(57)【要約】【課題】本発明は、煙道ガス又は燃焼ガスのＣＯ2を捕獲するためにアミンベースの吸収化合物を使用する方法及び設備を提供する。【解決手段】ある態様では、ＣＯ2は湿式又は乾式の煙道ガススクラバからアブソーバへ導入される。アミンベースの吸収化合物は、水溶液中に含まれて、湿式又は乾式の煙道ガススクラバの下流に設置されたアブソーバへ供給される。ある態様では、次にＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物を再生ステップにかけ、ＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物を再生し、吸収されたＣＯ2を除去する。ある態様では、エネルギーは、リボイラーを通してストリッパへ供給されて再生ステップが達成される。【選択図】図１
2011206768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記ステップを含む燃焼後ＣＯ2の捕獲方法：
（ｉ）アミンベースの吸収化合物を含む水溶液をアブソーバへ導入するステップであって、そのアブソーバは煙道ガススクラバの下流に設置されているステップ；
（ｉｉ）ＣＯ2含有ガスを煙道ガススクラバからアブソーバへ供給してＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物を形成するステップ；並びに
（ｉｉｉ）ＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物を再生ステップにかけるステップであり、ＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物を再生し、ＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物からＣＯ2を除去するステップであって、エネルギーがストリッパへ供給されて再生ステップが達成されるステップ。
【請求項２】
前記アミンベースの吸収化合物は、水溶液の全重量基準で１０重量％〜９５重量％の濃度の水溶液中に存在する請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記アミンベースの吸収化合物は、水溶液の全重量基準で１５重量％〜９０重量％の濃度の水溶液中に存在する請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記アミンベースの吸収化合物は、水溶液の全重量基準で２０重量％〜８５重量％の濃度の水溶液中に存在する請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記アミンベースの吸収化合物は、２−（２−ヒドロキシエチル）−ピペリジンから選ばれるプライマリアミンベースの吸収化合物のみを含む水溶液中に存在する請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記アミンベースの吸収化合物は、２−（２−ヒドロキシエチル）−ピペリジンから選ばれるプライマリアミンベースの吸収化合物、並びに、モノエタノールアミン、ピペラジン、２−（１−ピペラジニル）−エチルアミン、１−メチルピペラジン、２−メチルピペラジン、３−メチルアミノプロピル−アミン、モルホリン、ピペリジン、又は２以上のそれらの適切な組み合わせから選ばれる１以上のアミンベースのプロモータ化合物の組み合わせを含む水溶液中に存在する請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記アミンベースの吸収化合物は、アミンベースの吸収化合物全体を形成するアミンベースの化合物の全量基準で、０．５重量％〜３０重量％の１以上のアミンベースのプロモータ化合物を含む水溶液である請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記アミンベースの吸収化合物は、アミンベースの吸収化合物全体を形成するアミンベースの化合物の全量基準で、１重量％〜２７．５重量％の１以上のアミンベースのプロモータ化合物を含む水溶液である請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記アミンベースの吸収化合物は、アミンベースの吸収化合物全体を形成するアミンベースの化合物の全量基準で、２．５重量％〜２５重量％の１以上のアミンベースのプロモータ化合物を含む水溶液である請求項６記載の方法。
【請求項１０】
前記アミンベースの吸収化合物は、アミンベースの吸収化合物全体を形成するアミンベースの化合物の全量基準で、５重量％〜２２．５重量％の１以上のアミンベースのプロモータ化合物を含む水溶液である請求項６記載の方法。
【請求項１１】
下記ステップを含む燃焼後ＣＯ2の捕獲方法：
（ｉ）アミンベースの吸収化合物を含む水溶液をアブソーバへ導入するステップであって、そのアブソーバは煙道ガススクラバの下流に設置されているステップ；
（ｉｉ）ＣＯ2含有ガスを煙道ガススクラバからアブソーバへ供給してＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物を形成するステップ；並びに
（ｉｉｉ）ＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物を再生ステップにかけるステップであり、ＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物を再生し、ＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物からＣＯ2を除去するステップであって、エネルギーがストリッパへ供給されて再生ステップが達成されるステップ、
但し、アミンベースの吸収化合物は２−（２−ヒドロキシエチル）−ピペリジンである。
