JP7394963B2 - 二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を分離回収するための吸収液及びそれを用いた二酸化炭素の回収方法 - Google Patents

二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を分離回収するための吸収液及びそれを用いた二酸化炭素の回収方法 Download PDF

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Description

本開示は、二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を分離回収するための吸収液（以下、吸収液とも称することがある）及びそれを用いた二酸化炭素の回収方法に関する。
近年、地球温暖化に起因すると考えられている気候変動及び自然災害が、農業生産、住環境、エネルギー消費等に多大な影響を及ぼしている。この地球温暖化は、人類の社会活動が活発になることに付随して増大する二酸化炭素、メタン、亜酸化窒素、フロン等の温室効果ガスが大気中に増大することが原因と考えられている。その温室効果ガスの中で最も主要なものとして大気中の二酸化炭素が挙げられており、二酸化炭素の大気中への排出量の削減に向けての対策が世界的な課題となっている。
二酸化炭素の発生源としては、石炭、重油、天然ガス等を燃料とする火力発電所；コークスで酸化鉄を還元する製鐵所の高炉；銑鉄中の炭素を燃焼して製鋼する製鐵所の転炉；各種製造所におけるボイラー；セメント工場におけるキルン；ガソリン、重油、軽油等を燃料とする輸送機器（例えば、自動車、船舶、航空機等）がある。これらのうち、輸送機器以外は定置的な設備であり、二酸化炭素の大気中への排出量を削減する対策を施しやすい設備である。
上記で例示される発生源から排出されるガスから二酸化炭素を分離回収する方法としては、従来からいくつかの方法が知られている。
例えば、二酸化炭素を含むガスを吸収塔内でアルカノールアミンの水溶液と接触させて二酸化炭素を吸収させる方法が知られている。ここでアルカノールアミンとしては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミン等が知られているが、この中でもモノエタノールアミンが汎用されている。
しかし、これらのアルカノールアミンの水溶液を二酸化炭素の吸収液として用いる場合、モノエタノールアミンのような一級アミンは装置の材質の腐食性が高いため、高価な耐食鋼を用いること、吸収液中のアミン濃度を低くすること等が必要となる。また、吸収した二酸化炭素の放散及び回収は、一般的には再生塔内で吸収液を約１２０℃に加熱することにより行うが、前記のアルカノールアミンでは、吸収塔内における二酸化炭素の吸収量と再生塔内での二酸化炭素の放散量とが十分でないため、結果的に二酸化炭素単位質量当たりの回収に大きなエネルギーが必要となる。
二酸化炭素の発生の削減、省エネルギー及び省資源が求められる時代において、二酸化炭素吸収及び回収における大量のエネルギー消費は、当該技術の実用化を阻む大きな要因となっており、より少ないエネルギーでの二酸化炭素の分離回収技術が求められている。
そのため、より少ないエネルギーで二酸化炭素の分離回収をするための従来技術として、例えば、特許文献１には、特定のヒンダードアミンの水溶液と大気圧下の燃焼排ガスとを接触させることを特徴とする燃焼排ガス中の二酸化炭素の除去方法が記載されている。その実施例では、ヒンダードアミンとしてＮ－メチルアミノエタノール及びＮ－エチルアミノエタノールが記載され、その他のヒンダードアミンとしては、実施例の記載はないが、２－イソプロピルアミノエタノール等のアミンが記載されている。
また、特許文献２では、複数種のアルカノールアミンを混合することにより、個々のアミンの特性を活かしつつ、最大限の性能を発揮させる吸収液及び二酸化炭素を吸収させる方法が記載されている。
一方、特許文献３では、比熱の高い水を溶媒とする水溶液に代わって、アルコール等の非水有機化合物を溶媒とする検討も進められている。水の代わりに例えばアルコール類を使用すると比熱が低くなり、且つ不安定なアルキルカーボネートを経由する二酸化炭素の分離回収工程を経ることから、低温放散性の向上等が期待される。
特許文献４には、エチレングリコール等と水との混合液を溶媒として用いる吸収液が記載されている。
特許文献５には、二酸化炭素の分圧が０．４～５ＭＰａである高圧ガスから二酸化炭素を除去するための吸収液及び回収方法が記載されている。該吸収液は、モルフォリン化合物及びイミダゾール化合物の様な吸収性の低い吸収剤を敢えて用いることにより、放散工程で要する熱エネルギーを削減できることが記載されている。
また、特許文献６には、吸収剤として５０質量％の２－アミノ－２－メチル－１－プロパノール（ＡＭＰ）、吸収促進剤として５質量％のピペラジンを含む二酸化炭素吸収水溶液が記載されている。
特許文献７には、吸収剤として１０質量％のピペラジン、吸収助剤として２０質量％の２－（イソプロピルアミノ）エタノール（ＩＰＡＥ）を含む二酸化炭素吸収水溶液が記載されている。
特許文献８には、１－メチルイミダゾールを０．６ｍｏｌ／Ｌ、ピペラジンを２．８ｍｏｌ／Ｌ、メチルアミノエタノール０．２ｍｏｌ／Ｌとなるように調整した二酸化炭素吸収水溶液が記載されている。
特許文献９には、アルカノールアミンの水溶液に、アルカノールアミンの酸化抑制剤としてメルカプトベンズイミダゾール類を添加した二酸化炭素吸収液が記載されている。
特許文献１：特許第２８７１３３４号公報
特許文献２：特許第５４５２２２２号公報
特許文献３：特開２０１２－２３６１６５号公報
特許文献４：国際公開第２０１６／１５２７８２号
特許文献５：国際公開第２００９／０６６７５４号
特許文献６：特開２０１５－２４３７４号公報
特許文献７：特開２０１３－１５８７１８号公報
特許文献８：国際公開第２０１１－１２１６３３号
特許文献９：特開２０１２－４５５１８号公報
このように、特許文献１～９には、より少ないエネルギーでの二酸化炭素の分離回収技術が開示されている。
しかし、特許文献１及び特許文献２で例示される吸収液であっても、分離回収のためのエネルギーを十分に抑制できていない。
特許文献３に記載された組成の吸収液は、二酸化炭素の吸収効率が極めて低く、二酸化炭素の吸収を２０℃から２５℃といった低温域で実施する必要があり、吸収の際に冷却に要するエネルギーが余分に必要となるという問題がある。
特許文献４に記載された組成の吸収液は、従来の水溶液と比較して、二酸化炭素の低温条件下での放散性能は向上するが、粘性が比較的高いため、二酸化炭素吸収効率は低下する傾向が認められる。
特許文献５に記載された吸収液及び回収方法は、火力発電所又は製鉄所高炉から発生する比較的低い分圧の二酸化炭素（一般に０．０２ＭＰａ程度）に対しては、二酸化炭素吸収効率が低く、従って回収される二酸化炭素単位質量当たりのエネルギーが高くなる。
また、特許文献６～８に記載されている吸収液に含まれるピペラジンは、二酸化炭素との反応性が高いため、二酸化炭素の放散に要する熱エネルギーが大きく、エネルギーコストが高くなる。
また、特許文献９に記載されている吸収液に含まれるメルカプトベンズイミダゾールは、不快な臭いなどの問題がある。
そこで、本開示は、高い効率で、且つ低いエネルギーコストで二酸化炭素を分離回収できる吸収液及びそれを用いた二酸化炭素の回収方法を提供することを目的とする。
