(57)【要約】  アミン溶媒を使用して供給ガスストリームからアミンで捕捉可能なガスを除去するための方法であって、その方法は、（ａ）供給ガスストリームを希薄アミン溶媒と接触させて濃厚アミン溶媒を形成させるステップと、（ｂ）濃厚アミン溶媒からアミンで捕捉可能なガスをストリップして希薄アミン溶媒およびオーバーヘッドの還流ストリームを形成させるステップと、（ｃ）希薄アミン溶媒および濃厚アミン溶媒の一方または両方の少なくとも一部分を周期的にアニオン交換樹脂と接触させて第１の熱安定塩希薄アミン溶媒を形成させるステップと、（ｄ）アニオン交換樹脂を定期的に再生するステップであって、アミン溶媒を洗い流して第２の熱安定塩希薄アミン溶媒を製造するステップと、（ｅ）熱安定塩希薄アミン溶媒の少なくとも一部分を、供給ガスからアミンで捕捉可能なガスを捕捉するのに使用するためにリサイクルするステップとを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アミン溶媒を使用して供給ガスストリームからアミンで捕捉可能なガスを除去するための方法であって、
（ａ）供給ガスストリームを希薄アミン溶媒と接触させて濃厚アミン溶媒を形成させるステップであって、濃厚アミン溶媒中に熱安定塩が存在するステップと、
（ｂ）濃厚アミン溶媒からアミンで捕捉可能なガスをストリップして希薄アミン溶媒およびオーバーヘッドの還流ストリームを形成させるステップと、
（ｃ）希薄アミン溶媒および濃厚アミン溶媒の一方または両方の少なくとも一部分を周期的にアニオン交換樹脂と接触させて第１の熱安定塩希薄アミン溶媒を形成させるステップと、
（ｄ）アニオン交換樹脂を定期的に再生するステップであって、アニオン交換樹脂の再生の間に、還流ストリームの少なくとも一部分を使用して、アニオン交換樹脂からアミン溶媒を洗い流して第２の熱安定塩希薄アミン溶媒を製造するステップと、
（ｅ）第１および第２の熱安定塩希薄アミン溶媒の少なくとも一部分を、供給ガスからアミンで捕捉可能なガスを捕捉するのに使用するためにリサイクルするステップと
を含む方法。
【請求項２】
アミンで捕捉可能なガスをＳＯ２、Ｈ２ＳおよびＣＯ２の１つまたは複数から選択するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
希薄アミン溶媒を、アニオン交換樹脂と接触させるアミン溶媒として選択するステップをさらに含む、請求項１および２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
ステップ（ｄ）の間に、アニオン交換樹脂を再生する前に、アニオン交換樹脂を処理してそれからアミン溶媒を除去する、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ｄ）が、
（ａ）アニオン交換樹脂を水と接触させてアニオン交換樹脂からアミン溶媒を洗い流すことと、
（ｂ）続いてアニオン交換樹脂を再生剤と接触させて再生されたアニオン交換樹脂および使用済みの再生剤溶液を得ることと、
（ｃ）アニオン交換樹脂を水で洗い流して樹脂から再生剤を除去し、かつ再生剤洗浄排水を得ることと
を含む、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
再生されたアニオン交換樹脂をステップ（ｃ）で使用する前に、再生されたアニオン交換樹脂を水で洗い流して樹脂から再生剤を除去することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
（ａ）供給ガスストリームに予備洗浄操作を施すステップと、
（ｂ）使用済み再生剤溶液および再生剤洗浄排水の一方または両方の全部または一部分を予備洗浄操作において使用するステップと
をさらに含む、請求項５および６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
アニオン交換樹脂を水と接触させてアニオン交換樹脂からアミン溶媒を洗い流す前に、アニオン交換樹脂からアミン溶媒を抜き取ることをさらに含む、請求項５から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
２．５〜６の範囲内のｐＫａを有するアミンを有するアミン溶媒を用意するステップをさらに含む、請求項１および３から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
アミンで捕捉可能なガスとしてＳＯ２を選択するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
７．５〜１０の範囲内のｐＫａを有するアミンを有するアミン溶媒を用意するステップをさらに含む、請求項１および３から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
アミンで捕捉可能なガスをＨ２ＳおよびＣＯ２の１つまたは複数から選択するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
熱安定塩希薄アミンがステップ（ａ）にリサイクルされる、請求項１から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
熱安定塩希薄アミンがステップ（ｂ）にリサイクルされる、請求項１から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
アミンで捕捉可能なガスとしてＳＯ２を選択するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
還流を希釈せずに利用してアニオン交換樹脂からアミン溶媒を洗い流す、請求項１から１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
（ａ）熱安定塩を含有する溶媒溶液をアミン処理装置工程から得るステップと、
（ｂ）溶媒溶液をアニオン交換樹脂と接触させて熱安定塩希薄溶媒溶液を得るステップと、
（ｃ）アニオン交換樹脂を定期的に再生し、アニオン交換樹脂の再生の前に、アニオン交換樹脂をアミン処理装置工程からの還流ストリームの少なくとも一部分で洗い流して熱安定塩希薄アミンストリームを製造するステップと、
（ｄ）熱安定塩希薄アミンをアミン処理装置工程にリサイクルするステップと
を含む、イオン交換樹脂を再生する方法。
【請求項１８】
アミン処理装置工程で、供給ガスを処理してＳＯ２、Ｈ２ＳおよびＣＯ２の１つまたは複数を除去する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ステップ（ｃ）の間に、アニオン交換樹脂を再生する前に、アニオン交換樹脂を処理して樹脂からアミン溶媒を除去する、請求項１７および１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
ステップ（ｃ）が、
（ａ）アニオン交換樹脂を水と接触させてアニオン交換樹脂からアミン溶媒を洗い流すことと、
（ｂ）続いてアニオン交換樹脂を再生剤と接触させて再生されたアニオン交換樹脂および使用済みの再生剤溶液を得ることと、
（ｃ）アニオン交換樹脂を水で洗い流して樹脂から再生剤を除去し、かつ再生剤洗浄排水を得ることと
