(57)【要約】  アミン種の損失を最小限にしながら、酸性ガスを含む液化炭化水素を処理して酸性ガスを除去するための方法であって、液化炭化水素を第１アミン化合物の吸収剤水溶液と接触させる工程において、第１アミン化合物が構造（１）：【化１】2015521537.tif 000010  Ｒ１およびＲ２は、それぞれ個々に、水素、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｉ−プロピル、ｎ−ブチル、ｓ−ブチル、２−ヒドロキシエチルまたはプロパン−２，３−ジオールであってもよい；を有する、該工程を含む方法。  【選択図】図１
2015521537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アミン種の損失を最小にしながら、酸性ガスを含む液化炭化水素を処理して前記酸性ガスを除去するための方法であって、前記液化炭化水素を第１アミン化合物の吸収剤水溶液と接触させる工程において、前記第１アミン化合物が構造：
【化１】
2015521537.tif 000009
式中、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ個々に、水素、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｉ−プロピル、ｎ−ブチル、ｓ−ブチル、２−ヒドロキシエチル、プロパン−２，３−ジオール、およびこれらの混合物あってもよい；
を有する、該工程を含む方法。
【請求項２】
前記吸収剤水溶液が、約０．１重量％〜９０重量％の前記第１アミン化合物を含み、加えて、約１重量％〜９０重量％の第２アミン化合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記吸収剤水溶液が、約０．１重量％〜５０重量％の前記第１アミン化合物を含み、加えて、約５重量％〜５０重量％の第２アミン化合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
Ｒ１およびＲ２が水素である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
Ｒ１およびＲ２がメチルである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
Ｒ１が水素であり、Ｒ２がメチルである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記酸性ガスが、ＣＯ２、Ｈ２Ｓ、メルカプタン化合物、ＣＯＳ、ＣＳ２、およびこれらの混合物からなる群から選択される１種以上のガスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記水溶液が、ピペラジン、２−メチルピペラジン、１−ヒドロキシエチルピペラジン、３−（ピペラジン−１−イル）プロパン−１，２−ジオール、３，３’−（ピペラジン−１，４−ジイル）ビス（プロパン−１，２−ジオール）およびこれらの混合物からなる群から選択されるピペラジン化合物を含む第２アミン化合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記吸収剤水溶液が、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、３−（２−（ヒドロキシエチル）メチルアミノ）プロパン−１，２−ジオール、３−（メチルアミノ）ビス（プロパン−１，２−ジオール），アミノ−トリス（プロパン−１，２−ジオール）、３−（メチルアミノ）プロパン−１，２−ジオール、３−（アミノ）プロパン−１，２−ジオール、３−（アミノ）ビス（プロパン−１，２−ジオール）およびこれらの混合物からなる群から選択される化合物を含む第２アミン化合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記吸収剤水溶液が酸を含み、前記酸が、ホウ酸、塩酸、硫酸、リン酸およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化炭化水素の処理のためのプロセスに概して関する。より詳細には、本発明は、２−アミノ−２−（ヒドロキシメチル）プロパン−１，３−ジオール化合物を用いて酸性ガスを液化炭化水素ガスストリームから除去するためのプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体天然ガス（ＮＧＬ）または液体石油ガス（ＬＰＧ）などの液化炭化水素は、暖房器具および車両における燃料として用いられる炭化水素ガスの可燃性混合物である。これらの液化炭化水素は、オゾン層へのダメージを低減するための取り組みにおいてクロロフルオロカーボンに取って代わるエアゾール噴射剤および冷媒として用いられることが多くなっている。
【０００３】
液化炭化水素は、石油または「湿式」天然ガスの精製によって合成され、ほぼ全体が化石燃料源に由来し、石油（原油）の精製の間に製造されるか、または石油または天然ガスストリームが地中から現れる際にそれらから抽出される。
