JP5662327B2 - 二酸化炭素吸収液 - Google Patents

二酸化炭素吸収液 Download PDF

Info

Publication number
JP5662327B2
JP5662327B2 JP2011532797A JP2011532797A JP5662327B2 JP 5662327 B2 JP5662327 B2 JP 5662327B2 JP 2011532797 A JP2011532797 A JP 2011532797A JP 2011532797 A JP2011532797 A JP 2011532797A JP 5662327 B2 JP5662327 B2 JP 5662327B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon dioxide
absorbent
amino acid
pyrrolidine
absorption
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2011532797A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2011036713A1 (ja
Inventor
井 伸 次 村
井 伸 次 村
藤 聡 斎
藤 聡 斎
松 武 彦 村
松 武 彦 村
沢 幸 繁 前
沢 幸 繁 前
久保木 貴 志
貴 志 久保木
藤 康 博 加
藤 康 博 加
村 玲 子 吉
村 玲 子 吉
戸 裕 子 渡
戸 裕 子 渡
藤 亜 里 近
藤 亜 里 近
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Publication of JPWO2011036713A1 publication Critical patent/JPWO2011036713A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5662327B2 publication Critical patent/JP5662327B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1493Selection of liquid materials for use as absorbents
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456Removing acid components
    • B01D53/1475Removing carbon dioxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/50Carbon dioxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2252/00Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/20Organic absorbents
    • B01D2252/204Amines
    • B01D2252/20436Cyclic amines
    • B01D2252/20447Cyclic amines containing a piperazine-ring
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2252/00Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/20Organic absorbents
    • B01D2252/204Amines
    • B01D2252/20478Alkanolamines
    • B01D2252/20489Alkanolamines with two or more hydroxyl groups
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2252/00Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/20Organic absorbents
    • B01D2252/204Amines
    • B01D2252/20494Amino acids, their salts or derivatives
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2252/00Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/50Combinations of absorbents
    • B01D2252/504Mixtures of two or more absorbents
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Description

