(57)【要約】  サワーガス流から酸性ガスを除去するための方法および関連するシステムの実施形態が提供される。本方法は、（１）サワーガス流から酸性ガスを吸収するように構成された吸収器内のカプセル化相変化材料およびリーンアミン系吸着液に向流配置でサワーガス流を通すことと、（２）リッチアミン系吸着液とカプセル化相変化材料とを分離することと、（３）アミン再生器にリッチアミン系吸着液を通すことであって、リッチアミン系吸着液が加熱されて吸収したサワーガスを放出し、リーンアミン系吸着液を再生することと、（４）冷却器にカプセル化相変化材料および再生リーンアミン系吸着液を通して、カプセル化相変化材料の温度を低減し、それによりカプセル化材料内の相変化材料を固化させることと、を含む。
2021511959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サワーガス流から酸性ガスを除去する方法であって、前記方法が、
リーンアミン系吸着液を提供することであって、前記リーンアミン系吸着液が、前記サワーガス流から前記酸性ガスを吸収するように構成されたアミン系吸着液である、リーンアミン系吸着液を提供することと、
カプセル化相変化材料を提供することであって、前記カプセル化相変化材料が、相変化材料であり、前記相変化材料の融点を超える融点を有するポリマー性または無機シェル内にカプセル化された、加熱されると固体から液体に相変化する、カプセル化相変化材料を提供することと、
（１）前記サワーガス流を、吸収器内の前記リーンアミン系吸着液および前記カプセル化相変化材料に向流配置で通すことであって、前記リーンアミン系吸着液が、前記酸性ガスを前記サワーガス流から吸収して、リッチアミン系吸着液を形成し、前記カプセル化相変化材料が、前記リーンアミン系吸着液から前記リッチアミン系吸着液への変換からの反応熱によって解放されるエネルギーのうちの少なくとも一部分を吸収する、向流配置で通すことと、
（２）前記リッチアミン系吸着液と前記カプセル化相変化材料とを分離して、リッチアミン系吸着液流およびカプセル化相変化材料スラリーを生成することと、
（３）前記リッチアミン系吸着液流をアミン再生器に通すことであって、前記リッチアミン系吸着液が加熱されて前記吸収されたサワーガスを放出し、前記リーンアミン系吸着液を再生する、アミン再生器に通すことと、
（４）前記リッチアミン系吸着液から分離した前記カプセル化材料スラリー、および前記アミン再生器からの前記リーンアミン系吸着液を冷却器に通して、前記カプセル化相変化材料および前記リーンアミン系吸着液の温度を低減し、それによって前記カプセル化相変化材料中の前記相変化材料を固化させることと、
（５）ステップ（４）からの前記冷却されたカプセル化相変化材料および前記リーンアミン系吸着液を用いてステップ１〜４を繰り返すことと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記相変化材料が、４０〜１００℃の融解熱を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記方法が、前記リッチアミン系吸着液から分離された前記カプセル化相変化材料からの熱を回収することをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記回収された熱を利用して発電する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記再生器が、前記アミン再生器を形成するカラム底部にアミン再生器リボイラを含み、前記回収された熱が、前記アミン再生器リボイラへの入口で、前記カプセル化相変化材料から前記リッチアミン系吸着液に移動する、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記カプセル化相変化材料スラリーが、２０体積％未満の残留リッチアミン系吸着液を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記カプセル化相変化材料の密度対前記リーンアミン系吸着液の密度の比が、０．２５：１〜２：１である、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記吸収器内の前記リーンアミン系吸着液の温度上昇が、１５℃未満である、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記吸収器から出る前記リッチアミン系吸着液の前記温度が、８５℃以下に維持される、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記カプセル化相変化材料が、１０〜１０，０００マイクロメートルの平均直径を有する、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
連続フロープロセスでのサワーガス流から酸性ガスの除去に使用するためのシステムであって、前記システムが、
サワーガス入口、リーンアミン系吸着液入口、スイートガス出口、およびリッチアミン系吸着液出口を備えるアミン系吸収器と、
前記リッチアミン系吸着液出口で前記アミン系吸収器に流体接続している入口を有する分離器と、
前記分離器に流体接続しているアミン再生器と、
前記分離器および前記アミン再生器に流体接続している冷却器と、を備え、
前記サワーガス流から前記酸性ガスを吸収するように構成されたリーンアミン系吸着液、およびカプセル化相変化材料を前記リーンアミン系吸着液入口で前記アミン系吸収器に提供し、前記カプセル化相変化材料が、前記相変化材料の融点を超える融点を有するポリマー性または無機シェル内にカプセル化された、加熱されると固体から液体に相変化する材料であり、
前記サワーガスが、前記サワーガス入口で前記アミン系吸収器に前記サワーガス流として提供され、
前記サワーガス流が、前記アミン系吸収器内の前記リーンアミン系吸着液および前記カプセル化相変化材料に向流配置で通され、それによって前記リーンアミン系吸着液が前記酸性ガスを前記サワーガス流から吸収して、リッチアミン系吸着液を形成し、前記カプセル化相変化材料が、前記リーンアミン系吸着液から前記リッチアミン系吸着液への変換からの反応熱によって解放されるエネルギーのうちの少なくとも一部分を吸収し、
前記酸性ガスを含む前記サワーガス流を除去して、スイートガス流を形成し、前記スイートガス出口で前記アミン系吸収器から排出し、
前記吸収された酸性ガスおよび前記カプセル化相変化材料を含む前記リッチアミン系吸着液を、前記アミン系吸収器の前記リッチアミン系吸着液出口から前記分離器に送り、
前記分離器が、前記リッチアミン系吸着液と前記カプセル化相変化材料とを分離して、リッチアミン系吸着液流とカプセル化相変化材料スラリーを生成するように構成され、前記リッチアミン系吸着液が前記アミン再生器に送られ、前記カプセル化相変化材料スラリーが冷却器に送られ、
前記アミン再生器が、前記リッチアミン系吸着液から前記酸性ガスを除去して、前記リーンアミン系吸着液を再生し、
前記アミン再生器からの前記リーンアミン系吸着液を、前記冷却器を通過する前の前記分離器からの前記カプセル化相変化材料スラリーと再度組み合わせて、前記カプセル化相変化材料および前記リーンアミン系吸着液の温度を低減し、それによって前記カプセル化相変化材料中の前記相変化材料を固化させ、
前記冷却器からの前記カプセル化相変化材料および前記リーンアミン系吸着液を前記アミン系吸収器に送り戻し、前記リーンアミン系吸着液入口を通って供給する、システム。
【請求項１２】
前記アミン系吸収器が、前記サワーガス入口に近接するガス分配空間および前記リーンアミン系吸着液入口に近接する液体分配器を有するカラムを含み、前記液体分配器と前記ガス分配空間との間に配設されている接触器を含むカラムをさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記アミン系吸収器が、膜接触器を含み、前記カプセル化相変化材料および前記リーンアミン系吸着液が膜の一方の側面を通り、前記サワーガス流が前記膜の他の側面で前記アミン系吸収器を通過し、それによって前記サワーガス流から前記リーンアミン系吸着液への前記膜を通った酸性ガスの移動を可能にする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記システムが、前記リッチアミン系吸着液から分離された前記カプセル化相変化材料から熱を回収するための熱回収機構をさらに備える、請求項１１〜１３のいずれかに記載のシステム。
【請求項１５】
前記再生器が、前記アミン再生器を形成するカラム底部にアミン再生器リボイラを含み、前記回収された熱が、前記アミン再生器リボイラへの入口で、前記カプセル化相変化材料から前記リッチアミン系吸着液に移動する、請求項１１〜１４のいずれかに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、２０１８年２月６日出願の米国特許出願第１５／８８９，５２２号の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本開示の実施形態は、一般に、サワーガス流から酸性ガスを除去するための方法およびシステムに関し、より具体的には、カプセル化相変化材料を用いてプロセスの熱制御を維持することに関する。
【背景技術】
【０００３】
