JP2012055785A - Environment cleaning method using ionic liquid, and apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、宇宙ステーションなどの閉鎖空間において、人間などの活動により汚染された環境を浄化する方法および装置に関するものであり、更に詳しくは、宇宙空間や宇宙船内で生命を維持するために、二酸化炭素を除去して、清浄な環境を保つための方法および装置に関するものである。本発明は、宇宙でも蒸発しないイオン液体吸収液を用いて、宇宙空間で貴重なエネルギーを消費することなく、しかも、宇宙ステーションなどで容易に利用できる減圧あるいは真空を用いて、環境内の二酸化炭素を選択的に吸収し、イオン液体吸収液を再生、利用することを可能とする新しい環境浄化方法およびその装置に関する新技術・新製品を提供するものである。 The present invention relates to a method and apparatus for purifying an environment polluted by human activities in a closed space such as a space station, and more particularly, to maintain life in outer space or in a spacecraft. The present invention relates to a method and apparatus for removing carbon and maintaining a clean environment. The present invention uses an ionic liquid absorbing liquid that does not evaporate even in space, consumes precious energy in outer space, and uses reduced pressure or vacuum that can be easily used in a space station, etc. New technologies and products related to a new environmental purification method and apparatus capable of selectively absorbing water and regenerating and using the ionic liquid absorption liquid.
従来、二酸化炭素を分離・回収する技術としては、アミン類化合物を用いた化学吸収法や、アルコールやポリエチレングリコールを用いた物理吸収法など、種々の方法が提案されている。しかしながら、それらの技術は、大気圧条件の地上におけるプロセスを想定しており、真空の宇宙においては、吸収液そのものが蒸発、揮散してしまい、利用することは不可能である。 Conventionally, as a technique for separating and recovering carbon dioxide, various methods such as a chemical absorption method using an amine compound and a physical absorption method using alcohol or polyethylene glycol have been proposed. However, these technologies assume a process on the ground under atmospheric pressure conditions, and in a vacuum universe, the absorbing solution itself evaporates and volatilizes, and cannot be used.
そのため、ゼオライトや活性炭などの固体材料あるいはアミン類化合物を固体化した材料を吸着剤とした環境浄化システムが提案されている（例えば、特許文献１および非特許文献１を参照）。しかし、これらの方法は、吸着剤から二酸化炭素を脱離させるのに〜２００℃近くの高温を要し、宇宙空間では貴重なエネルギーを、大量に使用することが必要とされる。 Therefore, an environmental purification system using a solid material such as zeolite or activated carbon or a material obtained by solidifying an amine compound as an adsorbent has been proposed (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). However, these methods require a high temperature of about ˜200 ° C. to desorb carbon dioxide from the adsorbent, and it is necessary to use a large amount of valuable energy in outer space.
そこで、当技術分野においては、真空の宇宙においても、貴重なエネルギーを大量に消費することなく、実用に供することが可能で、宇宙ステーションなどで二酸化炭素を除去して、清浄な環境を保つことを可能にする新しい環境浄化方法およびその装置を開発することが強く要請されていた。 Therefore, in this technical field, even in a vacuum space, it can be put into practical use without consuming a large amount of precious energy, and carbon dioxide is removed at a space station to maintain a clean environment. There has been a strong demand to develop a new environmental purification method and apparatus capable of achieving this.
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、固体材料を吸着剤とした浄化システムにおいて、二酸化炭素を脱離させ、再生する工程において必要とされる高温の熱エネルギー消費の問題を確実に解決することを可能とする新しい技術を開発することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、真空の宇宙においても、蒸発、揮散することなく利用可能な、イオン液体を主成分とした吸収液を開発することに成功し、本発明を完成するに至った。 Under such circumstances, in view of the above prior art, the present inventors, in a purification system using a solid material as an adsorbent, desorbed and regenerated carbon dioxide at a high temperature required. As a result of intensive research aimed at developing new technologies that can reliably solve the problem of energy consumption, ionic liquids that can be used without evaporating or volatilizing in the vacuum space are mainly used. The present inventors have succeeded in developing an absorption liquid as a component and have completed the present invention.
本発明は、宇宙でも蒸発しないイオン液体吸収液を用いて、吸収塔／脱離塔で、常圧近傍（８００〜１５００ｈＰａ）において、二酸化炭素を吸収させ、脱離塔で減圧することで、二酸化炭素を脱離させ、吸収液を再生することが可能であり、それにより、従来の固体吸着剤を再生するのに必要であった高温の熱エネルギー消費の必要がなく、宇宙環境で容易に用いることができる真空あるいは減圧条件を使用して、熱エネルギーの消費を著しく低減することを可能とする新しい環境浄化方法およびその装置を提供することを目的とするものである。 The present invention uses an ionic liquid absorbing liquid that does not evaporate even in space, absorbs carbon dioxide in the vicinity of atmospheric pressure (800 to 1500 hPa) in an absorption tower / desorption tower, and depressurizes in the desorption tower. It is possible to desorb carbon and regenerate the absorption liquid, which eliminates the need for high-temperature heat energy consumption required to regenerate conventional solid adsorbents and is easy to use in space environments It is an object of the present invention to provide a new environmental purification method and apparatus capable of remarkably reducing the consumption of heat energy using vacuum or reduced pressure conditions.
