酸性气体吸收剂、酸性气体的除去方法及酸性气体的除去装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供含有下述通式(1)表示的胺化合物的酸性气体吸收剂、使用该吸收剂的酸性气体的除去方法及酸性气体的除去装置。R1表示碳原子数为3～6的环状烷基，R2表示碳原子数为1～3的烷基或氢原子，R3及R4分别表示碳原子数为1～3的烷基或氢原子，R5表示碳原子数为1～3的烷基，
【专利说明】
酸性气体吸收剂、酸性气体的除去方法及酸性气体的除去 装置
技术领域
[0001 ]本发明的实施方式涉及酸性气体吸收剂、酸性气体的除去方法及酸性气体的除去 装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，作为地球温暖化现象的一个原因，指出了因二氧化碳(CO2)浓度的上升而 导致的温室效应，以地球规模保护环境的国际性对策成为当务之急。作为CO 2的产生源，大 多是因产业活动所导致的，对抑制其排放的机会提高。
[0003] 作为用于抑制以CO2为代表的酸性气体的浓度上升的技术，有节能制品的开发、酸 性气体的作为资源的利用或者隔离储存的技术、向不排放酸性气体的自然能量或原子能等 替代能量的转换等，作为其一，已知有排放的酸性气体的分离回收技术。
[0004] 作为到目前为止研究过的酸性气体分离技术，有吸收法、吸附法、膜分离法、深冷 法等。其中，吸收法适于对气体进行大量地处理，探讨了向工厂或发电厂的应用。
[0005] 作为主要以使用化石燃料(煤炭、石油、天然气体等）的火力发电厂等的设备作为 对象的方法，已知有以下方法:使燃烧化石燃料时产生的燃烧排气与化学吸收剂相接触、将 燃烧排气中的CO 2除去而回收的方法，进而对所回收的CO2进行储存的方法。此外，提出了使 用化学吸收剂、除CO 2以外还除去硫化氢(H2S)等酸性气体的方案。
[0006] -般来说，作为吸收法中使用的化学吸收剂，由单乙醇胺(MEA)代表的烷醇胺类在 1930年代被开发，目前也在使用。使用该烷醇胺类的方法是经济的，而且除去装置的大型化 是容易的。
[0007] 作为吸收法中使用的烷醇胺类，有单乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、甲基氨基乙 醇、乙基氨基乙醇、丙基氨基乙醇、二乙醇胺、甲基二乙醇胺、二甲基乙醇胺、二乙基乙醇胺、 三乙醇胺、二甲基氨基-1-甲基乙醇等。
[0008] 特别是作为伯胺的单乙醇胺由于反应速度快，所以被广泛使用，但是存在具有相 对于金属等的腐蚀性、容易劣化、此外再生所需要的能量高的问题。另一方面，作为叔胺的 甲基二乙醇胺虽然腐蚀性低，此外再生所需要的能量也低，但是具有吸收速度慢的缺点。因 此，要求开发改善了这些缺点的新型吸收剂。
[0009] 近年来，作为酸性气体的吸收剂，进行了关于胺化合物中特别是结构上具有空间 位阻的烷醇胺的研究。具有空间位阻的烷醇胺具有酸性气体的选择性非常高、此外再生所 需要的能量少的长处。
[0010] 作为这样的烷醇胺，已知有使用在氮原子上键合有支链状的烷基的烷醇胺的方 法。然而，这样的烷醇胺只要是本发明人们所知道的，则虽然二氧化碳的吸收性多，但存在 放出性不充分、此外与酸性气体的反应热比较高的课题。另一方面，作为具有与烷醇胺类不 同的结构的胺化合物，还已知有使用环状胺作为吸收剂的方法。
[0011]现有技术文献
[0012]专利文献
[0013]专利文献1:美国专利第4112052号说明书 [0014] 专利文献2:日本专利2871334号公报 [0015] 专利文献3:日本特开2008-13400号公报
【发明内容】
[0016] 发明所要解决的问题
[0017] 本发明所要解决的课题是提供酸性气体的回收量〔即，（低温下的酸性气体的吸收 量)一（高温下的酸性气体的解吸量）〕高的酸性气体吸收剂、特别是高温时的酸性气体的解 吸容易、进而在低温下也不凝固的酸性气体吸收剂、以及使用了该酸性气体吸收剂的酸性 气体的除去装置及酸性气体的除去方法。
[0018] 用于解决问题的方法
[0019] 本发明的实施方式的酸性气体吸收剂的特征在于，含有下述的通式（1)表示的胺 化合物。
[0020] ( 1 )
[0021] (在上述的通式（1)中，Ri表示氢原子的一部分被碳原子数为1~3的烷基取代或未 被取代的碳原子数为3~6的环状烷基，R 2表示碳原子数为1~3的烷基或氢原子，R3及R4分别 独立地表示碳原子数为1~3的烷基或氢原子，R 5表示碳原子数为1~3的烷基。）
