好ましくは約０．５未満および最も好ましくは、約０．２当量未満／モルのジアミンに低下させることが好ましい。これにより、酸性カチオン交換樹脂が残りの熱安定塩をより高効率で除去する結果となる。酸性ガス回収ユニットから引き出される吸収剤における熱安定塩のレベルが、約１未満の熱安定塩を有する場合、カチオン交換樹脂の上流のアニオン交換樹脂の使用が、必要ではないと理解されるであろう。
【００６３】
酸性カチオン交換プロセス中、正電荷のアミン分子、とくに二価に荷電したアミン分子もまた、吸収剤中に溶解した熱安定塩からのカチオン（例えば、ナトリウムおよび／またはカリウム）と競争して樹脂により吸収されるであろう。ジアミン吸収剤流中の熱安定塩の濃度が、約１当量未満／モルのジアミン単位である場合、ジアミン分子は、より少ない正電荷を有する。当業者であれば、熱安定塩は、アニオン（硫酸塩、ＳＯ４２−など）およびアミン（ＲＲ’ＮＨ＋、カチオン）の対であることを理解するであろう。アニオンの濃度が低下するに従い、アミンのプロトン化レベルにおいて対応する減少がある。その結果、カチオン交換樹脂は、熱安定塩からより多くのカチオンを、およびより少ない吸収剤分子を通液する傾向となるであろう。よって、カチオン交換樹脂により保持される熱安定塩カチオン対吸収剤分子の比率は、増進する。
【００６４】
当該技術分野において既知の酸性カチオン交換反応器のための任意の構造物を利用してもよい。典型的に、酸性カチオン交換媒体は、ビーズとして形成された樹脂である。したがって、イオン交換媒体は、高分子に官能基を有する高分子のビーズであってもよい。よって、酸性カチオン交換カラムは典型的に、イオン交換樹脂ビーズを受けるための支持体（support）を有する。カチオン交換樹脂は一般的に、交換部位として酸性官能基を有する。強酸性カチオン交換樹脂は典型的に、スルホン酸などの強酸官能性により特徴付けられる。強酸官能性により、処理される流れに含有されたカチオンについて、それらのプロトン（Ｈ＋）を交換する。
【００６５】
前述の樹脂は、単に有用な酸性カチオン交換樹脂を説明するのみであり、本開示のプロセスを行うのに使用してもよい樹脂を限定することを意図していない。本開示の目的のために、酸性ガス吸収剤からの塩（すなわち、カチオン）の除去のために使用してもよい任意の酸性カチオン交換樹脂を、使用してもよいことを意図する。これらの樹脂は、当業者であれば直ちに特定することができる。
【００６６】
熱安定塩リッチジアミン吸収剤流１０４（サージタンク１００から得てもよいか、または、サージタンク１００が用意されていない場合は単に流出流９４の延長であってもよい）は、酸性カチオン交換カラム１０２を通じて流れるのを可能にし、塩リーンジアミン吸収剤流９６を生成する。これは、樹脂通液ステップまたは樹脂ステップの消耗である。このステップ中、カラム１０２内の樹脂が、ジアミン吸収剤と反応し、ジアミン吸収剤からカチオン（ナトリウムおよびカリウムなど）を除去する。酸性カチオン交換樹脂がジアミン吸収剤からカチオンを除去する能力が所望のレベルに達するとき、または既定の時間の後、カラム１０２を通じたジアミン吸収剤のフローを停止する。塩リーンジアミン吸収剤流９６は、酸性ガス回収ユニット１４における任意の所望の位置に戻されてもよく、一態様において、図２に示すとおり、熱交換器５２から下流におよびカラム４０から上流に導入される。
【００６７】
樹脂の消耗ステップに続き、再生ステップを始める前に、酸性カチオン交換樹脂を、好ましくは処理し、そこから残留ジアミン吸収剤を除去する。したがって、本発明に従い、酸性カチオン交換樹脂を洗浄水流１０６と接触させ、カラム１０２からジアミン吸収剤を除去する。洗浄水流１０６により樹脂から洗浄された利用済洗浄水流１０８のすべてまたはその一部は、好ましくは熱交換器５２から下流のおよびカラム４０から上流の酸性ガス回収ユニット１４に再循環される（該流９６と同様に）。洗浄水流１０８は、好ましくは二酸化硫黄吸収剤を再生するのに使用される蒸気ストリッピングカラムの還流流から好ましくは得られる亜硫酸流を含む。
