JP7116824B2 - 熱安定性アミン塩の酸成分除去装置および熱安定性アミン塩の酸成分除去方法、ならびに二酸化炭素ガス回収装置 - Google Patents
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Description
アミンを含有してなる二酸化炭素ガス吸収液から二酸化炭素ガスを回収する二酸化炭素回収装置が備える、当該二酸化炭素ガス吸収液から熱安定性アミン塩の酸成分を除去する熱安定性アミン塩の酸成分除去装置であって、
陽極と、陰極と、
これらの陽極と陰極との間に、陽極側から陰極側に向けて、陰イオン交換膜、バイポーラ膜および陽イオン交換膜が、この順番で、それぞれ離間して配置されることによって形成された四室からなる電気透析構造と、
を具備してなること、を特徴とする。
アミンを含有してなる二酸化炭素ガス吸収液から二酸化炭素ガスを回収する二酸化炭素回収装置が備える、当該二酸化炭素ガス吸収液から熱安定性アミン塩の酸成分を除去する熱安定性アミン塩の酸成分除去装置であって、
陽極と、陰極と、
これらの陽極と陰極との間に、陽極側から陰極側に向けて、陽イオン交換膜、バイポーラ膜および陰イオン交換膜が、この順番で、それぞれ離間して配置されることによって形成された四室からなる電気透析構造と、
を具備してなること、を特徴とする。
上記の本発明の熱安定性アミン塩の酸成分除去装置を用いて、アミンを含有してなる二酸化炭素ガス吸収液から熱安定性アミン塩の酸成分を除去する方法であって、
(イ)前記二酸化炭素ガス吸収液中の熱安定性アミン塩の酸成分を、前記陰イオン交換膜を透過させることによって、前記二酸化炭素ガス吸収液から除去する工程、
(ロ)前記工程(イ)において除去された熱安定性アミン塩の酸成分を、酸捕集液中に捕集する工程、
(ハ)前記酸捕集液中のアミン成分を、前記陽イオン交換膜を透過させることによって、前記酸捕集液から除去する工程、
(ニ)前記工程(ハ)で除去されたアミン成分を、二酸化炭素ガス吸収液中に回収する工程、
を含んでなること、を特徴とする。
二酸化炭素ガスを含有する被処理ガスとアミンを含有してなる二酸化炭素ガス吸収液とを接触させて前記被処理ガス中の二酸化炭素ガスを二酸化炭素ガス吸収液に吸収させる吸収器と、
二酸化炭素ガス吸収後の二酸化炭素ガス吸収液から二酸化炭素ガスを除去して、前記二酸化炭素ガス吸収液を再生する再生器と、
上記の本発明の熱安定性アミン塩の酸成分除去装置とを有し、
前記再生器で再生した前記二酸化炭素ガス吸収液の少なくとも一部を、前記熱安定性アミン塩の酸成分除去装置によって処理した後に、前記吸収器で再利用するように構成されてなること、を特徴とする。
従来から、酸性ガスを含有する被処理ガスから酸性ガスを除去する装置が用いられている。そのような酸性ガスを除去する装置としては、酸性ガスを含有する被処理ガスとアミンを含有してなる酸性ガス吸収液とを接触させて前記被処理ガスから酸性ガスを除去する吸収器と、酸性ガスを吸収した前記酸性ガス吸収剤から酸性ガスを除去して、前記酸性ガス吸収液を再生する再生器と、前記再生器で再生した前記酸性ガス吸収液を前記吸収器で再利用されるように構成されてなるものが提案されている。
図1は、本発明の実施形態による熱安定性アミン塩の酸成分除去装置が適用可能な、好ましい二酸化炭素ガス回収装置の基本構成を示す概略図である。
図1に示されるように、二酸化炭素ガス回収装置は、吸収器1と、再生器(再生部)2とを有し、CO2を吸収する吸収液が、吸収器1と再生器2との間を循環している。このような二酸化炭素ガス回収装置では、吸収器1において、CO2を含有する排ガス(被処理ガス)101とCO2を吸収する吸収液との接触がなされ、前記吸収液が排ガス中のCO2を吸収した後、再生器(再生部)2へ送液される。この再生器2では、CO2を吸収した前記吸収液からCO2を脱離させ、吸収液を、効果的にCO2を吸収しうる状態に再生することが行われる。この再生された吸収液は、再生器2から吸収器1へ循環され、そこで再び前記被処理ガスとの接触が行われるようになっている。このことによって、被処理ガスからCO2が効率的に除去される。
