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公開番号2025086680
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-09
出願番号2023200852
出願日2023-11-28
発明の名称固体吸収材ならびにそれを用いた酸性ガスの吸収および脱離方法
出願人川崎重工業株式会社
代理人個人,個人
主分類B01D 53/14 20060101AFI20250602BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】本発明は、低吸湿性であり、かつ効率よく酸性ガス、特に二酸化炭素を可逆的に吸収することができる固体吸収材を提供する。
【解決手段】固体吸収材は、酸性ガスを可逆的に吸収する固体吸収材であって、多孔質基材と、前記多孔質基材に担持された酸性ガス吸収薬剤とを含み、前記酸性ガス吸収薬剤は、下記一般式(1)、(2)および(3)のうちのいずれかで表される少なくとも1つのアミンを含む。
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(式(1)、(2)および(3)中、R¹は基:-(CH₂)_l-NH-[(CH₂)₂NH]_m-(CH₂)_n-CH₃で表され、かつ、R¹において、lは1または2を示し、mおよびnはそれぞれ独立して0～2の整数を示す。)
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
酸性ガスを可逆的に吸収する固体吸収材であって、
多孔質基材と、前記多孔質基材に担持された酸性ガス吸収薬剤とを含み、
前記酸性ガス吸収薬剤は、下記一般式（１）、（２）および（３）のうちのいずれかで表される少なくとも１つのアミンを含む、固体吸収材。
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29
155
（式（１）、（２）および（３）中、Ｒ
１
は基：－（ＣＨ
２
）
ｌ
－ＮＨ－［（ＣＨ
２
）
２
ＮＨ］
ｍ
－（ＣＨ
２
）
ｎ
－ＣＨ
３
で表され、かつ、Ｒ
１
において、ｌは１または２を示し、ｍおよびｎはそれぞれ独立して０～２の整数を示す。）
続きを表示（約 770 文字）【請求項２】
前記アミンは、下記（１－１）、（１－２）、（２－１）および（３－１）のうちのいずれかで表される構造を有する、請求項１に記載の固体吸収材。
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99
158
【請求項３】
酸性ガスを可逆的に吸収する固体吸収材であって、
多孔質基材と、前記多孔質基材に担持された酸性ガス吸収薬剤とを含み、
前記酸性ガス吸収薬剤は、下記一般式（４）で表される少なくとも１つのアミンを含む、固体吸収材。
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2025086680000017.jpg
36
121
（式（４）中、２つのＲ
２
基は同一または異なる構造であってもよく、ｐは２または３を示し、ｑは２～５の整数を示し、かつ、Ｒ
２
は下記Ｒ
２
（１）～Ｒ
２
（９）：
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2025086680000018.jpg
101
154
のうちのいずれかで表される基である。）
【請求項４】
前記アミンは、下記（４－１）～（４－６）のうちのいずれかで表される構造を有する、請求項３に記載の固体吸収材。
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2025086680000019.jpg
140
127
【請求項５】
請求項１～４のいずれか１項に記載の固体吸収材に処理対象のガスを接触させて酸性ガスを吸収させる工程と、
酸性ガスを吸収した前記固体吸収材に、蒸気を接触させることによって、前記固体吸収材から酸性ガスを脱離させる工程と、を含む、酸性ガスの吸収および脱離方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸性ガスを可逆的に吸収する固体吸収材、ならびにそれを用いた酸性ガスの吸収および脱離方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、火力発電所、製鐵所の高炉、製鐵所の転炉、ボイラー等の燃焼設備から排出される燃焼排ガスに含まれる、二酸化炭素、ＮＯｘ（窒素酸化物）、ＳＯｘ（硫黄酸化物）、ＨＣｌ等の酸性ガスを可逆的に吸収する固体吸収材が知られている。また、これらの酸性ガス、特に二酸化炭素を大気等から直接捕集するＤＡＣ（ＤｉｒｅｃｔＡｉｒＣａｐｔｕｒｅ）に、このような固体吸収材を適用する技術も開発されている。このような固体吸収材は、一般的に、多孔質基材（例えば多孔質粒子）に、酸性ガスを可逆的に吸収する液状化学物質であるアミンを担持させてなる。
【０００３】
このような固体吸収材の例として、特許文献１には、窒素原子上に少なくとも２つイソプロピル基を有するポリアミンを支持体に担持したポリアミン担持体を含有する二酸化炭素分離材が記載されている。
【０００４】
また、このような固体吸収材の他の例として、特許文献２には、多孔質粒子と、多孔質粒子に担持された酸性ガス吸収剤（例えばアミン）とからなる酸性ガス吸収材が記載されている。特許文献２に記載の酸性ガス吸収材では、多孔質粒子は、直径２ｎｍ以上２００ｎｍ以下のナノメートル領域の細孔径を有するメソ孔と、直径０．２μｍを超えるマイクロメートル領域の細孔径を有するマクロ孔とを含む二元細孔を有し、マクロ孔が空孔であり、メソ孔が酸性ガス吸収剤で充填されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１５－９１８５号公報
特開２０２０－７５２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような酸性ガスを可逆的に吸収する固体吸収材は、一般的に、酸性ガス分離システム（特に二酸化炭素分離システム）において利用される。酸性ガス分離システムとしては、例えばバッチ処理方式、移動層方式（連続処理方式）等のシステムが挙げられる。これらの酸性ガス分離システムでは、固体吸収材に酸性ガスを吸収させる工程と、蒸気等を用いて固体吸収材から酸性ガスを脱離させる工程（すなわち固体吸収材を再生する工程）とが繰り返し行われる。そのため、当該固体吸収材には、酸性ガス、特に二酸化炭素を効率よく吸収および脱離することが求められる。
【０００７】
また、このような酸性ガス分離システムにおいて、固体吸収材が水分を過剰に吸収していると、固体吸収材が粘着性を示し、ハンドリングが悪くなってしまう。固体吸収材のハンドリングが悪いと、固体吸収材の移動を伴う移動層方式のシステムにおいて、固体吸収材の酸性ガスの吸収特性が著しく低下する。バッチ処理方式のシステムにおいても、固体吸収材のハンドリングが悪い場合、固体吸収材の交換作業が困難となる。そのため、固体吸収材は低吸湿性を有すると好適である。
【０００８】
そこで、本発明は、低吸湿性であり、かつ効率よく酸性ガス、特に二酸化炭素を可逆的に吸収することができる固体吸収材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、本発明に到達した。すなわち、本発明は以下の好適な態様を包含する。
【００１０】
本開示の第一の局面に係る固体吸収材は、酸性ガスを可逆的に吸収する固体吸収材であって、
多孔質基材と、前記多孔質基材に担持された酸性ガス吸収薬剤とを含み、
前記酸性ガス吸収薬剤は、下記一般式（１）、（２）および（３）のうちのいずれかで表される少なくとも１つのアミンを含む。
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（式（１）、（２）および（３）中、Ｒ
１
は基：－（ＣＨ
２
）
ｌ
－ＮＨ－［（ＣＨ
２
）
２
ＮＨ］
ｍ
－（ＣＨ
２
）
ｎ
－ＣＨ
３
で表され、かつ、Ｒ
１
において、ｌは１または２を示し、ｍおよびｎはそれぞれ独立して０～２の整数を示す。）
（【００１１】以降は省略されています）

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