本発明は、混合ガスから二酸化炭素を除く二酸化炭素吸収液に関する。
近年、地球温暖化現象の一因として大気中の二酸化炭素濃度の上昇が指摘され、二酸化炭素排出抑制への機運が高まっている。大気から二酸化炭素を分離する方法としては、二酸化炭素を、吸収剤を含む二酸化炭素吸収液と反応させて生成物を生成させ、その生成物を回収する吸収法が知られている。回収された生成物は、二酸化炭素と吸収剤に分解し吸収剤を二酸化炭素吸収液として再生させる。
二酸化炭素吸収液に含まれる吸収剤としてはアルカノールアミンが知られているが、アルカノールアミンは二酸化炭素の吸収放出速度が遅い。そこで、吸収剤として鎖状のアミノ酸塩を用いることとした二酸化炭素分離用の混合吸収剤が開示されている(特許文献1参照。)。
特開2008−136989号公報
しかしながら、上述の二酸化炭素分離用の混合吸収剤は二酸化炭素と反応して生じる生成物が沈殿するため、生成物を二酸化炭素と吸収剤に分離させるのが困難であり、吸収剤を二酸化炭素吸収液に再生させることが困難である。
従って本発明は、上記問題点を解決するために成されたもので、二酸化炭素吸収量が多く、二酸化炭素と反応して生じる生成物が沈殿しにくい二酸化炭素吸収液を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の二酸化炭素吸収液は、環を構成する元素に窒素原子を少なくとも1個含む複素環にカルボキシル酸塩が少なくとも1個結合したアミノ酸塩を水溶液中に含むことを特徴としている。
本発明の二酸化炭素吸収液は、環を構成する元素に窒素原子を少なくとも1個含む複素環にカルボキシル酸塩が少なくとも1個結合したアミノ酸塩を吸収剤とするので、二酸化炭素吸収量と二酸化炭素吸収放出速度が大きい。また、本発明による二酸化炭素吸収液は、二酸化炭素と反応して生じる生成物が沈殿しにくい。
本発明によれば二酸化炭素吸収量が多く、二酸化炭素と反応して生じる生成物が沈殿しにくい、二酸化炭素吸収液を得ることができる。
本発明の一実施形態に係る二酸化炭素吸収液について説明する。二酸化炭素吸収液は、二酸化炭素と反応する吸収剤を含む水溶液である。本実施例における二酸化炭素吸収液は、塩基性である。二酸化炭素吸収液は、二酸化炭素を吸収吸する吸収塔と、二酸化炭素を吸収して生じた生成物から吸収剤を分離する再生塔の間を循環する。吸収塔と再生塔との間には、吸収塔から再生塔へ二酸化炭素吸収液を送るパイプと再生塔から吸収塔へ二酸化炭素吸収液を送るパイプが設けられている。吸収塔においては、吸収剤は常温で工場や発電所で排出されたガスに含まれる二酸化炭素と反応して生成物を生じる。再生塔においては、高温で生成物から二酸化炭素が分離されることによって二酸化炭素吸収液が再生され、吸収塔で使用される。
化1は、本発明の実施例1に係る二酸化炭素吸収液に含まれる吸収剤の分子の一例である。
Figure 0005662327
化1で表される吸収剤は、m+p個の炭素原子とn個の窒素原子で構成される複素環を有し、複素環を構成するm+p個の炭素原子のうちp個の炭素分子にはカルボキシル酸塩が結合した、アミノ酸塩である。RはHあるいは炭素数1〜18の置換非置換のアルキル基あるは芳香族基である。mとnとpは、いずれも1以上の整数を表す値である。
複素環を構成する炭素原子と窒素原子は、炭素原子同士が連続し窒素原子同士が連続して結合していても良いし、炭素原子と窒素原子が規則的に、または不規則的に結合していても良い。
複素環を構成する窒素は、水素が1つ結合した第2級アミノ基か、あるいは水素以外の官能基が結合した第3級アミノ基である。
分子構造が化1で表わされる吸収剤を含んだ二酸化炭素吸収液に二酸化炭素が接触すると、複素環を構成する窒素が第2級アミノ基(R2NH)である場合、次のように反応する。
Figure 0005662327
一方、複素環を構成する窒素が第3級アミノ基(RN)である場合、次のように反応する。
Figure 0005662327
化1で表わされる吸収剤は環状構造を有するが、この環状構造によって分子の分極率が高まる。つまり、アミノ基は求核性が高く、カルボキシル酸塩は求電子性が高くなる。
化1で表される吸収剤は、複素環を構成する窒素が第2級アミノ基である場合は数1のように二酸化炭素と反応して化2で表される生成物と化3で表される生成物を、複素環を構成する窒素が第3級のアミノ基である場合は数2のように二酸化炭素と反応して化4で表される生成物と炭酸水素イオン(HCO )を生じる。
Figure 0005662327
Figure 0005662327
Figure 0005662327
数1と数2に示すように、二酸化炭素は吸収剤のアミノ基に引き寄せられて吸収剤と反応するので、アミノ基の求核性が高いほど二酸化炭素を引き寄せる力が強い。従って、化1で表される吸収剤は二酸化炭素と反応しやすいため、二酸化炭素吸収速度が大きい。
また、化1で表される吸収剤と二酸化炭素が反応して得られた生成物を加熱すると、数1または数2の逆反応が生じ、生成物から二酸化炭素が取り出され、吸収剤が再生される。この逆反応は再生塔において行われる。環状アミノ酸は、加熱されると非加熱状態に比べて分極率が大きく低減する。従って、加熱された化1で表される吸収剤のアミノ基は二酸化炭素を引き寄せる力が相対的に弱いので、二酸化炭素放出量が大きい。
また、二酸化炭素吸収液は水溶液であるため、吸収剤は、極性が高いほど二酸化炭素吸収液に多く溶解することができる。二酸化炭素吸収液中の吸収剤の量が増えると、二酸化炭素吸収液の単位体積あたりの二酸化炭素吸収量が増える。二酸化炭素吸収液の二酸化炭素吸収量が多く、また二酸化炭素吸収速度が大きいと、短時間で大量の二酸化炭素を吸収することができる。また二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収液の二酸化炭素放出量が多いと、二酸化炭素吸収液を繰り返し使用することが可能である。
