CN102665870B - 酸性气体吸收剂、酸性气体去除装置及酸性气体去除方法 - Google Patents

酸性气体吸收剂、酸性气体去除装置及酸性气体去除方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供酸性气体吸收能力即酸性气体吸收量、酸性气体吸收速度高的酸性气体吸收剂、酸性气体吸收装置及酸性气体吸收方法。本发明的一方面为包含氮杂双环化合物、和伯或仲胺化合物的酸性气体吸收剂。另外，本发明的另一方面为包含杂芳香环化合物、和伯或仲胺化合物的酸性气体吸收剂。并且，本发明的又一方面为使用该酸性气体吸收剂的酸性气体去除装置及酸性气体去除方法。

Description

酸性气体吸收剂、酸性气体去除装置及酸性气体去除方法
技术领域
本发明涉及酸性气体吸收剂、使用了该酸性气体吸收剂的酸性气体去除装置及酸性气体去除方法。
背景技术
近年来，作为地球温暖化现象的一个原因，指出了由于CO2（二氧化碳）浓度上升而引起的温室效应，急切需要制定以地球规模保护环境的国际性的对策。作为CO2的产生源，由于商业活动而产生的CO2量很大，抑制其排出的势头正在抬升。所以，以使用化石燃料的火力发电厂等的设备作为对象而使在燃烧化石燃料（煤、石油、天然气等）时产生的排气与链烷醇胺水溶液等接触从而将燃烧排气中的CO2去除并回收的方法、进而储存被回收的CO2的方法在世界上被进行着。另外，提出了使用链烷醇胺水溶液，除了将CO2去除以外，还将H2S（硫化氢）等酸性气体去除。
作为抑制以CO2为代表的酸性气体的浓度上升的技术，有如下的技术：开发节能产品、分离回收排出的酸性气体的技术、将酸性气体作为资源利用或隔离储存的技术、转换为不排出酸性气体的自然能源或原子能等替代能源等。作为迄今为止被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，吸收法适合用于处理大量气体，正在研究将其用于工厂和发电厂。
通常作为用于吸收法的物质，以一乙醇胺（MEA）为代表的链烷醇胺类从1930年代左右就开始开发了，并且现在也被使用着（专利文献1）。该方法是经济的，另外去除装置的大型化是容易的。
作为既存的被广泛使用的链烷醇胺，有一乙醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇胺、甲基氨基乙醇、乙基氨基乙醇、丙基氨基乙醇、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-甲基乙醇等。特别是，伯胺的甲基乙醇胺及仲胺的二乙基乙醇胺等由于反应速度快，因此在世界上被广泛使用。但是，存在这些化合物具有腐蚀性、再生能高、劣化等问题。另外，虽然甲基二乙醇胺的腐蚀性和再生能低，但有吸收速度低这样的缺点。所以，要求开发考虑了这些方面的新的吸附液。
作为最近的吸收液的开发倾向，对胺系的吸收液中特别是在结构上具有空间位阻的链烷醇胺的研究正在积极进行中（专利文献2）。这是因为具有空间位阻的链烷醇胺有对酸性气体的选择性非常高、而且再生所需要的能量少这样的优点。空间位阻胺的反应速度依存于由其空间结构确定的反应的位阻程度，比甲基乙醇胺、二乙醇胺等伯、仲胺低，但比叔胺高。另外，作为用于吸收剂中的链烷醇胺，已知有2-氨基-2-甲基丙醇、2-哌啶乙醇等。
另一方面，也已知有将与链烷醇胺类结构不同的环状胺作为吸收剂使用的方法（专利文献1、专利文献3）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-307519号公报
专利文献2：专利第2871334号公报
专利文献3：美国专利4112052号说明书
发明内容
发明所要解决的问题
最重要的是，对于至今为止的吸收液中的酸性气体吸收能力即酸性气体吸收量和酸性气体吸收速度，如果从经济效率的观点出发，则仍然只能说是不充分的。
本发明是考虑上述情况而进行的，其目的在于，提供酸性气体吸收能力高的酸性气体吸收剂、使用了该酸性气体吸收剂的酸性气体去除装置及酸性气体去除方法。
用于解决问题的方法
本发明的一个方面的酸性气体吸收剂的特征在于，包含下述通式1所表示的氮杂双环化合物、和伯或仲胺化合物。
化学式1
