JP7143999B2 - Acid gas separation device and acid gas separation method - Google Patents

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Description

特許法第30条第2項適用 日台合同磁性流体国際会議2017(TJ-ICMF2017)(Taiwan-Japan International Conference on Magnetic Fluids 2017(TJ-ICMF2017))、平成29年12月15日 日台合同磁性流体国際会議2017(TJ-ICMF2017)予稿集(Taiwan-Japan International Conference on Magnetic Fluids 2017(TJ-ICMF2017)Handbook)、平成29年12月14日Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act Taiwan-Japan International Conference on Magnetic Fluids 2017 (TJ-ICMF2017), December 15, 2017 Japan-Taiwan Joint Magnetics Taiwan-Japan International Conference on Magnetic Fluids 2017 (TJ-ICMF2017) Handbook, December 14, 2017

本発明は、混合ガスから酸性ガスを分離する装置、及び、混合ガスから酸性ガスを分離する方法に関する。 The present invention relates to an apparatus for separating acid gases from gas mixtures and a method for separating acid gases from gas mixtures.

酸性ガス、特に二酸化炭素を分離回収する技術は、天然ガスを原料とする水素やメタンの製造、宇宙空間や海中などの閉鎖状態にある住環境の維持等に必要であり、また、温暖化ガス排出量の削減の観点から火力発電所や製鉄所などの大量排出源を対象として盛んに研究されている。また、窒素酸化物、硫黄酸化物、硫化水素、無機酸や有機酸等の二酸化炭素以外の酸性ガスの除去も産業的・社会的に重要な技術である。酸性ガス分離技術としては、物理吸収法、化学吸収法、膜分離法、吸着法などが知られている。 Technologies for separating and recovering acid gases, especially carbon dioxide, are necessary for the production of hydrogen and methane from natural gas, and for the maintenance of closed living environments such as outer space and underwater. From the viewpoint of emission reduction, extensive research has been conducted on large emission sources such as thermal power plants and steelworks. In addition, the removal of acid gases other than carbon dioxide, such as nitrogen oxides, sulfur oxides, hydrogen sulfide, inorganic acids and organic acids, is also an industrially and socially important technology. Physical absorption methods, chemical absorption methods, membrane separation methods, adsorption methods, and the like are known as acid gas separation techniques.

このうち、化学吸収法は、酸性ガスと化学反応する吸収液を用いた酸性ガス分離技術である。例えば、酸性ガスを含む気体を室温付近で吸収液に接触させ、酸性ガスを吸収液に化学的に吸収させ、酸性ガス濃度が減少した気体と酸性ガスを吸収した吸収液とを分離する。そして、分離した吸収液を昇温することで酸性ガスを吸収液から放散させて酸性ガスを回収する。また、酸性ガスを放散した吸収液は再生され、再び酸性ガスの分離回収に利用される。 Among them, the chemical absorption method is an acidic gas separation technology using an absorbent that chemically reacts with acidic gas. For example, a gas containing acid gas is brought into contact with the absorption liquid at around room temperature to chemically absorb the acid gas into the absorption liquid, thereby separating the gas in which the acid gas concentration has been reduced from the absorption liquid that has absorbed the acid gas. Then, by raising the temperature of the separated absorbent, the acidic gas is diffused from the absorbent and recovered. In addition, the absorbent that has diffused the acid gas is regenerated and used again for separating and recovering the acid gas.

この化学吸収法として、アミン化合物やアルカリ金属塩を含む水溶液を、二酸化炭素の化学吸収液として用いる方法が提案されている。例えば、特許文献1には、吸収液としてモノエタノールアミン水溶液を使用する二酸化炭素の分離方法が記載されている。 As this chemical absorption method, a method of using an aqueous solution containing an amine compound or an alkali metal salt as a chemical absorption liquid for carbon dioxide has been proposed. For example, Patent Document 1 describes a method for separating carbon dioxide using a monoethanolamine aqueous solution as an absorption liquid.

特開平5-184865号公報JP-A-5-184865

しかし、特許文献1に記載の二酸化炭素の分離方法では、二酸化炭素の吸収速度が低く、効率的に二酸化炭素を分離できていないという問題がある。特に、二酸化炭素の濃度が低い場合に、この問題は顕著である。また、二酸化炭素を分離するための設備として、数十メートルの高さにもおよぶ吸収塔を必要とし、設備投資のための負担が大きい。 However, the carbon dioxide separation method described in Patent Document 1 has a problem that the carbon dioxide absorption rate is low and carbon dioxide cannot be efficiently separated. This problem is particularly noticeable when the concentration of carbon dioxide is low. In addition, as a facility for separating carbon dioxide, an absorption tower with a height of several tens of meters is required, which imposes a large capital investment burden.

本件は、上記の課題に鑑みて創案されたものであり、高効率で混合ガスから酸性ガスを分離することができる酸性ガス分離装置を提供することを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用及び効果であって、従来の技術では得られない作用及び効果を奏することも、本件の他の目的として位置づけることができる。 The present invention was invented in view of the above problems, and one of the objects thereof is to provide an acidic gas separation apparatus capable of separating an acidic gas from a mixed gas with high efficiency. In addition to this purpose, it is also possible to achieve actions and effects that are derived from each configuration shown in the "Mode for Carrying out the Invention" described later and that cannot be obtained with conventional techniques. It can be positioned as another purpose.

本件は、以下の具体的態様を提供する。
〔1〕酸性ガスを含有する混合ガスを供給するガス供給部と、
前記混合ガスに向けてイオン液体を静電噴霧し、前記酸性ガスを前記イオン液体に吸収させる静電噴霧部と、を備え、
前記静電噴霧部が、
前記イオン液体を供給する液体供給部と、
前記液体供給部から供給された前記イオン液体を前記混合ガスに噴出する液体噴出部と、
前記液体噴出部に対向して配置される対向電極と、
前記液体噴出部と前記対向電極との間に電圧を印加する電圧印加部と、を有し、
前記静電噴霧部による前記静電噴霧によって前記酸性ガスを吸収した前記イオン液体から、前記酸性ガスと前記イオン液体とを分離するイオン液体再生部と、
前記イオン液体再生部で前記酸性ガスと分離された前記イオン液体を、前記液体供給部に送る送液部と、を備え
前記液体噴出部は、ナノサイズにまで微細化されて微小液滴となった前記イオン液体を前記混合ガスに噴出する、酸性ガス分離装置。
This case provides the following specific aspects.
[1] a gas supply unit for supplying a mixed gas containing an acid gas;
an electrostatic spraying unit that electrostatically sprays an ionic liquid toward the mixed gas and absorbs the acidic gas into the ionic liquid;
The electrostatic spraying part is
a liquid supply unit that supplies the ionic liquid;
a liquid jetting section for jetting the ionic liquid supplied from the liquid feeder into the mixed gas;
a counter electrode arranged to face the liquid ejection part;
a voltage applying unit that applies a voltage between the liquid ejecting unit and the counter electrode;
an ionic liquid regeneration unit that separates the acidic gas and the ionic liquid from the ionic liquid that has absorbed the acidic gas by the electrostatic spraying by the electrostatic spraying unit;
a liquid sending unit for sending the ionic liquid separated from the acidic gas in the ionic liquid regeneration unit to the liquid supply unit ;
The acidic gas separation device , wherein the liquid ejecting part ejects the ionic liquid, which has been miniaturized to a nano-size to form minute droplets, into the mixed gas .

〔2〕前記イオン液体再生部は、前記酸性ガスを吸収した前記イオン液体に対して加熱及び減圧の少なくとも何れかを行うことで前記酸性ガスと前記イオン液体とを分離する、〔1〕に記載の酸性ガス分離装置。 [2] The ionic liquid regeneration unit separates the acidic gas from the ionic liquid by performing at least one of heating and depressurization of the ionic liquid that has absorbed the acidic gas. acid gas separator.

〔3〕前記電圧印加部に対し並列に接続される複数の前記液体噴出部を有する、〔1〕又は〔2〕に記載の酸性ガス分離装置。 [3] The acidic gas separation device according to [1] or [2], which has a plurality of the liquid jetting sections connected in parallel to the voltage applying section.

〔4〕酸性ガスを含有する混合ガスを供給するガス供給部と、
前記混合ガスに向けてイオン液体を静電噴霧し、前記酸性ガスを前記イオン液体に吸収させる静電噴霧部と、を備え、
前記静電噴霧部が、
前記イオン液体を供給する液体供給部と、
前記液体供給部から供給された前記イオン液体を前記混合ガスに噴出する第一液体噴出部と、
前記第一液体噴出部に対向して配置され、前記液体供給部から供給された前記イオン液体を前記混合ガスに噴出する第二液体噴出部と、
前記第一液体噴出部と前記第二液体噴出部との間に電圧を印加する電圧印加部と、を有し、
前記静電噴霧部による前記静電噴霧によって前記酸性ガスを吸収した前記イオン液体から、前記酸性ガスと前記イオン液体とを分離するイオン液体再生部と、
前記イオン液体再生部で前記酸性ガスと分離された前記イオン液体を、前記液体供給部に送る送液部と、を備え
前記第一液体噴出部及び前記第二液体噴出部はそれぞれ、ナノサイズにまで微細化されて微小液滴となった前記イオン液体を前記混合ガスに噴出する、酸性ガス分離装置。
[4] a gas supply unit for supplying a mixed gas containing an acid gas;
an electrostatic spraying unit that electrostatically sprays an ionic liquid toward the mixed gas and absorbs the acidic gas into the ionic liquid;
The electrostatic spraying part is
a liquid supply unit that supplies the ionic liquid;
a first liquid jetting section for jetting the ionic liquid supplied from the liquid feeder into the mixed gas;
a second liquid ejection section arranged opposite to the first liquid ejection section for ejecting the ionic liquid supplied from the liquid supply section into the mixed gas;
a voltage applying section that applies a voltage between the first liquid ejecting section and the second liquid ejecting section;
an ionic liquid regeneration unit that separates the acidic gas and the ionic liquid from the ionic liquid that has absorbed the acidic gas by the electrostatic spraying by the electrostatic spraying unit;
a liquid sending unit for sending the ionic liquid separated from the acidic gas in the ionic liquid regeneration unit to the liquid supply unit ;
The acidic gas separation device, wherein the first liquid jetting section and the second liquid jetting section each jet the ionic liquid that has been miniaturized to a nano-size to form minute droplets into the mixed gas .

〔5〕前記イオン液体再生部は、前記酸性ガスを吸収した前記イオン液体に対して加熱及び減圧の少なくとも何れかを行うことで前記酸性ガスと前記イオン液体とを分離する、〔4〕に記載の酸性ガス分離装置。
〕前記電圧印加部に対し並列に接続される複数の前記第一液体噴出部と、
前記電圧印加部に対し並列に接続される複数の前記第二液体噴出部と、を有する〔4〕又は〔5〕に記載の酸性ガス分離装置。
[5] According to [4], the ionic liquid regeneration unit separates the acidic gas from the ionic liquid by performing at least one of heating and depressurization of the ionic liquid that has absorbed the acidic gas. acid gas separator.
[ 6 ] a plurality of the first liquid ejecting portions connected in parallel to the voltage applying portion;
The acidic gas separation device according to [4] or [5] , further comprising a plurality of the second liquid jetting sections connected in parallel to the voltage applying section.

〕前記液体供給部が、前記イオン液体のうち第一イオン液体を供給する第一液体供給部と、前記イオン液体のうち第二イオン液体を供給する第二液体供給部とを有し、
前記第一液体噴出部が、前記第一液体供給部から供給された前記第一イオン液体を前記混合ガスに噴出し、
前記第二液体噴出部が、前記第二液体供給部から供給された前記第二イオン液体を前記混合ガスに噴出する、
〔4〕に記載の酸性ガス分離装置。
[ 7 ] The liquid supply unit has a first liquid supply unit that supplies a first ionic liquid among the ionic liquids, and a second liquid supply unit that supplies a second ionic liquid among the ionic liquids,
the first liquid ejection section ejecting the first ionic liquid supplied from the first liquid supply section into the mixed gas;
The second liquid ejection unit ejects the second ionic liquid supplied from the second liquid supply unit into the mixed gas,
The acidic gas separation device according to [4].

〕前記電圧印加部に対し並列に接続される複数の前記第一液体噴出部と、
前記電圧印加部に対し並列に接続される複数の前記第二液体噴出部と、を有する〕に記載の酸性ガス分離装置。
[ 8 ] a plurality of the first liquid ejecting portions connected in parallel to the voltage applying portion;
The acidic gas separation device according to [ 7 ] , further comprising a plurality of said second liquid ejecting parts connected in parallel to said voltage applying part.

前記イオン液体再生部は、前記酸性ガスを吸収した前記第一イオン液体から、前記酸性ガスと前記第一イオン液体とを分離するとともに、前記酸性ガスを吸収した前記第二イオン液体から、前記酸性ガスと前記第二イオン液体とを分離し、前記第一イオン液体と前記第二イオン液体とを混合することなく、前記第一イオン液体と前記第二イオン液体とを回収する、〕又は〔〕に記載の酸性ガス分離装置。 [ 9 ] The ionic liquid regeneration unit separates the acidic gas and the first ionic liquid from the first ionic liquid that has absorbed the acidic gas, and separates the acidic gas from the second ionic liquid that has absorbed the acidic gas. separating the acidic gas and the second ionic liquid, and recovering the first ionic liquid and the second ionic liquid without mixing the first ionic liquid and the second ionic liquid ; The acidic gas separation device according to [ 7 ] or [ 8 ].

10〕前記イオン液体再生部で回収された前記第一イオン液体を、前記静電噴霧部に送る第一送液部と、
前記イオン液体再生部で回収された前記第二イオン液体を、前記静電噴霧部に送る第二送液部と、を備える、〔〕に記載の酸性ガス分離装置。
[ 10 ] a first liquid sending unit that sends the first ionic liquid recovered in the ionic liquid regeneration unit to the electrostatic spraying unit;
The acidic gas separation device according to [ 9 ], further comprising a second liquid sending section that sends the second ionic liquid recovered in the ionic liquid regeneration section to the electrostatic spray section.