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）不揮発性のイオン液体からなる吸収液を用いて、密閉状態を維持できる処理対象空間における二酸化炭素を含む空気から、二酸化炭素を選択的に除去して、該空間内の環境を浄化する方法であって、１）圧力スイングにより二酸化炭素の着脱が可能な吸収液を用い、吸収塔において、二酸化炭素を取り除き、脱離塔において、吸収した二酸化炭素を減圧あるいは真空条件で脱離して、吸収液を再生すること、２）前記不揮発性のイオン液体が、単一のカチオン（陽イオン）とアニオン（陰イオン）との組み合わせからなる吸収液、少なくとも２種類のカチオンと単一のアニオンからなる吸収液、単一のカチオンと少なくとも２種類のアニオンからなる吸収液、または少なくとも２種類のカチオンと少なくとも２種類のアニオンからなる吸収液であること、を特徴とする環境浄化方法。
（２）吸収塔において、二酸化炭素と同時に水蒸気を取り除き、脱離塔において、二酸化炭素および水を脱離して、吸収液を再生する、前記（１）に記載の方法。
（３）脱離塔の温度を、８０℃またはそれより高くすることで、二酸化炭素を脱離して、吸収液の再生を可能とする、前記（１）または（２）記載の方法。
（４）吸収塔の温度を、０℃以下またはそれより低くすることで、二酸化炭素を吸収して取り除くことを可能とする、前記（１）から（３）のいずれかに記載の方法。
（５）吸収塔における圧力が、８００〜１５００ｈＰａであり、脱離塔における圧力が、１００ｈＰａ以下である、前記（１）から（４）のいずれかに記載の方法。
（６）吸収液が、アニオンに１種類以上のアルキルカルボン酸（ＣｎＨ２ｎ＋１ＣＯＯ−，ｎ＝０〜１０）あるいはその誘導体を含む吸収液である、前記（１）に記載の方法。
（７）吸収液が、カルボン酸基（−ＣＯＯ−）を有するものである、前記（１）に記載の方法。
（８）前記不揮発性のイオン液体が、不揮発性の二酸化炭素吸着剤を含む、前記（１）から（７）のいずれかに記載の方法。
（９）吸収塔における二酸化炭素の吸収と、脱離塔における二酸化炭素脱離を、繰り返し連続的に行う、前記（１）から（８）のいずれかに記載の方法。
（１０）吸収塔における吸収液と処理ガスとの接触時間あるいは反応時間を制御することで、再生ガス中の二酸化炭素の濃度を一定とすることを可能とする、前記（１）から（９）のいずれかに記載の方法。
（１１）密閉状態を維持できる処理対象空間と、該処理対象空間で劣化した二酸化炭素を含む空気から不揮発生のイオン液体からなる吸収液を用いて、二酸化炭素を選択的に除去する吸収塔／脱離塔と、前記処理対象空間と、前記吸収塔／脱離塔とを、ポンプおよびバルブを介して連結した流通系と、前記吸収塔／脱離塔の温度、圧力条件を制御するための温度および／または圧力制御手段とから構成され、前記吸収塔／脱離塔を減圧あるいは真空として、吸収液に取り込まれた二酸化炭素および水蒸気を脱離させ、吸収液の再生を行うようにしたことを特徴とする環境浄化装置。
（１２）前記吸収液が、前記不揮発性のイオン液体が単一のカチオン（陽イオン）とアニオン（陰イオン）との組み合わせからなる吸収液、２種類以上のカチオンと単一のアニオンからなる吸収液、単一のカチオンと２種類以上のアニオンからなる吸収液、または２種類以上のカチオンと２種類以上のアニオンからなる吸収液である、前記（１１）に記載の装置。
（１３）前記流通系として、処理対象空間内の二酸化炭素含有空気を吸収塔／脱離塔に流し、吸収塔／脱離塔で浄化した洗浄空気を処理対象空間に流し、吸収塔／脱離塔で吸収、脱離した吸収液を、減圧／真空の条件で処理して回収した吸収液を、再利用するようにした、前記（１１）に記載の装置。
The present invention for solving the above-described problems comprises the following technical means.
(1) Using an absorbing liquid composed of a non-volatile ionic liquid, carbon dioxide is selectively removed from the air containing carbon dioxide in the processing target space in which a sealed state can be maintained, and the environment in the space is purified. 1) Using an absorption liquid in which carbon dioxide can be attached and detached by pressure swing, removing carbon dioxide in an absorption tower, desorbing absorbed carbon dioxide in a desorption tower under reduced pressure or vacuum conditions, Regenerating the absorbing liquid, 2) the non-volatile ionic liquid is composed of a combination of a single cation (cation) and an anion (anion), at least two kinds of cations and a single anion. An absorbing solution consisting of a single cation and at least two types of anions, or consisting of at least two types of cations and at least two types of anions. It is Osamueki, environmental purification method, characterized in.
(2) The method according to (1) above, wherein water is removed simultaneously with carbon dioxide in the absorption tower, and carbon dioxide and water are desorbed in the desorption tower to regenerate the absorption liquid.
(3) The method according to (1) or (2) above, wherein the temperature of the desorption tower is increased to 80 ° C. or higher so that carbon dioxide is desorbed and the absorbent can be regenerated.
(4) The method according to any one of (1) to (3), wherein carbon dioxide can be absorbed and removed by setting the temperature of the absorption tower to 0 ° C. or lower or lower.
(5) The method according to any one of (1) to (4), wherein the pressure in the absorption tower is 800 to 1500 hPa, and the pressure in the desorption tower is 100 hPa or less.
(6) The method according to (1) above, wherein the absorbing solution is an absorbing solution containing one or more alkyl carboxylic acids (C n H 2n + 1 COO—, n = 0 to 10) or derivatives thereof in the anion.
(7) The method according to (1) above, wherein the absorbing solution has a carboxylic acid group (—COO − ).
(8) The method according to any one of (1) to (7), wherein the nonvolatile ionic liquid includes a nonvolatile carbon dioxide adsorbent.
(9) The method according to any one of (1) to (8), wherein carbon dioxide absorption in the absorption tower and carbon dioxide desorption in the desorption tower are repeatedly and continuously performed.
(10) The concentration of carbon dioxide in the regeneration gas can be made constant by controlling the contact time or reaction time between the absorption liquid and the processing gas in the absorption tower. (1) to (9) The method in any one of.
(11) A treatment target space in which a sealed state can be maintained, and an absorption tower that selectively removes carbon dioxide from an air containing carbon dioxide that has deteriorated in the treatment target space, using an absorption liquid composed of a non-volatile ionic liquid. A flow system in which a desorption tower, the processing target space, and the absorption tower / desorption tower are connected via a pump and a valve, and the temperature and pressure conditions of the absorption tower / desorption tower are controlled. It is composed of temperature and / or pressure control means, and the absorption tower / desorption tower is depressurized or evacuated to desorb carbon dioxide and water vapor taken in the absorption liquid to regenerate the absorption liquid. Environmental purification device characterized by.