アミンスクラビング、ガススイートニング、および酸性ガス除去としても知られているアミンガス処理は、様々なアミン水溶液を使用して、サワーガス流から硫化水素（Ｈ２Ｓ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、および他の酸性ガスを除去するプロセスである。これは、製油所、石油化学工場、天然ガス加工工場、および他の産業に使用される一般的なユニットプロセスである。天然ガスは地中から取り出すときに、通常Ｈ２ＳおよびＣＯ２を含有するので、アミンガス処理は、様々な産業に存在する。しかしながら、これらの構成要素は、望ましくない副作用を引き起こし、プロセス配管を腐食させるか、または他の望ましくない結果をもたらし得るので、天然ガスをさらなるプロセスで利用する前に除去することが望ましい。アミンガス処理中、プロセスに使用される水溶液の温度は、放熱処理反応の結果として増加する。制御せず放置すると、アミンガス処理システムの温度は、プロセスの非効率性、機器損傷、加工速度制限、または他の望ましくない結果をもたらす望ましくない点まで増加し得る。現行のアミンガス処理プロセスでは、プロセスに使用される水溶液の温度増加を制御する能力に限界がある。
【発明の概要】
【０００４】
サワーガス流から酸性ガスを除去する方法および関連するシステム、より具体的には酸性ガス除去プロセスの熱制御を維持する方法および関連するシステムには、継続的なニーズが存在する。酸性ガス除去のためのシステムにカプセル化相変化材料を含めることによって、さらなる温度制御および安定性を提供する。
【０００５】
一実施形態によれば、サワーガス流から酸性ガスを除去する方法が提供される。本方法は、リーンアミン系吸着液を提供することであって、リーンアミン系吸着液が、サワーガス流から酸性ガスを吸収するように構成されたアミン系吸着液である、リーンアミン系吸着液を提供することと、カプセル化相変化材料を提供することであって、カプセル化相変化材料が、相変化材料の融点を超える融点を有するポリマー性または無機シェル内にカプセル化された、加熱されると固体から液体に相変化する相変化材料である、カプセル化相変化材料を提供することと、を含む。本方法はさらに、（１）吸収器内のリーンアミン系吸着液およびカプセル化相変化材料に向流配置でサワーガス流を通すことであって、リーンアミン系吸着液が、サワーガス流から酸性ガスを吸収して、リッチアミン系吸着液を形成し、カプセル化相変化材料が、リーンアミン系吸着液からリッチアミン系吸着液への変換からの反応熱によって解放されるエネルギーのうちの少なくとも一部分を吸収する、サワーガス流を通すことと、（２）リッチアミン系吸着液とカプセル化相変化材料とを分離して、リッチアミン系吸着液流およびカプセル化相変化材料スラリーを生成することと、（３）アミン再生器にリッチアミン系吸着液流を通すことであって、リッチアミン系吸着液を加熱して、吸収されたサワーガスを放出させ、リーンアミン系吸着液を再生する、アミン再生器に通すことと、（４）リッチアミン系吸着液から分離したカプセル化材料スラリー、およびアミン再生器からのリーンアミン系吸着液を冷却器に通して、カプセル化相変化材料およびリーンアミン系吸着液の温度を低減し、それによってカプセル化相変化材料中の相変化材料を固化させることと、（５）ステップ（４）からの冷却されたカプセル化相変化材料およびリーンアミン系吸着液を用いてステップ１〜４を繰り返すことと、を含む。
【０００６】
さらなる実施形態では、連続フロープロセスでのサワーガス流からの酸性ガスの除去に使用するためのシステムが提供される。本システムは、サワーガス入口、リーンアミン系吸着液入口、スイートガス出口、およびリッチアミン系吸着液出口を備えるアミン系吸収器と、リッチアミン系吸着液出口でアミン系吸収器に流体接続している入口を有する分離器と、分離器に流体接続しているアミン再生器と、分離器およびアミン再生器に流体接続している冷却器とを含む。サワーガス流から酸性ガスを吸収するように構成されたリーンアミン系吸着液、およびカプセル化相変化材料をリーンアミン系吸着液入口でアミン系吸収器に提供し、カプセル化相変化材料が、相変化材料の融点を超える融点を有するポリマー性または無機シェル内にカプセル化された、加熱されると固体から液体に相変化する材料である。サワーガスはサワーガス流としてサワーガス入口でアミン系吸収器に提供され、サワーガス流は、アミン系吸収器内のリーンアミン系吸着液およびカプセル化相変化材料に向流配置で通され、それによってリーンアミン系吸着液が酸性ガスをサワーガス流から吸収して、リッチアミン系吸着液を形成し、カプセル化相変化材料が、リーンアミン系吸着液からリッチアミン系吸着液への変換からの反応熱によって解放されるエネルギーのうちの少なくとも一部分を吸収する。さらに、酸性ガスを含むサワーガス流を除去して、スイートガス流を形成し、スイートガス出口でアミン系吸収器から排出する。吸収された酸性ガスおよびカプセル化相変化材料を含むリッチアミン系吸着液は、アミン系吸収器のリッチアミン系吸着液出口から分離器に送られる。加えて、分離器は、リッチアミン系吸着液とカプセル化相変化材料とを分離して、リッチアミン系吸着液流およびカプセル化相変化材料スラリーを生成するように構成され、リッチアミン系吸着液はアミン再生器に送られ、カプセル化相変化材料スラリーは冷却器に送られる。アミン再生器は、リッチアミン系吸着液から酸性ガスを除去して、リーンアミン系吸着液を再生し、アミン再生器からのリーンアミン系吸着液を、冷却器を通過する前の分離器からのカプセル化相変化材料スラリーと再度組み合わせて、カプセル化相変化材料およびリーンアミン系吸着液の温度を低減し、それによってカプセル化相変化材料中の相変化材料を固化させる。最後に、冷却器からのカプセル化相変化材料およびリーンアミン系吸着液は、アミン系吸収器に送り戻され、リーンアミン系吸着液入口を通って供給される。
【０００７】
本明細書に記載の実施形態のさらなる特色および利点は、次の詳細な説明に記載され、部分的には、記載から当業者には容易に明らかになるか、または次の詳細な説明、特許請求の範囲、ならびに添付の図面を含む、本明細書に記載の実施形態を実施することによって認識されるであろう。
【０００８】
前述の一般的な説明および次の詳細な説明の両方が、様々な実施形態を説明し、特許請求される主題の性質および特徴を理解するための概要または枠組みを提供することを意図することを理解されたい。添付の図面は、様々な実施形態のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は、本明細書に記載の様々な実施形態を示し、説明と一緒になって、特許請求される主題の原理および操作を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】標準的なアミン系吸収プロセスにおける代表的な温度プロファイルである。
【図１Ｂ】本開示の１つ以上の実施形態による、カプセル化相変化材料を用いる向上したアミン系吸収プロセスにおける代表的な温度プロファイルである。
【図２】本開示の１つ以上の実施形態によるカプセル化相変化材料の存在下での、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）と二酸化炭素との吸収反応の概略図である。
【図３】アミン系サワーガス除去システムにおける汎用吸収器の概略図である。
【図４】温度と相関する、乾燥窒素９５モル％中５モル％の二酸化炭素（ＣＯ２）または乾燥窒素９５モル％中５モル％の硫化水素の流れでの様々なアミンの充填容量のグラフである。
【図５】湿式スイートガス（〜０．５モル％水蒸気）９０モル％中７モル％のＣＯ２および３モル％のＨ２Ｓの流れでの様々なアミンのグラフである。
【図６Ａ】図３の汎用吸収器での標準的なアミン系吸収プロセスにおける、代表的な温度プロファイルである。
【図６Ｂ】中間冷却器段階を追加した、図３の汎用吸収器での標準的なアミン系吸収プロセスにおける、代表的な温度プロファイルである。
【図６Ｃ】本開示の１つ以上の実施形態によるカプセル化相変化材料を添加した、図３の汎用吸収器での向上したアミン系吸収プロセスにおける、代表的な温度プロファイルである。
【図７】本開示の１つ以上の実施形態による連続フロープロセスにおける、サワーガス流からの酸性ガスの除去に使用するためのシステムのプロセスフローチャートである。
【図８】本開示の１つ以上の実施形態による連続フロープロセスにおける、サワーガス流からの酸性ガスの除去に使用するためのシステムのプロセスフローチャートである。
【図９】本開示による、モノエタノールアミン溶液への、およびカプセル化相変化材料を含むモノエタノールアミン溶液への、ＣＯ２導入の際の時間に対する温度増加のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以降、本開示のサワーガス流から酸性ガスを除去する方法および関連するシステムの実施形態を詳細に参照する。
【００１１】
サワーガスは、天然ガス、または硫化水素（Ｈ２Ｓ）もしくは二酸化炭素などの他の酸性ガスをかなりの量含有する任意の他のガスであり、天然ガスをさらなる操作で利用する前に除去することが望ましい。酸性ガスを排除または閾値未満に低減させたサワーガスは、スイートガスと称される。酸性ガスは、石油およびガス産業での操作に有害であり、天然ガスの所望の利用に障害を与える。例えば、酸性ガスは、天然ガスの化学反応または単純な燃焼に障害を与え得る。加えて、天然ガス中に酸性ガスが存在することにより、腐食性を有し、利用中に接触する配管および他のプロセスシステムに他の望ましくない影響を与え得る。したがって、本開示で提供されるサワーガス流から酸性ガスを除去する方法および関連システムは、提供されたサワーガス流から酸性ガスを排除することにより、収集されたサワーガスの有用性を向上させる。
【００１２】
サワーガスからの酸性ガスの除去は、吸収プロセスを使用して達成することができる。吸収プロセスは、溶質ガスが多少溶解する液体の手段によって二酸化炭素または硫化水素などの酸性ガスがサワーガスから吸収される、物質移動操作を利用する。石油およびガス産業では、一般的な吸収プロセスは、当業者に「アミン処理」または「アミンスクラビング」としても知られているアミン系プロセスである。アミン系プロセスでは、アミン溶液をサワーガスと直接または間接的に接触させて、酸性ガスを吸収させて除去する。
【００１３】
