JP2019098316A - 酸性ガス吸収剤、酸性ガスの除去方法および酸性ガス除去装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このようなことから、CO2吸収特性に優れ放散性を改善した新しい吸収液の開発が要求されている。
本発明の実施形態の酸性ガス吸収剤(第二の酸性ガス吸収剤)は、下記の一般式(1)で表されるアミン化合物および下記の一般式(3)または(3’)で表される環状アミン化合物を含んでなること、を特徴とするものである。
この酸性ガス吸収剤は、酸性ガスを分離する際に必要とするエネルギーが少ない。よって、実施形態の本発明によれば、効率良く低エネルギーで酸性ガスを除去できる方法および装置が提供される。
以下の実施態様では、主として、酸性ガスが二酸化炭素である場合を例に説明するが、本発明の実施形態に係る酸性ガス吸収剤は、硫化水素等、その他の酸性ガスに関しても同様の効果を得ることができる。実施態様による酸性ガス吸収剤は、二酸化炭素、硫化水素等の酸化性ガスの吸収に特に適している。
本発明の実施形態による第一の酸性ガス吸収剤は、下記の一般式(1)で表される特定のアミン化合物と、下記の一般式(2)で表される特定のアミノ酸塩化合物とを含んでなることを特徴とするものである。
上記一般式(1)中、R1のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基を用いることができる。特に好ましくはメチル基またはエチル基である。
1−[(2−ヒドロキシエチル)メチルアミノ]−2−プロパノール、
1−[(2−ヒドロキシエチル)エチルアミノ]−2−プロパノール、
1−[(2−ヒドロキシエチル)プロピルアミノ]−2−プロパノール、
1−[(2−ヒドロキシエチル)ブチルアミノ]−2−プロパノール、
1−[(3−ヒドロキシプロピル)メチルアミノ]−2−プロパノール、
1−[(3−ヒドロキシプロピル)エチルアミノ]−2−プロパノール、
1−[(3−ヒドロキシプロピル)プロピルアミノ]−2−プロパノール、
1−[(3−ヒドロキシプロピル)ブチルアミノ]−2−プロパノール、
4−[(2−ヒドロキシエチル)メチルアミノ]−2−ブタノール、
4−[(2−ヒドロキシエチル)エチルアミノ]−2−ブタノール、
4−[(2−ヒドロキシエチル)プロピルアミノ]−2−ブタノール、
4−[(2−ヒドロキシエチル)ブチルアミノ]−2−ブタノール、
4−[(3−ヒドロキシプロピル)メチルアミノ]−2−ブタノール、
4−[(3−ヒドロキシプロピル)エチルアミノ]−2−ブタノール、
4−[(3−ヒドロキシプロピル)プロピルアミノ]−2−ブタノール、
4−[(3−ヒドロキシプロピル)ブチルアミノ]−2−ブタノールなどが挙げられる。
酸性ガス吸収剤に含まれる一般式(1)で表される特定のアミン化合物の含有量は、10〜60質量%であることが好ましい。
従来より、アミノ酸塩を吸収液として使用することが知られている。しかし、酸性ガスの吸収量や放散性の更なる向上が求められている。
Mは、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等の任意のアルカリ金属でありえるが、本発明の実施形態では、ナトリウムおよびカリウムが、アミノ酸塩の分子量が大きくなりすぎない点で特に好ましい。
本発明の実施形態による酸性ガス吸収剤は、一般式(1)のアミンと一般式(2)で表されるアミノ酸塩化合物とを含むものであって、例えば水等の溶媒と、必要に応じて各種の補助材料等と混合したうえで、例えば酸性ガス吸収方法ないし酸性ガス吸収装置の酸性ガス吸収剤として好適なものである。ここで、補助材料の具体例には、例えば、酸化防止剤、pH調整剤、消泡剤、防食剤等が包含される。
本発明の実施形態による第二の酸性ガス吸収剤は、一般式(1)で表される特定のアミン化合物と、一般式(3)または(3’)で表される環状アミン化合物とを含んでなることを特徴とするものである。
本発明の第二の酸性ガス吸収剤は、必須成分として、一般式(1)で表されるアミン化合物を含んでなるものである。なお、第二の酸性ガス吸収剤におけるアミン化合物は、本発明の第一の酸性ガス吸収剤の項において詳述したものを用いることができる。