【請求項１２】
前記アミンベースの吸収化合物は、水溶液の全重量基準で１０重量％〜９５重量％の濃度の水溶液中に存在する請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記アミンベースの吸収化合物は、水溶液の全重量基準で１５重量％〜９０重量％の濃度の水溶液中に存在する請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記アミンベースの吸収化合物は、水溶液の全重量基準で２０重量％〜８５重量％の濃度の水溶液中に存在する請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
前記アミンベースの吸収化合物は、２−（２−ヒドロキシエチル）−ピペリジン、並びに、モノエタノールアミン、ピペラジン、２−（１−ピペラジニル）−エチルアミン、１−メチルピペラジン、２−メチルピペラジン、３−メチルアミノプロピル−アミン、モルホリン、ピペリジン、又は２以上のそれらの適切な組み合わせから選ばれる１以上のアミンベースのプロモータ化合物の組み合わせを含む水溶液中に存在する請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
前記アミンベースの吸収化合物は、アミンベースの吸収化合物全体を形成するアミンベースの化合物の全量基準で、０．５重量％〜３０重量％の１以上のアミンベースのプロモータ化合物を含む水溶液である請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記アミンベースの吸収化合物は、アミンベースの吸収化合物全体を形成するアミンベースの化合物の全量基準で、１重量％〜２７．５重量％の１以上のアミンベースのプロモータ化合物を含む水溶液である請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記アミンベースの吸収化合物は、アミンベースの吸収化合物全体を形成するアミンベースの化合物の全量基準で、２．５重量％〜２５重量％の１以上のアミンベースのプロモータ化合物を含む水溶液である請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
前記アミンベースの吸収化合物は、アミンベースの吸収化合物全体を形成するアミンベースの化合物の全量基準で、５重量％〜２２．５重量％の１以上のアミンベースのプロモータ化合物を含む水溶液である請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
下記ステップを含むＣＯ2捕獲方法：
（ａ）アミンベースの吸収化合物を含む水溶液をアブソーバへ導入するステップであって、そのアブソーバは燃焼ガスＣＯ2を発生させる燃焼プロセスの下流又はそれとは別個に設置されているステップ；
（ｂ）ＣＯ2含有ガスをアブソーバへ供給してＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物を形成するステップ；並びに
（ｃ）ＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物を再生ステップにかけるステップであり、ＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物を再生し、ＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物からＣＯ2を除去するステップであって、エネルギーがストリッパへ供給されて再生ステップが達成されるステップ。
【請求項２１】
前記アミンベースの吸収化合物は、水溶液の全重量基準で１０重量％〜９５重量％の濃度の水溶液中に存在する請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記アミンベースの吸収化合物は、水溶液の全重量基準で１５重量％〜９０重量％の濃度の水溶液中に存在する請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
前記アミンベースの吸収化合物は、水溶液の全重量基準で２０重量％〜８５重量％の濃度の水溶液中に存在する請求項２０記載の方法。
【請求項２４】
前記アミンベースの吸収化合物は、２−（２−ヒドロキシエチル）−ピペリジンから選ばれるプライマリアミンベースの吸収化合物のみを含む水溶液中に存在する請求項２０記載の方法。
【請求項２５】
前記アミンベースの吸収化合物は、２−（２−ヒドロキシエチル）−ピペリジンから選ばれるプライマリアミンベースの吸収化合物、並びに、モノエタノールアミン、ピペラジン、２−（１−ピペラジニル）−エチルアミン、１−メチルピペラジン、２−メチルピペラジン、３−メチルアミノプロピル−アミン、モルホリン、ピペリジン、又は２以上のそれらの適切な組み合わせから選ばれる１以上のアミンベースのプロモータ化合物の組み合わせを含む水溶液中に存在する請求項２０記載の方法。
【請求項２６】
前記アミンベースの吸収化合物は、アミンベースの吸収化合物全体を形成するアミンベースの化合物の全量基準で、０．５重量％〜３０重量％の１以上のアミンベースのプロモータ化合物を含む水溶液である請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記アミンベースの吸収化合物は、アミンベースの吸収化合物全体を形成するアミンベースの化合物の全量基準で、１重量％〜２７．５重量％の１以上のアミンベースのプロモータ化合物を含む水溶液である請求項２５記載の方法。
【請求項２８】
前記アミンベースの吸収化合物は、アミンベースの吸収化合物全体を形成するアミンベースの化合物の全量基準で、２．５重量％〜２５重量％の１以上のアミンベースのプロモータ化合物を含む水溶液である請求項２５記載の方法。
【請求項２９】