[0022] 并且，本发明的实施方式的酸性气体的除去方法的特征在于，使含有酸性气体的 气体与上述的酸性气体吸收剂相接触，从上述的包含酸性气体的气体中除去酸性气体。
[0023] 并且，本发明的实施方式的酸性气体的除去装置的特征在于，其具有：
[0024] 吸收器，其通过使含有酸性气体的气体与上述的酸性气体吸收剂相接触，使该酸 性气体吸收剂吸收酸性气体，从而从上述的含有酸性气体的气体中除去酸性气体;以及
[0025] 再生器，其使酸性气体从吸收了该酸性气体的酸性气体吸收剂中解吸，将该酸性 气体吸收剂进行再生，
[0026] 并且，所述酸性气体的除去装置通过上述的吸收器将上述的再生器中再生的上述 的酸性气体吸收剂进行再利用。
[0027]发明效果
[0028] 基于本发明的实施方式的酸性气体吸收剂由于酸性气体、例如二氧化碳等的吸收 量高，并且高温时的酸性气体的解吸容易，所以碳回收量高。进而，二氧化碳吸收时的反应 热低。
[0029] 由此，根据使用上述的酸性气体吸收剂的本发明的实施方式的酸性气体的除去方 法以及酸性气体除去装置，能够高效地、经济地、且稳定地实施酸性气体的回收。
[0030] 进而，基于实施方式的酸性气体吸收剂与以往作为酸性气体吸收剂使用的单乙醇 胺等烷醇胺类相比，对于碳钢等金属材料，不具有高的腐蚀性。因此，例如在工厂建设中，没 有必要使用尚成本的尚级耐蚀钢，在成本方面是有利的。
【附图说明】
[0031] 图1是实施方式的酸性气体的除去装置的简略图。
【具体实施方式】
[0032] 以下，对本发明的实施方式进行详细说明。
[0033]〈通式（1)表示的胺化合物〉
[0034] 本发明的实施方式的酸性气体吸收剂含有下述的通式(1)表示的胺化合物。
[0035]
( 1 )
[0036](在上述的通式（1)中，IT表不氢原于的一部分被碳原子数为1~3的烷基取代或未 被取代的碳原子数为3~6的环状烷基，R2表示碳原子数为1~3的烷基或氢原子，R3及R 4分别 独立地表示碳原子数为1~3的烷基或氢原子，R5表示碳原子数为1~3的烷基。）
[0037]以往，已知胺化合物所具有的空间位阻对二氧化碳吸收时的产物的影响大，对显 示低反应热的碳酸氢根离子的生成起有利作用。此外，已知碳酸氢根离子在二氧化碳放出 时以更少的能量解离而放出二氧化碳。基于这样的认识，为了更大地得到空间位阻的效应， 本申请发明人进行了研究，结果发现，上述的通式（1)表示的化合物(例如，特别优选1-环戊 基氨基-2-丙醇)与以往的胺化合物相比得到更低反应热性，二氧化碳的放散量提高。
[0038] 即，上述的通式（1)表示的胺化合物（以下，有时记为"胺化合物（1)"）是在羟基所 键合的碳原子上键合了具有氨基的烃基和碳原子数为1~3的烃基(R 5)的仲醇、进而具有在 该氨基的氮原子上直接键合了环状烷基的结构的化合物。这样，通过为在氮原子上键合了 环状烷基的仲醇，特别是来自吸收剂的二氧化碳的放散得到促进。
[0039]此外，在氨基的氮原子上直接键合了环状烷基的该胺化合物（1)具有空间位阻大 的结构。因此，由于将二氧化碳(CO2)作为碳酸氢根离子进行吸收，所以能够得到高的酸性 气体吸收量。
[0040]这样，胺化合物（1)通过直接键合在氨基的氮原子上的烷基R1形成环式结构，与烷 基R1没有形成环式结构时、即R1为直链状烷基时或为支链状烷基时相比，与酸性气体的反应 时的反应热降低。
[0041 ]通过使胺化合物（1)溶解到例如水等溶剂中，可以得到酸性气体的吸收能力高的 酸性气体吸收剂。
[0042] 在以下的实施方式中，以酸性气体为二氧化碳的情况为例进行说明，但本发明的 实施方式所述的酸性气体吸收剂对于硫化氢等其他的酸性气体也能够得到同样的效果。
[0043] 在胺化合物(1)中，R1为碳原子数为3~6的环状烷基。R1优选为饱和的环状烷基，其 中特别优选碳原子数为5~6的环状烷基、具体而言为环戊基、环己基。环状烷基的氢原子的 一部分也可以被碳原子数为1~3的取代或未取代的烷基取代。
[0044] R1的碳原子数为7以上时，例如，就R1为环庚基的胺化合物而言，由于相对于水等溶 剂的溶解性降低，因而酸性气体的回收能力降低。
[0045] R2为碳原子数为1~3的烷基或氢原子，从溶解性的观点出发，优选甲基或氢原子。