R7としては、特に、水素原子、メチル基、水酸基、ヒドロキシメチル基およびヒドロキシエチル基が好ましい。pは、3〜8が好ましく、qは、特に2〜4が好ましい。
一般式(3)で表される環状アミン化合物と一般式(3’)で表される環状アミン化合物とを併用することができる。
本発明の実施形態による酸性ガス吸収剤は、一般式(1)のアミン化合物と一般式(3)または(3’)で表される環状アミン化合物を含んでなるものであって、例えば水等の溶媒と、必要に応じて各種の補助材料等と混合したうえで、例えば酸性ガス吸収方法ないし酸性ガス吸収装置の酸性ガス吸収剤として好適なものである。ここで、補助材料の具体例には、例えば、酸化防止剤、pH調整剤、消泡剤、防食剤等が包含される。そのような各種の補助材料等としては、本発明の第二の酸性ガス吸収剤の項において詳述したものを用いることができる。
本発明の実施形態による酸性ガスの除去方法は、酸性ガスを含有するガスと、前記の第一または第二の酸性ガス吸収剤とを接触させ、前記の酸性ガスを含むガスから酸性ガスを除去するもの、である。
本発明の実施形態による酸性ガス除去装置は、酸性ガスを含有するガスと、前記の第一または第二の酸性ガス吸収剤とを接触させ、この酸性ガス吸収剤に酸性ガスを吸収させることにより前記の酸性ガスを含有するガスから酸性ガスを除去する吸収器と、
この酸性ガスを吸収した酸性ガス吸収剤から酸性ガスを脱離させて、この酸性ガス吸収剤を再生する再生器とを有し、
前記の再生器で再生した前記の酸性ガス吸収剤を前記の吸収器にて再利用する酸性ガス除去装置であること、を特徴とする。
この酸性ガス除去装置1は、酸性ガスを含むガス(例えば、排気ガス)と酸性ガス吸収剤とを接触させ、この酸性ガスを含むガスから酸性ガスを吸収させて除去する吸収器2と、酸性ガスを吸収した酸性ガス吸収剤から酸性ガスを分離し、酸性ガス吸収剤を再生する再生器3と、を備えている。以下、酸性ガスが二酸化炭素である場合を例に説明する。
<実施例1>
1−[(2−ヒドロキシエチル)メチルアミノ]−2−プロパノールを45質量%、ピロリジン−2−カルボン酸ナトリウム塩を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400mL/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。
なお、吸収速度は、酸性ガスの最大吸収量の1/2における速度であって、
(最大吸収量の1/2) / (最大吸収量の1/2の前後10秒) から算出した。
ピロリジン−2−カルボン酸ナトリウム塩に代えてピペリジン−2−カルボン酸ナトリウム塩を用いたこと以外は、実施例1と同様にして吸収液を調製し、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、アミン化合物の回収量、放散量を測定した。
1−[(2−ヒドロキシエチル)メチルアミノ]−2−プロパノールを45質量%、ピロリジン−2−カルボン酸ナトリウム塩3質量%、ピペラジン1質量%を用いた以外は、実施例1と同様にして吸収液を調製し、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、アミン化合物の回収量、放散量を測定した。
1−[(2−ヒドロキシエチル)メチルアミノ]−2−プロパノールに代えて2−[(3−ヒドロキシブチル)メチルアミノ]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、アミン化合物の回収量、放散量を測定した。
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0.33mol、120℃での二酸化炭素吸収量は、吸収液中のアミン化合物1mol当り0.04molであり、回収量は0.29molであった。吸収速度は5.2×10−3mol/mol/minであった。一方、放散性は5ppm程度であった。
1−[(2−ヒドロキシエチル)メチルアミノ]−2−プロパノールに代えてメチルアミノジイソプロパ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、アミン化合物の回収量、放散量を測定した。