(12) The absorption liquid is an absorption liquid in which the nonvolatile ionic liquid is composed of a combination of a single cation (cation) and an anion (anion), and an absorption composed of two or more kinds of cations and a single anion. The apparatus according to (11), which is a liquid, an absorption liquid composed of a single cation and two or more types of anions, or an absorption liquid composed of two or more types of cations and two or more types of anions.
(13) As the distribution system, the carbon dioxide-containing air in the processing target space is flowed to the absorption tower / desorption tower, the cleaning air purified by the absorption tower / desorption tower is flowed to the processing target space, and the absorption tower / desorption is performed. The apparatus according to (11), wherein the absorption liquid that has been absorbed and desorbed in the tower is treated under reduced pressure / vacuum conditions and recovered, and the absorption liquid is reused.
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、不揮発性のイオン液体からなる吸収液を用いて、密閉状態を維持できる処理対象空間における、二酸化炭素を含む空気から、二酸化炭素を選択的に除去して、該空間内の環境を浄化する方法であって、圧力スイングにより、二酸化炭素の着脱が可能な吸収液を用い、吸収塔において、二酸化炭素を取り除き、脱離塔において、吸収した二酸化炭素を減圧あるいは真空条件で脱離して、吸収液を再生することを特徴とするものである。
Next, the present invention will be described in more detail.
The present invention selectively removes carbon dioxide from the air containing carbon dioxide in the processing target space that can maintain a hermetically sealed state by using an absorbing liquid composed of a nonvolatile ionic liquid, and thereby reduces the environment in the space. This is a purification method using an absorption liquid capable of attaching and detaching carbon dioxide by pressure swing, removing carbon dioxide in an absorption tower, and desorbing absorbed carbon dioxide in a desorption tower under reduced pressure or vacuum conditions. The absorbent is regenerated.
本発明では、前記不揮発性のイオン液体として、単一のカチオン（陽イオン）とアニオン（陰イオン）との組み合わせからなる吸収液、２種類以上のカチオンと単一のアニオンからなる吸収液、単一のカチオンと２種類以上のアニオンからなる吸収液、または２種類以上のカチオンと２種類以上のアニオンからなる吸収液が用いられる。 In the present invention, as the non-volatile ionic liquid, an absorption liquid composed of a combination of a single cation (cation) and an anion (anion), an absorption liquid composed of two or more kinds of cations and a single anion, An absorbing solution composed of one cation and two or more types of anions, or an absorbing solution composed of two or more types of cations and two or more types of anions is used.
その具体例として、前記カチオンが、アルキルアンモニウム、アルキルピリジニウム、アルキルピロリジニウム、アルキルホスホニウム、又はアルキルイミダゾリウム、あるいは、それらアルキル鎖に不飽和アルキル部位、アミノ基、エーテル基、又はカルボニル基の官能基があるもの、また、前記アニオンが、ギ酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩、ペンタン酸塩、ペンタン酸塩、ヘキサン酸塩、ヘプタン酸塩、オクタン酸塩、ノナン酸塩、デカン酸塩、安息香酸塩などが好適なものとして挙げられる。 Specific examples thereof include alkyl ammonium, alkyl pyridinium, alkyl pyrrolidinium, alkyl phosphonium, or alkyl imidazolium, or a functional group having an unsaturated alkyl moiety, an amino group, an ether group, or a carbonyl group in the alkyl chain. The anion is a formate, acetate, propionate, pentanoate, pentanoate, hexanoate, heptanoate, octanoate, nonanoate, decanoate, benzoate Acid salts and the like are preferable.
本発明は、環境浄化方法およびその装置に関するものであり、不揮発性のイオン液体からなる吸収液を用いて、常温において、常圧から真空における圧力スイングで駆動し、非加熱条件で、高効率に、環境を浄化することを可能とする、宇宙ステーションなどの閉鎖空間において、人間などの排出した二酸化炭素を含む空気から、二酸化炭素を選択的に除去して、空気を浄化する、低消費エネルギーの環境浄化方法ならびにその装置である。 The present invention relates to an environmental purification method and an apparatus therefor, and is driven by a pressure swing from normal pressure to vacuum at normal temperature using an absorbing liquid made of a non-volatile ionic liquid, and is highly efficient under non-heating conditions. , Which makes it possible to purify the environment, in a closed space such as a space station, selectively removes carbon dioxide from air containing carbon dioxide exhausted by humans, etc. Environmental purification method and apparatus.
本発明では、生活空間の空気を、吸収塔において、イオン液体に作用させ、空気中に含まれる二酸化炭素を、選択的に吸収させて取り除き、浄化された空気を環境中に戻す。一方、脱離塔において、二酸化炭素を吸収したイオン液体から、減圧あるいは真空条件下で、二酸化炭素を脱離して、イオン液体を再生する。これらの繰り返しにより、常温における圧力スイングのみで、環境空間を浄化し、熱エネルギーの削減を可能とする。 In the present invention, the air in the living space is allowed to act on the ionic liquid in the absorption tower, and the carbon dioxide contained in the air is selectively absorbed and removed, and the purified air is returned to the environment. On the other hand, in the desorption tower, carbon dioxide is desorbed from the ionic liquid that has absorbed carbon dioxide under reduced pressure or vacuum conditions to regenerate the ionic liquid. By repeating these steps, the environmental space can be purified and thermal energy can be reduced only by a pressure swing at room temperature.
本発明では、図１に概略を示した吸脱着試験装置を用いて、二酸化炭素の吸収、脱離サイクルの操作を行うことができる。その操作方法について具体的に説明すると、イオン液体吸収液を、密閉された容器に入れ、例えば、２５℃に制御した恒温層にセットする。Ｎ２ガスのみを、所定の流量で流して、系内を窒素ガスで置き換え、ＣＯ２濃度計の読みが、０ｐｐｍを示すのを確認する。 In the present invention, carbon dioxide absorption and desorption cycles can be operated using the adsorption / desorption test apparatus schematically shown in FIG. The operation method will be specifically described. The ionic liquid absorbing liquid is put in a sealed container and set in a constant temperature layer controlled at 25 ° C., for example. Only N 2 gas is allowed to flow at a predetermined flow rate, the inside of the system is replaced with nitrogen gas, and it is confirmed that the reading of the CO 2 concentration meter shows 0 ppm.
