JP2015027647A - 酸性ガス吸収剤、酸性ガス除去方法及び酸性ガス除去装置 - Google Patents
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(上記式(1)中、R1、R3は炭素数2〜4のヒドロキシアルキル基を表し、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。但し、R1、R3は、直鎖状又は分岐鎖状の炭素原子数2〜4個のアルキル基の水素原子のうち、窒素原子に結合する炭素原子以外の炭素原子に結合する水素原子の少なくとも一つが、ヒドロキシル基で置換された基である。R2、R4は水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。但し、R2、R4のうちの少なくとも一つは水素原子を表す。x、yは、それぞれ独立に0〜6の整数を表し、1≦x+y≦6である。)
実施形態の酸性ガス吸収剤は、下記一般式(1)で表されるジアミン化合物を少なくとも1種含有することを特徴とする。
(上記式(1)中、R1、R3は炭素数2〜4のヒドロキシアルキル基を表し、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。但し、R1、R3は、直鎖状又は分岐鎖状の炭素原子数2〜4個のアルキル基の水素原子のうち、窒素原子に結合する炭素原子以外の炭素原子に結合する水素原子の少なくとも一つが、ヒドロキシル基で置換された基である。R2、R4は水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。但し、R2、R4のうちの少なくとも一つは水素原子を表す。x、yは、それぞれ独立に0〜6の整数を表し、1≦x+y≦6である。)
しかし、吸収液中のアミン成分の濃度が高すぎると、吸収剤に含まれる水が、二酸化炭素吸収に対する活性剤としての機能を十分に発揮できなくなる。また、吸収剤中のアミン成分の濃度が高すぎると、吸収剤の粘度が上昇するなどの欠点が無視できなくなる。ジアミン化合物(1)の含有量が50質量%以下の場合、吸収剤の粘度の上昇や、活性剤としての水の機能低下などの現象は見られない。また、ジアミン化合物(1)の含有量を15質量%以上とすることで、十分な二酸化炭素の吸収量、吸収速度を得ることができ、優れた処理効率を得ることができる。
また、上記の各実施形態の説明では、酸性ガス吸収剤、酸性ガス除去装置及び酸性ガス除去方法において、本発明の説明に直接必要とされない部分等についての記載を省略したが、これらについて必要とされる各要素を適宜選択して用いることができる。
1,2−ジアミノシクロブタン−N,N’−ジエタノールを45質量%、ピペラジンを5質量%となるように水に溶解させ、50mlの水溶液(以下、吸収液と示す。)とした。この吸収液を試験管に充填して40℃に加熱し、二酸化炭素(CO2)10体積%、窒素(N2)ガス90体積%含む混合ガスを流速500mL/minで通気して、試験管出口でのガス中の二酸化炭素(CO2)濃度を赤外線式ガス濃度測定装置(株式会社島津製作所製、商品名「CGT−700」)を用いて測定し、吸収性能を評価した。試験管内のアミン水溶液へのガス導入口には、1/8インチのテフロン(登録商標)チューブ(内径:1.59mm、外径:3.17mm)を用いて行った。また、上記のように混合ガスを40℃で吸収させた後の水溶液を80℃に加熱し、100%窒素(N2)ガスを流速500mL/minで通気し、吸収液中のCO2濃度を赤外線式ガス濃度測定装置を用いて測定して放出性能を評価した。吸収液の二酸化炭素吸収速度は、二酸化炭素の吸収を開始してから2分後の時点で計測した速度とした。
40℃での吸収液の二酸化炭素吸収量は、吸収液中のアミン化合物1mol当り0.62molであった。80℃での吸収液の二酸化炭素(CO2)吸収量は、アミン化合物1mol当り0.14molであった。40℃で二酸化炭素(CO2)を吸収させ、80℃で二酸化炭素(CO2)を脱離させる過程で、アミン化合物1mol当り0.48molのCO2が回収された。CO2吸収速度は0.036mol/L/minであった。
1,2−ジアミノシクロブタン−N,N’−ジエタノールに代えて、1,2−ジアミノシクロペンタン−N,N’−ジエタノールを用いたこと以外は、実施例1と同様にして吸収液(水溶液)を調製し、実施例1と同様の装置を用い、同条件下で二酸化炭素吸収量、二酸化炭素吸収速度及び反応熱を測定した。
吸収液中のアミン化合物1mol当り、40℃での二酸化炭素吸収量は0.63molであり、80℃での二酸化炭素吸収量は0.13molであり、吸収液中のアミン化合物1mol当り0.50molの二酸化炭素が回収された。CO2吸収速度は0.040mol/L/minであった。二酸化炭素吸収の反応熱は64kJ/molであった。
1,2−ジアミノシクロブタン−N,N’−ジエタノールに代えて、1,2−ジアミノシクロヘキサン−N,N’−ジエタノールを用いたこと以外は、実施例1と同様にして吸収液(水溶液)を調製し、実施例1と同様の装置を用い、同条件下で二酸化炭素吸収量、二酸化炭素吸収速度及び反応熱を測定した。
