特開 2024-21501 酸成分捕捉液の製造装置、製造システム、製造方法および酸成分の回収方法

(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】P2024021501

(43)【公開日】2024-02-16

(54)【発明の名称】酸成分捕捉液の製造装置、製造システム、製造方法および酸成分の回収方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/18 20060101AFI20240208BHJP

   B01D 53/14 20060101ALI20240208BHJP

   B01D 53/40 20060101ALI20240208BHJP

   B01D 53/78 20060101ALI20240208BHJP

【ＦＩ】

B01D53/18 ZAB

B01D53/14 210

B01D53/40 220

B01D53/78

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022124360

(22)【出願日】2022-08-03

(71)【出願人】

【識別番号】000003182

【氏名又は名称】株式会社トクヤマ

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】全 載完

【テーマコード（参考）】

4D002

4D020

【Ｆターム（参考）】

4D002AA02

4D002AA03

4D002AA08

4D002AA09

4D002AA12

4D002AA19

4D002AA23

4D002AB01

4D002BA02

4D002CA20

4D002DA31

4D002DA32

4D002FA01

4D020AA03

4D020AA04

4D020AA05

4D020AA06

4D020AA07

4D020AA10

4D020BA16

4D020BA19

4D020BB03

4D020BB04

4D020CB40

4D020CC01

4D020CC21

(57)【要約】

【課題】酸性ガスから酸成分を効率的に捕捉する方法等を実現する。
【解決手段】酸成分捕捉液の製造装置（１）であって、複数の製造ユニットが接続され、２つの連続する製造ユニットをそれぞれ第１製造ユニット（１０）および第２製造ユニット（２０）とすると、各製造ユニットは、酸性ガスのガス供給ライン（１１、２１）と、酸成分を捕捉する捕捉液の液供給ライン（１２、２２）と、酸性ガスと捕捉液とを接触させ酸成分捕捉液を得る接触ライン（１４、２４）と、酸性ガスと酸成分捕捉液とを分離する分離装置（１５、２５）とを有し、接触ライン（１４）と液供給ライン（２２）とが分離装置（１５）を介して接続しており、第１製造ユニット（１０）から分離された酸成分捕捉液が、捕捉液として液供給ライン（２２）に供給される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の製造ユニットが接続されてなる酸成分捕捉液の製造装置であって、
前記複数の製造ユニットのうち、２つの連続する製造ユニットをそれぞれ第１製造ユニットおよび第２製造ユニットとすると、
前記第１製造ユニットおよび前記第２製造ユニットのそれぞれは、
酸性ガスを供給するガス供給ラインと、
前記酸性ガスに含まれる酸成分を捕捉する捕捉剤を含有する捕捉液を供給する液供給ラインと、
前記ガス供給ラインから供給される前記酸性ガスと、前記液供給ラインから供給される前記捕捉液とを流通して接触させ、前記酸成分を含有する酸成分捕捉液を得る接触ラインと、
前記接触ラインを通過した、前記捕捉液と接触後の前記酸性ガスと、前記酸成分捕捉液とを分離する分離装置と、を有し、
前記第１製造ユニットの前記接触ラインと、前記第２製造ユニットの前記液供給ラインとが、前記第１製造ユニットの前記分離装置を介して接続しており、前記第１製造ユニットの前記分離装置により分離された前記酸成分捕捉液が、前記第２製造ユニットにおいて前記捕捉液として前記液供給ラインに供給される、酸成分捕捉液の製造装置。

【請求項2】

前記第１製造ユニットの前記ガス供給ラインから供給される前記酸性ガスである第１酸性ガスと、前記第２製造ユニットの前記ガス供給ラインから供給される前記酸性ガスである第２酸性ガスとは、含有する前記酸成分の濃度が互いに異なる、請求項１に記載の酸成分捕捉液の製造装置。

【請求項3】

前記第２酸性ガスが含有する前記酸成分の濃度は、前記第１酸性ガスが含有する前記酸成分の濃度よりも高い、請求項２に記載の酸成分捕捉液の製造装置。

【請求項4】

前記第２酸性ガスは、前記第１製造ユニットの前記分離装置により分離された前記酸性ガスである、請求項２に記載の酸成分捕捉液の製造装置。

【請求項5】

前記酸成分は二酸化炭素である、請求項１に記載の酸成分捕捉液の製造装置。

【請求項6】

前記捕捉液は、前記捕捉剤として少なくとも一種の有機アミン化合物を含む、請求項１に記載の酸成分捕捉液の製造装置。

【請求項7】

前記接触ラインは、微細流路として構成されている、請求項１に記載の酸成分捕捉液の製造装置。

【請求項8】

請求項１から７の何れか１項に記載の製造装置を複数備える製造システムであって、
複数の前記製造装置は互いに接続しており、そのうち２つの連続する前記製造装置をそれぞれ第１製造装置および第２製造装置とすると、
前記第１製造装置が備える少なくとも何れかの製造ユニットが有する分離装置により酸成分捕捉液と分離された酸性ガスは、前記第２製造装置が備える少なくとも何れかの製造ユニットが有するガス供給ラインに供給される、酸成分捕捉液の製造システム。

【請求項9】

請求項１から７の何れか１項に記載の製造装置により、前記酸成分捕捉液を製造する製造方法であって、
前記第１製造ユニットにおいて、前記捕捉液と前記酸性ガスとを接触して第１酸成分捕捉液を得る第１捕捉工程と、
前記第１酸成分捕捉液と前記酸性ガスとを前記第２製造ユニットに供給し、前記第１酸成分捕捉液と前記酸性ガスとを接触して第２酸成分捕捉液を得る第２捕捉工程と、を含む、酸成分捕捉液の製造方法。