[0046] R3及R4分别独立地为碳原子数为1~3的烷基或氢原子，从溶解性的观点出发，优选 甲基或氢原子。
[0047] R5表示碳原子数为1~3的烷基。作为R5,可列举出甲基、乙基、正丙基、异丙基，更优 选为甲基。
[0048] 就本发明的实施方式的酸性气体吸收剂而言，可以将关于R1~R5不同的多种胺化 合物(1)并用。
[0049] 作为本发明的实施方式的酸性气体吸收剂中使用的胺化合物（1)的优选的具体例 子，可列举出以下的化合物。1-环丙基氨基-2-丙醇、1-环丁基氨基-2-丙醇、1-环戊基氨基-2-丙醇、1-环己基氨基-2-丙醇、1-环丙基氨基-2-丁醇、1-环丁基氨基-2-丁醇、1-环戊基氨 基-2-丁醇、1-环己基氨基-2-丁醇、1-环丙基氨基-2-戊醇、1-环丁基氨基-2-戊醇、1-环戊 基氨基-2-戊醇、1-环己基氨基-2-戊醇、1-(N-环丙基-N-甲基氨基)-2-丙醇、1-(N-环丁基-N-甲基氨基)-2-丙醇、1-(N-环戊基-N-甲基氨基)-2-丙醇、1-(N-环己基-N-甲基氨基)-2-丙醇1-(N-环丙基-N-甲基氨基)-2-丁醇、1-(N-环丁基-N-甲基氨基)-2-丁醇、1-(N-环戊 基-N-甲基氨基)-2-丁醇、I - (N-环己基-N-甲基氨基)-2-丁醇、I - (N-环丙基-N-甲基氨基)-2_戊醇、1-(N-环丁基-N-甲基氨基)-2-戊醇、1-(N-环戊基-N-甲基氨基)-2-戊醇、1-(N-环 己基-N-甲基氨基)-2-戊醇等。
[0050] 吸收了二氧化碳的酸性气体吸收剂在120°C左右的高温区域中被加热而再生。因 此，作为胺化合物（1 )，优选在加热时放出较多的二氧化碳。因此，作为胺化合物（1)的R2~ R5,优选碳原子数少。由此能够增多吸收剂中包含的胺化合物的含量，较多地吸收二氧化 碳。从该观点出发，优选胺化合物⑴的R 2为氢，R3~R5的烷基为甲基。
[0051] 另外，作为胺化合物（1)，可以使用从上述的组中选择的1种化合物，或者也可以使 用将从上述的组中选择的2种以上的化合物混合而得到的混合物。
[0052]酸性气体吸收剂中包含的胺化合物（1)的含量优选为10~55质量％ (将酸性气体 吸收剂的总量设定为100质量％)。一般，酸性气体吸收剂中的胺成分的浓度高时，由于每单 位容量的二氧化碳的吸收量、解吸量多，此外二氧化碳的吸收速度、解吸速度快，所以在能 量消耗的方面或工厂设备的大小、处理效率的方面是优选的。但是，若酸性气体吸收剂中的 胺成分的浓度过高，则酸性气体吸收剂中包含的水无法充分地发挥作为相对于吸收二氧化 碳的活性剂的功能。此外，若酸性气体吸收剂中的胺成分的浓度过高，则有时见到酸性气体 吸收剂的粘度上升等。
[0053] 胺化合物（1)的含量为55质量％以下时，见不到酸性气体吸收剂的粘度的上升、作 为活性剂的水的功能降低等现象。此外，通过将胺化合物（1)的含量设定为10质量％以上， 能够得到充分的二氧化碳的吸收量、吸收速度，并能够得到优异的处理效率。
[0054] 胺化合物（1)的含量在10~55质量％的范围内的酸性气体吸收剂作为二氧化碳回 收用使用时，不仅酸性气体的吸收量及酸性气体的吸收速度高，而且酸性气体的解吸量及 酸性气体的解吸速度也高。因此，在可以有效地进行酸性气体的回收的方面是有利的。胺化 合物（1)的含量更优选为20~50质量％。
[0055]〈反应促进剂〉
[0056]胺化合物（1)可以与由烷醇胺类和/或下述通式(2)表示的杂环状胺化合物（以下 有时记为"杂环状胺化合物（2)"）构成的反应促进剂混合使用。通过使用这样的反应促进 剂，例如能够谋求酸性气体的吸收量或回收量的提高、耐久性的提高、回收方法及回收装置 的稳定的实施等的进一步提尚。 剛
(2)
[0058](在上述的通式(2)中，R6表示取代或未取代的碳原子数为1~4的烷基或氢原子，R7 表示与构成杂环的碳原子键合的取代或未取代的碳原子数为1~4的烷基。η表示1~3的整 数，m表示1~4的整数，ρ表示0~12的整数。其中，当η为2~3时，不存在氮原子彼此直接键合 的情况。）本实施方式中，例如可以将胺化合物（1)与由烷醇胺类和/或杂环状胺化合物(2) 构成的反应促进剂混合，将它们的混合物例如制成水溶液后作为酸性气体吸收剂使用。
[0059] 通过将胺化合物（1)与烷醇胺类和/或杂环状胺化合物(2)混合使用，能够更进一 步提高胺化合物（1)的每单位摩尔的酸性气体吸收量、酸性气体吸收剂的每单位体积的酸 性气体的吸收量及酸性气体的吸收速度。