を含む、請求項１７から１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
再生されたアニオン交換樹脂を請求項１７のステップ（ｂ）で使用する前に、再生されたアニオン交換樹脂水で洗い流して樹脂から再生剤を除去することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
（ａ）アミン処理装置工程に提供された供給ガスストリームに予備洗浄操作を施すステップと、
（ｂ）使用済み再生剤溶液および再生剤洗浄排水の一方または両方の全部または一部分を予備洗浄操作で使用するステップと
をさらに含む、請求項２０および２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
アニオン交換樹脂を水と接触させてアニオン交換樹脂からアミン溶媒を洗い流す前に、アニオン交換樹脂からアミン溶媒を抜き取ることをさらに含む、請求項２０から２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
熱安定塩希薄アミンをアミン処理装置工程にリサイクルする、請求項１７から２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
還流を希釈せずに利用してアニオン交換樹脂からアミン溶媒を洗い流す、請求項１７から２４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一態様において、本発明は、溶液から塩を捕捉するのに使用されるイオン交換体を再生する方法に関する。別の態様によって、本発明はイオン交換工程と酸性ガス捕捉工程の統合に関する。特に好ましい一実施形態では、捕捉される酸性ガスは二酸化イオウ、硫化水素および二酸化炭素の１つまたは複数を含む。
【背景技術】
【０００２】
燃焼排ガスまたは炭化水素含有ストリームなどのガスストリームからの二酸化イオウ、硫化水素または二酸化炭素などの酸性ガスの、水性アミン溶媒中への吸収による分離は周知である。アミン処理装置工程と呼ばれるこれらの方法の多くが「気体の精製（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】
アミン処理装置工程は、再生可能なアミン溶媒を使用し、酸性ガスはある温度で溶媒中に捕捉され、かつ酸性ガスは一般的にそれよりも高い温度で溶媒から脱吸収またはストリップされる。
【０００４】
供給ストリームから所与の酸性ガス成分を除去するためのアミン溶媒は、酸性ガスをスチームストリッピングによって溶媒から除去することができるように選択することができる。スチームストリッピングを使用するのであれば、その場合は酸性ガスを溶媒から分離するためには、酸性ガスは溶液中にある間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よりも約３または４単位以下高い値を有する。このｐＫａの差が約３または４単位を超えて大きい場合には、アミンと酸の間で形成される塩は、安定過ぎてスチームストリッピングによって実際には解離されない。
【０００５】
商業的な操作において、酸性ガス捕捉工程はそれのために除去工程が設計されている酸よりも強い酸の侵入および／または工程内生成に遭遇する。これらのより強い酸は、アミン溶媒と共に、スチームでは再生不可能であり、したがって熱安定性アミン塩、または単に熱安定塩と名付けられる塩を形成する。
【０００６】
熱安定塩が蓄積することが可能である場合は、それらはやがて溶媒のすべてのアミンを中和し、アミンは意図された通りに酸性ガス成分と反応し、かつ除去することができなくなる。したがって、アミン溶媒中に強酸が蓄積する装置には熱安定塩除去のための備えが必要である。
【０００７】
ガス処理用アミン溶液から熱安定塩を除去するための様々な手段が知られている。これらには、大気圧または大気圧未満の圧力における塩からの遊離アミンの留去（例えば「Ｇａｓ  Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ」、２５５頁ｆｆを参照されたい）、電気透析（例えば米国特許第５２９２４０７号を参照されたい）およびイオン交換（例えば米国特許第４１２２１４９号、米国特許第４１１３８４９号、米国特許第４９７０３４４号、米国特許第５０４５２９１号、米国特許第５２９２４０７号、米国特許第５３６８８１８号、米国特許第５７８８８６４号および米国特許第６２４５１２８号を参照されたい）が含まれる。
【０００８】
イオン交換法に伴う１つの問題は、イオン交換媒体または樹脂は時々再生しなければならないことである。イオン交換工程の原液投入段階中に、熱安定塩がアミン溶媒から除去されるにつれてアニオン除去能力が使い果たされる。イオン交換樹脂のアニオン除去能力が使い尽くされたら、またはある特定の量で低減されたら、イオン交換樹脂を再生することができるように熱安定塩濃厚アミン溶媒のイオン交換樹脂への供給を停止する。イオン交換樹脂再生剤は通常廃水処理に送られるかそうでなければ廃棄されるので、薄いアミン溶媒溶液をイオン交換樹脂が再生される前に回収するために、樹脂再生剤のカラムへの流れを開始する前に、アミン樹脂床中のアミン溶媒を大容量の水によって追い出し、かつ洗い流すことができる。薄いアミン溶媒溶液が酸性ガス捕捉工程に戻されたら、それによってアミン溶媒の損失が避けられ、これは酸性ガス捕捉工程中のアミン溶媒に水を導入し、それによってアミン処理装置工程における溶媒溶液中のアミン溶媒の濃度を希釈する。
【０００９】
アミン処理装置工程は、固定された最適のアミン溶媒濃度で働くように設計する。それ故に、アミン溶媒の希釈は望ましくない。したがって、希釈されたアミン溶液を酸性ガス処理工程に戻すかまたは薄いアミン溶媒ストリームを廃棄物として投棄し得る場合は、アミン溶媒から水を除去しなければならず、その結果アミン溶媒の損失を生じる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、イオン交換樹脂を再生するための改良された方法が提供される。特に、アミンの希釈および投入ステップの後でアミンを効率的に回収するために必要な大容量の水洗という欠点を、アミン処理装置の操作とイオン交換工程を統合することによって最小限度にすることができると断定された。
【００１１】
操作において、イオン交換媒体（本明細書では以後一般的に樹脂と呼ぶ）は例えば塔の中の充填床中に収容することができる。熱安定塩濃厚アミン溶媒は塔を通過させる。アミン溶媒が塔を通過する間に熱安定塩はイオン交換樹脂に捕捉される。イオン交換樹脂を再生しなければならないと判定されたときは、塔を通るアミン吸収剤の流れを停止して再生剤を供給して塔に通す。イオン交換媒体の再生の前に、すべてのまたは実質的にすべてのアミン溶媒を塔から除去することが好ましい。
【００１２】
イオン交換樹脂の再生工程の前に塔からのアミンの洗い流しによって形成される薄いアミン溶液の戻しによって起こるアミン希釈の量は、使い尽しステップの終わりにアミン処理装置再生塔からの還流を使用してイオン交換塔からアミンを追い出し、かつ洗い流すことによって低減することができる。使用済みの還流を含有しているアミン溶媒は、次いでアミン処理装置工程にリサイクルすることができる。大容量の還流を、塔からの高程度のアミン回収を確実にするために使用し、かつアミン処理装置工程に戻すことができるが、それはこの洗浄水が処理溶媒自体を供給源としており、したがって工程中のアミンの希釈をもたらさないからである。好ましくはスチームストリッパーの還流ストリームから得てイオン交換床からアミン吸収剤を洗い流すために使用するイオン交換床洗浄水は、まったく補給水を加えることなく酸性ガス捕捉工程にリサイクルされる。