【請求項10】

請求項９に記載の製造方法により製造した前記第２酸成分捕捉液を取得する取得工程と、
前記第２酸成分捕捉液から前記酸成分を分離する回収工程と、を含む、酸成分の回収方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、酸成分捕捉液の製造装置、製造システム、製造方法および酸成分の回収方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、二酸化炭素等の温室効果ガスの排出が社会問題となっている。そのため、工業的に発生する排ガス等から二酸化炭素を回収する技術が要請されている。

【0003】

例えば特許文献１には、微細流路内で、被吸収ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液の内外に移動させ、処理後ガスと分離した後の吸収液を、再循環ラインを通じて各微細流路の入口に戻す循環工程を備えた成分移動処理方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１６／０１７４５９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の方法は、再循環により複数段階で、吸収液に二酸化炭素を吸収させる方法である。この場合、二酸化炭素等の酸成分を効率的に捕捉液に捕捉させるには、酸性ガスに含まれる酸成分の濃度と、捕捉液が捕捉済みの酸成分の濃度との組み合わせを、処理段階ごとに最適化することが好ましい。

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載の方法は、処理後ガスと分離後の吸収液について、微細流路の入口まで戻して再循環させる。当該方法では、微細流路の入口に導入される被吸収ガスに含まれる二酸化炭素の濃度を、各段階での吸収液中の二酸化炭素濃度に応じて変更することは困難であるため、吸収効率の最適化が困難である。

【0007】

本発明の一態様は、酸成分の捕捉液を循環させず、酸性ガスから酸成分を効率的に捕捉する方法等を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様に係る製造装置は、複数の製造ユニットが接続されてなる酸成分捕捉液の製造装置であって、前記複数の製造ユニットのうち、２つの連続する製造ユニットをそれぞれ第１製造ユニットおよび第２製造ユニットとすると、前記第１製造ユニットおよび前記第２製造ユニットのそれぞれは、酸性ガスを供給するガス供給ラインと、前記酸性ガスに含まれる酸成分を捕捉する捕捉剤を含有する捕捉液を供給する液供給ラインと、前記ガス供給ラインから供給される前記酸性ガスと、前記液供給ラインから供給される前記捕捉液とを流通して接触させ、前記酸成分を含有する酸成分捕捉液を得る接触ラインと、前記接触ラインを通過した、前記捕捉液と接触後の前記酸性ガスと、前記酸成分捕捉液とを分離する分離装置と、を有し、前記第１製造ユニットの前記接触ラインと、前記第２製造ユニットの前記液供給ラインとが、前記第１製造ユニットの前記分離装置を介して接続しており、前記第１製造ユニットの前記分離装置により分離された前記酸成分捕捉液が、前記第２製造ユニットにおいて前記捕捉液として前記液供給ラインに供給される。

【0009】

本発明の一態様に係る製造システムは、前記の製造装置を複数備える製造システムであって、複数の前記製造装置は互いに接続しており、そのうち２つの連続する前記製造装置をそれぞれ第１製造装置および第２製造装置とすると、前記第１製造装置が備える少なくとも何れかの製造ユニットが有する分離装置により酸成分捕捉液と分離された酸性ガスは、前記第２製造装置が備える少なくとも何れかの製造ユニットが有するガス供給ラインに供給される。

【0010】

本発明の一態様に係る製造方法は、前記の製造装置により、前記酸成分捕捉液を製造する製造方法であって、前記第１製造ユニットにおいて、前記捕捉液と前記酸性ガスとを接触して第１酸成分捕捉液を得る第１捕捉工程と、前記第１酸成分捕捉液と前記酸性ガスとを前記第２製造ユニットに供給し、前記第１酸成分捕捉液と前記酸性ガスとを接触して第２酸成分捕捉液を得る第２捕捉工程と、を含む。

【0011】

本発明の一態様に係る酸成分の回収方法は、前記の製造方法により製造した前記第２酸成分捕捉液を取得する取得工程と、前記第２酸成分捕捉液から前記酸成分を分離する回収工程と、を含む。

【発明の効果】

【0012】

本発明の一態様によれば、酸成分の捕捉液を循環させず、酸性ガスから酸成分を効率的に捕捉する方法等を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態に係る製造装置を示す模式図である。

【図2】前記製造装置が備える接触ラインを流通するスラグ流を示す模式図である。

【図3】前記製造装置が備える分離装置を示す模式図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る製造システムを示す模式図である。

【図5】本発明の一実施例に係る二酸化炭素捕捉量および二酸化炭素捕捉効率を示す図である。

【図6】比較例に係る二酸化炭素捕捉量と捕捉反応時間との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

〔製造装置〕
本発明の一実施形態について、以下に説明する。図１に示すように、本実施形態に係る製造装置１は、複数の製造ユニットが接続されてなる酸成分捕捉液の製造装置１である。製造装置１は、酸成分を含む酸性ガスと、酸成分を捕捉する捕捉剤を含む捕捉液とを接触させ、捕捉液に酸成分を捕捉することで、酸性ガスから酸成分を分離する。