11〕前記酸性ガスが二酸化炭素であり、
前記混合ガスに含有される前記二酸化炭素の濃度が3体積%以下である、〔1〕~〔10〕の何れか一つに記載の酸性ガス分離装置。
[ 11 ] the acidic gas is carbon dioxide,
The acidic gas separation device according to any one of [1] to [ 10 ], wherein the concentration of carbon dioxide contained in the mixed gas is 3% by volume or less.

〔12〕酸性ガスを含有する混合ガスを、液体噴出部の液体を噴出する端部と対向電極とが対向して配置された空間内に供給するガス供給工程と、
前記液体噴出部と前記対向電極との間に電圧を印加し前記端部から前記混合ガスに向けてイオン液体を静電噴霧し、前記酸性ガスを前記イオン液体に吸収させる静電噴霧工程と、
前記静電噴霧工程による前記静電噴霧によって前記酸性ガスを吸収した前記イオン液体から、前記酸性ガスと前記イオン液体とを分離するイオン液体再生工程と、
前記イオン液体再生工程で前記酸性ガスと分離された前記イオン液体を、前記静電噴霧工程に送る送液工程と、を有し、
前記静電噴霧工程では、ナノサイズにまで微細化されて微小液滴となった前記イオン液体を、前記液体噴出部の前記端部から前記混合ガスに向けて静電噴霧する、酸性ガス分離方法。
[12] A gas supply step of supplying a mixed gas containing an acid gas into a space in which the end portion of the liquid ejection portion from which the liquid is ejected faces the counter electrode;
an electrostatic spraying step of applying a voltage between the liquid ejecting part and the counter electrode to electrostatically spray the ionic liquid from the end toward the mixed gas, thereby absorbing the acidic gas into the ionic liquid;
an ionic liquid regeneration step of separating the acidic gas and the ionic liquid from the ionic liquid that has absorbed the acidic gas by the electrostatic spraying in the electrostatic spraying step;
a liquid sending step of sending the ionic liquid separated from the acidic gas in the ionic liquid regeneration step to the electrostatic spraying step ;
In the electrostatic spraying step, the ionic liquid, which has been pulverized to nano-size and formed into microdroplets, is electrostatically sprayed from the end of the liquid ejection section toward the mixed gas . Acidic gas separation method. .

13前記イオン液体再生工程では、前記酸性ガスを吸収した前記イオン液体に対して加熱及び減圧の少なくともいずれかを行うことで前記酸性ガスと前記イオン液体とを分離する、〔12〕に記載の酸性ガス分離方法。 [ 13 ] According to [12] , in the ionic liquid regeneration step, the ionic liquid that has absorbed the acidic gas is subjected to at least one of heating and decompression to separate the acidic gas and the ionic liquid. acid gas separation method.

本発明によれば、酸性ガスを含有する混合ガスにイオン液体が静電噴霧されることで、イオン液体が微小液滴化され、比表面積が大きくなる。その結果、イオン液体と酸性ガスとの接触面積が増大し、酸性ガスがイオン液体に効率よく化学吸収されるため、高効率で混合ガスから酸性ガスを分離することができる。また、本発明によれば、吸収塔などの酸性ガスを分離するための設備が小さくなり、設備投資を低減することができる。 According to the present invention, the ionic liquid is electrostatically sprayed into a mixed gas containing an acid gas, so that the ionic liquid is made into fine droplets and the specific surface area is increased. As a result, the contact area between the ionic liquid and the acid gas increases, and the acid gas is efficiently chemically absorbed by the ionic liquid, so that the acid gas can be separated from the mixed gas with high efficiency. In addition, according to the present invention, equipment for separating acid gas such as an absorption tower can be made smaller, and equipment investment can be reduced.

本実施形態に係る酸性ガス分離装置の構成を示す模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows the structure of the acidic gas separation apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る酸性ガス分離方法のプロセスフローを示す模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows the process flow of the acidic gas separation method which concerns on this embodiment. 本実施形態の第一変形例に関する酸性ガス分離装置の要部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the principal part of the acidic gas separation apparatus regarding the 1st modification of this embodiment. 本実施形態の第二変形例に関する酸性ガス分離装置の要部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the principal part of the acidic gas separation apparatus regarding the 2nd modification of this embodiment. 本実施形態の第三変形例に関する酸性ガス分離装置の要部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the principal part of the acidic gas separation apparatus regarding the 3rd modification of this embodiment. 第一実施例に係る酸性ガス分離装置の構成を示す模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows the structure of the acidic gas separation apparatus which concerns on 1st Example. 第一実施例において計測された印加電圧に対する液滴径の分布を示すグラフである。4 is a graph showing the droplet diameter distribution with respect to the applied voltage measured in the first example. 第一実施例において5.5kV(DC)印加時の液滴径の分布を示すグラフである。5 is a graph showing the droplet size distribution when 5.5 kV (DC) is applied in the first example. 第一実施例におけるイオン液体静電噴霧時のチャンバ内圧力変化を示すグラフである。4 is a graph showing changes in chamber internal pressure during ionic liquid electrostatic spraying in the first example. 第一実施例におけるイオン液体静電噴霧による二酸化炭素除去量の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the amount of carbon dioxide removed by the ionic liquid electrostatic spray in 1st Example. 第一実施例におけるイオン液体静電噴霧による二酸化炭素吸収速度の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the carbon dioxide absorption rate by the ionic liquid electrostatic spray in 1st Example. 第二実施例に係る酸性ガス分離装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the acidic gas separation apparatus which concerns on a 2nd Example. 第二実施例におけるイオン液体静電噴霧による二酸化炭素濃度の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the carbon dioxide concentration by the ionic liquid electrostatic spray in 2nd Example. 第二実施例におけるイオン液体静電噴霧時の印加電圧に対する二酸化炭素濃度を示すグラフである。It is a graph which shows the carbon dioxide concentration with respect to the applied voltage at the time of an ionic liquid electrostatic spray in a 2nd Example. イオン液体1mol当たりの二酸化炭素除去量の経時変化を示すグラフである。4 is a graph showing changes over time in the amount of carbon dioxide removed per 1 mol of ionic liquid.

本実施形態に係る酸性ガス分離装置は、酸性ガスを含有する混合ガスに向けてイオン液体を静電噴霧することにより、混合ガスに含まれる酸性ガスを分離するための装置である。
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。
The acidic gas separation apparatus according to the present embodiment is an apparatus for separating acidic gases contained in a mixed gas by electrostatically spraying an ionic liquid toward the mixed gas containing the acidic gas.
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.

[1.構成]
図1に示すように、酸性ガス分離装置100は、酸性ガス52を含有する混合ガス50を供給するガス供給部10、混合ガス50に向けてイオン液体60を静電噴霧し、酸性ガス52をイオン液体60に吸収させる静電噴霧部20、酸性ガス52を吸収したイオン液体60(61)から酸性ガス52とイオン液体60(62)とを分離するイオン液体再生部30、及び、イオン液体再生部30で分離されたイオン液体60(62)を静電噴霧部20に送る送液部40を備える。
以下において、まず、混合ガス50とイオン液体60の説明をし、次いで、酸性ガス分離装置100を構成するガス供給部10、静電噴霧部20、イオン液体再生部30、及び送液部40を順に説明する。
[1. Constitution]
As shown in FIG. 1, the acidic gas separation apparatus 100 includes a gas supply unit 10 that supplies a mixed gas 50 containing an acidic gas 52, and an ionic liquid 60 that is electrostatically sprayed toward the mixed gas 50 to remove the acidic gas 52. Electrostatic spraying unit 20 for absorption in ionic liquid 60, ionic liquid regeneration unit 30 for separating acidic gas 52 and ionic liquid 60 (62) from ionic liquid 60 (61) absorbing acidic gas 52, and ionic liquid regeneration A liquid sending unit 40 for sending the ionic liquid 60 ( 62 ) separated by the unit 30 to the electrostatic spraying unit 20 is provided.
In the following, first, the mixed gas 50 and the ionic liquid 60 will be described, and then the gas supply unit 10, the electrostatic spraying unit 20, the ionic liquid regeneration unit 30, and the liquid feeding unit 40 that constitute the acidic gas separation device 100 will be described. I will explain in order.

<混合ガス>
混合ガス50は、酸性ガス52を含有するガス状の混合物であり、酸性ガス52と非酸性ガス51との混合物であることが好ましい。また、混合ガス50は、水やばいじん等のガス以外の他の成分を含んでいてもよい。
<Mixed gas>
Mixed gas 50 is a gaseous mixture containing acid gas 52 , preferably a mixture of acid gas 52 and non-acid gas 51 . Moreover, the mixed gas 50 may contain components other than gases, such as water and dust.

酸性ガス52としては、例えば、二酸化炭素;硫化水素;一酸化硫黄、二酸化硫黄(亜硫酸ガス)、三酸化硫黄などの硫黄酸化物;一酸化窒素、二酸化窒素、亜酸化窒素(一酸化二窒素)、三酸化二窒素、四酸化二窒素、五酸化二窒素などの窒素酸化物;塩酸、硝酸、リン酸、硫酸などの無機酸類;カルボン酸、スルホン酸、炭酸などの有機酸類;などが挙げられる。これらの酸性ガス52の中でも、本実施形態に係る酸性ガス分離装置100は、二酸化炭素の分離に特に優れている。
また、非酸性ガス51としては、例えば、水素、メタン、窒素、酸素や一酸化炭素などが挙げられる。
なお、混合ガス50に含有される酸性ガス52、非酸性ガス51やガス以外の他の成分の種類及び組成は特に限定されない。
Examples of the acid gas 52 include carbon dioxide; hydrogen sulfide; sulfur oxides such as sulfur monoxide, sulfur dioxide (sulfur dioxide), and sulfur trioxide; nitrogen monoxide, nitrogen dioxide, and nitrous oxide (dinitrogen monoxide) Nitrogen oxides such as , dinitrogen trioxide, dinitrogen tetroxide, and dinitrogen pentoxide; inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, and sulfuric acid; organic acids such as carboxylic acid, sulfonic acid, and carbonic acid; . Among these acidic gases 52, the acidic gas separation device 100 according to the present embodiment is particularly excellent in separating carbon dioxide.
Examples of the non-acidic gas 51 include hydrogen, methane, nitrogen, oxygen, and carbon monoxide.
The types and compositions of the acidic gas 52, the non-acidic gas 51, and other components contained in the mixed gas 50 are not particularly limited.

<イオン液体>
イオン液体60は、カチオンとアニオンとを組み合わせてなる溶融塩であり、室温近傍以下に融点を有する塩をいう。イオン液体60は、蒸気圧が極めて低く不揮発性であること、優れた熱安定性及び化学安定性を有していることや、イオン伝導度が高いこと等の特徴を有している。本実施形態で使用するイオン液体60は、使用温度範囲で液体であり、酸性ガス52の吸収性を有するものであれば、特に限定されない。
<Ionic liquid>
The ionic liquid 60 is a molten salt formed by combining a cation and an anion, and refers to a salt having a melting point around room temperature or lower. The ionic liquid 60 has characteristics such as extremely low vapor pressure and non-volatility, excellent thermal and chemical stability, and high ionic conductivity. The ionic liquid 60 used in the present embodiment is not particularly limited as long as it is a liquid within the operating temperature range and has the ability to absorb the acid gas 52 .

イオン液体60としては、公知または市販のものを使用することができ、例えば、イオン液体60は以下に示すアニオンとカチオンとからなる。
アニオンとしては、塩化物イオン(Cl)、臭化物イオン(Br)、ヨウ化物イオン(I)、ヘキサフルオロホスフェート(PF )、テトラフルオロボレート(BF )、p-トルエンスルホナート(p-CH-CSO )、トリフルオロメタンスルホナート(CFSO )、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド[(CFSO]、ジシアナミド[(NC)]、トリス(トリフルオロメチルスルフォニル)メチド[(CFSO]、酢酸イオン(CHCOO)、トリフルオロ酢酸イオン(CFCOO)等から1種類以上が選択される。
As the ionic liquid 60, a known or commercially available one can be used. For example, the ionic liquid 60 consists of anions and cations shown below.
Anions include chloride ion (Cl ), bromide ion (Br ), iodide ion (I ), hexafluorophosphate (PF 6 ), tetrafluoroborate (BF 4 ), p-toluenesulfonate (p-CH 3 —C 6 H 4 SO 3 ), trifluoromethanesulfonate (CF 3 SO 3 ), bis(trifluoromethanesulfonyl)imide [(CF 3 SO 2 ) 2 N ], dicyanamide [(NC ) 2 N ], tris(trifluoromethylsulfonyl)methide [(CF 3 SO 2 ) 3 C ], acetate ion (CH 3 COO ), trifluoroacetate ion (CF 3 COO ) and the like. is selected.

カチオンとしては、ピリジニウム、ピリミジニウム、ピラゾリウム、ピロリジニウム、ピペリジニウム、イミダゾリウム等の窒素含有環状カチオン化合物及びそれらの誘導体;テトラアルキルアンモニウムのアミン系カチオン及びそれらの誘導体;ホスホニウム、トリアルキルスルホニウム、テトラアルキルホスホニウム等のホスフィン系カチオン及びそれらの誘導体;リチウムカチオン及びその誘導体等から1種以上が選択される。 Examples of cations include nitrogen-containing cyclic cation compounds such as pyridinium, pyrimidinium, pyrazolium, pyrrolidinium, piperidinium, imidazolium, and derivatives thereof; amine-based cations of tetraalkylammonium and derivatives thereof; phosphonium, trialkylsulfonium, tetraalkylphosphonium, etc. phosphine-based cations and derivatives thereof; lithium cations and derivatives thereof;

さらに、イオン液体60としては、アニオンとカチオンのどちらか、もしくは両方に、二酸化炭素と化学反応する置換基を有することが望ましい。
二酸化炭素と化学反応するアニオンとしては、酢酸アニオン(CHCOO)などのカルボン酸アニオン、グリシンアニオン(NHCHCOO)などアミノ酸アニオン、メトキシド(CHO-)などのアルコキシドなどが挙げられる。
また、二酸化炭素と化学反応するカチオンとしては、前記のカチオンで1級、2級及び3級アミノ基を有するもの等が挙げられる。
Furthermore, it is desirable that the ionic liquid 60 has a substituent that chemically reacts with carbon dioxide on either or both of the anion and the cation.
Examples of anions that chemically react with carbon dioxide include carboxylate anions such as acetate anion (CH 3 COO ), amino acid anions such as glycine anion (NH 2 CH 2 COO ), alkoxides such as methoxide (CH 3 O—), and the like. mentioned.
Examples of cations that chemically react with carbon dioxide include the above cations having primary, secondary and tertiary amino groups.