前記アミンベースの吸収化合物は、アミンベースの吸収化合物全体を形成するアミンベースの化合物の全量基準で、５重量％〜２２．５重量％の１以上のアミンベースのプロモータ化合物を含む水溶液である請求項２５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願データ
本特許出願は、２０１０年３月２６日出願の米国予備特許出願番号６１／３１８，０４４、題名「煙道ガスからの二酸化炭素除去用化学的溶媒」を基礎として優先権主張する。その出願の全書類はその全体をここで引用として完全に組み込むものとする。
【０００２】
本発明は、全体として、燃焼後の二酸化炭素捕獲の分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
米国環境保護庁等の官庁は、環境へ排出される可能性のある汚染物質量の規制値を定める。これら規制値は、排出基準と言われる。多くの排出基準は、他の物質の中でも、産業、自動車、発電所並びに芝刈り機及びジーゼル発電機等の小型機器から排出される汚染物質の制御に焦点を置いている。
【０００４】
アミンベースの化合物及び／又は溶液によるＣＯ2化学的吸収は、石炭専焼発電所から排出される燃焼後の炭素を捕獲するために従来行われている技術である。これらの技術は、現在でもアミンベースの吸収プロセスによる燃焼後ＣＯ2の捕獲に適用可能である。
【０００５】
米国特許第６，０３６，９３１号でYoshidaらは、アミンＸ及びプロモータＹの混合水溶液により煙道ガス（Flue gas）からＣＯ2を分離可能な技術を公開した。アミンＸは、ヒンダードアミン２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）又は、その分子内に１のアルコール性水酸基及び一級アミノ基を有し、その一級アミノ基は２個の非置換アルキル基を有する三級炭素原子へ結合されているグループから選ばれることができる。
【０００６】
米国特許第６，５００，３９７号でYoshidaらは、米国特許第６，０３６，９３１号記載と類似する技術を公開した。この文献では、煙道ガスからＣＯ2を除去する別の技術を公開し，その方法では２−（メチルアミノ）−エタノール又は２−エチルアミノエタノールをＣＯ2吸収剤として使用し、吸収剤の濃度は２５〜６５重量％である。
【０００７】
米国特許第６，０５１，１６１号でSuzukiは、煙道ガスへ接触させてＣＯ2を分離する技術であって、そのために混合アミン水溶液を選択する技術を公開した。この着想は、上記記載のものと非常に類似する。好ましいアミン例は、ジエチルアミノアセトアミド、２−ブチルアミノアセトアミド、及び２−ジメチルアミノ−Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドである。米国特許第５，９０４，９０８号でSuzukiらは、ＣＯ2捕獲化合物選択に関してほとんど同じ着想を公開した。
【０００８】
米国特許第５，３６６，７０９号でPeytavyらは、ブチルモノエタノールアミン活性化された三級アルカノールアミンがＣＯ2除去のための液体溶液として使用される技術を公開した。そこでは、この溶液の使用はＣＯ2吸収能を改良したことが記載されている。
米国特許第４，１１２，０５１号でSartoriらは、ガス状混合物からのＣＯ2除去方法を公開し、そこではアミンベースの液体吸収剤が提案されている。このアミンベースの溶液は、ＣＯ2の物理的（physical）吸収剤であり、アミンは、立体的に混み合った（ヒンダード）アミンである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，０３６，９３１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，５００，３９７号明細書
【特許文献３】米国特許第６，０５１，１６１号明細書
【特許文献４】米国特許第５，９０４，９０８号明細書
【特許文献５】米国特許第５，３６６，７０９号明細書
【特許文献６】米国特許第４，１１２，０５１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記プロセスは、その非効率性及び煙道ガスからＣＯ2を除去する際に内在する他の制限により限定されている。
【００１１】
煙道ガスからＣＯ2を除去するための効率の良い方法及び設備が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明の概要
ＣＯ2吸収剤に関する従来技術は主に、三級アミン及びいくつかのヒンダードアミン等の比較的大きなＣＯ2吸収能及びより少ない反応熱を有する種々のアミンの吸収速度（rate）の改良を目的としている。種々の活性化剤及び三級又はヒンダードアミンを混合することは、一つの手法である。
【００１３】
本発明の態様は、２−（２−ヒドロキシエチル）−ピペリジン（２−ＰＥ）又は、１以上の追加的プロモータ化合物と混合された２−ＰＥを使用し、次に水溶液中に投入し、燃焼後の煙道ガス炭素捕獲のためのＣＯ2吸収溶液として使用するシステム及び方法を含む。２−ＰＥは、その高い吸収速度及び高い吸収能等のユニークな特徴のために、本発明の目的を達成するために有利である。
【００１４】
本発明の態様のアミンベースの燃焼後ＣＯ2の捕獲プロセスでは、副次的（parasitic）エネルギー損失の多くは、吸収溶液中に含まれる１以上のアミン化合物の再生に必要な再生エネルギーを原因とする。詳細には、再生エネルギーは３種の異なる部分から構成される。即ち、ＣＯ2担持された溶液をストリッパ温度まで加熱するために必要なエネルギーである顕熱(sensible heat)；特定のアミンの反応熱に関係する、反応を逆転させるための熱；及び、フリーＣＯ2を溶液から除去する推進力を提供するために必要なスチームであるストリッピングスチームである。
【００１５】