【０００４】
液化炭化水素ガスは、常温常圧で迅速に蒸発することがあり、通常は、加圧型の鋼ガスシリンダーにおいて供給される。これらのシリンダーは、典型的には容量の８０％〜８５％まで満たされて、含有液体の熱膨張を可能にする。気化ガスの体積と液化ガスの体積の比は、組成、圧力および温度に応じて変動するが、典型的には約２５０：１である。
【０００５】
液化炭化水素ガスは、種々の酸性のガス状の汚染物質、例えば、硫化水素、種々のメルカプタンおよび他の様々な硫黄化合物、二酸化炭素、ならびに硫化カルボニル（ＣＯＳ）を含有する場合が多い。かかる汚染物質は、ガスまたは液体炭化水素ストリームを１種以上のアミンの水溶液と接触させることによって成功裏に除去され得ることがガス処理業界において周知である。アミン水溶液は、特定の酸性ガスを吸収するその能力において選択的であっても非選択的であってもよい。
【０００６】
かかる吸収の後、酸性化合物は、プロセスにおいてアミン化合物が失われた可能性がある範囲までを除き、アミンからストリップされ、該アミンが系に戻される。理論的には、多くの種々のアミンが酸性ガスの除去にある程度の有用性を示すであろうとされている。実際問題として、実際に商用化されているアミンは、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）、およびジイソプロパノールアミン（ＤＩＰＡ）である。例えば、ＭＤＥＡ／ＤＩＰＡ混合物の使用は、Ｈ２Ｓを除去する目的で報告されている（米国特許第４，８０８，７６５号）。
【０００７】
液化炭化水素ガスの処理は、アミンが該ガスにかなり可溶性であり、失われたアミンを補う必要性に起因する相応の経済的ペナルティをもたらす傾向にあるという点で、特定の問題を提起する。多くの精製所では、液化炭化水素ガスから酸性不純物を除去するのに水性ＤＩＰＡまたはＭＤＥＡが用いられている。しかしながら、これらのアミンの濃度は、該アミンがプロセスに供給される水性ストリームの約２０〜３５重量％の範囲に典型的には限定される。より高濃度での操作は、容量の理由では望ましいが、一般には、望ましくない高レベルの、アミンを含む液化炭化水素ガス汚染物質を生じる。
【０００８】
この問題は、損傷した（すなわち、高度に不飽和の）ＬＰＧを処理する精製所において特に深刻である。多くの場合、ＭＤＥＡの損失率は、ＭＤＥＡをＤＥＡに置き換えるための経済的正当化を否認するのに十分である。
【０００９】
米国特許第５，３２６，３８５号；同第５，８７７，３８６号；および同第６，３４４，９４９号は、いずれも、種々のプロセスを通した、液化炭化水素ガスのある種の「スイートニング」を教示している。さらに、米国特許第４，９５９，０８６号は、アミン化合物の異性体を用いて硫化水素を天然ガスから除去している。ＭＤＥＡ／ＤＩＰＡ混合物の使用は、Ｈ２Ｓを除去する目的で報告されている（米国特許第４，８０８，７６５号）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これらの公報は、アミン−酸性ガスプロセスによって液化炭化水素ガスを「スイートニング」する際に起こる問題に対する合理的な解決策を提示する。しかしながら、液化炭化水素ガスへの溶解性に起因して失われるアミンの量をなお最小にしながら、液化炭化水素ガス系の循環において有効アミン濃度を最大にするアミン組成物を有することが高度に望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によると、アミン種の損失を最小にしながら、酸性ガスを含む液化炭化水素を処理して酸性ガスを除去するための方法が提供される。該方法は、液化炭化水素を第１アミン化合物の吸収剤水溶液と接触させる工程において、第１アミン化合物が構造：
【化１】
2015521537.tif 000003
式中、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ個々に、水素、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｉ−プロピル、ｎ−ブチル、ｓ−ブチル、２−ヒドロキシエチルまたはプロパン−２，３−ジオールであってもよい；
を有する、該工程を含む。
【００１２】
メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）などの常套的なアルカノールアミンの水溶液を用いて、液／液プロセスにおいて液化石油ガスを処理するとき、経時的に、重要なアミン損失に遭遇する可能性がある。ヒドロキシル基の存在は、分子の疎油性を改善することによってかかる損失を低減することにおいて重要であることが分かっている。そのため、３個のヒドロキシル基を組み込んだトリエタノールアミン（ＴＥＡ）は、ＭＤＥＡの水溶液が酸性ガス除去の性能および能力の点においてＴＥＡの水溶液よりも優れていることが分かっていても、依然として最適な分子である。ＭＤＥＡとＴＥＡとの間の性能および能力の差は、ＭＤＥＡでは８．７、ＴＥＡでは７．９であるそれぞれのｐＫａによって反映される塩基強度の差によって主に影響される。