<ガス供給部>
ガス供給部10は、酸性ガス分離装置100の内部空間に混合ガス50の供給を行う。ガス供給部10はガス供給流路10aを備えている。ガス供給流路10aには、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)、混合ガス50を排出するベント(VENT)、混合ガス50の流れる方向等を調整するバルブ、圧縮機や予冷器等を設けることができる。本実施形態では、ガス供給流路10aは、酸性ガス分離装置100の一部を構成するチャンバ100aに接続され、ガス供給流路10aにより混合ガス50が酸性ガス分離装置100の内部空間に案内される。
<Gas supply section>
The gas supply unit 10 supplies the mixed gas 50 to the internal space of the acidic gas separation device 100 . The gas supply unit 10 has a gas supply channel 10a. The gas supply flow path 10a includes a mass flow controller (MFC) as a flow rate controller (flow rate control unit), a vent (VENT) for discharging the mixed gas 50, a valve for adjusting the flow direction of the mixed gas 50, a compressor, and the like. A precooler or the like can be provided. In this embodiment, the gas supply channel 10a is connected to a chamber 100a forming part of the acidic gas separation device 100, and the mixed gas 50 is guided into the internal space of the acid gas separation device 100 by the gas supply channel 10a. be.

ガス供給部10は、酸性ガス52と非酸性ガス51とを混合した混合ガス50を予め充填した容器として構成される。また、酸性ガス52を充填した容器と、非酸性ガス51を充填した容器とでガス供給部10を構成し、それぞれの容器から導入されたガス51,52を、酸性ガス分離装置100の内部空間で混合することもできる。 The gas supply unit 10 is configured as a container filled in advance with a mixed gas 50 in which an acid gas 52 and a non-acid gas 51 are mixed. A container filled with the acid gas 52 and a container filled with the non-acid gas 51 constitute the gas supply unit 10, and the gases 51 and 52 introduced from the respective containers are supplied to the internal space of the acid gas separation device 100. can also be mixed with

<静電噴霧部>
静電噴霧部20は、混合ガス50に向けてイオン液体60の静電噴霧を行う。つまり、静電噴霧部20では、帯電し微細化されたイオン液体60(以下、「微小液滴」ということがある)が、酸性ガス分離装置100の内部空間に充填された混合ガス50に向けて噴霧排出され、酸性ガス52を吸収する。したがって、静電噴霧部20にて、混合ガス50から酸性ガス52が分離され、酸性ガス52を吸収したイオン液体60(以下、「リッチ吸収液61」という)と、酸性ガス52が除去又は低減されたガス(以下、「処理ガス」ということがある)53とが得られる。
<Electrostatic spraying part>
The electrostatic spraying unit 20 electrostatically sprays the ionic liquid 60 toward the mixed gas 50 . That is, in the electrostatic spraying unit 20, the charged and finely divided ionic liquid 60 (hereinafter sometimes referred to as “microdroplets”) is directed toward the mixed gas 50 filled in the internal space of the acidic gas separation device 100. It is sprayed out and absorbs the acid gas 52 . Therefore, in the electrostatic spraying unit 20, the acidic gas 52 is separated from the mixed gas 50, and the ionic liquid 60 (hereinafter referred to as "rich absorbing liquid 61") that has absorbed the acidic gas 52 and the acidic gas 52 are removed or reduced. A processed gas (hereinafter sometimes referred to as “processing gas”) 53 is obtained.

ここで、酸性ガス52が除去された処理ガス53とは、酸性ガス52を実質的に含有しないガスのことをいい、具体的には、処理ガス53に含有される酸性ガス52の濃度が、好ましくは1体積%以下、より好ましくは0.1体積%以下である。なお、混合ガス50が酸性ガス52と非酸性ガス51とからなる場合、酸性ガス52が除去された処理ガス53は非酸性ガス51と実質的に同一である。
また、酸性ガス52が低減された処理ガス53とは、ガス供給部10から静電噴霧部20に案内される混合ガス50に含有される酸性ガス52の濃度よりも、その濃度が低減されたガスをいう。
Here, the processing gas 53 from which the acid gas 52 has been removed refers to a gas that does not substantially contain the acid gas 52. Specifically, the concentration of the acid gas 52 contained in the processing gas 53 is It is preferably 1% by volume or less, more preferably 0.1% by volume or less. When the mixed gas 50 is composed of the acid gas 52 and the non-acid gas 51 , the processed gas 53 from which the acid gas 52 has been removed is substantially the same as the non-acid gas 51 .
In addition, the processing gas 53 in which the acid gas 52 is reduced means that the concentration of the acid gas 52 is reduced below the concentration of the acid gas 52 contained in the mixed gas 50 guided from the gas supply unit 10 to the electrostatic spray unit 20. say gas.

処理ガス53とリッチ吸収液61とを分離する方法は特に限定されない。例えば、分級機と気液分離機とを用いることができる。 A method for separating the processing gas 53 and the rich absorbent 61 is not particularly limited. For example, a classifier and a gas-liquid separator can be used.

静電噴霧される微小液滴の粒径は特に限定されず、例えば、0.15~5μmである。微小液滴の粒径(液滴径)は、動的光散乱法によりパーティクルアナライザ等の粒径測定装置を用いて計測することができる。 The particle size of the electrostatically sprayed fine droplets is not particularly limited, and is, for example, 0.15 to 5 μm. The particle size (droplet diameter) of microdroplets can be measured using a particle size measuring device such as a particle analyzer by a dynamic light scattering method.

また、静電噴霧部20は、具体的には、イオン液体60を供給する液体供給部21と、液体供給部21から供給されたイオン液体60を混合ガス50に噴出する液体噴出部22と、液体噴出部22に対向して配置される対向電極23と、液体噴出部22と対向電極23との間に電圧を印加する電圧印加部24とを備えている。
液体噴出部22と対向電極23との間に電圧を印加すると、界面に作用する静電気力が液体噴出部22の端部におけるイオン液体60の表面張力を上回った時点で対向電極23に対向する液体噴出部22の端部においてイオン液体60によりテイラーコーンTが形成され、静電噴霧現象が生じる。この静電噴霧現象は、電界による静電気力がテイラーコーン先端から液糸を生成し,液糸が分裂することにより,微小液滴化されたイオン液体60を噴霧排出する現象である。排出された液滴中のイオン間に作用するクーロン力が液滴の表面張力よりも大きくなるとレイリー分裂を起こし、液滴は分裂し,微細化がより促進される。つまり、液体噴出部22の端部において、帯電したイオン液体60が、ナノサイズにまで微細化された帯電微粒子、すなわち微小液滴となり、対向電極23からのクーロン力によって引き寄せられ、酸性ガス分離装置100の内部空間に噴霧排出される。この微小液滴は、微粒子状態になる前と比較して比表面積が大きくなり、酸性ガス分離装置100の内部空間に充填された混合ガス50に接触しやすくなるため、混合ガス50に含まれる酸性ガス52を効率よく化学吸収することができる。
Further, the electrostatic spraying unit 20 specifically includes a liquid supply unit 21 that supplies the ionic liquid 60, a liquid ejection unit 22 that ejects the ionic liquid 60 supplied from the liquid supply unit 21 into the mixed gas 50, A counter electrode 23 arranged to face the liquid ejecting portion 22 and a voltage applying portion 24 for applying a voltage between the liquid ejecting portion 22 and the counter electrode 23 are provided.
When a voltage is applied between the liquid ejection part 22 and the counter electrode 23 , the liquid facing the counter electrode 23 is released when the electrostatic force acting on the interface exceeds the surface tension of the ionic liquid 60 at the end of the liquid ejection part 22 . A Taylor cone T is formed by the ionic liquid 60 at the end of the ejection part 22, and an electrostatic atomization phenomenon occurs. This electrostatic atomization phenomenon is a phenomenon in which the electrostatic force generated by the electric field generates liquid threads from the tip of the Taylor cone, and the liquid threads split to spray and discharge the ionic liquid 60 in the form of fine droplets. When the Coulomb force acting between the ions in the ejected droplet becomes larger than the surface tension of the droplet, Rayleigh splitting occurs, splitting the droplet and further promoting the miniaturization. In other words, at the end of the liquid ejection part 22, the charged ionic liquid 60 becomes charged microparticles that are miniaturized to nano-size, that is, microdroplets, and is attracted by the Coulomb force from the counter electrode 23, and the acidic gas separation device It is sprayed out into the interior space of 100 . These fine droplets have a larger specific surface area than before becoming fine particles, and easily come into contact with the mixed gas 50 filled in the internal space of the acidic gas separation device 100, so that the acid contained in the mixed gas 50 The gas 52 can be efficiently chemically absorbed.

なお、処理ガス53が酸性ガス52を含有する場合、つまり、酸性ガス52の含有量が低減されたガス53の場合には、このガス53を上記ガス供給部10に導入し、再度、酸性ガス分離装置100を用いて酸性ガス52を分離してもよい。処理ガス53をガス供給部10に導入するには、処理ガス53をガス供給部10に案内する流路を設ければよい。 When the processing gas 53 contains the acid gas 52, that is, when the gas 53 has a reduced content of the acid gas 52, the gas 53 is introduced into the gas supply unit 10, and the acid gas is supplied again. The separation device 100 may be used to separate the acid gas 52 . In order to introduce the processing gas 53 into the gas supply unit 10 , a channel for guiding the processing gas 53 to the gas supply unit 10 may be provided.

(液体供給部)
液体供給部21は、液体供給流路21aを介して液体噴出部22にイオン液体60を供給する。液体供給部21は、イオン液体60を貯留する槽と、槽から液体噴出部22にイオン液体60を供給するポンプとを備える。例えば、ポンプが密閉状態にある槽に空気を供給することにより、イオン液体60が液体噴出部22に押し出される。
なお、液体供給部21は、必ずしもポンプによりイオン液体60を供給するものでなくてもよい。例えば、液体供給部21は、エアパルス方式のディスペンサーにより構成することができる。エアパルス方式のディスペンサーは、一定時間に電磁弁を開閉することにより、レギュレータを通して減圧した一定圧力の窒素等のガスを、イオン液体60を封入したシリンジなどの容器に導き、イオン液体60を押し出す装置である。
(liquid supply unit)
The liquid supply section 21 supplies the ionic liquid 60 to the liquid ejection section 22 via the liquid supply channel 21a. The liquid supply unit 21 includes a tank that stores the ionic liquid 60 and a pump that supplies the ionic liquid 60 from the tank to the liquid ejection unit 22 . For example, the ionic liquid 60 is pushed out to the liquid ejecting part 22 by supplying air to the bath in a closed state with a pump.
Note that the liquid supply unit 21 does not necessarily have to supply the ionic liquid 60 by a pump. For example, the liquid supply unit 21 can be configured by an air pulse type dispenser. The air pulse dispenser is a device that opens and closes a solenoid valve at a certain time to introduce a gas such as nitrogen at a constant pressure reduced through a regulator into a container such as a syringe containing the ionic liquid 60 and push out the ionic liquid 60. be.

液体供給部21から液体噴出部22に供給されるイオン液体60の量(以下、「イオン液体流量」ともいう)により、液体噴出部22から酸性ガス分離装置100の内部空間に静電噴霧されるイオン液体60の量が調整される。イオン液体流量は、後述する液体噴出部22におけるノズル22aの内径や、ノズル22aと対向電極23との距離にあわせて適宜調整され、特に限定されるものではないが、本実施形態では、1.0~10.0mL/hである。 Depending on the amount of the ionic liquid 60 supplied from the liquid supply part 21 to the liquid ejection part 22 (hereinafter also referred to as "ionic liquid flow rate"), the liquid ejection part 22 is electrostatically sprayed into the internal space of the acidic gas separation device 100. The amount of ionic liquid 60 is adjusted. The flow rate of the ionic liquid is appropriately adjusted according to the inner diameter of the nozzle 22a in the liquid ejecting portion 22, which will be described later, and the distance between the nozzle 22a and the counter electrode 23, and is not particularly limited. 0 to 10.0 mL/h.

(液体噴出部)
液体噴出部22は、液体供給部21から供給されたイオン液体60を、酸性ガス分離装置100の内部空間に導入された混合ガス50にむけて噴出する。液体噴出部22は、イオン液体60を噴出する側の端部にノズル22aを有する。
(liquid ejection part)
The liquid ejection part 22 ejects the ionic liquid 60 supplied from the liquid supply part 21 toward the mixed gas 50 introduced into the internal space of the acidic gas separation device 100 . The liquid ejection part 22 has a nozzle 22a at the end on the side from which the ionic liquid 60 is ejected.

ノズル22aは電圧印加部24に接続されており、このノズル22aによって液体供給部21から送られてくるイオン液体60は帯電される。ノズル22aは、他方の端部(イオン液体60を噴出する側の端部と反対側の端部)で液体供給流路21aに接続されている。ノズル22aの材質は特に限定されないが、例えば、溶融シリカ、ポリマー樹脂、SUS等の金属などを用いて構成される。 The nozzle 22a is connected to the voltage application section 24, and the ionic liquid 60 sent from the liquid supply section 21 is charged by the nozzle 22a. The nozzle 22a is connected to the liquid supply channel 21a at the other end (the end opposite to the end on the side from which the ionic liquid 60 is ejected). Although the material of the nozzle 22a is not particularly limited, it is configured using, for example, fused silica, polymer resin, metal such as SUS, and the like.