また、化1で表される吸収剤が二酸化炭素と反応して生じる化2で表される生成物、化3で表される生成物および化4で表される生成物も環状構造を有するので、分極率が高く、水溶性が高いので、沈殿を生じにくい。
また、環状構造は鎖状構造よりも構成原子同士の結合が強いので、本発明による二酸化炭素吸収液の吸収剤は繰り返し再生させても分解しにくい。
さらに、本発明による二酸化炭素吸収液は、塩であるために、揮発しにくい。塩は蒸気圧がきわめて小さい。本発明による二酸化炭素吸収液の吸収剤は、カルボキシル酸塩であるため、揮発しにくく、繰り返し使用しても二酸化炭素吸収液の二酸化炭素吸収量が減少しにくい。
複素環を構成する窒素が第2級アミノ基である場合には、二酸化炭素分子1つを回収するのに吸収剤分子を2つ要するが、複素環を構成する窒素が第3級アミノ基である場合には、二酸化炭素分子1つを回収するのに吸収剤分子1つで足りる。したがって、複素環を構成する窒素分子は第3級アミノ基であるときの方が、二酸化炭素を回収する効率が高い。
複素環の炭素に結合したp個のカルボキシル基は任意の金属原子Meと塩を形成する。特にK、NaまたはCsなどのアルカリ金属が好ましい。アルカリ金属は分子内の分極を大きくする。
本発明による二酸化炭素吸収液に含まれる吸収剤はカルボキシル酸塩を有するので、二酸化炭素吸収量が減少する虞がない。カルボキシル酸塩がカルボキシル基の場合、二酸化炭素吸収液は塩基性であるため、カルボキシル基は、酸素原子が負の電荷を持ったカルボキシル基イオンとして存在する。一方アミノ基には窒素原子に水素原子が1つ結合してアミノ基イオンとして二酸化炭素吸収液中で存在し、アミノ基の窒素は正の電荷を持つ。従って、カルボキシル基イオンの負の電荷を持った酸素は、アミノ基の窒素と結合しやすい。カルボキシル基イオンの酸素とアミノ基の窒素が結合すると、二酸化炭素が吸収剤のアミノ基に結合することができず、結果として二酸化炭素吸収液の二酸化炭素吸収量が減少する。しかし、本発明における吸収剤は、カルボキシル基でなくカルボキシル酸塩を有するため、塩基性の二酸化炭素吸収液中でもカルボキシル基イオンを生じにくいので、二酸化炭素吸収量が減少する虞がない。
化1で表わされる、環を構成する元素に窒素原子を少なくとも1個含む複素環にカルボキシル酸塩が少なくとも1個結合したアミノ酸塩としては、化3で表される吸収剤1または化5で表わされる吸収剤2の他に、例えば次のようなものがある。アザシクロプロピル−2−カルボン酸塩、アザシクロプロパン−1、2−ジカルボン酸塩、アゼチジン−2−カルボン酸塩、アゼチジン−3−カルボン酸塩、アゼチジン−2,3−ジカルボン酸塩、アゼチジン−2、4−ジカルボン酸塩、アゼチジン−2、3、4−トリカルボン酸塩、ピロリジン−2−カルボン酸塩(プロリン塩)、ピロリジン−3−カルボン酸塩、ピロリジン−2,3−ジカルボン酸塩、ピロリジン−2,4−ジカルボン酸塩、ピロリジン−2,5−ジカルボン酸塩、ピロリジン−2,3,4−トリカルボン酸塩、ピロリジン−2,3,5−トリカルボン酸塩、ピロリジン−2,3,4、5−テトラカルボン酸塩、ピペリジン−2−カルボン酸塩(ピペコリン酸塩)、ピペリジン−3−カルボン酸塩、ピペリジン−4−カルボン酸塩、ピペリジン−2、3−ジカルボン酸塩、ピペリジン−2、4−ジカルボン酸塩、ピペリジン−2、5−ジカルボン酸塩、ピペリジン−2、6−ジカルボン酸塩、ピペリジン−3,4−ジカルボン酸塩、ピペリジン−3,5−ジカルボン酸塩、ピペリジン−2,3,4−トリカルボン酸塩、ピペリジン−2,3,4−トリカルボン酸塩、ピペリジン−2,3,5−トリカルボン酸塩、ピペリジン−2,3,6−トリカルボン酸塩、ピペリジン−3,4、5−トリカルボン酸塩、ヘキサヒドロ−1H−アゼピン−2−カルボン酸塩などである。
これらの吸収剤も、吸収剤1または吸収剤2と同様に、環を構成する元素に窒素原子を含む複素環を有するので二酸化炭素吸収量と二酸化炭素放出量が多く、また二酸化炭素吸収速度が高い。
本発明による二酸化炭素吸収液に含まれる吸収剤の環を構成する原子の数は、3個以上8個以下であることが望ましい。環を構成する原子の数が8個以上であると分子量が大きすぎて、水溶性が低くなる場合がある。
環を構成する窒素原子の数は、複数個あってもよいが、その窒素原子が第2級アミノ基である場合には窒素の数は最大4個以下であることが好ましい。第2級のアミノ基が5個以上あると分子内の窒素原子同士が引き合うことにより、分子全体として分極率が小さくなるので、二酸化炭素の吸収量が低下する。
また、環状構造を構成する炭素原子に結合するカルボキシル酸塩は4個以下であることが好ましい。カルボキシル酸塩が5個以上あると、1分子あたりのアミノ基の存在比が小さくなり、分子の分極率が小さくなる結果、二酸化炭素の吸収量が低下する恐れがあるためである。
この他、本発明による二酸化炭素吸収液に含まれる吸収剤の環を構成する原子は、炭素と窒素を少なくとも1つずつ含んでいれば、他の原子も含んでいても良い。
また、環を構成する炭素原子に水酸基や、第1級または第2級または第3級アミノ基や、スルホン酸基や、炭素数1〜18個の置換非置換の鎖あるいは分岐のアルキル基や、置換非置換の芳香族などが結合していてもよい。
本発明による二酸化炭素吸収液中の吸収剤の割合は、1〜50重量%の範囲内にあることが好ましい。吸収剤の濃度が1%以下である場合には、二酸化炭素吸収液の体積に対する二酸化炭素吸収量が少なくなる。吸収剤の濃度が50%以上である場合には、吸収液の粘度が高すぎて吸収液の流速が遅くなり、吸収塔と再生塔との間を循環させるのが困難になる。