サワーガス流から酸性ガスを除去するためのアミン系プロセスは、吸収プロセスの一部としてのアミン溶液と酸性ガスとの間の発熱反応の、望ましくない影響を有する。より多くの酸性ガスがサワーガス流から吸収および除去される際の発熱反応は、アミン溶液の経時的な温度上昇を生じる。本開示は、カプセル化相変化材料をアミン溶液に添加して温度上昇を制御および調節して、発熱反応プロセスの結果としての温度上昇を克服する。
【００１４】
サワーガス流から酸性ガスを除去する方法は、リーンアミン系吸着液およびカプセル化相変化材料を提供することを含む。リーンアミン系吸着液は、サワーガス流から酸性ガスを吸収するように構成されたアミン系吸着液である。加えて、カプセル化相変化材料は、ポリマー性または無機シェル内にカプセル化された、加熱されると固体から液体に相変化する材料である。シェルは、相変化材料の融点を超える融点を有し、相変化材料の、無傷のシェル層によって保持されながらの相変化を可能にする。サワーガスは、吸収器内のリーンアミン系吸着液およびカプセル化相変化材料に向流配置で通される。リーンアミン系吸着液は、酸性ガスをサワーガス流から吸収して、リッチアミン系吸着液を形成し、カプセル化相変化材料は、リーンアミン系吸着液からリッチアミン系吸着液への変換からの反応熱によって解放されるエネルギーのうちの少なくとも一部分を吸収する。その後、リッチアミン系吸着液とカプセル化相変化材料とは、実質的に分離される。リッチアミン系吸着液流はさらに、リッチアミン系吸着液を加熱して、吸収されたサワーガスを放出させ、リーンアミン系吸着液を再生する再生器に通される。リッチアミン系吸着液から分離されたカプセル化材料、および再生器からのリーンアミン系吸着液は、冷却器に通されて、カプセル化相変化材料およびリーンアミン系吸着液の温度が低減され、それによってカプセル化相変化材料中の相変化材料が固化する。次いで、冷却されたリーンアミン系吸着液およびカプセル化相変化材料は、吸収器に戻され、開示のプロセスを繰り返すことができる。
【００１５】
相変化材料（ＰＣＭ）は、融解および凍結のプロセス中に熱エネルギーを吸収および放出する物質である。ＰＣＭが凍結すると、比較的一定の温度の潜熱の形態で、大量のエネルギーが放出される。逆に、そのような材料が融解すると、環境から大量の熱を吸収する。ＰＣＭは、周囲温度が変動すると再充填されるので、温度制御が必要なアミン系吸収器システムに適用可能にすることができる。
【００１６】
１つ以上の実施形態では、カプセル化相変化材料は、ポリマー性または無機シェルにカプセル化された中心コア材料を含む。中心コア材料は、加熱される相を固体から液体に相変化させ、ＰＣＭになる。シェルは、コアの相変化材料の融点を超える融点を含む。異なる融点温度により、外側シェル材料が固体のままでカプセル化し、コアの相変化材料を液体状態で閉じ込めながら、コアの相変化材料が熱エネルギーを吸収し、固体から液体に移行することが可能である。
【００１７】
ＰＣＭは、−４０°Ｃ〜１５０°Ｃ超の幅広い温度範囲にわたって使用するために開発されている。それらは、典型的には、水、石材、または岩などの材料よりも単位体積当たり５〜１４倍多く蓄熱し、アミン系吸着液からの実質的な熱吸収を可能にする。ＰＣＭは、高密度のエネルギーを蓄え、狭い温度範囲内で蓄熱するので、様々な蓄熱に関する選択肢の中でも、特に魅力的である。
【００１８】
１つ以上の実施形態では、カプセル化相変化材料は、４０℃〜１００℃の範囲の相変化材料の融解温度を有し得る。様々なさらなる実施形態では、カプセル化相変化材料は、５０℃〜９０℃、５５℃〜８５℃、または６０℃〜８０℃の範囲の相変化材料の融解温度を有し得る。アミン系吸着液を好ましい最大温度に維持するために、相変化材料の融解温度はまた、吸収器の出口でのリッチアミン系吸着液の好ましい最高温度に対応するように選択され得る。例えば、カプセル化相変化材料は、７５℃〜８５℃、またはおよそ８０℃の融解温度を有し得る。例えば、リッチアミン系吸着液の温度は、８５℃以下、８０℃以下、７５℃以下、または７０℃以下に維持され得る。アミン系吸着液を好ましい最高温度未満に維持することによって、仕様外の生産、過熱による緊急シャットダウンを制御し、高温による腐食の可能性を低減する。さらなる実施形態では、吸収器の入口で供給されるリーンアミン系吸着液の好ましい温度に対応するように相変化材料の融解温度を選択し、それによって、吸収器プロセス全体のためにアミン系吸着液を供給温度で保持することができる。例えば、カプセル化相変化材料は、リーンアミン系吸着液の供給温度に対応するように、５５℃〜６５℃、またはおよそ６０℃の融解温度を有し得る。
【００１９】
１つ以上の実施形態では、カプセル化相変化材料は、実質的に球形の形状を有し得る。カプセル化相変化材料の平均直径は、１０〜１０，０００マイクロメートル（μｍ）の範囲にあり得、１０〜１，０００μｍの範囲のものは、マイクロカプセル化相変化材料（マイクロＰＣＭ）と称され、１，０００〜１０，０００の範囲のものはマクロカプセル化相変化材料（マクロＰＣＭ）と称される。マイクロカプセル化相変化材料およびマクロカプセル化相変化材料は、本開示では、ｍＰＣＭまたはカプセル化相変化材料として普遍的に参照される。カプセル化相変化材料の平均直径は、バルクｍＰＣＭを統計的に表すｍＰＣＭ試料の集団に対して走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して測定することができる。
【００２０】
カプセル化相変化材料のコアおよびシェルの構成は、より高い融点を有する材料のシェルで囲まれたＰＣＭのコアを提供する。様々な実施形態では、コア対シェル比は、６０：４０〜９５：５であり得る。特定の実施形態では、カプセル化相変化材料は、典型的には、８０〜８５パーセントのコアと２０〜１５パーセントのシェルとの比を有する。
【００２１】
カプセル化相変化材料は、所望の融解温度を有する任意のコアの相変化材料を含み得る。４５℃〜７０℃の範囲の融解温度を有する相変化材料の非限定的な例を、表１、表２、表３、および表４に提供する。相変化材料のより広範なリストおよび説明は、参照によりそれらの内容が本明細書に組み込まれる、Ｚａｌｂａ，Ｂｅｌｅｎ，ｅｔ  ａｌ．Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｎ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｔｏｒａｇｅ  ｗｉｔｈ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｈａｎｇｅ、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｈｅａｔ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ２３（２００３）２５１−２８３に提供されている。
【表１】
2021511959.tif 000003
【表２】
2021511959.tif 000004
【表３】
2021511959.tif 000005
【表４】
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【００２２】
カプセル化相変化材料としては、適切な耐薬品性および作業環境を超える融点を有する任意の材料のシェルを挙げることができる。シェル材料の非限定的な例としては、低密度ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル、二酸化チタン、シリカ、ポリウレタン、尿素／ホルムアルデヒド、メラミン／ホルムアルデヒド、ポリスチレンおよびポリメチルメタクリレートが挙げられる。
【００２３】
アミン系吸収プロセスは、アミン系吸着液を利用して吸収プロセスを完了する。１つ以上の実施形態でのアミン系吸着液は、アミン水溶液であり得る。様々な実施形態では、アミン系吸着液は、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、ジグリコールアミン（ＤＧＡ）、ジ−イソプロパノールアミン（ＤＩＰＡ）、Ｎ−メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）、トリエタノールアミン（ＴＥＡ）、ピペラジン（ＰＺ）、および２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）のうちの１つ以上であり得る。
【００２４】
サワーガス流中のアミン系吸着液と酸性ガスとの相互作用は、発熱反応を生じる。吸収反応の発熱の程度は、吸収される特定の酸性ガス、およびアミン系吸着液に利用される特定のアミン（複数可）に応じて異なり得る。具体的には、反応熱は一般に、第一級から第三級アミンへの進行で減少する。
【００２５】
酸性ガス成分を吸収した結果、リーンアミン系吸着液からリッチアミン系吸着液への変換での反応熱から、アミン系吸着液の温度が増加すると、カプセル化相変化材料が、放出された発熱エネルギーを吸収する。具体的には、コアの相変化材料は、周囲のアミン系吸着液から熱エネルギーを吸収し、固体から液体への移行に必要な熱（融解熱）として熱エネルギーの奪取が生じる。この現象によって、すべてのカプセル化相変化材料が固体から液体に移行するまで、アミン系吸着液の温度をコアの相変化材料の融解温度以下に維持することが可能である。
【００２６】
図１Ａおよび１Ｂを参照すると、カプセル化相変化材料を含めることの効果が、代表的な温度プロファイルで示されている。各温度プロファイルは、下の各温度プロファイルの図の幅全体での温度を表している。図１Ａは、代表的な温度プロファイルとともに、向流の、第１の方向のアミン系吸着液、および第２の方向のＨ２ＳおよびＣＯ２（酸性ガス）の図を提供している。リーンアミン系吸着液からリッチアミン系吸着液への変換からの反応熱の結果として放出される熱エネルギーは、高いレベルへの温度の急上昇を生じる。逆に、図１Ｂは、代表的な温度プロファイルとともに、向流の、第２の方向のカプセル化相変化材料とともに、第１の方向のアミン系吸着液ならびにＨ２ＳおよびＣＯ２（酸性ガス）の図を提供している。リーンアミン系吸着液からリッチアミン系吸着液への変換からの反応熱の結果として放出される熱エネルギーは、高いレベルへの温度の急上昇を生じるが、温度上昇は、カプセル化相変化材料を含めることによって、和らげられ、具体的には制御または凌駕することができる。