ノズル22aの形状は特に限定されないが、本実施形態では、円筒形状のノズル22aを用いている。このようなノズル22aの内径は特に限定されないが、例えば、10~1000μmである。また、ノズル22aの外径は特に限定されないが、例えば、30~3000μmである。 Although the shape of the nozzle 22a is not particularly limited, a cylindrical nozzle 22a is used in this embodiment. Although the inner diameter of the nozzle 22a is not particularly limited, it is, for example, 10 to 1000 μm. Also, the outer diameter of the nozzle 22a is not particularly limited, but is, for example, 30 to 3000 μm.

(対向電極)
対向電極23は、液体噴出部22に対向して配置される。つまり、対向電極23はノズル22aの軸線の延長線上に配置されており、ノズル22aから離間されている。
(Counter electrode)
The counter electrode 23 is arranged to face the liquid ejector 22 . That is, the counter electrode 23 is arranged on an extension line of the axis of the nozzle 22a and is separated from the nozzle 22a.

対向電極23の材質は、特に限定されない。液体噴出部22(ノズル22a)との間に電界を形成し、電界によりノズル22aの端部からイオン液体60を酸性ガス分離装置100の内部空間に噴霧排出させる観点からは、対向電極23は金属又は導電性樹脂等により形成されることが好ましい。また、イオン液体60を効率よく噴霧排出させるためには電気抵抗の低い金属や導電性樹脂で対向電極23を形成することがより好ましい。さらに、対向電極23にはノズル22aから噴霧排出されたイオン液体60が付着することがあるため、イオン液体60に対する耐食性に優れたタングステン、モリブデン、アルミニウム、ステンレス及びニッケル合金等で対向電極23を形成することが特に好ましい。 The material of the counter electrode 23 is not particularly limited. From the viewpoint of forming an electric field between the liquid ejection part 22 (nozzle 22a) and spraying and discharging the ionic liquid 60 from the end of the nozzle 22a into the internal space of the acidic gas separation device 100 by the electric field, the counter electrode 23 is made of metal. Alternatively, it is preferably formed of a conductive resin or the like. Moreover, in order to efficiently spray and discharge the ionic liquid 60, it is more preferable to form the counter electrode 23 with a metal or a conductive resin having a low electric resistance. Furthermore, since the ionic liquid 60 sprayed and discharged from the nozzle 22a may adhere to the counter electrode 23, the counter electrode 23 is formed of tungsten, molybdenum, aluminum, stainless steel, nickel alloy, etc., which have excellent corrosion resistance to the ionic liquid 60. is particularly preferred.

ノズル22aの端部と対向電極23との距離は、両者の間に形成される電界強度に大きな影響を与える。また、両者の距離は、酸性ガス分離装置100の内部空間における微小液滴の滞在時間にも影響を与えるものと推測される。例えば、両者の距離を小さくすると、ノズル22aへの印加電圧を低減することができる。一方、両者の距離が小さすぎると、対向電極23に対するコロナ放電やアーク放電が誘発されやすくなるとともに、微小液滴の滞在時間が少なくなるため酸性ガス52の除去量が減少する傾向にある。したがって、これらの相反する特性を最適化すべく、使用するノズル22a及び対向電極23の材質、ノズル22aの内径・外径やイオン液体流量に応じて適宜調整する必要がある。本実施形態では、ノズル22aの端部と対向電極23と距離は、1~10mmであることが好ましい。この範囲の距離であれば、コロナ放電やアーク放電が抑制され、酸性ガス52の除去量に優れると共に、ノズル22aへの印加電圧を低減することができる。 The distance between the end of the nozzle 22a and the counter electrode 23 greatly affects the intensity of the electric field formed between them. Moreover, it is presumed that the distance between the two also affects the residence time of the microdroplets in the internal space of the acidic gas separation device 100 . For example, if the distance between the two is reduced, the voltage applied to the nozzle 22a can be reduced. On the other hand, if the distance between the two is too small, corona discharge or arc discharge to the opposing electrode 23 is likely to be induced, and residence time of the fine droplets is shortened, so the removal amount of the acid gas 52 tends to decrease. Therefore, in order to optimize these conflicting characteristics, it is necessary to appropriately adjust the materials of the nozzle 22a and the counter electrode 23 to be used, the inner and outer diameters of the nozzle 22a, and the flow rate of the ionic liquid. In this embodiment, the distance between the end of the nozzle 22a and the counter electrode 23 is preferably 1 to 10 mm. If the distance is within this range, corona discharge and arc discharge are suppressed, the removal amount of the acid gas 52 is excellent, and the voltage applied to the nozzle 22a can be reduced.

また、対向電極23は、ノズル22aの端部との電界強度を高めると共に、液滴が対向電極23に付着せずに内部空間に噴霧排出されるように、開口部23aを有する。電界の偏りを防止する観点から、開口部23aの中心は、ノズル22aの軸線の延長線上となるように配置されることが好ましい。 Further, the counter electrode 23 has an opening 23a so that the electric field intensity with the end of the nozzle 22a is increased and droplets are sprayed and discharged into the internal space without adhering to the counter electrode 23. FIG. From the viewpoint of preventing the bias of the electric field, it is preferable that the center of the opening 23a be arranged on the extension line of the axis of the nozzle 22a.

対向電極23及び開口部23aの形状は特に限定されない。本実施形態では、板状の対向電極23を用い、この対向電極23に円形状の開口部23aを形成している。開口部23aの直径は、ノズル22aの内径・外径、ノズル22aと対向電極23との距離やイオン液体流量に関係しているため、これらの条件にあわせて適宜調整される。本実施形態では、開口部23aの直径は5~30mmであることが好ましい。 The shapes of the counter electrode 23 and the opening 23a are not particularly limited. In the present embodiment, a plate-shaped counter electrode 23 is used, and a circular opening 23a is formed in the counter electrode 23 . The diameter of the opening 23a is related to the inner and outer diameters of the nozzle 22a, the distance between the nozzle 22a and the counter electrode 23, and the flow rate of the ionic liquid, so it is appropriately adjusted according to these conditions. In this embodiment, the diameter of the opening 23a is preferably 5 to 30 mm.

(電圧印加部)
電圧印加部24は、液体噴出部22と対向電極23との間に電圧を印加する。通常、電圧は直流であり、本実施形態では4~10kVとすることができる。電圧は、対向電極23に対してノズル22a側がプラスとなるように印加することが好ましい。ノズル22a側がプラスとなるように電圧が印加されると、対向電極23は反対の電荷を有することになる。そのため、図1におけるノズル22aと対向電極23との位置関係を、例えば、水平方向にしたり、また、両者の位置関係を上下反対にしても、静電噴霧された微小液滴は、液体噴出部22から対向電極23に向かって、チャンバ100aの内部空間に拡散する。
(Voltage application part)
The voltage applying section 24 applies a voltage between the liquid ejecting section 22 and the counter electrode 23 . Typically, the voltage is direct current and can be 4-10 kV in this embodiment. It is preferable that the voltage be applied to the counter electrode 23 so that the nozzle 22a side is positive. If a voltage is applied so that the nozzle 22a side becomes positive, the counter electrode 23 will have the opposite charge. Therefore, even if the positional relationship between the nozzle 22a and the counter electrode 23 in FIG. 22 toward the counter electrode 23 into the internal space of the chamber 100a.

また、液体噴出部22と対向電極23との間に電圧を印加し続けると、対向電極23に微小液滴が堆積し、コロナ放電やアーク放電が誘発されやすくなることがある。そのため、静電噴霧開始から所定時間経過後に、対向電極23をクリーニングし、堆積した微小液滴を除去してもよい。また、静電噴霧開始から所定時間経過後に、液体噴出部22と対向電極23とに印加する電圧を逆にしてもよい。 Further, when a voltage is continuously applied between the liquid ejecting portion 22 and the counter electrode 23, minute droplets are deposited on the counter electrode 23, which may easily induce corona discharge or arc discharge. Therefore, the opposed electrode 23 may be cleaned after a predetermined time has elapsed from the start of the electrostatic spraying to remove the deposited minute droplets. Further, the voltages applied to the liquid ejecting portion 22 and the counter electrode 23 may be reversed after a predetermined time has elapsed from the start of electrostatic spraying.

電圧印加部24から電圧が供給されると、ノズル22aの端部にイオン液体60のテイラーコーンTが形成され、静電噴霧現象が生じる。電圧印加部24としては、公知のものを用いることができる。 When a voltage is supplied from the voltage application unit 24, a Taylor cone T of the ionic liquid 60 is formed at the end of the nozzle 22a, and an electrostatic atomization phenomenon occurs. A known unit can be used as the voltage applying unit 24 .

<イオン液体再生部>
イオン液体再生部30は、リッチ吸収液61から、酸性ガス52と、一部又は全部の酸性ガス52が除去され再生されたイオン液体60(以下、「リーン吸収液62」ということがある)とを分離する。本実施形態では、チャンバ100aに接続された回収流路30aにより、リッチ吸収液61がイオン液体再生部30に案内され、イオン液体再生部30にて、酸性ガス52とリーン吸収液62とが分離される。つまり、イオン液体再生部30では、リッチ吸収液61から酸性ガス52を放散させて、酸性ガス52が回収されると共に、リーン吸収液62としてイオン液体60が再生される。リーン吸収液62は、液体供給部21に導入され、酸性ガス52を含有する混合ガス50の分離に再度使用することができる。
<Ionic liquid regeneration unit>
The ionic liquid regeneration unit 30 removes the acidic gas 52 and part or all of the acidic gas 52 from the rich absorbent 61 and regenerates the ionic liquid 60 (hereinafter sometimes referred to as "lean absorbent 62"). separate. In this embodiment, the recovery channel 30a connected to the chamber 100a guides the rich absorbent 61 to the ionic liquid regeneration unit 30, where the acidic gas 52 and the lean absorbent 62 are separated. be done. That is, in the ionic liquid regeneration unit 30 , the acidic gas 52 is diffused from the rich absorbent 61 to recover the acidic gas 52 , and the ionic liquid 60 is regenerated as the lean absorbent 62 . The lean absorbent 62 is introduced into the liquid supply 21 and can be reused for separation of the mixed gas 50 containing the acid gas 52 .

リッチ吸収液61から酸性ガス52を放散させる方法は特に限定されない。例えば、リッチ吸収液61を加熱及び/又は減圧する方法が挙げられる。 A method for diffusing the acid gas 52 from the rich absorbing liquid 61 is not particularly limited. For example, a method of heating and/or reducing the pressure of the rich absorbing liquid 61 may be used.

リッチ吸収液61を加熱する場合、酸性ガス52の吸収が行われたチャンバ100aの内部空間の温度よりも5~100℃高い温度条件に設定することにより、酸性ガス52を放散させることができる。より好ましくは100℃以下、特に好ましくは40~80℃の温度条件で酸性ガス52の放散を行うと、イオン液体60の再生エネルギーを低減でき、酸性ガス52を放散させるために100℃以上の高温条件を必要とした従来技術と比較して省エネルギーである。 When the rich absorbent 61 is heated, the acid gas 52 can be diffused by setting the temperature to be 5 to 100° C. higher than the temperature of the internal space of the chamber 100a where the acid gas 52 is absorbed. More preferably, the acid gas 52 is diffused under a temperature condition of 100° C. or less, particularly preferably 40 to 80° C., so that the regeneration energy of the ionic liquid 60 can be reduced. It saves energy compared to the conventional technology that requires conditions.

また、リッチ吸収液61を減圧する場合、酸性ガス52の吸収が行われたチャンバ100aの内部空間の圧力よりも低圧条件に設定することにより、酸性ガス52を放散することができる。リッチ吸収液61を減圧する際の温度は特に限定されないが、チャンバ100aの内部空間の温度、すなわち室温近傍(25℃±10℃)又は室温(25℃)以上であることが好ましい。 Further, when the rich absorbing liquid 61 is decompressed, the acid gas 52 can be diffused by setting the pressure to be lower than the pressure of the internal space of the chamber 100a where the acid gas 52 is absorbed. The temperature at which the rich absorbing liquid 61 is depressurized is not particularly limited, but it is preferably the temperature of the internal space of the chamber 100a, that is, near room temperature (25° C.±10° C.) or above room temperature (25° C.).

イオン液体再生部30を構成する装置は、吸収した酸性ガス52が放散され、イオン液体60が再生されれば特に限定されない。なお、回収流路30aには、酸性ガス52とリーン吸収液62との分離を促進するために、予熱器等を配置することができる。 A device constituting the ionic liquid regeneration unit 30 is not particularly limited as long as the absorbed acidic gas 52 is diffused and the ionic liquid 60 is regenerated. Note that a preheater or the like can be arranged in the recovery channel 30a in order to facilitate the separation of the acid gas 52 and the lean absorbent 62 .

<送液部>
送液部40は、イオン液体再生部30で分離されたリーン吸収液62を、静電噴霧部20、具体的には液体供給部21に案内する。静電噴霧部20に導入されたリーン吸収液62、つまり、イオン液体60は、酸性ガス52を含有する混合ガス50の分離に再度使用される。イオン液体60は不揮発性かつ化学安定性を有するため、再利用に好適である。そして、イオン液体60を再利用することで、経済的に優れた酸性ガス52の分離サイクルを形成することができる。
<Liquid sending unit>
The liquid feeding section 40 guides the lean absorption liquid 62 separated by the ionic liquid regeneration section 30 to the electrostatic spraying section 20 , specifically the liquid supply section 21 . The lean absorption liquid 62 , that is, the ionic liquid 60 introduced into the electrostatic spraying section 20 is reused for separation of the mixed gas 50 containing the acid gas 52 . Since the ionic liquid 60 is nonvolatile and chemically stable, it is suitable for reuse. By reusing the ionic liquid 60, an economically excellent separation cycle for the acid gas 52 can be formed.

また、送液部40には、ポンプ、熱交換器、予冷器等を配置してもよい。送液部40としては、公知のものを用いることができる。 In addition, a pump, a heat exchanger, a precooler, and the like may be arranged in the liquid sending section 40 . A known device can be used as the liquid sending unit 40 .