特征在于，（上述通式1中，p及q为1以上的整数，m、n为0以上的整数，X与Y的组合为氮原子与碳原子、碳原子与碳原子、或碳原子与氮原子中的任一个）。
本发明的一个方面的酸性气体吸收剂的特征在于，包含下述通式2或通式3中的任一个所表示的杂芳香环化合物、和伯或仲胺化合物。
化学式2
化学式3
（上述通式2及通式3中，R1分别表示选自氢原子、烷基、或芳香族基中的任一个，各个R1可以相同，也可以不同。另外，R2表示OR3基或NR42基。R3、R4分别表示选自氢原子、烷基、或芳香族基中的任一个，各个R4可以相同，也可以不同。）
发明效果
根据本发明，可以提供酸性气体吸收能力高的酸性气体吸收剂、使用了该酸性气体吸收剂的酸性气体去除装置及酸性气体去除方法。
附图说明
图1是第4实施方式的酸性气体去除装置的示意图。
具体实施方式
（第1实施方式）
本实施方式的酸性气体吸收剂为包含下述通式1所表示的氮杂双环化合物、和伯或仲胺化合物的酸性气体吸收剂。
化学式4
这里，上述通式1中，p及q为1以上的整数，m、n为0以上的整数，X与Y的组合为氮原子与碳原子、碳原子与碳原子、或碳原子与氮原子中的任一个。
通过使上述氮杂双环化合物和胺化合物溶解于例如水等溶剂中，可以得到酸性气体吸收能力高的酸性气体吸收液。以下，特别将酸性气体为二氧化碳的情况作为例子进行说明，但对于硫化氢等其他酸性气体也可以得到同样的效果。
通式1所示的氮杂双环化合物形成为与氮原子键合的碳原子被后面的键束缚的结构。由此，氮原子上的非共有电子对周围的空间位阻小，亲核性明显较高。因此，二氧化碳的吸收能力变高。并且，伯或仲胺化合物作为促进这样的氮杂双环化合物的二氧化碳吸收的促进剂起作用，从而进一步提高二氧化碳的吸收能力。
作为本实施方式的氮杂双环化合物，例如可以使用选自由1-氮杂双环［1.1.0］丁烷、1,3-二氮杂双环［1.1.0］丁烷、1-氮杂双环［2.1.0］庚烷、1,3-二氮杂双环［2.1.0］庚烷、1,4-二氮杂双环［2.1.0］庚烷、1-氮杂双环［2.2.0］己烷、1,3-二氮杂双环［2.2.0］己烷、1-氮杂双环［2.1.1］己烷、1,3-二氮杂双环［2.1.1］己烷、1-氮杂双环［2.2.1］庚烷、1,3-二氮杂双环［2.2.1］庚烷、1,4-二氮杂双环［2.2.1］庚烷、1-氮杂双环［3.2.0］庚烷、1,3-二氮杂双环［3.2.0］庚烷、1,4-二氮杂双环［3.2.0］庚烷、1,6-二氮杂双环［3.2.0］庚烷、1-氮杂双环［2.2.2］辛烷、1,3-二氮杂双环［2.2.2］辛烷、1,4-二氮杂双环［2.2.2］辛烷、1-氮杂双环［3.2.1］辛烷、1,3-二氮杂双环［3.2.1］辛烷、1,4-二氮杂双环［3.2.1］辛烷、1,5-二氮杂双环［3.2.1］辛烷、1,6-二氮杂双环［3.2.1］辛烷、1-氮杂双环［4.1.1］辛烷、1,3-二氮杂双环［4.1.1］辛烷、1,4-二氮杂双环［4.1.1］辛烷、1,5-二氮杂双环［4.1.1］辛烷、1,6-二氮杂双环［4.1.1］辛烷、1,7-二氮杂双环［4.1.1］辛烷、1-氮杂双环［4.2.0］辛烷、1,3-二氮杂双环［4.2.0］辛烷、1,4-二氮杂双环［4.2.0］辛烷、1,5-二氮杂双环［4.2.0］辛烷、1,7-二氮杂双环［4.2.0］辛烷、1-氮杂双环［3.3.1］壬烷、1,3-二氮杂双环［3.3.1］壬烷、1,4-二氮杂双环［3.3.1］壬烷、1,5-二氮杂双环［3.3.1］壬烷、1-氮杂双环［3.2.2］壬烷、1,3-二氮杂双环［3.2.2］壬烷、1,4-二氮杂双环［3.2.2］壬烷、1,5-二氮杂双环［3.2.2］壬烷、1,6-二氮杂双环［3.2.2］壬烷、1,8-二氮杂双环［3.2.2］壬烷、1-氮杂双环［4.3.0］壬烷、1,3-二氮杂双环［4.3.0］壬烷、1,4-二氮杂双环［4.3.0］壬烷、1,5-二氮杂双环［4.3.0］壬烷、1,6-二氮杂双环［4.3.0］壬烷、1,7-二氮杂双环［4.3.0］壬烷、1,8-二氮杂双环［4.3.0］壬烷、1-氮杂双环［4.2.1］壬烷、1,3-二氮杂双环［4.2.1］壬烷、1,4-二氮杂双环［4.2.1］壬烷、1,5-二氮杂双环［4.2.1］壬烷、1,6-二氮杂双环［4.2.1］壬烷、1,7-二氮杂双环［4.2.1］壬烷、1-氮杂双环［5.2.0］壬烷、