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0.33mol、120℃での二酸化炭素吸収量は、吸収液中のアミン化合物1mol当り0.05molであり、回収量は0.28molであった。吸収速度は5.1×10−3mol/mol/minであった。一方、放散性は5ppm程度であった。
1−[(2−ヒドロキシエチル)メチルアミノ]−2−プロパノールを30質量%、ピペラジンエタノールを20質量%を用いたこと以外は、実施例1と同様にして吸収液を調製し、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、アミン化合物の回収量、放散量を測定した。
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0.41mol、120℃での二酸化炭素吸収量は、吸収液中のアミン化合物1mol当り0.05molであり、回収量は0.36molであった。吸収速度は9.9×10−3mol/mol/minであった。一方、放散性は5ppm程度であった。
1−[(2−ヒドロキシエチル)メチルアミノ]−2−プロパノールを20質量%、ピペラジンエタノールを30質量%を用いたこと以外は、実施例1と同様にして吸収液を調製し、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、アミン化合物の回収量、放散量を測定した。
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0.51mol、120℃での二酸化炭素吸収量は、吸収液中のアミン化合物1mol当り0.05molであり、回収量は0.46molであった。吸収速度は11.1×10−3mol/mol/minであった。一方、放散性は6ppm程度であった。
1−[(3−ヒドロキシプロピル)メチルアミノ]−2−プロパノールを30質量%、ピペラジンエタノールを20質量%を用いたこと以外は、実施例1と同様にして吸収液を調製し、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、アミン化合物の回収量、放散量を測定した。
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0.40mol、120℃での二酸化炭素吸収量は、吸収液中のアミン化合物1mol当り0.05molであり、回収量は0.35molであった。吸収速度は9.0×10−3mol/mol/minであった。一方、放散性は8ppm程度であった。
1−[(2−ヒドロキシエチル)メチルアミノ]−2−プロパノールを30質量%、4−(ヒドロキシメチル)ピペリジンを20質量%用いたこと以外は、実施例1と同様にして吸収液を調製し、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、アミン化合物の回収量、放散量を測定した。
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0.38mol、120℃での二酸化炭素吸収量は、吸収液中のアミン化合物1mol当り0.05molであり、回収量は0.33molであった。吸収速度は8.5×10−3mol/mol/minであった。一方、放散性は9ppm程度であった。
1−[(2−ヒドロキシエチル)メチルアミノ]−2−プロパノールを30質量%、ピペラジンエタノールを15質量%、ピペラジン2質量%用いたこと以外は、実施例1と同様にして吸収液を調製し、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、アミン化合物の回収量、放散量を測定した。
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0.40mol、120℃での二酸化炭素吸収量は、吸収液中のアミン化合物1mol当り0.06molであり、回収量は0.34molであった。吸収速度は8.3×10−3mol/mol/minであった。一方、放散性は7ppm程度であった。
メチルアミノジイソプロパノールを30質量%、ピペラジンエタノールを20質量%用いたこと以外は、実施例1と同様にして吸収液を調製し、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、アミン化合物の回収量、放散量を測定した。