【００６８】
図６に最も良く例示するとおり、カチオン交換樹脂に提供される熱安定アミン塩の濃度を、約１．０未満の熱安定塩アミン／ｍｏｌのジアミン単位の濃度で維持する場合、利用済洗浄水流１０８の第一の部分は、第一のベッドボリュームに対し比較的高濃度のアミン（例えば、１５，０００ｐｐｍより多い）を有する残留ジアミンリッチ流を含んでもよい。カチオン交換樹脂に提供される熱安定アミン塩の濃度を、０．７熱安定塩アミン／ｍｏｌのジアミン単位に維持する場合、樹脂ベッドを通過した洗浄水の第一のベッドボリュームは、２５，０００ｐｐｍ超から１０，０００ｐｐｍ未満に急降下するアミン濃度を有する利用済洗浄水流１０８となる。好ましくは、利用済洗浄水流１０８の第一の部分を、酸性ガス回収ユニットに再循環された吸収剤として再循環する。第一の部分は、好ましくは１０００ｐｐｍより高い、より好ましくは２０００ｐｐｍより高い、および最も好ましくは３０００ｐｐｍより高い濃度のアミンを有する。これは、酸性ガス回収ユニットにおいて再循環される吸収剤を過度に希釈することなくいくらかの吸収剤の損失を防止する。一態様において、好ましくは約３〜約５．５、およびより好ましくは約３〜約４ベッドボリューム（ＢＶ）の洗浄水が使用され、好ましくは、利用済洗浄水流１０８の第一の部分は、酸性ガス捕獲ユニットに再循環される。この第一の部分は、好ましくは最初に１〜３、およびより好ましくは１〜１．５ベッドボリューム（ＢＶ）の利用済洗浄水流１０８を含む。
【００６９】
続いて、酸性カチオン交換樹脂を、再生剤を使用して再生する。例えば、再生剤は、流れ１１０を介して供給される酸性溶液であってもよい。再生剤は、希硫酸または希亜硫酸であってもよく、好ましくは希亜硫酸である。再生剤は、酸性カチオン交換樹脂をその最初の形態に変換して戻す。よって、酸は、酸性カチオン交換樹脂をその酸性形態に変換して戻す。再生ステップは、利用済再生剤溶液１１２の生成をもたらす。流れ１１２を、プレスクラバー２２に供給してもよい（それは、該流３６の一部またはすべてを形成してもよい）。
【００７０】
一態様において、リーンジアミン吸収剤流９４が、酸性カチオン交換樹脂ユニット９８に向かう前に、該流９４は、好ましくは塩基性アニオン交換ユニット１１４に向かい、硫酸塩、チオ硫酸塩、亜硫酸塩、塩化物、硝酸塩および有機酸などのアニオンを除去する。これらのアニオンは、好ましくは除去され、アミンのプロトン化を防止し、その結果、カチオン除去ステップ中のアミン損失となる。
【００７１】
図４に例示するとおり、塩基性アニオン交換ユニット１１４は、任意のサージタンク１１６および塩基性アニオン交換樹脂を含有する単一の塩基性アニオン交換カラム１１８を含む。塩基性アニオン交換カラム１１８中の塩基性アニオン交換樹脂は、時折再生する必要があるので、定期的に（すなわち、必要に応じて時々）、塩基性アニオン交換カラム１１８を通じた熱安定塩リッチジアミン吸収剤流１２０のフローを、塩基性アニオン交換樹脂を再生するために停止してもよいと理解されるであろう。代わりの態様において、複数の塩基性アニオン交換カラム１１８を提供してもよいと理解されるであろう。よって、熱安定塩リッチジアミン溶媒流１２０を、少なくとも１種の塩基性アニオン交換カラム１１８を通じて連続的に供給し、そこからアニオンを除去してもよく、その一方で１種または２種以上の代わりのカラム１１８における塩基性アニオン交換樹脂を再生する。
【００７２】