次に、約５％のＣＯ２を含んだＮ２バッファーの混合ガスとＮ２ガスとを、所定の流量比で混合し、その混合ガスを、バイパス側からＣＯ２濃度計に送り込み、ＣＯ２濃度が０．４±０．０１％であることを確認する。バイパス側のコックを閉じ、混合ガスを、吸収容器に導入し、ガスフローメーターの指示値から、処理ガスの流量を、ＣＯ２濃度計の指示値から、処理ガス中のＣＯ２濃度を、読み取る。 Then, about 5% of CO 2 laden N 2 mixed gas of buffers and N 2 gas were mixed at a predetermined flow rate ratio, the mixed gas, fed from the bypass side to CO 2 concentration meter, CO 2 Check that the concentration is 0.4 ± 0.01%. Closing the bypass side of the cock, the mixed gas is introduced into the absorption vessel, the indicated value of the gas flow meter, the flow rate of the processing gas, from the indicated value of the CO 2 concentration meter, a CO 2 concentration in the process gas, read .
上記の計測を、ＣＯ２濃度計の指示値が０．４±０．０１％を示すまで行い、吸収容器に接続したガス導入口のコックとガスフローメーターへの出口側コックを閉じ、真空ポンプにより、所定の圧力で、所定時間（例えば、３０分程度）減圧し、吸収液からＣＯ２を取り除く。真空ポンプのコックを閉じ、真空計の指示を読みながら、Ｎ２ガスのみを流し、吸収容器内を常圧に戻す。以上の操作を、ＣＯ２吸収、脱離サイクルとし、繰り返し、ＣＯ２除去操作を行う。 The above measurement is performed until the indicated value of the CO 2 concentration meter shows 0.4 ± 0.01%, the cock at the gas inlet connected to the absorption container and the outlet cock at the gas flow meter are closed, and the vacuum pump Thus, the pressure is reduced at a predetermined pressure for a predetermined time (for example, about 30 minutes) to remove CO 2 from the absorbent. The cock of the vacuum pump is closed, and while reading the instructions of the vacuum gauge, only N 2 gas is allowed to flow, and the inside of the absorption container is returned to normal pressure. The above operation is a CO 2 absorption and desorption cycle, and the CO 2 removal operation is repeated.
ここでは、例えば、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム アセテート（［ＢＭＩＭ］［ＣＨ３ＣＯＯ］と略記する。）と、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム ビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミド（［ＢＭＩＭ］［Ｔｆ２Ｎ］と略記する。）とを混合したイオン液体溶液を、ＣＯ２吸収液として用いて、操作は、上記手順にしたがって、適宜のサイクルで行う。 Here, for example, 1-butyl-3-methylimidazolium acetate (abbreviated as [BMIM] [CH3COO]) and 1-butyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide ([BMIM] The ionic liquid solution mixed with [Tf 2 N] is used as a CO 2 absorbent, and the operation is performed in an appropriate cycle according to the above procedure.
排出されたガス中におけるＣＯ２濃度は、イオン液体吸収液を用いた場合には、低減させることができる。１回目と２回目のサイクルで、ほぼ同じ結果を示し、短時間の減圧処理で、吸収液を再生することができる。更に、約〜０．０９ｄｍ３程度の少量の吸収液を用いた場合、１００倍以上の約〜１０ｄｍ３のガスを流通させても、ＣＯ２吸収能力が維持される。 The CO 2 concentration in the exhausted gas can be reduced when an ionic liquid absorbent is used. The first and second cycles show almost the same result, and the absorbing solution can be regenerated by a short-time decompression process. Furthermore, when a small amount of absorption liquid of about ˜0.09 dm 3 is used, the CO 2 absorption capacity is maintained even if about 10 times or more of about 10 dm 3 gas is circulated.
図５は、本発明による環境浄化装置の一実施形態の概要を示すもので、宇宙ステーションなどの閉鎖空間において、人間などが排出した二酸化炭素を含む空気から、二酸化炭素を選択的に除去して、空気を浄化する例を示している。図において、１は処理対象環境、４、６は、ＣＯ２吸収塔／脱離塔、２、３、５、７−１１はバルブである。本発明では、これらの各手段の具体的構成は、任意に設計することができる。 FIG. 5 shows an outline of an embodiment of the environmental purification apparatus according to the present invention. In an enclosed space such as a space station, carbon dioxide is selectively removed from air containing carbon dioxide exhausted by a person or the like. An example of purifying air is shown. In the figure, 1 is the environment to be treated, 4 and 6 are CO 2 absorption / desorption towers, 2, 3, 5, and 7-11 are valves. In the present invention, the specific configuration of each of these means can be arbitrarily designed.
次に、この環境浄化装置の動作について具体的に説明する。処理対象環境１で劣化したガスを、ポンプなどにより、バルブ２を介し、ＣＯ２吸収塔４あるいは６に送り込む。仮に吸収塔４を使用する場合は、バルブ３を開け、バルブ５は閉じておく。吸収塔４で、ＣＯ２および水蒸気が取り除かれ、清浄となったガスは、バルブ７を介して、処理対象環境１に戻される。その際、バルブ９は閉じておく。 Next, the operation of this environmental purification device will be specifically described. The gas deteriorated in the processing target environment 1 is sent to the CO 2 absorption tower 4 or 6 through the valve 2 by a pump or the like. If the absorption tower 4 is used, the valve 3 is opened and the valve 5 is closed. In the absorption tower 4, CO 2 and water vapor are removed, and the cleaned gas is returned to the processing target environment 1 through the valve 7. At that time, the valve 9 is closed.
劣化したガスから、所定量のＣＯ２および水蒸気を、吸収塔４において、吸収した後で、バルブ３およびバルブ７を閉じ、バルブ５とバルブ８を開け、吸収塔６により、ＣＯ２および水蒸気を取り除き、清浄ガスを、処理対象空間１に戻す。その際、バルブ１０は閉じておく。 From degraded gas, a predetermined amount of CO 2 and water vapor, in an absorber 4, after having absorbed, closing the valve 3 and valve 7 opens the valve 5 and the valve 8, the absorption tower 6, CO 2 and water vapor The clean gas is removed and returned to the processing target space 1. At that time, the valve 10 is closed.