【００２７】
図２を参照すると、アミン系吸着液による酸性ガスの例示的な吸収反応が示されている。具体的には、ＭＥＡによるＣＯ２の吸収が、生じる生成物とともに示されている。図２はさらに、カプセル化相変化材料のコアにおけるＰＣＭの、吸収反応プロセスの反応熱の結果として生じる固体状態から液体状態への移行を示している。図２に示されている特定の吸収反応は、根底を成す発熱反応から発生した熱を伴う、固体から液体へのＰＣＭの相変化の結果として、およそ０ｋＪ／モルの吸収によるエンタルピーの変化（ΔＨａｂｓ）を有する。ＰＣＭが存在しない吸収反応は、−８１ｋｊ／モルのＣＯ２のΔＨａｂｓを有するであろう。
【００２８】
アミン系吸着液と酸性ガスが接触する吸収器内部の温度は、アミン系吸着液充填容量およびプロセス機器の腐食速度に直接影響を与えるので、サワーガス流から酸性ガスを除去するためのアミン系プロセスの重要な要素である。アミン系吸着液の充填容量は、アミンの各モルで吸収され得る酸性ガスのモル数の尺度である。アミンの分解、安定な塩の形成、腐食、および酸性ガス捕捉の低減を含む有害な影響は、高温で顕著である。さらに、アミン系吸着液と酸性ガスとの間の吸収プロセスは、高温よりも低温または周囲温度でより効果的である。吸収器上部の温度は、従来のアミン系酸性ガス除去システムでは、典型的には３５〜５０ｏＣである。吸収器底部の温度は、従来のアミン系酸性ガス除去システムでは、発熱吸収反応からの温度上昇によって、典型的には８０〜９０ｏＣである。
【００２９】
従来の吸収器内部の温度制御は、酸性ガスまたはアミン系吸着液の流れを制御し、それによって熱生成速度を調節するか、または外部冷却器を使用して、吸収器を通り移動中のアミンの温度を低減することによってのいずれかで管理されてきた。
【００３０】
一般に、アミン系吸収プロセスは、２つのカラムを含み、１つが吸収器として機能し、他方が再生器として機能する。吸収器は、アミン系吸着液と酸性ガスを含むサワーガスとを接触させるように向流配置を設けて、酸性ガスがアミン系吸着液によって吸収される機会を提供する。再生器は、アミン系吸着液によって捕捉された酸性ガスを解放し、具体的には捕捉された酸性ガスで飽和しているリッチアミン系吸着液からリーンアミン系吸着液を再生するよう機能する。
【００３１】
図３を参照すると、アミン系吸着液とサワーガスとを接触させるための１つのシステムによる一般的な吸収器が示されている。吸収器としては、カラム底部にサワーガス入口およびガス分配空間を備える円筒形カラムまたはタワーが挙げられる。吸収器は、カラム上部にアミン系吸着液を提供するための液体入口、および液体分配器をさらに含む。吸収器カラム底部にサワーガスを、吸収器カラム上部にアミン系吸着液を導入すると、ガスが上昇し液体が下降するときに向流が発生する。次いで、酸性ガスを除去した後、上昇ガスをスイートガスとして吸収器カラム上部で排出することができる。同様に、下降するアミン系吸着液は、吸収された酸性ガスで飽和したリッチアミン系吸着液として、吸収器カラム底部で排出することができる。吸収器カラム上部の液体分配器と吸収器カラム底部のガス分配空間との間の空間は、典型的には、当業者にはなじみの、流れを中断するための固体形状のインサート形態のタワーパッキングまたは一連の接触器トレイが充填されている。タワーパッキングは、アミン系吸着液とサワーガスとの間の接触時間を延長させて、サワーガスからアミン系吸着液への酸性ガスの移動を改善する。
【００３２】
アミン系吸着液中の酸性ガスの充填容量は、アミン系吸着液の温度に応じて変動する。図４を参照すると、９５モル％の乾燥窒素中５モル％の二酸化炭素（ＣＯ２）、または９５モル％の乾燥窒素中５モル％の硫化水素での、１８重量％のモノエタノールアミン（ＭＥＡ）、４５重量％のジグリコールアミン（ＤＧＡ）、および５０重量％のメチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）の水溶液の、温度と相関する充填容量が提供されている。従来のアミン系吸着剤システムは、吸収器上部でほぼ５０°Ｃのリーンアミンの温度、吸収器底部でおよそ８５°Ｃのリッチアミンの温度、および再生器リボイラで約１２０ｏＣの温度を有する。５０重量％のＭＤＥＡの場合、図４で注釈されているように、アミンを５０°Ｃ〜８５°Ｃに加熱した結果、アミン１モル当たりおよそ０．１モルのＣＯ２が吸収器に放出される。加えて、１２０°Ｃの操作温度の再生器では、アミン１モル当たりおよそ０．０６モルのＣＯ２が放出され、アミン１モル当たりおよそ０．０２モルのＣＯ２が再生器を出るアミンによって保持される。図４は、アミン温度の上昇に伴う吸収器の効率の減少を示している。アミンの温度を５０〜６０ｏＣに維持する場合、アミンによって効果的に捕捉されるＣＯ２の量は、アミン１モル当たりほぼ０．１６モルのＣＯ２になるので、ＣＯ２の除去率は６２％増加する。
【００３３】
硫化水素の選択性は、アミンに保持されているＣＯ２のモル量当たりのＨ２Ｓのモル量の比である。図４を参照すると、ＣＯ２に対するＨ２Ｓ点の位置および間隔は、Ｈ２Ｓに対するアミンの選択性の指標を提供する。
【００３４】
サワーガスは、一般に、約１〜１０モル％のＣＯ２および１〜５モル％のＨ２Ｓを含み、ガス田に応じて２０モル％も高くＨ２Ｓが急上昇する。図５を参照すると、９０モル％の湿式スイートガス（〜０．５モル％の水蒸気）中７モル％のＣＯ２および３モル％のＨ２Ｓの流れからのサワーガスの吸収が示されている。したがって、図５は、ガス田から収集された通常遭遇するサワーガスと一致するサワーガス流の吸収特徴を提供する。加えて、吸収器に入るリーンアミン溶液は、通常、再生器の操作中に除去されない残留酸性ガスが事前に充填されている。典型的には、１８重量％のＭＥＡには７モル％の酸性ガスが残留し、４５重量％のＤＧＡには２モル％の酸性ガスが残留し、５０重量％のＭＤＥＡには０．２モル％の酸性ガスが残留している。
【００３５】
リボイラでの充填容量であるリーンアミンの充填容量とリッチアミンの充填容量との間の差は、アミンの１モル量当たりの捕捉されたＣＯ２またはＨ２Ｓの有効モル量である。反応したＣＯ２の１モル当たりのジュールで反応熱が表される場合、アミンの１モル当たりで発生する熱は、反応熱にこの上記の充填容量の差を乗算したものである。単位時間当たりに生成される熱の総量は、続いてアミン１モル当たりに生成される熱に遊離アミンのモル流量を乗算したものである。遊離アミンは、酸性ガスの分子によって錯化されないアミンである。
【００３６】
吸収器の温度制御は、吸収器の操作に有益である。温度制御を維持する試みためにカラム吸収器を用いる従来の方法は、中間冷却器の導入による。中間冷却器は、トレイ間でアミン系吸着液の流出液を冷却するために配置されている熱交換器である。具体的には、一方のトレイからの下流の流れのうちの少なくとも一部分を除去し、熱交換器に通過させて、アミン系吸着液に保持された熱の少なくとも一部分を除去し、次いで除去した点より上のトレイに再導入する。このシステムは、吸収器カラムを下に向かって進むにつれた、アミン系吸着液の温度の低下を提供する。しかしながら、中間冷却器は中間冷却器で事前定義されたトレイのレベルで温度を減少させるが、吸収器カラムの多くのトレイ間で温度が変動し、プロセス制御を困難にする。逆に、所与の温度で融解するＰＣＭコアによって、カプセル化相変化材料を用いる吸収器カラム全長に沿った温度制御の改善が提供され、これによりアミン系吸着液の温度を一定に維持する。
【００３７】
図６Ａ、６Ｂ、および６Ｃを参照すると、冷却せず、中間冷却器で冷却した、およびカプセル化相変化材料で冷却した吸収器についての、吸収器カラムの長さに沿った一般化された温度プロファイルが示されている。図６Ａは、冷却機構が提供されていないときの、吸収器カラム内の各トレイで継続的にアミン系吸着液の温度が実質的に増加していることを示している。図６Ｂは、アミン系吸着液の温度増加を一時的に和らげるために２つのトレイの間に設けられた中間冷却器段階によって改善が提供されていることを示している。中間冷却器は、部分的にアミン系吸着液の温度を下げた後、中間冷却器の後で再び上昇させる。図６Ｃに示されるように、本開示によるカプセル化相変化材料の導入により、カプセル化相変化材料のＰＣＭコアの融点に到達するまで、アミン系吸着液の温度を上昇させ、次いでその温度で維持することが可能である。さらなる酸性ガスの吸収から追加の熱が放出されると、カプセル化相変化材料の追加のコアが融解して熱を捕捉および奪取するので、温度が維持される。アミン系吸着液と酸性ガスとの相互作用および吸収の最適温度は、所望の融点を有するＰＣＭで形成されたコアを有するカプセル化相変化材料の選択に基づいて維持することができる。
【００３８】
図７および図８の連続フロープロセス（酸性ガス除去システム）５を通じて、サワーガス流から酸性ガスの除去に使用するためのシステムは例示として提供され、本システムおよび方法は他の構成を包含することが理解されるべきである。
【００３９】
システム５は、サワーガス入口１２、リーンアミン系吸着液入口１４、スイートガス出口１６、およびリッチアミン系吸着液出口１８を備えるアミン系吸収器１０と、リッチアミン系吸着液出口１８でアミン系吸収器１０に流体接続している入口を有する分離器２０と、分離器２０に流体接続しているアミン再生器３０と、分離器２０およびアミン再生器３０に流体接続している冷却器４０と、を含む。
【００４０】