二酸化炭素吸収液に、化1で表される吸収剤に加えて、アミン化合物を1種類、または複数種類加えても良い。アミン化合物としては、例えば、第1級のアミノ基を持つ鎖状又は環状のアルカノールアミン、第2級のアミノ基を持つ鎖状又は環状のアルカノールアミン、第3級のアミノ基を持つ鎖状又は環状のアルカノールアミン、環を構成する元素に窒素を含む複素環アミン化合物などがある。
各級のアミン化合物は以下のような特性を有する。第1級アミノ基の窒素原子は、二酸化炭素が二酸化炭素吸収液に接触した直後の二酸化炭素吸収速度を向上させる。また、第2級アミノ基の窒素原子は、二酸化炭素吸収量が飽和点に達する直前の二酸化炭素吸収速度を向上させる。第3級アミノ基の窒素原子は、二酸化炭素吸収容量を増大させる。また、第3級アミノ基によると、二酸化炭素の吸収と放出をバランスよく再現させることができるので、生成物から吸収剤を分離するのに要するエネルギーが小さい。
二酸化炭素吸収液から吸収剤を分離する工程で消費するエネルギーは、二酸化炭素吸収液が吸収塔と再生塔の間を循環する全工程で消費するエネルギーのうちの約50〜80%を占める。すなわち、吸収剤を分離する工程で消費されるエネルギーを小さくすることより、全工程の消費エネルギーを小さくすることができる。
このようなアミン化合物を本発明による二酸化炭素吸収液に加えると、本発明による二酸化炭素吸収液の効果にアミン化合物の効果が加わり、二酸化炭素吸収速度をさらに大きくしたり、二酸化炭素吸収量をさらに増やしたり、または、二酸化炭素吸収液を再生させるエネルギーを小さくしたりすることができる。
具体的な鎖状のアミン化合物の例としては、モノエタノールアミン、2-メチルアミノエタノール、2-エチルアミノエタノール、2-プロピルアミノエタノール、n-ブチルアミノエタノール、2-(イソプロピルアミノ)エタノール、3-エチルアミノプロパノール、トリエタノールアミン、ジエタノールアミンなどが挙げられる。
また、環状のアミン化合物としては、ピペラジン、2−メチルピペラジン、1,4ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、ヘキサメチレンテトラミン、ピロリジン、ピペリジン、アゼチジン、オクタヒドロアゾシン、ヘキサヒドロ−1H−アゼピンなどが挙げられる。
二酸化炭素吸収液中にアミン化合物を加える場合には、アミン化合物は本発明による二酸化炭素吸収液の吸収剤に対する重量比を10倍以下とするのが好ましい。アミン化合物は揮発や分解や析出を生じやすいので、アミン化合物が本発明による二酸化炭素吸収液に含まれる吸収剤に対して10倍より多いと、揮発や分解や析出が顕著に現れる場合がある。
また、本発明による二酸化炭素吸収液は、上記化合物と水の他に、吸収性能を向上させる含窒素化合物、酸化防止剤、pH調整剤等その他化合物を任意の割合で含有していてもよい。
(実施例1)
化1に示す吸収剤の具体的な例としては、化5で表される吸収剤1が挙げられる。
Figure 0005662327
吸収剤1は、1−アザアゼチジン−3−カルボン酸カリウム塩である。炭素原子3つと窒素原子1つから構成される4員環とカルボキシル酸カリウム塩を有する。4員環を構成する炭素原子のうち、窒素原子と対向する炭素にはカルボキシル酸塩カリウム塩が結合している。
またカルボキシル基は、カリウムと塩を形成している。
吸収剤1は、二酸化炭素と数1で表される反応を経て、化6で表される生成物と化7で表される生成物を生じる。
Figure 0005662327
Figure 0005662327
また、化1に示す吸収剤の他の具体的な例としては、化8で表される吸収剤2が挙げられる。
Figure 0005662327
吸収剤2は、ピロリジン-2-カルボン酸塩である。炭素原子4つと窒素原子1つから構成される5員環とカルボキシル酸塩を有する。5員環を構成する炭素原子の一つには、同じ5員環を構成する窒素原子と、カルボキシル酸塩とが結合している。つまり、吸収剤2は1つの炭素原子にアミノ基とカルボキシル基が結合したαアミノ酸である。
アミノ基とカルボキシル基が同じ炭素に結合している場合、アミノ基とカルボキシル基がそれぞれ別の炭素に結合している場合と比べてアミノ基とカルボキシル基の距離が近いので、分子の分極率が大きい。つまり、吸収剤1は分子内の分極率が大きいので水溶性が高く、吸収剤1を含む二酸化炭素吸収液は多量の二酸化炭素を回収することができる。
カルボキシル基は、カリウムと塩を形成している。
吸収剤2は、二酸化炭素と数1で表される反応を経て、化9で表される生成物と化10で表される生成物を生じる。
Figure 0005662327
Figure 0005662327
吸収剤1と吸収剤2それぞれについて、二酸化炭素吸収液の単位体積あたりの二酸化炭素吸収量と、二酸化炭素吸収速度と、二酸化炭素放出量、及び、吸収剤の蒸気圧と、水溶性について、測定した結果を表1に示す。
測定は、次のように行った。
1−アザアゼチジン−3−カルボン酸と水を加えて攪拌し均一な溶液を作った。これに水酸化カリウム水溶液を加え、室温下で反応させた後、水を留去して1−アゼチジン−3−カルボン酸カリウム塩(吸収剤1)を得た。
40℃の環境において、20wt%の吸収剤1水溶液(二酸化炭素吸収液1)50mlに20%二酸化炭素ガスを60分間吹き込み、水溶液中の二酸化炭素濃度を測定して単位体積あたりの二酸化炭素吸収量を得た。また、最大値の75%の二酸化炭素吸収量と、二酸化炭素を吹き込み始めてから最大値の75%の二酸化炭素吸収量に到達するまでの時間から、二酸化炭素吸収速度を得た。
二酸化炭素の吹き込みを終えた後、吸収剤1水溶液を70℃の環境において静置し、吸収剤1水溶液中の二酸化炭素濃度を測定し、二酸化炭素放出量を得た。