一方、吸収塔６でＣＯ２などの吸収処理を行っている間に、バルブ９およびバルブ１０を開け、吸収塔４を減圧あるいは真空として、吸収液に取り込まれたＣＯ２および水蒸気を脱離させ、吸収液の再生を行う。吸収液の再生が終わり次第、バルブ９およびバルブ１１を閉じる。 On the other hand, while the absorption treatment of CO 2 or the like is being performed in the absorption tower 6, the valve 9 and the valve 10 are opened, and the absorption tower 4 is depressurized or vacuumed to desorb CO 2 and water vapor taken into the absorption liquid. Regenerate the absorbing solution. As soon as the regeneration of the absorbent is completed, the valve 9 and the valve 11 are closed.
吸収塔６の処理量が所定量になったところで、バルブ５およびバルブ８を閉じ、バルブ３とバルブ７を開け、吸収塔４において、前記と同様に、ＣＯ２および水蒸気を取り除き、空気を浄化する。その間、吸収塔６の再生を、吸収塔４で行ったのと同様の操作で行う。以上のサイクルを続けることで、処理対象環境を連続的に浄化することが可能となる。なお、本発明では、一実施形態として、２つ一組からなる吸収塔／脱離塔での装置が示されるが、更に、複数の吸収塔／脱離塔を用いても同様の装置の製作が可能である。 When the processing amount of the absorption tower 6 reaches a predetermined amount, the valve 5 and the valve 8 are closed, the valve 3 and the valve 7 are opened, and the absorption tower 4 removes CO 2 and water vapor and purifies the air in the same manner as described above. To do. Meanwhile, regeneration of the absorption tower 6 is performed by the same operation as that performed in the absorption tower 4. By continuing the above cycle, the processing target environment can be continuously purified. In the present invention, as one embodiment, an apparatus with a pair of absorption towers / desorption towers is shown. However, even when a plurality of absorption towers / desorption towers are used, a similar apparatus is manufactured. Is possible.
本発明のイオン液体吸収液を用いることで、高濃度の二酸化炭素を含む空気から選択的に二酸化炭素を取り除き、空気を浄化することができ、二酸化炭素を吸収したイオン液体は、減圧あるいは真空下における処理により、容易に再生することが可能である。イオン液体吸収液から二酸化炭素を脱離する再生工程を、常温近傍の非加熱条件で行うことで、プロセスの消費エネルギーを削減することができる。 By using the ionic liquid absorbing liquid of the present invention, carbon dioxide can be selectively removed from air containing high-concentration carbon dioxide, and the air can be purified. It is possible to easily reproduce by the processing in By performing the regeneration process for desorbing carbon dioxide from the ionic liquid absorbing liquid under non-heating conditions near room temperature, the energy consumption of the process can be reduced.
宇宙空間では、高温を発生するのに必要なエネルギーは、非常に貴重であるが、減圧あるいは真空の環境は容易に使用できるため、本発明の環境浄化技術を、宇宙ステーションなどに利用することで、エネルギー効率を著しく向上することが可能となり、イオン液体を用いて、二酸化炭素の除去と吸収液の再生を、一組以上の吸収塔と脱離塔を用いて行うことで、連続的に環境を浄化する方法および装置を利用することが可能となる。 In space, the energy required to generate high temperatures is very valuable, but a reduced pressure or vacuum environment can be used easily, so the environmental purification technology of the present invention can be applied to a space station or the like. Energy efficiency can be significantly improved, and ionic liquid is used to remove carbon dioxide and regenerate the absorbing liquid using one or more pairs of absorption towers and desorption towers. It is possible to use a method and an apparatus for purifying water.
イオン液体吸収液は、不揮発性であり、常温において、二酸化炭素の着脱を圧力スイングにより多数に渡り行うことができるため、吸収液を頻繁に交換すること無く、長期間に渡り、装置を稼働することが可能となり、また、吸湿性のあるイオン液体吸収液を用いることで、二酸化炭素と同時に、水蒸気成分を取り除き、環境を浄化することが可能となる。 Since the ionic liquid absorption liquid is non-volatile and can attach and detach carbon dioxide in a large number by pressure swing at room temperature, the apparatus can be operated for a long time without frequently changing the absorption liquid. In addition, by using a hygroscopic ionic liquid absorbing liquid, it becomes possible to remove the water vapor component and purify the environment simultaneously with carbon dioxide.
本発明により、次のような効果が奏される。
（１）イオン液体吸収液を用いることで、高濃度の二酸化炭素を含む空気から、選択的に二酸化炭素を取り除き、空気を浄化することができ、二酸化炭素を吸収したイオン液体は、減圧あるいは真空下における処理により、容易に再生することができる。
（２）イオン液体吸収液から二酸化炭素を脱離する再生工程を、常温近傍の非加熱条件で行うことで、これらのプロセスの消費エネルギーを削減することができる。
（３）宇宙空間では、高温を発生するのに必要なエネルギーは、非常に貴重であるが、減圧あるいは真空の環境は、容易に使用できるため、本発明のプロセスを宇宙ステーションなどに利用することで、エネルギー効率を著しく向上することが可能となる。
（４）イオン液体を用いて、二酸化炭素の除去と吸収液の再生を、一組以上の吸収塔と脱離塔を用いて行うことで、連続的に環境を浄化する方法および装置を確立することができる。
（５）イオン液体吸収液は不揮発性であり、常温において、二酸化炭素の着脱を圧力スイングにより多数に渡り行うことができるため、吸収液を頻繁に交換すること無く、長期間に渡り装置を稼働することが可能となる。
（６）吸湿性のあるイオン液体吸収液を用いることで、二酸化炭素と同時に、水蒸気成分を取り除き、環境を浄化することが可能となる。
（７）吸収液と処理するガスとの接触時間をコントロールすることで、再生されたガス中の二酸化炭素の濃度を長時間一定とすることが可能となる。
The present invention has the following effects.