本開示の発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、吸収液が特定のアルカノールアミン化合物の少なくとも１種、特定のイミダゾール化合物及び水を含有し、アルカノールアミン化合物の含有量を特定の範囲とすることにより、二酸化炭素の吸収効率を損なわずに、二酸化炭素の低温条件下での放散速度及び放散率が顕著に向上し、二酸化炭素を含むガスから、効率的に二酸化炭素を分離回収できることを見出した。本開示の発明者らは、これらの知見に基づいてさらに検討を行い、本開示を完成するに至った。
すなわち、本開示は、以下の二酸化炭素を分離回収するための吸収液、及び二酸化炭素を分離回収する方法を提供するものである。
＜１＞
吸収液全体に対する含有量が３０～７０質量％であり、下記一般式（１）で表されるアルカノールアミン化合物と、
下記一般式（２）で表されるイミダゾール化合物と、
水と、
を含有する、
二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を分離回収するための吸収液。


(一般式（１）中、Ｒ１は、水素原子又は炭素数１～４のアルキル基、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立して水素原子又は炭素数１～３のアルキル基であり、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３のすべてが水素原子であることはなく、ｎは１又は２である。)

（一般式（２）中、Ｉｍはイミダゾール環であり、複数のＲはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数１～１０のアルキル基であり、ｘは１又は２であり、ｘが１の場合、Ｌは水素原子又は炭素数１～１０のアルキル基であり、ｘが２の場合、Ｌは、２つのイミダゾール環を連結する単結合又は２価の連結基である。但し、イミダゾール環に含まれる２つの窒素原子のうち一方の窒素原子はＲ又はＬと結合し、他方の窒素原子はＲ及びＬのいずれにも結合しない。）
＜２＞
前記アルカノールアミン化合物が、前記一般式（１）中、Ｒ１が、水素原子、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基、イソプロピル基又はｎ－ブチル基であり、Ｒ２及びＲ３が、それぞれ独立して水素原子又はメチル基であり、ｎが１又は２であるアルカノールアミン（Ｉ）である、前記＜１＞に記載の吸収液。
＜３＞
前記アルカノールアミン化合物が、前記一般式（１）中、Ｒ１が、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基、イソプロピル基又はｎ－ブチル基であり、Ｒ２及びＲ３が水素原子であり、ｎが１又は２であるアルカノールアミン（ＩＩ）である、前記＜１＞又は＜２＞に記載の吸収液。
＜４＞
前記アルカノールアミン化合物が、前記一般式（１）中、Ｒ１が、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基、イソプロピル基又はｎ－ブチル基であり、Ｒ２及びＲ３が水素原子であり、ｎが１又は２であるアルカノールアミン（ＩＩ）と、
前記一般式（１）中、Ｒ１が水素原子であり、Ｒ２及びＲ３が、それぞれ独立して水素原子又はメチル基であり、ｎが１又は２であるアルカノールアミン（ＩＩＩ）と、を含有する、混合アミンである、前記＜１＞に記載の吸収液。
＜５＞
前記アルカノールアミン（ＩＩ）が、Ｎ－イソプロピルアミノエタノールであり、前記アルカノールアミン（ＩＩＩ）が、２－アミノ－２－メチル－１－プロパノールである、前記＜３＞又は＜４＞に記載の吸収液。
＜６＞
前記イミダゾール化合物の含有量が、吸収液全体に対して、５～３５質量％である、前記＜１＞～＜５＞のいずれか一項に記載の吸収液。
＜７＞
前記イミダゾール化合物が、下記一般式（２Ａ）で表されるイミダゾール化合物Ａである、＜１＞～＜６＞のいずれか一項に記載の吸収液。

（一般式（２Ａ）中、Ｒａは炭素数１～１０のアルキル基であり、複数のＲはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数１～１０のアルキル基であり、ｘは１又は２であり、ｘが１の場合、Ｌは水素原子又は炭素数１～１０のアルキル基であり、ｘが２の場合、Ｌは２つのイミダゾール環を連結する単結合又は２価の連結基である。）
＜８＞
前記イミダゾール化合物Ａが、下記一般式（２Ｄ）で表される化合物である、＜７＞
に記載の吸収液。

（一般式（２Ｄ）中、Ｒ４は、炭素数１～４のアルキル基であり、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、それぞれ独立して水素原子又は炭素数１～４のアルキル基である。）
＜９＞
前記イミダゾール化合物が、イミダゾール、１－メチルイミダゾール、１－エチルイミダゾール、１－ブチルイミダゾール、１－イソプロピルイミダゾール、２－メチルイミダゾール、及び、１，２－ジメチルイミダゾールからなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物である、前記＜１＞～＜６＞のいずれか一項に記載の吸収液。
＜１０＞
前記イミダゾール化合物が、１－メチルイミダゾールである、前記＜１＞～＜９＞のいずれか一項に記載の吸収液。
＜１１＞
前記アルカノールアミン化合物、前記イミダゾール化合物、及び前記水の合計含有量が、前記吸収液全体に対して９９質量％以上である前記＜１＞～＜１０＞のいずれか一項に記載の吸収液。
＜１２＞
前記＜１＞～＜１１＞のいずれか一項に記載の吸収液を、二酸化炭素を含むガスと接触させ、二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を吸収した吸収液を得る工程Ａと、
前記吸収液を加熱して、前記吸収液から二酸化炭素を脱離して放散させ、放散した二酸化炭素を回収する工程Ｂと、
を有する二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を分離回収する方法。
＜１３＞
前記工程Ｂにおいて、前記吸収液を８０～９５℃で加熱して二酸化炭素を脱離する、前記＜１２＞に記載の方法。
本開示によれば、従来のアミン組成の水溶液からなる吸収液よりも、高い効率で、且つ低いエネルギーコストで二酸化炭素を分離回収できる吸収液及びそれを用いた二酸化炭素の回収方法が提供される。
以下、本開示の一例である実施形態について詳細に説明する。
「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
「～」の前後に記載される数値に「超」または「未満」が付されている場合の数値範囲は、これら数値を下限値または上限値として含まない範囲を意味する。
「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
本開示に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値は他の段階的な記載の数値範囲の上限値に、又は一つの数値範囲で記載された下限値は他の段階的な記載の数値範囲の下限値に置き換えてもよい。
また、本開示に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において、好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
本開示において、炭素数が３以上のアルキル基は、直鎖のアルキル基でも分岐のアルキル基でもよい。
＜二酸化炭素を分離回収するための吸収液＞
本開示の二酸化炭素を分離回収するための吸収液（本開示において単に「吸収液」と記す場合がある。）は、吸収液全体に対する含有量が３０～７０質量％であり、下記一般式（１）で表されるアルカノールアミン化合物（本開示において単に「アルカノールアミン化合物」と記す場合がある。）と、下記一般式（２）で表されるイミダゾール化合物（本開示において単に「イミダゾール化合物」と記す場合がある。）と、水と、を含有する。