[0060] 此外，通过将胺化合物（1)与烷醇胺类和/或杂环状胺化合物(2)混合使用，在酸性 气体吸收后，由其分离酸性气体的能量(酸性气体解吸能)也降低，能够降低使酸性气体吸 收剂再生时的能量。
[0061] 作为优选的烷醇胺，可列举出例如单乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、2-氨基-2-甲基-1，3-二丙烷二醇、甲基氨基乙醇、二乙醇胺、双(2-羟基-1-甲基乙基)胺、甲基二乙醇 胺、二甲基乙醇胺、二乙基乙醇胺、三乙醇胺、二甲基氨基-1-甲基乙醇、2-甲基氨基乙醇、2-(乙基氨基）乙醇、2-丙基氨基乙醇、正丁基氨基乙醇、2-(异丙基氨基）乙醇、3-乙基氨基丙 醇、二异丙醇胺等。
[0062] 它们中，作为烷醇胺类，从使胺化合物（1)与酸性气体的反应性进一步提高的观点 出发，优选为选自由2_(异丙基氨基）乙醇、2_(乙基氨基）乙醇及2-氨基-2-甲基-1-丙醇构 成的组中的至少一种。
[0063]作为优选的杂环状胺化合物（2)，可列举出氮杂环丁烷、1-甲基氮杂环丁烷、1-乙 基氮杂环丁烷、2-甲基氮杂环丁烷、2-氮杂环丁烷基甲醇、2-(2-氨基乙基)氮杂环丁烷、吡 咯烷、1 -甲基吡咯烷、2-甲基吡咯烷、2-丁基吡咯烷、2-吡咯烷基甲醇、2- (2-氨基乙基)吡咯 烷、哌啶、1-甲基哌啶、2-乙基哌啶、3-丙基哌啶、4-乙基哌啶、2-哌啶基甲醇、3-哌啶基乙 醇、2-(2-氨基乙基)吡咯烷、六氢-IH-吖庚因、六亚甲基四胺、哌嗪类(包含哌嗪及哌嗪衍生 物)等。
[0064] 它们中，特别是哌嗪类从酸性气体吸收剂的二氧化碳吸收量及吸收速度提高的观 点出发是优选的。哌嗪类为仲胺化合物。一般，通过仲氨基的氮原子与二氧化碳键合，形成 氨基甲酸盐离子，有助于反应初期阶段的吸收速度的提高。进而仲氨基的氮原子担负着将 与其键合的二氧化碳转换成碳酸氢根离子(HCO 3-)的作用，有助于反应后半阶段的速度提 尚。
[0065] 作为哌嗪类，更优选为哌嗪、2-甲基哌嗪、2，5-二甲基哌嗪、2，6-二甲基哌嗪中的 至少1种。
[0066]酸性气体吸收剂中包含的反应促进剂(烷醇胺类和/或杂环状胺化合物（2))的含 量优选为1~20质量％。若酸性气体吸收剂中包含的反应促进剂的含量低于1质量％，则有 可能无法充分地得到使酸性气体的吸收速度提高的效果。若酸性气体吸收剂中包含的反应 促进剂的含量超过20质量％，则有可能吸收剂的粘度过度地变高，反而反应性降低。反应促 进剂(烷醇胺类和/或杂环状胺化合物(2))的含量更优选为5~15质量％。
[0067]〈其他的成分(任意成分等)>
[0068]基于本发明的实施方式的酸性气体吸收剂是含有通式（1)表示的胺化合物的物 质，优选进一步含有由烷醇胺类和/或下述通式(2)表示的杂环状胺化合物构成的反应促进 剂。基于这样的实施方式的酸性气体吸收剂例如在水等溶剂与根据需要使用的各种辅助材 料等混合后，例如作为酸性气体吸收方法或酸性气体吸收装置的酸性气体吸收剂是适宜 的。其中，辅助材料的具体例子中，例如包含抗氧化剂、PH调节剂、消泡剂、防蚀剂等。
[0069]使用水作为溶剂时，其含量优选为40~90质量％，特别优选为45~70质量％ (将酸 性气体吸收剂的总量设定为100质量％)。当水的含量为该范围内时，在酸性气体吸收速度 的提高、及吸收液的粘度变小的方面是优选的。
[0070] 〈酸性气体的除去方法〉
[0071] 基于本发明的实施方式的酸性气体的除去方法的特征在于，使含有酸性气体的气 体与基于上述的实施方式的酸性气体吸收剂相接触，从上述的包含酸性气体的气体中除去 酸性气体。
[0072] 基于本发明的实施方式的酸性气体的除去方法以相对于上述的基于本发明的实 施方式的酸性气体吸收剂吸收酸性气体的工序(吸收工序）、及使酸性气体从吸收了该酸性 气体的上述的基于本发明的实施方式的酸性气体吸收剂中解吸的工序作为基本的构成。
[0073] 即，基于本发明的实施方式的酸性气体的除去方法的基本的构成包含以下工序： 使含有酸性气体的气体(例如排气等）与酸性气体吸收剂相接触而使酸性气体吸收剂吸收 酸性气体的工序(酸性气体吸收工序）；以及将在上述的酸性气体吸收工序中得到的吸收了 酸性气体的酸性气体吸收剂进行加热而将酸性气体解吸、除去的工序（酸性气体分离工 序)。