【0015】

（酸成分）
酸成分としては、例えば、二酸化炭素、一酸化炭素、一酸化二窒素、塩化水素、硫化水素、硫黄酸化物（ＳＯｘ）およびフッ化水素が挙げられる。中でも二酸化炭素は、工業的な排出量が多く、温室効果ガスとして社会的に問題となっていることから、排ガス等からの分離方法について社会的な要請が大きいため、酸性ガスに含まれる酸成分として好適である。酸成分を含む酸性ガスは、このような酸成分を含むガスであれば特に限定されない。

【0016】

（捕捉液）
捕捉液に含まれる捕捉剤は、酸成分を捕捉液中に捕捉する機能を有する成分である。捕捉剤としては、例えば、有機アミン化合物および酸成分の吸着剤が挙げられる。有機アミン化合物としては、例えば、第１級アミン、第２級アミンおよび第３級アミンが挙げられる。

【0017】

第１級アミンの例として、２－メチルピペリジン等の複素環を有する第１級アミン；モノメタノールアミン、モノエタノールアミン、モノプロパノールアミン、および、モノブタノールアミン等の第１級アルカノールアミンが挙げられる。

【0018】

第２級アミンの例として、２－メチルアミノエタノール、２－エ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－ｎ－ブチルアミノエタノール等の第２級アルカノールアミン；ピペラジン、２－メチルピペラジン、２，５－ジメチルピペラジン、および、２－ピペリジノエタノール等の複素環を有する第２級アミンが挙げられる。

【0019】

第３級アミンの例として、メチルジエタノールアミン、ジエチルアミノプロパノール、ジエチルアミノエタノール、ジメチルアミノエタノール、ジメチルアミノメチルプロパノール、Ｎ－エチル－Ｎ－メチルエタノールアミン、３－（ジメチルアミノ）プロパノール、４－（ジメチルアミノ）ブタノール、４－（ジエチルアミノ）ブタノール、２－（２－ジエチルアミノエトキシ）エタノール、および、２－（２－ジメチルアミノエトキシ）エタノール等の第３級アルカノールアミン；１－メチル－２－ピペリジンメタノール、１－エチル－３－ピペリジンメタノール、１－（２－ヒドロキシエチル）ピペリジン等の複素環を有する第３級アミンが挙げられる。

【0020】

酸成分の吸着剤としては、例えば、ゼオライト等の無機多孔質剤、金属有機構造体（ＭＯＦ；Metal Organic Framework）および共有結合性有機構造体（ＣＯＦ；Covalent Organic Framework）が挙げられる。

【0021】

捕捉液は、このような捕捉剤の溶液または分散液であってよい。捕捉液に含まれる捕捉剤は、２種以上の有機アミン化合物を含んでいてもよく、２種以上の酸成分の吸着剤を含んでいてもよい。また、捕捉剤は、有機アミン化合物および酸成分の吸着剤の両方を含んでいてもよい。捕捉液において、捕捉剤を溶解または分散する溶媒としては、例えば、水であってもよく、水とエーテル系有機溶媒との混合溶媒であってもよい。エーテル系有機溶媒としては、例えば、２－プロパノール、ビス（２－エトキシエチル）エーテルジエチルカルビトール、ビス［２－（２－メトキシエトキシ）エチル］エーテルが挙げられる。

【0022】

捕捉液における捕捉剤の濃度は特に限定されない。例えば、捕捉剤が有機アミン化合物等の溶液である場合、酸成分の吸収量、吸収速度、脱離量および脱離速度等の観点から、捕捉液における捕捉剤の濃度は１０質量％以上が好ましい。一方、捕捉剤の溶解性および捕捉液の粘度等の観点から、捕捉剤の濃度は７０質量％以下が好ましい。

【0023】

本実施形態では、酸成分を捕捉した捕捉液を、酸成分捕捉液と称する場合がある。酸成分捕捉液は、捕捉限界まで酸成分を捕捉した状態の捕捉液であることを要さず、少しでも酸成分を捕捉している捕捉液であれば、酸成分捕捉液と称してよい。すなわち、製造装置１により得られる酸成分捕捉液は、酸成分をさらに捕捉するための捕捉液として再利用可能であってよい。

【0024】

（製造ユニット）
製造装置１は、複数の製造ユニットを備えている。図１には、製造装置１が、第１製造ユニット１０、第２製造ユニット２０および第３製造ユニット３０の３つの製造ユニットを備える例を示している。しかし、製造装置１が備える製造ユニットは複数であればよく、その数は特に限定されない。

【0025】

また、製造装置１が備える複数の製造ユニットについて、２つの連続する製造ユニットをそれぞれ第１製造ユニットおよび第２製造ユニットとして定義できる。本実施形態では便宜上、３つの製造ユニットをそれぞれ第１製造ユニット１０、第２製造ユニット２０および第３製造ユニット３０として示している。しかし、酸性ガスおよび捕捉液が最初に供給される製造ユニットが第１製造ユニットであることは要さず、任意の２つの連続する製造ユニットの一方を第１製造ユニットとしてよい。

【0026】

第１製造ユニット１０は、第１ガス供給ライン１１と、第１液供給ライン１２と、第１合流部１３と、第１接触ライン１４と、第１分離装置１５とを有している。同様に、第２製造ユニット２０は、第２ガス供給ライン２１と、第２液供給ライン２２と、第２合流部２３と、第２接触ライン２４と、第２分離装置２５とを有している。また、第３製造ユニット３０は、第３ガス供給ライン３１と、第３液供給ライン３２と、第３合流部３３と、第３接触ライン３４と、第３分離装置３５とを有している。