【００１３】
そのため、ＴＥＡと同等またはより優れた塩基強度（すなわち、ｐＫａ）と共に低分子量を維持しながら、ＭＤＥＡと比較して数多くのヒドロキシル基および／または窒素−水素結合を組み込んだアルカノールアミン構造は、液／液プロセスにおいて液化石油ガスを処理するための理想的な候補である。
【００１４】
２−（ヒドロキシメチル）プロパン−１，３−ジオール部位をアルカノールアミン構造に組み込むことで、２−ヒドロキシエチル部位を組み込んだ同等のアルカノールアミン構造（すなわち、常套的なエトキシ化アルカノールアミン）と比較して、炭化水素ストリームへの溶解度を低減することが可能になる。さらなるヒドロキシル基を組み込んだアミンの塩基強度は、常套的なエトキシ化アルカノールアミンと比較して改変されない。なぜなら、同じ窒素置換基における１個を超えるヒドロキシル基の存在によって生ずる誘導効果が、累積しないからである。
【００１５】
本開示の目的では、液化炭化水素は、約Ｃ１〜Ｃ２０、好ましくは約Ｃ１〜Ｃ１２、より好ましくは約Ｃ２〜Ｃ６のサイズ範囲にある、飽和あるいは不飽和であってもよく、分枝あるいは非分枝であってもよい低分子量の炭化水素、例えば、ＬＰＧもしくはＮＧＬ、またはこれらの混合物などである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、ｐＫａ値に対してプロットした、ＭＤＥＡと比較した試験アミンの比溶解度のグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
概して、本発明は、アミン種の損失を最小にしながら酸性ガスを除去することを含む、液化炭化水素を処理するための方法である。該方法は、液化炭化水素を第１アミン化合物の吸収剤水溶液と接触させる工程において、第１アミン化合物が構造：
【化２】
2015521537.tif 000004
式中、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ個々に、水素、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｉ−プロピル、ｎ−ブチル、ｓ−ブチル、２−ヒドロキシエチルまたはプロパン−２，３−ジオールであってもよい；
を有する、該工程を含む。
【００１８】
これまで、従来技術において一般的に用いられているアミンは、液体炭化水素への溶解度が比較的高い。本発明は、より低いガス溶解度を有するアミン化合物を提供することによってこの課題に対処する。これらのガスの、ＭＤＥＡおよびＤＩＰＡの従来の組成物への高い溶解度を図１に示す。
【００１９】
大部分の精製所は、アミン含有水性処理組成物の約３５重量％以下の全アミン濃度で操作する。約４０重量％、好ましくは約５０重量％以上の全アミンでの操作が望ましい。なぜなら、高強度の溶液が、低コストでのさらなる酸性ガス除去能を提供するからである。また、原油中の硫黄濃度は、したがって将来上昇するようである。
【００２０】
したがって、生産を維持または増大するために、精製所は、平均して、より多くの硫黄を処理／除去しなければならない。にもかかわらず、高濃度ではアミンの損失が増大するため、約３５％のレベルを超えて操作することは経済的に実現可能でないことが多かった。本発明の利点は、精製所が、本来なら被る高いアミン置換コストを掛けることなく、より高い全アミン強度で経済的に操作することを可能にすることである。
【００２１】
本発明の方法において用いられるアミン化合物は、概して構造：
【化３】
2015521537.tif 000005
式中、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ個々に、水素、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｉ−プロピル、ｎ−ブチル、ｓ−ブチル、２−ヒドロキシエチルまたはプロパン−２，３−ジオールであってもよい；
を有する。
【００２２】
当業者に公知のあらゆる数の経路が、例えば、公開されているＰＣＴ出願第ＷＯ２０１０／１２６６５７号（参照により本明細書に組み込まれる）に開示されているように、本発明のプロセスに有用な化合物を合成するのに用いられてもよい。
【００２３】
本発明において用いられることが意図される化合物として、好ましくは、２−ジメチルアミノ−２−（ヒドロキシメチル）プロパン−１，３−ジオール（ＤＭＴＡ、２）、２−アミノ−２−（ヒドロキシメチル）プロパン−１，３−ジオール（ＴＡ、３）、２−メチルアミノ−２−（ヒドロキシメチル）プロパン−１，３−ジオール（ＭＴＡ、４）、およびこれらの混合物などの以下に見られる化合物が含まれる。
【化４】
2015521537.tif 000006
【００２４】