[2.プロセスフロー]
つづいて、図2を参照して、酸性ガス52を分離する方法(酸性ガス分離方法)を説明する。この分離方法は、上述した酸性ガス分離装置100と同様の構成を有する酸性ガス分離装置100Aによって、混合ガス50から酸性ガス52を分離する方法である。
図2に示すように、この酸性ガス分離装置100Aは、吸収塔と放散塔とを備えている。酸性ガス分離装置100Aを利用した分離方法では、ガス供給工程、静電噴霧工程、イオン液体再生工程、及び送液工程の順に各工程を実施する。
[2. process flow]
Next, a method for separating the acid gas 52 (acid gas separation method) will be described with reference to FIG. This separation method is a method of separating the acid gas 52 from the mixed gas 50 by an acid gas separation device 100A having the same configuration as the acid gas separation device 100 described above.
As shown in FIG. 2, this acidic gas separation apparatus 100A includes an absorption tower and a diffusion tower. In the separation method using the acidic gas separation device 100A, each step is carried out in the order of a gas supply step, an electrostatic spraying step, an ionic liquid regeneration step, and a liquid transfer step.

ガス供給工程では、混合ガス50がガス供給部(図示しない)から、吸収塔に供給される。混合ガス50はガス供給流路10aに案内されて吸収塔の下部における側壁から内部空間に導入される。ガス供給流路10aには、混合ガス50の種類に応じて圧縮機や予冷器を配置することができる。 In the gas supply step, a mixed gas 50 is supplied from a gas supply section (not shown) to the absorption tower. The mixed gas 50 is guided to the gas supply channel 10a and introduced into the internal space from the sidewall at the bottom of the absorption tower. A compressor or a precooler can be arranged in the gas supply flow path 10 a according to the type of the mixed gas 50 .

吸収塔では、静電噴霧工程が行われ、混合ガス50に含有される酸性ガス52が分離される。具体的には、吸収塔の上方に、イオン液体60を供給するための液体供給部、及びイオン液体を噴出するための液体噴出部が設けられ、吸収塔の下方には、対向電極が設けられる。そして、液体噴出部と対向電極との間に電圧が印加されることで、吸収塔の下部から導入された混合ガス50に向けてイオン液体が静電噴霧され、混合ガス50に含有される酸性ガス52が微小液滴化したイオン液体に選択的に吸収される。その結果、酸性ガス52を吸収したイオン液体としてリッチ吸収液61が得られる。一方、酸性ガス52が除去又は低減されたガスは、処理ガス53として、吸収塔の上部から外部に排出される。つまり、吸収塔では、リッチ吸収液61と処理ガス53との気液分離が行われる。 In the absorption tower, an electrostatic spraying process is performed to separate the acid gases 52 contained in the mixed gas 50 . Specifically, a liquid supply unit for supplying the ionic liquid 60 and a liquid ejection unit for ejecting the ionic liquid are provided above the absorption tower, and a counter electrode is provided below the absorption tower. . Then, by applying a voltage between the liquid ejection part and the counter electrode, the ionic liquid is electrostatically sprayed toward the mixed gas 50 introduced from the lower part of the absorption tower, and the acid contained in the mixed gas 50 The gas 52 is selectively absorbed by the ionic liquid formed into microdroplets. As a result, a rich absorbent 61 is obtained as an ionic liquid that has absorbed the acid gas 52 . On the other hand, the gas from which the acid gas 52 has been removed or reduced is discharged outside from the upper part of the absorption tower as the treated gas 53 . That is, gas-liquid separation between the rich absorbent 61 and the treated gas 53 is performed in the absorption tower.

また、リッチ吸収液61は回収流路30aにより放散塔に案内されて、イオン液体再生工程が行われる。具体的には、放散塔においてリッチ吸収液61が加熱されることで、リッチ吸収液61に含まれる酸性ガス52が放散され、放散塔の上部から外部に排出される。そして、一部又は全部の酸性ガス52が除去され再生されたイオン液体として、リーン吸収液62が得られる。加熱方法としては、蒸気や高温水を放散塔の内部に循環させる方法のほか、ヒーターなどの加熱手段を用いることができる。 Also, the rich absorbent 61 is guided to the diffusion tower by the recovery channel 30a, and the ionic liquid regeneration step is performed. Specifically, by heating the rich absorbent 61 in the stripping tower, the acidic gas 52 contained in the rich absorbent 61 is diffused and discharged to the outside from the top of the stripping tower. Then, a lean absorbent 62 is obtained as an ionic liquid from which a part or all of the acid gas 52 has been removed and regenerated. As a heating method, in addition to a method of circulating steam or high-temperature water inside the diffusion tower, heating means such as a heater can be used.

送液工程では、リーン吸収液62が吸収塔の上方に設けられた液体供給部に案内され、混合ガス50に向けて静電噴霧されるイオン液体として再び利用される。つまり、イオン液体は、吸収塔と放散塔との間を循環している。なお、リーン吸収液62が案内される流路40aには、ポンプ、熱交換器や予冷器等を配置することができる。 In the liquid transfer step, the lean absorbent 62 is guided to a liquid supply section provided above the absorption tower and reused as an ionic liquid that is electrostatically sprayed toward the mixed gas 50 . That is, the ionic liquid circulates between the absorption tower and the stripping tower. A pump, a heat exchanger, a precooler, or the like can be arranged in the flow path 40a through which the lean absorbent 62 is guided.

[3.作用及び効果]
上述したように本実施形態に係る酸性ガス分離装置100,100Aが構成されるため、以下の作用及び効果を得ることができる。
(1)イオン液体60を静電噴霧することで、イオン液体60を微小液滴とすることができる。このような微小液滴は比表面積が大きく、混合ガス50に含有される酸性ガス52との接触面積を増やすことができるため、酸性ガス52の吸収速度に優れる。つまり、酸性ガス分離装置100を用いることで、簡便なプロセスで混合ガス50から酸性ガス52を選択的に効率よく分離することができる。
したがって、少量のイオン液体60で、混合ガス50から大量の酸性ガス52を吸収・分離することができる。また、従来の酸性ガス分離装置で必要とされた数十メートルの高さにおよぶ吸収塔を小さくすることができるため、設備投資にかかるコストを低減することができるとともに、省スペースである。
[3. Action and effect]
Since the acidic gas separation apparatuses 100 and 100A according to the present embodiment are configured as described above, the following functions and effects can be obtained.
(1) By electrostatically spraying the ionic liquid 60, the ionic liquid 60 can be formed into fine droplets. Since such fine droplets have a large specific surface area and can increase the contact area with the acid gas 52 contained in the mixed gas 50, they are excellent in absorption speed of the acid gas 52. That is, by using the acidic gas separation device 100, the acidic gas 52 can be selectively and efficiently separated from the mixed gas 50 by a simple process.
Therefore, a small amount of the ionic liquid 60 can absorb and separate a large amount of the acid gas 52 from the mixed gas 50 . In addition, since the absorption tower, which is several tens of meters high, which is required in the conventional acid gas separation apparatus, can be made smaller, it is possible to reduce the cost of equipment investment and save space.

(2)酸性ガス52を吸収したイオン液体60、つまり、リッチ吸収液61は、100℃未満に加熱するだけで酸性ガス52を放散することができる。そのため、従来技術と比較して、混合ガス50からの酸性ガス52の回収を、省エネルギーで行うことができる。 (2) The ionic liquid 60 that has absorbed the acidic gas 52, that is, the rich absorbent 61 can diffuse the acidic gas 52 only by heating to less than 100°C. Therefore, recovery of the acid gas 52 from the mixed gas 50 can be performed with energy saving as compared with the conventional technology.

(3)また、酸性ガス52を放散したイオン液体60、つまり、リーン吸収液62は、再度、酸性ガス52の分離に用いることができるため、経済性に優れる。 (3) In addition, the ionic liquid 60 from which the acid gas 52 has been diffused, that is, the lean absorbent 62 can be reused for separating the acid gas 52, which is economical.

(4)さらに、本実施形態に係る酸性ガス分離装置100,100Aによれば、例えば、混合ガス50に含有される酸性ガス52の濃度が3体積%以下の場合であっても、微小液滴化されたイオン液体60が酸性ガス52を選択的に化学吸収することで、混合ガス50から酸性ガス52を効率よく分離することができる。酸性ガス52、特に二酸化炭素の濃度が3体積%以下の環境として宇宙空間等の閉鎖状態にある住環境が挙げられる。つまり、本実施形態に係る酸性ガス分離装置100,100Aは、このような住環境に好適に用いることができる。酸性ガス分離に関する従来吸収法は、一般に二酸化炭素ガスの濃度が3%超の混合ガス50に適用することを想定しており、低濃度の二酸化炭素ガスを含有する混合ガス50から二酸化炭素ガスを分離することは意図されていない。 (4) Furthermore, according to the acidic gas separation apparatuses 100 and 100A according to the present embodiment, for example, even when the concentration of the acidic gas 52 contained in the mixed gas 50 is 3% by volume or less, the fine droplets The acid gas 52 can be efficiently separated from the mixed gas 50 by selectively chemically absorbing the acid gas 52 by the ionic liquid 60 thus formed. An environment in which the acid gas 52, particularly carbon dioxide, has a concentration of 3% by volume or less includes a closed living environment such as outer space. That is, the acidic gas separation apparatuses 100 and 100A according to this embodiment can be suitably used in such a living environment. Conventional absorption methods for acid gas separation are generally intended to be applied to gas mixtures 50 with carbon dioxide gas concentrations greater than 3%, and to remove carbon dioxide gas from gas mixtures 50 containing low concentrations of carbon dioxide gas. Not intended to be separated.

[4.変形例]
上記の実施形態はあくまでも例示に過ぎず、上記の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。上記の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。以下に、上記の実施形態に係る酸性ガス分離装置100の変形例を説明する。なお、ここで説明する点を除いては、上記の実施形態と同様の構成である。これらの構成については、同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。
[4. Modification]
The above-described embodiments are merely examples, and there is no intention to exclude various modifications and application of techniques not explicitly stated in the above-described embodiments. Each configuration of the above-described embodiments can be modified in various ways without departing from the spirit thereof. Also, they can be selected or combined as needed. Below, the modification of the acidic gas separation apparatus 100 which concerns on said embodiment is demonstrated. The configuration is the same as that of the above-described embodiment except for the points described here. These configurations are denoted by the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted.

(1)例えば、図3に示すように、酸性ガス分離装置100Bでは、上記の酸性ガス分離装置100における対向電極23に替えて、液体噴出部(第一液体噴出部)22に対向するように、第二液体噴出部22’が配置される。第一液体噴出部22からは第一液体供給部21により供給された第一イオン液体60が噴出され、第二液体噴出部22’からは第二液体供給部21’により供給された第二イオン液体60’が噴出される。第一イオン液体60と第二イオン液体60’とは同一であってもよいし、異なっていてもよい。
また、第二液体噴出部22’は、第二イオン液体60’を噴出する側の端部にノズル22a’を有する。そして、第二液体噴出部22’の他方の端部は液体供給流路21a’を介して第二液体供給部21’に接続されている。そして、電圧印加部24により、第一液体噴出部22と第二液体噴出部22’との間に電圧が印加される。
(1) For example, as shown in FIG. 3, in the acidic gas separation device 100B, instead of the counter electrode 23 in the acidic gas separation device 100, the , the second liquid ejection part 22' is arranged. The first ionic liquid 60 supplied by the first liquid supply section 21 is ejected from the first liquid ejection section 22, and the second ion supplied by the second liquid supply section 21' is ejected from the second liquid ejection section 22'. Liquid 60' is ejected. The first ionic liquid 60 and the second ionic liquid 60' may be the same or different.
In addition, the second liquid ejecting part 22' has a nozzle 22a' at the end on the side of ejecting the second ionic liquid 60'. The other end of the second liquid ejection section 22' is connected to the second liquid supply section 21' through the liquid supply channel 21a'. Then, the voltage applying section 24 applies a voltage between the first liquid ejecting section 22 and the second liquid ejecting section 22'.

つまり、酸性ガス分離装置100Bにおける静電噴霧部20Bは、第一液体供給部21、第二液体供給部21’、第一液体噴出部22、第二液体噴出部22’、及び電圧印加部24を有する。静電噴霧部20Bでは、一対の液体噴出部22,22’から微小液滴化されたイオン液体60,60’が静電噴霧されるため、酸性ガス52の除去量をより大きくすることができ、混合ガス50に含まれる酸性ガス52の分離をさらに効率よく行うことができる。 That is, the electrostatic spraying section 20B in the acidic gas separation device 100B includes a first liquid supply section 21, a second liquid supply section 21', a first liquid ejection section 22, a second liquid ejection section 22', and a voltage application section 24. have In the electrostatic spraying section 20B, the ionic liquids 60, 60' formed into fine droplets are electrostatically sprayed from the pair of liquid ejection sections 22, 22', so that the removal amount of the acid gas 52 can be increased. , the separation of the acid gas 52 contained in the mixed gas 50 can be performed more efficiently.

酸性ガス分離装置100Bでは、酸性ガス52を吸収した第一イオン液体60(第一リッチ吸収液61)と、酸性ガス52を吸収した第二イオン液体60’(第二リッチ吸収液61’)とはイオン液体再生部30に案内される。イオン液体再生部30では、第一リッチ吸収液61から酸性ガス52を放散させて、第一リーン吸収液62として第一イオン液体60が再生される。また、第二リッチ吸収液61’から酸性ガス52を放散させて、第二リーン吸収液62’として第二イオン液体60’が再生される。 In the acidic gas separation device 100B, a first ionic liquid 60 (first rich absorbing liquid 61) that has absorbed the acidic gas 52 and a second ionic liquid 60' that has absorbed the acidic gas 52 (second rich absorbing liquid 61'). is guided to the ionic liquid regeneration unit 30 . In the ionic liquid regeneration section 30 , the acidic gas 52 is diffused from the first rich absorbent 61 to regenerate the first ionic liquid 60 as the first lean absorbent 62 . Also, the acid gas 52 is diffused from the second rich absorbing liquid 61' to regenerate the second ionic liquid 60' as the second lean absorbing liquid 62'.