【0027】

第２製造ユニット２０および第３製造ユニット３０の構成は、特記しない限り第１製造ユニット１０の構成と同様である。すなわち、各製造ユニットが有するガス供給ライン、液供給ライン、合流部、接触ラインおよび分離装置はそれぞれ、何れの製造ユニットでも同様の構成を有する部材である。そのため、以下には第１製造ユニット１０の構成を中心に説明し、第２製造ユニット２０および第３製造ユニット３０については主に、第１製造ユニット１０と異なる点について説明する。

【0028】

また、本実施形態において、第１製造ユニット１０に供給される各流体について、酸性ガスを第１酸性ガス、捕捉液を第１捕捉液、酸成分捕捉液を第１酸成分捕捉液と称する場合がある。また、第２製造ユニット２０に供給される各流体について、酸性ガスを第２酸性ガス、捕捉液を第２捕捉液、酸成分捕捉液を第２酸成分捕捉液と称する場合がある。また、第３製造ユニット３０に供給される各流体について、酸性ガスを第３酸性ガス、捕捉液を第３捕捉液、酸成分捕捉液を第３酸成分捕捉液と称する場合がある。

【0029】

第１ガス供給ライン１１は、酸性ガスを供給するガス流通路である。製造装置１では、製造装置１に供給される酸性ガスは、第１ガス供給ライン１１、第２ガス供給ライン２１および第３ガス供給ライン３１に分割して供給される。

【0030】

第１液供給ライン１２は、捕捉液を供給する液体流通路である。第１液供給ライン１２には、酸成分を未捕捉の捕捉液が供給されてもよい。第１液供給ライン１２を流通した第１捕捉液は、第１ガス供給ライン１１を流通した第１酸性ガスと、第１合流部１３において合流する。第１合流部１３は、第１ガス供給ライン１１と第１液供給ライン１２とが合流する構成であればよい。

【0031】

第１接触ライン１４は、第１ガス供給ライン１１から供給される第１酸性ガスと、第１液供給ライン１２から供給される第１捕捉液とを流通して接触させる流通路である。第１接触ライン１４は、第１ガス供給ライン１１および第１液供給ライン１２の下流において、第１合流部１３を介してこれらのラインと接続している。第１接触ライン１４における第１酸性ガスと第１捕捉液との接触により、第１捕捉液が第１酸性ガスに含まれる酸成分を捕捉して、第１酸成分捕捉液が得られる。

【0032】

第１酸成分捕捉液中での酸成分の捕捉態様は、第１捕捉液中に溶解する有機アミン化合物等の捕捉剤と結合して液中に吸収される態様であってもよく、第１捕捉液中に分散する無機多孔質材等の捕捉剤に吸着する態様であってもよい。

【0033】

第１接触ライン１４は、微細流路として構成されていることが好ましい。第１接触ライン１４において、第１酸性ガスは第１捕捉液中に分散した気泡として存在してよい。第１酸性ガスの気泡と第１捕捉液との接触面積が大きいほど、第１酸性ガス中の酸成分が第１捕捉液に捕捉されやすくなり、酸成分の捕捉効率が向上する。ここで、第１接触ライン１４が微細流路として構成されていれば、図２に示すように、第１酸性ガスの気泡と第１捕捉液とが、交互に存在するいわゆるスラグ液の状態となりやすい。そのため、第１酸性ガスに含まれる酸成分と第１捕捉液との接触面積が最大化しやすくなり、効率よく酸成分を第１捕捉液に捕捉可能となる。

【0034】

第１接触ライン１４を微細流路として構成するために、例えば、第１接触ライン１４の内径は１．５ｍｍ以上４．５ｍｍ以下とすればよく、１．８ｍｍ以上３．５ｍｍ以下とすることが好ましく、２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下とすることがより好ましい。第１接触ライン１４がこのような内径を有する微細流路として構成されていれば、第１接触ライン１４において効率よく酸成分を第１捕捉液に捕捉できる。

【0035】

第１分離装置１５は、第１接触ライン１４を通過した、第１捕捉液と接触後の第１酸性ガスと、第１酸成分捕捉液とを分離する部材である。図３に、第１分離装置１５の構成の一例を示す。第１分離装置１５には、第１接触ライン１４から第１酸成分捕捉液と第１酸性ガスとが流入する。第１分離装置１５が有する容器中で、第１酸成分捕捉液と第１酸性ガスとの比重の差により第１酸性ガスが気層に移行することで、第１酸性ガスが第１酸成分捕捉液から分離される。

【0036】

なお、第１分離装置１５は、第１酸成分捕捉液と第１酸性ガスとを分離可能な構成であれば特に限定されず、一般的な液体と気体との分離装置であってよい。第１分離装置１５から分離された第１酸性ガスは、第１製造ユニット１０に供給される前の第１酸性ガスよりも酸成分の濃度が低下した酸性ガスであり、オフガスと称する場合がある。本明細書では便宜上、第１製造ユニット１０により、第１酸性ガスから酸成分が完全に除去された状態のオフガスも、「分離装置から分離された酸性ガス」の一態様に含まれるものとして説明する。

【0037】

第１分離装置１５は、第２液供給ライン２２と接続している。言い換えれば、第１接触ライン１４と第２液供給ライン２２とが、第１分離装置１５を介して接続している。また、第１分離装置１５により第１酸性ガスと分離された第１酸成分捕捉液は、第２製造ユニット２０においては酸成分を捕捉するための第２捕捉液として第２液供給ライン２２に供給される。