1wt%のメチルスルホン酸ナトリウムを含む1wt%の吸収剤1溶液(50ml)を140℃の環境で60分浸漬させた後、吸収剤1の濃度を1H-NMRで測定し、吸収剤1の減少量を揮発性として表した。吸収剤1の減少量が少ない方が揮発しにくいことを示す。吸収剤が揮発しにくいと、二酸化炭素吸収液を繰り返し再生させるうちに、二酸化炭素吸収液中の吸収剤の濃度が減少しにくい。
また、水100mlに吸収剤1を溶解させ、吸収剤1が100g以上溶解した場合を○、100g以下であった場合を×として表した。
20wt%の吸収剤2水溶液(二酸化炭素吸収液2)についても同様に測定を行った。
また、15wt%の吸収剤2とともに反応促進剤として5wt%のピペラジンを加えた水溶液(二酸化炭素吸収液3)と、15wt%の吸収剤2とともに反応促進剤として5wt%のメチルジエタノールアミンを加えた水溶液(二酸化炭素吸収液4)についても同様に測定を行った。水溶性の測定は、吸収剤2とピペラジンを4対1で混合した粉末と吸収剤2とメチルジエタノールアミンを4対1で混合した粉末について測定した。
ピペラジンは化10で表され、メチルジエタノールアミンは化11で表される。ピペラジンもメチルジエタノールアミンも、水溶性が低いので単独で使用すると二酸化炭素吸収液の二酸化炭素吸収量が少ないが、二酸化炭素との反応性が高いので、吸収剤2と共に使用すると吸収剤2のみで使用する場合よりも二酸化炭素吸収量を増加させることができる。
Figure 0005662327
Figure 0005662327
また、比較のために、鎖状のアミノ酸塩と比較するために20wt%のバリンカリウム塩水溶液(比較液1)と20wt%のメチルアミノエタノール水溶液(比較液2)についても同様に測定を行った。バリンカリウム塩水を化12で、メチルアミノエタノール水溶液を化13で表す。
Figure 0005662327
Figure 0005662327
Figure 0005662327
二酸化炭素吸収量について、比較液1は30g/L、比較液2は60g/Lであるのに対し、二酸化炭素吸収液1は65g/L、二酸化炭素吸収液2は70g/L、二酸化炭素吸収液3は75g/L、二酸化炭素吸収液4は60g/Lであり、環状構造を有する吸収剤が含まれているほうが、二酸化炭素吸収量が多い。
二酸化炭素吸収速度は、比較液1は3g/(L・min)、比較液2は5g/(L・min)であるのに対し、二酸化炭素吸収液1は6g/(L・min)、二酸化炭素吸収液2は6.5g/(L・min)、二酸化炭素吸収液3は7g/(L・min)、二酸化炭素吸収液4は4g/(L・min)であり、二酸化炭素吸収液4を除いて、環状構造を有する吸収剤が含まれているほうが、二酸化炭素吸収速度が大きい傾向にある。
二酸化炭素放出速度は、比較液1は3g/(L・min)、比較液2は3g/(L・min)であるのに対し、二酸化炭素吸収液1は6g/(L・min)、二酸化炭素吸収液2は7g/(L・min)、二酸化炭素吸収液3は7g/(L・min)、二酸化炭素吸収液4は7g/(L・min)であり、環状構造を有する吸収剤が含まれているほうが、二酸化炭素放出速度が大きい。
揮発性(吸収剤の減少量)について、比較液1は0%、比較液2は30%であるのに対し、二酸化炭素吸収液1は0%、二酸化炭素吸収液2は0%、二酸化炭素吸収液3は10%、二酸化炭素吸収液4は3%である。二酸化炭素吸収液1と二酸化炭素吸収液2では、吸収剤は揮発していない。二酸化炭素吸収液3と二酸化炭素吸収液4については、吸収剤が揮発しているが、これはピペラジンやメチルジエタノールアミンの揮発によると考えられる。比較液1においては、吸収剤は揮発していないが、比較液2は吸収剤の揮発量が多い。以上のことから吸収剤1と吸収剤2は揮発しないことが分かる。
水溶性については、比較液2以外は、水100mlに対して100g以上溶解しており水溶性が高かった。
そして、吸収剤1と吸収剤2は、二酸化炭素を吸収して生成物を生じても、二酸化炭素吸収液中で沈殿を生じないことを確認した。
このように、化1で表される吸収剤、特に化8で表されるαアミノ酸である吸収剤2を含む二酸化炭素吸収液は、二酸化炭素吸収量と二酸化炭素放出量が多く、二酸化炭素吸収速度が大きいので、多量の二酸化炭素を短時間で回収することができる。また、水溶性が高く二酸化炭素吸収液から蒸発しにくいため、繰り返し使用するうちに二酸化炭素吸収液の二酸化炭素吸収速度や二酸化炭素吸収量が低下する虞がない。
本発明による環を構成する元素に窒素原子を少なくとも1個含む複素環にカルボン酸塩を付加されたアミノ酸塩の吸収剤の製造は以下のようにして行う。つまり、環を構成する元素に窒素原子を少なくとも1個含む複素環にカルボン酸塩を付加されたアミノ酸に、モル比がこのアミノ酸に対してわずかに少ない金属水酸化物と反応させて中和することによって本発明による吸収剤を得る。具体的には、脱イオン水に環を構成する元素に窒素原子を少なくとも1個含む複素環にカルボン酸塩を付加されたアミノ酸を1〜100:1の重量比になるように添加し、このアミノ酸に対するモル比が0.97〜0.99の金属水酸化物が含有された10〜90重量%の濃度の金属水酸化物水溶液を1〜60分にかけて滴加し、最大で12時間を攪拌させ、充分に反応させてアミノ酸塩を製造する。
このように、本発明の一態様による二酸化炭素吸収液に含まれる吸収剤は環状構造を有することにより、鎖状構造の吸収剤よりも二酸化炭素吸収量と二酸化炭素放出量が多い。また、本発明による二酸化炭素吸収液によれば、二酸化炭素吸収速度を大きくすることができる。さらに、本発明による二酸化炭素吸収液を用いると、二酸化炭素と反応して生じる生成物が沈殿しにくい。本発明による二酸化炭素吸収液の吸収剤は分解しにくく、共に加えるアミン化合物の種類と量によっては揮発性を低くすることができるので、二酸化炭素吸収液を繰り返し使用することが可能である。