1,3-二氮杂双环［5.2.0］壬烷、1,3-二氮杂双环［5.2.0］壬烷、1,4-二氮杂双环［5.2.0］壬烷、1,5-二氮杂双环［5.2.0］壬烷、1,6-二氮杂双环［5.2.0］壬烷、1,7-二氮杂双环［5.2.0］壬烷、1,8-二氮杂双环［5.2.0］壬烷、1-氮杂双环［5.1.1］壬烷、1,3-氮杂双环［5.1.1］壬烷、1,4-氮杂双环［5.1.1］壬烷、1,5-氮杂双环［5.1.1］壬烷、1,6-氮杂双环［5.1.1］壬烷、1,7-氮杂双环［5.1.1］壬烷、1-氮杂双环［6.1.0］壬烷、1,3-二氮杂双环［6.1.0］壬烷、1,4-二氮杂双环［6.1.0］壬烷、1,5-二氮杂双环［6.1.0］壬烷、1,6-二氮杂双环［6.1.0］壬烷、1,7-二氮杂双环［6.1.0］壬烷、1,8-二氮杂双环［6.1.0］壬烷、1-氮杂双环［7.1.0］癸烷、1,9-二氮杂双环［7.1.0］癸烷、1-氮杂双环［6.2.0］癸烷、1,8-二氮杂双环［6.2.0］癸烷、1-氮杂双环［6.1.1］癸烷、1,8-二氮杂双环［6.1.1］癸烷、1-氮杂双环［5.3.0］癸烷、1,7-二氮杂双环［5.3.0］癸烷、1-氮杂双环［5.2.1］癸烷、1,7-二氮杂双环［5.2.1］癸烷、1-氮杂双环［4.3.1］癸烷、1,6-二氮杂双环［4.3.1］癸烷、1-氮杂双环［4.2.2］癸烷、1,6-二氮杂双环［4.2.2］癸烷、1-氮杂双环［5.4.0］十一烷、1,7-二氮杂双环［5.4.0］十一烷、1-氮杂双环［5.3.1］十一烷、1,7-二氮杂双环［5.3.1］十一烷、1-氮杂双环［5.2.2］十一烷、1,7-二氮杂双环［5.2.2］十一烷、1-氮杂双环［4.4.1］十一烷、1,7-二氮杂双环［4.4.1］十一烷、1-氮杂双环［4.3.2］十一烷、1,7-二氮杂双环［4.3.2］十一烷组成的组中的1种化合物或2种以上的混合化合物等。
上述通式1中，p及q优选为1以上且6以下。这是由于在比6大时，在水等溶剂中的溶解性有可能降低，或者酸性气体的吸收能力有可能降低。
另外，可以使这些氮杂双环化合物与羟基、伯或仲或叔氨基、磺酸基、碳原子数为1～18个取代或非取代的直链或者支链烷基、取代或非取代的芳香族等结合。
氮杂双环化合物为水溶性，但为了提高水溶性和抑制升华性，导入羟基或羰基、酯基是有效的。例如优选为将双环环内的仲碳中的一个或者多个取代为羰基而成的化合物、或将双环环内的仲碳中的一个或者多个酯化而成化合物、或将双环环内的仲碳、叔碳与羟基、羟基甲基、羟基乙基等羟基或者具有羟基的有机基团结合而成的化合物等。
本实施方式的伯或仲胺化合物作为促进上述那样的二氧化碳吸收的促进剂起作用。通常伯氨基的氮原子与二氧化碳结合而形成氨基甲酸根离子，有助于提高初期的吸收速度。另外，仲氨基的氮原子承担着将结合的二氧化碳转换为碳酸氢根离子（HCO3 -）的作用，有助于提高反应后半段的速度。
本实施方式的伯或仲胺化合物期望为链烷醇胺或杂环状胺。通过链烷醇胺或杂环状胺与氮杂双环化合物组合而成的组合物的溶液例如水溶液，可以进一步提高吸收剂每单位摩尔的二氧化碳吸收量、水溶液每单位体积的二氧化碳吸收量及吸收速度。进而，可以在吸收二氧化碳后分离二氧化碳，从而使再生吸收液时的能量降低。
作为链烷醇胺，例如可以列举出：一乙醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇胺、2-氨基-2-甲基-1,3-二丙醇胺、甲基氨基乙醇、乙基氨基乙醇、丙基氨基乙醇、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、三乙醇胺、二乙醇胺、2-甲基-2-氨基-丙醇等。
另外，作为杂环状胺，可以列举出：哌嗪、2-甲基哌嗪、六亚甲基四胺、吡咯烷、哌啶、氮杂环丁烷、氮杂环辛烷、六氢-1H-氮杂卓等。特别是，从提高二氧化碳吸收量及吸收速度的观点出发，期望杂环状胺为哌嗪衍生物。另外，更优选哌嗪衍生物为哌嗪、2-甲基哌嗪、2,5-二甲基哌嗪中的至少1种类。
二氧化碳的吸收分离工序如下构成：基本上在常温附近吸收二氧化碳，在高温下将被吸收了的二氧化碳从吸收液分离，再次将吸收液投入吸收工序。所以，在二氧化碳的吸收分离工序中，消耗大量能量的工序是将二氧化碳从吸收液分离而再生吸收液的部分，全部工序的约50～80%左右的能量在该过程中被消耗。即，通过减少在吸收液的再生工序中被消耗的能量，能够得到经济上有利的二氧化碳的吸收分离工序。