【0038】

第２ガス供給ライン２１には、第１ガス供給ライン１１に供給された第１酸性ガスと同じ酸成分の濃度を有する酸性ガスが、第２酸性ガスとして供給される。そして、第２製造ユニット２０は、第１製造ユニット１０と同様に、第２接触ライン２４において第２酸性ガスと第２捕捉液とを接触させて第２酸成分捕捉液を取得し、第２分離装置２５により第２捕捉液と接触後の第２酸性ガスと第２酸成分捕捉液とを分離する。

【0039】

このような構成によれば、第１製造ユニット１０において供給される第１捕捉液が、第２製造ユニット２０まで直列に流通して供給される。これにより、製造装置１は、捕捉液を循環させずとも複数段階で酸性ガスを捕捉液と接触でき、酸性ガス中の酸成分を効率よく捕捉することができる。

【0040】

また、第２分離装置２５は、第３液供給ライン３２と接続している。第２分離装置２５により第２酸性ガスと分離された第２酸成分捕捉液は、第３製造ユニット３０においては酸成分を捕捉するための第３捕捉液として、第３液供給ライン３２に供給される。

【0041】

第３ガス供給ライン３１には、第１酸性ガスおよび第２酸性ガスと同じ酸成分の濃度を有する酸性ガスが、第３酸性ガスとして供給される。そして、第３製造ユニット３０は、第１製造ユニット１０および第２製造ユニット２０と同様に、第３接触ライン３４において第３酸性ガスと第３捕捉液とを接触させて第３酸成分捕捉液を取得する。続けて第３製造ユニット３０は、第３分離装置３５により第３捕捉液と接触後の第３酸性ガスと第３酸成分捕捉液とを分離する。

【0042】

このように、製造装置１は３つ以上の製造ユニットを有していることが好ましい。製造ユニットの数が増加するほど、製造装置１に供給される捕捉液における単位体積あたりの酸成分の捕捉量が向上する。そのため、少ない量の捕捉液により効率的に酸性ガスから酸成分を捕捉できる。また、製造装置１では酸性ガスを分割して各製造ユニットにそれぞれ供給する。そのため、製造装置１に多量の酸性ガスが供給された場合に、製造ユニットの数が増加するほど短時間で酸成分の捕捉を行うことができる。

【0043】

また、第１ガス供給ライン１１から供給される酸性ガスである第１酸性ガスと、第２ガス供給ライン２１から供給される酸性ガスである第２酸性ガスとは、含有する酸成分の濃度が互いに異なっていてもよい。第３酸性ガスについても同様に、第１酸性ガスおよび第２酸性ガスとは、含有する酸成分の濃度が互いに異なっていてもよい。言い換えれば、製造装置１に供給される酸性ガスは、製造ユニットごとに異なる濃度の酸成分を含むものであってもよい。

【0044】

例えば、製造装置１に供給された酸性ガスが分割されて各製造ユニットのガス供給ラインに供給されるのではなく、各ガス供給ラインにそれぞれ異なる酸性ガスが供給されてもよい。このように、製造装置１は、製造ユニットごとに独立したガス供給ラインを備えており、ガス供給ラインごとに独立して酸性ガスを供給可能に構成されていてもよい。

【0045】

このような構成によれば、各製造ユニットに供給する酸性ガスの酸成分濃度を、製造ユニットごとに調整できる。そのため、各製造ユニットに供給する酸性ガスの酸成分濃度について、製造装置１全体として効率的な酸成分の捕捉ができるよう、最適化が可能となる。

【0046】

例えば、第２酸性ガスが含有する酸成分の濃度は、第１酸性ガスが含有する酸成分の濃度よりも高くてもよい。また、第３酸性ガスが含有する酸成分の濃度についても、第２酸性ガスが含有する酸成分の濃度より高くてもよい。このような構成によれば、製造装置１の下流に位置する製造ユニットに供給される酸性ガスほど、酸成分の濃度が高くなる。これにより、第１製造ユニット１０では、酸成分濃度が低い第１酸性ガスからは確実に酸成分を捕捉できる。一方、後段の第２製造ユニット２０および第３製造ユニット３０においては、捕捉液が捕捉可能な上限濃度近くまで酸成分を捕捉させることができる。これにより、製造装置１全体としての酸成分の捕捉効率を高めることができる。

【0047】

また、第１製造ユニット１０の第１分離装置１５により分離された第１酸性ガスが、第２製造ユニット２０において第２酸性ガスとして供給されてもよい。この場合、第２ガス供給ライン２１は、第１分離装置１５と接続していてもよい。このような構成によれば、第１製造ユニット１０から排出されるオフガスから、さらに第２製造ユニット２０でも酸成分を捕捉できる。そのため、酸性ガスから高効率で酸成分を捕捉できる。

【0048】

上述の通り、本実施形態に係る製造装置１によれば、酸性ガスに含まれる酸成分を効率的に捕捉液中に捕捉できる。酸性ガスに含まれる酸成分は、二酸化炭素等の温室効果ガスまたは塩化水素等の腐食性を有する成分を包含する。製造装置１は、このような酸成分を酸性ガスから効率的に捕捉することで、大気中等に排出される温室効果ガスまたは有害ガスを低減できる。このような効果は、例えば、国連が提唱する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標１２．４の「化学物質の大気への放出削減」および目標１３．３の「気候変動の緩和」等の達成にも貢献するものである。

【0049】

〔製造システム〕
本発明の一実施形態に係る製造装置１を複数備える製造システム１００についても、本発明の一態様に含まれる。図４に示す通り、本実施形態に係る製造システム１００は、複数（ｎ個）の製造装置１が互いに接続している。