Claims (6)

  1. 下記一般式:
    Figure 0005662327
    (式中、
    RはHあるいは炭素数1〜18の置換非置換のアルキル基または芳香族基であり、Meは金属原子であり、
    nが1であり、
    m+pが3または4であり、
    pが2以上4以下である)
    で表されるアミノ酸塩を1〜50重量%の濃度で水溶液中に含むことを特徴とする二酸化炭素吸収液。
  2. 前記アミノ酸塩が、環状のαアミノ酸塩であることを特徴とする請求項1に記載の二酸化炭素吸収液。
  3. 前記アミノ酸塩がアミノ酸アルカリ塩であることを特徴とする請求項1または2に記載の二酸化炭素吸収液。
  4. 前記アミノ酸塩が、アゼチジン−2,3−ジカルボン酸塩、アゼチジン−2、4−ジカルボン酸塩、アゼチジン−2、3、4−トリカルボン酸塩、ピロリジン−2,3−ジカルボン酸塩、ピロリジン−2,4−ジカルボン酸塩、ピロリジン−2,5−ジカルボン酸塩、ピロリジン−2,3,4−トリカルボン酸塩、ピロリジン−2,3,5−トリカルボン酸塩、およびピロリジン−2,3,4、5−テトラカルボン酸塩からなる群から選択されるものであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の二酸化炭素吸収液。
  5. さらにアミン化合物を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の二酸化炭素吸収液。
  6. 前記アミン化合物がアルカノールアミンであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の二酸化炭素吸収液。
JP2011532797A 2009-09-24 2009-09-24 二酸化炭素吸収液 Expired - Fee Related JP5662327B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2009/004833 WO2011036713A1 (ja) 2009-09-24 2009-09-24 二酸化炭素吸収液