通过本实施方式，也可以减少在再生工序中被消耗的能量。所以，可以实现经济上更加有利的二氧化碳的吸收分离工序。
（第2实施方式）
本实施方式的酸性气体吸收剂为包含下述通式2所表示的杂芳香环化合物、和伯或仲胺化合物的酸性气体吸收剂。
化学式5
上述通式2中，R1分别表示选自氢原子、碳原子数为1～18的取代或非取代的烷基、或芳香族基中的任一个。各个R1可以是相同的取代基，也可以是不同的取代基。另外，R1彼此也可以形成环。
通式2的杂芳香环化合物的pKa为6以上。最重要的是，如果与脂肪族系的胺化合物相比，则碱性较小，因此吸收二氧化碳等酸性气体时的反应热变小。
通过将上述杂芳香环化合物和胺化合物溶解于例如水等溶剂中，可以与第1实施方式同样地得到酸性气体吸收能力高的酸性气体吸收液。以下，特别将酸性气体为二氧化碳的情况作为例子进行说明，但对于硫化氢等其他酸性气体也能够得到同样的效果。
通式2所示的杂芳香环化合物中，占据sp2杂化轨道的氮原子的非共有电子对不能用于形成芳香族性。因此，该氮原子具有碱性。另外，由于这些杂芳香环化合物形成酸或碱，因此为水溶性。
并且，与第1实施方式的氮杂双环化合物同样地，形成为与氮原子键合的碳原子被后面的键束缚的结构。因此，氮原子上的非共有电子对周围的空间位阻小，亲核性明显较高。所以，二氧化碳的吸收能力提高。并且，伯或仲胺化合物作为促进这样的杂芳香环化合物的二氧化碳吸收的促进剂起作用，进一步提高二氧化碳的吸收能力。
作为本实施方式的杂芳香环化合物，例如可以使用选自由咪唑、1-甲基咪唑、2-甲基咪唑、2-氰基咪唑、4-氰基咪唑、苯并咪唑、1-甲基苯并咪唑、2-甲基苯并咪唑组成的组的1种化合物或2种以上的混合化合物等。
上述通式2中，在R1为取代或非取代的烷基时，碳原子数优选为1以上且6以下。如果比6大，则有可能发生化合物的相分离。
关于本实施方式的伯或仲胺化合物的功能和所要求的组成、特性，由于与第1实施方式相同，因此省略记载。
另外，通过本实施方式，也可以与第1实施方式同样地减少在再生工序中被消耗的能量。所以，能够得到在经济上更有利的二氧化碳的吸收分离工序。
（第3实施方式）
本实施方式的酸性气体吸收剂为包含下述通式3所表示的杂芳香环化合物、和伯或仲胺化合物的酸性气体吸收剂。
化学式6
上述通式3中，R1分别表示选自氢原子、碳原子数为1～18的取代或非取代的烷基、或芳香族基中的任一个。各个R1可以为相同的取代基，也可以为不同的取代基。另外，R1彼此可以形成环。R2表示OR3基或NR42基。R3、R4分别表示选自氢原子、烷基、或芳香族基中的任一个，各个R4可以相同，也可以不同。
本实施方式的酸性气体吸收剂除了杂芳香环化合物不用通式2而用通式3表示以外，与第2实施方式相同。所以，关于与第2实施方式重复的内容，省略记载。
通式3的杂芳香环化合物的pKa为6以上。最重要的是，如果与脂肪族系的胺化合物相比，则碱性较小，因此吸收二氧化碳等酸性气体时的反应热变小。
需要说明的是，通过向R2导入适当的取代基，可以将本实施方式的杂芳香环化合物的亲核性或碱性调整为所期望的特性。通过向R2导入OR3基或NR42基，亲核性或碱性提高。OR3基为例如（OCH3、OC2H5、OC3H7、OC(CH3)3、OC6H5）。
通过将上述杂芳香环化合物和胺化合物溶解于例如水等溶剂中，可以与第1及第2实施方式同样地得到酸性气体吸收能力高的酸性气体吸收液。以下，特别将酸性气体为二氧化碳的情况作为例子进行说明，但对于硫化氢等其他酸性气体也期待能够得到同样的效果。
作为本实施方式的杂芳香环化合物，例如可以使用选自由吡啶、4-氨基吡啶、4-甲基吡啶、4-甲氧基吡啶、4-甲基氨基吡啶、4-二甲基氨基吡啶、4-二氨基甲基吡啶、2-氨基吡啶、喹啉、4-甲基喹啉、4-甲氧基喹啉、4-甲基氨基喹啉、4-二甲基氨基喹啉、异喹啉、6-甲基氨基异喹啉、6-二甲基氨基异喹啉、菲啶、1-氨基菲啶、1-甲基氨基菲啶、1-二甲基氨基菲啶、4-甲氧基吡啶、4-乙氧基吡啶、4-丙氧基吡啶、4-叔丁氧基吡啶、4-苯氧基吡啶组成的组中的1种化合物或2种以上混合化合物等。