１つ以上の実施形態では、酸性ガスをサワーガス流１１２から吸収するように構成されたリーンアミン系吸着液１１０およびカプセル化相変化材料１２０を含む吸収器供給流１００は、リーンアミン系吸着液注入口１４でアミン系吸収器１０に提供される。同時に、サワーガスは、サワーガス入口１２でアミン系吸収器１０にサワーガス流１１２として提供される。サワーガス流１１２は、アミン系吸収器１０内のリーンアミン系吸着液１１０およびカプセル化相変化材料１２０に向流配置で通され、それによってリーンアミン系吸着液１１０が酸性ガスをサワーガス流１１２から吸収して、リッチアミン系吸着液１１１を形成し、カプセル化相変化材料１２０は、リーンアミン系吸着液１１０からリッチアミン系吸着液１１１への変換からの反応熱によって解放されるエネルギーのうちの少なくとも一部分を吸収する。
【００４１】
１つ以上の実施形態では、吸収器供給流１００は、５体積パーセント〜３５体積パーセントのカプセル化相変化材料１２０の体積分率を含む。１５体積パーセント未満などのより低い体積パーセントのカプセル化相変化材料１２０は、吸収器供給流１００の温度上昇を制御することに匹敵する。１５体積パーセント超などのより高い体積パーセントのカプセル化相変化材料１２０は、カプセル化相変化材料１２０の融解温度で吸収器供給流１００の温度を維持することに匹敵する。
【００４２】
リーンアミン系吸着液１１０およびサワーガス流１１２の向流中に、酸性ガスは、サワーガス流１１２からリーンアミン系吸着液に吸収される。酸性ガスが除去されたサワーガス流１１２は、スイートガス流１１６を形成し、これはスイートガス出口１６でアミン系吸収器１０から排出される。
【００４３】
吸収された酸性ガスを含みカプセル化相変化材料１２０と混合しているリッチアミン系吸着液１１１は、アミン系吸収器１０のリッチアミン系吸着液出口１８から分離器２０に送られる。１つ以上の実施形態では、分離器２０は、リッチアミン系吸着液１１１とカプセル化相変化材料１２０とを分離して、リッチアミン系吸着液の流れ２４と、アミン系吸着液が残留しているスラリー中にカプセル化相変化材料１２０の流れを含む相変化材料スラリー２２を生成するように構成される。様々な実施形態では、カプセル化相変化材料１２０の相変化材料スラリー２２は、２０体積パーセント（ｖｏｌ％）未満、１８体積％未満、１５体積％未満、１２体積％未満、または１０体積％未満の残留リッチアミン系吸着液１１１を含む。残留リッチアミン系吸着液１１１は、利用される分離器２０のタイプに基づいて量が変動する。例えば、液体サイクロンが分離器２０として使用される場合、残留リッチアミン系吸着液は、５体積％〜２０体積％を構成し得る。ベルトフィルタまたは回転ドラムフィルタなどの異なる分離器を使用することにより、残留リッチアミン系吸着液の体積を５体積％未満に減少させることができる。この場合、湿った固体として湿式ｍＰＣＭは、スクリューコンベヤまたはベルトコンベヤを使用して、再生器３０から出るリーンアミンを含むリボイラリーンアミン流３８に接続している固体ディスペンサまたは供給器が取り付けられたタンクに移動される。
【００４４】
リッチアミン系吸着液の流れ２４はアミン再生器３０に送られ、相変化材料スラリー２２は冷却器４０に送られる。
【００４５】
リッチアミン系吸着液の流れ２４をアミン再生器３０に導入する前に、リッチアミン系吸着液１１１とカプセル化相変化材料１２０とを分離することにより、無駄なエネルギーの低減が可能になる。具体的には、リッチアミン系吸着液の流れ２４と共に再生器に通す場合、アミン再生器３０は、アミン系吸収器１０よりもかなり高い温度で操作され、カプセル化相変化材料１２０に蓄積される熱エネルギーの不必要な増加を生じる。例えば、カプセル化相変化材料は、およそ８２℃でアミン系吸収器１０を出る場合があり、アミン再生器３０の入口流を、およそ１０４℃に上昇させる場合がある。２２℃の温度差を達成するには、リッチアミン系吸着液の流れ２４のみを加熱するのに必要な量を超える追加の燃料を使用して、カプセル化相変化材料１２０を加熱することが必要である。加えて、アミン再生器３０を出る前に、供給流をおよそ１２７℃までさらに増加させてアミン再生器３０を操作する必要があり得る。追加で２３°Ｃ温度を増加させるには、さらに燃料が必要になるであろう。カプセル化相変化材料１２０がリッチアミン系吸着液１１１から分離されなかった場合に生じるプロセスの非効率性は、カプセル化相変化材料１２０をアミン系吸収器１０の入口温度まで、かつカプセル化相変化材料１２０の融解温度、例えばおよそ６０℃未満に冷却しなければならないという点でさらに悪化する。
【００４６】
リッチアミン系吸着液の流れ２４は、アミン再生器３０に送られ、そこでアミン再生器３０は、リッチアミン系吸着液１１１から酸性ガスを除去して、リーンアミン系吸着液１１０を再生する。リッチアミン系吸着液の流れ２４中のリッチアミン系吸着液１１１は、サワーガス流１１２から捕捉された酸性ガスを含む。分離器２０でカプセル化相変化材料１２０から分離されたリッチアミン系吸着液の流れ２４は、アミン再生器３０上部にポンプで送られる。アミン再生器３０では、リッチアミン系吸着液１１１は、アミン再生器３０を形成するカラム底部でアミン再生器リボイラ３２からの高温蒸気と向流で接触する。リッチアミン系吸着液１１１から取り除かれた捕捉された酸性ガスは、アミン再生器３０上部から酸性ガス流１３０として回収される一方で、リーンアミン系吸着液１１０は、アミン再生器３０底部から回収される。アミン再生器３０底部から回収されたリーンアミン系吸着液１１０は、リボイラリーンアミン流３８として送られる。
【００４７】
さらに図７および８を参照すると、アミン再生器３０からのリーンアミン系吸着液１１０は、冷却器４０を通過する前に、分離器２０からのカプセル化相変化材料１２０と再度組み合わせられて、吸収器供給流１００を再形成する。冷却器４０は、カプセル化相変化材料１２０およびリーンアミン系吸着液１１０の温度を低減し、それによってカプセル化相変化材料１２０中の相変化材料を固化させる。冷却器４０からの冷却されたリーンアミン系吸着液１１０およびカプセル化相変化材料１２０は、その後アミン系吸収器１０に送り戻され、リーンアミン系吸着液入口１４を通り供給されて、吸収器供給流１００の閉回路フローを完成する。
【００４８】
アミン再生器３０からのリーンアミン系吸着液１１０は、冷却器４０で分離器２０からのカプセル化相変化材料１２０と再合流する前にさらに加工してもよい。具体的には、１つ以上の実施形態では、アミン再生器３０からのリーンアミン系吸着液１１０は、ポンプ３４を介して冷却器に搬送されてもよい。ポンプは、当業者に既知の任意のスタイルのものであってもよい。加えて、アミン再生器３０からのリーンアミン系吸着液１１０は、分離器２０を出るリッチアミン系吸着液１１１と共に熱交換器３６を通過して、リーンアミン系吸着液１１０からリッチアミン系吸着液１１１に熱を伝達し、システム５のエネルギー需要を低減することができる。
【００４９】
さらなる実施形態では、システム５は、分離器２０を出るカプセル化相変化材料１２０に蓄積された熱を捕捉して電力を生成する発電機５０をさらに含む。例えば、電力は、低温発電有機ランキンサイクルを使用して生成することができる。そのような発電の詳細は、Ｓａｌｅｈ，Ｂ．Ｋｏｇｌｂａｕｅｒ，Ｇ．Ｗｅｎｄｌａｎｄ，Ｍ．Ｆｉｓｃｈｅｒ，Ｊ．Ｗｏｒｋｉｎｇ  ｆｌｕｉｄｓ  ｆｏｒ  ｌｏｗ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｏｒｇａｎｉｃ  Ｒａｎｋｉｎｅ  ｃｙｃｌｅｓ．Ｅｎｅｒｇｙ．２００７．３２．１２１０−１２２１、およびＨａｎ，Ｚ．Ｈ．Ｙｕ，Ｙ．Ｄ．Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｆｌｕｉｄｓ  ｆｏｒ  Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｒａｎｋｉｎｅ  Ｃｙｃｌｅｓ  Ｓｙｓｔｅｍ．Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ．２０１２．１５０９−１５１３に見出され、これらの両方は、参照により組み込まれる。電力はまた、外部環境（低温側）と、分離器２０を出るカプセル化相変化材料１２０（高温側）との間の温度差を使用する熱電発電機を使用して生成することができる。熱電発電機の詳細は、Ｗａｎｇ，Ｔ．Ｌｕａｎ，Ｗ．Ｗａｎｇ，Ｗ．Ｔｕ，Ｓ．−Ｔ．Ｗａｓｔｅ  ｈｅａｔ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｐｌａｔｅ  ｈｅａｔ  ｅｘｃｈａｎｇｅｒ  ｂａｓｅｄ  ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ  ｓｙｓｔｅｍ．Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ．２０１４．１３６．８６０−８６５、およびＲｅｍｅｌｉ，Ｍ．Ｆ．Ｋｉａｔｂｏｄｉｎ，Ｌ．Ｓｉｎｇｈ，Ｂ．Ｖｅｒｏｊｐｏｒｎ，Ｋ．Ｄａｔｅ，Ａ．Ａｋｂａｒｚａｄｅｈ，Ａ．Ｐｏｗｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  Ｗａｓｔｅ  Ｈｅａｔ  Ｕｓｉｎｇ  Ｈｅａｔ  Ｐｉｐｅ  ａｎｄ  Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ．Ｅｎｅｒｇｙ  Ｐｒｏｃｅｄｉａ．２０１５．７５．６４５−６５０に見出され、これらの両方は、参照により組み込まれる。
【００５０】
さらなる実施形態では、システム５は、分離器２０を出るカプセル化相変化材料１２０に蓄積された熱をアミン再生器３０に伝達する熱伝達システム６０を含み得る。具体的には、様々な実施形態では、熱伝達システム６０は、分離器２０を出るカプセル化相変化材料１２０を冷却し、熱伝達プロセスを通じてアミン再生器３０でリッチアミン系吸着液１１１を加熱するように構成されたヒートポンプまたは熱電冷却器を含み得る。リッチアミン系吸着液１１１は、アミン再生器３０への入口で加熱されてもよく、またはアミン再生器リボイラ３２への入口で加熱されてもよい。