(1) By using an ionic liquid absorbing liquid, carbon dioxide can be selectively removed from air containing high-concentration carbon dioxide to purify the air. It can be easily reproduced by the processing below.
(2) By performing the regeneration step of desorbing carbon dioxide from the ionic liquid absorbing liquid under non-heating conditions near room temperature, the energy consumption of these processes can be reduced.
(3) In space, the energy required to generate high temperatures is very valuable, but a reduced pressure or vacuum environment can be easily used, so the process of the present invention should be used for a space station or the like. Thus, the energy efficiency can be remarkably improved.
(4) Establishing a method and apparatus for continuously purifying the environment by using ionic liquid to remove carbon dioxide and regenerate the absorbent using one or more pairs of absorption towers and desorption towers. be able to.
(5) Since the ionic liquid absorption liquid is non-volatile and can attach and detach carbon dioxide in a large number at normal temperature by pressure swing, the apparatus can be operated for a long time without frequently changing the absorption liquid. It becomes possible to do.
(6) By using the hygroscopic ionic liquid absorbing liquid, it becomes possible to remove the water vapor component and purify the environment simultaneously with carbon dioxide.
(7) By controlling the contact time between the absorbing liquid and the gas to be treated, the concentration of carbon dioxide in the regenerated gas can be kept constant for a long time.
次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited at all by the following Examples.
本実施例では、二酸化炭素の吸脱着試験装置を用いて、二酸化炭素の吸収、脱離サイクルの実験を行った。図１に、二酸化炭素の吸脱着試験装置の概略を示す。以下に、図面に基づいて、その操作手順を具体的に説明する。 In this example, carbon dioxide absorption and desorption cycles were tested using a carbon dioxide adsorption / desorption test apparatus. FIG. 1 shows an outline of a carbon dioxide adsorption / desorption test apparatus. The operation procedure will be specifically described below with reference to the drawings.
１）１２４ｇのイオン液体吸収液を、密閉された容器（吸収容器と記述する。）に入れ、該吸収容器を、２５℃に制御した恒温槽にセットした。
２）Ｎ２ガスのみを所定の流量で流して、系内を窒素ガスで置き換え、ＣＯ２濃度計の読みが、０ｐｐｍを示すのを確認した。
1) 124 g of the ionic liquid absorbing solution was put in a sealed container (described as an absorbing container), and the absorbing container was set in a thermostat controlled at 25 ° C.
2) Only N 2 gas was allowed to flow at a predetermined flow rate, the inside of the system was replaced with nitrogen gas, and it was confirmed that the CO 2 concentration meter reading showed 0 ppm.
３）約５％のＣＯ２を含んだＮ２バッファーの混合ガスとＮ２ガスとを、所定の流量比で混合し、その混合ガスを、バイパス側から、ＣＯ２濃度計に送り込み、ＣＯ２濃度が、０．４±０．０１％であることを確認した。
４）バイパス側のコックを閉じ、混合ガスを、吸収容器に導入した。
3) A mixed gas of N 2 buffer containing about 5% CO 2 and N 2 gas are mixed at a predetermined flow rate ratio, and the mixed gas is sent from the bypass side to the CO 2 concentration meter, and CO 2 It was confirmed that the concentration was 0.4 ± 0.01%.
4) The cock on the bypass side was closed and the mixed gas was introduced into the absorption container.
５）ガスフローメーターの指示値から、処理ガスの流量を、また、ＣＯ２濃度計の指示値から、処理ガス中のＣＯ２濃度を、読み取った。
６）上記の計測を、ＣＯ２濃度計の指示値が、０．４±０．０１％を示すまで行った。
７）吸収容器に接続したガス導入口のコックとガスフローメーターへの出口側コックを閉じ、真空ポンプにより、所定の圧力で、所定時間（ここでは、３０分とした。）減圧し、吸収液からＣＯ２を取り除いた。
5) from the indicated value of the gas flow meter, the flow rate of the processing gas, also from the indicated value of the CO 2 concentration meter, a CO 2 concentration in the treated gas was read.
6) The above measurement was performed until the indicated value of the CO 2 concentration meter showed 0.4 ± 0.01%.
7) The cock of the gas inlet connected to the absorption container and the outlet side cock to the gas flow meter are closed, and the pressure is reduced by a vacuum pump at a predetermined pressure for a predetermined time (here, 30 minutes). CO 2 was removed from the reactor.
８）真空ポンプのコックを閉じ、真空計の指示を読みながら、Ｎ２ガスのみを流し、吸収容器内を常圧に戻した。
９）以上の操作を、ＣＯ２吸収サイクル、および脱離サイクルとして繰り返し、ＣＯ２除去試験を行った。
8) The cock of the vacuum pump was closed, and while reading the instructions of the vacuum gauge, only N 2 gas was allowed to flow, and the inside of the absorption container was returned to normal pressure.
9) The above operation was repeated as a CO 2 absorption cycle and a desorption cycle, and a CO 2 removal test was conducted.
本実施例では、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム アセテート（［ＢＭＩＭ］［ＣＨ３ＣＯＯ］と略記する。）と、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム ビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミド（［ＢＭＩＭ］［Ｔｆ２Ｎ］と略記する。）とを混合したイオン液体溶液を、ＣＯ２吸収液として用いた。その結果を、表１〜３に示した。 In this example, 1-butyl-3-methylimidazolium acetate (abbreviated as [BMIM] [CH3COO]) and 1-butyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide ([BMIM] An ionic liquid solution mixed with [Tf 2 N] is used as the CO 2 absorbing solution. The results are shown in Tables 1-3.
なお、実験は、上記手順にしたがって、３サイクル行った。１サイクル目と２サイクル目では、混合ガスの流量を、標準状態換算で３２８ｍｌ／ｍｉｎに、３サイクル目では、６６ｍｌ／ｍｉｎに設定した。一方、吸収液を使用せずに、上記の手順でガスを流した場合の結果を、表４〜５に示した。１サイクル目は、混合ガスの流量を、標準状態換算で３２８ｍｌ／ｍｉｎに、２サイクル目は、６６ｍｌ／ｍｉｎに設定した。 The experiment was performed for 3 cycles according to the above procedure. In the first and second cycles, the flow rate of the mixed gas was set to 328 ml / min in terms of the standard state, and to 66 ml / min in the third cycle. On the other hand, the result at the time of flowing gas in said procedure, without using an absorption liquid was shown to Tables 4-5. In the first cycle, the flow rate of the mixed gas was set to 328 ml / min in terms of standard state, and in the second cycle, 66 ml / min.