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2011036713A1 JPWO2011036713A1 (ja) 2013-02-14
JP5662327B2 true JP5662327B2 (ja) 2015-01-28

Family

ID=43795487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011532797A Expired - Fee Related JP5662327B2 (ja) 2009-09-24 2009-09-24 二酸化炭素吸収液

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20120305840A1 (ja)
EP (1) EP2481465A4 (ja)
JP (1) JP5662327B2 (ja)
CN (1) CN102548640B (ja)
AU (1) AU2009353169B2 (ja)
WO (1) WO2011036713A1 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9636628B2 (en) 2012-02-08 2017-05-02 Research Institute Of Innovative Technology For The Earth Aqueous solution which efficiently absorbs and recovers carbon dioxide in exhaust gas, and method for recovering carbon dioxide using same
JP2015029987A (ja) * 2013-08-07 2015-02-16 株式会社東芝 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
JP6383262B2 (ja) * 2014-11-14 2018-08-29 株式会社東芝 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
CN106432307B (zh) * 2016-09-20 2018-07-31 苏州大学 一种稀土咪唑盐化合物及其制备方法与作为催化剂的应用
GB201712465D0 (en) * 2017-08-02 2017-09-13 C-Capture Ltd System for the capture and release of acid gases
CN109529541B (zh) * 2017-09-21 2022-07-22 株式会社东芝 二氧化碳吸收剂及二氧化碳分离回收装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07246315A (ja) * 1994-03-09 1995-09-26 Kansai Electric Power Co Inc:The 燃焼排ガス中の二酸化炭素を除去する方法
JPH08511783A (ja) * 1993-06-23 1996-12-10 ノボ ノルディスク アクティーゼルスカブ N−置換アザ複素環式カルボン酸類とそのエステル類
JP2000229219A (ja) * 1999-02-09 2000-08-22 Agency Of Ind Science & Technol 二酸化炭素の吸収剤
WO2007134994A2 (de) * 2006-05-18 2007-11-29 Basf Se Kohlendioxid-absorptionsmittel mit verringertem regenerations-energiebedarf
WO2007135028A1 (de) * 2006-05-18 2007-11-29 Basf Se Entfernen saurer gase aus einem fluidstrom bei verminderter coabsorption von kohlenwasserstoffen und sauerstoff
WO2009063041A1 (de) * 2007-11-15 2009-05-22 Basf Se Verfahren zum entfernen von kohlendioxid aus fluidströmen, insbesondere verbrennungsabgasen