【００５１】
１つ以上の実施形態では、アミン系吸収器１０は、図３を参照して前述したように、サワーガス入口１２に近接するカラム底部にガス分配空間を備えた円筒形カラムまたはタワーを含む。吸収器カラム底部にサワーガスを、吸収器カラム上部にアミン系吸着液を導入すると、ガスが上昇し液体が下降するときに向流が発生する。システム５のこの構成は、図７に示されている。カプセル化相変化材料１２０をリーンアミン系吸着液１１０に含めることにより、カプセル化相変化材料１２０が吸収プロセス中に発生する熱を捕捉することが可能になる。アミン系吸収器１０は、いくつかの実施形態では、冷却および温度調節をさらに向上するために、カプセル化相変化材料１２０と併せて、トレイ間に１つ以上の中間冷却器を含んでもよい。
【００５２】
１つ以上の実施形態では、アミン系吸収器１０は、酸性ガスをリーンアミン系吸着液１１０に移動させるための膜接触器を含む。システム５のこの構成は、図８に示されている。カプセル化相変化材料１２０およびリーンアミン系吸着液１１０は、膜の一方の側面を通り、サワーガス流１１２は、膜の他の側面のアミン系吸収器１０を向流方式で通過する。リーンアミン系吸着液１１０およびサワーガス流１１２が通過する際に、サワーガスは膜を通過することができ、リーンアミン系吸着液１１０によって吸収される。配置はカラム内にトレイを含まないので、膜接触器を備えた中間冷却器が実現可能な冷却の選択肢ではないことが、アプローチされるであろう。したがって、カプセル化相変化材料１２０をリーンアミン系吸着液１１０と共に含めることにより、サワーガスの流れを制御することによってのみ熱的に調節が可能であるであろうシステムに、熱吸収および温度安定化を提供する。
【００５３】
膜接触器で利用するための膜の選択は、特定のアミン、サワーガスの組成、サワーガスの流量、および当業者に既知の他の要因に基づくことができる。様々な特定の実施形態では、膜は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、または記載の材料のうちの１つ以上の組み合わせで構成され得る。１つ以上の実施形態では、膜接触器は、中空繊維モジュールとして構成され得る。様々な実施形態では、気相は、中空繊維の内部にあっても外部にあってもよい。アミンおよび相変化材料を含む液相が中空繊維の内部にあり、気相が中空繊維の外部にあるとき、中空繊維は、１５μｍ〜１０，０００μｍの範囲の内径を含み得る。目詰まりを避けるために、ｍＰＣＭの直径は、好ましくは、中空繊維の内径の０．７５倍未満である。別の実施形態は、膜接触器を平坦なシートのモジュールとして構成することであり、サワーガスおよびｍＰＣＭと水性アミン溶液との混合物は、１つ以上の平坦なシートによって分離される。膜接触器で２つ以上の膜が使用されるとき、第１の膜出口での液体の流れは、第２の膜入口に指向され得、以下同様であり、それによって接触器内の液体流の循環は、すべての膜に対して連続する。１つ以上の実施形態では、平坦なシート間の距離は、１５μｍ超かつ１０，０００μｍ未満であり得る。ｍＰＣＭの直径は、詰まることなくそれらの間のｍＰＣＭの流れを可能にするために、平らなシート間の距離の０．７５倍未満であることが好ましい。さらなる実施形態では、平らなシート間の距離は１０，０００μｍ超である。
【００５４】
分離器２０は、当業者に既知の任意の液固分離機構であってよい。様々な特定の実施形態では、分離器２０は、液体サイクロン、膜、フィルタ、またはデカンテーション遠心分離機である。これらのタイプの分離器２０の各々は、部分的な固液分離を可能にする。様々なさらなる実施形態では、分離器２０は、ベルトフィルタまたは回転ドラムフィルタなどの連続的な固体回収プロセスを利用する。これらのタイプの分離器２０の各々は、実質的に完全な液固分離を可能にする。開示の特定のタイプの分離器２０は、例として意図されており、システム５に適用可能であろう分離器２０の完全なリストではないことが理解されるであろう。カプセル化相変化材料１２０と混合しているリッチアミン系吸着液１１１を、相変化材料スラリー２２の流れとリッチアミン系吸着液の流れ２４とに分離すると、相変化材料スラリー２２は、様々な移動システムを使用して移動させることができる。１つ以上の実施形態では、相変化材料スラリー２２は、ローブポンプなどのスラリーポンプで移動して、再生器３０を出るリーンアミンを含むリボイラリーンアミン流３８と再度組み合わせられる。さらなる実施形態では、スクリューコンベヤまたはベルトコンベヤで、相変化材料を収集するための保持タンク（図示せず）に相変化材料スラリー２２を移動させる。次いで、保持タンクに接続しているディスペンサは、正確な様式および測定量で相変化材料スラリー２２をリボイラリーンアミン流３８に送達し得る。
【００５５】
分散は、一般に熱力学的に不安定であるが、かなりの時間にわたって速度論的に安定であり得ることに留意されたい。安定時間が、分散の寿命を決定する。システム５の一貫した再現可能な熱吸収および温度安定化を確実にするために、カプセル化相変化材料１２０およびリーンアミン系吸着液１１０は、安定な分散体を形成しなければならない。リーンアミン系吸着液１１０およびカプセル化相変化材料１２０を含む吸収器供給流１００は、カプセル化相変化材料１２０が吸収器供給流１００中に移動し均一に分散されない場合、不安定になり得る。移動現象は、主に連続相と分散相の間の密度の違いに起因し、相の重力分離に至る。分散相が連続相よりも密度が低い場合、分散相はクリーミングと称される現象で上向きに移動する。したがって、カプセル化相変化材料１２０が、リーンアミン系吸着液１１０の密度よりも実質的に低い密度を有する場合、カプセル化相変化材料１２０は、リーンアミン系吸着液１１０の表面に移動し得る。逆に、分散相が連続相よりも密度が高い場合、分散相は沈降と称される現象で下向きに移動する。したがって、カプセル化相変化材料１２０が、リーンアミン系吸着液１１０の密度よりも実質的に高い密度を有する場合、カプセル化相変化材料１２０は、リーンアミン系吸着液１１０の下に移動し得る。しかしながら、吸収器供給流１００の分散の不安定性は、本開示における問題であるとは考えられていない。具体的には、例示のカプセル化相変化材料１２０（酢酸ナトリウム三水和物）は、１立方メートル（ｋｇ／ｍ３）当たりおよそ１３００キログラムの密度を有し、例示のアミン系吸着液１１０（水およびジグリコールアミン）は、およそ１０００ｋｇ／ｍ３の密度を有し、結果的にクリーミングのリスクは最小限である。したがって、１つ以上の実施形態では、カプセル化相変化材料は、１０００ｋｇ／ｍ３を超える密度を含む。当業者に既知のＳｔｏｋｅの等式を使用すると、１．４ｘ１０−６メートル／秒（ｍ／秒）の速度が分散を維持するのに十分であり、システム５の平均流体速度は１．４ｘ１０−２ｍ／秒であると予想されるので、沈降のリスクも最小限である。
【００５６】
１つ以上の実施形態では、カプセル化相変化材料１２０の密度対リーンアミン系吸着液１１０の密度の比は、０．２５：１〜１：１である。様々なさらなる実施形態では、カプセル化相変化材料１２０の密度対リーンアミン系吸着液１１０の密度の比は、０．５：１〜１：１、０．７５：１〜１：１、または０．７８４：１〜０．９７２：１である。ｍＰＣＭが０．７８４〜０．９７２の密度範囲を有する場合、ｍＰＣＭは、気相に曝される粒子のうちのそれぞれ１０％および３０％が十分な浮力を有すると考えられる。各ｍＰＣＭ粒子のうちの１０〜３０％が気相に曝されることにより、ｍＰＣＭが、トレイを有する吸収器１０のリップを介して吸収器トレイを離れることが可能になるであろう。
【００５７】
１つ以上の実施形態では、カプセル化相変化材料１２０の密度対リーンアミン系吸着液１１０の密度の比は、１．１：１〜２：１である。ｍＰＣＭがアミン水溶液よりも高い密度を有する場合、この疑似的に均質な、または部分的に不均質な層状の液体の混合物は、オーバーフローを介して吸収器トレイを離れるであろう。流体の下部にあるｍＰＣＭおよびアミン系吸着液から形成されるスラリーは、排出口を介して吸収器トレイを離れるであろう。しかしながら、排出口の開口部はｍＰＣＭスラリーを通過させるのに十分なサイズであるが、すべての液体を通過させるのに十分な大きさではないので、混合物はオーバーフローを介して吸収器トレイを離れる。
【実施例】
【００５８】
吸収器供給流１００の１キログラム（ｋｇ）の温度制御に必要な吸収器供給流１００中のカプセル化相変化材料の比率を決定するために、最初の理論的分析を完了した。理論的分析は、物質収支等式（等式１および等式２）、およびエネルギー収支等式（等式３）を使用して完了した。式１、式２、および式３では、ｍはグラム単位の質量（ｇ）であり、ｍ水、ｍアミン、およびｍｍＰＣＭは、それぞれ水、アミン、およびカプセル化相変化材料１２０の質量を表し、ｘは、リーンアミン系吸着液１１０を形成するための、重量パーセント（重量％）として表される水中のアミンの質量濃度であり、Ｌリッチは、リッチアミンの１モル当たりの二酸化炭素の充填量であり、Ｌリーンは、リーンアミンの１モル当たりの二酸化炭素の充填量であり、ΔＨａｂｓは、二酸化炭素の１モル当たりのキロジュール（ｋＪ／モル）での吸収エンタルピーであり、Ｍｗアミンは、アミンの１モル当たりのグラム（グラム／モル）でのアミンの分子量であり、ΔＨ融解は、カプセル化相変化材料１２０のエンタルピーであり、ＣｐｍＰＣＭおよびＣｐ水溶液は、カプセル化相変化材料１２０およびリーンアミン系吸着液１１０それぞれの摂氏１度当たりの１グラム当たりのキロジュール（ｋＪ／ｇＣ）単位での質量熱容量であり、ΔＴは、システムにおける摂氏での温度変動である。
【数１】
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【００５９】