ＣＯ2作業能率が高いと、アブソーバ及びストリッパ間の吸収溶液の循環速度を減少させて、顕熱要求を直接的に最小化できる。三級又はいくつかのヒンダードアミンにおいては、重炭酸塩が溶液中で主要な種類であり、カルバメート(carbamate)形成のそれよりかなり少ない反応熱を有する。一方、一級又は二級アミン（ここで、単語「一級」は、使用されるアミンの種類を言い、下記記載の「プライマリ」の定義を含まない）をＣＯ2吸収溶液中のアミン−ベース吸収化合物として使用する場合、カルバメート(carbamate)はしばしば主要な種類である。重炭酸塩種が溶液中でより大きな割合を占めると、反応を逆転させてＣＯ2を放出させるためにはより少ないエネルギーでよいことが予測される。ＣＯ2吸収速度(rate)に関しては、速度が速いと反応がより早く平衡状態に達し、アブソーバがより短くなり、その結果費用が削減される。
【００１６】
本発明の態様は、アブソーバ中で合理的反応速度を維持しつつ、ストリッパ（本明細書では「再生器」とも言う）内で最小のエネルギー要求を有するか必要とする水溶液−ベースのＣＯ2化学的アブソーバを提供する。１の利点は、アブソーバへの資本コストの少なさである。
【００１７】
本発明の１の態様は、煙道ガスからＣＯ2を捕獲するためのアミンベースの溶液の使用のための改良された方法及び設備に関する。
【００１８】
従って、本発明の１の態様は、下記ステップを含む燃焼後ＣＯ2の捕獲方法に関する：（ｉ）アミンベースの吸収化合物を含む水溶液をアブソーバへ導入するステップであって、そのアブソーバは煙道ガススクラバの下流に設置されているステップ；（ｉｉ）ＣＯ2含有ガスを煙道ガススクラバからアブソーバへ供給してＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物を形成するステップ；並びに（ｉｉｉ）ＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物を再生ステップにかけるステップであり、ＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物を再生し、ＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物からＣＯ2を除去するステップであって、エネルギーがストリッパへ供給されて再生ステップが達成されるステップ。
【００１９】
従って、本発明の別の１の態様は、下記ステップを含む燃焼後ＣＯ2の捕獲方法に関する：（Ｉ）アミンベースの吸収化合物を含む水溶液をアブソーバへ導入するステップであって、そのアブソーバは煙道ガススクラバの下流に設置されているステップ；（ＩＩ）ＣＯ2含有ガスを煙道ガススクラバからアブソーバへ供給してＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物を形成するステップ；並びに（ＩＩＩ）ＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物を再生ステップにかけるステップであり、ＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物を再生し、ＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物からＣＯ2を除去するステップであって、エネルギーがストリッパへ供給されて再生ステップが達成されるステップ、
但し、アミンベースの吸収化合物は２−（２−ヒドロキシエチル）−ピペリジンである。
【００２０】
更に、本発明の別の１の態様は、下記ステップを含む燃焼後ＣＯ2の捕獲方法に関する：（ａ）アミンベースの吸収化合物を含む水溶液をアブソーバへ導入するステップであって、そのアブソーバは燃焼ガスＣＯ2を発生させる燃焼プロセスの下流又はそれとは別個に設置されているステップ；（ｂ）ＣＯ2含有ガスをアブソーバへ供給してＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物を形成するステップ；並びに（ｃ）ＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物を再生ステップにかけるステップであり、ＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物を再生し、ＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物からＣＯ2を除去するステップであって、エネルギーがストリッパへ供給されて再生ステップが達成されるステップ。
【００２１】
本発明の更に別の１の態様は、下記要素を含む燃焼後ＣＯ2の捕獲設備に関する：少なくとも１のアブソーバ、その少なくとも１のアブソーバはそのアブソーバ内にアミンベースの水性吸収溶液（又は１以上のアミンベースの吸収化合物）を含み、その少なくとも１のアブソーバは湿式又は乾式の煙道ガススクラバの下流に設置されており；ＣＯ2を湿式又は乾式の煙道ガススクラバからアブソーバへ供給して、ＣＯ2担持されたアミンベースの水性吸収溶液（又は１以上のアミンベースの吸収化合物）を形成する、少なくとも１の供給手段；ＣＯ2担持されたアミンベースの水性吸収溶液（又は１以上のアミンベースの吸収化合物）を再生する少なくとも１のストリッパ手段であって、ＣＯ2担持されたアミンベースの水性吸収溶液（又は１以上のアミンベースの吸収化合物）を再生すると同時に、ＣＯ2担持されたアミンベースの水性吸収溶液（又は１以上のアミンベースの吸収化合物）からＣＯ2を除去するための手段；並びに、少なくとも１のリボイラーであって、エネルギーをストリッパ手段へ供給して、ＣＯ2担持されたアミンベースの水性吸収溶液（又は１以上のアミンベースの吸収化合物）の再生を促進するように設計されたリボイラー。
【００２２】