通式3的作为取代基的NR42基优选为氨基、甲基氨基、二甲基氨基中的任一个。这是由于亲核性或碱性提高，从而二氧化碳吸收量及吸收速度提高。
关于本实施方式的伯或仲胺化合物的功能和所要求的组成、特性，由于与第1实施方式相同，因此省略记载。
另外，通过本实施方式，也可以与第1及第2实施方式同样地减少在再生工序被消耗的能量。所以，能够得到经济上更有利的二氧化碳的吸收分离工序。
（第4实施方式）
本实施方式的酸性气体去除装置为如下的酸性气体去除装置：具备：吸收塔，其使包含酸性气体的气体与酸性气体吸收液接触，使酸性气体吸收液吸收酸性气体；再生塔，其对吸收了酸性气体的酸性气体吸收液进行再生，用再生塔再生了的酸性气体吸收液在吸收塔中再利用，该吸收液包含第1至第3实施方式中所记载的任一种酸性气体吸收剂。
图1是本实施方式的酸性气体去除装置的示意图。该酸性气体去除装置具备：吸收塔10，其使包含酸性气体的气体与酸性气体吸收液接触，吸收酸性气体并去除；再生塔12，其从吸收了酸性气体的酸性气体吸收液分离酸性气体并使其再生。以下，作为酸性气体以二氧化碳为例进行说明。
例如，如火力发电厂的燃烧排气那样包含二氧化碳的气体通过气体供给口14，导入吸收塔10下部。被挤入吸收塔10的气体与由吸收塔10上部供给的二氧化碳的吸收液接触。该二氧化碳的吸收液为包含第1至第3实施方式中所说明的酸性气体吸收剂的溶液例如水溶液。
酸性气体吸收液的pH只要被调整为至少9以上即可，但可以根据排气中的有害气体的种类、浓度、流量等，适当地选择最合适的条件。另外，在该酸性气体吸收液中，除了上述酸性气体吸收剂和水这样的溶剂以外，还可以以任意比例含有提高吸收性能的含氮化合物、抗氧化剂剂、pH调节剂等其他化合物。
通过使气体与二氧化碳的吸收液接触，气体中的二氧化碳被吸收去除。并且，气体由气体排出口16排出到吸收塔10外。
吸收了二氧化碳的吸收液被送至热交换器18、加热器20，加热后被送至再生塔12。并且，在再生塔12内部，吸收液流向再生塔12下部。期间，气体中的二氧化碳脱离而再生。
再生了的吸收液通过泵22由吸收液供给口26经由热交换器18、吸收液冷却器24返回至吸收塔10。
另一方面，在再生塔12上部，从吸收液分离出的二氧化碳与供给的回流水接触，排出到再生塔12外。并且，被回流冷却器28冷却。进而，通过回流鼓30分离为伴随着二氧化碳的水蒸气凝聚而成的回流水，通过回收二氧化碳管线32导入二氧化碳回收工序。被分离出的回流水通过回流水泵34被送至再生塔12。
根据本实施方式的酸性气体去除装置，通过使用二氧化碳的吸收及脱离特性优良的吸收液，可以高效率地对二氧化碳进行吸收去除。
（第5实施方式）
在本实施方式的酸性气体去除方法中，使包含酸性气体的气体与将第1至第3实施方式中所说明的酸性气体吸收剂溶解于溶剂而成的酸性气体吸收液接触，从包含酸性气体的气体中去除酸性气体。
酸性气体吸收液的pH只要被调节为至少9以上即可，但可以根据排气中的有害气体的种类、浓度、流量等，适当地选择最合适的条件。另外，在该酸性气体吸收液中，除了上述酸性气体吸收剂和水这样的溶剂以外，还可以以任意比例含有提高吸收性能的含氮化合物、抗氧化剂剂、pH调节剂等其他化合物。
根据本实施方式的酸性气体去除方法，通过使用二氧化碳的吸收及脱离特性优良的吸收液，可以高效率地对二氧化碳进行吸收去除。
以上，一边参照具体例子，一边对本发明实施方式进行了说明。上述实施方式只不过是作为例子列举的，并不限定本发明。另外，在实施方式的说明中，在酸性气体吸收剂、酸性气体去除装置及酸性气体去除方法等处，对于本发明的说明中不直接需要的部分等，省略了记载，但可以适当地选择使用与所需要的酸性气体吸收剂、酸性气体去除装置及酸性气体去除方法等相关的要素。
另外，具备本发明的要素、本领域技术人员能够适当地设计变更的全部的酸性气体吸收剂、酸性气体去除装置及酸性气体去除方法都包含在本发明的范围中。本发明的范围是通过专利权利要求书及其均等物的范围定义的。
实施例
接着，使用本发明的实施例、比较例进行详细的说明，但本发明不被这些实施例所限定。
将各实施例及比较例的水溶液的组成记载于表1，将测定结果记载于表2。
（实施例1）