理論的分析は、３つのアミンおよび単一のカプセル化相変化材料１２０の場合について完了した。具体的には、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、ジグリコールアミン（ＤＧＡ）、およびメチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）を、カプセル化相変化材料１２０として酢酸ナトリウム三水和物と組み合わせて検討した。カプセル化相変化材料１２０およびリーンアミン系吸着液１１０に使用されるアミンの物理的および化学的特性を、それぞれ表５および表６に提供する。
【表５】
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【表６】
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【００６０】
理論的分析のためのアミン系吸収器１０での吸収器供給流１００の温度は、北ヨーロッパなどの寒冷国またはサウジアラビアなどの暑い国でのそれぞれの操作を表すために、４７°Ｃ〜６０°Ｃの範囲であった。リーンアミン系吸着液１１０中の二酸化炭素の充填量およびリッチアミン系吸着液１１１の質量熱容量は、プロセスシミュレータを使用して決定した。リーンアミン系吸着液中のアミンの様々な質量濃度の各アミンでのプロセスシミュレータへの入力値を、表７に提供する。プロセスシミュレータから出力される理論的な結果を、表８に提供する。
【表７】
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【表８】
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【００６１】
表７および表８は、およそ６．９〜３０．２重量％のカプセル化相変化材料１２０をリーンアミン系吸着液１１０と組み合わせて使用して、１キログラムのリーンアミン系吸着液１１０の温度を制御および維持することができることを示している。加えて、リッチアミン系吸着液１１１への変換時のリーンアミン系吸着液１１０のＣＯ２およびＨ２Ｓ充填容量の予想外の増加を実証している。具体的には、ＣＯ２の充填量は、カプセル化相変化材料１２０を含めると様々なアミンで３〜２１パーセント増加し、Ｈ２Ｓの充填量は、カプセル化相変化材料１２０を含めると様々なアミンで３〜３７パーセント増加した。カプセル化相変化材料１２０を含めることにより、また、様々なアミンでのリーンアミン系吸着液１１０の吸収性能の予想外の増加を生じた。具体的には、供給サワーガス流から除去されたＣＯ２の収率は、２．３〜１０．８パーセント増加し、供給サワーガス流から除去されたＨ２Ｓの収率は、２．０〜１９．３パーセント増加した。リーンアミン系吸着液１１０で酸性ガス充填量の増加および除去される酸性ガスの収率の増加は、よりクリーンな排気ガス流を生じ、ならびに潜在的なより大量の酸性ガスの加工または必要なシステムのサイズ低減を可能にする。
【００６２】
また、ＣＯ２除去とＨ２Ｓ除去との間の選択性も評価した。図４および５を参照すると、温度が増加するにつれて、アミン系吸着液へのＣＯ２およびＨ２Ｓの充填容量が減少することを見ることができる。吸収器３０の出口の温度などの低温での充填容量とリボイラ温度での充填容量との間の差は、どれだけのＣＯ２およびＨ２Ｓが実際にサワーガス流から除去されるかの測定値を提供する。アミン系吸着液の温度は、異なる速度でのＣＯ２およｖびＨ２Ｓ吸収量変化を変化させるので、この測定値は総充填容量と称され得る。したがって、アミン系吸着液の温度は、ＣＯ２吸収とＨ２Ｓ吸収との間の選択性を変化させるように調節してもよい。硫化水素を固体硫黄に変換するＣｌａｕｓｓプロセスは、１０％未満の低レベルの二酸化炭素で最良に機能するので、二酸化炭素から硫化水素を分離することが望ましい場合がある。これを達成するために、Ｈ２Ｓに対してより選択的なアミン系吸着液を使用することができる。
【００６３】
より高い総充填容量と組み合わせた、Ｈ２Ｓに対するより高い選択性は、Ｈ２Ｓの除去量がより多く、サワーガスからの全体的な酸性ガスの除去量が多いことを意味する。これにより、９３０ＢＴＵ／ＳＣＦの最低高発熱量および１５．７容量ｐｐｍの最高硫化水素濃度を有する販売ガスを、吸収器の総数を低減して生成することが可能になる。具体的には、Ｈ２Ｓ除去量の増加と総酸性ガス除去量の増加を組み合わせることで、以前に１０ＤＧＡアミンプロセスで操作していたガスプラントで、ｍＰＣＭを添加した７ＤＧＡアミンプロセスのみで、所望のサワーガスの全量を処理することが可能にすることができる。
【００６４】
理論的分析は、物理的実験分析でも同様に検証した。実験的検証は、２つの異なるアミン系溶液を利用してＣＯ２を吸収し、それぞれの熱応答の比較分析を実施することからなる。リーンアミン系吸着液およびカプセル化相変化材料を含む第１の溶液を、実施例１として調製した。実施例１は、９体積％のＭＥＡ、２９体積％のカプセル化相変化材料、および６２体積％の水の溶液を含んでいた。利用した特定のカプセル化相変化材料は、ＭｉｋｒｏＣａｐｓ（Ｌｊｕｂｌｊａｎａ，Ｓｌｏｖｅｎｉａ）のＰＣＭ２８であった。ＰＣＭ２８は、相変化材料としてパラフィンワックス、および相変化材料の周りのカプセル化膜としてメラミン−ホルムアルデヒドで構成されている。ＰＣＭ２８は、水溶液中のカプセル化相変化材料として提供される。ＰＣＭ２８の物理的特性を、表９に提供する。
【表９】
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【００６５】
比較例２として、実施例１のカプセル化相変化材料を省いた第２の溶液を調製した。比較例２は、９体積％のＭＥＡおよび９１体積％の水を含んでいた。
【００６６】
実施例１および比較例２の各々は、ガス分散管底部でガラススパージャを通して二酸化炭素ガスを連続的に注入することによって試験した。ガス分散管は、実施例１の溶液または比較例２の溶液のいずれかを含有していた。二酸化炭素ガスを過剰に供給して、実施例１および比較例２に存在するアミンの使用量を最大化し、したがって、熱生成も最大化した。
【００６７】
ガス分散管内の溶液（実施例１または比較例２）の温度を、赤外線カメラ（ＦＬＩＲ、モデルＧＦ−３２０）で記録した。赤外線カメラは、利用した赤外線カメラの製造元の推奨に従って、ガス分散チューブから３０センチメートル（ｃｍ）の距離に配置した。赤外線画像は、５秒（ｓ）間隔で撮影した。二酸化炭素の流れおよび写真撮影は、溶液の温度がプラトーに到達すると、または減少し始めると終了した。図７は、実施例１および比較例２の時間に対する温度増加のグラフ表示を提供する。カプセル化相変化材料を含む実施例１が２８℃未満の温度を維持し、比較例２が２８℃を超える温度上昇を有することを、図７で視覚化することができる。
【００６８】
図７を参照すると、実施例１および比較例２の両方が、ＣＯ２導入の最初の１０秒間、同様の温度上昇を呈している。１０秒後、温度曲線は分岐し、カプセル化相変化材料を含有しない比較例２は、温度が相応に継続的に増加しながら、およそ２５秒までＣＯ２を吸収し続ける。その後、比較例２とＣＯ２との反応が完了に達すると、温度が減少し始める。具体的には、比較例２中のＭＥＡはＣＯ２で完全に飽和し、反応が終了する。逆に、２３体積％のＰＣＭ２８を含有する実施例１は、温度がＰＣＭ２８の融解温度（２５〜３０℃）に向かって上昇するにつれて、温度プロファイルに準プラトーが存在する。具体的には、およそ１５秒以降の温度上昇はおよそ２７．５°Ｃに制限されており、カプセル化相変化材料が融解し、ＣＯ２吸収から発生した熱を貯蔵していることを示している。結果として、実施例１は、比較例２よりも低い最終温度を維持する。
【００６９】
比較例２よりも実施例１の温度が低いことにより、実施例１の溶液への二酸化炭素の充填量の増加がさらに可能になる。これは、システム５での操作において、アミン系吸収器１０内の温度を低減して維持するだけでなく、リーンアミン系吸着液１１０への酸性ガスの充填量を増加させ、本質的に吸収性能を改善すると解釈される。アミン水溶液中の二酸化炭素の気液平衡曲線は、アミン水溶液の温度が減少するにつれて、二酸化炭素の所与の分圧に対する充填量が増加することを示している。全体的な充填量および吸収性能の増加により、サワーガス供給から同じ酸性ガス濃度を除去するために用いられるアミンの量を減少させることが可能になる。
【００７０】
操作中、リーンアミン系吸着液１１０をより低温で維持することによるアミン系吸収器１０の操作温度の低減はまた、システム５の腐食の減少にも相当する。多くの腐食性属性が温度に敏感であり、高温でより腐食するので、システム５の腐食は減少する。
【００７１】
操作中、リーンアミン系吸着液１１０をより低温で維持することによるアミン系吸収器１０の操作温度の低減はまた、出ていくスイートガス流中に損失するアミンの量の低減にも相当する。一定の圧力で温度を増加させると、アミンの蒸発量が増加し、酸性ガスのさらなる吸収に使用することができたであろうアミンの損失を生じる。加えて、蒸発の結果として損失したアミンはシステム５で補充する必要があり、プロセスの複雑さおよび費用の増加をもたらす。
【００７２】
以降、サワーガス系から酸性ガスを除去する方法の様々な態様、およびそれに使用するためのシステムが説明されており、そのような態様は、他の様々な態様と併せて利用され得ることが理解されるべきである。
【００７３】