本発明を特徴付ける種々の新規な特色が、本開示に添付され本開示の一部となっている特許請求の範囲に特に記載される。本発明、その実施における利点及び使用により達成される特定の目的を更に理解するために、本発明の好ましい態様が記載された添付の図面及び記載を引用する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の態様の方法及び設備のフローダイヤグラムである。
【図２】本発明のＣＯ2捕獲の対象になるＣＯ2を含む燃焼ガスを発生するシステムの一種のフローダイヤグラムである。
【図３】本発明の態様のＣＯ2捕獲システムを使用したＣＯ2捕獲の対象になるＣＯ2を含む燃焼ガスを発生するシステムの別の種類のフローダイヤグラムである。
【図４】本発明の態様のＣＯ2捕獲システムを使用したＣＯ2捕獲の対象になるＣＯ2を含む燃焼ガスを発生するシステムの別の種類のフローダイヤグラムである。
【図５】本発明の態様のＣＯ2捕獲システムを使用したＣＯ2捕獲の対象になるＣＯ2を含む燃焼ガスを発生するシステムの別の種類のフローダイヤグラムである。
【図６】３０重量％ＭＥＡ、４０重量％２−ＰＥ及び２−ＰＥ／ＰＺ（３０重量％／１０重量％）の、４０℃での平衡分圧におけるＣＯ2吸収能（ＣＯ2 capacity）を示すグラフである。
【図７】３０重量％ＭＥＡ、４０重量％２−ＰＥ及び２−ＰＥ／ＰＺ（３０重量％／１０重量％）の、４０℃でのＣＯ2吸収速度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の記載
図面を参照すると、図面では複数の図面を通して同様の参照番号は同一又は機能的に類似の要素を示し、図１は、アミン含有水性ベースの溶液を煙道ガスのＣＯ2捕獲のために使用する、本発明の態様である方法及び設備のフローダイヤグラムを示す。図１のＣＯ2捕獲設備１００中、設備１００は、ＣＯ2アブソーバセクション１０２、熱交換機セクション１０４、ＣＯ2ストリッパセクション１０６及びリボイラーセクション１０８を備える。設備１００の構成要素１０２、１０４、１０６及び１０８は、図１に示され、下記に説明されるように互いに接続されている。
【００２５】
ＣＯ2アブソーバセクション１０２に関しては、このセクションは少なくとも１のＣＯ2アブソーバを備え、それはその中に本発明のいずれかの態様であって下記に記載されるアミンベースの吸収化合物を含む。
【００２６】
熱交換機セクション１０４に関して、熱交換機セクション１０４は、１のプロセスフローから別のプロセスフローへ熱を移動させるように設計された１以上の熱交換機を含む。本発明に使用するのに適切な熱交換機は、当業者に公知であり、そのためその詳細な説明は記述を簡潔にするためにここでは省略する。
【００２７】
ＣＯ2ストリッパセクション１０６に関しては、ＣＯ2ストリッパセクション１０６は、ＣＯ2ガスをＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物から除去して捕獲し、その捕獲したＣＯ2ガスを適切な手法で滞留又は使用するために供給するように設計された１以上の装置を含む。適切なＣＯ2ストリッパ装置は当業者に公知であり、そのためその詳細な説明は記述を簡潔にするためにここでは省略する。
【００２８】
リボイラーセクション１０８に関しては、リボイラーセクション１０８は、熱、廃熱、又はタービン抜き取りスチームを使用して、エネルギーをＣＯ2ストリッパセクション１０６中に設けられた１以上のＣＯ2ストリッパ装置へ供給するように設計される。適切なリボイラーは当業者に公知であり、そのためその詳細な説明は記述を簡潔にするためにここでは省略する。
【００２９】
設備１００に関して、ＣＯ2含有燃焼ガス、ＣＯ2含有煙道ガス、又はＣＯ2含有ガス（これはＣＯ2担持されたガスとして区別無く記載される）は、適切な供給手段１１０を通してＣＯ2アブソーバセクション１０２に供給される。ここで記載される本発明の設備及び方法のおかげで、ＣＯ2含有燃焼ガス、ＣＯ2含有煙道ガス、又はＣＯ2含有ガス中のＣＯ2の一部又は全ては除去され、それによってＣＯ2アブソーバセクション１０２は、「浄化された」燃焼ガス、「浄化された」煙道ガス、又は「浄化された」ガスを適切なアウトプット供給手段を通して排出可能となる。
【００３０】
図１に示されるように、冷たいＣＯ2担持された溶液を熱交換機セクション１０４のひとつのインプット側へ、供給手段１１４を通して供給し、そこ（１０４）では冷たいＣＯ2担持された溶液が熱交換機セクション１０４の別の側から熱を吸収する。熱交換機セクション１０４の反対側では、熱いＣＯ2除去された溶液を供給手段１１８を通してＣＯ2ストリッパセクション１０６から受け取り、それを輸送して上記記載の冷たいＣＯ2担持された溶液を加熱する。
【００３１】
この冷たいＣＯ2除去された溶液は、次にＣＯ2アブソーバセクション１０２へ供給手段１１６を通して供給され、その結果ＣＯ2アブソーバセクション１０２には種々の本発明の態様のアミン含有水性溶液を含むＣＯ2除去された溶液が供給され、本発明のＣＯ2捕獲プロセスの開始に適切な状態となる。
【００３２】
本明細書で使用される、文言「担持された」及び「除去された（枯渇）」は、互いに関連する文言であるが、「ＣＯ2担持された溶媒／溶液」は「ＣＯ2除去溶媒／溶液」よりも多く又は僅かに多くＣＯ2を含むとの本発明の文脈に従った解釈以外の、所定の溶媒中のＣＯ2の特定の濃度レベルを示すものではない。
【００３３】