以使二氮杂双环辛烷（DABCO）为3.0摩尔/L、哌嗪（PZ）为0.6摩尔/L的方式进行调节，制备水溶液。将水溶液移入玻璃容器中，设置在调节为40℃的水浴中。向该水溶液中导入10%/90%=CO2/N2的混合气体，吸收CO2，使用CO2浓度计（CGT-7000，岛津制作所社制）对出口处的CO2浓度进行测定，从而观测水溶液中所吸收的CO2的吸收速度和水溶液中的CO2浓度。吸收速度为每1小时0.4摩尔-CO2/摩尔-胺，吸收量为0.5摩尔-CO2/摩尔-胺。接着，将吸收液温度设定为120℃，导入100%CO2浓度的气体，CO2在对100%浓度中的吸收量进行测定时为0.10摩尔-CO2/摩尔-胺。在40℃下吸收CO2、120℃下脱离的过程中，确认了能够回收0.5摩尔与0.1摩尔之差的0.4摩尔-CO2/摩尔-胺的CO2。
（实施例1’）
与实施例1同样设置，在调节为30℃的水浴中吸收CO2。此时，吸收速度为每1小时0.4摩尔-CO2/摩尔-胺，吸收量为0.621摩尔-CO2/摩尔-胺。
（实施例2）
以使二氮杂双环辛烷（DABCO）为2.5摩尔/L、哌嗪为0.6摩尔/L、2-甲基-2-氨基-丙醇为1.0摩尔/L的方式进行调节，制备水溶液。与实施例1同样地，在40℃的水溶液中导入10%/90%=CO2/N2的混合气体，吸收CO2，对出口处的CO2浓度进行测定，从而观测水溶液中所吸收的CO2的吸收速度和水溶液中的CO2浓度。吸收速度为每1小时0.4摩尔-CO2/摩尔-胺，吸收量为0.47摩尔-CO2/摩尔-胺。接着，将吸收液温度设定为120℃，导入100%CO2浓度的气体，CO2在对100%浓度中的吸收量进行测定时为0.10摩尔-CO2/摩尔-胺。在40℃下吸收CO2、120℃下脱离的过程中，确认了能够回收0.47摩尔与0.1摩尔之差的0.37摩尔-CO2/摩尔-胺的CO2。
（实施例3）
以使1-甲基咪唑为0.6摩尔/L、哌嗪为3.0摩尔/L的方式进行调节，制备水溶液。与实施例1同样地，在40℃的水溶液中导入10%/90%=CO2/N2的混合气体，吸收CO2，对出口处的CO2浓度进行测定，从而观测水溶液中所吸收的CO2的吸收速度和水溶液中的CO2浓度。吸收速度为每1小时0.34摩尔-CO2/摩尔-胺，吸收量为0.34摩尔-CO2/摩尔-胺。接着，将吸收液温度设定为120℃，导入100%CO2浓度的气体，CO2在对100%浓度中的吸收量进行测定时为0.04摩尔-CO2/摩尔-胺。在40℃下吸收CO2、120℃下脱离的过程中，确认了能够回收0.30摩尔-CO2/摩尔-胺的CO2。
（实施例4）
以使1-甲基咪唑为0.6摩尔/L、哌嗪为2.8摩尔/L、甲基氨基乙醇为0.2摩尔/L的方式进行调节，制备水溶液。与实施例1同样地，在40℃的水溶液中导入10%/90%=CO2/N2的混合气体，吸收CO2，对出口处的CO2浓度进行测定，从而观测水溶液中所吸收的CO2的吸收速度和水溶液中的CO2浓度。吸收速度为每1小时0.35摩尔-CO2/摩尔-胺，吸收量为0.36摩尔-CO2/摩尔-胺。接着，将吸收液温度设定为120℃，导入100%CO2浓度的气体，CO2在对100%浓度中的吸收量进行测定时为0.05摩尔-CO2/摩尔-胺。在40℃下吸收CO2、120℃下脱离的过程中，确认了能够回收0.31摩尔-CO2/摩尔-胺的CO2。
（实施例5）
以使4-二甲基氨基吡啶为3.0摩尔/L、哌嗪为0.6摩尔/L的方式进行调节，制备水溶液。与实施例1同样地，在40℃的水溶液中导入10%/90%=CO2/N2的混合气体，吸收CO2，对出口处的CO2浓度进行测定，从而观测水溶液中所吸收的CO2的吸收速度和水溶液中的CO2浓度。吸收速度为每1小时0.41摩尔-CO2/摩尔-胺，吸收量为0.48摩尔-CO2/摩尔-胺。接着，将吸收液温度设定为120℃，导入100%CO2浓度的气体，CO2在对100%浓度中的吸收量进行测定时为0.06摩尔-CO2/摩尔-胺。在40℃下吸收CO2、120℃下脱离的过程中，确认了能够回收0.42摩尔-CO2/摩尔-胺的CO2。
（实施例6）
