JPH08257354A - 燃焼排ガス中の二酸化炭素を除去する方法 - Google Patents

燃焼排ガス中の二酸化炭素を除去する方法

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JPH08257354A
JPH08257354A JP7064030A JP6403095A JPH08257354A JP H08257354 A JPH08257354 A JP H08257354A JP 7064030 A JP7064030 A JP 7064030A JP 6403095 A JP6403095 A JP 6403095A JP H08257354 A JPH08257354 A JP H08257354A
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富雄 三村
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淑進 嶋吉
Masaki Iijima
正樹 飯島
Shigeaki Mitsuoka
薫明 光岡
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼排ガス中に含まれるCO2 を除去する方
法に関する。 【構成】 下記一般式で示されるアミン化合物〔1〕
と、ピペラジン、2−メチルピペラジン、2,3−ジメ
チルピペラジン、2,5−ジメチルピペラジンの群から
選ばれるピペラジン系化合物〔2〕とを含有する水溶液
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CO2 を除去する方法。 【化1】R1 CHR2 NHCH2 CH2 OH 〔1〕
(式中、R1 は水素原子または炭素数1〜4の低級アル
キル基を表し、R2 は水素原子またはメチル基を表
す。) 【効果】 総合的にCO2 の吸収能力の向上が達成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は燃焼排ガス中に含まれる
CO2 (二酸化炭素)を除去する方法に関し、さらに詳
しくは、第2級アミンと第3級アミンの混合水溶液を用
いて、大気圧下の燃焼排ガス中のCO2 を効率よく除去
する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、地球の温暖化現象の原因の一つと
して、CO2 による温室効果が指摘され、地球環境を守
る上で国際的にもその対策が急務となってきた。CO2
の発生源としては、化石燃料を燃焼させるあらゆる人間
の活動分野に及び、その排出抑制への要求が一層強まる
傾向にある。これに伴い大量の化石燃料を使用する火力
発電所などの動力発生設備を対象に、ボイラの燃焼排ガ
スをアルカノールアミン水溶液等と接触させ、燃焼排ガ
ス中のCO2 を除去し、回収する方法、及び回収された
CO2 を大気へ放出することなく貯蔵する方法が精力的
に研究されている。
【0003】アルカノールアミンとしては、モノエタノ
ールアミン、トリエタノールアミン、N−メチルジエタ
ノールアミン(MDEA)、ジイソプロパノールアミ
ン、ジグリコールアミンなどを挙げることができるが、
通常モノエタノールアミン(MEA)が好んで用いられ
る。またこれ以外の第2級及び第3級ヒンダードアミン
水溶液の使用も検討されている。
【0004】しかし、MEAに代表される上記のような
アルカノールアミン水溶液を燃焼排ガス中のCO2 を吸
収・貯蔵する吸収剤として用いても、所定濃度のアミン
水溶液の所定量当たりのCO2 の吸収量、所定濃度のア
ミン水溶液の単位アミンモル当たりのCO2 吸収量、所
定濃度におけるCO2 の吸収速度、さらには吸収後のア
ルカノールアミン水溶液の再生に要する熱エネルギなど
に照らして、必ずしも満足のできるものではない。
【0005】ところで、各種混合ガスからアミン化合物
を用いて酸性ガスを分離する技術は数多く知られてい
る。特開昭53−100180号公報には、(1)環の
一部分であって且つ第二炭素原子もしくは第三炭素原子
のどちらかに結合された少なくとも一個の第二アミノ基
または第三炭素原子に結合された第一アミノ基を含有す
る立体障害アミンが少なくとも50モル%と第三アミノ
アルコールが少なくとも約10モル%とよりなるアミン
混合物、及び(2)酸性ガスに対する物理的吸収剤であ
る前記アミン混合物用の溶媒、からなるアミン−溶媒液
体吸収剤に通常ガス状の混合物を接触させることからな