本発明のプロセスにおいて用いられる第１アミン化合物に加えて、ＬＰＧのスイートニングに用いられる水溶液は、第２アミン化合物を含んでいてもよい。第２アミン化合物として有用であるアミン化合物として、アミンプロパンジオール化合物、例えば、３−（２−（ヒドロキシエチル）メチルアミノ）プロパン−１，２−ジオール、３−（メチルアミノ）ビス（プロパン−１，２−ジオール）、アミノ−トリス（プロパン−１，２−ジオール）、３−（メチルアミノ）プロパン−１，２−ジオール、３−（アミノ）プロパン−１，２−ジオール、３−（アミノ）ビス（プロパン−１，２−ジオール）、またはこれらの混合物；ピペラジン化合物、例えば、３−（ピペラジン−１−イル）プロパン−１，２−ジオール、３，３’−（ピペラジン−１，４−ジイル）ビス（プロパン−１，２−ジオール）、またはこれらの混合物；アルキルアミン、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、およびこれらの混合物；ならびに上記に列挙した種の各々の範囲内での化合物の混合物が挙げられる。
【００２５】
処理の方法
本発明のプロセスは、通常の液体−液体接触装置において、液化ガスストリームを、２−アミノ−２−（ヒドロキシメチル）プロパン−１，３−ジオール化合物混合物と、かかる装置の通常の制限内の操作条件下に接触させることによって容易に実現され得る。一部の最適化条件は、当業者の範囲内にあって、好適に行われるはずであり、アミン溶解度の損失の低減が、既存の操作条件においても経験されるであろうことが期待されよう。そのため、本発明のさらなる利点は、装置、充填、操作条件などにおいて大幅な置換または変更を必要としないことである。したがって、本発明は、さらなる酸性ガス除去容量を必要とするが、高価な資本的拡張への支払いをしたくない精製所にとって特に利益がある。
【００２６】
本発明の別の利点は、操作パラメータが、狭く厳密でないことである。一般的なガイドラインでは、系における濃度が高いほど、アミン損失が大きいと言うことができる。代表的な濃度は、以下に見られる。濃度について具体的な上限は知られていないが、Ｈ２Ｓの適切でない除去などの操作的な問題を回避するために、該濃度は、アミン混合物の約９５重量％以下に保持し、残りが水であることが示唆されている。所与の系の使用可能な最高濃度を決定するのに有用なアプローチは、問題が検出されるまで含有量を徐々に増大させ、次いでかかる問題が消失するまで濃度について減少させることである。
【００２７】
同様に、必要な最低濃度は存在せず、この濃度は常套の実験の範囲内であり得る。しかしながら、濃度が少なくとも約５重量％であることが起点であると示唆されている。多くの場合において、有用な濃度範囲は、アミン混合物の約１０〜約９０重量％、好ましくは約２５〜約７５重量％、より好ましくは約３５〜約６５重量％であり、残りが水であるとされている。
【００２８】
加えて、水性吸収剤組成物は、ホウ酸、硫酸、塩酸、リン酸、およびこれらの混合物などの酸を含んでいてもよい。酸の濃度は、０．１〜２５重量％、最も好ましくは０．１〜１２重量％で有効な量で変動し得る。酸の供給源は、酸性ガスが系から一旦ストリップされたときのアミン化合物の回収に有効である。
【００２９】
含有するアミン混合物と液化炭化水素ガスを接触させるための操作温度は、狭く厳密ではないが、通常は約５０°Ｆ〜約１９０°Ｆ、好ましくは約７０°Ｆ〜約１６０°Ｆ、より好ましくは約８０°Ｆ〜約１４０°Ｆの範囲内である。一般に、溶解度の損失を最小にするには、より低温であることが好ましい。この点においては、多くの精製所があまり柔軟性を有していないため、アミン損失の大幅な低減が任意の所与の操作温度においてなされることが本発明の利点である。
【実施例】
【００３０】
以下の実施例は、本発明の特徴の非限定的説明を提供する。
【００３１】
ヘプタン（１０ｇ）、トルエン（０．１ｇ）および試験アミン（２．５ｇ）の溶液を、２０℃で１時間混合する。混合物を１５分間デカントし、純ヘプタン相を、内部標準としてトルエンを用いてガスクロマトグラフィによって分析する。注入を３回繰り返し、試験アミンのピーク面積を平均化する。結果を以下に提示する：
【表１】
2015521537.tif 000007
【００３２】
試験アミンのｐＫａを、自動Ｍｅｔｔｌｅｒ  Ｔｏｌｅｄｏ滴定システムを用い、５０重量％のアミン水溶液および０．５Ｎ塩酸を用いて記録した。結果を以下に提示する：
【表２】
2015521537.tif 000008
【００３３】
本発明を、上記明細書および図に開示しているように好ましい実施形態を参照して説明したが、本発明から逸脱することなく、本発明の多くのさらなる実施形態が可能である。そのため、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲のみによって制限されるべきである。
【図１】
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【国際調査報告】
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2015521537.tif 000013