以使4-氨基吡啶为3.0摩尔/L、哌嗪为0.6摩尔/L的方式进行调节，制备水溶液。与实施例1同样地，在40℃的水溶液中导入10%/90%=CO2/N2的混合气体，吸收CO2，对出口处的CO2浓度进行测定，从而观测水溶液中所吸收的CO2的吸收速度和水溶液中的CO2浓度。吸收速度为每1小时0.39摩尔-CO2/摩尔-胺，吸收量为0.46摩尔-CO2/摩尔-胺。接着，将吸收液温度设定为120℃，导入100%CO2浓度的气体，CO2在对100%浓度中的吸收量进行测定时为0.05摩尔-CO2/摩尔-胺。在40℃下吸收CO2、120℃下脱离的过程中，确认了能够回收0.41摩尔-CO2/摩尔-胺的CO2。
（实施例7）
以使4-甲基氨基吡啶为3.0摩尔/L、哌嗪为0.6摩尔/L的方式进行调节，制备水溶液。与实施例1同样地，在40℃的水溶液中导入10%/90%=CO2/N2的混合气体，吸收CO2，对出口处的CO2浓度进行测定，从而观测水溶液中所吸收的CO2的吸收速度和水溶液中的CO2浓度。吸收速度为每1小时0.38摩尔-CO2/摩尔-胺，吸收量为0.44摩尔-CO2/摩尔-胺。接着，将吸收液温度设定为120℃，导入100%CO2浓度的气体，CO2在对100%浓度中的吸收量进行测定时为0.04摩尔-CO2/摩尔-胺。在40℃下吸收CO2、120℃下脱离的过程中，确认了能够回收0.40摩尔-CO2/摩尔-胺的CO2。
（实施例8）
以使4-二甲基氨基吡啶为2.8摩尔/L、哌嗪为0.6摩尔/L、一乙醇胺为0.2摩尔/L的方式进行调节，制备水溶液。与实施例1同样地，在40℃的水溶液中导入10%/90%=CO2/N2的混合气体，吸收CO2，对出口处的CO2浓度进行测定，从而观测水溶液中所吸收的CO2的吸收速度和水溶液中的CO2浓度。吸收速度为每1小时0.36摩尔-CO2/摩尔-胺，吸收量为0.42摩尔-CO2/摩尔-胺。接着，将吸收液温度设定为120℃，导入100%CO2浓度的气体，CO2在对100%浓度中的吸收量进行测定时为0.06摩尔-CO2/摩尔-胺。在40℃下吸收CO2、120℃下脱离的过程中，确认了能够回收0.34摩尔-CO2/摩尔-胺的CO2。
（实施例9）
以使4-二甲基氨基吡啶为2.8摩尔/L、哌嗪为0.6摩尔/L、甲基氨基乙醇为0.2摩尔/L的方式进行调节，制备水溶液。与实施例1同样地，在40℃的水溶液中导入10%/90%=CO2/N2的混合气体，吸收CO2，对出口处的CO2浓度进行测定，从而观测水溶液中所吸收的CO2的吸收速度和水溶液中的CO2浓度。吸收速度为每1小时0.36摩尔-CO2/摩尔-胺，吸收量为0.41摩尔-CO2/摩尔-胺。接着，将吸收液温度设定为120℃，导入100%CO2浓度的气体，CO2在对100%浓度中的吸收量进行测定时为0.05摩尔-CO2/摩尔-胺。在40℃下吸收CO2、120℃下脱离的过程中，确认了能够回收0.36摩尔-CO2/摩尔-胺的CO2。
（实施例10）
以使4-二甲基氨基吡啶为3.0摩尔/L、2-甲基哌嗪为0.6摩尔/L的方式进行调节，制备水溶液。与实施例1同样地，在40℃的水溶液中导入10%/90%=CO2/N2的混合气体，吸收CO2，对出口处的CO2浓度进行测定，从而观测水溶液中所吸收的CO2的吸收速度和水溶液中的CO2浓度。吸收速度为每1小时0.40摩尔-CO2/摩尔-胺，吸收量为0.48摩尔-CO2/摩尔-胺。接着，将吸收液温度设定为120℃，导入100%CO2浓度的气体，CO2在对100%浓度中的吸收量进行测定时为0.06摩尔-CO2/摩尔-胺。在40℃下吸收CO2、120℃下脱离的过程中，确认了能够回收0.42摩尔-CO2/摩尔-胺的CO2。
（比较例1）
使用作为叔胺的代表性的例子的甲基二乙醇胺（MDEA），设置比较例。以使MDEA为3.0摩尔/L、哌嗪为0.6摩尔/L的方式进行调节，制备水溶液。与实施例1同样地，在40℃的水溶液中导入10%/90%=CO2/N2的混合气体，吸收CO2，对出口处的CO2浓度进行测定，从而观测水溶液中所吸收的CO2的吸收速度和水溶液中的CO2浓度。吸收速度为每1小时0.33摩尔-CO2/摩尔-胺，吸收量为0.32摩尔-CO2/摩尔-胺。接着，将吸收液温度设定为120℃，导入100%CO2浓度的气体，CO2在对100%浓度中的吸收量进行测定时为0.06摩尔-CO2/摩尔-胺。在40℃下吸收CO2、120℃下脱离的过程中，发现仍然回收0.32摩尔与0.06摩尔之差的0.26摩尔-CO2/摩尔-胺的CO2。
表1
  胺   摩尔/l   胺   摩尔/l   胺   摩尔/l