【0050】

製造システム１００が備える複数の製造装置１について、２つの連続する製造装置１をそれぞれ第１製造装置および第２製造装置として定義できる。本実施形態では便宜上、各製造装置１についてそれぞれ第１製造装置１－ｉ、第２製造装置１－ｉｉ、第３製造装置１－ｉｉｉとして示し、ｎ番目の製造装置１を第ｎ製造装置１－ｎとして示している。しかし、製造システム１００において最初に酸性ガスが供給される製造装置１が第１製造装置であることは要さず、任意の２つの連続する製造装置１の一方を第１製造装置としてよい。

【0051】

図４では、各製造装置１に供給される捕捉液をそれぞれ捕捉液ｉ、捕捉液ｉｉ、捕捉液ｉｉｉおよび捕捉液ｎとして示している。また、各製造装置１から得られる酸成分捕捉液をそれぞれ酸成分捕捉液ｉ、酸成分捕捉液ｉｉ、酸成分捕捉液ｉｉｉおよび酸成分捕捉液ｎとして示している。また、各製造装置１から分離されるオフガスをそれぞれオフガスｉ、オフガスｉｉ、オフガスｉｉｉおよびオフガスｎとして示している。

【0052】

第１製造装置１－ｉには、酸成分の捕捉が行われる前の、未処理の排ガス等の酸性ガスが供給される。酸性ガスは、第１製造装置１－ｉの各製造ユニットに供給され、酸成分捕捉液ｉが得られると共に、各製造ユニットからオフガスｉが排出される。

【0053】

第１製造装置１－ｉから排出されたオフガスｉは、続いて第２製造装置１－ｉｉの各製造ユニットに、酸性ガスとして供給される。このとき、第１製造装置１－ｉが備える少なくとも何れかの製造ユニットが有する分離装置により酸成分捕捉液と分離された酸性ガスは、第２製造装置１－ｉｉが備える何れかの製造ユニットが有するガス供給ラインに供給されてよい。

【0054】

例えば、第１製造装置１－ｉの最上流の製造ユニットから排出されたオフガスｉは、第２製造装置１－ｉｉの最下流の製造ユニットに供給されてもよい。また、第１製造装置１－ｉの最下流の製造ユニットから排出されたオフガスｉは、第２製造装置１－ｉｉの最上流の製造ユニットに供給されてもよい。このような構成によれば、製造システム１００が有する１つの製造装置１の各製造ユニットから排出されたオフガスについて、他の製造装置１の各製造ユニットに酸性ガスとして供給できる。

【0055】

第２製造装置１－ｉｉ以降の製造装置１においても同様に、１つ前の製造装置１から排出されたオフガスが、次の製造装置１に酸性ガスとして供給される。このようにして、各製造装置１が、それぞれ酸性ガスから酸成分を捕捉して酸成分捕捉液の取得を繰り返すことで、酸性ガス中の酸成分の濃度は段階的に低減していく。また、各製造装置１にはそれぞれ、酸成分を未捕捉の捕捉液が供給されてもよい。このような構成によれば、製造システム１００は、酸性ガス中の酸成分を効率的に捕捉できる。製造システム１００が多数の製造装置１を備えていれば、酸性ガスから酸成分を完全に除去することも可能である。

【0056】

〔製造方法〕
本発明の一実施形態に係る製造装置１により酸成分捕捉液を製造する製造方法についても、本発明の一態様に含まれる。本実施形態に係る製造方法は、第１捕捉工程と、第２捕捉工程とを含む。

【0057】

第１捕捉工程は、第１製造ユニット１０において、第１捕捉液と第１酸性ガスとを接触して第１酸成分捕捉液を得る工程である。また、第２捕捉工程は、第１酸成分捕捉液と第２酸性ガスとを第２製造ユニット２０に供給し、第１酸成分捕捉液と第２酸性ガスとを接触して第２酸成分捕捉液を得る工程である。

【0058】

なお、本実施形態に係る製造方法では、上述したとおり、製造装置１における任意の２つの連続する製造ユニットの一方を第１製造ユニットとすればよく、第１捕捉工程は、当該任意の第１製造ユニットにおいて第１酸成分捕捉液を得る工程である。そのため、第２捕捉工程において得られる第２酸成分捕捉液は、製造装置１において最上流から２番目の製造ユニットから得られる酸成分捕捉液に限定されない。製造装置１において、最上流から２番目以降の少なくとも何れかの製造ユニットから得られる酸成分捕捉液は、本実施形態に係る製造方法において得られる第２酸成分捕捉液といえる。

【0059】

本実施形態に係る製造方法の具体的な例については、「製造装置」の項目にて説明した通りであるため、ここでは説明を省略する。

【0060】

〔回収方法〕
また、本発明の一実施形態に係る製造方法により製造した第２酸成分捕捉液を取得する取得工程と、得られた第２酸成分捕捉液から酸成分を分離する回収工程とを含む酸成分の回収方法についても、本発明の一態様に含まれる。

【0061】

取得工程の実施方法は、一般的な方法により行われてよい。取得工程は、例えば、第２分離装置２５から分離された第２酸成分捕捉液を直接汲み取る工程であってもよく、第２酸成分捕捉液を、液体流通路等を通して取得する工程であってもよい。