R3N+HX → R3NHX ・・・(2)
CO2吸収部1aを通過したCO2除去排ガスは、吸収器1の内部を上昇して、ガス洗浄部3を通過する。このガス洗浄部3では、CO2除去排ガスを洗浄液121aで洗浄して、CO2除去排ガスに同伴されたアミンを回収している。本実施形態では、ガス洗浄部3は、吸収器1の内部であって、CO2吸収部1aよりもCO2除去排ガスのガス流れ方向の下流側であり、かつCO2吸収部1aの上部に設けられている。
本発明の実施形態による熱安定性アミン塩の酸成分除去装置は、アミンの損失を低減しながら吸収液中に生成される熱安定性アミン塩の酸成分を除去可能であり、かつコスト低減をさらに図ることができるものである。
ここで、本発明の実施形態による熱安定性アミン塩の酸成分除去装置は、例えば、図1ならびに上記で詳細に説明された二酸化炭素ガス回収装置のみに適用可能なもののみに限定されることはない。図1以外の二酸化炭素ガス回収装置ならびにそれらの回収装置等に適用されるアミン化合物含有溶液、その他の溶液中に存在する有機酸や無機酸等の酸成分の除去、ならびに、熱分解性塩ないし熱安定性アミン塩中のアミンを回収する際にも適用可能なものである。
本発明の実施形態による第一の熱安定性アミン塩の酸成分除去装置は、
アミンを含有してなる二酸化炭素ガス吸収液から二酸化炭素ガスを回収する二酸化炭素回収装置が備える、当該二酸化炭素吸収液から熱安定性アミン塩の酸成分を除去する熱安定性アミン塩の酸成分除去装置であって、
陽極と、陰極と、
これらの陽極と陰極との間に、陽極側から陰極側に向けて、陰イオン交換膜、バイポーラ膜および陽イオン交換膜が、この順番で、それぞれ離間して配置されることによって形成された四室からなる電気透析構造と、
を具備してなること、を特徴とするものである。
図2に示される熱安定性アミン塩の酸成分除去装置は、上記の所定の「電気透析構造」を一つ具備してなる熱安定性アミン塩の酸成分除去装置であって、
陽極13と、陰極14と、
これらの陽極13と陰極14との間に、陽極側13から陰極側14に向けて、陰イオン交換膜15A、バイポーラ膜17BPおよび陽イオン交換膜16Cが、この順番で、それぞれ離間して配置されることによって形成された四室からなる電気透析構造と、
を具備してなることを特徴とするもの、である。
前記陰イオン交換膜15Aの陽極側13に形成された第一の室が、前記二酸化炭素ガス吸収液から除去された前記熱安定性アミン塩の酸成分を捕集する酸捕集室11aであり、
前記陰イオン交換膜15Aと前記バイポーラ膜17BPとの間に形成された第二の室が、前記二酸化炭素ガス吸収液から前記熱安定性アミン塩の酸成分を除去する吸収液精製室10aであり、
前記バイポーラ膜17BPと前記陽イオン交換膜16Cとの間に形成された第三の室が、前記熱安定性アミン塩の酸成分を前記二酸化炭素ガス吸収液から捕集する酸捕集液からアミン成分を除去するアミン除去室11bであり、
前記陽イオン交換膜16Cの陰極側14に形成された第四の室が、前記酸捕集液から除去されたアミン成分を捕集するアミン捕集室10bである、熱安定性アミン塩の酸成分除去装置である。
2R2NH+CO2 → R2NH2 + + R2NCOO- ・・・(3)
一方でアミン除去室11bでは、濃縮液107は、酸成分除去装置4に濃縮液106として循環供給されるため、アミン除去室11bでは、濃縮液106に含まれるアミン成分のうち陽イオンとなっているアミン(R3NH+)(ここで、Rは、水素または、置換または非置換のアルキル基を示す。ヘテロ環を形成しても構わない。)は、陰極14側に引かれる。これにより、アミン除去室11b中のアミン(R3NH+)は、アミン除去室11bから陽イオン交換膜16Cを通過してアミン捕集室10bに移動し、リーン吸収液104にアミン(R3NH+)が蓄積することで、濃縮液107へ移動して損失となっていたアミンが回収され損失量を低減することができる。