図２に、ＣＯ２濃度計の指示値の変化を、経過時間に対してプロットした。図から分かる通り、排出されたガス中におけるＣＯ２濃度は、イオン液体吸収液を用いた場合には、低減できることが分かった。１回目と２回目のサイクルで、ほぼ同じ結果を示し、短時間の減圧処理で、吸収液を再生できることも確認された。更に、約〜０．０９ｄｍ３の少量の吸収液を用いたのにもかかわらず、１００倍以上の約〜１０ｄｍ３のガスを流通させても、ＣＯ２吸収能力が維持されることが明らかになった。 In FIG. 2, the change in the indicated value of the CO 2 concentration meter is plotted against the elapsed time. As can be seen from the figure, it was found that the CO 2 concentration in the exhausted gas can be reduced when an ionic liquid absorbent is used. In the first and second cycles, almost the same results were shown, and it was confirmed that the absorbing solution could be regenerated by a short-time decompression treatment. Further, it is clear that the CO 2 absorption capacity is maintained even when a gas of about 10 dm 3 or more that is 100 times or more is circulated even though a small amount of absorption liquid of about ˜0.09 dm 3 is used. became.
次に、新たに、１２４ｇのイオン液体吸収液を、吸収容器に測り取り、同様の手順で、ＣＯ２吸収試験を行った。なお、実験条件として、１サイクル目では、混合ガスの流量を、標準状態換算で３２．５ｍｌ／ｍｉｎとし、２サイクル目、３サイクル目では、混合ガスの流量を、６６ｍｌ／ｍｉｎとした。それらの結果を、表６〜１１に示した。また、吸収液無しの同条件で、混合ガスを流した場合の結果を、表１２〜１３
に示した。本実施例では、ＣＯ２濃度が、原料の混合ガスの組成と近い値になるまで、計測を引き続き行った。
Next, 124 g of ionic liquid absorption liquid was newly measured in an absorption container, and a CO 2 absorption test was performed in the same procedure. As experimental conditions, in the first cycle, the flow rate of the mixed gas was 32.5 ml / min in terms of standard state, and in the second and third cycles, the flow rate of the mixed gas was 66 ml / min. The results are shown in Tables 6-11. Moreover, the result at the time of flowing mixed gas on the same conditions without absorption liquid is shown in Tables 12-13.
It was shown to. In this example, the measurement was continued until the CO 2 concentration became a value close to the composition of the raw material mixed gas.
図３に、ＣＯ２濃度計の指示値の変化を、経過時間に対してプロットした。経過時間が比較的短い０〜５００分の範囲では、図２に示した結果と同様に、排出されたガス中のＣＯ２濃度は、原料ガスの濃度より低い値を示すことが明らかになった。更に、大量の混合ガスを、長時間に渡り流通すると、図４に示した通り、ＣＯ２濃度は、徐々に増加して、原料ガスの濃度である約４０００ｐｐｍへと変化することが確認された。 In FIG. 3, the change in the indicated value of the CO 2 concentration meter is plotted against the elapsed time. In the range of the relatively short elapsed time of 0 to 500 minutes, the CO 2 concentration in the exhausted gas was found to be lower than the concentration of the raw material gas, similar to the result shown in FIG. . Furthermore, when a large amount of mixed gas was circulated for a long time, as shown in FIG. 4, it was confirmed that the CO 2 concentration gradually increased and changed to about 4000 ppm, which is the concentration of the raw material gas. .
吸収液に対して、混合ガスの流量を小さくして、接触時間を長くした場合には、ＣＯ２濃度を、より低下させた状態で、ガスを再生できることが分かる。また、３２．５ｍｌ／ｍｉｎの低流量の条件では、約０．０９ｄｍ３の吸収液に対して、２４時間以上に渡り、４０ｄｍ３を超えるガスを流通させても、ＣＯ２濃度を、１０００ｐｐｍ以上低下させて、維持できることが明らかになった。 It can be seen that when the flow rate of the mixed gas is decreased and the contact time is increased with respect to the absorbing liquid, the gas can be regenerated with the CO 2 concentration further reduced. Moreover, under the condition of a low flow rate of 32.5 ml / min, even if a gas exceeding 40 dm 3 is circulated for 24 hours or more with respect to the absorbing solution of about 0.09 dm 3 , the CO 2 concentration is 1000 ppm or more. It became clear that it could be reduced and maintained.
本実施例では、イオン液体を用いた環境浄化装置の構築を試みた。図５に、本発明によるイオン液体を用いた環境浄化装置の一実施形態の概要を示す。この環境浄化装置は、宇宙ステーションなどの閉鎖空間において、人間などが排出した二酸化炭素を含む空気から、二酸化炭素を選択的に除去して、空気を浄化する例を示している。図５において、１は、処理対象環境、４、および６は、ＣＯ２吸収塔／脱離塔、２、３、５、および７−１１は、バルブである。 In this example, an attempt was made to construct an environmental purification device using an ionic liquid. In FIG. 5, the outline | summary of one Embodiment of the environmental purification apparatus using the ionic liquid by this invention is shown. This environmental purification apparatus shows an example of purifying air by selectively removing carbon dioxide from air containing carbon dioxide discharged by a human or the like in a closed space such as a space station. In FIG. 5, 1 is an environment to be treated, 4 and 6 are CO 2 absorption / desorption towers, 2, 3, 5 and 7-11 are valves.
処理対象環境１で劣化したガスを、ポンプなどにより、バルブ２を介し、ＣＯ２吸収塔／脱離塔４あるいは６に送り込んだ。吸収塔４を使用する場合は、バルブ３を開け、バルブ５は閉じておく。吸収塔／脱離塔４で、ＣＯ２および水蒸気が取り除かれ、清浄となったガスは、バルブ７を介して、処理対象環境１に戻した。その場合は、バルブ９は閉じておく。 The gas deteriorated in the processing target environment 1 was sent to the CO 2 absorption tower / desorption tower 4 or 6 through the valve 2 by a pump or the like. When the absorption tower 4 is used, the valve 3 is opened and the valve 5 is closed. In the absorption tower / desorption tower 4, CO 2 and water vapor were removed, and the cleaned gas was returned to the processing target environment 1 through the valve 7. In that case, the valve 9 is closed.