冷たいＣＯ2担持された溶液が熱交換機セクション１０４内で熱を吸収すると、それは熱いＣＯ2担持された溶液となり、供給手段１２０を通してＣＯ2ストリッパセクション１０６へ供給される。ＣＯ2ストリッパセクション１０６内で、ＣＯ2は熱いＣＯ2担持された溶液から除去され、その結果ＣＯ2除去された溶液が生成し、上記記載のとおり、それは供給手段１１８を通して熱交換機セクション１０４へ戻される。このように除去されたＣＯ2は次に、供給手段１２４を通して適切なコンテナ又は滞留（sequestration）システムへ供給される。適切なコンテナ又は滞留システムは、当分野で公知であり、そのためその詳細な説明は記述を簡潔にするためにここでは省略する。システム１００内に示されるように、ＣＯ2ストリッパセクション１０６は、稼働のためのエネルギーを熱、廃熱、又はタービン抜き取りスチームを、リボイラーセクション１０８を通して受け取る。リボイラーセクション１０８は、エネルギー及び／又は熱をＣＯ2ストリッパセクション１０６へ供給する高温側インプット１３０及び高温側アウトプット供給手段１２６、並びに稼働用エネルギーが除かれたキャリア（媒体）を来たところに戻す低温（側）リターンインプット供給手段１２２及び低温側アウトプット１２８を有する。
【００３４】
図２に関して、図２は、燃焼ベース／化石燃料ベースのシステム２００のフローダイヤグラムを示し、そのシステムには燃焼プロセス中に生成したＣＯ2の一部又は全てを捕獲するためにシステム１００を使用できる。システム２００では、セクション２０２は、化石燃料ボイラー、バイオマスボイラー、若しくは黒液（black liquor）ボイラー、又はいずれかの燃焼プロセスを通して熱を発生するボイラーのいずれかを表す。様々な燃料を使用できる広範囲のボイラーが当分野で公知であり、本発明はその操作中にＣＯ2を発生するいずれの燃焼プロセスへも適用可能である。そのようなプロセスは当業者に公知であり、そのためその詳細な説明は記述を簡潔にするためにここでは省略する。
【００３５】
システム２００が図２記載の化石燃料ボイラーである場合、ボイラーセクション２０２は、燃焼プロセス中に発生するいずれかのＮＯxを軽減及び／又は減少させるように設計された選択的接触還元（ＳＣＲ）セクション２０４と、機能的に連結されている。このＳＣＲ装置は当業者に公知であり、そのためその詳細な説明は記述を簡潔にするためにここでは省略する。図２のシステム２００中で、ＳＣＲセクション２０４は、微粒子回収セクション２０６へ機能的に連結されている。微粒子回収セクション２０６は、当業者に公知の電気集塵器又は微粒子フィルターから選択できる。微粒子回収セクション２０６は、煙道及び／又は燃焼ガスからＳＯxを除去するように設計された煙道ガス脱硫セクション２０８へ機能的に連結されている。当業者に知られているように、煙道ガス脱硫セクション２０８は、適切な公知の湿式又は乾式の煙道ガス脱硫装置のいずれかから選択できる。最後に、図１のＣＯ2捕獲設備１００（引用を簡単にするために単にセクション１００と示されている）は、煙道ガス脱硫セクション２０８のアウトプット側へ機能的に連結されている。
【００３６】
図３に関して、図３は、別の燃焼ベース／化石燃料ベースのシステム３００のフローダイヤグラムを示し、そのシステムには燃焼プロセス中に生成したＣＯ2の一部又は全てを捕獲するためにＣＯ2捕獲設備１００を使用できる。システム３００は、ＳＣＲセクション２０４と煙道ガス脱硫セクション２０８との間に設置された微粒子回収セクション２０６が削除された以外は、図２のシステム２００と同じである。図３記載のとおり、セクション１００は図１のＣＯ2捕獲設備１００の単純化した表現である。
【００３７】
図４に関して、図４は、別の燃焼ベース／化石燃料ベースのシステム４００のフローダイヤグラムを示し、そのシステムには燃焼プロセス中に生成したＣＯ2の一部又は全てを捕獲するためにＣＯ2捕獲設備１００を使用できる。システム４００は、微粒子回収セクション２０６及び煙道ガス脱硫セクション２０８が削除され、ＣＯ2捕獲設備１００がＳＣＲセクション２０４へ機能的に連結されている以外は、図２のシステム２００と同じである。図４記載のとおり、セクション１００は図１のＣＯ2捕獲設備１００の単純化した表現である。
【００３８】
図５に関して、図５は、別の燃焼ベース／化石燃料ベースのシステム５００のフローダイヤグラムを示し、そのシステムには燃焼プロセス中に生成したＣＯ2の一部又は全てを捕獲するためにＣＯ2捕獲設備１００を使用できる。システム５００は、ＳＣＲセクション２０４、微粒子回収セクション２０６及び煙道ガス脱硫セクション２０８がいずれも削除され、ＣＯ2捕獲設備１００が燃焼又はボイラーセクション２０２のいずれかへ機能的に直接連結されている以外は、図２のシステム２００と同じである。図５記載のとおり、セクション１００は図１のＣＯ2捕獲設備１００の単純化した表現である。
【００３９】
図２〜５のシステムに関して、他に公知の種々の排出制御装置及び／又はシステムが、これら排出制御装置及び／又はシステムが特に表示されていないとしても、当業者に公知のように、これらシステム内で適切な箇所で連結できる。従って、本発明のシステム２００、３００、４００及び５００の構成は、広い範囲に及ぶ。その場合、本発明のシステムは、本発明のシステム２００、３００、４００及び／又は５００を使用する場合に限られない。
【００４０】
本明細書で使用される、本発明に関して使用可能な適切な供給手段は、それぞれ独立して、煙道、導管、パイプ、配管、又はガス及び／又は液体を搬送するための適切な手段を含むがこれらに限られない。これらの適切なガス搬送用追加的手段は、当分野で公知であり、そのためその詳細な説明は記述を簡潔にするためにここでは省略する。
【００４１】
上記の場合、ある態様では、ＣＯ2は湿式又は乾式の煙道ガススクラバからアブソーバへ供給されてもよい。ある態様では、アミンベースの吸収化合物（下記に示される）は、湿式又は乾式の煙道ガススクラバの下流に配置されたアブソーバへ向かう水溶液中に導入され、アミン含有水性ベースの溶液を形成する。ある態様では、ＣＯ2担持されたアミン含有水性ベースの溶液は次に再生ステップにかけられ、ＣＯ2担持されたアミンベースの吸収化合物が再生されて吸収されたＣＯ2が除去される。ある態様では、エネルギーはリボイラーを通してストリッパへ供給され、再生ステップが達成される。
【００４２】