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0.40mol、120℃での二酸化炭素吸収量は、吸収液中のアミン化合物1mol当り0.05molであり、回収量は0.35molであった。吸収速度は9.2×10−3mol/mol/minであった。一方、放散性は8ppm程度であった。
1−[(2−ヒドロキシエチル)メチルアミノ]−2−プロパノールを30質量%、4−ヒドロキシピペリジンを20質量%を用いたこと以外は、実施例1と同様にして吸収液を調製し、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、アミン化合物の回収量、放散量を測定した。
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0.43mol、120℃での二酸化炭素吸収量は、吸収液中のアミン化合物1mol当り0.08molであり、回収量は0.35molであった。吸収速度は10.6×10−3mol/mol/minであった。一方、放散性は9ppm程度であった。
メチルイミノジエタノールを45質量%、ピロリジン−2−カルボン酸ナトリウム塩を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と同様の装置を用い、同条件下で二酸化炭素吸収量、アミン化合物の回収量、放散量を測定した。
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0.28mol、120℃での二酸化炭素吸収量は、吸収液中のアミン化合物1mol当り0.06molであり、回収量は0.22molであった。吸収速度は4.9×10−3mol/mol/minであった。一方、放散性は4ppm程度であった。
メチルイミノジエタノール30質量%、ピペラジンエタノールを20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と同様の装置を用い、同条件下で二酸化炭素吸収量、アミン化合物の回収量、放散量を測定した。
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0.36mol、120℃での二酸化炭素吸収量は、吸収液中のアミン化合物1mol当り0.05molであり、回収量は0.31molであった。吸収速度は8.0×10−3mol/mol/minであった。一方、放散性は5ppm程度であった。
表1に、40℃での二酸化炭素吸収量、120℃における吸収量、及び放散性試験におけるアミン化合物の回収量の測定結果を示す。
表1から明らかなように、本発明の実施形態の実施例の吸収液では、比較例に比べて二酸化炭素吸収量が多く、回収量も多い。さらに、吸収速度が速い。放散性はほぼ同等であった。
Claims (10)
- 下記の一般式(1)で表されるアミン化合物および下記の一般式(2)で表されるアミノ酸塩化合物を含んでなることを特徴とする、酸性ガス吸収剤。
- 上記の一般式(1)で表されるアミン化合物が、
1−[(2−ヒドロキシエチル)メチルアミノ]−2−プロパノール、
1−[(2−ヒドロキシエチル)エチルアミノ]−2−プロパノール、
1−[(2−ヒドロキシエチル)プロピルアミノ]−2−プロパノール、
1−[(2−ヒドロキシエチル)ブチルアミノ]−2−プロパノール、
1−[(3−ヒドロキシプロピル)メチルアミノ]−2−プロパノール、
1−[(3−ヒドロキシプロピル)エチルアミノ]−2−プロパノール、
1−[(3−ヒドロキシプロピル)プロピルアミノ]−2−プロパノール、
1−[(3−ヒドロキシプロピル)ブチルアミノ]−2−プロパノール、
4−[(2−ヒドロキシエチル)メチルアミノ]−2−ブタノール、
4−[(2−ヒドロキシエチル)エチルアミノ]−2−ブタノール、
4−[(2−ヒドロキシエチル)プロピルアミノ]−2−ブタノール、
4−[(2−ヒドロキシエチル)ブチルアミノ]−2−ブタノール、
4−[(3−ヒドロキシプロピル)メチルアミノ]−2−ブタノール、
4−[(3−ヒドロキシプロピル)エチルアミノ]−2−ブタノール、
4−[(3−ヒドロキシプロピル)プロピルアミノ]−2−ブタノール、および