ここで、第一イオン液体60と第二イオン液体60’とが同一の場合には、各液体供給部21,21’から各液体噴出部22,22’に供給されたイオン液体流量に応じて、第一リーン吸収液62や第二リーン吸収液62’が、送液部40,40’により第一液体供給部21又は第二液体供給部21’に案内される。
一方、第一イオン液体60と第二イオン液体60’とが異なる場合には、通常、第一リッチ吸収液61と第二リッチ吸収液61’とは、混合されない状態で、イオン液体再生部30に案内される。そして、各リッチ吸収液61,61’から酸性ガス52が放散され、第一リーン吸収液62として第一イオン液体60が、第二リーン吸収液62’として第二イオン液体60’がそれぞれ再生・回収される。イオン液体再生部30において第一リーン吸収液62と第二リーン吸収液62’とは混合されることなく、第一リーン吸収液62は第一送液部40により第一液体供給部21に導入され、第二リーン吸収液62’は第二送液部40’により第二液体供給部21’に導入される。なお、イオン液体再生部30に第一リッチ吸収液61と第二リッチ吸収液61’とが混合液の状態で案内される場合には、イオン液体再生部30において各リッチ吸収液61,61’から酸性ガス52を放散させ、第一リーン吸収液62と第二リーン吸収液62’との混合液を得る。そして、この混合液をイオン液体再生部30からイオン液体回収部(図示しない)に案内し、イオン液体回収部において、各リーン吸収液62,62’を抽出等の公知の手段により分離すればよい。
Here, when the first ionic liquid 60 and the second ionic liquid 60' are the same, depending on the flow rate of the ionic liquid supplied from each liquid supply part 21, 21' to each liquid ejection part 22, 22' , the first lean absorbing liquid 62 and the second lean absorbing liquid 62' are guided to the first liquid supply section 21 or the second liquid supply section 21' by the liquid feeding sections 40 and 40'.
On the other hand, when the first ionic liquid 60 and the second ionic liquid 60' are different, the first rich absorbing liquid 61 and the second rich absorbing liquid 61' are normally mixed in the ionic liquid regeneration section 30 without being mixed. be guided to Then, the acid gas 52 is diffused from each of the rich absorbents 61 and 61', and the first ionic liquid 60 as the first lean absorbent 62 and the second ionic liquid 60' as the second lean absorbent 62' are regenerated/regenerated. be recovered. The first lean absorbent 62 and the second lean absorbent 62′ are not mixed in the ionic liquid regeneration section 30, and the first lean absorbent 62 is introduced into the first liquid supply section 21 by the first liquid feeding section 40. and the second lean absorbing liquid 62' is introduced into the second liquid supply section 21' by the second liquid feeding section 40'. Note that when the first rich absorbing liquid 61 and the second rich absorbing liquid 61' are guided to the ionic liquid regeneration unit 30 in a mixed state, the rich absorbing liquids 61 and 61' in the ionic liquid regeneration unit 30 The acidic gas 52 is diffused from the first lean absorbent 62 and the second lean absorbent 62' to obtain a mixed liquid. Then, this mixed liquid is guided from the ionic liquid regeneration section 30 to an ionic liquid recovery section (not shown), and in the ionic liquid recovery section, the respective lean absorbents 62 and 62' may be separated by known means such as extraction. .

また、第一イオン液体60と第二イオン液体60’とが同一の場合には、第一液体供給部21と第二液体供給部21’を一つにまとめて、装置の簡略化を図ってもよい。 Further, when the first ionic liquid 60 and the second ionic liquid 60' are the same, the first liquid supply section 21 and the second liquid supply section 21' are combined into one to simplify the device. good too.

また、酸性ガス分離装置100Bでは、第一液体噴出部22と第二液体噴出部22’との間に、対向電極を配置してもよい。この場合、第一液体噴出部22と第二液体噴出部22’に同じ電圧が印加され、第一液体噴出部22と対向電極との間、及び、第二液体噴出部22’と対向電極との間に電界が形成される。この対向電極は、上記の実施形態で詳述した対向電極と同様である。
対向電極と各液体噴出部22,22’との距離は同一であってもよいし、異なっていてもよい。対向電極と各液体噴出部22,22’との距離は、使用するノズル22a,22a’及び対向電極の材質、ノズル22a,22a’の内径・外径や各液体噴出部22,22’から噴出されるイオン液体流量に応じて適宜調整することができる。
Moreover, in the acidic gas separation device 100B, a counter electrode may be arranged between the first liquid ejection part 22 and the second liquid ejection part 22'. In this case, the same voltage is applied to the first liquid ejection part 22 and the second liquid ejection part 22', and the voltage is applied between the first liquid ejection part 22 and the counter electrode, and between the second liquid ejection part 22' and the counter electrode. An electric field is formed between This counter electrode is the same as the counter electrode detailed in the above embodiment.
The distances between the counter electrode and the respective liquid ejecting portions 22, 22' may be the same or different. The distance between the counter electrode and each liquid ejection part 22, 22' depends on the material of the nozzles 22a, 22a' to be used and the counter electrode, the inner and outer diameters of the nozzles 22a, 22a', and the liquid ejected from each liquid ejection part 22, 22'. It can be appropriately adjusted according to the ionic liquid flow rate to be used.

(2)また、上記の酸性ガス分離装置100におけるノズル22aを複数配置し、電圧印加部24に対して複数のノズル22aを並列に接続することができる。この場合、各ノズル22aに対向する対向電極23を複数配置してもよいし、各ノズル22aに対向するように一つの対向電極23を配置してもよい。図4には、電圧印加部24に対して並列に接続された4つのノズル22a~22aと、これらのノズル22a~22aに対向する一つの対向電極23とを配置した酸性ガス分離装置100Cの要部を示す。なお、対向電極23には、ノズル22a~22aの各軸線の延長線上に開口部23a~23aが形成されている。酸性ガス分離装置100Cによれば、一つの電圧印加部24で一度に複数のノズルに電圧を印加することができるため、酸性ガス52の除去量を大きくすることができ、混合ガス50に含まれる酸性ガス52の分離を効率よく行うことができる。 (2) In addition, a plurality of nozzles 22a in the acidic gas separation device 100 can be arranged and connected in parallel to the voltage applying section 24 . In this case, a plurality of counter electrodes 23 may be arranged to face each nozzle 22a, or one counter electrode 23 may be arranged to face each nozzle 22a. In FIG. 4, four nozzles 22a 1 to 22a 4 connected in parallel to the voltage application unit 24 and one counter electrode 23 facing these nozzles 22a 1 to 22a 4 are arranged for acidic gas separation. The main part of the device 100C is shown. The counter electrode 23 is formed with openings 23a 1 to 23a 4 on extensions of the axes of the nozzles 22a 1 to 22a 4 . According to the acidic gas separation device 100C, one voltage applying unit 24 can apply a voltage to a plurality of nozzles at once, so the removal amount of the acidic gas 52 can be increased. Separation of the acid gas 52 can be efficiently performed.

(3)また、酸性ガス分離装置100Bにおける対向する一対のノズル22a,22a’を複数配置し、電圧印加部に対してそれぞれのノズル22a,22a’を並列に接続してもよい。図5には、電圧印加部24に対して並列に接続された4つのノズル22a~22aと、ノズル22a~22aに対向させつつ、電圧印加部23に対して並列に接続された4つのノズル22a’~22a’とを配置した酸性ガス分離装置100Dの要部を示す。酸性ガス分離装置100Dによれば、一つの電圧印加部24で一度に複数の対向するノズルに電圧を印加することができるため、酸性ガス52の除去量をより大きくすることができ、混合ガス50に含まれる酸性ガス52の分離をさらに効率よく行うことができる。なお、酸性ガス分離装置100Dにおいても、酸性ガス分離装置100Bと同様に、複数の対向するノズルの間に、対向電極を配置することができる。 (3) Alternatively, a plurality of pairs of opposing nozzles 22a, 22a' may be arranged in the acidic gas separation device 100B, and the respective nozzles 22a, 22a' may be connected in parallel to the voltage application section. FIG. 5 shows four nozzles 22a 1 to 22a 4 connected in parallel to the voltage application section 24, and four nozzles 22a 1 to 22a 4 connected in parallel to the voltage application section 23 while facing the nozzles 22a 1 to 22a 4 . The main part of the acidic gas separation device 100D having four nozzles 22a 1 ′ to 22a 4 ′ is shown. According to the acidic gas separation device 100D, a single voltage application unit 24 can apply a voltage to a plurality of opposing nozzles at once. The separation of the acid gas 52 contained in can be performed more efficiently. Also in the acidic gas separation device 100D, as in the acidic gas separation device 100B, counter electrodes can be arranged between a plurality of opposing nozzles.

また、上記の酸性ガス分離装置100,100A~100Dは、混合ガス50から酸性ガス52を分離する用途のほか、埃やウィルス等の除去・吸着に用いることができる。 Further, the acidic gas separators 100, 100A to 100D can be used for separating the acidic gas 52 from the mixed gas 50 as well as for removing/adsorbing dust, viruses, and the like.

以下、本発明の実施例を述べるが、本発明の範囲はその趣旨を超えない限り、以下の例に限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the scope of the present invention is not limited to the following examples as long as the scope of the present invention is not exceeded.

<第一実施例>
第一実施例では、図6に示す酸性ガス分離装置100Eを用いた。この装置100Eは、溶融シリカ製のノズル22a(円筒形状、内径:100μm、外径:375μm)と、ノズル22aの軸線上に配置したSUS製の対向電極23(円形状の開口部23aの直径:10mm)とを備えている。この装置100Eを用い、チャンバ100aの内部空間に予め充填した二酸化炭素に、イオン液体60を以下の条件で静電噴霧した。
<First embodiment>
In the first example, an acidic gas separation device 100E shown in FIG. 6 was used. This device 100E includes a nozzle 22a made of fused silica (cylindrical shape, inner diameter: 100 μm, outer diameter: 375 μm), and a counter electrode 23 made of SUS arranged on the axis of the nozzle 22a (the diameter of the circular opening 23a: 10 mm). Using this device 100E, the ionic liquid 60 was electrostatically sprayed under the following conditions onto the carbon dioxide filled in advance in the internal space of the chamber 100a.

(条件)
・イオン液体流量:3.0mL/h
・ノズル22aの端部と対向電極23との距離:6mm
(conditions)
・ Ion liquid flow rate: 3.0 mL / h
・Distance between the end of the nozzle 22a and the counter electrode 23: 6 mm

なお、イオン液体60としては、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムアセテートを用いた。イオン液体60の物性を以下の表1に示す。 As the ionic liquid 60, 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate was used. The physical properties of the ionic liquid 60 are shown in Table 1 below.

Figure 0007143999000001
Figure 0007143999000001

印加電圧を2.5kV、3kV、3.5kV、4kV、4.5kV、5kV、5.5kV、6kV、6.5kVとし、それぞれの印加電圧に対する液滴径の分布を動的光散乱法により計測した。具体的には、チャンバ100aの下部に設けた排出口100bに配置したパーティクルアナライザ(WELAS2070、PALAS)を用いて、液滴径の分布を計測した。結果を図7に示す。 The applied voltage was set to 2.5 kV, 3 kV, 3.5 kV, 4 kV, 4.5 kV, 5 kV, 5.5 kV, 6 kV, and 6.5 kV, and the droplet diameter distribution for each applied voltage was measured by the dynamic light scattering method. did. Specifically, the droplet diameter distribution was measured using a particle analyzer (WELAS2070, PALAS) placed at the discharge port 100b provided at the bottom of the chamber 100a. The results are shown in FIG.

図7から、印加電圧が4kV以下では、液滴径の分布がほとんど変化していないことがわかる。つまり、印加電圧が4kV以下では、静電噴霧により微小液滴化したイオン液体60が得られていない。
一方、印加電圧が4kVを超えると、液滴径の分布に変化がみられる。つまり、印加電圧が4kVを超えると、静電噴霧によりイオン液体60を微小液滴化することができる。
なお、印加電圧が5.5kVを超えると、計測される微小液滴の数が減少している。これは、印加電圧が大きくなると、装置100Eの内部空間において微小液滴が広範囲に噴霧されるため、排出口100bに配置されたパーティクルアナライザで計測することができる微小液滴の数が減少したためと推測される。
From FIG. 7, it can be seen that the distribution of droplet diameters hardly changes when the applied voltage is 4 kV or less. That is, when the applied voltage is 4 kV or less, the ionic liquid 60 formed into fine droplets by electrostatic spraying is not obtained.
On the other hand, when the applied voltage exceeds 4 kV, a change in the droplet diameter distribution is observed. That is, when the applied voltage exceeds 4 kV, the ionic liquid 60 can be formed into fine droplets by electrostatic spraying.
Note that when the applied voltage exceeds 5.5 kV, the number of minute droplets to be measured decreases. This is because when the applied voltage is increased, the micro droplets are sprayed over a wide range in the internal space of the device 100E, so the number of micro droplets that can be measured by the particle analyzer arranged at the discharge port 100b is reduced. guessed.

つまり、この酸性ガス分離装置100Eでは、印加電圧が5.5kV以下のときに微小液滴を安定的に計測することができる。
したがって、以下の評価では、印加電圧の上限を5.5kVとした。
印加電圧が5.5kVのときの液滴径の分布を図8に示す。図8から、印加電圧が5.5kVのときは、粒径が約280nmの微小液滴を多く得られることがわかる。
That is, the acidic gas separation device 100E can stably measure minute droplets when the applied voltage is 5.5 kV or less.
Therefore, in the evaluation below, the upper limit of the applied voltage was set to 5.5 kV.
FIG. 8 shows the droplet diameter distribution when the applied voltage is 5.5 kV. From FIG. 8, it can be seen that when the applied voltage is 5.5 kV, many fine droplets with a particle diameter of about 280 nm can be obtained.

(静電噴霧時におけるチャンバ内の圧力変化)
図6に示す酸性ガス分離装置100Eにおいて、印加電圧が0kV、3.5kV、5.5kVのときのチャンバ100aの内部空間における圧力及び温度の経時的な変化を、圧力センサー(AP-44,KEYENCE)及び熱電対温度計(K熱電対、アズワン)を用いて測定した。結果を図9に示す。
(Pressure change in chamber during electrostatic spraying)
In the acidic gas separation device 100E shown in FIG. 6, the pressure sensor (AP-44, KEYENCE ) and a thermocouple thermometer (K thermocouple, AS ONE). The results are shown in FIG.