一般式（１）中、Ｒ１は、水素原子又は炭素数１～４のアルキル基であり、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立して水素原子又は炭素数１～３のアルキル基であり、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３のすべてが水素原子であることはなく、ｎは１又は２である。
一般式（２）中、Ｉｍはイミダゾール環であり、複数のＲはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数１～１０のアルキル基であり、ｘは１又は２であり、ｘが１の場合、Ｌは水素原子又は炭素数１～１０のアルキル基であり、ｘが２の場合、Ｌは、２つのイミダゾール環を連結する単結合又は２価の連結基である。但し、イミダゾール環に含まれる２つの窒素原子のうち一方の窒素原子はＲ又はＬと結合し、他方の窒素原子はＲ及びＬのいずれにも結合しない。
本開示に係る吸収液は、上記構成により、高い効率で、且つ低いエネルギーコストで二酸化炭素を分離回収できる。本開示に係る吸収液は、次の知見により見出された。
二酸化炭素を分離回収するための吸収液は、二酸化炭素を含むガスと接触させることで二酸化炭素を回収する。二酸化炭素は吸収液中のアミン等の成分と化学反応することで吸収液中に回収されるが、その化学反応は発熱反応である。二酸化炭素回収の際に発熱が大きい場合、吸収液の温度が上昇することがある。吸収液の温度が低いほど、二酸化炭素の回収効率は高くなるため、吸収液の温度の上昇を抑制することが必要であるが、チラー等により吸収液の温度を下げようとするとエネルギーコストが高くなる。よって、二酸化炭素回収の際に生じる発熱を抑制することが必要である。
二酸化炭素回収の際に生じる発熱は、吸収液に二酸化炭素が回収されたときに生じる塩と溶媒との溶媒和による。溶媒和の大きさは、吸収液中の溶媒の誘電率に比例するため、誘電率の小さい非水系の溶媒を用いることで、二酸化炭素回収の際に生じる発熱が抑制される。
そこで発明者は、非水系の溶媒を用いた吸収液の検討を試みた。
まず吸収液のアミンとしてアルカノールアミン化合物、溶媒として非水系の溶媒としてエチレングリコールのみを用いたところ、二酸化炭素回収の際に生じる発熱の抑制効果が低いことが明らかとなった。その理由は、吸収液に二酸化炭素が回収されたときに生じる塩の構造によると考えられる。吸収液に二酸化炭素が回収されたときに生じる塩の構造は、カルバミオン酸アニオン又は重炭酸イオンの２種類であり、前者の塩構造を形成すると発熱が大きい。重炭酸イオンを形成するためには、吸収液中に水を含有することが必要であり、溶媒としてエチレングリコールのみを用いると、発熱の大きいカルバミオン酸アニオンが優先的に生じたため、二酸化炭素回収の際に生じる発熱の抑制効果が低いと考えた。
次に、発明者は、吸収液の溶媒として、水と非水系の溶媒との混合溶媒を用いることが適切と考え、溶媒種の検討を行った。
吸収液のアミンとしてアルカノールアミン化合物、溶媒として水と非水系の溶媒としてエチレングリコールとの混合溶媒を用いたところ、二酸化炭素の回収速度が低下した。その理由は、水とエチレングリコールとで多数の水素結合を形成し、吸収液の粘土が向上したため、気液反応の効率が低下したことによると考えられる。
そして、吸収液のアミンとしてアルカノールアミン化合物、溶媒として水と非水系の溶媒としてイミダゾール化合物との混合溶媒を用い、アルカノールアミン化合物の含有量を特定の範囲内としたところ、二酸化炭素の回収の際に生じる発熱の抑制効果が高く、さらに二酸化炭素の回収速度が良好であることが見いだされた。
以上の知見により、本開示に係る吸収液は、上記構成により、高い効率で、且つ低いエネルギーコストで二酸化炭素を分離回収できることが見いだされた。
本開示に係る吸収液によれば、従来のアミン組成の水溶液からなる吸収液に対し、優れた二酸化炭素吸収効率を損なわずに、より低温条件下での二酸化炭素の放散が可能となる。また、本開示に係る吸収液によれば、二酸化炭素をより低いエネルギー消費量で回収することが可能である。これにより二酸化炭素の分離回収に要するエネルギーは低減され、効率的且つ低エネルギー消費量で二酸化炭素を回収することができる。また、低温条件下での二酸化炭素の放散能力を大幅に改善したことにより、従来、廃棄されていた所謂、低品位廃熱の利用を可能とし、二酸化炭素の分離回収に要するエネルギーを大幅に削減することが可能である。
以下、本開示に係る吸収液について詳細に説明する。
（アルカノールアミン化合物）
本開示に係る吸収液は、下記一般式（１）で表されるアルカノールアミン化合物を、吸収液全体に対して３０～７０質量％の割合で含有する。本開示に係る吸収液に含まれるアルカノールアミン化合物は、１種でもよく２種以上でもよく、２種以上のアルカノールアミン化合物を含有する場合は、その合計量が吸収液全体に対して３０～７０質量％である。

一般式（１）中、Ｒ１は、水素原子又は炭素数１～４のアルキル基、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立して水素原子又は炭素数１～３のアルキル基であり、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３のすべてが水素原子であることはなく、ｎは１又は２である。
前記一般式（１）におけるＲ１は、水素原子又は炭素数１～４のアルキル基である。
前記一般式（１）におけるＲ１は、具体的には、水素原子、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基、イソプロピル基、ｎ－ブチル基等が挙げられる。
これらの中でも、高い効率で、且つ低いエネルギーコストで二酸化炭素を分離回収する観点から、水素原子、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基、イソプロピル基又はｎ－ブチル基が好ましく、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基、イソプロピル基又はｎ－ブチル基がより好ましく、イソプロピル基が更に好ましい。
前記一般式（１）におけるｎは、１又は２であり、１がより好ましい。
前記一般式（１）におけるＲ２及びＲ３は、それぞれ独立して水素原子又は炭素数１～３のアルキル基であり、具体的には、水素原子、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基又はイソプロピル基が挙げられる。これらの中でも、水素原子又はメチル基が好ましい。
前記一般式（１）で表される具体的なアルカノールアミン化合物としては、Ｎ－エチルアミノエタノール、Ｎ－ｎ－プロピルアミノエタノール、Ｎ－イソプロピルアミノエタノール、Ｎ－ｎ－ブチルアミノエタノール、２－アミノ－１－プロパノール、Ｎ－イソブチルアミノエタノール、２－アミノ－２－メチル－１－プロパノール、３－エチルアミノ－１－プロパノール、３－ｎ－プロピルアミノ－１－プロパノール、３－イソプロピルアミノ－１－プロパノール、３－ｎ－ブチルアミノ－１－プロパノール、３－イソブチルアミノ－１－プロパノール等が挙げられ、これらは工業的にも使用することができる。
本開示に係る吸収液は、前記一般式（１）で表されるアルカノールアミン化合物を少なくとも１種含有していればよく、複数種のアルカノールアミン化合物からなる混合アミンを含有していてもよい。
アルカノールアミン化合物としては、前記一般式（１）中、Ｒ１が、水素原子、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基、イソプロピル基又はｎ－ブチル基であり、Ｒ２及びＲ３が、それぞれ独立して水素原子又はメチル基であり、ｎが１又は２であるアルカノールアミン（Ｉ）であることが好ましい。