濃縮液107は、熱安定性アミン塩の酸成分が所定の濃度にまで達したら、廃棄して新しい濃縮液を供給することができる。また、濃縮液の一部だけ連続的に抜き出し、新しい濃縮液を連続的に供給し、濃縮液中の安定性アミン塩の酸成分を所定の濃度を保つように運転することができる。
本発明の実施形態による第二の熱安定性アミン塩の酸成分除去装置は、
アミンを含有してなる二酸化炭素ガス吸収液から二酸化炭素ガスを回収する二酸化炭素回収装置が備える、当該二酸化炭素ガス吸収液から熱安定性アミン塩の酸成分を除去する熱安定性アミン塩の酸成分除去装置であって、
陽極と、陰極と、
これらの陽極と陰極との間に、陽極側から陰極側に向けて、陽イオン交換膜、バイポーラ膜および陰イオン交換膜が、この順番で、それぞれ離間して配置されることによって形成された四室からなる電気透析構造と、
を具備してなること、を特徴とするものである。
図3に示される熱安定性アミン塩の酸成分除去装置は、上記の所定の「電気透析構造」を一つ具備してなる熱安定性アミン塩の酸成分除去装置であって、
陽極13と、陰極14と、
これらの陽極13と陰極14との間に、陽極13側から陰極14側に向けて、陽イオン交換膜16C、バイポーラ膜17BPおよび陰イオン交換膜15Aが、この順番で、それぞれ離間して配置されることによって形成された四室からなる電気透析構造と、
を具備してなること、を特徴とするものである。
前記陽イオン交換膜16Cの陽極13側に形成された第一の室が、前記熱安定性アミン塩の酸成分を前記二酸化炭素ガス吸収液から捕集する酸捕集液からアミン成分を除去するアミン除去室11bであり、
前記陽イオン交換膜16Cと前記バイポーラ膜17BPとの間に形成された第二の室が、前記酸捕集液から除去されたアミン成分を捕集するアミン捕集室10bであり、
前記バイポーラ膜17BPと前記陰イオン交換膜15Aとの間に形成された第三の室が、前記二酸化炭素ガス吸収液から除去された前記熱安定性アミン塩の酸成分を捕集する酸捕集室11aであり、
前記陰イオン交換膜15Aの陰極14側に形成された第四の室が、前記二酸化炭素ガス吸収液から前記熱安定性アミン塩の酸成分を除去する吸収液精製室10aである、熱安定性アミン塩の酸成分除去装置である。
本発明の実施形態による第三の熱安定性アミン塩の酸成分除去装置は、<第一の熱安定性アミン塩の酸成分除去装置>において詳述した「電気透析構造」と、<第二の熱安定性アミン塩の酸成分除去装置>において詳述した「電気透析構造」との両者を具備してなるものである。
図4に示される第三の熱安定性アミン塩の酸成分除去装置は、陽極13側に、第一の熱安定性アミン塩の酸成分除去装置の「電気透析構造」、即ち、陰イオン交換膜(15A1)、バイポーラ膜(17BP-2)および陽イオン交換膜(16C1)が、この順番で、それぞれ離間して配置されることによって形成された四室(即ち、(11a-1)、(10a-1)、(11b-1)、(10b-1))からなる「電気透析構造」と、
陰極14側に、第二の熱安定性アミン塩の酸成分除去装置の「電気透析構造」、即ち、陰イオン交換膜(16C2)、バイポーラ膜(17BP-6)および陰イオン交換膜(15A4)が、この順番で、それぞれ離間して配置されることによって形成された四室(即ち、(11b-2)、(10b-2)、(11a-4)、(10a-4))からなる「電気透析構造」との両者を具備してなるものである。
本発明の実施形態による熱安定性アミン塩の酸成分の除去方法は、
上記の熱安定性アミン塩の酸成分除去装置を用いて、アミンを含有してなる二酸化炭素ガス吸収液から熱安定性アミン塩の酸成分を除去する方法であって、