該流１２０を、塩基性アニオン交換カラム１１８を通じて供給し、アニオンリーンジアミン吸収剤流１２２を生成し、少なくとも一部の該流１２２は、カチオンの除去のために酸性カチオン交換樹脂ユニット９８に向かう。好ましい態様において、アニオンリーンジアミン吸収剤流１２２は、第一の部分１２４および第二の部分１２６を含み、ここで、第一の部分１２４は、酸性カチオン交換樹脂ユニット９８の方に向かい、その一方で第二の部分１２６は、ジアミン吸収剤流４８に向かう。一態様において、第一の部分１２４は、好ましくは本明細書に開示された濃度の熱安定塩を含む。第一の部分は、１０％〜５０％、好ましくは２０％〜３０％のアニオンリーンジアミン吸収剤流１２２を含んでもよい。
【００７３】
酸性カチオン交換樹脂と同様に、アニオン塩基性交換樹脂もまた、樹脂の消耗のため、再生する必要があるだろう。樹脂の消耗ステップに続き、再生ステップを始める前に、アニオン塩基性交換樹脂を、好ましくは処理し、そこから残留ジアミン吸収剤を除去する。したがって、本開示に従い、酸性カチオン交換樹脂を洗浄水流１２８と接触させ、カラム１１８からジアミン吸収剤を除去する。水流１２８により樹脂から洗浄された残留ジアミンリッチ吸収剤流１３０のすべてまたはその一部は、酸性ガス回収ユニット１４、好ましくは吸収カラム４０に再循環してもよい。該流１３０は、熱交換器５２から下流のおよびカラム４０から上流の酸性ガス回収ユニット１４における連続アミンのループに戻されてもよい（流れ９６と同様に）。
【００７４】
続いて、アニオン塩基性交換樹脂を、再生剤を使用して再生する。例えば、再生剤は、流れ１３２を介して供給される塩基性溶液であってもよい。再生剤は、希釈した腐食剤であってもよい。再生剤は、アニオン塩基性交換樹脂をその最初の形態に変換して戻す。よって、塩基は、アニオン塩基性交換樹脂をその塩基性形態に変換して戻す。
【００７５】
当該技術分野において既知の塩基性アニオン交換反応器のための任意の構造物を利用してもよい。典型的に、塩基性アニオン交換媒体は、ビーズとして形成された樹脂である。よって、塩基性アニオン交換カラムは典型的に、イオン交換樹脂ビーズを受けるための支持体を有する。したがって、塩基性アニオン交換媒体は、高分子に官能基を有する高分子のビーズであってもよい。塩基性アニオン交換樹脂は一般的に、第四級アンモニウム塩など、交換部位として塩基性官能基を有する。弱塩基性アニオン交換樹脂は典型的に、第三級アミンなどのより低いｐＫａを有する官能性により特徴付けられる。樹脂の塩基性官能性により、処理される流れに含有されたアニオンについて、それらのアニオンを交換する。
【００７６】
強アミン溶媒および弱アミン溶媒両方からの熱安定塩の除去は、各特定アミン溶媒のおよび熱安定塩の種類について最適化するのに必要な樹脂の種類および再生剤の種類および量およびリンス液の容量の任意の調整のみを伴い、本質的に同じプロセスにより行ってもよい。
【００７７】
さまざまな変更および変化形を作ってもよく、これらの変更および変化形のすべては、以下の特許請求の範囲内であると理解されるであろう。例えば、当該技術分野において既知の任意のＳＯ２、ＣＯ２、Ｈ２ＳおよびＮＯｘ溶媒を、使用してもよい。溶媒は、再生および再循環してもよく、その場合には、当該技術分野において既知の任意の手段によって再生および再循環してもよい。イオン交換ユニットは、サージタンクおよび貯蔵タンクを使用して、イオン交換ユニットにおいて使用されるまたはイオン交換ユニットによって生成されるさまざまな流れを蓄積してもよい。当該技術分野において既知の任意のイオン交換樹脂または一連の樹脂を、使用してもよい。ステップを、さまざまな組合せおよび下位の組合せにおいて組み合わせてもよいこともまた、理解されるであろう。
【００７８】
例
本発明の操作を、以下の代表的な例により説明する。当業者であれば、例の詳細の多くは変更しても本明細書に記載された開示を実施し得ることは明らかである。