吸収液中のアミン化合物1mol当り、40℃での二酸化炭素吸収量は0.64molであり、80℃での二酸化炭素吸収量は0.12molであり、吸収液中のアミン化合物1mol当り0.52molの二酸化炭素が回収された。CO2吸収速度は0.038mol/L/minであった。二酸化炭素吸収の反応熱は63kJ/molであった。
1,2−ジアミノシクロブタン−N,N’−ジエタノールを40質量%、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールを5重量%、ピペラジンを5質量%となるように水に溶解させて50mlの吸収液を調製し、実施例1と同様の装置を用い、実施例1と同条件下で二酸化炭素吸収量、二酸化炭素吸収速度及び反応熱を測定した。
吸収液中のアミン化合物1mol当り、40℃での二酸化炭素吸収量は0.65molであり、80℃での二酸化炭素吸収量は0.15molであり、吸収液中のアミン化合物1mol当り0.50molの二酸化炭素が回収された。CO2吸収速度は0.039mol/L/minであった。二酸化炭素吸収の反応熱は66kJ/molであった。
n−ブチルジエタノールアミンを50質量%、ピペラジンを5質量%となるように水に溶解させ、50mlの水溶液(以下、吸収液と示す。)とした。その後、実施例1と同様の装置を用い、実施例1と同条件下で二酸化炭素吸収量、二酸化炭素吸収速度及び反応熱を測定した。
吸収液中のアミン化合物1mol当り、40℃での二酸化炭素吸収量は0.20molであり、80℃での二酸化炭素吸収量は0.08molであり、吸収液中のアミン化合物1mol当り0.12molの二酸化炭素が回収された。CO2吸収速度は0.023mol/L/minであった。二酸化炭素吸収の反応熱は64kJ/molであった。
なお、表1中、二酸化炭素吸収量及び二酸化炭素回収量は、吸収液に含まれるアミン化合物1mol当りの吸収量及び回収量をモル数で示したものである。
一方、アミン化合物として、鎖状アルキル基を有するブチルジエタノールアミン(BDEA)を用いた比較例1では、二酸化炭素回収量が0.12molと低く、また二酸化炭素吸収速度も小さかった。また、実施例1〜4の吸収液の、二酸化炭素1mol当たりの反応熱は、比較例1の吸収液と略同等であった。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Claims (9)
- 下記一般式(1)で表されるジアミン化合物を少なくとも1種含有することを特徴とする酸性ガス吸収剤。
(上記式(1)中、R1、R3は炭素数2〜4のヒドロキシアルキル基を表し、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。但し、R1、R3は、直鎖状又は分岐鎖状の炭素原子数2〜4個のアルキル基の水素原子のうち、窒素原子に結合する炭素原子以外の炭素原子に結合する水素原子の少なくとも一つが、ヒドロキシル基で置換された基である。R2、R4は水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。但し、R2、R4のうちの少なくとも一つは水素原子を表す。x、yは、それぞれ独立に0〜6の整数を表し、1≦x+y≦6である。) - 前記一般式(1)で示されるジアミン化合物において、R1及びR3が2−ヒドロキシエチル基である請求項1記載の酸性ガス吸収剤。
- 前記一般式(1)で示されるジアミン化合物の含有量が15〜50質量%である請求項1又は2記載の酸性ガス吸着剤。
- 前記アルカノールアミン類が2−(イソプロピルアミノ)エタノール、2−(エチルアミノ)エタノール及び2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールからなる群より選ばれる少なくとも一種である請求項4記載の酸性ガス吸収剤。
- 前記ヘテロ環状アミン化合物がピペラジン類からなる群より選ばれる少なくとも一種を包括する請求項4又は5記載の酸性ガス吸収剤。
- 前記ピペラジン類が、ピペラジン、2−メチルピペラジン、2,5−ジメチルピペラジン及び2,6−ジメチルピペラジンからなる群より選ばれる少なくとも一種である請求項6記載の酸性ガス吸収剤。
- 酸性ガスを含有するガスと、請求項1乃至7のいずれか1項記載の酸性ガス吸着剤とを接触させて、前記酸性ガスを含むガスから酸性ガスを除去することを特徴とする酸性ガス除去方法。
- 酸性ガスを含有するガスから酸性ガスを除去する酸性ガス除去装置であって、
請求項1乃至7のいずれか1項記載の酸性ガス吸収剤を収容し、酸性ガスを含有するガスと前記酸性ガス吸着剤とを接触させて前記ガスから酸性ガスを除去する吸収塔と、
前記吸収塔で吸収された酸性ガスを有する酸性ガス吸収剤を収容し、前記酸性ガス吸着剤から酸性ガスを除去して、前記吸収塔で再利用する酸性ガス吸着剤を再生する再生塔と、を有する酸性ガス除去装置。
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