(イ)前記二酸化炭素ガス吸収液中の熱安定性アミン塩の酸成分を、前記陰イオン交換膜を透過させることによって、前記二酸化炭素ガス吸収液から除去する工程、
(ロ)前記工程(イ)において除去された熱安定性アミン塩の酸成分を、酸捕集液中に捕集する工程、
(ハ)前酸捕集液中のアミン成分を、前記陽イオン交換膜を透過させることによって、前記酸捕集液から除去する工程、
(ニ)前記工程(ハ)で除去されたアミン成分を、二酸化炭素ガス吸収液中に回収する工程、
を含んでなること、を特徴とする。
以下、本発明の実施形態による二酸化炭素ガス回収装置の好ましい具体例について、図5および図6を参照して説明する。
二酸化炭素ガスを含有する被処理ガス101とアミンを含有してなる二酸化炭素ガス吸収液110aとを接触させて前記被処理ガス中の二酸化炭素ガスを二酸化炭素ガス吸収液に吸収させる吸収器1と、
二酸化炭素ガス吸収後の二酸化炭素ガス吸収液から二酸化炭素ガスを除去して、前記二酸化炭素ガス吸収液を再生する再生器2と、
前記の本発明の実施形態による熱安定性アミン塩の酸成分除去装置4とを有し、
前記再生器2で再生した前記二酸化炭素ガス吸収液の少なくとも一部110bを、前記熱安定性アミン塩の酸成分除去装置4によって処理した後に、前記吸収器1で再利用するように構成されてなること、を特徴とする。
ここで、熱安定性アミン塩の酸成分除去装置は、前記した第一~第三の熱安定性アミン塩の酸成分除去装置のいずれをも用いることができる。
図5に具体的に示される第一の二酸化炭素ガス回収装置は、
前記吸収器1から排出されるガスを洗浄するガス洗浄部3と、
このガス洗浄部3から取得された洗浄液121aの少なくとも一部121cを、前記熱安定性アミン塩の酸成分除去装置4に供給する流路L13と
をさらに具備するものである。
図6に具体的に示される第二の二酸化炭素ガス回収装置は、
さらに、前記再生器2から排出されるガスを冷却して凝縮液を得る凝縮部7を具備してなり、
この凝縮部7から取得された凝縮液の少なくとも一部120bを、前記熱安定性アミン塩の酸成分除去装置4に供給する流路L15を有するものである。
この第二の実施形態では、再生器2の気液分離器7で分離された凝縮水120aの一部凝縮水120bを熱安定性アミン塩の酸成分除去装置4の酸捕集室およびアミン除去室11に供給する。
吸収液としては、モノエタノールアミン30質量%の水溶液に、硫酸を5g/L、ギ酸を5g/Lとなるよう添加後、CO2吸収量が0.3mol/LとなるようCO2ガスを吹き込んで調製した模擬吸収液1Lを用いた。濃縮液としては、0.1mol/L硫酸水溶液400ml、電極液としては3%硫酸水溶液400mlを用いた。
膜の構成を、陽極室-BP-A-BP-A-BP-C-BP-C-BP-陰極室、とし、酸捕集室2室、吸収液精製室2室、アミン除去室2室、アミン捕集室2室を形成した以外は、実施例1と同様に酸成分の除去を行った。
濃縮液として、0.1mol/L硫酸水溶液にモノエタノールアミンを0.5質量%となるよう添加した以外は、実施例1と同様に酸成分の除去を行った。
Claims (8)
- アミンを含有してなる二酸化炭素ガス吸収液から二酸化炭素ガスを回収する二酸化炭素回収装置が備える、当該二酸化炭素ガス吸収液から熱安定性アミン塩の酸成分を除去する熱安定性アミン塩の酸成分除去装置であって、
陽極と、陰極と、
これらの陽極と陰極との間に、陽極側から陰極側に向けて、陰イオン交換膜、バイポーラ膜および陽イオン交換膜が、この順番で、それぞれ離間して配置されることによって形成された四室からなる電気透析構造と、
を具備してなることを特徴とする、熱安定性アミン塩の酸成分除去装置。 - 前記陰イオン交換膜の陽極側に形成された第一の室が、前記二酸化炭素ガス吸収液から除去された前記熱安定性アミン塩の酸成分を捕集する酸捕集室であり、