4−[(3−ヒドロキシプロピル)ブチルアミノ]−2−ブタノールからなる群から選ばれたものである、請求項1に記載の酸性ガス吸収剤。 - 上記の一般式(2)で表されるアミノ酸塩化合物が、エチレンイミン−2−カルボン酸ナトリウム塩、アゼチジン−2−カルボン酸ナトリウム塩、アゼチジン−3−カルボン酸ナトリウム塩、ピロリジン−2−カルボン酸ナトリウム塩、ピロリジン−3−カルボン酸ナトリウム塩、ピペリジン−2−カルボン酸ナトリウム塩、ピペリジン−3−カルボン酸ナトリウム塩、ピペリジン−4−カルボン酸ナトリウム塩、およびこれらのカルボン酸のカリウム塩からなる群から選ばれたものである、請求項1または2に記載の酸性ガス吸収剤。
- 前記酸性ガス吸収剤の全量を100質量%として、前記の一般式(1)で表されるアミン化合物の含有量が10〜60質量%、前記の一般式(2)で表されるアミノ酸塩化合物の含有量が1〜30質量%である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の酸性ガス吸収剤。
- 下記の一般式(1)で表されるアミン化合物および下記の一般式(3)または(3’)で表される環状アミン化合物を含んでなることを特徴とする、酸性ガス吸収剤。
- 上記の一般式(1)で表されるアミン化合物が、
1−[(2−ヒドロキシエチル)メチルアミノ]−2−プロパノール、
1−[(2−ヒドロキシエチル)エチルアミノ]−2−プロパノール、
1−[(2−ヒドロキシエチル)プロピルアミノ]−2−プロパノール、
1−[(2−ヒドロキシエチル)ブチルアミノ]−2−プロパノール、
1−[(3−ヒドロキシプロピル)メチルアミノ]−2−プロパノール、
1−[(3−ヒドロキシプロピル)エチルアミノ]−2−プロパノール、
1−[(3−ヒドロキシプロピル)プロピルアミノ]−2−プロパノール、
1−[(3−ヒドロキシプロピル)ブチルアミノ]−2−プロパノール、
4−[(2−ヒドロキシエチル)メチルアミノ]−2−ブタノール、
4−[(2−ヒドロキシエチル)エチルアミノ]−2−ブタノール、
4−[(2−ヒドロキシエチル)プロピルアミノ]−2−ブタノール、
4−[(2−ヒドロキシエチル)ブチルアミノ]−2−ブタノール、
4−[(3−ヒドロキシプロピル)メチルアミノ]−2−ブタノール、
4−[(3−ヒドロキシプロピル)エチルアミノ]−2−ブタノール、
4−[(3−ヒドロキシプロピル)プロピルアミノ]−2−ブタノール、および
4−[(3−ヒドロキシプロピル)ブチルアミノ]−2−ブタノールからなる群から選ばれたものである、請求項5に記載の酸性ガス吸収剤。 - 上記の一般式(3)または(3’)で表される環状アミン化合物が、2−アゼチジルメタノール、2−(2−アミノエチル)アゼチジン、2−ピロリジルメタノール、2−(2−アミノエチル)ピロリジン、4−ヒドロキシピペリジン、2−ピペリジンメタノール、3−ピペリジンエタノール、2−(2−アミノエチル)ピロリジン、1−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン、2−(ヒドロキシメチル)ピペラジンからなる群から選ばれたものである、請求項5または6に記載の酸性ガス吸収剤。
- 前記酸性ガス吸収剤の全量を100質量%として、前記の一般式(1)で表されるアミン化合物の含有量が10〜60質量%、前記の一般式(3)または(3’)で表される環状アミン化合物の含有量が1〜50質量%である、請求項5〜7のいずれか1項に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1〜8のいずれか1項記載の酸性ガス吸収剤とを接触させて、前記の酸性ガスを含むガスから酸性ガスを除去することからなることを特徴とする、酸性ガスの除去方法。
- 酸性ガスを含有するガスと請求項1〜8のいずれか1項に記載の酸性ガス吸収剤との接触によって、この酸性ガス吸収剤に酸性ガスを吸収させることにより前記の酸性ガスを含有するガスから酸性ガスを除去する吸収器と、
この酸性ガスを吸収した酸性ガス吸収剤から酸性ガスを脱離させて、この酸性ガス吸収剤を再生する再生器とを有し、
前記の再生器で再生した前記の酸性ガス吸収剤を前記の吸収器にて再利用する酸性ガス除去装置であることを特徴とする、酸性ガス除去装置。
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