アルカノールアミン化合物としては、前記一般式（１）中、Ｒ１が、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基、イソプロピル基又はｎ－ブチル基であり、Ｒ２及びＲ３が水素原子であり、ｎが１又は２であるアルカノールアミン（ＩＩ）であることがより好ましい。
混合アミンとしては、例えば、前記一般式（１）中、Ｒ１が、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基、イソプロピル基又はｎ－ブチル基であり、Ｒ２及びＲ３が水素原子であり、ｎが１又は２であるアルカノールアミン（ＩＩ）、及び前記一般式（１）中、Ｒ１が水素原子であり、Ｒ２及びＲ３が、それぞれ独立して水素原子又はメチル基であり、ｎが１又は２であるアルカノールアミン（ＩＩＩ）の混合アミンを挙げることができる。
その中でもアルカノールアミン（ＩＩ）としてＮ－イソプロピルアミノエタノール、及びアルカノールアミン（ＩＩＩ）として２－アミノ－２－メチル－１－プロパノールの混合アミンが好ましい。
以下、本開示に係る吸収液のアルカノールアミン化合物の総量について述べる。
一般的にはアミン成分の濃度が高い方が単位液容量あたりの二酸化炭素の吸収量、吸収速度、脱離量及び脱離速度が大きく、エネルギー消費、プラント設備の大きさ及び効率からは望ましいが、アミン成分の濃度が、吸収液全体に対して７０％を越える場合、活性剤としての水の効果が減少するためか二酸化炭素の吸収量の低下、アミン成分の混合性の低下、粘度の上昇等の問題が生じる。
本開示に係る吸収液は、アルカノールアミン化合物の混合性の低下、粘度の上昇等の問題より、アルカノールアミン化合物の含有量は、吸収液全体に対して、７０質量％以下とする。一方、本開示の発明者らの実験によれば、アルカノールアミン化合物の含有量が吸収液全体に対して３０質量％未満では、吸収性能が低いだけでなく、放散速度および放散量（＝回収量）も大きく低下してしまう。そのため、実用的な吸収性能及び脱離性能の点からアルカノールアミン化合物の含有量は３０質量％以上である。すなわち、アルカノールアミン化合物の含有量は、吸収液全体に対して、３０～７０質量％であり、好ましくは４０～７０質量％が選択される。
（イミダゾール化合物）
本開示に係る吸収液は、イミダゾール化合物として、下記一般式（２）で表されるイミダゾール化合物を含有する。本開示に係る吸収液に含まれるイミダゾール化合物は、１種でもよく２種以上でもよい。
一般式（２）中、Ｉｍはイミダゾール環であり、複数のＲはそれぞれ独立してイミダゾール環に結合する水素原子又は炭素数１～１０のアルキル基である。ｘは１又は２であり、ｘが１の場合、Ｌはイミダゾール環に結合する水素原子又は炭素数１～１０のアルキル基であり、ｘが２の場合、Ｌは２つのイミダゾール環を連結する単結合又は２価の連結基である。但し、イミダゾール環に含まれる２つの窒素原子のうち一方の窒素原子はＲ又はＬと結合し、他方の窒素原子はＲ及びＬのいずれにも結合しない。ここで、「イミダゾール環」とは、下記構造のイミダゾールにおいて、１位のＮ、並びに２位、４位、及び５位のＣに結合する各水素原子を除く環を意味する。Ｌによって表される２価の連結基としては、チオカルボニル基、カルボニル基等が挙げられる。
例えば、特許文献６～８に開示されているピペラジンは一般的に吸収促進剤として使用されているが、二酸化炭素との反応性が高いため、二酸化炭素の放散に要する熱エネルギーが大きく、エネルギーコストが高くなる。
一方、一般式（２）表されるイミダゾール化合物は、ピペラジンよりも塩基度（ＣＯ２との反応性）がはるかに低く、エネルギーコストを抑制する点で有利である。
一般式（２）で表されるイミダゾール化合物は、イミダゾールの１位のＮの結合形態によって３つのタイプ、すなわち、下記一般式（２Ａ）で表されるイミダゾール化合物Ａ、下記一般式（２Ｂ）で表されるイミダゾール化合物Ｂ、及び下記一般式（２Ｃ）で表されるイミダゾール化合物Ｃが挙げられる。
一般式（２Ａ）中、Ｒａは炭素数１～１０のアルキル基であり、複数のＲはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数１～１０のアルキル基である。ｘは１又は２であり、ｘが１の場合、Ｌは水素原子又は炭素数１～１０のアルキル基であり、ｘが２の場合、Ｌは２つのイミダゾール環を連結する単結合又は２価の連結基である。２価の連結基としては、チオカルボニル基、カルボニル基等が挙げられる。
吸収特性及び放散特性の観点から、ｘは１であることが好ましく、Ｒａは炭素数１～４のアルキル基であることが好ましく、Ｌ及びＲは水素原子又は炭素数１～４のアルキル基であることが好ましく、いずれも水素原子であることがより好ましい。
一般式（２Ｂ）中、複数のＲはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数１～１０のアルキル基であり、ｘは１又は２であり、ｘが１の場合、Ｌは水素原子又は炭素数１～１０のアルキル基であり、ｘが２の場合、Ｌは２つのイミダゾール環を連結する単結合又は２価の連結基である。２価の連結基としては、チオカルボニル基、カルボニル基等が挙げられる。
吸収特性及び放散特性の観点から、一般式（２Ｂ）においてｘは１であることが好ましく、Ｌ及びＲは水素原子又は炭素数１～４のアルキル基であることが好ましく、いずれも水素原子であることがより好ましい。
一般式（２Ｃ）中、各イミダゾール環における複数のＲはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数１～１０のアルキル基であり、Ｌは２つのイミダゾール環を連結する単結合又は２価の連結基である。２価の連結基としては、チオカルボニル基、カルボニル基等が挙げられる。
吸収特性及び放散特性の観点から、一般式（２Ｃ）においてＲは水素原子又は炭素数１～４のアルキル基であることが好ましく、いずれも水素原子であることがより好ましい。
吸収特性及び放散特性の観点から、イミダゾール化合物Ａ～Ｃのうち、一般式（２Ａ）及び（２Ｂ）においてｘが１であるイミダゾール化合物Ａ及びＢがより好ましく、イミダゾール化合物Ａがさらに好ましい。
一般式（２Ａ）及び（２Ｂ）においてｘが１であるイミダゾール化合物としては、例えば、下記一般式（２Ｄ）で示されるイミダゾール化合物を挙げることができる。
一般式（２Ｄ）中、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、それぞれ独立して水素原子又は炭素数１～４のアルキル基を示す。好ましくは、Ｒ４は、炭素数１～４のアルキル基を示し、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、それぞれ独立して水素原子又は炭素数１～４のアルキル基を示す。
一般式（２Ｄ）で示されるイミダゾール化合物としては、好ましくは、イミダゾール、１－メチルイミダゾール、１－エチルイミダゾール、１－プロピルイミダゾール、１－イソプロピルイミダゾール、１－ブチルイミダゾール、２－メチルイミダゾール、２－エチルイミダゾール、２－プロピルイミダゾール、２－イソプロピルイミダゾール、２－ブチルイミダゾール、１，２－ジメチルイミダゾール、１，４－ジメチルイミダゾール、１，５－ジメチルイミダゾール、２，４－ジメチルイミダゾール、４，５－ジメチルイミダゾール等を挙げることができる。より好ましくは、１－メチルイミダゾール、１－エチルイミダゾール、１－プロピルイミダゾール、１－イソプロピルイミダゾール、１－ブチルイミダゾールが挙げられ、特に好ましくは、１－メチルイミダゾールである。