前記陰イオン交換膜と前記バイポーラ膜との間に形成された第二の室が、前記二酸化炭素ガス吸収液から前記熱安定性アミン塩の酸成分を除去する吸収液精製室であり、
前記バイポーラ膜と前記陽イオン交換膜との間に形成された第三の室が、前記熱安定性アミン塩の酸成分を前記二酸化炭素ガス吸収液から捕集する酸捕集液からアミン成分を除去するアミン除去室であり、
前記陽イオン交換膜の陰極側に形成された第四の室が、前記酸捕集液から除去されたアミン成分を捕集するアミン捕集室である、請求項1に記載の熱安定性アミン塩の酸成分除去装置。 - アミンを含有してなる二酸化炭素ガス吸収液から二酸化炭素ガスを回収する二酸化炭素回収装置が備える、当該二酸化炭素ガス吸収液から熱安定性アミン塩の酸成分を除去する熱安定性アミン塩の酸成分除去装置であって、
陽極と、陰極と、
これらの陽極と陰極との間に、陽極側から陰極側に向けて、陽イオン交換膜、バイポーラ膜および陰イオン交換膜が、この順番で、それぞれ離間して配置されることによって形成された四室からなる電気透析構造と、
を具備してなることを特徴とする、熱安定性アミン塩の酸成分除去装置。 - 前記陽イオン交換膜の陽極側に形成された第一の室が、熱安定性アミン塩の酸成分を前記二酸化炭素ガス吸収液から捕集する酸捕集液からアミン成分を除去するアミン除去室であり、
前記陽イオン交換膜と前記バイポーラ膜との間に形成された第二の室が、前記酸捕集液から除去されたアミン成分を捕集するアミン捕集室であり、
前記バイポーラ膜と前記陰イオン交換膜との間に形成された第三の室が、前記二酸化炭素ガス吸収液から除去された前記熱安定性アミン塩の酸成分を捕集する酸捕集室であり、
前記陰イオン交換膜の陰極側に形成された第四の室が、前記二酸化炭素ガス吸収液から前記熱安定性アミン塩の酸成分を除去する吸収液精製室である、請求項3に記載の熱安定性アミン塩の酸成分除去装置。 - 請求項1~4のいずれか1項に記載の熱安定性アミン塩の酸成分除去装置を用いて、アミンを含有してなる二酸化炭素ガス吸収液から熱安定性アミン塩の酸成分を除去する方法であって、
(イ)前記二酸化炭素ガス吸収液中の熱安定性アミン塩の酸成分を、前記陰イオン交換膜を透過させることによって、前記二酸化炭素ガス吸収液から除去する工程、
(ロ)前記工程(イ)において除去された熱安定性アミン塩の酸成分を、酸捕集液中に捕集する工程、
(ハ)前記酸捕集液中のアミン成分を、前記陽イオン交換膜を透過させることによって、前記酸捕集液から除去する工程、
(ニ)前記工程(ハ)で除去されたアミン成分を、二酸化炭素ガス吸収液中に回収する工程、
を含んでなることを特徴とする、熱安定性アミン塩の酸成分の除去方法。 - 二酸化炭素ガスを含有する被処理ガスとアミンを含有してなる二酸化炭素ガス吸収液とを接触させて前記被処理ガス中の二酸化炭素ガスを二酸化炭素ガス吸収液に吸収させる吸収器と、
二酸化炭素ガス吸収後の二酸化炭素ガス吸収液から二酸化炭素ガスを除去して、前記二酸化炭素ガス吸収液を再生する再生器と、
前記請求項1~4のいずれか1項に記載の熱安定性アミン塩の酸成分除去装置とを有し、
前記再生器で再生した前記二酸化炭素ガス吸収液の少なくとも一部を、前記熱安定性アミン塩の酸成分除去装置によって処理した後に、前記吸収器で再利用するように構成されてなることを特徴とする、二酸化炭素ガス回収装置。 - 前記吸収器から排出されるガスを洗浄するガス洗浄部と、
このガス洗浄部から取得された洗浄液の少なくとも一部を、前記熱安定性アミン塩の酸成分除去装置に供給する流路と
をさらに具備する、請求項6に記載の二酸化炭素ガス回収装置。 - 前記再生器から排出されるガスを冷却して凝縮液を得る凝縮部と、
前記凝縮部から取得された凝縮液の少なくとも一部を、前記熱安定性アミン塩の酸成分除去装置に供給する流路と
をさらに具備する、請求項6に記載の二酸化炭素ガス回収装置。
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