ある態様では、アミンベースの吸収化合物は水溶液であって、そのアミンベースの吸収化合物の濃度は、水溶液の全重量基準で約１０重量％〜約９５重量％、又は約１５重量％〜約９０重量％、又は約２０重量％〜約８５重量％、又は約２５重量％〜約８０重量％、又は約３０重量％〜約７５重量％、又は約３５重量％〜約７０重量％、又は約４０重量％〜約６５重量％、又は約４５重量％〜約５５重量％の範囲である。ここで、明細書及び特許請求の範囲の他の部分と同様に、個々の数値、又は、１以上の態様及び／若しくは範囲の制限は、追加的な、記載されていない及び／又は特記されていない範囲と組み合わせることができる。
【００４３】
ある態様では、アミンベースの吸収化合物は、プライマリ及び／又はＣＯ2を吸収する機能を示す１の（sole）化学的化合物である、ただ一種のプライマリアミンベースの吸収化合物から形成される。この態様では、アミンベースの吸収化合物は、上記で定義された量で使用できる２−（２−ヒドロキシエチル）−ピペリジン（同様に２−ＰＥと記載する）のみから形成される。本明細書及び特許請求の範囲で使用される場合、文言「プライマリアミンベースの吸収化合物」は、「プライマリアミンベースの吸収化合物」と記載されたアミンベースの化合物が、本発明の、主要な又は単独のアミンベースの吸収化合物であることを意味する。単語「アミンベースの吸収化合物」と共に使用された単語「プライマリ」は、本発明においてはここで記載されるアミン化合物のアミン部位の性質に関するものではない。換言すれば、単語「プライマリ」は、一級、二級又は三級アミンの特質として、窒素原子へ１以上の水素原子の代わりに結合した置換基の数を表すために使用されるものではない。そうではなく上記のとおり、文言「プライマリアミンベースの吸収化合物」は、「プライマリアミンベースの吸収化合物」として記載されたアミンベースの化合物は、本発明の主要な又は単独のアミンベースの吸収化合物であることを意味する。上記の場合、文言「プライマリアミンベースの吸収化合物」がここで使用される理由は、いくつかの態様において、２以上のアミンベースの吸収化合物が本発明で使用される場合があるからである。この場合、過半量（即ち、使用されたアミン化合物の総量基準で少なくとも５０．１重量％の量）で存在する吸収化合物が「プライマリアミンベースの吸収化合物」として表される一方、より少量（即ち、使用されたアミン化合物の総量基準で４９．９重量％以下の量）で存在する１以上のアミンベースの吸収化合物は、１以上のアミンベースのプロモータ化合物として表される。
【００４４】
別の態様では、本発明のアミンベースの吸収化合物は、プライマリアミンベースの吸収化合物及び１以上のアミンベースのプロモータ化合物の組み合わせである。これらの態様では、プライマリアミンベースの吸収化合物は２−（２−ヒドロキシエチル）−ピペリジン（同様に２−ＰＥと記載する。）であり、１以上のアミンベースのプロモータ化合物は、１以上のモノエタノールアミン（ＭＥＡ）、ピペラジン（ＰＺ）、２−（１−ピペラジニル）−エチルアミン（ＰＺＥＡ）、１−メチルピペラジン、２−メチルピペラジン、３−メチルアミノプロピルアミン（ＭＡＰＡ）、モルホリン、ピペリジン、又は２以上のそれらの適切な組み合わせから選ばれる。
【００４５】
従って、上記の場合、ある態様では、アミンベースの吸収化合物は、上記で定義された範囲内の濃度のモノエタノールアミン（ＭＥＡ）及び２−ＰＥの水溶液である。別の態様では、アミンベースの吸収化合物は、上記で定義された範囲内の濃度のピペラジン（ＰＺ）及び２−ＰＥの水溶液である。また別の態様では、アミンベースの吸収化合物は、上記で定義された範囲内の濃度の２−（１−ピペラジニル）−エチルアミン（ＰＺＥＡ）及び２−ＰＥの水溶液である。また別の態様では、アミンベースの吸収化合物は、上記で定義された範囲内の濃度の１−メチルピペラジン及び２−ＰＥの水溶液である。また別の態様では、アミンベースの吸収化合物は、上記で定義された範囲内の濃度の２−メチルピペラジン及び２−ＰＥの水溶液である。また別の態様では、アミンベースの吸収化合物は、上記で定義された範囲内の濃度の３−メチルアミノプロピルアミン（ＭＡＰＡ）及び２−ＰＥの水溶液である。また別の態様では、アミンベースの吸収化合物は、上記で定義された範囲内の濃度のモルホリン及び２−ＰＥの水溶液である。また別の態様では、アミンベースの吸収化合物は、上記で定義された範囲内の濃度のピペリジン及び２−ＰＥの水溶液である。
【００４６】
更に別の態様では、アミンベースの吸収化合物は、上記で定義された範囲内の濃度の２−ＰＥと、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、ピペラジン（ＰＺ）、２−（１−ピペラジニル）−エチルアミン（ＰＺＥＡ）、１−メチルピペラジン、２−メチルピペラジン、３−メチルアミノプロピルアミン（ＭＡＰＡ）、モルホリン、ピペリジン、又は２以上のそれらの適切な組み合わせから選ばれる１以上のアミン化合物とを組み合わせた水溶液である。
【００４７】
図６は、４０℃での対応する蒸気−液体平衡データを基準とした、３０重量％ＭＥＡ、４０重量％２−ＰＥ、及び２−ＰＥ／ＰＺ（３０重量％／１０重量％）のＣＯ2吸収能を示す。明らかに、２−ＰＥ及び２−ＰＥ／ＰＺのＣＯ2吸収能は、類似の測定条件で一貫してＭＥＡのそれより高い。
【００４８】
図７では、液体中の反応速度の基準であるｋg’を、ＭＥＡ、２−ＰＥ、及び２−ＰＥ／ＰＺで比較した。２−ＰＥのｋg’は、枯渇(lean)ＣＯ2担持条件下でＭＥＡのそれに匹敵するが、リッチＣＯ2担持条件下ではＭＥＡのそれより僅かに低い。この場合、２−ＰＥ／ＰＺは、全てのＣＯ2担持条件下でＭＥＡのそれより一貫して高いｋg’を示した。
【００４９】
本発明において、２−ＰＥ、ヒンダードアミン、は、単独又は１以上のアミンベースのプロモータ化合物と組み合わせた場合に、燃焼後ＣＯ2の捕獲を行うための有望な化学的化合物であることが判明した。この場合、２−ＰＥは、重炭酸塩のみが形成されるために２−ＰＥの１モル当たり１モルの理論的ＣＯ2吸収能を有する。吸収熱は、表１に示されるとおりＭＥＡのそれより低い。