[0074] 使含有酸性气体的气体与含有上述酸性气体吸收剂的水溶液相接触的方法没有 特别限定，例如可以通过以下方法来进行:将含有酸性气体的气体在酸性气体吸收剂中鼓 泡而使吸收剂中吸收酸性气体的方法;将酸性气体吸收剂以雾状落至含有酸性气体的气体 气流中的方法(喷雾或喷射方式）；或者在装有磁制或高分子制或金属网制的填充材料的吸 收器内使含有酸性气体的气体与酸性气体吸收剂对流相接触的方法等。
[0075] 使含有酸性气体的气体吸收至水溶液中时的酸性气体吸收剂的温度通常可以在 室温到60°C以下进行。可以在优选50°C以下、更优选20~45°C左右进行。在越低温度下进 行，酸性气体的吸收量越增加，但处理温度的下限值可以根据工艺上的气体温度或热回收 目标等来决定，酸性气体吸收时的压力根据处理气体中的压力的不同而不同，可以在大致 大气压下、或比其稍高的压力下进行。为了提高吸收性能，还可以加压至更高的压力，但为 了抑制因压缩所需要的能量消耗，优选在大气压下或处理气体的压力下进行。
[0076]在酸性气体吸收工序中，上述实施方式所述的包含20~55质量％胺化合物（1)及1 ~10质量％反应促进剂的酸性气体吸收剂的二氧化碳吸收时(40 °C)的二氧化碳吸收量为 吸收剂中包含的每Imol胺为0.20~0.90mol左右。
[0077] 其中，酸性气体饱和吸收量为以红外线式气体浓度测定装置测定酸性气体吸收剂 中的二氧化碳量而得到的值。
[0078] 作为从吸收了酸性气体的酸性气体吸收剂中将酸性气体分离、将纯的或高浓度的 酸性气体回收的方法，可列举出：与蒸馏同样地对酸性气体吸收剂进行加热并在釜中进行 起泡、解吸的方法;在板式器、喷雾器、装有磁制或高分子制的填充材料或金属网制的填充 材料的再生器内扩大液体界面并进行加热的方法等。由此，酸性气体从氨基甲酸阴离子或 碳酸氢根离子中游离而被放出。
[0079]酸性气体分离时的酸性气体吸收剂的温度通常在70°C以上进行，可以在优选80 °C 以上、更优选90~120 °C左右进行。温度越高，解吸量越增加，但若提高温度，则吸收液的加 热所需要的能量增加，因此，其温度可以根据工艺上的气体温度或热回收目标等来决定。酸 性气体解吸时的压力通常可以在〇 · 1~〇 · 5MPa、优选在0 · 1~0 · 2MPa(绝对压力）附近进行， 此外，可以在大气压以上进行。为了提高解吸性能，还可以减压至比大气压更低的压力，但 为了抑制因减压所需要的能量消耗，优选在大气压以上进行。
[0080] 上述实施方式所述的包含10~55质量％胺化合物（1)及1~20质量％反应促进剂 的酸性气体吸收剂的酸性气体解吸时（12 0 °C )的酸性气体的吸收量为吸收剂中包含的每 Imol 胺为 0.02 ~(h20mol 左右。
[0081] 分离了酸性气体后的酸性气体吸收剂可以再次被送至酸性气体吸收工序中循环 使用(再利用）。此外，为了在水溶液的再利用过程中预热注入到再生器中的水溶液，在吸收 酸性气体时产生的热通常利用换热器进行热交换而冷却。
[0082]如此回收的酸性气体的纯度通常为95~99体积％左右，纯度极高。该纯的酸性气 体或者高浓度的酸性气体可以作为化学品或者高分子物质的合成原料、食品冷冻用冷却剂 等来使用。另外，还可以将回收的二氧化碳隔离储存至目前正在进行技术开发的地下等。
[0083] 在上述工序中，从酸性气体吸收剂中分离酸性气体、对酸性气体吸收剂进行再生 的工序是消耗最多量的能量的部分，该工序中，有时消耗整体工序的约50~80%左右的能 量。因此，通过减少酸性气体吸收剂的再生工序中的消耗能量，可以降低酸性气体的吸收分 离工序的成本。因此，可以在经济上有利地进行从排放气体中除去酸性气体。
[0084] 并且，上述实施方式所述的胺化合物（1)与以往作为酸性气体吸收剂使用的单乙 醇胺等烷醇胺类相比，对于碳钢等金属材料，不具有高的腐蚀性。因此，通过设定为使用了 本实施方式的酸性气体吸收剂的酸性气体除去方法，例如在工厂建设中，没有必要使用高 成本的高级耐蚀钢，在成本方面是有利的。
[0085] 根据本实施方式，通过使用上述的实施方式的酸性气体吸收剂，高温时的酸性气 体解吸容易，且能够得到大的酸性气体回收量，能够降低因酸性气体解吸(再生工序)所需 要的能量。因此，能够在经济上有利的条件下进行酸性气体的吸收分离工序。
[0086]〈酸性气体的除去装置〉