【0062】

回収工程の実施方法についても、一般的な方法により行われてよく、例えば、第２酸成分捕捉液を加熱して捕捉剤と酸成分との結合を外す工程であってもよい。

【0063】

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る製造装置は、複数の製造ユニットが接続されてなる酸成分捕捉液の製造装置であって、前記複数の製造ユニットのうち、２つの連続する製造ユニットをそれぞれ第１製造ユニットおよび第２製造ユニットとすると、前記第１製造ユニットおよび前記第２製造ユニットのそれぞれは、酸性ガスを供給するガス供給ラインと、前記酸性ガスに含まれる酸成分を捕捉する捕捉剤を含有する捕捉液を供給する液供給ラインと、前記ガス供給ラインから供給される前記酸性ガスと、前記液供給ラインから供給される前記捕捉液とを流通して接触させ、前記酸成分を含有する酸成分捕捉液を得る接触ラインと、前記接触ラインを通過した、前記捕捉液と接触後の前記酸性ガスと、前記酸成分捕捉液とを分離する分離装置と、を有し、前記第１製造ユニットの前記接触ラインと、前記第２製造ユニットの前記液供給ラインとが、前記第１製造ユニットの前記分離装置を介して接続しており、前記第１製造ユニットの前記分離装置により分離された前記酸成分捕捉液が、前記第２製造ユニットにおいて前記捕捉液として前記液供給ラインに供給される。

【0064】

本発明の態様２に係る製造装置は、前記態様１において、前記第１製造ユニットの前記ガス供給ラインから供給される前記酸性ガスである第１酸性ガスと、前記第２製造ユニットの前記ガス供給ラインから供給される前記酸性ガスである第２酸性ガスとは、含有する前記酸成分の濃度が互いに異なっていてもよい。

【0065】

本発明の態様３に係る製造装置は、前記態様２において、前記第２酸性ガスが含有する前記酸成分の濃度は、前記第１酸性ガスが含有する前記酸成分の濃度よりも高くてもよい。

【0066】

本発明の態様４に係る製造装置は、前記態様２または３において、前記第２酸性ガスは、前記第１製造ユニットの前記分離装置により分離された前記酸性ガスであってもよい。

【0067】

本発明の態様５に係る製造装置は、前記態様１から４の何れかにおいて、前記酸成分は二酸化炭素であってもよい。

【0068】

本発明の態様６に係る製造装置は、前記態様１から５の何れかにおいて、前記捕捉液は、前記捕捉剤として少なくとも一種の有機アミン化合物を含んでいてもよい。

【0069】

本発明の態様７に係る製造装置は、前記態様１か６の何れかにおいて、前記接触ラインは、微細流路として構成されていてもよい。

【0070】

本発明の態様８に係る製造システムは、前記態様１から７の何れかに記載の製造装置を複数備える製造システムであって、複数の前記製造装置は互いに接続しており、そのうち２つの連続する前記製造装置をそれぞれ第１製造装置および第２製造装置とすると、前記第１製造装置が備える少なくとも何れかの製造ユニットが有する分離装置により酸成分捕捉液と分離された酸性ガスは、前記第２製造装置が備える少なくとも何れかの製造ユニットが有するガス供給ラインに供給される。

【0071】

本発明の態様９に係る製造方法は、前記態様１から７の何れかに記載の製造装置により、前記酸成分捕捉液を製造する製造方法であって、前記第１製造ユニットにおいて、前記捕捉液と前記酸性ガスとを接触して第１酸成分捕捉液を得る第１捕捉工程と、前記第１酸成分捕捉液と前記酸性ガスとを前記第２製造ユニットに供給し、前記第１酸成分捕捉液と前記酸性ガスとを接触して第２酸成分捕捉液を得る第２捕捉工程と、を含む。

【0072】

本発明の態様１０に係る酸成分の回収方法は、前記態様９に記載の製造方法により製造した前記第２酸成分捕捉液を取得する取得工程と、前記第２酸成分捕捉液から前記酸成分を分離する回収工程と、を含む。

【実施例0073】

本発明の一実施例について、以下に説明する。本発明の実施例としては、製造装置１を用いて二酸化炭素を含む酸性ガス中の二酸化炭素を捕捉し、捕捉量を検討した。比較例としては、単一の製造ユニットを有する酸成分捕捉液の製造装置を用いて、二酸化炭素を含む酸性ガス中の二酸化炭素を捕捉し、捕捉量を検討した。

【0074】

（実験条件）
二酸化炭素を含む酸性ガスとしては、流速１００ｃｃ／ｍｉｎで供給される窒素ガスと、流速２０ｃｃ／ｍｉｎで供給される二酸化炭素ガスとを混合した混合ガス（二酸化炭素１６．７体積％）を用いた。実施例において、製造装置１が備える３つの製造ユニットには何れも、同じ濃度の二酸化炭素を含有する前記の混合ガスを酸性ガスとして供給した。

【0075】

捕捉液としては、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）を捕捉剤として含む、３０質量％モノエタノールアミン水溶液を用いた。また、製造装置１または比較例に係る製造装置が備える接触ラインは何れも、１／８インチ管（内径２．１７ｍｍ、外径３．１７ｍｍ）により構成される微細流路を用いた。

【0076】

実施例および比較例におけるその他の実験条件および二酸化炭素の捕捉効率（％）の結果について、下記表１に示す。下記表１において、「接触ライン通過時間」は、酸性ガスと捕捉液との混合流体が接触ラインの入口から出口まで通過するのに要する時間（捕捉反応時間）を示す。また、「総接触時間」は、製造装置１または比較例に係る製造装置に供給される全ての酸性ガスおよび捕捉液が、混合流体として接触ラインを流通したトータルの時間を示す。