【００１３】
したがって、イオン交換床からアミン吸収剤を除去するための洗浄水の供給源は、大部分または本質的に酸性ガス捕捉工程から得られる水でよい。これは２つの利点を提供する。第１に、アミン溶媒の希釈が軽減されるかまたは実質的に排除される。特に、処理剤工程の外部の供給源から洗浄水供給ストリームへ追加の工程水を加えなければ、イオン交換床からアミンを洗い流すために使用する水は酸性ガス捕捉工程（すなわち還流ストリーム）から得られる水だけである。したがって、アミン吸収剤の正味の希釈は起こらない。還流の制限された利用可能性が原因で多少の追加の補給水が必要であるとしても、そのときの希釈の量は外部の洗浄水だけの使用と比較して大幅に低減される。もう１つの利点は、アミン吸収剤を含有する洗浄水をアミン処理装置工程にリサイクルすることによって、処分または処理のいずれかをしなければならない洗浄排水ストリームの生成は、回避または少なくとも低減される。
【００１４】
本発明のもう１つの態様によれば、好ましくは還流ストリームから得られる酸性溶液は、イオン交換樹脂の再生の前にイオン交換体から酸性ガス吸収剤を除去するための洗浄水を提供するために利用する。利用される洗浄水は、アミン処理装置工程で利用されるスチームストリッピング塔から得た還流ストリームの全部または一部分を含むことができる。例えば、アミン処理装置工程を使用して二酸化イオウを含有する供給ガスストリームを処理する場合には、還流は溶液中に亜硫酸すなわち二酸化イオウの水和物を含有することになる。あるいは、アミン処理装置工程を使用して硫化水素および／または二酸化炭素を含有する供給ガスストリームを処理する場合には、そのときの還流ストリームは溶液中に炭酸および／または硫化水素を含有することになる。かかる還流ストリームは酸性ではあるが、還流中に溶解している酸性ガスの濃度が５重量％未満、より好ましくは３重量％未満、最も好ましくは２重量％未満であれば、再生工程を妨げない。
【００１５】
本発明の他の一実施形態によれば、イオン交換床からアミン溶媒を除去するために利用する洗浄水は、処理剤アミン溶媒中の水の濃度を、還流を予備洗浄塔へ放出するなどの他の手段によって制御することが可能であれば、代わりの供給源から得ることができることは十分に理解されるであろう。
【００１６】
あるアミン処理装置工程では、熱い供給ガスは通常、供給ガスを水性アミン溶媒と接触させる前に急冷して、アミン溶媒の分解および脱水和を防ぐ。急冷工程は水の蒸発を使用して冷却しかつガスを水で飽和させる。この急冷は、しばしば例えばスプレー式予備洗浄塔で行われる。予備洗浄塔中の水はポンプでスプレーノズルへ循環され。多少の水を放出してｐＨ、溶解固体の濃度および懸濁固体のレベルを制御する。補給水、通常脱イオン水またはスチームコンデンセートを予備洗浄塔に加えて保有水量を一定に維持する。本発明の他の１つの態様によれば、イオン交換工程からの排水ストリームは予備洗浄塔の補給水として使用して、そうしなければ処分のために処理しなければならないイオン交換樹脂の再生からもたらされる排水の容量を排除または大きく低減する。
【００１７】
したがって、本発明の一実施形態によって、アミン溶媒を使用して供給ガスストリームからアミンで捕捉可能なガスを除去するための方法であって、
（ａ）供給ガスストリームを希薄アミン溶媒と接触させて濃厚アミン溶媒を形成させるステップであって、濃厚アミン溶媒中に熱安定塩が存在するステップと、
（ｂ）濃厚アミン溶媒からアミンで捕捉可能なガスをストリップして希薄アミン溶媒およびオーバーヘッドの還流ストリームを形成させるステップと、
（ｃ）希薄アミン溶媒および濃厚アミン溶媒の一方または両方の少なくとも一部分を周期的にアニオン交換樹脂と接触させて第１の熱安定塩希薄アミン溶媒を形成させるステップと、
（ｄ）アニオン交換樹脂を定期的に再生するステップであって、アニオン交換樹脂の再生の間に、還流ストリームの少なくとも一部分を使用して、アニオン交換樹脂からアミン溶媒を洗い流して第２の熱安定塩希薄アミン溶媒を製造するステップと、
（ｅ）第１および第２の熱安定塩希薄アミン溶媒の少なくとも一部分を、供給ガスからアミンで捕捉可能なガスを捕捉するのに使用するためにリサイクルするステップと
を含む方法が提供される。
【００１８】
一実施形態で、本方法は、アミンで捕捉可能なガスをＳＯ２、Ｈ２ＳおよびＣＯ２の１つまたは複数から選択するステップをさらに含む。
【００１９】
他の一実施形態で、本方法は、希薄アミン溶媒を、アニオン交換樹脂と接触させるアミン溶媒として選択するステップをさらに含む。
【００２０】
他の一実施形態では、ステップ（ｄ）の間に、アニオン交換樹脂を再生する前に、アニオン交換樹脂を処理してそれからアミン溶媒を除去する。
【００２１】
他の一実施形態で、ステップ（ｄ）は、
（ａ）アニオン交換樹脂を水と接触させてアニオン交換樹脂からアミン溶媒を洗い流すことと、
（ｂ）続いてアニオン交換樹脂を再生剤と接触させて再生されたアニオン交換樹脂および使用済みの再生剤溶液を得ることと、
（ｃ）アニオン交換樹脂を水で洗い流して樹脂から再生剤を除去し、かつ再生剤洗浄排水を得ることと
を含む。
【００２２】
他の一実施形態で、本方法は、再生されたアニオン交換樹脂をステップ（ｃ）で使用する前に、再生されたアニオン交換樹脂を水で洗い流して樹脂から再生剤を除去することをさらに含む。
【００２３】
他の一実施形態で、本方法は、
（ａ）供給ガスストリームに予備洗浄操作を施すステップと、
（ｂ）使用済み再生剤溶液および再生剤洗浄排水の一方または両方の全部または一部分を予備洗浄操作において使用するステップと
をさらに含む。
【００２４】
他の一実施形態で、本方法は、アニオン交換樹脂を水と接触させてアニオン交換樹脂からアミン溶媒を洗い流す前に、アニオン交換樹脂からアミン溶媒を抜き取ることをさらに含む。
【００２５】
他の一実施形態で、本方法は、２．５〜６の範囲内のｐＫａを有するアミンを有するアミン溶媒を用意するステップをさらに含む。好ましくは、この方法は、アミンで捕捉可能なガスとしてＳＯ２を選択するステップをさらに含む。
【００２６】
他の一実施形態で、本方法は、７．５〜１０の範囲内のｐＫａを有するアミンを有するアミン溶媒を用意するステップをさらに含む。好ましくは、この方法はアミンで捕捉可能なガスをＨ２ＳおよびＣＯ２の１つまたは複数から選択するステップをさらに含む。
【００２７】
他の一実施形態では、熱安定塩希薄アミンがステップ（ａ）にリサイクルされる。
【００２８】
他の一実施形態では、熱安定塩希薄アミンがステップ（ｂ）にリサイクルされる。
【００２９】
他の一実施形態で、本方法は、アミンで捕捉可能なガスとしてＳＯ２を選択するステップをさらに含む。
【００３０】
他の一実施形態では、還流を希釈せずに利用してアニオン交換樹脂からアミン溶媒を洗い流す。
【００３１】
本発明の他の一実施形態によって、
（ａ）熱安定塩を含有する溶媒溶液をアミン処理装置工程から得るステップと、
（ｂ）溶媒溶液をアニオン交換樹脂と接触させて熱安定塩希薄溶媒溶液を得るステップと、