[0087]基于本发明的实施方式的酸性气体的除去装置的特征在于，其具有:吸收器，其通 过使含有酸性气体的气体与上述特定的基于本发明的实施方式的酸性气体吸收剂相接触， 使该酸性气体吸收剂吸收酸性气体，从而从上述的含有酸性气体的气体中除去酸性气体； 以及再生器，其使酸性气体从吸收了该酸性气体的酸性气体吸收剂中解吸而将该酸性气体 吸收剂进行再生，并且，所述酸性气体的除去装置通过上述的吸收器将在上述的再生器中 再生的上述的酸性气体吸收剂进行再利用。
[0088] 图1是实施方式的酸性气体的除去装置的简略图。
[0089] 该酸性气体除去装置1具备使含有酸性气体的气体(例如排放气体)与酸性气体吸 收剂相接触而从该排放气体中将酸性气体吸收而除去的吸收器2、和将酸性气体从吸收了 酸性气体的酸性气体吸收剂中分离并对酸性气体吸收剂进行再生的再生器3。以下，以酸性 气体为二氧化碳的情况为例进行说明。
[0090] 如图1所示的那样，从火力发电厂等排放的燃烧排气等含有二氧化碳的排放气体 通过气体供给口4导入到吸收器2下部。该排放气体被压入吸收器2中，与从吸收器2上部的 酸性气体吸收剂供给口 5供给并被容纳在吸收器2内部的酸性气体吸收剂相接触。作为酸性 气体吸收剂，使用上述实施方式所述的酸性气体吸收剂。
[0091 ]酸性气体吸收剂的pH值可以调节至至少9以上。酸性气体吸收剂的pH值根据排放 气体中包含的有害气体的种类、浓度、流量等来适当选择最佳条件为好。此外，该酸性气体 吸收剂中，除了上述的作为必须成分的胺化合物（1)、以及水等溶剂以外，也可以以任意的 比例含有提高二氧化碳的吸收性能的含氮化合物、抗氧化剂、PH调节剂等其他化合物。
[0092] 这样，通过排放气体与酸性气体吸收剂相接触，该排放气体中的二氧化碳被酸性 气体吸收剂吸收而除去。除去了二氧化碳后的排放气体从气体排放口 6排放到吸收器2外 部。
[0093] 吸收了二氧化碳的酸性气体吸收剂从吸收器2被依次送液至换热器7和加热器8， 被加热后，送液至再生器3中。送液至再生器3内部的酸性气体吸收剂从再生器3的上部移动 至下部，在该期间，酸性气体吸收剂中的二氧化碳发生解吸，酸性气体吸收剂再生。
[0094] 在再生器3中再生的酸性气体吸收剂通过栗9被依次送液至换热器7、吸收液冷却 器10,从酸性气体吸收剂供给口 5返回至吸收器2中。
[0095] 另一方面，从酸性气体吸收剂中分离出的二氧化碳在再生器3上部与从回流罐11 供给的回流水相接触，排放至再生器3的外部。
[0096] 溶解有二氧化碳的回流水在回流冷却器12中冷却后，在回流罐11中与伴有二氧化 碳的水蒸汽冷凝而成的液体成分相分离。该液体成分通过回收二氧化碳线路13导入至二氧 化碳回收工序中。
[0097] 另一方面，分离了二氧化碳的回流水利用回流水栗14被送液至再生塔3中。
[0098] 根据本实施方式的酸性气体除去装置，通过使用二氧化碳的吸收特性及解吸特性 优异的酸性气体吸收剂，能够进行效率高的二氧化碳的吸收除去。
[0099] 实施例
[0100]以下，参照实施例、比较例对本发明进一步进行详细的说明。本发明并不限定于这 止匕 -、O
[0101] 〈实施例1>
[0102] 按照作为胺化合物（1)的1-环戊基氨基-2-丙醇为45质量％、作为反应促进剂的哌 嗪成为5质量％的方式，使两者溶解到水中，调制50ml的水溶液（以下表示为"吸收液"）。将 该吸收液填充到试管中，加热至40°C，将含有二氧化碳(CO 2) 10体积％、氮(N2)气90体积％的 混合气体以流速400mL/min通气。使用红外线式气体浓度测定装置(株式会社岛津制作所 制、商品名"CGT-700"）测定从该试管出口排放的气体中的二氧化碳(CO2)浓度，评价吸收性 能。饱和吸收量设为吸收液出口的CO 2浓度与入口 CO2浓度一致的时刻的量。
[0103] 将上述吸收前的吸收液30mL加入到耐压性的不锈钢容器中，加热至120°C，将上述 混合气体以流速lOOmL/min进行通气。另外，按照容器内的压力达到2个大气压的方式设置 有背压阀。使用红外线式气体浓度测定装置(株式会社岛津制作所制、商品名"CGT-700"）测 定从该不锈钢容器出口排放的气体中的二氧化碳(CO 2)浓度。饱和吸收量设为吸收液出口 的CO2浓度与入口 CO2浓度一致的时刻的量。
[0104] 反应热如下进行测定。使用由设置于恒温槽中的同一形状的玻璃制反应槽及参比 槽构成的差示热型反应热量计"DRC Evolution"（制品名、SETARAM公司制），测定利用吸收 液的二氧化碳吸收的反应热。向反应槽及参比槽中分别填充150mL的吸收液，使40°C的恒温 水在槽的夹套部分中循环。在该状态下将100%浓度的二氧化碳气体以200ml/分钟吹入到 反应槽的吸收液中，至二氧化碳吸收结束为止，利用温度记录计连续地记录吸收液的温度 上升，使用事先测定的反应槽与夹套水间的总传热系数，算出反应热。