る酸性ガスの除去方法が記載されている。立体障害アミ
ンとしては2−ピペリジンエタノール〔2−(2−ヒド
ロキシエチル)−ピペリジン〕及び3−アミノ−3−メ
チル−1−ブタノールなどが、また溶媒としては25重
量%までの水を含んでもよいスルホキシド化合物など
が、さらに処理ガスの例としては、同公報11頁左上欄
に「高濃度の二酸化炭素及び硫化水素、例えば35%の
CO2 及び10〜12%のH2 Sを有する通常ガス状の
混合物」が例示され、また実施例にはCO2 そのものが
使用されている。
【0006】特開昭61−71819号公報には、立体
障害アミン及びスルホランなどの非水溶媒を含む酸性ガ
ススクラッピング用組成物が記載されている。また本公
報にはCO2 の吸収に対し、立体障害アミンの有利性を
反応式を用いて説明している。
【0007】ケミカルエンジニアリングサイエンス(C
hemical Engineering Scien
ce),41巻,4号,997〜1003頁には、ヒン
ダードアミンである2−アミノ−2−メチル−1−プロ
パノール(AMP)水溶液の炭酸ガス吸収挙動が開示さ
れている。吸収させるガスとしては大気圧のCO2 及び
CO2 とN2 の混合物が用いられている。
【0008】ケミカルエンジニアリングサイエンス(C
hemical Engineering scien
ce),41巻,2号,405〜408頁には、常温付
近において、AMPのようなヒンダードアミンとMEA
のような直鎖アミンの各水溶液のCO2 やH2 Sに対す
る吸収速度が報告されている。
【0009】米国特許3,622,267号明細書には
メチルジエタノールアミン及びモノエチルモノエタノー
ルアミンを含有する水性混合物を用い、原油などの部分
酸化ガスなどの合成ガスに含まれる高分圧のCO2 、例
えば40気圧の30%CO2含有合成ガスを精製する技
術が開示されている。
【0010】ドイツ公開特許1,542,415号公報
にはCO2 、H2 S、COSの吸収速度の向上のためモ
ノアルキルアルカノールアミンなどを物理又は化学吸収
剤に添加する技術が開示されている。同様にドイツ公開
特許1,904,428号には、モノメチルエタノール
アミンがメチルジエタノールアミンの吸収速度を向上さ
せる目的で添加される技術が開示されている。
【0011】米国特許4,336,233号明細書に
は、天然ガス、合成ガス、ガス化石炭ガスの精製にピペ
ラジンの0.81〜1.3モル/リットル水溶液が洗浄
液として、またピペラジンがメチルジエタノールアミ
ン、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノ
メチルエタノールアミンなどの溶媒と共に水溶液で洗浄
液として使用される技術が開示されている。
【0012】同様に特開昭52−63171号公報に
は、第3級アルカノールアミン、モノアルキルアルカノ
ールアミンなどにピペラジンまたはヒドロキシエチルピ
ペラジンなどのピペラジン誘導体を促進剤として加えた
CO2 吸収剤が示唆されているが、実際にはモノアルキ
ルアルカノールアミンとしてはモノメチルアミノエタノ
ールアミンとピペラジンの組合せについては試験されて
おらず、さらにまた合成ガスを対象としたものであり、
大気圧下における燃焼排ガス中のCO2 の除去について
は、何ら記載されていない。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】前述のように燃焼排ガ
スからCO2 を効率よく、除去する方法が望まれてい
る。特に、一定濃度のCO2 吸収剤(アミン系化合物)
を含む水溶液で燃焼排ガスを処理する場合、吸収剤単位
モル当たりのCO2 吸収量、水溶液の単位体積当たりの
CO2 の吸収量、及び吸収速度の大きい吸収剤を選択す
ることが当面の大きな課題である。さらにはCO2 の吸
収後にCO2 を分離し、吸収液を再生させる際に必要な
熱エネルギの少ない吸収剤が望まれる。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明者らは前記課題に
鑑み、燃焼排ガス中のCO2 を除去する際に用いられる
吸収液について鋭意検討した結果、特定のアミン化合物
とピペラジン系化合物とを共に含有する水溶液を用いる
ことが特に有効であるとの知見を得て、本発明を完成さ
せることができた。すなわち本発明によれば、下記一般
式で示されるアミン化合物〔1〕と、ピペラジン、2−
メチルピペラジン、2,3−ジメチルピペラジン、2,
5−ジメチルピペラジンの群から選ばれるピペラジン系
化合物〔2〕とを含有する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CO
2 を除去する方法が提供される。
【化2】 R1 CHR2 NHCH2 CH2 OH 〔1〕 (式中、R1 は水素原子または炭素数1〜4の低級アル
キル基を表し、R2 は水素原子またはメチル基を表
す。) また本発明によれば、前記ピペラジン系化合物〔2〕が
2−メチルピペラジンであり、アミン化合物〔1〕が2
−(n−ブチルアミノ)エタノールである上記燃焼排ガ
ス中のCO2 を除去する方法が提供される。さらに本発
明によれば、前記水溶液中におけるアミン化合物〔1〕
の濃度が15〜65重量%の範囲であり、ピペラジン系
化合物〔2〕の濃度が1.5〜65重量%で且つ30℃
におけるアミン化合物〔1〕の水溶液に可溶な範囲内で
あり、かつ〔1〕と〔2〕の合計濃度が70重量%以下
であることを特徴とする上記燃焼排ガス中のCO2 を除
去する方法が提供される。
【0015】
【作用】本発明は、特性のアミン化合物〔1〕とピペラ
ジン化合物〔2〕とを含有する水溶液により燃焼排ガス
中のCO2 を除去する方法であり、両化合物を含有した
水溶液を吸収液として使用することにより、各単独化合
物の使用では得られない優れた吸収性能が発揮される。
本発明で用いられる前記一般式で示されるアミン化合物
〔1〕において、R1が表す炭素数1〜4の低級アルキ
ル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソ
プロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブ
チル基、tert−ブチル基を例示することができ、好
ましくはメチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブ
チル基であり、特に好ましくはn−プロピル基である。
またR2は水素またはメチル基であり、好ましくは水素
である。
【0016】従って、前記一般式で示されるアミン化合
物〔1〕としては、2−(メチルアミノエタノール、2
−(エチルアミノ)エタノール〔EAE〕、2−(n−
プロピルアミノ)エタノール、2−(n−ブチルアミ
ノ)エタノール〔n−BAE〕、2−(n−ペンチルア
ミノ)エタノール、2−(イソプロピルアミノ)エタノ
ール、2−(sec−ブチルアミノ)エタノール、2−
(イソブチルアミノ)エタノールなどを例ですることが
でき、特に好ましくは2−(n−ブチルアミノ)エタノ
ール〔n−BAE〕である。なお、これらアミン化合物
〔1〕は、2種以上を混合して用いてもよい。
【0017】本発明の燃焼排ガスとの接触に用いる前記
アミン化合物〔1〕とピペラジン化合物〔2〕の水溶液
(以下、吸収液とも称す)の濃度は、通常アミン化合物
〔1〕の濃度が15〜65重量%の範囲、好ましくは3
0〜50重量%の範囲である。
【0018】一方、ピペラジン系化合物〔2〕の濃度と
しては、通常1.5〜65重量%の範囲である。ピペラ
ジン系化合物〔2〕の吸収液中の濃度は支障のない限り
高い方が好ましいが、ピペラジン系化合物の種類によっ
ては溶解度が小さく、高濃度にできない化合物、例えば
ピペラジンがある。従って、吸収工程全体における吸収
液のとりうる下限温度を考慮して、前記濃度範囲内で、
かつ30℃におけるアミン化合物〔1〕の水溶液に可溶
な範囲内で使用する。この観点から比較的水に対する溶
解性の小さい前記ピペラジンの場合は、1.5〜15重
量%の範囲が好ましく、その他のピペラジン系化合物で
は10〜40重量%、特に20〜35重量%の範囲で用
いることが好ましい。ただし、アミン化合物〔1〕とピ
ペラジン系化合物〔2〕の両者の合計濃度が高くなると
粘度が上昇するなどの制限から、両者の合計濃度が70
重量%以下で使用することが好ましい。
【0019】本発明において、燃焼排ガスとの接触時の
吸収液の温度は、通常30〜70℃の範囲である。また
本発明で用いる吸収液には、必要に応じて腐食防止剤、
劣化防止剤などが加えられる。
【0020】さらに、本発明における大気圧下とは、燃
焼排ガスを供給するためブロワなどを作用させる程度の
大気圧近傍の圧力範囲は含まれるものである。
【0021】本発明の燃焼排ガス中のCO2 を除去する
方法で採用できるプロセスは、特に限定されないが、そ
の一例について図1によって説明する。図1では主要設
備のみ示し、付属設備は省略した。図1において、1は
脱CO2 塔、2は下部充填部、3は上部充填部またはト
レイ、4は脱CO2 塔燃焼排ガス供給口、5は脱CO2
燃焼排ガス排出口、6は吸収液供給口、7はノズル、8
は必要に応じて設けられる燃焼排ガス冷却器、9はノズ
ル、10は充填部、11は加湿冷却水循環ポンプ、12
は補給水供給ライン、13はCO2 を吸収した吸収液排
出ポンプ、14は熱交換器、15は吸収液再生(以下、
「再生」とも略称)塔、16はノズル、17は下部充填
部、18は再生加熱器(リボイラ)、19は上部充填
部、20は還流水ポンプ、21はCO2分離器、22は
回収CO2 排出ライン、23は再生塔還流冷却器、24
はノズル、25は再生塔還流水供給ライン、26は燃焼
排ガス供給ブロワ、27は冷却器、28は再生塔還流水
供給口である。
【0022】図1において、燃焼排ガスは燃焼排ガス供
給ブロワ26により燃焼排ガス冷却器8に押込められ、
ノズル9からの加湿冷却水と充填部10で接触し、加湿
冷却され、脱CO2 塔燃焼排ガス供給口4を通って脱C
2 塔1へ導かれる。燃焼排ガスと接触した加湿冷却水
は燃焼排ガス冷却器8の下部に溜り、ポンプ11により
ノズル9へ循環使用される。加湿冷却水は燃焼排ガスを
加湿冷却することにより徐々に失われるので、補給水供
給ライン12により補充される。燃焼排ガスを加湿冷却
の状態より、さらに冷却する場合は、加湿冷却循環ポン
プ11とノズル9との間に熱交換器を置き、加湿冷却水
を冷却して燃焼排ガス冷却器8に供給することにより可
能となる。
【0023】脱CO2 塔1に押し込められた燃焼排ガス
はノズル7から供給される一定濃度の吸収液と下部充填
部2で向流接触させられ、燃焼排ガス中のCO2 は吸収
液により吸収除去され、脱CO2 燃焼排ガスは上部充填
部3へと向う。脱CO2 塔1に供給される吸収液はCO
2 を吸収し、その吸収による反応熱のため、通常吸収液
供給口6における温度よりも高温となり、CO2 を吸収
した吸収液排出ポンプ13により熱交換器14に送られ
て加熱され、吸収液再生塔5へ導かれる。再生された吸
収液の温度調節は熱交換器14あるいは必要に応じて熱
交換器14と吸収液供給口6の間に設けられる冷却器2
7により行うことができる。
【0024】再生塔15では、再生加熱器18による加
熱により下部充填部17で吸収液が再生され、熱交換器
14及び必要に応じて冷却器27により冷却されて脱C
2塔1へ戻される。吸収液再生塔15の上部におい
て、吸収液から分離されたCO 2 はノズル24より供給
される還流水と接触し、再生塔還流冷却器23により冷
却され、CO2 分離器21にてCO2 に同伴した水蒸気
が凝縮した還流水と分離され、回収CO2 排出ライン2
2よりCO2 回収工程へ導かれる。還流水の一部は還流
水ポンプ20で、再生塔15へ還流され、一部は再生塔
還流水供給ライン25を経て脱CO2 塔1の再生塔還流
水供給口28に供給される。この再生塔還流水には微量
の吸収液が含まれているので、脱CO2 塔1の上部充填
部3で排ガスと接触し、排ガス中に含まれる微量のCO
2 の除去に貢献する。
【0025】
【実施例】
(実施例1〜3、比較例1〜4)本発明による燃焼排ガ
ス中のCO2 を除去する方法の効果を確認するため、図
2に概略を示す小型試験装置を用いた。図2において、
試験ガス201は高さ1500mm、内径50mm、充
填高さ1000mmのステンレス製吸収塔202の下部
に0.98Nm3 /hの流速で導入される。試験ガスの
組成はCO2 10%、N2 87%、O2 3%に調整され
たものである。吸収塔202の上部にはノズル203が
あり、再生され循環された吸収液が噴霧される。吸収塔
中央部に設けられた充填部204には、長さ6mmのデ
ィクソンパッキングが充填され、その周りには温水ジャ
ケット205が設けられ、吸収温度を60℃に保つため
の温水循環ポンプ206、温水タンク207を備えてい
る。また吸収塔202の上部には吸収塔コンデンサ20
8が設置され、吸収処理ガスはここで冷却された後、吸
収処理ガス分析器209で分析されて排出される。吸収
塔下部には吸収液抜出しポンプ210が設けられ、吸収
液は予熱ヒータ211で予熱され温度110℃に制御さ
れた後、再生塔212の上部に導かれる。再生塔212
はステンレス製で高さ1500mm、内径25mm、中
央部の充填高さ160mmであり、吸収塔と同じ充填物
が充填されている。また充填部には吸収塔と同様に温度
を一定に保つための温水ジャケット213を備えてい
る。再生塔212の充填部の上部から流下したCO2
ッチ吸収液は下部のリボイラヒータ(電熱)214で加
熱(リボイラの温度は110℃に制御)されて発生した
スチームによりストリッピングされ、リーン吸収液とな
り、再生吸収液冷却器215、再生吸収液抜出しポンプ
216、再生吸収液タンク217、再生吸収液循環ポン
プ218、再生吸収液予熱器219を経由して吸収塔上
部に2.8リットル/hの流速で循環使用される。な
お、リーン吸収液の一部は再生吸収液循環ポンプ220
で再生塔入口に還流される。再生塔上部には再生塔コン
デンサ221が設けられ、吸収液から遊離したCO2
コンデンサ221で水蒸気を凝縮分離された後、図示し
ない赤外線式CO2 ガス計(堀場製作所製VIA51
0)により分析され、再生塔ガス洗浄器222を経由し
て排出される。
【0026】上記の小型試験装置及び吸収・再生条件で
表1に記載の化合物を含有する吸収液を用い、吸収・再
生試験を行い、表1に記載の吸収塔の入口ガス(試験ガ
ス)と出口ガス(吸収処理ガス)中のCO2 濃度、リボ
イラの入熱量(kW単位で示す)、リッチ吸収液及びリ
ーン吸収液中のCO2 濃度(島津製作所製「全有機炭素
計」TOC−5000による)、再生熱量を求めた。結
果を表1に示す。また、リボイラ入熱量を変えて試験
し、系内が安定したときのリボイラ入熱両と単位時間当
たりのCO2 の回収量を求めた。結果を併せて表2に示
す。なお、表1の再生熱量が装置の放熱を含むのに対
し、表2では装置の放熱を除いた値である。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】表1及び表2からわかるように、本発明に
よるアミン化合物〔1〕とピペラジン系化合物〔2〕の
混合吸収液を用いることにより、従来のMEA水溶液を
用いる場合あるいはアミン化合物〔1〕やピペラジン化
合物〔2〕の単独使用の場合に比べ、吸収能力,再生エ
ネルギの点で大幅に改善され極めて有利であることがわ
かる。
【0030】
【発明の効果】以上詳細に述べたごとく、本発明の方法
により大気圧下の燃焼排ガスを処理することにより、従
来使用されていたアミン吸収液を用いる場合よりも、総
合的にCO2 の吸収能力の向上が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で採用できる燃焼排ガス中のCO2 を除
去する工程の一例の説明図。
【図2】本発明の実施例で使用した小型試験装置の概略
説明図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯島 正樹 東京都千代田区丸の内二丁目5番1号 三 菱重工業 株式会社本社内 (72)発明者 光岡 薫明 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式で示されるアミン化合物
    〔1〕と、ピペラジン、2−メチルピペラジン、2,3
    −ジメチルピペラジン、2,5−ジメチルピペラジンの
    群から選ばれるピペラジン系化合物〔2〕とを含有する
    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CO2 を除去する方法。 【化1】 R1 CHR2 NHCH2 CH2 OH 〔1〕 (式中、R1 は水素原子または炭素数1〜4の低級アル
    キル基を表し、R2 は水素原子またはメチル基を表
    す。)
  2. 【請求項2】 前記ピペラジン系化合物〔2〕が2−メ
    チルピペラジンであり、アミン化合物〔1〕が2−(n
    −ブチルアミノ)エタノールである請求項1記載の燃焼
    排ガス中のCO2 を除去する方法。
  3. 【請求項3】 前記水溶液中におけるアミン化合物
    〔1〕の濃度が15〜65重量%の範囲であり、ピペラ
    ジン系化合物〔2〕の濃度が1.5〜65重量%で且つ
    30℃におけるアミン化合物〔1〕の水溶液に可溶な範
    囲内であり、かつ〔1〕と〔2〕の合計濃度が70重量
    %以下であることを特徴とする請求項1または請求項2
    のいずれかに記載の燃焼排ガス中のCO2 を除去する方
    法。
JP06403095A 1994-10-06 1995-03-23 燃焼排ガス中の二酸化炭素を除去する方法 Expired - Lifetime JP3233809B2 (ja)

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