図9から、チャンバ100aの内部空間に充填された二酸化炭素にイオン液体60が接触すると、二酸化炭素がイオン液体60に吸収・除去されるため、内部空間の圧力が低減することがわかる(印加電圧0.0kV参照)。また、印加電圧が大きくなると、イオン液体60が微小液滴化され、比表面積が大きくなるため、二酸化炭素の吸収速度が向上し、その結果、二酸化炭素の除去量が大きくなり、チャンバ100aの内部空間の圧力が経時的に低減している(印加電圧3.5kV、5.5kV参照)。 From FIG. 9, it can be seen that when the ionic liquid 60 comes into contact with the carbon dioxide filled in the internal space of the chamber 100a, the carbon dioxide is absorbed and removed by the ionic liquid 60, and the pressure in the internal space is reduced (applied voltage 0.0 kV). In addition, when the applied voltage is increased, the ionic liquid 60 is made into fine droplets and the specific surface area is increased, so that the absorption rate of carbon dioxide is improved. The pressure in the space decreases over time (see applied voltages of 3.5 kV and 5.5 kV).

なお、印加電圧が0kVのときに比べ、印加電圧が3.5kVのときにチャンバ100aの内部空間の圧力が経時的に低減する理由は以下のとおりである。
印加電圧が0kVのとき、イオン液体60は大径の液滴状(粒径:約2mm)となり、ノズル22aから滴下される。一方、印加電圧が3.5kVのとき、イオン液体60は微小液滴化されずに、ノズル22aから対向電極23に向かって線状に延びる。つまり、液糸が生成される。ノズル22aから対向電極23に向かって線状に延びたイオン液体60(液糸状のイオン液体60)は、大径の液滴状のイオン液体60よりも比表面積が大きくなり、二酸化炭素に接触する面積が増えるため、二酸化炭素の吸収速度が向上し、その結果、二酸化炭素の除去量が向上する。
また、印加電圧が5.5kVのときには、イオン液体60が微小液滴化されるため、印加電圧が3.5kVのときよりも、二酸化炭素に接触する面積が増える。したがって、二酸化炭素の吸収速度がより向上し、その結果、二酸化炭素の除去量がより向上する。
The reason why the pressure in the internal space of the chamber 100a decreases over time when the applied voltage is 3.5 kV compared to when the applied voltage is 0 kV is as follows.
When the applied voltage is 0 kV, the ionic liquid 60 becomes large-diameter droplets (particle diameter: about 2 mm) and is dropped from the nozzle 22a. On the other hand, when the applied voltage is 3.5 kV, the ionic liquid 60 linearly extends from the nozzle 22a toward the counter electrode 23 without forming fine droplets. That is, liquid threads are generated. The ionic liquid 60 linearly extending from the nozzle 22a toward the counter electrode 23 (liquid string-like ionic liquid 60) has a larger specific surface area than the large-diameter droplet-like ionic liquid 60, and comes into contact with carbon dioxide. Due to the increased area, the carbon dioxide absorption rate is increased, resulting in increased carbon dioxide removal.
Also, when the applied voltage is 5.5 kV, the ionic liquid 60 is formed into fine droplets, so that the area in contact with carbon dioxide increases compared to when the applied voltage is 3.5 kV. Therefore, the absorption rate of carbon dioxide is further improved, and as a result, the amount of carbon dioxide removed is further improved.

(静電噴霧時におけるチャンバ内の二酸化炭素除去量の経時変化)
チャンバ100aの内部空間における圧力変化から、イオン液体60による二酸化炭素除去量の経時的な変化を算出した。結果を図10に示す。
(Change over time in the amount of carbon dioxide removed in the chamber during electrostatic spraying)
A temporal change in the amount of carbon dioxide removed by the ionic liquid 60 was calculated from the pressure change in the internal space of the chamber 100a. The results are shown in FIG.

図10から、印加電圧が大きくなると、微小液滴化されたイオン液体60の数が増大し、二酸化炭素の吸収速度が大きくなるため、二酸化炭素の除去量が向上することがわかる。印加電圧が5.5kVのときは、印加電圧が0kVのときと比較して、二酸化炭素の除去量が約3倍向上している。 From FIG. 10, it can be seen that as the applied voltage increases, the number of ionic liquids 60 formed into microdroplets increases, and the absorption rate of carbon dioxide increases, thereby improving the amount of carbon dioxide removed. When the applied voltage is 5.5 kV, the amount of carbon dioxide removed is approximately three times higher than when the applied voltage is 0 kV.

(静電噴霧時における二酸化炭素吸収速度の経時変化)
イオン液体60による二酸化炭素除去量の経時的な変化から、二酸化炭素の吸収速度の経時的な変化を算出した。結果を図11に示す。
(Change over time in carbon dioxide absorption rate during electrostatic spraying)
From the change over time in the amount of carbon dioxide removed by the ionic liquid 60, the change over time in the absorption rate of carbon dioxide was calculated. The results are shown in FIG.

図11から、印加電圧が大きいほど二酸化炭素の吸収速度が大きいことがわかる。経時的に吸収速度が小さくなる理由は、二酸化炭素の除去に伴い、チャンバ100aの内部空間の圧力が低下するため、イオン液体60に物理吸収される二酸化炭素の量が低減するためと考えられる。 From FIG. 11, it can be seen that the higher the applied voltage, the higher the carbon dioxide absorption rate. The reason why the absorption rate decreases over time is thought to be that the pressure in the internal space of the chamber 100a decreases as the carbon dioxide is removed, so the amount of carbon dioxide physically absorbed by the ionic liquid 60 decreases.

<第二実施例>
第二実施例では、図12に示す酸性ガス分離装置100Fを用いた。この装置100Fは、ガス供給部10A,10Bを備えている。また、この装置100Fは、ガス供給部10A,10Bからチャンバ100aの内部空間に混合ガス50を案内するガス供給流路10aと、チャンバ100aの内部空間から処理ガス53を排出し、ガス供給流路10aに接続するガス排出流路10bとを備えている。また、チャンバ100a内に、内部空間の容積を調整する目的でスペーサが配置されている。
<Second embodiment>
In the second example, an acidic gas separation device 100F shown in FIG. 12 was used. This device 100F includes gas supply units 10A and 10B. The apparatus 100F also includes a gas supply channel 10a for guiding the mixed gas 50 from the gas supply units 10A and 10B into the internal space of the chamber 100a, and a gas supply channel 10a for discharging the processing gas 53 from the internal space of the chamber 100a. and a gas discharge channel 10b connected to 10a. A spacer is arranged in the chamber 100a for the purpose of adjusting the volume of the internal space.

ガス供給部10Aには、窒素と二酸化炭素が充填されており、ガス供給部10Bには、窒素が充填されている。これらのガス供給部10A,10Bから供給されるガスの量を調整し、チャンバ100aの内部空間に、濃度0.996体積%の二酸化炭素を含有する混合ガス50を供給した。なお、ノズル22a、対向電極23、イオン液体60及び静電噴霧条件は第一実施例と同じである。 The gas supply section 10A is filled with nitrogen and carbon dioxide, and the gas supply section 10B is filled with nitrogen. A mixed gas 50 containing carbon dioxide with a concentration of 0.996% by volume was supplied to the internal space of the chamber 100a by adjusting the amount of gas supplied from these gas supply units 10A and 10B. The nozzle 22a, counter electrode 23, ionic liquid 60 and electrostatic spray conditions are the same as in the first embodiment.

(静電噴霧時におけるチャンバ内の二酸化炭素濃度の経時変化)
この酸性ガス分離装置100Fを用い、混合ガス50が装置100Fの内部を流動する雰囲気下において、二酸化炭素濃度の経時変化を計測した。
(Change over time in carbon dioxide concentration in chamber during electrostatic spraying)
Using this acidic gas separation device 100F, changes in carbon dioxide concentration over time were measured under an atmosphere in which the mixed gas 50 was flowing inside the device 100F.

図13には、イオン液体60をノズル22aから噴出していない状態で、窒素充填したチャンバ内に濃度0.996体積%の二酸化炭素を送り込んだ時のチャンバ出口での二酸化炭素濃度の経時変化をBatchとして示した。また、図13には、濃度0.996体積%の二酸化炭素を所定の流量で流しながら、印加電圧を0kV、3.5kV、4.5kV、5.5kVとしたときのチャンバ出口における二酸化炭素濃度の経時変化を示した。なお、二酸化炭素の濃度は、ガス排出流路10bに配置した赤外線COアナライザ(横河電機株式会社、IR200)を用いて計測した。 FIG. 13 shows changes over time in the concentration of carbon dioxide at the chamber outlet when carbon dioxide having a concentration of 0.996% by volume is fed into a chamber filled with nitrogen while the ionic liquid 60 is not jetted from the nozzle 22a. Shown as Batch. In addition, FIG. 13 shows the carbon dioxide concentration at the chamber outlet when the applied voltage is 0 kV, 3.5 kV, 4.5 kV, and 5.5 kV while flowing carbon dioxide with a concentration of 0.996% by volume at a predetermined flow rate. showed a change over time. The concentration of carbon dioxide was measured using an infrared CO 2 analyzer (IR200, Yokogawa Electric Corporation) placed in the gas discharge channel 10b.

イオン液体60をノズル22aから噴出していない状態でのチャンバ内における二酸化炭素濃度の経時変化(Batch)をみると、混合ガス50の供給開始から約20分経過後に、二酸化炭素濃度が略一定となる。つまり、混合ガス50の供給開始から約20分経過後に、チャンバ100aの内部空間に、濃度0.996体積%の二酸化炭素を含有する混合ガス50が充満したことがわかる。
また、図13では、静電噴霧開始から約20分を経過すると、二酸化炭素の濃度が略一定となっている。この理由は、一定の二酸化炭素濃度で供給され続ける混合ガス50から、装置100Fを用いたイオン液体60の静電噴霧により除去することができる二酸化炭素の量(除去量)が一定になるためである。
Looking at the change over time (Batch) of the carbon dioxide concentration in the chamber in a state where the ionic liquid 60 is not jetted from the nozzle 22a, the carbon dioxide concentration becomes substantially constant after about 20 minutes from the start of the supply of the mixed gas 50. Become. That is, it can be seen that the internal space of the chamber 100a was filled with the mixed gas 50 containing carbon dioxide having a concentration of 0.996% by volume about 20 minutes after the supply of the mixed gas 50 was started.
Further, in FIG. 13, the concentration of carbon dioxide becomes substantially constant after about 20 minutes from the start of electrostatic spraying. The reason for this is that the amount (removal amount) of carbon dioxide that can be removed from the mixed gas 50, which is continuously supplied at a constant carbon dioxide concentration, by electrostatic spraying of the ionic liquid 60 using the device 100F becomes constant. be.

(印加電圧に対する二酸化炭素濃度)
また、印加電圧に対する二酸化炭素の濃度を図14に示す。この濃度は、チャンバ100aの内部空間の二酸化炭素濃度が安定した、混合ガス供給開始から約20分経過した時点以降の二酸化炭素の濃度の平均値である。
(Carbon dioxide concentration for applied voltage)
FIG. 14 shows the concentration of carbon dioxide with respect to the applied voltage. This concentration is the average value of the concentration of carbon dioxide after about 20 minutes have passed since the start of supply of the mixed gas, when the concentration of carbon dioxide in the internal space of the chamber 100a stabilizes.

図13および図14から、印加電圧が大きいほど、混合ガス50に含有される二酸化炭素の濃度が減少しているため、イオン液体60の静電噴霧により二酸化炭素の除去量が向上することがわかる。 13 and 14, the higher the applied voltage, the lower the concentration of carbon dioxide contained in the mixed gas 50. Therefore, it can be seen that the electrostatic spraying of the ionic liquid 60 improves the amount of carbon dioxide removed. .

<考察>
第一実施例では、密閉容器内における二酸化炭素吸収能の評価を行った。静電噴霧による二酸化炭素除去量は、電圧を印加しない場合と比べて大きくなり、イオン液体流量を3.0mL/hとし、5.5kVの電圧をノズルと対向電極との間(距離6mm)に印加した場合において、3倍程度向上した。これは、イオン液体の静電噴霧により生成された比表面積の大きな微小液滴により、イオン液体の表面での二酸化炭素吸収反応(化学吸収)が促進されたためであり、二酸化炭素吸収における本技術の有効性が示された。
<Discussion>
In the first example, the carbon dioxide absorption capacity in the sealed container was evaluated. The amount of carbon dioxide removed by electrostatic spraying is greater than when no voltage is applied, and the ionic liquid flow rate is 3.0 mL / h, and a voltage of 5.5 kV is applied between the nozzle and the counter electrode (distance 6 mm). In the case of applying voltage, the improvement was about 3 times. This is because the carbon dioxide absorption reaction (chemical absorption) on the surface of the ionic liquid was promoted by the micro droplets with a large specific surface area generated by electrostatic spraying of the ionic liquid. Efficacy was shown.

また、第二実施例では、二酸化炭素濃度を0.996体積%とした二酸化炭素/窒素混合気を用い、流動下での二酸化炭素吸収能の評価を行った。イオン液体流量を3mL/hとし、電圧を印加しない場合には、二酸化炭素濃度は0.996体積%から0.80体積%に減少する。一方、5.5kVの電圧をノズルと対向電極との間(距離6mm)に印加した場合には、二酸化炭素濃度が0.996体積%から0.51体積%まで減少し、イオン液体の静電噴霧による顕著な二酸化炭素分離吸収効果が得られた。本実験により、化学吸収法におけるイオン液体静電噴霧の有効性が示された。 In the second example, a carbon dioxide/nitrogen mixture with a carbon dioxide concentration of 0.996% by volume was used to evaluate the ability to absorb carbon dioxide under flow. When the ionic liquid flow rate is 3 mL/h and no voltage is applied, the carbon dioxide concentration decreases from 0.996% by volume to 0.80% by volume. On the other hand, when a voltage of 5.5 kV was applied between the nozzle and the counter electrode (distance of 6 mm), the carbon dioxide concentration decreased from 0.996% by volume to 0.51% by volume, and the static electricity of the ionic liquid A significant carbon dioxide separation and absorption effect was obtained by spraying. This experiment demonstrated the effectiveness of ionic liquid electrostatic spraying in the chemical absorption method.