（ｃ）アニオン交換樹脂を定期的に再生し、アニオン交換樹脂の再生の前に、アニオン交換樹脂をアミン処理装置工程からの還流ストリームの少なくとも一部分で洗い流して熱安定塩希薄アミンストリームを製造するステップと、
（ｄ）熱安定塩希薄アミンをアミン処理装置工程にリサイクルするステップと
を含む、イオン交換樹脂を再生する方法が提供される。
【００３２】
他の一実施形態で、アミン処理装置工程が、供給ガスを処理してＳＯ２、Ｈ２ＳおよびＣＯ２の１つまたは複数を除去する。
【００３３】
他の一実施形態では、ステップ（ｃ）の間に、アニオン交換樹脂を再生する前に、アニオン交換樹脂を処理して樹脂からアミン溶媒を除去する。
【００３４】
他の一実施形態で、ステップ（ｃ）は、
（ａ）アニオン交換樹脂を水と接触させてアニオン交換樹脂からアミン溶媒を洗い流すことと、
（ｂ）続いてアニオン交換樹脂を再生剤と接触させて再生されたアニオン交換樹脂および使用済みの再生剤溶液を得ることと、
（ｃ）アニオン交換樹脂を水で洗い流して樹脂から再生剤を除去し、かつ再生剤洗浄排水を得ることと
を含む。
【００３５】
他の一実施形態で、本方法は、再生されたアニオン交換樹脂をステップ（ｂ）で使用する前に、再生されたアニオン交換樹脂を水で洗い流して樹脂から再生剤を除去することをさらに含む。
【００３６】
他の一実施形態で、本方法は、
（ａ）アミン処理装置工程に供給された供給ガスストリームに予備洗浄操作を施すステップと、
（ｂ）使用済み再生剤溶液および再生剤洗浄排水の一方または両方の全部または一部分を予備洗浄操作で使用するステップと
をさらに含む。
【００３７】
他の一実施形態で、本方法は、アニオン交換樹脂を水と接触させてアニオン交換樹脂からアミン溶媒を洗い流す前に、アニオン交換樹脂からアミン溶媒を抜き取ることをさらに含む。
【００３８】
他の一実施形態では、熱安定塩希薄アミンをアミン処理装置工程にリサイクルする。
【００３９】
他の一実施形態では、還流を希釈せずに利用してアニオン交換樹脂からアミン溶媒を洗い流す。
【００４０】
本発明のこれらのおよび他の利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の記載によってより十分にかつ完全に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
一態様において、本発明は、アミン溶液を処理するイオン交換装置のための再生工程を対象としているが、本発明はアミン処理装置工程と組み合わせて例示する。
【００４２】
図１および２に示す通り、イオン交換装置（図２）はアミン溶媒から熱安定塩を除去するようにアミン処理装置工程（図１）と統合することができる。当技術分野において知られているどの特定の設計でもアミン処理装置およびイオン交換装置用に使用することができ、図１および２に示した実施形態は例示的なものであることは十分に理解されるであろう。例えば、供給ガスはただ１つの標的ガス（例えば、二酸化イオウ）でも複数の標的ガス（例えば、二酸化イオウおよび二酸化炭素）でも含有することができる。複数のガスが供給ガスからの除去の標的とされる場合は、アミン処理装置は複数の吸収ゾーンを持てばよく、そのそれぞれが異なる溶媒ストリームを利用しそれによって複数の溶媒ストリームを作り、それらは個別に再生することができる。例えば、第１の溶媒ループは酸性ガスから二酸化イオウを除去するために第１の溶媒を使用して提供され、かつ第１の溶媒を再生すればよい。第２の溶媒ループは二酸化イオウに続いて酸性ガスから二酸化炭素を除去するために第２の溶媒を使用して提供され、かつ第２の溶媒を再生すればよい。第１のイオン交換装置は第１のアミン吸収剤からの熱安定塩を除去するために利用すればよく、第２のイオン交換装置は第２のアミン吸収剤からの熱安定塩を除去するために使用すればよい。それぞれのイオン交換装置は、１つまたは複数のイオン交換反応器または塔を含めばよく、かつ当技術分野において知られている通りイオン交換塔への連続的な供給を確実にし、かつ工程を通じて急激な変動を低減するのに使用するものなどの供給タンクおよび貯留タンクを利用すればよいことも十分に理解されるであろう。
【００４３】
供給ガスストリームは１つだけ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、を含むことができることならびに供給ガスストリームは異なる段階において順次処理してそれぞれの酸性ガスの濃度を所定のレベル未満に低減することができることは十分に理解されるであろう。したがって、供給ガスストリームを第１のアミン溶媒と接触させて第１の酸性ガス、例えば、ＳＯ２の濃度を所定のレベル未満に低減することができる。次いでこの供給ガスストリームは第２のアミン溶媒と接触させて第２の酸性ガス、例えばＣＯ２および／またはＨ２Ｓを供給ガスストリームから選択的に捕捉することができる。次いで供給ガスストリームは第３のアミン溶媒と接触させて第３のガス、例えばＮＯｘを供給ガスストリームから選択的に捕捉することができる。あるいは、２つ以上のガスを１つの処理段階で除去することができる。したがって、１つの溶媒を２つ以上のガスを供給ガスストリームから捕捉するために使用することができる。供給ガスストリームは、鉄（ＩＩ）ＥＤＴＡ錯体によって捕捉することができるＮＯｘを含むこともあることは十分に理解されるであろう。供給ガスストリームからのＮＯｘの吸収によって形成されて得られるＦｅＥＤＴＡ（ニトロシル）塩は、イオン交換樹脂によって除去されることになるので、熱安定塩は再生可能なＮＯｘ吸収剤から当技術分野で知られている他の手段によって除去することが好ましい。したがって、本明細書で提示するイオン交換工程は、アミンで捕捉可能なガス（すなわち、供給ガスからアミン溶媒によってストリップされることが可能なガス、例えば、ＳＯ２、Ｈ２Ｓ、ＣＯ２）の捕捉工程において使用される吸収剤の再生と併せて使用することが好ましい。
【００４４】
熱安定塩はそれぞれの溶媒中に蓄積することがある。それ故に、それぞれの溶媒の少なくとも一部分を別々にイオン交換装置に供給して熱安定塩を溶媒から除去すればよい。したがって、第１の溶媒を第１のイオン交換塔に供給し、第２の溶媒を第２のイオン交換塔に供給すればよい。このように、それぞれの溶媒を別々のループの中で循環させて、異なる溶媒ストリームの混合を防ぐことができる。あるいは、１つのイオン交換装置中でそれぞれの溶媒を別々に処理することもできる。
【００４５】
アミン処理装置工程に提供される供給ガスは、少なくとも１つの酸性ガスを含有している任意のガスストリームでよい。好ましくは供給ガスストリームは、ＳＯ２、ＣＯ２およびＨ２Ｓの少なくとも１つを含有し、より好ましくは少なくともＳＯ２およびＣＯ２を含有する。供給ガスは、様々な供給源から得られる工程ガスストリームまたは廃ガスストリームでよい。例えば、供給ガスストリームは以下のものでよい。
（ａ）メタン、他の炭化水素、硫化水素、二酸化炭素および水を含み、通常１００ｂａｒ以下の高圧で、周囲温度付近の中温である酸性天然ガス。
（ｂ）イオウを含まない化石燃料の燃焼排ガス、窒素、酸素、二酸化炭素および水を含み、大気圧力に近く、２００℃までまたはそれ以上の高い温度である。
（ｃ）窒素、酸素、二酸化炭素、二酸化イオウ、三酸化イオウおよび水を含み、実質的に大気圧力で、２００℃以下またはそれ以上の高温であるイオウ含有燃料の燃焼排ガス。
