Development and evaluation of a highly efficient carbon dioxide absorption and desorption system using pure liquid amine

使用纯液胺的高效二氧化碳吸收和解吸系统的开发和评估

基本信息

批准号：
22K19876
负责人：
鹿又宣弘
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

地球温暖化対策の一つに二酸化炭素貯留回収技術 (CCS) があり、CO2の大規模回収に優れたアミン水溶液の開発が盛んに行われている。我々は主鎖の中央に2級アミン部位、両末端に3級アミン部位を有するジエチレントリアミン誘導体（DETAs）を純液体として用いることで、エネルギー効率の高いCO2回収系を構築できると考え研究に着手した。市販原料より短工程で所望のDETAsを7種類合成した。これらのDETAsと参照物質であるモノエタノールアミン（MEA）、およびジエタノールアミン (DEA) に対してCO2吸収・放散性能評価を行った。CO2吸収測定は、アミン5 gに模擬排気ガス (CO2濃度 13% in N2) を流速100 mL/minで通気して行った。またCO2放散測定は、CO2吸収後のアミンを85 °Cで1時間攪拌する条件で行った。その結果、DETAsのモル当たりでのCO2吸収量はMEAに対しては最大でも1.06倍と微増であったが、DEAに対しては最大で1.5倍に達することを見出した。特に、両端に鎖状の3級アミン部位を有するDETAsは、3級アミン部位に置換するアルキル基が短いものほど吸収・放散の両面に優れた性能を示すことが示された。また、IRおよびNMR測定結果から、CO2吸収後にカルバミン酸が生じていることを明らかとした。さらに、実用性の上で重要なCO2放散率を測定したところ、参照物質である純液体のMEA、DEAはそれぞれ0.4%、2.2%とほとんどCO2を放散しなかったのに対し、DETAsはいずれも80%以上の高い放散率を示し、繰り返し試験にも再現性の高い吸収放散性を示した。中でも末端3級アミン部位にエチル基を有するDETAの場合は放散率が100%に達したことから、吸収したCO2をすべて放散する高効率なアミン液の開発に成功したといえる。

二氧化碳储存与捕获技术（CCS）是应对全球变暖的对策之一，目前正在积极开发适合大规模捕获二氧化碳的胺水溶液。我们开始研究利用二乙烯三胺衍生物（DETA）构建高能效的二氧化碳回收系统，该衍生物在主链中心有一个仲胺位点，在两端有一个叔胺位点，作为纯液体。使用市售原材料在更短的过程中合成了七种所需的 DETA。对这些 DETA 以及参考物质单乙醇胺 (MEA) 和二乙醇胺 (DEA) 的 CO2 吸收/耗散性能进行了评估。 CO2 吸收测量是通过将模拟废气（N2 中 CO2 浓度为 13%）以 100 mL/min 的流速通过 5 g 胺来进行的。另外，CO2排放量的测定是在吸收CO2后的胺在85℃下搅拌1小时的条件下进行的。结果发现，每摩尔DETA的CO2吸收量与MEA相比最多增加1.06倍，但与DEA相比最大达到1.5倍。特别地，表明两端具有链状叔胺部分的DETA随着叔胺部分上取代的烷基较短而在吸收和发射方面表现出更好的性能。此外，红外和核磁共振测量表明，吸收二氧化碳后产生了氨基甲酸。此外，当我们测量对于实用性很重要的CO2排放率时，我们发现作为参考物质的纯液体MEA和DEA分别在0.4%和2.2%时几乎不排放CO2，而DETA则排放不多CO2.表现出超过80%的高消散率，即使在重复测试中也表现出高度再现的吸收和消散性能。其中，对于末端叔胺位点具有乙基的DETA来说，排放率达到了100%，因此可以说我们成功地开发了一种高效的胺液，可以驱散所有吸收的胺液。二氧化碳。