例１−ジアミン再生可能なＳＯ２吸収剤からのナトリウム除去
【００７９】
この例は、カチオン交換樹脂を使ったジアミン吸収剤からのナトリウムの除去を例示する。テストベッドに用意された吸収剤は、ナトリウムで汚染されたCansolv（登録商標） Absorbent DSであった。組成を、表１に示す。
【表１】
0005591250.tif 000004
【００８０】
試験を、直径３ｃｍの断熱カラムにおいてLewatitt K-2629強酸イオン交換樹脂を用いて行った。樹脂ベッドは、高さ３５ｃｍおよびベッドボリューム（ＢＶ）２００ｍｌを有した。カラムに導入されたすべての流体は、５０℃であった。樹脂を、実験を行う前に、数サイクルの通液および再生により調整した。
【００８１】
ナトリウム除去実験を、以下の手順を用いて行った。
１．アミンおよびナトリウムを、１．５ＢＶの汚染されたジアミン吸収剤をカラムに通過させることにより、樹脂に担持させた。Ｎａ＋イオンおよびアミンを、樹脂に担持させ、Ｈ＋イオンを、カラムから出るアミン溶液へ移動させた。
２．樹脂を、１．５ＢＶの水で洗浄し、樹脂を再生する前に樹脂からアミン溶媒を移動させた。
３．樹脂を、２．５ＢＶの４重量％硫酸を、カラムに通過させることにより、塩基の形態に再生して戻した。このステップ中、Ｈ＋イオンを、樹脂に担持させ、Ｎａ＋イオンおよび残りのアミンを、再生相内へ移動させる。
４．そして、樹脂ベッドに、１．５ＢＶの水を用いて最後の洗浄を行い、樹脂ベッドから残りの再生剤をリンスした。
５．次の通液ステップを行った。
【００８２】
再生前の洗浄相（ステップ２）中のカラム流出物のサンプルを、０．２５ＢＶ毎に採取し、ナトリウムおよびアミン含有量について分析した。結果を、図５に示す。図５にみられるように、相当量のアミンが、ナトリウムと共溶出し、スクラビングプロセスから失われ得る。洗浄水の第一の部分は、ナトリウムに対し、比較的高濃度のアミンを有すると理解されるであろう。よって、洗浄水の第一の部分は、酸性ガス捕獲ユニットにおいて使用されるアミン吸収剤に多量のナトリウムが戻る中で酸性ガス捕獲ユニットに戻り得る。この例において、ＢＶの最初の四分の一、およびおそらくＢＶの第二の四分の一が、戻り得た。
【００８３】
表２は、酸性ガス捕獲ユニットに送られた洗浄水の容量を関数としたアミン損失およびナトリウム除去を示す。最適なのは、最初の０．２５ＢＶを酸性ガス捕獲ユニットに戻すことであり、除去されたナトリウム１グラムあたり１．１３ｇのアミン損失の比率を示す。しかしながら、最初の０．５ＢＶを酸性ガス捕獲ユニットに戻すことによっても、良好な結果が得られる。
【表２】
0005591250.tif 000005
【００８４】
例２
ナトリウム除去性能に対するアミン熱安定塩レベルの効果を試験した。ここでもまた、ナトリウムで汚染されたCansolv（登録商標）Absorbent DSを、実験に使用した。実験条件を、表３に示す。
【表３】
0005591250.tif 000006
【００８５】
例１と同じ手順が使用されたが、フロー条件は、表４に示すとおりである。
【表４】
0005591250.tif 000007
【００８６】
再生流出物をアミンについて分析し、結果を図６に示す。ナトリウム除去効率およびアミン損失の要約を、表５に示す。低い熱安定塩レベルが、より高いナトリウム除去およびより低いアミン損失を促すことが明らかである。
【表５】
0005591250.tif 000008
【図１】
0005591250.tif 000009
【図２】
0005591250.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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