<第三実施例>
イオン液体60として表1に記載の1-エチル-3-メチルイミダゾリウムアセテートを用い、図6に示す酸性ガス分離装置100Eにより、印加電圧0kV、4.0kV、6.2kVのときのイオン液体1mol当たりに吸収される二酸化炭素の量(二酸化炭素ローディング率)の経時変化を測定した。結果を図15に示す。
なお、二酸化炭素の除去量は、第一実施例と同様に、チャンバ100aの内部空間における圧力変化から算出した。また、静電噴霧の条件は以下のとおりであり、チャンバ内の雰囲気は20℃、0.1MPaとした。
(条件)
・イオン液体流量:2.0mL/h
・ノズル22aの端部と対向電極23との距離:6mm
<Third embodiment>
Using 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate shown in Table 1 as the ionic liquid 60, the acidic gas separation device 100E shown in FIG. The change over time in the amount of carbon dioxide absorbed per unit (carbon dioxide loading rate) was measured. The results are shown in FIG.
The amount of carbon dioxide removed was calculated from the pressure change in the internal space of the chamber 100a, as in the first embodiment. The conditions for electrostatic spraying were as follows, and the atmosphere in the chamber was 20° C. and 0.1 MPa.
(conditions)
・ Ionic liquid flow rate: 2.0 mL / h
・Distance between the end of the nozzle 22a and the counter electrode 23: 6 mm

印加電圧が6.2kVにおいて、静電噴霧開始から60分経過後の二酸化炭素ローディング率は0.277であった。なお、図15中の点線は、別途実験により求めた同条件における二酸化炭素ローディング率の平衡値(0.28)である。
つまり、印加電圧を大きくすると、二酸化炭素ローディング率が平衡値に近づくことがわかる。
At an applied voltage of 6.2 kV, the carbon dioxide loading rate 60 minutes after the start of electrostatic spraying was 0.277. Note that the dotted line in FIG. 15 is the equilibrium value (0.28) of the carbon dioxide loading rate under the same conditions obtained by a separate experiment.
That is, it can be seen that the carbon dioxide loading rate approaches the equilibrium value when the applied voltage is increased.

10 ガス供給部
20 静電噴霧部
21 液体供給部
22 液体噴出部
23 対向電極
24 電圧印加部
30 イオン液体再生部
40 送液部
50 混合ガス
51 非酸性ガス
52 酸性ガス
53 処理ガス
60 イオン液体
61 リッチ吸収液
62 リーン吸収液
100 酸性ガス分離装置
REFERENCE SIGNS LIST 10 gas supply unit 20 electrostatic spray unit 21 liquid supply unit 22 liquid ejection unit 23 counter electrode 24 voltage application unit 30 ionic liquid regeneration unit 40 liquid supply unit 50 mixed gas 51 non-acidic gas 52 acidic gas 53 treated gas 60 ionic liquid 61 Rich absorbing liquid 62 Lean absorbing liquid 100 Acidic gas separator

Claims (13)

酸性ガスを含有する混合ガスを供給するガス供給部と、
前記混合ガスに向けてイオン液体を静電噴霧し、前記酸性ガスを前記イオン液体に吸収させる静電噴霧部と、を備え、
前記静電噴霧部が、
前記イオン液体を供給する液体供給部と、
前記液体供給部から供給された前記イオン液体を前記混合ガスに噴出する液体噴出部と、
前記液体噴出部に対向して配置される対向電極と、
前記液体噴出部と前記対向電極との間に電圧を印加する電圧印加部と、を有し、
前記静電噴霧部による前記静電噴霧によって前記酸性ガスを吸収した前記イオン液体から、前記酸性ガスと前記イオン液体とを分離するイオン液体再生部と、
前記イオン液体再生部で前記酸性ガスと分離された前記イオン液体を、前記液体供給部に送る送液部と、を備え
前記液体噴出部は、ナノサイズにまで微細化されて微小液滴となった前記イオン液体を前記混合ガスに噴出する、
酸性ガス分離装置。
a gas supply unit that supplies a mixed gas containing an acid gas;
an electrostatic spraying unit that electrostatically sprays an ionic liquid toward the mixed gas and absorbs the acidic gas into the ionic liquid;
The electrostatic spraying part is
a liquid supply unit that supplies the ionic liquid;
a liquid jetting section for jetting the ionic liquid supplied from the liquid feeder into the mixed gas;
a counter electrode arranged to face the liquid ejection part;
a voltage applying unit that applies a voltage between the liquid ejecting unit and the counter electrode;
an ionic liquid regeneration unit that separates the acidic gas and the ionic liquid from the ionic liquid that has absorbed the acidic gas by the electrostatic spraying by the electrostatic spraying unit;
a liquid sending unit for sending the ionic liquid separated from the acidic gas in the ionic liquid regeneration unit to the liquid supply unit ;
The liquid ejecting part ejects the ionic liquid that has been miniaturized to a nano-size to form minute droplets into the mixed gas .
Acid gas separator.
前記イオン液体再生部は、前記酸性ガスを吸収した前記イオン液体に対して加熱及び減圧の少なくとも何れかを行うことで前記酸性ガスと前記イオン液体とを分離する、
請求項1に記載の酸性ガス分離装置。
The ionic liquid regeneration unit separates the acidic gas and the ionic liquid by performing at least one of heating and depressurization of the ionic liquid that has absorbed the acidic gas.
The acid gas separation device according to claim 1.
前記電圧印加部に対し並列に接続される複数の前記液体噴出部を有する、
請求項1又は2に記載の酸性ガス分離装置。
Having a plurality of liquid ejecting units connected in parallel to the voltage applying unit,
The acidic gas separation device according to claim 1 or 2.
酸性ガスを含有する混合ガスを供給するガス供給部と、
前記混合ガスに向けてイオン液体を静電噴霧し、前記酸性ガスを前記イオン液体に吸収させる静電噴霧部と、を備え、
前記静電噴霧部が、
前記イオン液体を供給する液体供給部と、
前記液体供給部から供給された前記イオン液体を前記混合ガスに噴出する第一液体噴出部と、
前記第一液体噴出部に対向して配置され、前記液体供給部から供給された前記イオン液体を前記混合ガスに噴出する第二液体噴出部と、
前記第一液体噴出部と前記第二液体噴出部との間に電圧を印加する電圧印加部と、を有し、
前記静電噴霧部による前記静電噴霧によって前記酸性ガスを吸収した前記イオン液体から、前記酸性ガスと前記イオン液体とを分離するイオン液体再生部と、
前記イオン液体再生部で前記酸性ガスと分離された前記イオン液体を、前記液体供給部に送る送液部と、を備え
前記第一液体噴出部及び前記第二液体噴出部はそれぞれ、ナノサイズにまで微細化されて微小液滴となった前記イオン液体を前記混合ガスに噴出する、
酸性ガス分離装置。
a gas supply unit that supplies a mixed gas containing an acid gas;
an electrostatic spraying unit that electrostatically sprays an ionic liquid toward the mixed gas and absorbs the acidic gas into the ionic liquid;
The electrostatic spraying part is
a liquid supply unit that supplies the ionic liquid;
a first liquid jetting section for jetting the ionic liquid supplied from the liquid feeder into the mixed gas;
a second liquid ejection section arranged opposite to the first liquid ejection section for ejecting the ionic liquid supplied from the liquid supply section into the mixed gas;
a voltage applying section that applies a voltage between the first liquid ejecting section and the second liquid ejecting section;
an ionic liquid regeneration unit that separates the acidic gas and the ionic liquid from the ionic liquid that has absorbed the acidic gas by the electrostatic spraying by the electrostatic spraying unit;
a liquid sending unit for sending the ionic liquid separated from the acidic gas in the ionic liquid regeneration unit to the liquid supply unit ;
Each of the first liquid ejection part and the second liquid ejection part ejects the ionic liquid that has been miniaturized to nano-size and formed into minute droplets into the mixed gas ,
Acid gas separator.
前記イオン液体再生部は、前記酸性ガスを吸収した前記イオン液体に対して加熱及び減圧の少なくとも何れかを行うことで前記酸性ガスと前記イオン液体とを分離する、
請求項4に記載の酸性ガス分離装置。
The ionic liquid regeneration unit separates the acidic gas and the ionic liquid by performing at least one of heating and depressurization of the ionic liquid that has absorbed the acidic gas.
The acid gas separation device according to claim 4.
前記電圧印加部に対し並列に接続される複数の前記第一液体噴出部と、
前記電圧印加部に対し並列に接続される複数の前記第二液体噴出部と、を有する
請求項4又は5に記載の酸性ガス分離装置。
a plurality of the first liquid ejecting units connected in parallel to the voltage applying unit;
The acidic gas separation device according to claim 4 or 5, further comprising a plurality of said second liquid ejecting parts connected in parallel with said voltage applying part.
前記液体供給部が、前記イオン液体のうち第一イオン液体を供給する第一液体供給部と、前記イオン液体のうち第二イオン液体を供給する第二液体供給部とを有し、
前記第一液体噴出部が、前記第一液体供給部から供給された前記第一イオン液体を前記混合ガスに噴出し、
前記第二液体噴出部が、前記第二液体供給部から供給された前記第二イオン液体を前記混合ガスに噴出する、
請求項4に記載の酸性ガス分離装置。
The liquid supply unit has a first liquid supply unit that supplies a first ionic liquid among the ionic liquids, and a second liquid supply unit that supplies a second ionic liquid among the ionic liquids,
the first liquid ejection section ejecting the first ionic liquid supplied from the first liquid supply section into the mixed gas;
The second liquid ejection unit ejects the second ionic liquid supplied from the second liquid supply unit into the mixed gas,
The acid gas separation device according to claim 4.
前記電圧印加部に対し並列に接続される複数の前記第一液体噴出部と、
前記電圧印加部に対し並列に接続される複数の前記第二液体噴出部と、を有する
請求項7に記載の酸性ガス分離装置。
a plurality of the first liquid ejecting units connected in parallel to the voltage applying unit;
The acidic gas separation device according to claim 7, comprising a plurality of said second liquid ejecting parts connected in parallel with said voltage applying part.
前記イオン液体再生部は、前記酸性ガスを吸収した前記第一イオン液体から、前記酸性ガスと前記第一イオン液体とを分離するとともに、前記酸性ガスを吸収した前記第二イオン液体から、前記酸性ガスと前記第二イオン液体とを分離し、前記第一イオン液体と前記第二イオン液体とを混合することなく、前記第一イオン液体と前記第二イオン液体とを回収する、
請求項7又は8に記載の酸性ガス分離装置。
The ionic liquid regeneration unit separates the acidic gas and the first ionic liquid from the first ionic liquid that has absorbed the acidic gas, and separates the acidic gas from the second ionic liquid that has absorbed the acidic gas. separating the gas and the second ionic liquid, and recovering the first ionic liquid and the second ionic liquid without mixing the first ionic liquid and the second ionic liquid;
The acidic gas separation device according to claim 7 or 8.
前記イオン液体再生部で回収された前記第一イオン液体を、前記静電噴霧部に送る第一送液部と、
前記イオン液体再生部で回収された前記第二イオン液体を、前記静電噴霧部に送る第二送液部と、を備える、
請求項9に記載の酸性ガス分離装置。
a first liquid sending unit that sends the first ionic liquid recovered by the ionic liquid regeneration unit to the electrostatic spraying unit;
a second liquid sending unit that sends the second ionic liquid recovered by the ionic liquid regeneration unit to the electrostatic spraying unit;
The acid gas separation device according to claim 9.
前記酸性ガスが二酸化炭素であり、
前記混合ガスに含有される前記二酸化炭素の濃度が3体積%以下である、
請求項1~10の何れか一項に記載の酸性ガス分離装置。
the acid gas is carbon dioxide,
The concentration of the carbon dioxide contained in the mixed gas is 3% by volume or less,
The acid gas separation device according to any one of claims 1-10.
酸性ガスを含有する混合ガスを、液体噴出部の液体を噴出する端部と対向電極とが対向して配置された空間内に供給するガス供給工程と、
前記液体噴出部と前記対向電極との間に電圧を印加し前記端部から前記混合ガスに向けてイオン液体を静電噴霧し、前記酸性ガスを前記イオン液体に吸収させる静電噴霧工程と、
前記静電噴霧工程による前記静電噴霧によって前記酸性ガスを吸収した前記イオン液体から、前記酸性ガスと前記イオン液体とを分離するイオン液体再生工程と、
前記イオン液体再生工程で前記酸性ガスと分離された前記イオン液体を、前記静電噴霧工程に送る送液工程と、を有し、
前記静電噴霧工程では、ナノサイズにまで微細化されて微小液滴となった前記イオン液体を、前記液体噴出部の前記端部から前記混合ガスに向けて静電噴霧する、
酸性ガス分離方法。
a gas supply step of supplying a mixed gas containing an acid gas into a space in which the liquid ejection end of the liquid ejection part and the counter electrode are arranged to face each other;
an electrostatic spraying step of applying a voltage between the liquid ejecting part and the counter electrode to electrostatically spray the ionic liquid from the end toward the mixed gas, thereby absorbing the acidic gas into the ionic liquid;
an ionic liquid regeneration step of separating the acidic gas and the ionic liquid from the ionic liquid that has absorbed the acidic gas by the electrostatic spraying in the electrostatic spraying step;
a liquid sending step of sending the ionic liquid separated from the acidic gas in the ionic liquid regeneration step to the electrostatic spraying step ;
In the electrostatic spraying step, the ionic liquid that has been pulverized to a nano-size and formed into fine droplets is electrostatically sprayed from the end of the liquid ejection unit toward the mixed gas ,
Acid gas separation method.
前記イオン液体再生工程では、前記酸性ガスを吸収した前記イオン液体に対して加熱及び減圧の少なくともいずれかを行うことで前記酸性ガスと前記イオン液体とを分離する、
請求項12に記載の酸性ガス分離方法。
In the ionic liquid regeneration step, the ionic liquid that has absorbed the acidic gas is subjected to at least one of heating and depressurization to separate the acidic gas and the ionic liquid.
The acid gas separation method according to claim 12.
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