本開示に係る吸収液は、イミダゾール化合物を１種単独又は複数種を組み合わせて使用することができる。
二酸化炭素の吸収効率を向上する観点から、吸収液全体に対する、イミダゾール化合物の含有量（イミダゾール化合物を２種以上含む場合は合計含有量）は、５～３５質量％とすることが好ましく、１０～２０質量％とすることがより好ましい。
（水）
本開示に係る吸収液は、水を含有する。
水の含有量は、特に限定的なものではなく、残部を水とすることができるが、吸収液全体に対して、５～６０質量％が好ましく、１０～４５質量％がより好ましく、１５～４０質量％が更に好ましい。
なお、水は、特に限定されず、蒸留水、イオン交換水、水道水、地下水等を適宜用いることができる。
（その他の成分）
また、本開示に係る吸収液は、アルカノールアミン化合物、イミダゾール化合物及び水以外のその他の成分を、必要に応じて、本開示の効果を阻害しない範囲で含んでいてもよい。その他の成分としては、液体の化学的又は物理的安定性を確保するための安定剤(例えば、酸化防止剤等の副反応抑制剤)；本開示の溶液を用いる装置又は設備の材質の劣化を防ぐための防止剤（例えば、腐食防止剤）；消泡剤（例えば、界面活性剤）；等が挙げられる。これらその他の成分の含有量は、本開示の効果を阻害しない範囲であれば特に制限的なものではない。
なお、その他の成分としてピペラジンを含有すると、二酸化炭素の放散に要する熱エネルギーが大きくなり、エネルギーコストが上昇してしまう。そのため、本開示に係る吸収液は、ピペラジンを含有しないか、含有するとしてもピペラジンの含有量は吸収液全体に対して１質量％以下とすることが好ましく、ピペラジンを含有しないことがより好ましい。
本開示に係る吸収液は、吸収液全体に対するアルカノールアミン化合物、イミダゾール化合物及び水の合計含有量が、９５質量％以上、９８質量％以上、又は９９質量％以上でもよい。
（吸収液における各成分の含有量の測定方法）
本開示に係る吸収液における各成分の含有量は、吸収液を調製する際に各成分の添加量（質量％）が反映されるが、吸収液における各成分の含有量は、ＧＣ－ＦＩＤ（ガスクロマトグラフ－水素炎イオン化検出器）により定量することができる。
（吸収液の製造方法）
本開示に係る吸収液の製造方法は特に限定されない。例えば、アルカノールアミン化合物、イミダゾール化合物、及び水、さらに必要に応じてその他の成分を準備し、吸収液全体に対し、アルカノールアミン化合物の含有量が３０～７０質量％となり、イミダゾール化合物の含有量が好ましくは５～３５％、水の含有量が好ましくは５～６０質量％となるように混合することで本開示に係る吸収液を調製することができる。
＜二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を分離回収する方法＞
本開示に係る二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を分離回収する方法は、前記吸収液を、二酸化炭素を含むガスと接触させ、二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を吸収した吸収液を得る工程Ａと、前記吸収液を加熱して、前記吸収液から二酸化炭素を脱離して放散させ、放散した二酸化炭素を回収する工程Ｂと、を有する。
（工程Ａ：二酸化炭素を吸収した吸収液を得る工程）
前記吸収液に二酸化炭素を含むガスを接触させることにより、二酸化炭素を吸収液に吸収させることができる。
二酸化炭素を含むガスとしては、例えば、重油、天然ガス等を燃料とする火力発電所からの排ガス；製造所のボイラーからの排ガス；セメント工場のキルンからの排ガス；コークスで酸化鉄を還元する製鐵所の高炉からの排ガス；銑鉄中の炭素を燃焼して製鋼する製鉄所の転炉からの排ガス；等が挙げられる。
該ガス中の二酸化炭素濃度は特に限定されず、通常５～３０体積％、特に１０～２０体積％であればよい。かかる二酸化炭素濃度範囲では、本開示の作用効果が好適に発揮される。
なお、二酸化炭素を含むガスには、二酸化炭素以外に水蒸気、ＣＯ等の発生源に由来する不純物ガスが含まれていてもよい。
吸収液に二酸化炭素を含むガスを接触させる方法は特に限定されず、例えば、吸収液中に二酸化炭素を含むガスをバブリングさせる方法；二酸化炭素を含むガス気流中に吸収液を霧状に降らす方法(噴霧乃至スプレー方式)；磁製又は金属網製の充填材の入った吸収塔内で二酸化炭素を含むガスと吸収液とを向流接触させる方法；等が挙げられる。
二酸化炭素を含むガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させる時の温度は、通常６０℃以下で行われ、好ましくは５０℃以下、より好ましくは２０～４５℃で行うことができる。
二酸化炭素を含むガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させる時の温度が低いほど二酸化炭素の吸収量は増加するが、どこまで温度を下げるかは二酸化炭素を含むガスのガス温度、熱回収目標等によって決定される。アミンによる二酸化炭素の吸収は発熱反応であり、低温条件下での二酸化炭素の吸収量を上げようとすると、吸収液を冷却する為のエネルギーが必要となってしまうことから、二酸化炭素の吸収工程は通常４０℃前後で行われることが好ましい。
二酸化炭素の吸収工程は、通常ほぼ大気圧下で行われる。二酸化炭素の吸収性能を高めるため、加圧下で行うこともできるが、加圧のためのエネルギー消費を抑える観点から、大気圧下で行うことが好ましい。
（工程Ｂ：二酸化炭素の放散及び回収工程）
前記工程Ａで得られた二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱することによって二酸化炭素を脱離して放散し、放散された純粋又は高濃度の二酸化炭素を回収することができる。
二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を脱離して放散させる方法としては、例えば、吸収液を加熱して釜で泡立てて脱離する方法；棚段塔、スプレー塔、磁製又は金属網製の充填材の入った脱離塔内で液界面を広げて加熱する方法；等が挙げられる。
これらの方法により、吸収液中においては重炭酸イオンで存在する二酸化炭素が分子型の二酸化炭素として脱離し、放散される。
ここで、従来、吸収液から二酸化炭素を脱離して放散させる際、吸収液として従来の水溶液を用いた場合では吸収液を１００～１２０℃とする。吸収液の温度が高いほど二酸化炭素の放散量は増加するが、温度を上げると吸収液の加熱に要するエネルギーが増すため、その温度は二酸化炭素を含むガスを排出するプロセスにおけるガス温度、熱回収目標等によって決定される。
それに対して、本開示に係る吸収液によれば、吸収液から二酸化炭素を脱離して放散させる際、例えば、吸収液を７０～１２０℃とすることができ、７０～９５℃とすることもできる。
放散塔の設計を最適化すること等により、いわゆる低品位廃熱を利用して８０～９５℃の低温域で充分な放散量を得ることができる。
工程Ｂにおいて二酸化炭素を脱離して放散した後の吸収液は、再び前記工程Ａに送り、循環再利用(リサイクル)することができる。
以下、実施例を挙げて更に詳細に説明する。ただし、本開示は実施例に限定されるものではない。
なお、以下の説明において、特に断りのない限り、「％」はすべて質量基準である。
実施例の説明においては、各種アルカノールアミン化合物、イミダゾール化合物について、以下の定義に基づいて使用する。
Ｉｍ：イミダゾール
１ＭＩｍ：１－メチルイミダゾール
１ＥｔＩｍ：１－エチルイミダゾール
１ＢｕＩｍ：１－ブチルイミダゾール
１ＩＰＩｍ：１－イソプロピルイミダゾール
２ＭＩｍ：２－メチルイミダゾール
１，２ＤＭＩｍ：１，２－ジメチルイミダゾール
Ｂｍ：ビスイミダゾール