劣化したガスから、所定量のＣＯ２および水蒸気を、吸収塔／脱離塔４において吸収した後で、バルブ３およびバルブ７を閉じ、バルブ５とバルブ８を開け、吸収塔／脱離塔６により、ＣＯ２および水蒸気を取り除き、清浄ガスを処理対象空間１に戻した。その場合は、バルブ１０は閉じておく。 After absorbing a predetermined amount of CO 2 and water vapor from the deteriorated gas in the absorption tower / desorption tower 4, the valves 3 and 7 are closed, the valves 5 and 8 are opened, and the absorption tower / desorption tower 6 is opened. Thus, CO 2 and water vapor were removed, and the clean gas was returned to the processing target space 1. In that case, the valve 10 is closed.
一方、吸収塔／脱離塔６で、ＣＯ２などの吸収処理を行っている間に、バルブ９およびバルブ１０を開け、吸収塔／脱離塔４を、減圧あるいは真空として、吸収液に取り込まれたＣＯ２および水蒸気を、脱離させ、吸収液の再生を行った。吸収液の再生が終わり次第に、バルブ９およびバルブ１１を閉じた。 On the other hand, while absorption processing of CO 2 or the like is being performed in the absorption tower / desorption tower 6, the valve 9 and the valve 10 are opened, and the absorption tower / desorption tower 4 is taken into the absorption liquid under reduced pressure or vacuum. The absorbed CO 2 and water vapor were desorbed to regenerate the absorbing solution. As soon as the regeneration of the absorbing liquid was completed, the valve 9 and the valve 11 were closed.
吸収塔／脱離塔６の処理量が、所定量になったところで、バルブ５およびバルブ８を閉じ、バルブ３とバルブ７を開け、吸収塔／脱離塔４において、前記と同様に、ＣＯ２および水蒸気を取り除き、空気を浄化した。その間、吸収塔／脱離塔６の再生を、吸収塔／脱離塔４で行ったのと同様の操作で行った。 When the processing amount of the absorption tower / desorption tower 6 reaches a predetermined amount, the valve 5 and the valve 8 are closed, the valve 3 and the valve 7 are opened, and the absorption tower / desorption tower 4 is operated in the same manner as described above. 2 and water vapor were removed to purify the air. Meanwhile, regeneration of the absorption tower / desorption tower 6 was performed in the same manner as that performed in the absorption tower / desorption tower 4.
以上のサイクルを続けることで、処理対象環境を連続的に浄化することが可能となった。なお、本実施例では、一実施形態として、２つ一組からなる吸収塔／脱離塔での装置を示したが、更に、複数の吸収塔／脱離塔を用いても、同様の装置の製作が可能であることが確認された。 By continuing the above cycle, the processing target environment can be continuously purified. In this example, as one embodiment, an apparatus using a pair of absorption towers / desorption towers is shown, but the same apparatus can be used even if a plurality of absorption towers / desorption towers are used. It was confirmed that the production of
以上詳述したように、本発明は、イオン液体を用いた環境浄化方法およびその装置に係るものであり、本発明により、イオン液体吸収液を用いて、高濃度の二酸化炭素を含む空気から、選択的に二酸化炭素を取り除き、空気を浄化することができ、二酸化炭素を吸収したイオン液体は、減圧あるいは真空下における処理により、容易に再生することが可能である。本発明では、イオン液体吸収液から二酸化炭素を脱離する再生工程を、常温近傍の非加熱条件で行うことで、これらのプロセスの消費エネルギーを削減することができる。 As described above in detail, the present invention relates to an environmental purification method and apparatus using an ionic liquid, and according to the present invention, from an air containing a high concentration of carbon dioxide using an ionic liquid absorbing liquid, Carbon dioxide can be selectively removed and air can be purified, and the ionic liquid that has absorbed carbon dioxide can be easily regenerated by treatment under reduced pressure or under vacuum. In the present invention, the regeneration process for desorbing carbon dioxide from the ionic liquid absorbing liquid is performed under non-heating conditions near room temperature, so that the energy consumption of these processes can be reduced.
宇宙空間では、高温を発生するのに必要なエネルギーは、非常に貴重であるが、減圧あるいは真空の環境は、容易に使用できるため、本発明の技術は、宇宙ステーションなどに利用することで、エネルギー効率を著しく向上することが可能となり、イオン液体を用いて、二酸化炭素の除去と吸収液の再生を、一組以上の吸収塔と脱離塔を用いて行うことで、連続的に環境を浄化する方法および装置として利用することが可能である。 In space, the energy required to generate high temperatures is very valuable, but a reduced pressure or vacuum environment can be used easily, so the technology of the present invention can be applied to a space station, etc. Energy efficiency can be remarkably improved. Using ionic liquid, carbon dioxide removal and absorption liquid regeneration can be performed using one or more pairs of absorption towers and desorption towers. It can be used as a purification method and apparatus.
本発明で用いるイオン液体吸収液は、不揮発性であり、常温において、二酸化炭素の着脱を、圧力スイングにより多数に渡り行うことができるため、吸収液を頻繁に交換すること無く、長期間に渡り、装置を稼働することが可能である。本発明は、吸湿性のあるイオン液体吸収液を用いることで、二酸化炭素と同時に、水蒸気成分を取り除き、環境を浄化することが可能な環境浄化方法および装置に関する新技術を提供するものとして有用である。 The ionic liquid absorbing liquid used in the present invention is non-volatile and can attach and detach carbon dioxide at room temperature over a large number of times by a pressure swing. It is possible to operate the device. INDUSTRIAL APPLICATION This invention is useful as what provides the new technique regarding the environmental purification method and apparatus which can remove a water vapor | steam component simultaneously with a carbon dioxide, and can purify an environment by using a hygroscopic ionic liquid absorption liquid. is there.
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