【0077】

また、二酸化炭素の捕捉効率は、酸性ガス中の二酸化炭素量（体積％）について、接触ラインへの供給後に減少した割合を示す。実施例については、第１製造ユニット１０単独での捕捉効率を「第１」、第２製造ユニット２０単独での捕捉効率を「第２」、第３製造ユニット３０単独での捕捉効率を「第３」としてそれぞれ示した。

【0078】

【表1】

【0079】

実施例では、３つの製造ユニットを備える製造装置１を用いたため、酸性ガスと捕捉液との混合流体は、各製造ユニットの接触ラインをそれぞれ流通する。例えば、前記混合流体は、３つの接触ラインをそれぞれ４秒かけて流通するため、前記表１では、「４ｓｅｃ（×３）」と記載している。捕捉液供給量、二酸化炭素供給量および総接触時間についても同様である。

【0080】

比較例では、接触ラインの長さまたは接触ライン内の圧力を変更して、各条件における二酸化炭素の捕捉量を検討した。接触ライン内の圧力は、接触ラインに一般的な背圧弁を設けることにより調整した。接触ライン内の圧力を高めることで、捕捉液中における酸性ガスの気泡の体積が低減し、捕捉液と酸性ガスの気泡との接触面積が増加する。また、酸性ガスの気泡について、体積あたりの酸成分の濃度（モル数）が上昇し、捕捉液と酸性ガスの気泡との接触時間も長くなる。これにより、捕捉液への二酸化炭素の捕捉効率上昇が得られると考えられる。

【0081】

（実験結果）
図５に、実施例における捕捉液中の二酸化炭素含有量α（ｍｏｌ ＣＯ_２／ｍｏｌ ＭＥＡ）および各製造ユニットでの二酸化炭素の捕捉効率（％）を示した。図５において、各製造ユニットに供給される捕捉液のαの値から、第１製造ユニット１０の結果は「ＣＯ２ ｌｅａｎ－ＭＥＡ」として示している。これは、第１製造ユニット１０には二酸化炭素を未捕捉（α＝０）の捕捉液が供給されるためである。また、第２製造ユニット２０の結果は「ＣＯ２ ｒｉｃｈ－ＭＥＡ［α＝０．２２］」、第３製造ユニット３０の結果は「ＣＯ２ ｒｉｃｈ－ＭＥＡ［α＝０．４１］」として示している。

【0082】

実施例では、最終的な酸成分捕捉液のαが０．４６となった。これは、捕捉液の二酸化炭素捕捉キャパシティの上限値に対して、約８７％に相当する二酸化炭素が捕捉されたことを示す。実施例における捕捉反応時間は実質１２秒（４秒×３）であり、極めて高い時間効率により二酸化炭素を捕捉可能なことが示された。

【0083】

次に、図６に、各比較例の結果について、捕捉液中の二酸化炭素含有量α（ｍｏｌ ＣＯ_２／ｍｏｌ ＭＥＡ）と、前記混合流体の接触ラインの通過時間との関係を示した。図６には、比較例に係る捕捉液のαの上限値であるα＝０．０３００と、バッチ吸収（捕捉液中に単に酸性ガスを吹き込む）により二酸化炭素を捕捉した捕捉液のα＝０．０１８８の値を、それぞれ参考値として示している。なお、捕捉液のαの上限値は、実験装置の条件等により変化し得ることから、実施例と比較例とでは捕捉液のαの上限値は異なる。実施例および比較例に示すように、実験条件ごとにαの上限値を取得し、当該上限値に対してそれぞれの実験により得られた値を比較すればよい。

【0084】

各比較例の結果から、接触ラインにおける捕捉反応時間（Residence time in the micro-channel）を長くすることで、αの値が向上することが示された。最も捕捉反応時間が長い、接触ラインの長さを５０ｍとし接触ラインの圧力を０．２ＭＰａとした条件において、最も高いαの値が得られた。当該条件のα＝０．０２５８は、捕捉液の二酸化炭素捕捉キャパシティの上限値に対して、約８６％に相当する二酸化炭素が捕捉されたことを示す値である。しかし、この条件は２００秒以上の捕捉反応時間を要するものであった。また、捕捉反応時間が長くなるほど二酸化炭素捕捉量の上昇効率は低下し、捕捉反応時間が約５０秒を超えた時点から二酸化炭素捕捉量の上昇はほとんど見られなくなっていた。

【0085】

以上の結果から、本発明の一実施形態に係る製造装置１を用いることで、従来法よりも極めて高い時間効率により、酸性ガスから二酸化炭素等の酸成分を捕捉可能であることが示された。

【0086】

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態および各実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。異なる実施形態または実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0087】

１ 製造装置
１０ 第１製造ユニット（製造ユニット）
１１ 第１ガス供給ライン（ガス供給ライン）
１２ 第１液供給ライン（液供給ライン）
１４ 第１接触ライン（接触ライン）
１５ 第１分離装置（分離装置）
２０ 第２製造ユニット（製造ユニット）
２１ 第２ガス供給ライン（ガス供給ライン）
２２ 第２液供給ライン（液供給ライン）
２４ 第２接触ライン（接触ライン）
２５ 第２分離装置（分離装置）
３０ 第３製造ユニット（製造ユニット）
３１ 第３ガス供給ライン（ガス供給ライン）
３２ 第３液供給ライン（液供給ライン）
３４ 第３接触ライン（接触ライン）
３５ 第３分離装置（分離装置）
１００ 製造システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】