第１の態様では、本開示は、サワーガス流から酸性ガスを除去する方法を提供する。本方法は、リーンアミン系吸着液を提供することであって、リーンアミン系吸着液が、サワーガス流から酸性ガスを吸収するように構成されたアミン系吸着液である、リーンアミン系吸着液を提供することと、カプセル化相変化材料を提供することであって、カプセル化相変化材料が、相変化材料の融点を超える融点を有するポリマー性または無機シェル内にカプセル化された、加熱されると固体から液体に相変化する相変化材料である、カプセル化相変化材料を提供することと、（１）吸収器内のリーンアミン系吸着液およびカプセル化相変化材料に向流配置でサワーガス流を通すことであって、リーンアミン系吸着液が、サワーガス流から酸性ガスを吸収して、リッチアミン系吸着液を形成し、カプセル化相変化材料が、リーンアミン系吸着液からリッチアミン系吸着液への変換からの反応熱によって解放されるエネルギーのうちの少なくとも一部分を吸収する、サワーガス流を通すことと、（２）リッチアミン系吸着液とカプセル化相変化材料とを分離して、リッチアミン系吸着液流およびカプセル化相変化材料スラリーを生成することと、（３）アミン再生器にリッチアミン系吸着液流を通すことであって、リッチアミン系吸着液を加熱して、吸収されたサワーガスを放出させ、リーンアミン系吸着液を再生する、アミン再生器に通すことと、（４）リッチアミン系吸着液から分離したカプセル化材料スラリー、およびアミン再生器からのリーンアミン系吸着液を冷却器に通して、カプセル化相変化材料およびリーンアミン系吸着液の温度を低減し、それによってカプセル化相変化材料中の相変化材料を固化させることと、（５）ステップ（４）からの冷却されたカプセル化相変化材料およびリーンアミン系吸着液を用いてステップ１〜４を繰り返すことと、を含む。
【００７４】
第２の態様では、本開示は、相変化材料が４０〜１００℃の融解熱を含む、第１の態様の方法を提供する。
【００７５】
第３の態様では、本開示は、相変化材料が５５℃〜６５℃の融解熱を含む、第１の態様の方法を提供する。
【００７６】
第４の態様では、本開示は、相変化材料が７５℃〜８５℃の融解熱を含む、第１の態様の方法を提供する。
【００７７】
第５の態様では、本開示は、方法が、リッチアミン系吸着液から分離されたカプセル化相変化材料から熱を回収することをさらに含む、第１〜第４の態様のいずれかの方法を提供する。
【００７８】
第６の態様では、本開示は、回収された熱を利用して発電する、第５の態様の方法を提供する。
【００７９】
第７の態様では、本開示は、再生器が、アミン再生器を形成するカラム底部にアミン再生器リボイラを含み、回収された熱が、アミン再生器リボイラへの入口で、カプセル化相変化材料からリッチアミン系吸着液に移動する、第１〜第６の態様のいずれかの方法を提供する。
【００８０】
第８の態様では、本開示は、カプセル化相変化材料スラリーが、２０体積パーセント未満の残留リッチアミン系吸着液を含む、第１〜第７の態様のいずれかの方法を提供する。
【００８１】
第９の態様では、本開示は、カプセル化相変化材料の密度対リーンアミン系吸着液の密度の比が、０．２５：１〜１：１である、第１〜第８の態様のいずれかの方法を提供する。
【００８２】
第１０の態様では、本開示は、吸収器内のリーンアミン系吸着液の温度上昇が、１５℃未満である、第１〜第９の態様のいずれかの方法を提供する。
【００８３】
第１１の態様では、本開示は、吸収器を出るリッチアミン系吸着液の温度が、８５℃以下に維持される、第１〜第１０の態様のいずれかの方法を提供する。
【００８４】
第１２の態様では、本開示は、カプセル化相変化材料が、１０〜１０，０００ミクロンの平均直径を有する、第１〜第１１の態様のいずれかの方法を提供する。
【００８５】
第１３の態様では、本開示は、連続フロープロセスでのサワーガス流からの酸性ガスの除去に使用するためのシステムを提供する。本システムは、サワーガス入口、リーンアミン系吸着液入口、スイートガス出口、およびリッチアミン系吸着液出口を備えるアミン系吸収器と、リッチアミン系吸着液出口でアミン系吸収器に流体接続している入口を有する分離器と、分離器に流体接続しているアミン再生器と、分離器およびアミン再生器に流体接続している冷却器とを備える。サワーガス流から酸性ガスを吸収するように構成されたリーンアミン系吸着液、およびカプセル化相変化材料をリーンアミン系吸着液入口でアミン系吸収器に提供し、カプセル化相変化材料が、相変化材料の融点を超える融点を有するポリマー性または無機シェル内にカプセル化された、加熱されると固体から液体に相変化する材料である。サワーガスは、サワーガス入口でアミン系吸収器にサワーガス流として提供される。サワーガス流は、アミン系吸収器内のリーンアミン系吸着液およびカプセル化相変化材料に向流配置で通され、それによってリーンアミン系吸着液が酸性ガスをサワーガス流から吸収して、リッチアミン系吸着液を形成し、カプセル化相変化材料が、リーンアミン系吸着液からリッチアミン系吸着液への変換からの反応熱によって解放されるエネルギーのうちの少なくとも一部分を吸収する。酸性ガスを含むサワーガス流を除去して、スイートガス流を形成し、スイートガス出口でアミン系吸収器から排出する。吸収された酸性ガスおよびカプセル化相変化材料を含むリッチアミン系吸着液は、アミン系吸収器のリッチアミン系吸着液出口から分離器に送られる。分離器は、リッチアミン系吸着液とカプセル化相変化材料とを分離して、リッチアミン系吸着液流とカプセル化相変化材料スラリーを生成するように構成され、リッチアミン系吸着液はアミン再生器に送られ、カプセル化相変化材料スラリーは冷却器に送られる。アミン再生器は、リッチアミン系吸着液から酸性ガスを除去して、リーンアミン系吸着液を再生する。アミン再生器からのリーンアミン系吸着液は、冷却器を通過する前の分離器からのカプセル化相変化材料スラリーと再度組み合わせられて、カプセル化相変化材料およびリーンアミン系吸着液の温度を低減し、それによってカプセル化相変化材料中の相変化材料を固化させる。最後に、冷却器からのカプセル化相変化材料およびリーンアミン系吸着液は、アミン系吸収器に送り戻され、リーンアミン系吸着液入口を通って供給される。
【００８６】
第１４の態様では、本開示は、アミン系吸収器が、サワーガス入口に近接するガス分配空間およびリーンアミン系吸着液入口に近接する液体分配器を含み、液体分配器とガス分配空間との間に配設されている接触器を含むカラムをさらに含む、第１３の態様のシステムを提供する。
【００８７】
第１５の態様では、本開示は、接触器がタワーパッキングである、第１４の態様のシステムを提供する。
【００８８】
第１６の態様では、本開示は、接触器が複数の接触器トレイである、第１４の態様のシステムを提供する。
【００８９】
第１７の態様では、本開示は、アミン系吸収器が、膜接触器を含み、カプセル化相変化材料およびリーンアミン系吸着液が膜の一方の側面を通り、サワーガス流が膜の他の側面でアミン系吸収器を通過し、それによってサワーガス流からリーンアミン系吸着液への膜を通った酸性ガスの移動を可能にする、第１３の態様のシステムを提供する。
【００９０】
第１８の態様では、本開示は、相変化材料が４０〜１００℃の融解熱を含む、第１３〜第１７の態様のいずれかのシステムを提供する。
【００９１】
第１９の態様では、本開示は、相変化材料が５５℃〜６５℃の融解熱を含む、第１３〜第１７の態様のいずれかのシステムを提供する。
【００９２】
第２０の態様では、本開示は、相変化材料が７５℃〜８５℃の融解熱を含む、第１３〜第１７の態様のいずれかのシステムを提供する。
【００９３】
第２１の態様では、本開示は、システムが、リッチアミン系吸着液から分離されたカプセル化相変化材料から熱を回収するための熱回収機構をさらに備える、第１３〜第２０の態様のいずれかのシステムを提供する。
【００９４】
第２２の態様では、本開示は、回収された熱を利用して発電する、第２１の態様のシステムを提供する。
【００９５】
第２３の態様では、本開示は、再生器が、アミン再生器を形成するカラム底部にアミン再生器リボイラを含み、回収された熱が、アミン再生器リボイラへの入口で、カプセル化相変化材料からリッチアミン系吸着液に移動する、第１３〜第２２の態様のいずれかのシステムを提供する。
【００９６】
第２４の態様では、本開示は、カプセル化相変化材料スラリーが、２０体積パーセント未満の残留リッチアミン系吸着液を含む、第１３〜第２３の態様のいずれかのシステムを提供する。
【００９７】
第２５の態様では、本開示は、カプセル化相変化材料の密度対リーンアミン系吸着液の密度の比が、０．２５：１〜１：１である、第１３から第２４の態様のいずれかのシステムを提供する。
【００９８】
第２６の態様では、本開示は、カプセル化相変化材料の密度対リーンアミン系吸着液の密度の比が、１．１：１〜２：１である、第１３〜第２４の態様のいずれかのシステムを提供する。
【００９９】
第２７の態様では、本開示は、吸収器内のリーンアミン系吸着液の温度上昇が、１５℃未満である、第１３〜第２６の態様のいずれかのシステムを提供する。
【０１００】
第２８の態様では、本開示は、吸収器を出るリッチアミン系吸着液の温度が、８５℃以下に維持される、第１３〜第２７の態様のいずれかのシステムを提供する。
【０１０１】
第２９の態様では、本開示は、カプセル化相変化材料が、１０〜１０，０００ミクロンの平均直径を有する、第１３〜第２８の態様のいずれかのシステムを提供する。
【０１０２】
第３０の態様では、本開示は、カプセル化相変化材料の密度対リーンアミン系吸着液の密度の比が、１．１：１〜２：１である、第１〜第８の態様のいずれかの方法を提供する。
【０１０３】
特許請求される主題の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の実施形態に対して様々な修正および変更がなされ得ることは、当業者には明らかであろう。したがって、本明細書は、本明細書に記載の様々な実施形態の修正および変更を網羅することが意図されるが、そのような修正および変更が、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内であることを条件とする。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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