（ｄ）窒素、酸素、二酸化イオウおよび三酸化イオウを含み、大気圧力に近く、２００℃未満のやや高い温度である硫酸プラント排ガス。
【００４６】
二酸化イオウは水に溶解し、かつ水と反応すると、亜硫酸、Ｈ２ＳＯ３を生成し、これは二酸化炭素の水和によって生成する炭酸、Ｈ２ＣＯ３（ｐＫａ１＝６．４）、または硫化水素（ｐＫａ１＝７．０）よりもかなり強い酸（ｐＫａ１＝１．８）である。二酸化イオウを再生可能なアミン処理装置工程を使用して供給ガスから捕捉したい場合は、好ましくは６未満のｐＫａを有する適当に弱いアミンを使用することが好ましい。弱いアミンは有意な量のＣＯ２を捕捉することができないので、ＣＯ２は処理されたガス中に留まる。したがって、かかる弱いアミンはＳＯ２およびＣＯ２を含有する供給ガスからＳＯ２を選択的に捕捉するために使用することができる。硫酸ミスト（ｐＫａ２＝−３）は、再生可能なＳＯ２溶媒と共に熱安定塩を形成するほど強い。
【００４７】
ＳＯ２を選択的に捕捉するために使用するアルカノールアミン溶媒は、米国特許第５０１９３６１号に開示されているもののどれでもよく、この特許の開示を参照により本明細書に組み入れる。特に、この溶媒は次の構造式によって表すことができる。
【００４８】
【化１】
2009529412.tif 000003
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いてよく、水素、アルキル（例えば、１個〜約８個の炭素原子の、シクロアルキルを含む低級アルキル）、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）、アルカリール（例えば、７個〜約２０個の炭素原子）であってよく、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、およびＲ５はどれも環状構造を形成することができる。ジアミンは、２つ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いることおよび一般的により低い粘度が理由でしばしば好ましい。アミン、例えばジアミンはその安定性の観点から好ましくは第三級ジアミンである。しかし、他のものも、溶媒の化学反応を最小限に抑える弱酸化的または熱的条件が存在すれば、使用することができる。しばしば、好ましいアミン塩吸収剤は、アミン基上の置換基としてヒドロキシアルキル基を有する。一部の事例では、ヒドロキシ置換基は亜硫酸塩または亜硫酸水素塩の硫酸塩への酸化を遅らせると考えられている。
【００４９】
高投入量の回収可能な二酸化イオウが大気圧力条件下で吸収媒体中に吸収されることを可能にするためには、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ことが好ましい。しばしば第三級ジアミンは次式のものである。
【００５０】
【化２】
2009529412.tif 000004
式中、Ｒ１は、アルキレン基であり、好ましくは直鎖としてまたは分岐鎖として２個〜３個の炭素原子を含有し、かつそれぞれのＲ２は同じまたは異なって、アルキル基、好ましくはメチルもしくはエチル、またはヒドロキシアルキル基、好ましくは２−ヒドロキシエチルである。具体的には好ましい化合物は、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）エチレンジアミンである。同じく有用なジアミンの中に含まれるものはピペラジン（ｐＫａ＝５．８）などのヘテロ環状化合物である。ｐＫａ値は収着窒素に関するものである。
【００５１】
Ｈ２Ｓおよび／またはＣＯ２のような弱い酸性のガスを捕捉したい場合は、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のようなｐＫａ＞７．５のより強いアミンを使用することが好ましい。Ｈ２Ｓや炭酸よりも大幅に強い酸は、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。
【００５２】
二酸化炭素溶媒アミンは、ｐＫａが６．０〜１０、好ましくは６．５〜１０、より好ましくは６．５〜９．５の範囲内の第一級、第二級または第三級アミンである。処理されるガスに伴うアミンの損失を防ぐために好ましいアミンは、好ましくは５０℃において溶媒を超えて１ｍｍＨｇ未満の蒸気圧を有する。好ましいアミンには、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）、ベンゾイミダゾール（ｐＫａ＝５．５）、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）ならびにこれらの混合物が含まれる。
【００５３】
ＳＯ２およびＣＯ２の両方を捕捉したい場合は、ＣＯ２捕捉工程においてＳＯ２のすべてが熱安定塩を形成することを避けるために、好ましくはまずＳＯ２を適切な溶媒で捕捉する。次いで第２ステップでＣＯ２を除去する。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ので、ＳＯ２またはＯ２含有ストリーム中には一般的にわずかな濃度でしか存在しない。
【００５４】
図１の好ましい実施形態においては、アミン処理装置１０で処理される供給ガスストリーム１２はアミンで捕捉可能な単一の標的ガス、例えばＳＯ２を含有する。図１で示すように、好ましくは、供給ガスストリーム１２を、まず予備洗浄して供給ガスストリーム１２から粒子状物質を除去し、かつ好ましくは少なくともその断熱飽和温度付近まで急冷する。一部の事例では、循環水を冷却する熱交換器を備えることによって供給ガス温度はそれよりも低くさえ下げることができる。水によるこの前処理は他の汚染物質、例えば塩酸および硫酸をも供給ガスから除去することができる。当技術分野で知られているどの予備洗浄装置でも使用することができる。図１で示すように、供給ガスストリーム１２は、予備洗浄装置１４に供給し、そこで予備洗浄液ストリーム１６、好ましくは水、と向流で接触させればよく、予備洗浄液は適当なノズル１８を通して予備洗浄装置１４中にスプレーすればよい。予備洗浄液ストリーム１６は、好ましくは再循環させる。したがって、リサイクルストリーム２０はポンプ２２に供給されることができ、そこから戻しストリーム２４が予備洗浄装置１４に戻される。廃棄物へ行く抜き出しストリーム２６を使用して再循環水中の溶解固体および懸濁固体のレベルを制御することができ、また水補給ストリーム２８を使用して供給ガス中への蒸発および放出で失われた水を置き換えることができる。
【００５５】
任意選択の予備洗浄装置１４を通過した後、前処理された供給ガスストリームは、次いでカラム３２中の吸収ゾーン３０を通過させればよく、このゾーンは二酸化イオウ吸収ゾーンであってよい。予備洗浄されたガス３４は、予備洗浄装置１４から、例えばチムニートレー３６を通って吸収塔３２に流れることができ、チムニートレーはガスを上へ通過させるが、液が予備洗浄装置１４の中へ流れ落ちることは防ぐ。
【００５６】
希薄（すなわち、酸性ガス不純物が希薄である）アミン溶媒は、好ましくは再生された溶媒であり、かつストリーム３８によって吸収塔３２中へ導入することができ、そこで好ましくは前処理された供給ガス３４ストリームと、濃厚アミン溶媒ストリーム４０および処理された供給ガスストリーム４２を生成するように、向流で接触させる。好ましくは、希薄アミン溶媒ストリーム３８は下向きに、例えば吸収ゾーン３２中の充填物を通過させて流し、充填物は上向きに流れるガスとの良好なガス液体接触を促進する。希薄溶媒は酸性ガス不純物を選択的に捕捉して、濃厚溶媒ストリーム４０として吸収塔を去る。