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU529892B2 (en) * 1976-12-14 1983-06-23 Exxon Research And Engineering Company Gas scrubbing solution
CA2049151C (en) * 1990-08-16 2001-08-14 Dane Chang Process for absorption of sulfur compounds from fluids using certain piperidines, piperazines, or anhydrides of monocarboxylic amino acids
NL1020560C2 (nl) * 2002-05-08 2003-11-11 Tno Methode voor absorptie van zure gassen.
PL2059327T3 (pl) * 2006-08-28 2015-04-30 Basf Se Usuwanie ditlenku węgla z gazów spalinowych
KR100768383B1 (ko) 2006-11-29 2007-10-18 한국전력공사 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제
WO2008155394A2 (de) * 2007-06-19 2008-12-24 Basf Se Verfahren zur herstellung von 1,2- dichlorethan

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08511783A (ja) * 1993-06-23 1996-12-10 ノボ ノルディスク アクティーゼルスカブ N−置換アザ複素環式カルボン酸類とそのエステル類
JPH07246315A (ja) * 1994-03-09 1995-09-26 Kansai Electric Power Co Inc:The 燃焼排ガス中の二酸化炭素を除去する方法
JP2000229219A (ja) * 1999-02-09 2000-08-22 Agency Of Ind Science & Technol 二酸化炭素の吸収剤
WO2007134994A2 (de) * 2006-05-18 2007-11-29 Basf Se Kohlendioxid-absorptionsmittel mit verringertem regenerations-energiebedarf
WO2007135028A1 (de) * 2006-05-18 2007-11-29 Basf Se Entfernen saurer gase aus einem fluidstrom bei verminderter coabsorption von kohlenwasserstoffen und sauerstoff
WO2009063041A1 (de) * 2007-11-15 2009-05-22 Basf Se Verfahren zum entfernen von kohlendioxid aus fluidströmen, insbesondere verbrennungsabgasen

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011036713A1 (ja) 2011-03-31
EP2481465A4 (en) 2014-09-24
JPWO2011036713A1 (ja) 2013-02-14
CN102548640B (zh) 2015-02-18
EP2481465A1 (en) 2012-08-01
US20120305840A1 (en) 2012-12-06
AU2009353169A1 (en) 2012-04-19
AU2009353169B2 (en) 2014-07-10
CN102548640A (zh) 2012-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5662327B2 (ja) 二酸化炭素吸収液
US9878285B2 (en) Method and absorption medium for absorbing CO2 from a gas mixture
KR20120067046A (ko) 복수의 아민기를 갖는 아미노산 및 금속 수화물을 포함하는 이산화탄소 포집용 흡수제
JP2019098316A (ja) 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
WO2013107551A1 (de) Verfahren zur absorption von co2 aus einer gasmischung mit aminen
WO2012168067A1 (de) Verfahren zur absorption von co2 aus einer gasmischung
KR101741899B1 (ko) 이산화탄소 흡수용 공융용제, 그 제조방법 및 이를 포함하는 이산화탄소 흡수제
EP2563497A1 (en) Process for the capture of carbon dioxide
CN108993125A (zh) 一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂
KR20120032310A (ko) 이산화탄소 흡수제 및 이를 이용하여 매립가스로부터 탄산바륨의 동시 생성을 통한 이산화탄소 제거 방법
US9056271B2 (en) Carbon dioxide absorbing solution
KR20150021698A (ko) 옥살산염을 포함하는 화합물, 이를 포함하는 이산화탄소 흡수제, 이의 제조 방법 및 이산화탄소 제거 방법
KR101913099B1 (ko) 이산화탄소의 연속적 제거방법 및 제거장치
KR20190057586A (ko) 이온성 액체 기반 산가스 흡수제 및 산가스 분리방법
KR101316543B1 (ko) 재생에너지를 최소화하는 연속 이산화탄소 포집 방법
KR20200124930A (ko) 이산화탄소 흡수액 및 이의 제조방법 및 이를 이용한 이산화탄소 제거방법
KR101610654B1 (ko) 반응속도증진제를 포함하는 산성가스 흡수제
JP2015512996A5 (ja)
US9956519B2 (en) Absorbent for desulfurization of combustion gas and method of treating combustion gas using the same
Heldebrant et al. Solvent-based Absorption
JP7269114B2 (ja) 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
KR101142951B1 (ko) 환상 구조를 가지고 양 끝단에 아민기를 가진 화합물을포함하는 조성물 및 연소배가스 흡수제로서의 사용방법
CN110542598A (zh) 二氧化碳收集方法
RU2312070C2 (ru) Состав для нейтрализации сероводорода
CN111974164A (zh) 一种甘氨酸盐二氧化碳吸收剂

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131004

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131203

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140725

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140918

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20141107

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20141204

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5662327

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees