知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ 株式会社東芝の特許一覧 ▶ 東芝エネルギーシステムズ株式会社の特許一覧
特開2024-130186酸性ガス吸収剤、酸性ガスの除去方法及び酸性ガス除去装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024130186
(43)【公開日】2024-09-30
(54)【発明の名称】酸性ガス吸収剤、酸性ガスの除去方法及び酸性ガス除去装置
(51)【国際特許分類】
B01D 53/14 20060101AFI20240920BHJP
B01D 53/62 20060101ALI20240920BHJP
B01D 53/78 20060101ALI20240920BHJP
【ＦＩ】
B01D53/14 210
B01D53/14 220
B01D53/62 ZAB
B01D53/78
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023039766
(22)【出願日】2023-03-14
(71)【出願人】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(71)【出願人】
【識別番号】317015294
【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(74)【代理人】
【識別番号】100107582
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 毅
(74)【代理人】
【識別番号】100118876
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 順生
(74)【代理人】
【識別番号】100187159
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 英明
(72)【発明者】
【氏名】斉藤 ひとみ
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 昭子
(72)【発明者】
【氏名】中野 義彦
(72)【発明者】
【氏名】吉村 玲子
(72)【発明者】
【氏名】近藤 亜里
(72)【発明者】
【氏名】村井 伸次
(72)【発明者】
【氏名】高田 典子
【テーマコード（参考）】
4D002
4D020
【Ｆターム（参考）】
4D002AA03
4D002AA09
4D002AB01
4D002AC01
4D002AC10
4D002BA02
4D002CA01
4D002CA06
4D002CA07
4D002DA31
4D002DA32
4D002EA08
4D002FA01
4D002GA01
4D002GB03
4D002GB08
4D002HA08
4D020AA03
4D020AA04
4D020BA16
4D020BA19
4D020BB04
4D020BC01
4D020CB01
4D020CB08
4D020CB25
4D020CC09
4D020CC10
4D020DA03
4D020DB02
4D020DB07
(57)【要約】 （修正有）
【課題】酸性ガスの吸収量が多く、酸化耐性が強いアミン化合物の提供とそれを含む吸収剤、及び酸性ガスの除去方法及び酸性ガス除去装置を提供する。
【解決手段】式（ａ１）、または式（ａ１）の片方の側鎖のみを有するアミン化合物を含む酸性ガス吸収剤、これらの吸収剤を用いる酸性ガスの除去方法及び装置。
［式中、Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ独立に、水素、またはアルキル基であり、ひとつの－ＣＲ２ ３に含まれるＲ２のうち、少なくとも２つは水素ではなく、ｐはそれぞれ独立に０または１であり、ｍは、１～３の数であり、ｎはそれぞれ独立に、１～４の数である］
【選択図】図１
【解決手段】式（ａ１）、または式（ａ１）の片方の側鎖のみを有するアミン化合物を含む酸性ガス吸収剤、これらの吸収剤を用いる酸性ガスの除去方法及び装置。
［式中、Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ独立に、水素、またはアルキル基であり、ひとつの－ＣＲ２ ３に含まれるＲ２のうち、少なくとも２つは水素ではなく、ｐはそれぞれ独立に０または１であり、ｍは、１～３の数であり、ｎはそれぞれ独立に、１～４の数である］
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
（Ａ）式（ａ１）または式（ａ２）：
［式中、
Ｒ１はそれぞれ独立に、水素、炭素数３以下の、非置換または置換アルキル基であり、
Ｒ２はそれぞれ独立に、水素または炭素数３以下の、非置換または置換アルキル基であり、ひとつの－ＣＲ２ ３に含まれるＲ２のうち、少なくとも２つは水素ではない）で表される置換基であり、
Ｒ３は、炭素数４以下の、非置換または置換アルキル基であり、
ｐはそれぞれ独立に０または１であり、
ｍは、１～３の数であり、
ｎはそれぞれ独立に、１～４の数である］
で表される第一のアミン化合物、
（Ｂ）式（ｂ）：で
［式中、Ｒ４はそれぞれ独立に、水素または非置換または置換アルキル基であり、３つのＲ４のうち少なくとも一つが水素ではなく、また２つのＲ４が相互に連結した環状構造をとってもよい。］
表される第二のアミン化合物、および、
（Ｃ）溶媒
を含み、（Ａ）成分の含有率に対する（Ｂ）成分の含有率の比Ｂ／Ａが２．５～１５である、酸性ガス吸収剤。
【化1】
Ｒ１はそれぞれ独立に、水素、炭素数３以下の、非置換または置換アルキル基であり、
Ｒ２はそれぞれ独立に、水素または炭素数３以下の、非置換または置換アルキル基であり、ひとつの－ＣＲ２ ３に含まれるＲ２のうち、少なくとも２つは水素ではない）で表される置換基であり、
Ｒ３は、炭素数４以下の、非置換または置換アルキル基であり、
ｐはそれぞれ独立に０または１であり、
ｍは、１～３の数であり、
ｎはそれぞれ独立に、１～４の数である］
で表される第一のアミン化合物、
（Ｂ）式（ｂ）：で
【化2】
表される第二のアミン化合物、および、
（Ｃ）溶媒
を含み、（Ａ）成分の含有率に対する（Ｂ）成分の含有率の比Ｂ／Ａが２．５～１５である、酸性ガス吸収剤。
【請求項2】
前記比Ｂ／Ａが３～１２である、請求項１に記載の酸性ガス吸収剤。
【請求項3】
前記ｎが、２または３である、請求項１または２に記載の酸性ガス吸収剤。
【請求項4】
前記ｍが２である、請求項１または２に記載の酸性ガス吸収剤。
【請求項5】
前記ｐがすべて１である、請求項１または２に記載の酸性ガス吸収剤。
【請求項6】
前記酸性ガス吸収剤の全量を基準として、（Ａ）成分の含有率が３～２０質量％である、請求項１または２に記載の酸性ガス吸収剤。
【請求項7】
（Ｄ）酸化防止剤、ｐＨ調整剤、消泡剤、及び防食剤からなる群から選択される添加剤をさらに含む、請求項１または２に記載の酸性ガス吸収剤。
【請求項8】
酸性ガスを含有するガスと、請求項１または２に記載の酸性ガス吸収剤とを接触させて、前記の酸性ガスを含むガスから酸性ガスを除去することからなる、酸性ガスの除去方法。
【請求項9】
酸性ガスを含有するガスと請求項１または２に記載の酸性ガス吸収剤との接触によって、この酸性ガス吸収剤に酸性ガスを吸収させることにより酸性ガスを含有するガスから酸性ガスを除去する吸収器と、
この酸性ガスを吸収した酸性ガス吸収剤から酸性ガスを脱離させて、この酸性ガス吸収剤を再生する再生器と
を有し、
前記再生器で再生した前記酸性ガス吸収剤を前記吸収器にて再利用する、酸性ガス除去装置。
この酸性ガスを吸収した酸性ガス吸収剤から酸性ガスを脱離させて、この酸性ガス吸収剤を再生する再生器と
を有し、
前記再生器で再生した前記酸性ガス吸収剤を前記吸収器にて再利用する、酸性ガス除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、酸性ガス吸収剤、酸性ガスの除去方法および酸性ガス除去装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、地球の温暖化現象の一因として二酸化炭素（ＣＯ２）濃度の上昇による温室効果 が指摘され、地球規模で環境を守る国際的な対策が急務となっている。ＣＯ２の発生は産業活動によるところが大きく、その環境への排出抑制の機運が高まっている。
【0003】
ＣＯ２をはじめとする酸性ガスの濃度の上昇を抑制するための技術として、省エネルギー製品の開発、酸性ガスの資源としての利用や隔離貯留させる技術、酸性ガスを排出しな い自然エネルギーや原子力エネルギーなどの代替エネルギーへの転換などがあり、その一 つとして、排出される酸性ガスの分離回収技術が知られている。
【0004】
現在までに研究されてきた酸性ガス分離技術としては、吸収法、吸着法、膜分離法、または深冷法などがある。中でも吸収法は、ガスを大量にかつ効率的に処理するのに適していて経済的であり、除去装置の大型化が容易なので工場や発電所への適用が検討されている。
【0005】
主に、化石燃料を使用する火力発電所などを対象にした方法として、化石燃料（石炭、石油、天然ガス等）を燃焼する際に発生する排ガスを、化学吸収剤と接触させて、燃焼排 ガス中のＣＯ２を除去して回収する方法、さらに回収されたＣＯ２を貯蔵する方法が知ら れている。また、化学吸収剤を用いてＣＯ２以外に硫化水素（Ｈ２Ｓ）等の酸性ガスを除去することが提案されている。
【0006】
一般に、吸収法において使用される化学吸収剤としてモノエタノールアミン（ＭＥＡ） に代表されるアルカノールアミン類が知られている。このようなアルカノールアミン類は１９３０年代ころから開発されており、現在も使用されている。吸収法に使用される一般的なアルカノールアミンとしては、２－アミノ－２－メチルプロパノールアミン、メチルアミノエタノール、エチルアミノエタノール、プロピルアミノエタノール、ジエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、またはジメチルアミノ－１－メチルエタノールなどがある。
【0007】
これらの従来用いられていたアルカノールアミンを単独で用いた場合、ＣＯ２吸収速度が十分でない場合がある。アミン化合物のＣＯ２吸収量が多い場合であっても、ＣＯ２吸収速度が遅いと、酸性ガス吸収剤と排ガスとの接触時間を長くする必要があり、処理の効率が悪くなる。このような観点から、ＣＯ２吸収速度を改善する検討がなされており、例えば反応促進効果のある化合物の併用などが検討されている。このような観点から、ＣＯ２などの酸性ガスの吸収速度がさらに高い、新しい吸収剤が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特表２００６－５１８６６２号公報
【非特許文献】
【0009】
【非特許文献1】Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｋ． Ｖｏｉｃｅ ｅｔ ａｌ．， Ｅｎｅｒｇｙ Ｐｒｏｃｅｄｉａ ３７（２０１３）２１１８－２１３２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本実施形態は、酸性ガスの吸収速度が改善された酸性ガス吸収剤、およびこれを用いた酸性ガスの除去方法ならびに酸性ガス除去装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明により提供される実施形態は以下のとおりである。
［１］
（Ａ）式（ａ１）または式（ａ２）：
［式中、
Ｒ１はそれぞれ独立に、水素、炭素数３以下の、非置換または置換アルキル基であり、
Ｒ２はそれぞれ独立に、水素または炭素数３以下の、非置換または置換アルキル基であり、ひとつの－ＣＲ２ ３に含まれるＲ２のうち、少なくとも２つは水素ではない）で表される置換基であり、
Ｒ３は、炭素数４以下の、非置換または置換アルキル基であり、
ｐはそれぞれ独立に０または１であり、
ｍは、１～３の数であり、
ｎはそれぞれ独立に、１～４の数である］
で表される第一のアミン化合物、
（Ｂ）式（ｂ）：で
［式中、Ｒ４はそれぞれ独立に、水素または非置換または置換アルキル基であり、３つのＲ４のうち少なくとも一つが水素ではなく、また２つのＲ４が相互に連結した環状構造をとってもよい。］
表される第二のアミン化合物、および、
（Ｃ）溶媒
を含み、（Ａ）成分の含有率に対する（Ｂ）成分の含有率の比Ｂ／Ａが２．５～１５
である、酸性ガス吸収剤。
［２］
前記比Ｂ／Ａが３～１２である、［１］に記載の酸性ガス吸収剤。
［３］
前記ｎが、２または３である、［１］または［２］に記載の酸性ガス吸収剤。
［４］
前記ｍが２である、［１］～［３］のいずれかに記載の酸性ガス吸収剤。
［５］
前記ｐがすべて１である、［１］～［４］のいずれかに記載の酸性ガス吸収剤。
［６］
前記酸性ガス吸収剤の全量を基準として、（Ａ）成分の含有率が３～２０質量％である、［１］～［５］のいずれかに記載の酸性ガス吸収剤。
［７］
酸化防止剤、ｐＨ調整剤、消泡剤、及び防食剤からなる群から選択される添加剤をさらに含む、［１］～［６］のいずれかに記載の酸性ガス吸収剤。
［８］
酸性ガスを含有するガスと、［１］～［７］のいずれかに記載の酸性ガス吸収剤とを接触させて、前記の酸性ガスを含むガスから酸性ガスを除去することからなる、酸性ガスの除去方法。
［９］
酸性ガスを含有するガスと［１］～［７］のいずれかに記載の酸性ガス吸収剤との接触によって、この酸性ガス吸収剤に酸性ガスを吸収させることにより酸性ガスを含有するガスから酸性ガスを除去する吸収器と、
この酸性ガスを吸収した酸性ガス吸収剤から酸性ガスを脱離させて、この酸性ガス吸収剤を再生する再生器と
を有し、
前記再生器で再生した前記酸性ガス吸収剤を前記吸収器にて再利用する、酸性ガス除去装置。
［１］
（Ａ）式（ａ１）または式（ａ２）：
【化1】
Ｒ１はそれぞれ独立に、水素、炭素数３以下の、非置換または置換アルキル基であり、
Ｒ２はそれぞれ独立に、水素または炭素数３以下の、非置換または置換アルキル基であり、ひとつの－ＣＲ２ ３に含まれるＲ２のうち、少なくとも２つは水素ではない）で表される置換基であり、
Ｒ３は、炭素数４以下の、非置換または置換アルキル基であり、
ｐはそれぞれ独立に０または１であり、
ｍは、１～３の数であり、
ｎはそれぞれ独立に、１～４の数である］
で表される第一のアミン化合物、
（Ｂ）式（ｂ）：で
【化2】
表される第二のアミン化合物、および、
（Ｃ）溶媒
を含み、（Ａ）成分の含有率に対する（Ｂ）成分の含有率の比Ｂ／Ａが２．５～１５
である、酸性ガス吸収剤。
［２］
前記比Ｂ／Ａが３～１２である、［１］に記載の酸性ガス吸収剤。
［３］
前記ｎが、２または３である、［１］または［２］に記載の酸性ガス吸収剤。
［４］
前記ｍが２である、［１］～［３］のいずれかに記載の酸性ガス吸収剤。
［５］
前記ｐがすべて１である、［１］～［４］のいずれかに記載の酸性ガス吸収剤。
［６］
前記酸性ガス吸収剤の全量を基準として、（Ａ）成分の含有率が３～２０質量％である、［１］～［５］のいずれかに記載の酸性ガス吸収剤。
［７］
酸化防止剤、ｐＨ調整剤、消泡剤、及び防食剤からなる群から選択される添加剤をさらに含む、［１］～［６］のいずれかに記載の酸性ガス吸収剤。
［８］
酸性ガスを含有するガスと、［１］～［７］のいずれかに記載の酸性ガス吸収剤とを接触させて、前記の酸性ガスを含むガスから酸性ガスを除去することからなる、酸性ガスの除去方法。
［９］
酸性ガスを含有するガスと［１］～［７］のいずれかに記載の酸性ガス吸収剤との接触によって、この酸性ガス吸収剤に酸性ガスを吸収させることにより酸性ガスを含有するガスから酸性ガスを除去する吸収器と、
この酸性ガスを吸収した酸性ガス吸収剤から酸性ガスを脱離させて、この酸性ガス吸収剤を再生する再生器と
を有し、
前記再生器で再生した前記酸性ガス吸収剤を前記吸収器にて再利用する、酸性ガス除去装置。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】実施形態の酸性ガス除去装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。以下の実施態様では、酸性ガスが二酸化炭素である場合を例に説明するが、本発明の実施形態に係る酸性ガス吸収剤は、硫化水素等、その他の酸性ガスに関しても同様の効果を得ることができる。実施態様による酸性ガス吸収剤は、二酸化炭素、硫化水素等の酸化性ガスの吸収に特に適している。
【0014】
実施形態による酸性ガス吸収剤は、特定のアミン化合物の組み合わせと溶媒とを含むものである。ここでアミン化合物の組み合わせは、以下に説明する（Ａ）第一のアミン化合物と（Ｂ）第二のアミン化合物との組み合わせである。
【0015】
＜（Ａ）第一のアミン化合物＞
実施形態による酸性ガス吸収剤は、特定の構造を有する第一のアミン化合物（以下、（Ａ）成分ということがある）を含む。（Ａ）成分は、特定の構造を有するジアミン化合物である。実施形態に用いることができる環状ジアミン化合物のひとつは、式（ａ１）で表されるものである。
［式中、
Ｒ１はそれぞれ独立に、水素、炭素数３以下の、非置換または置換アルキル基であり、
Ｒ２はそれぞれ独立に、水素または炭素数３以下の、非置換または置換アルキル基であり、ひとつの－ＣＲ２ ３に含まれるＲ２のうち、少なくとも２つは水素ではない）で表される置換基であり、
ｐはそれぞれ独立に０または１であり、
ｍは、１～３の数であり、
ｎはそれぞれ独立に、１～４の数である］
実施形態による酸性ガス吸収剤は、特定の構造を有する第一のアミン化合物（以下、（Ａ）成分ということがある）を含む。（Ａ）成分は、特定の構造を有するジアミン化合物である。実施形態に用いることができる環状ジアミン化合物のひとつは、式（ａ１）で表されるものである。
【化3】
Ｒ１はそれぞれ独立に、水素、炭素数３以下の、非置換または置換アルキル基であり、
Ｒ２はそれぞれ独立に、水素または炭素数３以下の、非置換または置換アルキル基であり、ひとつの－ＣＲ２ ３に含まれるＲ２のうち、少なくとも２つは水素ではない）で表される置換基であり、
ｐはそれぞれ独立に０または１であり、
ｍは、１～３の数であり、
ｎはそれぞれ独立に、１～４の数である］
【0016】
より具体的には、Ｒ１は、水素、メチル基、エチル基、プロピル基、またはイソプロピル基であり、Ｒ２は、水素、メチル基、エチル基である。また、ｎは１～４であり、２～３が好ましく、ｍは１～３であり、２が好ましい。
このような式（ａ１）で表されるアミン化合物の具体的な例として、以下のものが挙げられる。
このような式（ａ１）で表されるアミン化合物の具体的な例として、以下のものが挙げられる。
【0017】
【化4-1】
【0018】
【化4-2】
【0019】
実施形態による酸性ガス吸収剤に用いることができる、（Ａ）成分のもうひとつは、式（ａ２）で表されるものである。
【0020】
【化5】
Ｒ１はそれぞれ独立に、水素、炭素数３以下の、非置換または置換アルキル基であり、
Ｒ２はそれぞれ独立に、水素または炭素数３以下の、非置換または置換アルキル基であり、ひとつの－ＣＲ２ ３に含まれるＲ２のうち、少なくとも２つは水素ではない）で表される置換基であり、
Ｒ３は、炭素数４以下の、非置換または置換アルキル基であり、
ｐはそれぞれ独立に０または１であり、
ｍは、１～３の数であり、
ｎはそれぞれ独立に、１～４の数である］
【0021】
より具体的には、Ｒ１は、水素、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基、またはイソプロピル基であり、Ｒ２は、水素、メチル基、エチル基であり、Ｒ１は、水素、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、ｓｅｃ－ブチル基、またはｔｅｒｔ－ブチル基である。また、ｎは１～４であり、２～３が好ましく、ｍは１～３であり、２が好ましい。
【0022】
このような式（ａ２）で表されるアミン化合物の具体的な例として、以下のものが挙げられる。
【0023】
【化6-1】
【0024】
【化6-2】
【0025】
実施形態による酸性ガス吸収剤は、（Ａ）成分として、式（ａ１）または（ａ２）のいずれかを含むものである。こここで、式（ａ１）で表される化合物を２種類以上組み合わせてもよく、式（ａ２）で表される化合物を２種類以上組み合わせてもよく、さらには、式（ａ１）と式（ａ２）の化合物を組み合わせてもよい。なお、式（ａ１）または（ａ２）の化合物の製造方法は後述するが、それらの製造過程においては式中のｐが１のものと、ｐが０のものとが混在した混合物となることがある。そのような場合、それを分離せずに混合物のまま、実施形態による酸性ガス吸収剤に用いることもできる。
【0026】
＜（Ｂ）第二のアミン化合物＞
実施形態による酸性ガス吸収剤は、（Ａ）成分のほかに、下記の式（ｂ）で表される第二のアミン化合物（以下、（Ｂ）成分ということがある）を含む。
実施形態による酸性ガス吸収剤は、（Ａ）成分のほかに、下記の式（ｂ）で表される第二のアミン化合物（以下、（Ｂ）成分ということがある）を含む。
【0027】
【化7】
【0028】
Ｒ４の具体例としては、水素、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ｔｅｒｔ－ブチル基、ｓｅｃ－ブチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシペンチル基、ヒドロキシヘキシル基、ヒドロキシヘプチル基、またはヒドロキシオクチル基、アミノプロピル基、アミノペンチル基、アミノヘキシル基、アミノヘプチル基、またはアミノシオクチル基などが挙げられる。また、ふたつのＲ４が相互に連結して、ピペラジン環、ピロリジン環、モルホリン環、ピペリジン環などを形成することもできる。
【0029】
式（ｂ）で表されるアミン化合物の具体例としては、
１－（２－ヒドロキシエチル）ピペラジン（ＨＥＰＺ）、
１－（２－アミノエチル）ピペラジン（ＡＥＰＺ）、
１－（２－イソプロピルアミノエチル）ピペラジン（ＩＰＡＥＰＺ）、
１，４－ビス［３－アミノプロピル］ピペラジン、
Ｎ－イソプロピルジエタノールアミン、
Ｎ－イソプロピルジプロパノールアミン、
Ｎ－イソプロピルジブタノールアミン、
Ｎ－イソプロピルジペンタノールアミン、
Ｎ－イソプロピルジヘキサノールアミン、
３－［（２－ヒドロキシエチル）（プロパン－２－イル）アミノ］プロパン－１－オール、
４－［（２－ヒドロキシエチル）（プロパン－２－イル）アミノ］ブタン－１－オール、５－［（２－ヒドロキシエチル）（プロパン－２－イル）アミノ］ペンタン－１－オール、
６－［（２－ヒドロキシエチル）（プロパン－２－イル）アミノ］ヘキサン－１－オール、
Ｎ－ｓｅｃ－ブチルジエタノールアミン、
Ｎ－ｓｅｃ－ブチルジプロパノールアミン、
Ｎ－ｓｅｃ－ブチルジブタノールアミン、
Ｎ－ｓｅｃ－ブチルジペンタノールアミン、
Ｎ－ｓｅｃ－ブチルジヘキサノールアミン、
３－［（２－ヒドロキシエチル）（ブタン－２－イル）アミノ］プロパン－１－オール、４－［（２－ヒドロキシエチル）（ブタン－２－イル）アミノ］ブタン－１－オール、
５－［（２－ヒドロキシエチル）（ブタン－２－イル）アミノ］ペンタン－１－オール、６－［（２－ヒドロキシエチル）（ブタン－２－イル）アミノ］ヘキサン－１－オール、Ｎ－シクロペンチルジエタノールアミン、
Ｎ－シクロペンチルジプロパノールアミン、
Ｎ－シクロペンチルジブタノールアミン、
Ｎ－シクロペンチルジペンタノールアミン、
Ｎ－シクロペンチルジヘキサノールアミン、
３－［（２－ヒドロキシエチル）（シクロペンチル）アミノ］プロパン－１－オール、
４－［（２－ヒドロキシエチル）（シクロペンチル）アミノ］ブタン－１－オール、
５－［（２－ヒドロキシエチル）（シクロペンチル）アミノ］ペンタン－１－オール、
６－［（２－ヒドロキシエチル）（シクロペンチル）アミノ］ヘキサン－１－オール、
２－アゼチジンメタノール、
２－（２－アミノエチル）アゼチジン、
２－ピロリジンメタノール、
２－（２－アミノエチル）ピロリジン、
２－ピペリジンメタノール、
３－ピペリジンエタノール、
２－（２－アミノエチル）ピロリジン、
２－（ヒドロキシメチル）ピペラジン、
３－ヒドロキシピロリジン、
３－ピロリジンメタノール、
２－（２－ヒドロキシエチル）ピロリジン、
４－ピペリジンエタノール、
３－ヒドロキシピペリジン、
４－ヒドロキシピペリジン、
４－（ヒドロキシメチル）ピペリジン、および
３－アミノピペリジン
など挙げられる。なお、追加アミン化合物はこれらに限定されるわけではない。
１－（２－ヒドロキシエチル）ピペラジン（ＨＥＰＺ）、
１－（２－アミノエチル）ピペラジン（ＡＥＰＺ）、
１－（２－イソプロピルアミノエチル）ピペラジン（ＩＰＡＥＰＺ）、
１，４－ビス［３－アミノプロピル］ピペラジン、
Ｎ－イソプロピルジエタノールアミン、
Ｎ－イソプロピルジプロパノールアミン、
Ｎ－イソプロピルジブタノールアミン、
Ｎ－イソプロピルジペンタノールアミン、
Ｎ－イソプロピルジヘキサノールアミン、
３－［（２－ヒドロキシエチル）（プロパン－２－イル）アミノ］プロパン－１－オール、
４－［（２－ヒドロキシエチル）（プロパン－２－イル）アミノ］ブタン－１－オール、５－［（２－ヒドロキシエチル）（プロパン－２－イル）アミノ］ペンタン－１－オール、
６－［（２－ヒドロキシエチル）（プロパン－２－イル）アミノ］ヘキサン－１－オール、
Ｎ－ｓｅｃ－ブチルジエタノールアミン、
Ｎ－ｓｅｃ－ブチルジプロパノールアミン、
Ｎ－ｓｅｃ－ブチルジブタノールアミン、
Ｎ－ｓｅｃ－ブチルジペンタノールアミン、
Ｎ－ｓｅｃ－ブチルジヘキサノールアミン、
３－［（２－ヒドロキシエチル）（ブタン－２－イル）アミノ］プロパン－１－オール、４－［（２－ヒドロキシエチル）（ブタン－２－イル）アミノ］ブタン－１－オール、
５－［（２－ヒドロキシエチル）（ブタン－２－イル）アミノ］ペンタン－１－オール、６－［（２－ヒドロキシエチル）（ブタン－２－イル）アミノ］ヘキサン－１－オール、Ｎ－シクロペンチルジエタノールアミン、
Ｎ－シクロペンチルジプロパノールアミン、
Ｎ－シクロペンチルジブタノールアミン、
Ｎ－シクロペンチルジペンタノールアミン、
Ｎ－シクロペンチルジヘキサノールアミン、
３－［（２－ヒドロキシエチル）（シクロペンチル）アミノ］プロパン－１－オール、
４－［（２－ヒドロキシエチル）（シクロペンチル）アミノ］ブタン－１－オール、
５－［（２－ヒドロキシエチル）（シクロペンチル）アミノ］ペンタン－１－オール、
６－［（２－ヒドロキシエチル）（シクロペンチル）アミノ］ヘキサン－１－オール、
２－アゼチジンメタノール、
２－（２－アミノエチル）アゼチジン、
２－ピロリジンメタノール、
２－（２－アミノエチル）ピロリジン、
２－ピペリジンメタノール、
３－ピペリジンエタノール、
２－（２－アミノエチル）ピロリジン、
２－（ヒドロキシメチル）ピペラジン、
３－ヒドロキシピロリジン、
３－ピロリジンメタノール、
２－（２－ヒドロキシエチル）ピロリジン、
４－ピペリジンエタノール、
３－ヒドロキシピペリジン、
４－ヒドロキシピペリジン、
４－（ヒドロキシメチル）ピペリジン、および
３－アミノピペリジン
など挙げられる。なお、追加アミン化合物はこれらに限定されるわけではない。
【0030】
これらのうち、
１－（２－ヒドロキシエチル）ピペラジン、
１－（２－アミノエチル）ピペラジン、
１，４－ビス［３－アミノプロピル］ピペラジン、
Ｎ－イソプロピルジエタノールアミン、
Ｎ－イソプロピルジプロパノールアミン、
３－［（２－ヒドロキシエチル）（プロパン－２－イル）アミノ］プロパン－１－オール、
Ｎ－ｓｅｃ－ブチルジエタノールアミン、
Ｎ－ｓｅｃ－ブチルジプロパノールアミン、
Ｎ－ｓｅｃ－ブチルジブタノールアミン、
３－［（２－ヒドロキシエチル）（ブタン－２－イル）アミノ］プロパン－１－オール、Ｎ－シクロペンチルジエタノールアミン、
Ｎ－シクロペンチルジプロパノールアミン、および
３－［（２－ヒドロキシエチル）（シクロペンチル）アミノ］プロパン－１－オール、
が好ましい。
１－（２－ヒドロキシエチル）ピペラジン、
１－（２－アミノエチル）ピペラジン、
１，４－ビス［３－アミノプロピル］ピペラジン、
Ｎ－イソプロピルジエタノールアミン、
Ｎ－イソプロピルジプロパノールアミン、
３－［（２－ヒドロキシエチル）（プロパン－２－イル）アミノ］プロパン－１－オール、
Ｎ－ｓｅｃ－ブチルジエタノールアミン、
Ｎ－ｓｅｃ－ブチルジプロパノールアミン、
Ｎ－ｓｅｃ－ブチルジブタノールアミン、
３－［（２－ヒドロキシエチル）（ブタン－２－イル）アミノ］プロパン－１－オール、Ｎ－シクロペンチルジエタノールアミン、
Ｎ－シクロペンチルジプロパノールアミン、および
３－［（２－ヒドロキシエチル）（シクロペンチル）アミノ］プロパン－１－オール、
が好ましい。
【0031】
＜アミン化合物の配合比＞
実施形態による酸性ガス吸収剤は、上記した（Ａ）成分と（Ｂ）成分とを含むものであるが、その配合比にもひとつの特徴がある。具体的には、実施形態による酸性ガス吸収剤において（Ａ）成分の含有率に対する（Ｂ）成分の含有率の比Ｂ／Ａが２．５～１５であり、それによって優れた二酸化炭素など酸性ガスの吸収速度を実現している。比Ｂ／Ａが３～１２であると酸性ガスの吸収速度がさらに改善されるので好ましい。比Ｂ／Ａは５～１２であることがより好ましく、６～１２であることが特に好ましい。
実施形態による酸性ガス吸収剤は、上記した（Ａ）成分と（Ｂ）成分とを含むものであるが、その配合比にもひとつの特徴がある。具体的には、実施形態による酸性ガス吸収剤において（Ａ）成分の含有率に対する（Ｂ）成分の含有率の比Ｂ／Ａが２．５～１５であり、それによって優れた二酸化炭素など酸性ガスの吸収速度を実現している。比Ｂ／Ａが３～１２であると酸性ガスの吸収速度がさらに改善されるので好ましい。比Ｂ／Ａは５～１２であることがより好ましく、６～１２であることが特に好ましい。
【0032】
実施形態による酸性ガス吸収剤に含まれる（Ａ）成分の含有率は、酸性ガス吸収剤の総質量を基準として３～２０質量％であることが好ましく、３～１２質量％であることがより好ましい。また、（Ｂ）成分の含有率は、（Ａ）成分の含有率と、比Ｂ／Ａとから決まるが、実施形態による酸性ガス吸収剤に含まれる（Ｂ）成分の含有率は、一般的には２０～６０質量％であり、２５～５０質量％であることがより好ましい。
【0033】
また、酸性ガス吸収剤に含まれる（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計含有率は、１０～６０質量％であることが好ましく、２０～６０質量％であることがより好ましい。
【0034】
一般に、アミン化合物の合計含有率が高い方が単位容量当たりの二酸化炭素の吸収量、脱離量が多く、また二酸化炭素の吸収速度、脱離速度が速いため、エネルギー消費量や処理効率の面においては好ましい。その一方で、酸性ガス吸収剤の粘度の上昇を防ぎ、酸化耐久性を改善するためには、アミン化合物の合計含有率が一定以下であることが好ましい。
【0035】
＜（Ｃ）溶媒＞
実施形態による酸性ガス吸収剤は、（Ａ）成分および（Ｂ）成分に加えて、溶媒を含み、前記したアミン化合物が溶解または分散されている。溶媒としては、水、有機溶媒、またはそれらの混合溶媒、例えば水性溶媒を用いることができる。安全性やコストの観点から、溶媒として水または水性溶媒を用いることが好ましい。しかしながら、アミン化合物などの溶解性を改善するために、有機溶媒や、比較的有機溶媒の含有量が多い混合溶媒を用いることもできる。水性溶媒は、主として水を含んでなり、少量の有機溶媒を含むものである。ただし、有機溶媒の沸点が低いと、酸性ガス吸収装置内において揮発して、装置の損傷の原因となるおそれもある。このため、有機溶媒は、水の沸点、すなわち１００℃以上である。溶媒として水を用いる時、その含有率は、酸性ガス吸収剤の総質量を基準として、好ましくは４０～９０質量％、特に好ましくは５０～８０質量％、である。水の含有率がこの範囲内である場合、吸収剤の粘度の上昇を抑制し、また二酸化炭素を吸収する際における泡立ちを抑制する点で好ましい。また、水性溶媒は少量の有機溶媒を含むが、その含有率は酸性ガス吸収剤を基準として１質量％以下であることが好ましい。
実施形態による酸性ガス吸収剤は、（Ａ）成分および（Ｂ）成分に加えて、溶媒を含み、前記したアミン化合物が溶解または分散されている。溶媒としては、水、有機溶媒、またはそれらの混合溶媒、例えば水性溶媒を用いることができる。安全性やコストの観点から、溶媒として水または水性溶媒を用いることが好ましい。しかしながら、アミン化合物などの溶解性を改善するために、有機溶媒や、比較的有機溶媒の含有量が多い混合溶媒を用いることもできる。水性溶媒は、主として水を含んでなり、少量の有機溶媒を含むものである。ただし、有機溶媒の沸点が低いと、酸性ガス吸収装置内において揮発して、装置の損傷の原因となるおそれもある。このため、有機溶媒は、水の沸点、すなわち１００℃以上である。溶媒として水を用いる時、その含有率は、酸性ガス吸収剤の総質量を基準として、好ましくは４０～９０質量％、特に好ましくは５０～８０質量％、である。水の含有率がこの範囲内である場合、吸収剤の粘度の上昇を抑制し、また二酸化炭素を吸収する際における泡立ちを抑制する点で好ましい。また、水性溶媒は少量の有機溶媒を含むが、その含有率は酸性ガス吸収剤を基準として１質量％以下であることが好ましい。
【0036】
＜（Ｄ）添加剤＞
実施形態による酸性ガス吸収剤は、任意成分として、例えば、酸化防止剤、ｐＨ調整剤、消泡剤、防食剤等の添加剤をさらに含むことができる。
実施形態による酸性ガス吸収剤は、任意成分として、例えば、酸化防止剤、ｐＨ調整剤、消泡剤、防食剤等の添加剤をさらに含むことができる。
【0037】
酸化防止剤の好ましい具体例としては、例えばジブチルヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）、ブチルヒドロキシアニソール（ＢＨＡ）、エリソルビン酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、二酸化硫黄、２－メルカプトイミダゾール、２－メルカプトベンズイミダゾール等を挙げることができる。酸化防止剤を用いる場合、酸性ガス吸収剤の総質量を基準とした含有率は、好ましくは０．０１～１質量％、特に好ましくは０．１～０．５質量％、である。
【0038】
酸化防止剤は、酸性ガス吸収剤の劣化を防止し、その寿命を向上させることができる。消泡剤の好ましい具体例としては、例えばシリコーン系消泡剤、有機系消泡剤を挙げることができる。消泡剤を用いる場合、酸性ガス吸収剤の総質量を基準とした含有率は、好ましくは０．００００１～０．００１質量％、特に好ましくは０．０００５～０．００１質量％、である。消泡剤は、酸性ガス吸収剤の泡立ちを防止し、酸性ガスの吸収効率や離脱効率の低下を抑制し、酸性ガス吸収剤の流動性ないし循環効率の低下等を防止することができる。
【0039】
防食剤の好ましい具体例としては、例えばリン酸エステル類、トリルトリアゾール類、ベンゾトリアゾール類を挙げることができる。防食剤を用いる場合、酸性ガス吸収剤の総質量を基準とした含有率は、好ましくは０．００００３～０．０００８質量％、特に好ましくは０．００００５～０．００５質量％、である。このような防食剤は、プラント設備の腐蝕を防止し、その寿命を向上させることができる。
【0040】
なお、実施形態による酸性ガス吸収剤は、低沸点の材料、具体的には沸点が１００℃未満の化合物を含まないことが好ましい。酸性ガス吸収剤は、酸性ガスの除去、または酸性ガスの回収の過程において加熱されるため、低沸点の材料は蒸発して大気中に放出されたり、その濃度が低下して酸性ガスの除去効率が変化してしまうためである。具体的には、沸点が１００℃未満の材料の含有率は、酸性ガス吸収剤の総質量を基準として１質量％以下であることが好ましく、０．１質量％以下であることがより好ましい。
【0041】
以上のとおり、本実施形態の酸性ガス吸収剤によれば、二酸化炭素等の酸性ガスの吸収速度を改善することができる。またアミン化合物（ａ１）または（ａ２）は、比較的放散性が小さいため、それを含まない酸性ガス吸収剤に比較するとの放散性を小さくすることができる傾向がある。
【0042】
＜酸性ガスの除去方法＞
本発明の実施形態による酸性ガスの除去方法は、酸性ガスを含有するガスと、前記の第 一または第二の酸性ガス吸収剤とを接触させ、前記の酸性ガスを含むガスから酸性ガスを 除去するもの、である。
本発明の実施形態による酸性ガスの除去方法は、酸性ガスを含有するガスと、前記の第 一または第二の酸性ガス吸収剤とを接触させ、前記の酸性ガスを含むガスから酸性ガスを 除去するもの、である。
【0043】
本発明の実施形態による酸性ガスの除去方法は、上述の本発明の実施形態による酸性ガス吸収剤へ対して酸性ガスを吸収させる工程（吸収工程）、およびこの酸性ガスを吸収した上述の本発明の実施形態による酸性ガス吸収剤から酸性ガスを脱離させる工程を、基本的な構成とする。即ち、本発明の実施形態による酸性ガスの除去方法の基本的な構成は、酸性ガス吸収剤に、酸性ガスを含有するガス（例えば、排ガス等）を接触させて、酸性ガス吸収剤に、酸性ガスを吸収させる工程（酸性ガス吸収工程）と、上記の酸性ガス吸収工程で得られた、酸性ガスが吸収された酸性ガス吸収剤を加熱して、酸性ガスを脱離して、除去する工程（酸性ガス分離工程）とを含む。
【0044】
酸性ガスを含むガスを、上記の酸性ガス吸収剤を含む水溶液に接触させる方法は、特に限定されないが、例えば、酸性ガス吸収剤中に酸性ガスを含むガスをバブリングさせて、吸収剤に酸性ガスを吸収させる方法、酸性ガスを含むガス気流中に酸性ガス吸収剤を霧状に降らす方法（噴霧ないしスプレー方式）、あるいは磁製や金属網製の充填材の入った吸収器内で酸性ガスを含むガスと酸性ガス吸収剤とを向流接触させる方法などによって行うことができる。
【0045】
酸性ガスを含むガスを水溶液に吸収させる時の酸性ガス吸収剤の温度は、通常、室温から６０℃以下が好ましい。より好ましくは５０℃以下、特に好ましくは２０～４５℃、である。低温度で行うほど、酸性ガスの吸収量は増加するが、処理温度の下限値は、プロセス上のガス温度や熱回収目標等によって決定することができる。
【0046】
酸性ガス吸収時の圧力は、通常、ほぼ大気圧である。吸収性能を高めるためより高い圧力まで加圧することもできるが、圧縮のために要するエネルギー消費を抑えるため大気圧下で行うのが好ましい。
【0047】
酸性ガスを吸収した酸性ガス吸収剤から酸性ガスを分離し、純粋なあるいは高濃度の二酸化炭素を回収する方法としては、蒸留と同じく酸性ガス吸収剤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、磁製や金属網製の充填材の入った再生塔内で液界面を広げて加熱する方法などが挙げられる。これにより、カルバミン酸アニオンや重炭酸イオンから酸性ガスが遊離して放出される。
【0048】
酸性ガス分離時の酸性ガス吸収剤の温度は、通常７０℃以上であり、好ましくは８０℃以上、より好ましくは９０～１２０℃、である。温度が高いほど、酸性ガスの脱離量は増加するが、温度を上げると吸収剤の加熱に要するエネルギーが増すため、その温度はプロセス上のガス温度や熱回収目標等によって決定することができる。
【0049】
酸性ガス分離時の圧力は、通常、１～３気圧程度とすることができる。分離性能を高めるためより低い圧力まで減圧することもできるが、減圧のために要するエネルギー消費を抑えるためこの範囲で行うのが好ましい。酸性ガスを分離した後の酸性ガス吸収剤は、再び酸性ガス吸収工程に送られて循環使用（リサイクル）することが４５できる。また、酸性ガス吸収の際に生じた熱は、一般的には水溶液のリサイクル過程において再生器に注入される水溶液の予熱のために熱交換器で熱交換されて冷却される。
【0050】
このようにして回収された酸性ガスの純度は、通常、９５～９９体積％程度と極めて純度が高いものである。この純粋な酸性ガスあるいは高濃度の酸性ガスは、化学品、あるい は高分子物質の合成原料、食品冷凍用の冷剤等として用いることができる。その他、回収した酸性ガスを、現在技術開発されつつある地下等へ隔離貯蔵することも可能である。
【0051】
上述した工程のうち、酸性ガス吸収剤から酸性ガスを分離して酸性ガス吸収剤を再生する工程が最も多量のエネルギーを消費する部分であり、この工程で、全体工程の約５０～８０％程度のエネルギーが消費されることがある。従って、酸性ガス吸収剤の再生工程における消費エネルギーを低減することにより、酸性ガスの吸収分離工程のコストを低減でき、排気ガスからの酸性ガス除去を、経済的に有利に効率良く行うことができる。本実施形態によれば、上記の実施形態の酸性ガス吸収剤を用いることで、酸性ガス分離（再生工程）のために必要なエネルギーを低減することができる。このため、二酸化炭素の吸収分離工程を、経済的に有利な条件で効率良く行うことができる。
【0052】
また、実施形態に係るアミン化合物の組み合わせは、従来より酸性ガス吸収剤として用いられてきた２－アミノエタノール等のアルカノールアミン類を単独で使用した場合と比較して、炭素鋼などの金属材料に対し、腐食防止性が改善されている。したがって、このような酸性ガス吸収剤を用いた酸性ガス除去方法とすることで、例えばプラント建設において、高コストの高級耐食鋼を用いる必要がなくなり、コスト面で有利である。
【0053】
＜酸性ガス除去装置＞
本発明の実施形態による酸性ガス除去装置は、酸性ガスを含有するガスと、上記した酸性ガス吸収剤とを接触させ、この酸性ガス吸収剤に酸性ガスを吸収させることにより前記の酸性ガスを含有するガスから酸性ガスを除去する吸収器と、この酸性ガスを吸収した酸性ガス吸収剤から酸性ガスを脱離させて、この酸性ガス吸収剤を再生する再生器とを有し、前記の再生器で再生した前記の酸性ガス吸収剤を前記の吸収器にて再利用する酸性ガス除去装置である。図１は、実施形態の酸性ガス除去装置の概略図である。
本発明の実施形態による酸性ガス除去装置は、酸性ガスを含有するガスと、上記した酸性ガス吸収剤とを接触させ、この酸性ガス吸収剤に酸性ガスを吸収させることにより前記の酸性ガスを含有するガスから酸性ガスを除去する吸収器と、この酸性ガスを吸収した酸性ガス吸収剤から酸性ガスを脱離させて、この酸性ガス吸収剤を再生する再生器とを有し、前記の再生器で再生した前記の酸性ガス吸収剤を前記の吸収器にて再利用する酸性ガス除去装置である。図１は、実施形態の酸性ガス除去装置の概略図である。
【0054】
この酸性ガス除去装置１は、酸性ガスを含むガス（例えば、排気ガス）と酸性ガス吸収 剤とを接触させ、この酸性ガスを含むガスから酸性ガスを吸収させて除去する吸収器２と、酸性ガスを吸収した酸性ガス吸収剤から酸性ガスを分離し、酸性ガス吸収剤を再生する 再生器３と、を備えている。以下、酸性ガスが二酸化炭素である場合を例に説明する。
【0055】
図１は、実施形態の酸性ガス除去装置の概略図である。
この酸性ガス除去装置１は、酸性ガスを含有するガス（例えば、排気ガス）と酸性ガス吸収剤とを接触させ、この酸性ガスを含有するガスから酸性ガスを吸収させて除去する吸収器２と、酸性ガスを吸収した酸性ガス吸収剤から酸性ガスを分離し、酸性ガス吸収剤を再生する再生器３と、を備えている。以下、酸性ガスが二酸化炭素である場合を例に説明する。
この酸性ガス除去装置１は、酸性ガスを含有するガス（例えば、排気ガス）と酸性ガス吸収剤とを接触させ、この酸性ガスを含有するガスから酸性ガスを吸収させて除去する吸収器２と、酸性ガスを吸収した酸性ガス吸収剤から酸性ガスを分離し、酸性ガス吸収剤を再生する再生器３と、を備えている。以下、酸性ガスが二酸化炭素である場合を例に説明する。
【0056】
図１に示すように、火力発電所等から排出される燃焼排ガス等の、二酸化炭素を含む排気ガスが、ガス供給口４を通って吸収器２下部へ導かれる。この排気ガスは、吸収器２に押し込められ、吸収器２上部の酸性ガス吸収剤供給口５から供給された酸性ガス吸収剤と接触する。酸性ガス吸収剤としては、上述した実施形態に係る酸性ガス吸収剤を使用する。
【0057】
また、この酸性ガス吸収剤には、上記のアミン系化合物、および水などの溶媒の他に、二酸化炭素の吸収性能を向上させる含窒素化合物、酸化防止剤、ｐＨ調整剤等、その他化合物を任意の割合で含有していてもよい。
【0058】
このように、排気ガスが酸性ガス吸収剤と接触することで、この排気ガス中の二酸化炭素が酸性ガス吸収剤に吸収され除去される。二酸化炭素が除去された後の排気ガスは、ガス排出口６から吸収器２外部に排出される。
【0059】
二酸化炭素を吸収した酸性ガス吸収剤は、リッチ液ポンプ８により熱交換器７に送液され、さらに再生器３に送液される。再生器３内部に送液された酸性ガス吸収剤は、再生器３の上部から下部に移動し、この間に、酸性ガス吸収剤中の酸性ガスが脱離し、酸性ガス吸収剤が再生される。
【0060】
再生器３で再生した酸性ガス吸収剤は、リーン液ポンプ９によって熱交換器７、吸収剤冷却器１０に送液され、酸性ガス吸収剤供給口５から吸収器２に戻される。
【0061】
一方、酸性ガス吸収剤から分離された酸性ガスは、再生器３上部において、還流ドラム１１から供給された還流水と接触し、再生器３外部に排出される。
【0062】
二酸化炭素が溶解した還流水は、還流冷却器１２で冷却された後、還流ドラム１１において、二酸化炭素を伴う水蒸気が凝縮した液体成分と分離される。この液体成分は、回収酸性ガスライン１３により酸性ガス回収工程に導かれる。一方、酸性ガスが分離された還流水は再生器３に送液される。
【0063】
本実施形態の酸性ガス除去装置１によれば、酸性ガスの吸収特性および脱離特性に優れた酸性ガス吸収剤を用いることで、効率の高い酸性ガスの吸収除去を行うことが可能となる。
【0064】
また、酸性ガスが分離された還流水は、還流水ポンプ１４で再生器３に送液される。本実施形態の酸性ガス除去装置１によれば、酸性ガスの吸収特性および脱離特性に優れた酸性ガス吸収剤を用いることで、効率の高い酸性ガスの吸収除去を行うことが可能となる。
【0065】
以下、本発明の実施形態について例を用いて更に詳細に説明する。
【0066】
［合成例］１，４－ビス（２－イソプロピルアミノエチル）ピペラジン（ａ１－１）の合成
（ｉ）１－クロロ－２－（Ｎ－イソプロピル）アミノ）エタン（Ｍ１）の合成
ビーカーに水位酸化ナトリウム３６．４ｇ（０．９１ｍｏｌ）を測りとり、水で溶解させ、溶液を３００ｍｌとし、その中に上記の方法で合成した１－クロロ－２－（Ｎ－イソプロピル）アミノ）エタン・塩酸塩（２・ＨＣｌ）０．６ｍｏｌを加えてよく攪拌し溶解させたのち、エーテルで３回抽出し、エーテル相を無水硫酸ナトリウムで乾燥したのち、エーテルが少し残った状態まで濃縮して、１－クロロ－２－（Ｎ－イソプロピル）アミノ）エタン（Ｍ１）を得た。（ただし、エーテルをすべて除くと化合物２が徐々に自己分解反応を起こす。）
（ｉ）１－クロロ－２－（Ｎ－イソプロピル）アミノ）エタン（Ｍ１）の合成
ビーカーに水位酸化ナトリウム３６．４ｇ（０．９１ｍｏｌ）を測りとり、水で溶解させ、溶液を３００ｍｌとし、その中に上記の方法で合成した１－クロロ－２－（Ｎ－イソプロピル）アミノ）エタン・塩酸塩（２・ＨＣｌ）０．６ｍｏｌを加えてよく攪拌し溶解させたのち、エーテルで３回抽出し、エーテル相を無水硫酸ナトリウムで乾燥したのち、エーテルが少し残った状態まで濃縮して、１－クロロ－２－（Ｎ－イソプロピル）アミノ）エタン（Ｍ１）を得た。（ただし、エーテルをすべて除くと化合物２が徐々に自己分解反応を起こす。）
【0067】
合成した化合物については、４００ＭＨｚ ＮＭＲ装置は、ＪＥＯＬ社製の機種ＪＭＴＣ０－４００／５４／ＳＳ、ＪＥＬＯ型式ＮＭ－ＳＣＭ４０ＳＳ／ＡＬ）を用いて測定を行い、化合物を同定した。
【0068】
Ｍ１のＮＭＲスペクトル
１Ｈ－ＮＭＲ，（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ） δ：１．０８（ｄ、６Ｈ、Ｊ＝６．４Ｈｚ）、２．８４（ｍ、１Ｈ）、２．９５（ｔ、２Ｈ、Ｊ＝５．７Ｈｚ）、３．６６（ｔ，２Ｈ，Ｊ＝５．７Ｈｚ）、
１３Ｃ－ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ） δ：２２．９５、４５．１２、４８．０２、４８．４５
１Ｈ－ＮＭＲ，（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ） δ：１．０８（ｄ、６Ｈ、Ｊ＝６．４Ｈｚ）、２．８４（ｍ、１Ｈ）、２．９５（ｔ、２Ｈ、Ｊ＝５．７Ｈｚ）、３．６６（ｔ，２Ｈ，Ｊ＝５．７Ｈｚ）、
１３Ｃ－ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ） δ：２２．９５、４５．１２、４８．０２、４８．４５
【0069】
（ｉｉ）１，４－ビス（２－イソプロピルアミノエチル）ピペラジン（ａ１－１）の合成 次に、還流冷却管、機械的攪拌器、温度計、滴下ロートを取りつけた４口フラスコにピペラジン５１．７１ｇ（０．６０ｍｏｌ）、トリエチルアミン７２．８８ｇ（０．７２ｍｏｌ）とアセトニトリル２００ｍｌを加え、加熱して７０℃にした。そこに、滴下ロートから上記の方法で合成した１－クロロ－２－（Ｎ－イソプロピル）アミノ）エタン（Ｍ１）０．６ｍｏｌのエーテル溶液にアセトニトリル１００ｍｌを加えエーテル除いてと溶媒交換を行ったものを加えた。滴下後、７０℃で１３時間反応させたのち、室温に冷却した。反応混合物から沈殿物を濾過し取り除き、ろ液を濃縮したのち、濃縮物をエーテルに再溶解させ、沈殿物をさらに濾過した。ろ液を無水硫酸ナトリウムで乾燥したのち、濃縮して反応混合物（橙色液体）を３７．４９ｇ得た。この反応生成物をカラムクロマログラフ（活性アルミナ、展開溶媒体積比でクロロホルム：ヘキサン＝８５：１５）で精製して、目的化合物（ａ１－１）を黄色透明液体１５．６２ｇ（原料２を基準で１９．８％）と、１－（２－イソプロピルアミノエチル）ピペラジン（Ｍ２）を黄色透明液体９．７５ｇ（９．５％）を得た。
【0070】
ａ１－１のＮＭＲスペクトル
１Ｈ－ＮＭＲ，（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ）δ：１．０６（ｄ、１２Ｈ、Ｊ＝５．９Ｈｚ）、２．４９（ｔ、４Ｈ、Ｊ＝６．４Ｈｚ）、２．４～２．７（ｍ、８Ｈ）、２．６９（ｔ，４Ｈ，Ｊ＝６．４Ｈｚ）、２．７６（ｍ、２Ｈ）
１３Ｃ－ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ）δ：２３．０３、４４．１３、４８．９０、５３．３０、５８．０４
１Ｈ－ＮＭＲ，（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ）δ：１．０６（ｄ、１２Ｈ、Ｊ＝５．９Ｈｚ）、２．４９（ｔ、４Ｈ、Ｊ＝６．４Ｈｚ）、２．４～２．７（ｍ、８Ｈ）、２．６９（ｔ，４Ｈ，Ｊ＝６．４Ｈｚ）、２．７６（ｍ、２Ｈ）
１３Ｃ－ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ）δ：２３．０３、４４．１３、４８．９０、５３．３０、５８．０４
【0071】
Ｍ２のＮＭＲスペクトル
１Ｈ－ＮＭＲ，（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ） δ：１．０７（ｄ、６Ｈ、Ｊ＝６．４Ｈｚ）、２．４８（ｔ、２Ｈ、Ｊ＝６．４Ｈｚ）、２．３～２．６（ｍ、４Ｈ）、２．７０（ｔ，２Ｈ、Ｊ＝６．４Ｈｚ）、２．７８（ｍ，１Ｈ）、２．８９（ｔ、Ｊ＝６．４Ｈｚ、４Ｈ）、
１３Ｃ－ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ） δ：２３．０７、４４．９７、４６．２０、４８．９２、５４．６９、５８．７２
１Ｈ－ＮＭＲ，（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ） δ：１．０７（ｄ、６Ｈ、Ｊ＝６．４Ｈｚ）、２．４８（ｔ、２Ｈ、Ｊ＝６．４Ｈｚ）、２．３～２．６（ｍ、４Ｈ）、２．７０（ｔ，２Ｈ、Ｊ＝６．４Ｈｚ）、２．７８（ｍ，１Ｈ）、２．８９（ｔ、Ｊ＝６．４Ｈｚ、４Ｈ）、
１３Ｃ－ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ） δ：２３．０７、４４．９７、４６．２０、４８．９２、５４．６９、５８．７２
【0072】
・１，４－ビス［３－（Ｎ－イソプロピルアミノ）プロピル］ピペラジン（ａ１－２）の合成
アルゴン導入管をつけた還流冷却管、機械的攪拌器、温度計、滴下ロートを取りつけた４口フラスコにアルゴン雰囲気下で１，４－ビス（３－アミノプロピル）ピペラジン１００．３３ｇ（０．５００ｍｏｌ）、炭酸カリウム１６５．９ｇ（１．２０ｍｏｌ）、無水アセトニトリル２００ｍｌを加えた。約７０℃に加熱した。そこに、滴下ロートから２－ブロモプロパン１４７．７ｇ（１．１８ｍｏｌ）を無水アセトニトリル５０ｍｌに溶かした溶液を滴下する。滴下後、７０℃で８ｈ反応させたのち、２－ブロモプロパン３６．９４ｇ（０．３０ｍｏｌ）を無水アセトニトリル５０ｍｌに溶解させた溶液をさらに追加滴下した。さらに、７０℃で１２時間反応させ、室温に冷却した。反応混合物から沈殿物を濾過し取り除き、ろ液を濃縮したのち、濃縮物をエーテルに再溶解させ、沈殿物をさらに濾過した。ろ液を無水硫酸ナトリウムで乾燥したのち、濃縮して１，４－ビス［３－（Ｎ－イソプロピルアミノ）プロピル］ピペラジン（ａ１－２）の淡黄色透明液体を１２０．７ｇ（収率８４．７％）得た。
アルゴン導入管をつけた還流冷却管、機械的攪拌器、温度計、滴下ロートを取りつけた４口フラスコにアルゴン雰囲気下で１，４－ビス（３－アミノプロピル）ピペラジン１００．３３ｇ（０．５００ｍｏｌ）、炭酸カリウム１６５．９ｇ（１．２０ｍｏｌ）、無水アセトニトリル２００ｍｌを加えた。約７０℃に加熱した。そこに、滴下ロートから２－ブロモプロパン１４７．７ｇ（１．１８ｍｏｌ）を無水アセトニトリル５０ｍｌに溶かした溶液を滴下する。滴下後、７０℃で８ｈ反応させたのち、２－ブロモプロパン３６．９４ｇ（０．３０ｍｏｌ）を無水アセトニトリル５０ｍｌに溶解させた溶液をさらに追加滴下した。さらに、７０℃で１２時間反応させ、室温に冷却した。反応混合物から沈殿物を濾過し取り除き、ろ液を濃縮したのち、濃縮物をエーテルに再溶解させ、沈殿物をさらに濾過した。ろ液を無水硫酸ナトリウムで乾燥したのち、濃縮して１，４－ビス［３－（Ｎ－イソプロピルアミノ）プロピル］ピペラジン（ａ１－２）の淡黄色透明液体を１２０．７ｇ（収率８４．７％）得た。
【0073】
ａ１－２のＮＭＲスペクトル
１Ｈ－ＮＭＲ，（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ） δ：１．０５（ｄ、６Ｈ、Ｊ＝６．４Ｈｚ）、１．６７（ｍ、４Ｈ）、２．３９（ｔ、２Ｈ、Ｊ＝７．３Ｈｚ）、２．３～２．６（ｍ、８Ｈ）、２．６３（ｔ，２Ｈ、Ｊ＝７．１Ｈｚ）、２．７８（ｍ，Ｈ）
１３Ｃ－ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ） δ：２２．８８、２７．２７、４６．３１、４８．６３、５５．２２、５７．０８
１Ｈ－ＮＭＲ，（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ） δ：１．０５（ｄ、６Ｈ、Ｊ＝６．４Ｈｚ）、１．６７（ｍ、４Ｈ）、２．３９（ｔ、２Ｈ、Ｊ＝７．３Ｈｚ）、２．３～２．６（ｍ、８Ｈ）、２．６３（ｔ，２Ｈ、Ｊ＝７．１Ｈｚ）、２．７８（ｍ，Ｈ）
１３Ｃ－ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ） δ：２２．８８、２７．２７、４６．３１、４８．６３、５５．２２、５７．０８
【0074】
１，４－ビス［３－（Ｎ－ｓｅｃ－ブチルアミノ）プロピル］ピペラジン（ａ１－３）の合成
アルゴン導入管をつけた還流冷却管、機械的攪拌器、温度計、滴下ロートを取りつけた４口フラスコにアルゴン雰囲気下で１，４－ビス（３－アミノプロピル）ピペラジン１００．３３ｇ（０．５００ｍｏｌ）、炭酸カリウム１６５．８ｇ（１．２０ｍｏｌ）、無水アセトニトリル２００ｍｌを加えた。約７０℃に加熱した。そこに、滴下ロートから２－ブロモブタン１６４．５４ｇ（１．１８ｍｏｌ）を無水アセトニトリル５０ｍｌに溶かした溶液を滴下する。滴下後、７０℃で２４ｈ反応させたのち、室温に冷却した。反応混合物から沈殿物を濾過し取り除き、沈殿物をクロロホルムで洗浄した後ろ液を濃縮した。その濃縮物をヘキサンに再溶解さ沈殿物を濾過し取り除き、ろ液を無水硫酸ナトリウムで乾燥したのち、ろ液を濃縮した。この反応生成物をカラムクロマログラフ（シリカ、展開溶媒体積比ヘキサン）で分離し、濃縮して１，４－ビス［３－（Ｎ－ｓｅｃ－ブチルアミノ）プロピル］ピペラジン（ａ１－３）の淡黄色透明液体を９５．２ｇ（収率％）得た。化合物は、ＮＭＲによって同定した。
アルゴン導入管をつけた還流冷却管、機械的攪拌器、温度計、滴下ロートを取りつけた４口フラスコにアルゴン雰囲気下で１，４－ビス（３－アミノプロピル）ピペラジン１００．３３ｇ（０．５００ｍｏｌ）、炭酸カリウム１６５．８ｇ（１．２０ｍｏｌ）、無水アセトニトリル２００ｍｌを加えた。約７０℃に加熱した。そこに、滴下ロートから２－ブロモブタン１６４．５４ｇ（１．１８ｍｏｌ）を無水アセトニトリル５０ｍｌに溶かした溶液を滴下する。滴下後、７０℃で２４ｈ反応させたのち、室温に冷却した。反応混合物から沈殿物を濾過し取り除き、沈殿物をクロロホルムで洗浄した後ろ液を濃縮した。その濃縮物をヘキサンに再溶解さ沈殿物を濾過し取り除き、ろ液を無水硫酸ナトリウムで乾燥したのち、ろ液を濃縮した。この反応生成物をカラムクロマログラフ（シリカ、展開溶媒体積比ヘキサン）で分離し、濃縮して１，４－ビス［３－（Ｎ－ｓｅｃ－ブチルアミノ）プロピル］ピペラジン（ａ１－３）の淡黄色透明液体を９５．２ｇ（収率％）得た。化合物は、ＮＭＲによって同定した。
【0075】
ａ１－３のＮＭＲスペクトル
１Ｈ－ＮＭＲ，（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ） δ：０．８８（ｔ、６Ｈ、Ｊ＝７．３Ｈｚ）、１．０２（ｄ、６Ｈ、６．９Ｈｚ）、１．３０（ｍ、２Ｈ）、１．４７（ｍ、２Ｈ）、１．６７（ｍ、４Ｈ）、２．２～２．９（ｍ、１４Ｈ）、２．３９（ｔ，４Ｈ、Ｊ＝７．３Ｈｚ）、
１３Ｃ－ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ） δ：１０．３４、１９．８３、２７．３６、２９．５３、４６．２１、５３．３３、５４．７４、５７．２１
１Ｈ－ＮＭＲ，（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ） δ：０．８８（ｔ、６Ｈ、Ｊ＝７．３Ｈｚ）、１．０２（ｄ、６Ｈ、６．９Ｈｚ）、１．３０（ｍ、２Ｈ）、１．４７（ｍ、２Ｈ）、１．６７（ｍ、４Ｈ）、２．２～２．９（ｍ、１４Ｈ）、２．３９（ｔ，４Ｈ、Ｊ＝７．３Ｈｚ）、
１３Ｃ－ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ） δ：１０．３４、１９．８３、２７．３６、２９．５３、４６．２１、５３．３３、５４．７４、５７．２１
【0076】
１－イソプロピル－４－［２－（Ｎ－イソプロピルアミノ）エチル］ピペラジン（ａ２－１）の合成
アルゴン導入管をつけた還流冷却管、温度計、敵下ロート及び機械的攪拌器を取り付けた４口フラスコに１－（２－アミノエチル）ピペラジン３８．７６ｇ（０．３００ｍｏｌ）を加え、無水アセトニトリル１５０ｍｌを加えて溶解させる。その中に炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）９９．５９ ｇ（０．７２０ｍｏｌ）を加える。アルゴン雰囲気下、室温で無水アセトニトリル４０ｍｌに溶解させた２－ブロモプロパン４９．２９ｇ（０．４０１ｍｏｌ）を敵下ロートで徐々に加えた。滴下終了後、オイルバスで加熱し６５℃で４時間反応させが、反応溶液をほとんど進行していないことが室温に冷却した後、沈殿物をろ過し、沈殿物はクロロホルムで洗浄して、洗浄液は先ほどのろ液と合わせ、そのろ液をエバポレータで溶媒を濃縮した。その残留物にジエチルエールを加えて溶解させ、ろ過した。ろ液を無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、エバポレータで溶媒を濃縮し、生成物として薄い黄色透明の液体５１．１７ｇを得た。さらに、減圧蒸留により精製し、蒸留成分（蒸留温度８５－８９℃（２２０Ｐａ））で生成物（１５．６ｇ）を得た。
アルゴン導入管をつけた還流冷却管、温度計、敵下ロート及び機械的攪拌器を取り付けた４口フラスコに１－（２－アミノエチル）ピペラジン３８．７６ｇ（０．３００ｍｏｌ）を加え、無水アセトニトリル１５０ｍｌを加えて溶解させる。その中に炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）９９．５９ ｇ（０．７２０ｍｏｌ）を加える。アルゴン雰囲気下、室温で無水アセトニトリル４０ｍｌに溶解させた２－ブロモプロパン４９．２９ｇ（０．４０１ｍｏｌ）を敵下ロートで徐々に加えた。滴下終了後、オイルバスで加熱し６５℃で４時間反応させが、反応溶液をほとんど進行していないことが室温に冷却した後、沈殿物をろ過し、沈殿物はクロロホルムで洗浄して、洗浄液は先ほどのろ液と合わせ、そのろ液をエバポレータで溶媒を濃縮した。その残留物にジエチルエールを加えて溶解させ、ろ過した。ろ液を無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、エバポレータで溶媒を濃縮し、生成物として薄い黄色透明の液体５１．１７ｇを得た。さらに、減圧蒸留により精製し、蒸留成分（蒸留温度８５－８９℃（２２０Ｐａ））で生成物（１５．６ｇ）を得た。
【0077】
１Ｈ－ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ） δ：１．０６（ｄ、Ｊ＝６．７Ｈｚ、６Ｈ）、１．０９（ｄ，Ｊ＝６．２Ｈｚ、６Ｈ）、２．４～２．８（ｍ、１４Ｈ）
１３Ｃ－ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ） δ １８．６２、２２．８４、４４．０７、４８．６７、４８．８２、５３．３４、５４．３４、５８．０３
１３Ｃ－ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、ｐｐｍ） δ １８．６２、２２．８４、４４．０７、４８．６７、４８．８２、５３．３４、５４．３４、５８．０３
【0078】
［実施例１～２６、比較例１～１８］
合成例で示したとおりに合成したアミン（ａ１－１～ａ１－３）、２－（Ｎ－メチルアミノ）エタノール（ＭＥＡ）、メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）、１－（２－ヒドロキシエチル）ピペラジン（ＨＥＰＺ）、１－（２－アミノエチル）ピペラジン（ＡＥＰＺ）、および１－（２－イソプロピルアミノエチル）ピペラジン（ＩＰＡＥＰＺ）を用いて、表１に示すとおりの濃度で水に溶解させ、酸性ガス吸収剤とした。
合成例で示したとおりに合成したアミン（ａ１－１～ａ１－３）、２－（Ｎ－メチルアミノ）エタノール（ＭＥＡ）、メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）、１－（２－ヒドロキシエチル）ピペラジン（ＨＥＰＺ）、１－（２－アミノエチル）ピペラジン（ＡＥＰＺ）、および１－（２－イソプロピルアミノエチル）ピペラジン（ＩＰＡＥＰＺ）を用いて、表１に示すとおりの濃度で水に溶解させ、酸性ガス吸収剤とした。
【0079】
［酸性ガス吸収速度の評価］
酸性ガス吸収剤を試験管に充填して４０℃に加熱し、その酸性ガス吸収剤に二酸化炭素（ＣＯ２）１０体積％、窒素（Ｎ２）ガス９０体積％含む混合ガスを流速５００ｍＬ／ｍｉｎで通気した。試験管出口でのガス中の二酸化炭素（ＣＯ２）濃度を赤外線式ガス濃度測定装置（株式会社島津製作所製、商品名「ＣＧＴ－７００」）を用いて測定し、吸収性能を評価した。得られた吸収曲線の測定開始から１０分後の時点での吸収曲線の傾きを吸収速度とした。得られた結果は、表１―１および１－２に示したとおりである。
酸性ガス吸収剤を試験管に充填して４０℃に加熱し、その酸性ガス吸収剤に二酸化炭素（ＣＯ２）１０体積％、窒素（Ｎ２）ガス９０体積％含む混合ガスを流速５００ｍＬ／ｍｉｎで通気した。試験管出口でのガス中の二酸化炭素（ＣＯ２）濃度を赤外線式ガス濃度測定装置（株式会社島津製作所製、商品名「ＣＧＴ－７００」）を用いて測定し、吸収性能を評価した。得られた吸収曲線の測定開始から１０分後の時点での吸収曲線の傾きを吸収速度とした。得られた結果は、表１―１および１－２に示したとおりである。
【0080】
【表1】
【0081】
【表2-1】
【0082】
［結果］
以上の結果から明らかなように、従来の酸性ガス吸収剤に比べて、実施形態による酸性ガス吸収剤は、二酸化炭素の吸収速度が著しく改善されていることが明らかである。
以上の結果から明らかなように、従来の酸性ガス吸収剤に比べて、実施形態による酸性ガス吸収剤は、二酸化炭素の吸収速度が著しく改善されていることが明らかである。
【0083】
以上の通り、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更などを行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0084】
１…酸性ガス除去装置、２…吸収器、３…再生器、４…ガス供給口、５…酸性ガス吸収剤供給口、６…ガス排出口、７…熱交換器、８…リッチ液ポンプ、９…リーン液ポンプ、１０…吸収剤冷却器、１１…還流ドラム、１２…還流冷却器、１３…回収酸性ガス炭素ライン
【図1】