【００５７】
次いで処理された供給ガスストリーム４２は、１つまたは複数の追加の吸収ゾーン（示さず）に導入するか、大気放出するか、追加の装置へ送ってさらなる処理をするかまたは工程内でリサイクルすることができる。例えば、第２の吸収ゾーンを供給ガスストリームから二酸化炭素を除去するように設計することもできる。第３の吸収ゾーンを供給ガスストリームからＮＯｘおよび任意選択で何がしかの水銀を除去するように設計することもできる。酸性ガスは、供給ガスから任意の所望の順序で選択的に除去することができることは十分に理解されるであろう。例えば、二酸化炭素吸収ゾーンは二酸化イオウおよびＮＯｘ吸収ゾーンの上流でも下流でもよい。しかし、ＳＯ２はより弱い酸性ガス用の溶媒中で熱安定塩を形成しやすいので、他の不純物ガスの前にＳＯ２を捕捉することが好ましい。
【００５８】
捕捉された汚染物質は、捕捉された汚染物質を解放するようにそのストリームを加熱することによって濃厚アミン溶媒ストリームから除去される。好ましくは、スチームストリッピング塔を利用し、その中では捕捉された汚染物質を溶媒から解放するために必要な熱の少なくとも一部分をスチームが提供する。図１で示すように、濃厚アミン溶媒ストリーム４０および熱い希薄アミン溶媒ストリーム４６は、間接熱交換器４４を通過させて熱い濃厚アミン溶媒ストリーム４８を生成させることができ、それをスチームストリッピング塔５０に導入する。
【００５９】
吸収塔３２と同様に、スチームストリッピング塔５０は、当技術分野で知られているどの設計でもよく、充填式またはトレイ式のどちらでもよい。熱い濃厚アミン溶媒ストリーム４８は、好ましくは、再生またはスチームストリッピング塔５０中の例えば充填物５２を通って下向きに流れる。熱い濃厚アミン溶媒ストリーム４８は塔５０の上部に導入され、塔５０を通って下向きに流れる。所望であれば、ポンプ６４を使用してストリーム６６を再生塔５０の底からリボイラー５４まで循環させる。リボイラー５４は強制循環リボイラー、缶型リボイラーまたはサーモサイホンリボイラーでよいことは十分に理解されるであろう。好ましくは、熱い希薄アミン用のポンプを備えてこの溶媒を希薄−濃厚交換器を通して希薄アミンサージタンク（示さず）中まで押し込む。リボイラー５４中のアミン溶媒の沸騰によって発生したスチームは、ストリーム６０として塔５０に入り、アミン溶媒からの酸性ガスのストリッピングのためのエネルギーと物質移動の促進をもたらす。
【００６０】
リボイラーは当技術分野で知られているどの手段によっても加熱される。好ましくは、リボイラー５４は、ストリーム５６（スチームでよく、いかなる供給源から得てもよい）によって間接的に、例えば伝熱管束を通じて加熱され、スチームコンデンセートストリーム５８を生成するが、それはさらにスチームを生成するためにリサイクルしてもよく、あるいはプラント内の別の場所で使用してもよい。リボイラー５４内の溶媒の沸騰は、塔５０内へのスチームおよび脱着した酸性ガス６０の流れを生み出す。スチームおよび脱着した酸性ガスは、熱い濃厚アミン溶媒ストリーム４８の下向きの流れを加熱し、かつ溶媒から発生したガス状汚染物質を上向きに運びながら、カラム５０の脱着ゾーン（充填物５２）を通って上向きに登る。スチームおよび汚染物質（この場合は二酸化イオウ）はストリーム６２として塔５０を出る。好ましくは、スチームおよび脱吸収した酸性ガスは、再生塔５０の還流−精留区画６８を通って上向きに移動した後でストリーム６２として塔５０を出る。
【００６１】
ストリーム６２は塔頂コンデンサー７０中で冷却され、コンデンサーはこのストリームの大部分を凝縮させて、二相ストリーム７２を作り、これは還流液溜め７４中で塔頂液還流ストリーム７６と酸性ガスストリーム７８に分離すればよい。酸性ガスは廃棄処分またはさらなる加工へと流れることができる。塔頂還流ストリーム７６は、イオン交換工程で使用されるストリーム８０とアミン溶媒へ戻るように再生塔５０へ戻るストリーム８２とに分かれる。
【００６２】
再生された溶媒は塔５０の底に集まり、塔５０からストリーム６６として取り除かれ、その一部分は再生された熱い希薄アミン溶媒ストリーム４６としてリサイクルされる。再生塔５０の底からの希薄アミンは、ストリーム４６として熱交換器４４を通って流れ、冷たい希薄アミンストリーム８４を形成する。
【００６３】
熱安定塩はアミン溶媒中に蓄積する傾向がある。したがって、アミン溶媒にイオン交換工程を施して熱安定塩を除去する。例えば、アミン溶媒の少なくとも一部分にイオン交換を施して熱安定塩をそこから取り除くが、好ましくはその一部分だけである（例えばブリードストリーム）。好ましくは、ブリードストリームは冷たい希薄アミンストリーム８４から抜き出す。かかる実施形態によれば、図１に示す通り、ストリーム８６が熱安定塩の濃厚アミン溶媒をイオン交換熱安定塩除去装置９０へ送る。イオン交換装置９０は、より低い熱安定塩含有量を有する第１の熱安定塩希薄アミン溶媒ストリーム８８を戻す。ストリーム３８が希薄アミン溶媒を酸性ガス洗浄のために吸収塔３２へ送って回路を完結させる。
【００６４】
当技術分野を熟知している者には知られている通り、アミン処理装置工程の詳細は、一般的原理または本発明に対するそれらの適切性を変えることなく変更または追加することができる。例えば、吸収装置および再生装置におけるガス−液体接触をもたらすための様々な種類の装置が、同じ効果の吸収およびストリッピングを達成するために使用することができる。他のフローシート、例えば希薄および半希薄アミンストリームを有するものなども、本発明の適用において使用することができる。
【００６５】
図２は本発明によって使用することができるイオン交換装置９０の一実施形態を示す。本明細書で示した通り、イオン交換装置９０は、任意選択のサージタンク９２および単一のイオン交換塔９４を含む。イオン交換塔９４中のイオン交換樹脂は、時々再生しなければならないが、定期的に（すなわち、時々必要に応じて）イオン交換塔９４を通る熱安定塩濃厚希薄アミン溶媒ストリーム９６の流れを停止してイオン交換樹脂の再生を可能にすることは十分に理解されるであろう。代わりとなる一実施形態では、複数のイオン交換塔９４を備えてもよいことは十分に理解されるであろう。したがって、熱安定塩濃厚希薄アミン溶媒ストリーム９６は少なくとも１基のイオン交換塔９４を通して連続的に供給してこのストリームから熱安定塩を除去することができ、その間１基または複数の交替用塔９４中のイオン交換樹脂は再生されている。
【００６６】
イオン交換反応器のための当技術分野で知られているどの構造でも利用することができる。通常は、イ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、イオン交換塔は通常イオン交換樹脂ビーズを受ける支持体を有する。それ故に、イオン交換媒体は、ポリマー上に官能基を有するポリマーのビーズであってよい。アニオン交換樹脂は、一般的に交換サイトとして塩基性官能基を有する。本発明の方法では様々なイオン交換樹脂を使用することができる。強塩基性アニオン交換樹脂は、通常固定された第四級アミンのアニオン交換サイトを有することを特徴とし、このサイトはどのｐＨにおいても正に荷電している。弱塩基性アニオン交換樹脂は、固定された第一級または第二級アミンのアニオン交換サイトを有する。これらのサイトは溶液のｐＨに依存して正に荷電する。より高いｐＨではこれらのサイトは中性である。