[0105] 40 °C下的吸收液的二氧化碳吸收量为50NL/L，120 °C下的吸收液的二氧化碳吸收 量为4NL/L。因此，回收量为46NL/L。另一方面，反应热为64kJ/mo 1。
[0106] 〈实施例2>
[0107] 除了使用1-环己基氨基-2-丙醇来代替1-环戊基氨基-2-丙醇以外，与实施例1同 样地调制吸收液，使用与实施例1同样的装置，在相同条件下测定40°C及120°C下的二氧化 碳吸收量、回收量及反应热。40 °C下的吸收液的二氧化碳吸收量为46NL/L，120 °C下的吸收 液的二氧化碳吸收量为4NL/L。因此，回收量为42NL/L。另一方面，反应热为63kJ/mo 1。
[0108] 〈实施例3>
[0109] 除了使用1-(N_环戊基-N-甲基氨基)-2_丙醇来代替1-环戊基氨基-2-丙醇以外， 与实施例垌样地调制吸收液，使用与实施例垌样的装置，在相同条件下测定40°C及120°C 下的二氧化碳吸收量、回收量及反应热。40 °C下的吸收液的二氧化碳吸收量为36NL/L，120 °C下的吸收液的二氧化碳吸收量为3NL/L。因此，回收量为33NL/L。另一方面，反应热为 68kJ/mol。
[0110] 〈实施例4>
[0111] 除了使用1-(N_环己基-N-甲基氨基)-2_丙醇来代替1-环戊基氨基-2-丙醇以外， 与实施例垌样地调制吸收液，使用与实施例垌样的装置，在相同条件下测定40°C及120°C 下的二氧化碳吸收量、回收量及反应热。40 °C下的吸收液的二氧化碳吸收量为33NL/L，120 °C下的吸收液的二氧化碳吸收量为3NL/L。因此，回收量为30NL/L。另一方面，反应热为 67kJ/mol〇
[0112] 〈实施例5>
[0113]除了使用40质量％1_环戊基氨基-2-丙醇、5质量％2_(异丙基氨基）乙醇来代替1-环戊基氨基-2-丙醇45质量％以外，与实施例1同样地调制吸收液，使用与实施例1同样的装 置，在相同条件下测定40°C及120°C下的二氧化碳吸收量、回收量及反应热。
[0114] 40 °C下的吸收液的二氧化碳吸收量为52NL/L，120 °C下的吸收液的二氧化碳吸收 量为6NL/L。因此，回收量为47NL/L。另一方面，反应热为65kJ/mo 1。
[0115]〈实施例6>
[0116] 除了使用40质量％ 1-环戊基氨基-2-丙醇、5质量％2_氨基-2-甲基-1丙醇来代替 1-环戊基氨基-2-丙醇45质量％以外，与实施例1同样地调制吸收液，使用与实施例1同样的 装置，在相同条件下测定40°C及120Γ下的二氧化碳吸收量、回收量及反应热。
[0117] 40 °C下的吸收液的二氧化碳吸收量为53NL/L，120 °C下的吸收液的二氧化碳吸收 量为6NL/L。因此，回收量为48NL/L。另一方面，反应热为66kJ/mo 1。
[0118] 〈比较例1>
[0119] 按照使3-(2-戊基氨基)-1_丙醇成为45质量％、使哌嗪成为5质量％的方式溶解到 水中，并制成50ml的水溶液（以下表示为吸收液。）。之后，使用与实施例1同样的装置，在与 实施例1相同条件下测定40 °C及120°C下的二氧化碳吸收量、回收量、反应热。
[0120] 40 °C下的吸收液的二氧化碳吸收量为48NL/L，120 °C下的吸收液的二氧化碳吸收 量为8NL/L。因此，回收量为40NL/L。另一方面，反应热为66kJ/mo 1。
[0121] 〈比较例2>
[0122] 除了使用卜⑴-卜戊基-N-甲基氨基)-2-丙醇来代替3-(2-戊基氨基丙醇以 外，与比较例1同样地进行测定。
[0123] 40 °C下的吸收液的二氧化碳吸收量为32NL/L，120 °C下的吸收液的二氧化碳吸收 量为5NL/L。因此，回收量为27NL/L。另一方面，反应热为69kJ/mol。
[0124] 就使用了具有环戊基或环己基的仲胺化合物（1)的实施例1、2的吸收液而言，与使 用了具有链状烷基和伯醇基的仲胺化合物的比较例1相比，二氧化碳吸收量、二氧化碳回收 量均高，此外二氧化碳吸收时的反应热低，二氧化碳的吸收性能优异。