  实施例1   DABCO   3.0   PZ   0.6   -   -
  实施例2   DABCO   2.5   PZ   0.6   2-甲基-2-氨基-丙醇   1.0
  实施例3   1-甲基咪唑   0.6   PZ   3.0   -   -
  实施例4   1-甲基咪唑   0.6   PZ   2.8   甲基氨基乙醇   0.2
  实施例5   4-二甲基氨基吡啶   3.0   PZ   0.6   -   -
  实施例6   4-氨基吡啶   3.0   PZ   0.6   -   -
  实施例7   4-甲基氨基吡啶   3.0   PZ   0.6   -   -
  实施例8   4-二甲基氨基吡啶   2.8   PZ   0.6   -乙醇胺   0.2
  实施例9   4-二甲基氨基吡啶   2.8   PZ   0.6   甲基氨基乙醇   0.2
  实施例10   4-二甲基氨基吡啶   3.0   2-甲基哌嗪   0.6   -   -
  比较例1   MDEA   3.0   PZ   0.6   -   -
表2
  吸收速度/小时   40℃吸收量   120℃吸收量   回收量
  摩尔-CO2/摩尔-胺 摩尔-CO2/摩尔-胺   摩尔-CO2/摩尔-胺   摩尔-CO2/摩尔-胺
  实施例1   0.40 0.50   0.10   0.40
  实施例2   0.40 0.47   0.10   0.37
  实施例3   0.34 0.34   0.04   0.30
  实施例4   0.35 0.36   0.05   0.31
  实施例5   0.41 0.48   0.06   0.42
  实施例6   0.39 0.46   0.05   0.41
  实施例7   0.38 0.44   0.04   0.40
  实施例8   0.36 0.42   0.06   0.34
  实施例9   0.36 0.41   0.05   0.36
  实施例10   0.40 0.48   0.06   0.42
  比较例1   0.33 0.32   0.06   0.26
由以上可知，包含实施例所示的二氮杂双环辛烷（DABCO）的吸收液与现有代表性的包含叔胺的吸收液相比，吸收速度及吸收量上增加了20%，回收量也良好。
可知实施例所示的包含1-甲基咪唑的吸收液与现有代表性的包含叔胺的吸收液相比，回收量是良好的。可知实施例所示的包含二甲基氨基吡啶、4-氨基吡啶、4-甲基氨基吡啶中的任一个的吸收液与现有代表性的包含叔胺的吸收液相比，吸收速度及吸收量、回收量中的任一个均是良好的。
符号说明
10  吸收塔
12  再生塔

Claims (6)

1.一种酸性气体吸收剂，其包含下述通式1所表示的氮杂双环化合物和伯或仲胺化合物，
上述通式1中，p及q为1以上的整数，m、n为0以上的整数，X与Y的组合为氮原子与碳原子、碳原子与碳原子或碳原子与氮原子中的任一个。
2.如权利要求1所述的酸性气体吸收剂，其特征在于，p及q为6以下的整数。
3.如权利要求2所述的酸性气体吸收剂，其特征在于，所述胺化合物为链烷醇胺或杂环状胺。
4.如权利要求3所述的酸性气体吸收剂，其特征在于，所述杂环状胺为哌嗪衍生物。
5.一种酸性气体去除装置，其特征在于，具备：
吸收塔，其使包含酸性气体的气体与酸性气体吸收液接触，使所述酸性气体吸收液吸收所述酸性气体；和
再生塔，其对吸收了所述酸性气体的所述酸性气体吸收液进行再生，
用所述再生塔再生了的所述酸性气体吸收液在所述吸收塔中再利用，
所述酸性气体吸收液包含权利要求1所述的酸性气体吸收剂。
6.一种酸性气体去除方法，其特征在于，使包含酸性气体的气体与将包含下述通式1所表示的氮杂双环化合物和伯或仲胺化合物的酸性气体吸收剂溶解于溶剂而成的酸性气体吸收液接触，从所述包含酸性气体的气体中去除所述酸性气体，
上述通式1中，p及q为1以上的整数，m、n为0以上的整数，X与Y的组合为氮原子与碳原子、碳原子与碳原子或碳原子与氮原子中的任一个。
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