【００６７】
Ｉ型強塩基性樹脂は、テトラメチルアンモニウム官能基を含有するものである。ＩＩ型強塩基性樹脂は一般的にヒドロキシエチルトリメチルアンモニウム官能器を含有する。強塩基性Ｉ型アニオン交換樹脂の例は、ポリマー骨格に結合した第四級アンモニウム基を有するスチレン−ジビニルベンゼン樹脂、例えばＲｅｓｉｎｔｅｃｈ  Ｃｏｍｐａｎｙから販売されているＲｅｓｉｎｔｅｃｈ（商標）ＳＢＧ−１およびＳｙｂｒｏｎ（商標）ＡＳＢ−１である。強塩基性ＩＩ型アニオン交換樹脂には、ポリマー骨格に結合した第四級アルカノールアミン基を有するスチレン−ジビニルベンゼン樹脂、例えば同じくＲｅｓｉｎｔｅｃｈ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＲｅｓｉｎｔｅｃｈ（商標）ＳＢＧ−ＩＩおよびＳｙｂｒｏｎ（商標）ＡＳＢ−ＩＩが含まれる。使用することができる他の樹脂には、Ｂａｙｅｒ  ＡＧのＭｏｂａｙ（商標）Ｍ５００、ポリマー骨格に結合した第四級アンモニウム基を有するポリスチレン樹脂であるＩ型強塩基性アニオン交換樹脂；Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  ＨａａｓのＡｍｂｅｒｌｙｓｔ（商標）Ａ−２６、ポリマー骨格に結合した第四級アンモニウム基を有するスチレン−ジビニルベンゼンコポリマーであるＩ型強塩基性アニオン交換樹脂；およびＲｏｈｍ  ａｎｄ  ＨａｓｓのＡｍｂｅｒｌｉｔｅ（商標）ＩＲＡ−４１０、ＩＩ型強塩基性アミン型アニオン交換樹脂などの材料が含まれる。同様に含まれるのは、Ｄｏｗの官能基として第四級アミンを有するスチレン−ジビニルベンゼン強塩基性アニオン交換樹脂である。これらの材料はＤＯＷＥＸの商標で入手可能である。弱塩基性アクリル系ゲル樹脂、例えばＰｕｒｏｌｉｔｅ（商標）によって供給されているものも使用することができる。ゲルまたはマクロ多孔性樹脂はどちらも使用することができる。
【００６８】
前述の樹脂は単に有用なイオン交換樹脂を例示するものであり、本発明の方法の実施において使用することができる樹脂を限定することを意図するものではない。本発明の目的のために、使用済みのアミン溶媒の再生のために使用するいかなるイオン交換樹脂も本明細書において開示されている方法を使用して再生することができることを意図するものである。これらの樹脂は当業者によって容易に特定可能である。
【００６９】
熱安定塩濃厚希薄アミン溶媒ストリーム９６（サージタンク９２から得ることができる）またはサージタンク９２が備えられていない場合は単にブリードストリーム８６の延長であってもよいストリームを、イオン交換塔９４を通じて流して第１の熱安定塩希薄アミン溶媒ストリーム８８を生成させる。これは樹脂への投入ステップまたは樹脂の使い尽しステップである。このステップの間に、塔９４中の樹脂はアミン溶媒と相互作用を行い、アミン溶媒から熱安定塩を除去する。イオン交換樹脂の、アミン溶媒から熱安定塩を除去する能力が所望のレベルに達したとき、または所定の時間後に、塔９４を通るアミン溶媒の流れを停止する。
【００７０】
イオン交換樹脂もアミン溶媒中に存在するアミンで吸収可能なガスのアニオンと反応する傾向があるので、熱安定性のアニオンはアミンで吸収可能なガスに関して濃厚アミン溶媒よりもアミンで吸収可能なガスに関して希薄アミン溶媒から除去することが好ましい。したがって、希薄アミン溶媒を塔９４に供給することによって、より大きな比率のイオン交換樹脂が、アミンで吸収可能なガスからの亜硫酸根などのアニオンではなく、希薄アミン溶媒中に存在する熱安定塩と相互作用する。したがって、イオン交換塔を通過するアミン溶媒の単位容積当たりにより多い量の熱安定塩がアミン溶媒から除去されることになる。
【００７１】
アミン溶媒とイオン交換樹脂との相互作用の結果、アミン溶媒はその遊離塩基形態に転化される。低減された濃度の熱安定塩を有するアミン溶媒（すなわち、第１の熱安定塩希薄アミン溶媒ストリーム８８）は、次いでアミン処理装置１０へ戻される。第１の熱安定塩希薄アミン溶媒ストリーム８８は、アミン処理装置工程の任意の所望の位置に戻すことができ、好ましくは、図１に示すように熱交換器４４の下流で、かつ塔３２の上流に導入する。
【００７２】
一部のアミン処理装置工程は、存在する熱安定塩の顕著なレベルで働くことができる（例えば米国特許出願第１０／６３９６７８号を参照されたい）。そのような場合には、熱安定塩を部分的にのみ低減させるが、それでも十分な熱安定塩含有アミン溶媒に塔９４を通過させて、イオン交換樹脂の再生の前にイオン交換樹脂を熱安定性アニオンで完全に飽和させることが望まれる。これが、除去されるアニオンの単位量当たりのアミンの損失ならびに再生剤およびすすぎ液の必要量に関してイオン交換工程の効率を最大にする。
【００７３】
この使い尽しステップに続いて、好ましくは再生ステップを開始する前にイオン交換樹脂を処理して樹脂からアミン溶媒を除去する。したがって、本発明によれば、好ましくはイオン交換樹脂を酸性でよい洗浄ストリームと接触させて塔９４からアミン溶媒を除去する。
【００７４】
塔９４を通過した後の還流は、還流ストリーム８０の塔９４に供給される部分中に水を加えることによって第２の熱安定塩希薄アミン溶媒ストリーム９８を生成する。ストリーム９８中のアミンの濃度はアミン処理装置１０中で循環しているアミンと比較して薄い。しかし、ストリーム９８をアミン処理装置１０へリサイクルすることによって本質的にイオン交換装置９０へ向けられるすべての水およびアミンはアミン処理装置１０へ戻り、それによってアミン処理装置１０のマスバランスを本質的に維持し、したがって、還流８０ではなく新しい水を洗浄ステップのために使用する場合には起こるアミン処理装置１０中のアミンの希釈を防ぐ。
【００７５】
代わりの一実施形態では、必要であれば多少の補給水を還流ストリーム８０に加えることができることは十分に理解されるであろう。再生のためのスチームの必要量が少ないために生成する還流の量が少ないが、しかし熱安定塩の蓄積速度が速くてＩＸ交換装置の高い稼働率が要求される場合には追加の洗浄水の必要性が生じる可能性がある。還流１部に対して水３部までは加えることができるが、なるべく少なく加えることが好ましい。
【００７６】
ストリーム９８は、アミン処理装置１０中の連続アミンループに、熱交換器４４の下流でかつ塔３２の上流で戻すことができる（ストリーム８８と同様）。あるいは、ストリーム９８はアミン処理装置工程のスチームストリッピング部分に戻すことができる（ストリーム８２およびストリーム４８の一方または両方に加えればよい）。かかる代替経路はアミンで吸収可能なガスがＳＯ２である場合に使用することができる。
【００７７】
塔９４からアミンを洗い流すために還流を利用することのさらなる利点は、アミンから沈殿した金属カチオン（例えばＦｅ３＋）またはアミン中に懸濁している固体からイオン交換塔内に堆積した金属カチオン（例えば炭酸カルシウム）が再可溶化されやすくなることである。もしもこれらの金属カチオンが再可溶化されなければ、それらはイオン交換塔内を通過する液の流れを妨げる恐れがあるか、または樹脂を出入りするアニオンの輸送を妨害する可能性がある。