１，１’－ＳＩｍ：１，１’－チオカルボニルジイミダゾール
ＥＧＬ：エチレングリコール
ＩＰＡＥ：Ｎ－イソプロピルアミノエタノール
ＡＭＰ：２－アミノ－２－メチル－１－プロパノール
ＥＡＥ：Ｎ－エチルアミノエタノール
ＮＢＡＥ：Ｎ－ｎ－ブチルアミノエタノール
２Ａ１Ｐ：２－アミノ－１－プロパノール
＜実施例１＞
１ＭＩｍ、水及びＩＰＡＥを５：４０：５５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例２＞
１ＭＩｍ、水及びＩＰＡＥを１０：３５：５５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例３＞
１ＭＩｍ、水及びＩＰＡＥを１５：３０：５５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例４＞
１ＭＩｍ、水及びＩＰＡＥを２０：２５：５５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例５＞
１ＭＩｍ、水及びＩＰＡＥを２５：２０：５５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例６＞
１ＭＩｍ、水及びＩＰＡＥを３０：１５：５５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例７＞
１ＭＩｍ、水及びＩＰＡＥを１０：４５：４５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例８＞
１ＭＩｍ、水及びＩＰＡＥを１０：４０：５０の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例９＞
１ＭＩｍ、水及びＩＰＡＥを１０：３０：６０の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例１０＞
１ＭＩｍ、水及びＩＰＡＥを１０：２０：７０の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例１１＞
Ｉｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを１０：３５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例１２＞
２ＭＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを１０：３５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例１３＞
１ＭＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを１０：３５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例１４＞
１ＥｔＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを１０：３５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例１５＞
１ＢｕＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを１０：３５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例１６＞
１ＩＰＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを１０：３５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例１７＞
１，２ＤＭＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを１０：３５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例１８＞
１ＭＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを１０：３５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例１９＞
１ＭＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを１０：３５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例２０＞
１ＭＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを５：４０：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例２１＞
１ＭＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを１５：３０：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例２２＞
１ＭＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを２０：２５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例２３＞
１ＭＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを２５：２０：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例２４＞
１ＭＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを３５：１０：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例２５＞
１ＭＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを１０：３０：４５：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例２６＞
１ＭＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを１５：２５：４５：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例２７＞
１ＭＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを１０：３５：４５：１０の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例２８＞
１ＭＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを１０：３５：５０：５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例２９＞
１ＭＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを１０：３０：５５：５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例３０＞
１ＭＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを１０：２５：６０：５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例３１＞
１ＭＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを１０：２０：６５：５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例３２＞
１ＭＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＥＡＥを１０：３５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例３３＞
１ＭＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＮＢＡＥを１０：３５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例３４＞
１ＭＩｍ、水、ＩＰＡＥ及び２Ａ１Ｐを１０：３５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例３５＞
ＢＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを１０：３５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例３６＞
１，１’－ＳＩｍ、水、ＩＰＡＥ及びＡＭＰを１０：３５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例３７＞
１ＭＩｍ、水及びＩＰＡＥを１０：５５：３５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜実施例３８＞
１ＭＩｍ、水及びＩＰＡＥを１０：６０：３０の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜比較例１＞
水及びＩＰＡＥを４５：５５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜比較例２＞
水、ＩＰＡＥ、及びＡＭＰを４５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜比較例３＞
水、ＩＰＡＥ、及びＥＡＥを４５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜比較例４＞
水、ＩＰＡＥ、及びＮＢＡＥを４５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜比較例５＞
水、ＩＰＡＥ、及び２Ａ１Ｐを４５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜比較例６＞
ＥＧＬ、水、及びＩＰＡＥを１０：３５：５５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜比較例７＞
ＥＧＬ、水、ＩＰＡＥ、及びＡＭＰを１０：３５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜比較例８＞
ＥＧＬ、水、ＩＰＡＥ、及びＥＡＥを１０：３５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜比較例９＞
ＥＧＬ、水、ＩＰＡＥ、及びＮＢＡＥを１０：３５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜比較例１０＞
ＥＧＬ、水、ＩＰＡＥ、及び２Ａ１Ｐを１０：３５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜比較例１１＞
１ＭＩｍ、ＩＰＡＥ、及びＡＭＰを４５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜比較例１２＞
水、ＩＰＡＥ、及びＡＭＰを４５：４０：１５の質量比で混合し、吸収液を得た。
＜比較例１３＞
１ＭＩｍ、水及びＩＰＡＥを１０：６５：２５の質量比で混合し、吸収液を得た。
上記の実施例及び比較例において使用したアルカノールアミン化合物、イミダゾール化合物及びエチレングリコールは東京化成工業株式会社等の試薬メーカー品であり、一般純度品を用いている。ＩＰＡＥは広栄化学工業株式会社製を用いており、純度は９９％以上である。水は、イオン交換水を用いた。
＜評価＞
実施例及び比較例における吸収液について、二酸化炭素の吸収量、放散量及び放散速度の測定を行った。測定は、炭酸ガスボンベ（純度９９．９％）及び窒素ガスボンベ（純度９９．９％）、炭酸ガス流量コントローラー及び窒素ガス流量コントローラー、ガラス製反応容器（０．５Ｌ）、撹拌翼及び温度調整器、ガス流量計、チラー、並びに二酸化炭素濃度計（ＹＯＫＯＧＡＷＡ製ＩＲ１００）を順次接続した二酸化炭素吸収放散装置を用いて行った。
ガラス製反応容器の周囲は、電気式ヒーターで覆い、温度調整器によりガラス製反応容器内の吸収液の温度を任意に制御する仕様とした。
ガラス製反応容器内に０．１Ｌの吸収液を加えた後、窒素ガスによりガラス製反応容器内上部の気体を置換した。ガラス製反応容器内の吸収液を４０℃に保持し、７００ｒｐｍの回転速度で充分撹拌しながら０．１４Ｌ／分の流量の炭酸ガス及び０．５６Ｌ／分の流量の窒素ガスをガラス製反応容器内の吸収液に吹き込んで前記工程Ａを開始し、２時間継続した。
前記工程Ａが終了した後、そのままガラス製反応容器内の吸収液を８０℃～９０℃に加熱して前記工程Ｂを開始し、２時間継続した。
前記工程Ａ及びＢにおいて、ガラス製反応容器からの排出ガスを二酸化炭素濃度計により分析した。吸収液への二酸化炭素の溶解量、すなわち吸収量は、二酸化炭素濃度計から得られる二酸化炭素濃度の経時変化から求めた。加熱による吸収液からの二酸化炭素の放散量は、前記工程Ａの開始２時間後における二酸化炭素の吸収量から、前記工程Ｂの開始２時間後における二酸化炭素溶解量を引いた値として定義した。吸収液からの二酸化炭素の放散速度は、前記工程Ｂにおいて二酸化炭素の放散開始後１０分間における単位時間当たりの二酸化炭素の吸収量の変化として定義した。二酸化炭素の吸収量に対する放散量の百分率を放散率と定義した。
実施例及び比較例における吸収液の組成並びに評価結果を表１～３に示す。
実施例１～３８と比較例１～５との比較から、前記一般式（１）で表されるアルカノールアミン化合物の少なくとも１種を３０～７０質量％、前記一般式（２）で表されるイミダゾール化合物、及び水を含有する、二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を分離回収するための吸収液は、従来の吸収液に比べ、二酸化炭素の放散量、放散率、及び放散速度の増大が確認される。
また、実施例１～３８と比較例１３との比較から、前記一般式（１）で表されるアルカノールアミン化合物を３０質量％以上含むことで、吸収特性が向上するだけでなく、放散特性の有意な向上が確認される。
実施例１～３８と比較例６～１０との比較から、前記一般式（１）で表されるアルカノールアミン化合物の少なくとも１種を３０～７０質量％、前記一般式（２）で表されるイミダゾール化合物、及び水を含有する、二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を分離回収するための吸収液は、イミダゾール化合物の代わりにエチレングリコールを含む吸収液に比べ、高い放散性能を概ね維持しつつ、吸収速度の増大が確認される。
実施例１～３８の評価結果から、吸収液全体に対する、イミダゾール化合物の濃度が５～３５％の範囲で高い性能を示すことが確認される。
実施例１８及び１９と比較例１２との比較から、本開示に係る吸収液は、二酸化炭素の放散工程を、８０～８５℃という比較的低温で実施しても、従来の水溶液に比べ、高い性能を示すことが確認される。