[0125] 就使用了具有环戊基或环己基的叔胺化合物的实施例3、4的吸收液而言，与使用 了具有链状烷基和仲醇基的叔胺化合物的比较例2相比，二氧化碳吸收量、二氧化碳回收量 均高，此外二氧化碳吸收时的反应热低，二氧化碳的吸收性能优异。
[0126] 就在具有环戊基或环己基的仲胺化合物（1)中进一步使用了 2_(异丙基氨基）乙醇 或2-氨基-2-甲基-丙醇的实施例5、6的吸收液而言，与使用了具有链状烷基和伯醇基的仲 胺化合物的比较例1相比，二氧化碳吸收量、二氧化碳回收量均高，此外二氧化碳吸收时的 反应热低，二氧化碳的吸收性能优异。
[0127] 根据以上叙述的至少一个实施方式的酸性气体吸收剂、酸性气体除去方法及酸性 气体除去装置，能够提高二氧化碳等酸性气体的吸收量，此外能够降低酸性气体吸收时的 反应热。
[0128] 符号说明
[0129] 1:酸性气体除去装置、2:吸收器、3:再生器、4:气体供给口、5:酸性气体吸收剂供 给口、6:气体排放口、7:换热器、8:加热器、9:栗、10:吸收液冷却器、11:回流罐、12:回流冷 却器、13:回收二氧化碳线路、14:回流水栗。
【主权项】
1. 一种酸性气体吸收剂，其特征在于，含有下述的通式(1)表示的胺化合物，在所述的通式(1)中，R1表示氢原子的一部分被碳原子数为1~3的烷基取代或未被取代 的碳原子数为3~6的环状烷基，R2表示碳原子数为1~3的烷基或氢原子，R3及R4分别独立地 表示碳原子数为1~3的烷基或氢原子，R 5表示碳原子数为1~3的烷基。2. 根据权利要求1所述的酸性气体吸收剂，在所述的通式（1)表示的胺化合物中，R1为环 戊基或环己基。3. 根据权利要求1或2所述的酸性气体吸收剂，在所述的通式（1)表示的胺化合物中，R5 为甲基。4. 根据权利要求1或2所述的酸性气体吸收剂，在所述的通式（1)表示的胺化合物中，R2 为甲基。5. 根据权利要求1或2所述的酸性气体吸收剂，在所述的通式（1)表示的胺化合物中，R2 为氢原子。6. 根据权利要求1或2所述的酸性气体吸收剂，其中，所述的通式（1)表示的胺化合物的 含量为10~55质量％。7. 根据权利要求1或2所述的酸性气体吸收剂，其中，进一步含有由烷醇胺类和/或下述 通式(2)表示的杂环状胺化合物构成的反应促进剂，该反应促进剂的含量为1~20质量％，在所述的通式(2)中，R6表示取代或未取代的碳原子数为1~4的烷基或氢原子，R7表示 与构成杂环的碳原子键合的取代或未取代的碳原子数为1~4的烷基;n表示1~3的整数，m 表示1~4的整数，p表示0~12的整数;其中，n为2~3时，不存在氮原子彼此直接键合的情 况。8. 根据权利要求7所述的酸性气体吸收剂，其中，所述的烷醇胺类为选自由2-(异丙基 氨基）乙醇及2-氨基-2-甲基-1-丙醇构成的组中的至少一种。9. 根据权利要求7所述的酸性气体吸收剂，其中，所述的杂环状胺化合物为选自由哌嗪 类构成的组中的至少一种。10. 根据权利要求9所述的酸性气体吸收剂，其中，所述哌嗪类为选自由哌嗪、2-甲基哌 嗪、2，5-二甲基哌嗪及2，6-二甲基哌嗪构成的组中的至少一种。11. 一种酸性气体的除去方法，其特征在于，使含有酸性气体的气体与权利要求1~10 中任一项所述的酸性气体吸收剂相接触，从所述的含有酸性气体的气体中除去酸性气体。12. -种酸性气体的除去装置，其特征在于，其具有： 吸收器，其通过使含有酸性气体的气体与权利要求1~11中任一项所述的酸性气体吸 收剂相接触，使该酸性气体吸收剂吸收酸性气体，从而从所述的含有酸性气体的气体中除 去酸性气体;以及 再生器，其使酸性气体从吸收了该酸性气体的酸性气体吸收剂中解吸，将该酸性气体 吸收剂进行再生， 并且，所述酸性气体的除去装置通过所述的吸收器将在所述的再生器中再生的所述的 酸性气体吸收剂进行再利用。
【文档编号】B01D53/18GK106039931SQ201610212951
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月7日 公开号201610212951.4, CN 106039931 A, CN 106039931A, CN 201610212951, CN-A-106039931, CN106039931 A, CN106039931A, CN201610212951, CN201610212951.4
【发明人】村井伸次, 加藤康博, 村松武彦, 齐藤聪, 村冈大悟, 前泽幸繁
【申请人】株式会社东芝