【００７８】
好ましくは、洗浄ステップの終わりで、かつ再生ステップの前に、イオン交換樹脂を脱イオン水またはスチームコンデンセートで洗浄する。この水はストリーム１００によって供給することができる。この洗浄水は、塔９４から還流を除去するために供給する。塔９４を通過した洗浄水１００は洗浄排水ストリーム１０２となり再使用のために貯蔵タンク１０４に入れることができる。
【００７９】
続いて、イオン交換樹脂を、再生剤を使用して再生する。例えば、再生剤は苛性アルカリ溶液（例えば４％水酸化ナトリウム溶液）でよく、ストリーム１０６によって供給される。再生剤はイオン交換樹脂を最初の形態に転化させる。したがって、イオン交換樹脂がアニオン交換樹脂であり、再生剤が苛性アルカリである場合は、苛性アルカリはイオン交換樹脂をその塩基形態（例えば弱塩基性樹脂の場合は遊離アミン、強塩基性樹脂の場合はヒドロキシド形態）に転化させる。再生ステップの結果、使用済み再生剤溶液１０８が生成する。ストリーム１０８は予備洗浄塔１４に供給すればよい（それはストリーム２８の部分または全体を形成する）。したがって、ストリーム１０８中の水は供給ガスを急冷するために利用することができる。加えて、未反応の苛性アルカリはすべて、予備洗浄塔水ストリーム２０中に存在する硫酸などの強酸を中和するために利用することができる。
【００８０】
再生ステップに続いて、イオン交換樹脂を再度洗浄して苛性アルカリを樹脂から除去する。したがって、新しい水および／またはタンク１０４からの水をストリーム１１０によってイオン交換塔９４に供給することができる。苛性アルカリ再生剤をイオン交換床から追い出すことは、次の投入ステップの間のアミン溶媒の苛性アルカリまたはナトリウム塩による汚染を回避する。多少の苛性アルカリを含有する使用済みの洗浄水もストリーム２８によって予備洗浄塔に送ればよい。
【００８１】
好ましくは、最終のイオン交換樹脂洗浄は、ストリーム１００によって供給される脱イオン水またはスチームコンデンセートで行って、追加量の苛性アルカリおよび塩をイオン交換樹脂から除去する。この使用済み洗浄水は溶解苛性アルカリ溶媒（濃度）が比較的低いので、この洗浄水は再使用するためにストリーム１０２によってタンク１０４に送ることができる。最終洗浄ステップの後は、次回の樹脂への投入ステップを開始することができる。
【００８２】
強いアミン溶媒および弱いアミン溶媒両方からの熱安定塩の除去は、本質的に同じ方法によって実施することが、樹脂の種類や再生剤の種類および量ならびにそれぞれの具体的なアミン溶媒および熱安定塩の種類に対して最適化するために必要なリンス容量について任意選択の調節をするだけでできることが分かっている。
【００８３】
様々な改変および変更を行うことができることおよびこれらの改変形態および変更形態のすべてが付帯の特許請求の範囲の範囲内にあることは十分に理解されるであろう。例えば、当技術分野で知られているどのＳＯ２、ＣＯ２およびＨ２Ｓ溶媒でも使用することができる。これらの溶媒は、再生およびリサイクルすることができ、その場合は当技術分野で知られているどの手段によってでも再生およびリサイクルすることができる。イオン交換装置ではサージタンクおよび貯蔵タンクを使用して、イオン交換装置で使用されるかまたはイオン交換装置で生成される様々なストリームを蓄積することができる。当技術分野で知られているどのイオン交換樹脂または一連の樹脂でも使用することができる。このステップが様々な組み合わせまたは部分的組み合わせにでもできることも十分に理解されるであろう。
【実施例】
【００８４】
本発明の操作は、以下の代表的実施例によって例示される。イオン交換の技術の熟練者には明らかな通り、実施例の多くの詳細を、依然として本明細書に記載された発明を実施しつつ、変更することができる。
【００８５】
本発明の操作はパイロットプラントにおいて試験した。濃度２６．９％のアミン、１２．５％の硫酸塩および１．８％の亜硫酸塩を有するジアミンＳＯ２吸収剤（Ｃａｎｓｏｌｖ（商標）Ａｂｓｏｒｂｅｎｔ  ＤＭ）からの熱安定塩の除去について実験を行った。このアミン溶媒中の熱安定塩（硫酸塩）の濃度は１．３６モル／モルアミンであった。直径６インチのイオン交換塔を、１０リットルの樹脂床容積（ＢＶ）に相当する高さ２１．３インチまでＰｕｒｏｌｉｔｅ（商標）Ａ−８３０弱塩基性樹脂で満たした。イオン交換塔に加熱タンクからの液体を遠心ポンプで供給した。装置の安全で使いやすい操作のために、適切なバルブ、圧力計、温度計およびロータメーターが設置されていた。すべての流体は５０℃まで加熱した。ＳＯ２ガスを名目上の濃度１．５％に達するまで水中にバブリングすることによって合成の還流液を調製した（ｐＨ＝１．５）。
【００８６】
アミンおよびアニオンの分析はイオンクロマトグラフィーで行い、低濃度のナトリウムイオンは電導度測定によって較正曲線を使用して定量化した。水性マトリックス中の低濃度のアミンは、ガスクロマトグラフィーによって定量化した。工程の操作サイクルは次のシーケンスから成っていた。
１．４ＢＶのアミン溶媒に塔を通過させることによって樹脂へ熱安定性アニオンを投入する。
２．２．２５ＢＶの還流液で樹脂からアミン溶媒を押し出してアミンを洗い流す。
３．０．５ＢＶの脱イオン水で還流液を置き換える。
４．４ＢＶの４％水酸化ナトリウムに塔を通過させることによって樹脂を塩基形態に戻して再生する。
５．１．５ＢＶの先行バッチの最終洗浄終了時から残した水で、および次いで４．５ＢＶの脱イオン水で最終洗浄する。
６．次の投入ステップを行った。
【００８７】
実験したシーケンスで、多数のサイクルにわたって平均して、以下の結果が得られた。
１．樹脂リットル当たり１００グラムのＳＯ４２−の投入が得られた。
２．主に還流洗浄によるアミンの塔からの不完全な除去のために、アミンの損失はアミン溶液から除去されたＳＯ４２−１キログラム当たり２１グラムであった。
３．先行サイクルの最終洗浄と次のサイクルのアミンの間の界面で水がアミン中に混入したために、１サイクルの間に、処理剤工程に戻されたアミンは約０．４％（例えばアミン２６、９％から２６．８％）希釈された。もしもアミン洗浄水が外部供給源からのものであったら希釈は３４％（２６．９％から１７．８％）であったであろう。アミンのこの最終濃度は４ＢＶのアミン溶媒の界面混合（０．２ＢＶの水）および２．２５ＢＶの洗浄水の希釈の合計として計算される。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】アミン処理装置工程の例となる工程流れ図であり、それを本発明の一実施形態によるイオン交換工程に接続するストリームを示している。
【図２】図１のアミン処理装置工程と共に使用することができるイオン交換工程の工程流れ図の例となる実施形態の図であり、それを本発明の一実施形態によるアミン処理装置工程に接続するストリームを示している。
【図３】イオン交換塔操作の樹脂の使い尽しから始まって再生後の最終水洗までの１サイクルの操作の好ましいシーケンス図である。
【図１】
2009529412.tif 000005
【図２】
2009529412.tif 000006
【図３】
2009529412.tif 000007
【国際調査報告】
2009529412.tif 000008
2009529412.tif 000009