実施例１１～１７と実施例３５及び３６との比較から、イミダゾール化合物として、イミダゾール、１－メチルイミダゾール、１－エチルイミダゾール、１－ブチルイミダゾール、１－イソプロピルイミダゾール及び２－メチルイミダゾールを使用した場合、イミダゾール化合物として、ビスイミダゾール及び１，１’－チオカルボニルジイミダゾールを使用した場合と比較して、高い性能を示すことが確認される。
中でも、１－メチルイミダゾールを用いた実施例１３は、他のイミダゾールを用いた場合と比較して、吸収特性及び放散特性とも高い性能を示すことが確認される。
さらに、実施例２と実施例１３との比較から、アルカノールアミンとしてＡＭＰ（アルカノールアミン（Ｉ）に該当）とＩＰＡＥ（アルカノールアミン（ＩＩ）に該当）を併用する場合に比べ、ＩＰＡＥだけを用いた方が放散速度が高いことが確認される。
以上の実施例によれば、二酸化炭素を含むガスからの高い二酸化炭素の回収量を概ね維持しつつ、二酸化炭素を吸収した吸収液からの、低温条件下における二酸化炭素の放散量を向上させることができる。特に、本開示に係る吸収液によれば、８０～９５℃という従来に比べ極めて低い温度条件でも十分な放散量を得ることが可能である。
さらに、二酸化炭素の放散速度及び二酸化炭素の吸収量に対する放散量を高められるため、より低いエネルギーコストで二酸化炭素を回収することができる。
このようにして回収された二酸化炭素は、通常９９体積％以上と極めて純度が高いものであり、化学産業あるいは食品産業に用いることができる。また、現在実用化が検討されているＥＯＲ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｏｉｌ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）及びＣＣＳ（Ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ Ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ Ｓｔｏｒａｇｅ）における地下隔離に供することも可能である。
２０２０年３月２６日に出願された日本特許出願２０２０－０５６８５１の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (11)

  1. 下記一般式（１）で表されるアルカノールアミン化合物と、
    下記一般式（２）で表されるイミダゾール化合物と、
    水と、
    を含有する、
    二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を分離回収するための吸収液であって、
    前記アルカノールアミン化合物として、前記吸収液全体に対するＮ－イソプロピルアミノエタノールの含有量が３０～７０質量％であり、
    前記吸収液全体に対する前記イミダゾール化合物の含有量が５～３５質量％である、
    二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を分離回収するための吸収液。


    (一般式（１）中、Ｒ１は、水素原子又は炭素数１～４のアルキル基であり、Ｒ２及びＲ
    ３は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数１～３のアルキル基であり、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３のすべてが水素原子であることはなく、ｎは１又は２である。)


    （一般式（２）中、Ｉｍはイミダゾール環であり、複数のＲはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数１～１０のアルキル基であり、ｘは１又は２であり、ｘが１の場合、Ｌは水素原子又は炭素数１～１０のアルキル基であり、ｘが２の場合、Ｌは、２つのイミダゾール環を連結する単結合又は２価の連結基である。但し、イミダゾール環に含まれる２つの窒素原子のうち一方の窒素原子はＲ又はＬと結合し、他方の窒素原子はＲ及びＬのいずれにも結合しない。）
  2. 前記アルカノールアミン化合物として、前記一般式（１）中、Ｒ１が、水素原子、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基、イソプロピル基又はｎ－ブチル基であり、Ｒ２及びＲ３が、それぞれ独立して、水素原子又はメチル基であり、ｎが１又は２である、前記Ｎ－イソプロピルアミノエタノール以外のアルカノールアミン化合物をさらに含む、請求項１に記載の吸収液。
  3. 前記Ｎ－イソプロピルアミノエタノール以外のアルカノールアミン化合物が、前記一般式（１）中、Ｒ１が水素原子であり、Ｒ２及びＲ３が、それぞれ独立して水素原子又はメチル基であり、ｎが１又は２であるアルカノールアミン（ＩＩＩ）である、請求項２に記載の吸収液。
  4. 前記アルカノールアミン（ＩＩＩ）が、２－アミノ－２－メチル－１－プロパノールである、請求項３に記載の吸収液。
  5. 前記イミダゾール化合物が、下記一般式（２Ａ）で表されるイミダゾール化合物Ａである、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の吸収液。


    （一般式（２Ａ）中、Ｒａは炭素数１～１０のアルキル基であり、複数のＲはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数１～１０のアルキル基であり、ｘは１又は２であり、ｘが１の場合、Ｌは水素原子又は炭素数１～１０のアルキル基であり、ｘが２の場合、Ｌは２つのイミダゾール環を連結する単結合又は２価の連結基である。）
  6. 前記イミダゾール化合物Ａが、下記一般式（２Ｄ）で表される化合物である、請求項５に記載の吸収液。


    （一般式（２Ｄ）中、Ｒ４は、炭素数１～４のアルキル基であり、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、それぞれ独立して水素原子又は炭素数１～４のアルキル基である。）
  7. 前記イミダゾール化合物が、イミダゾール、１－メチルイミダゾール、１－エチルイミダゾール、１－ブチルイミダゾール、１－イソプロピルイミダゾール、２－メチルイミダゾール、及び、１，２－ジメチルイミダゾールからなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物である、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の吸収液。
  8. 前記イミダゾール化合物が、１－メチルイミダゾールである、請求項１～請求項７のいずれか一項に記載の吸収液。
  9. 前記アルカノールアミン化合物、前記イミダゾール化合物、及び前記水の合計含有量が、前記吸収液全体に対して９９質量％以上である請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の吸収液。
  10. 請求項１～請求項９のいずれか一項に記載の吸収液を、二酸化炭素を含むガスと接触させ、二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を吸収した吸収液を得る工程Ａと、
    前記吸収液を加熱して、前記吸収液から二酸化炭素を脱離して放散させ、放散した二酸化炭素を回収する工程Ｂと、
    を有する二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を分離回収する方法。
  11. 前記工程Ｂにおいて、前記吸収液を８０～９５℃で加熱して二酸化炭素を脱離する、請求項１０に記載の方法。
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