【００５０】
異なる化合物又は化合物の組み合わせのための、必要再生エネルギーの予備的分析を行い、その結果を下記表１に示す。表１は、３０重量％ＭＥＡ、４０重量％２−ＰＥ、及び２−ＰＥ／ＰＺ（３０重量％／１０重量％）に対して、それらの典型的なリッチ及び枯渇ＣＯ2担持操作条件下での、再生エネルギー分類：吸収熱（△Ｈabs）、顕熱及び除去（stripping）熱を示す。
【００５１】
【表１】
2011206768.tif 000003
【００５２】
２−ＰＥ及び２−ＰＥ／ＰＺの再生エネルギーのそれぞれの部分は、ＭＥＡのそれより顕著に低く、ＣＯ2担持されたアミン化合物再生ステップ中のエネルギー消費が本質的に低いことが示される。
【００５３】
本発明の態様は、２０，０００Ｐａ未満のＣＯ2分圧を有する大気圧条件下で煙道ガスからＣＯ2を除去するための化合物として使用するのは、単独の２−ＰＥ水溶液でも、２−ＰＥと、１以上のＭＥＡ、ＰＺ及びその誘導体、１−メチルピペラジン、２−メチルピペラジン、ＰＺＥＡ、ＭＡＰＡ、モルホリン、ピペリジン、又は適切なそれら２以上の組み合わせから選ばれる少なくとも１のプロモータとの混合水溶液でもよい。上記のとおり、アミンベースの吸収化合物（プライマリアミンベースの吸収化合物単独、又はプライマリアミンベースの吸収化合物及び１以上のアミンベースのプロモータ化合物の組み合わせのいずれか）の総量は、水溶液の全重量基準で約１０重量％〜約９５重量％、又は約１５重量％〜約９０重量％、又は約２０重量％〜約８５重量％、又は約２５重量％〜約８０重量％、又は約３０重量％〜約７５重量％、又は約３５重量％〜約７０重量％、又は約４０重量％〜約６５重量％、又は約４５重量％〜約５５重量％の範囲である。ここで、明細書及び特許請求の範囲の他の部分と同様に、個々の数値、又は、１以上の態様及び／若しくは範囲の制限は、追加的な、記載されていない及び／又は特記されていない範囲と組み合わせることができる。
【００５４】
１以上の態様において、本発明のアミンベースの吸収化合物中に１以上のアミンベースのプロモータ化合物が存在する場合、１以上のアミンベースのプロモータ化合物の濃度は、本発明のアミンベースの吸収化合物全体を形成するアミンベースの吸収化合物及びプロモータ化合物の総量基準で、約０．５重量％〜約３０重量％、又は約１重量％〜約２７．５重量％、又は約２．５重量％〜約２５重量％、又は約５重量％〜約２２．５重量％、又は約７．５重量％〜約２０重量％、又は約１０重量％〜約１７．５重量％、又は約１２．５重量％〜約１５重量％の範囲である。ここで、明細書及び特許請求の範囲の他の部分と同様に、個々の数値、又は、１以上の態様及び／若しくは範囲の制限は、追加的な、記載されていない及び／又は特記されていない範囲と組み合わせることができる。別の態様では、１以上の任意の腐食及び／又は劣化防止剤を、ここに記載の１以上のアミンベースの吸収化合物を含む本発明の水性ベースの溶液へ添加できる。これら１以上の任意の腐食及び／又は劣化防止剤は、当業者に公知であり、そのためその詳細な説明は記述を簡潔にするためにここでは省略する。
【００５５】
本発明の態様は、当分野で従来公知の技術に数多くの利点を提供する。本発明により、従来の最高水準の燃焼後ＣＯ2捕獲技術よりも副次的エネルギー損失を減少させつつ煙道ガスからＣＯ2を効果的に除去できるだろう。
【００５６】
理論によって本発明を限定するものではないが、２−ＰＥは所定量のＭＥＡ又はＰＺ等のプロモータにより促進され、ＣＯ2吸収速度を更に上昇させ、アブソーバに関する資本コストをより低くできると考えられる。
【００５７】
２−ＰＥのユニークな特徴の一つは、その比較的速い吸収速度であり、それにより所定のＣＯ2吸収担持を達成するためのアブソーバ中の充填高さをより低くできる。これは資本コストを減少させる。２−ＰＥ使用の他の利点は、その比較的高いＣＯ2吸収能であり、そのため水性アミンベースの溶液のフローレートが減少し、その結果必要な再生エネルギーが減少する。
【００５８】
当業者に評価されるように、本発明は湿式又は乾式の煙道ガススクラバと連結して使用される態様に限られない。むしろ、本発明は、化石燃料又は他の適切な燃料（石炭、オイル、天然ガス、再捕獲メタン、バイオマス、廃物由来燃料、ディレード・石油コークス、黒液等）の燃焼に関連し、種々の構成及び微粒子、窒素酸化物及び硫黄酸化物除去設備の種類を有するＣＯ2含有燃焼ガス処理用システムのためのＣＯ2捕獲に広く適用可能である。上記より、本発明は、どのような種類の燃焼からでも生成されるＣＯ2の一部又は全てを捕獲することが求められ、いずれかの産業的プロセスにも適用可能であると広く理解できる。
【００５９】
本発明の特定の態様が本発明の原則的適用について示すため詳細に記載されたが、本発明はその原則から離れない態様を含むことが理解される。
【符号の説明】
【００６０】
１００：ＣＯ2捕獲設備
１０２：ＣＯ2アブソーバセクション
１０４：熱交換機セクション
１０６：ＣＯ2ストリッパセクション
１０８：リボイラーセクション
１１０、１１４、１１８、１２０：供給手段
２００、３００、４００、５００：燃焼ベース／化石燃料ベースシステム
２０２：ボイラーセクション
２０４：選択的接触還元（ＳＣＲ）セクション
２０６：微粒子回収セクション
２０８：煙道ガス脱硫セクション
【図１】
2011206768.tif 000004
【図２】
2011206768.tif 000005
【図３】
2011206768.tif 000006
【図４】
2011206768.tif 000007
【図５】
2011206768.tif 000008
【図６】
2011206768.tif 000009
【図７】
2011206768.tif 000010
【外国語明細書】
2011206768000001.pdf