−技術資料−●燃焼排ガス向け NOx 耐久性 CO2 回収アミンの開発
有機材料研究所

CO2 利用技術開発グループ

東山本
荘野知佳
敦智宏

2．NOx に対する耐久性

1．はじめに地球温暖化対策として、世界各国でカーボンニュー初めに、MEA と東ソーが開発したアミン A の NOx

トラル宣言が行われ、脱炭素に向けた動きが加速してに対する耐久試験を行った。試験では NO2 ガスを用いる。カーボンニュートラルの達成には省エネ化によいて、窒素（N2）／ CO2 ／ NO2 の混合ガスをアミンる二酸化炭素（CO2）排出量の大幅な削減だけでなく、水溶液に吹き込み（NO2 480 ppm ×約 120 日相当量）、科学技術によって排出された CO2 の分離・回収、資各アミンの分解率を評価した。MEA とアミン A の評源化、有効利用が重要である。これらのうち、分離・価結果を図１に示す。混合ガス吹込み後のアミン水溶回収は、工場から排出される CO2 を回収し化成品原液を NMR とガスクロマトグラフィー分析によってア料として供給可能な技術として注目されている。

ミンの分解率をそれぞれ算出した結果、MEA が 13％

CO2 の分離・回収方法は、化学吸収法、物理吸着法、分解したのに対し、アミン A の分解率は 1％以下であ膜分離法などが知られている。これらのうち、アミンり、NOx に対して高い耐久性を有することを確認し水溶液を用いる化学吸収法は低圧排ガスに含まれる低た。一般に、アミンは NOx と反応することにより、濃度 CO2 の回収システムに有効であり、プラント設分子の構造が変化し、ニトロソアミンが生成するこ備への導入事例が増えている。化学吸収法に用いるアとが知られている 3,4）。また、生成するニトロソアミ

ミンとしては、モノエタノールアミン（MEA）が汎ンは CO2 を吸収しないため、NOx ガスによるアミン用的であり、現在では商業化されている。その他にもの分解は CO2 回収性能の低下につながる。すなわち、

N−メチルジエタノールアミンや 2−アミノ−2−メチル−1アミン A は NOx ガスを吹き込んだ後も分子の構造を−プロパノール、ピペラジンなどを用いた CO2 回収ア保ち、CO2 回収性能の低下が少ないと期待される。

ミンも開発されており

1,2）、アミンの種類によって異なる特性を示すことが報告されている。しかし、アミどの酸性ガスによる分解を受けやすく、NOx や O2 の含有率が高い燃焼ガスを排出する火力発電所や工場では、長期稼働時の耐久性が課題となっている。実際の運用においては、性能を維持するために、分解によって消費されたアミンの補充や交換が定期的に行われており、NOx や O2 に対して高い耐久性を有するアミン

アミンの分解率［％］ン化合物の多くは窒素酸化物（NOx）や酸素（O2）な2015105＜10の開発が求められている。
我々はこれらの課題解決に向けて、高い耐久性と13

図１MEA

アミン A

NOx ガスによるアミンの分解率

CO2 回収性能を有するアミン水溶液の開発に取り組んでいる。本報ではこれまでの技術開発によって NOx及び O2 に対して高耐久性を有し、LNG 燃焼排ガスへ適用可能な CO2 回収用アミン水溶液の開発に成功したので詳細を報告する。

3．O2 に対する耐久性
火力発電所や工場から排出される燃焼排ガスは O2を含有し、その含有量は使用する燃料によって異なり約 3.2 ～ 13.0 vol％と報告されている 5）。そこで、O247

TOSOH Research & Technology Review Vol.67（2023）

に対する耐久性試験を行った。試験は耐圧容器にアミを示すだけでなく、適切な活性化剤を用いることによン水溶液を加え、次に容器内圧が 700 kPaG に達する

り回収性能が格段に向上し、効率的に CO2 を回収すまで O2 ガスを充填した後、130 ℃のヒーターで 24 時ることが可能である。

間加熱撹拌した。耐久性は各アミンの分解率によって評価し、MEA とアミン A の評価結果を図２に示した。
ガスクロマトグラフィー分析から各アミンの分解率を解析した結果、MEA が 27％分解したのに対し、アミ5．CO2 回収実証試験設備での長期連続試験［1］CO2 回収設備

ン A の分解率は 3％であった。アミン化合物は O2 と我々が新たに開発したアミン A はラボ試験におい反応することにより、分解反応が進行し、ギ酸や酢酸て、NOx と O2 に対して汎用アミンの MEA よりも高6）が生成することが知られている 。これら酸の生成は、い耐久性を示した。さらに、アミン A に添加剤を加え溶液中のアミンと中和反応により CO2 の吸収を阻害ること（東ソー剤）で CO2 回収性能が向上することするだけでなく、CO2 回収設備の腐食にもつながる。

を見出した。そこで、我々は社内プラントに CO2 回

一方、アミン A では分解率が低いことから、劣化生成収ベンチ設備（図４）を建設し、燃焼排ガスに含まれ物の蓄積も少ない。すなわち、O2 に対して高い耐久る CO2 の分離・回収実証試験を実施した。実証試験性を示すだけでなく劣化生成物蓄積による性能低下もでは化学吸収法で最も採用されており、商業化が進ん少ないことが示唆された。

でいる 2 塔式循環プロセスを採用した。本プロセスは吸収塔と放散塔、熱交換器で構成された装置を用いた。
設備の概要図を図５に示し、排気ガスからの CO2 分離・アミンの分解率［％］3530

回収プロセスを以下に説明する。

28⑴

25

燃焼排ガスが吸収塔下部から供給され、吸収20

塔上部から流れるアミンと接触して排ガス中の15CO2 を吸収する。
⑵

10350

図２MEA

アミン A

CO2 を吸収したアミンは吸収塔下部から熱交換器により予備加熱された後に放散塔上部へ送液される。

O2 ガスによるアミンの分解率
350

313

4．CO2 回収量
次 に CO2 回 収 量 の 評 価 を 行 っ た。 評 価 は 低 濃 度
CO2 を含む排気ガスを想定して、N2 ／ CO2 混合ガス（N2／ CO2 ＝ 80％／ 20％）を吹込み、CO2 回収量はアミン

CO2 回収量［％］

300200150100

溶液と接触した後の混合ガスに含まれる CO2 濃度を50測定し、吹込みガスとの差分から算出した。吸収と放0散はそれぞれ 40 ℃と 100 ℃の加温条件下で行った。
MEA とアミン A の評価結果を図３に示す。MEA 水

図３230250100MEA

アミン A

東ソー剤

CO2 回収量（MEA の回収量＝100％）溶液の CO2 回収量を 100％とした場合に対して、アミン A の溶液では 2.3 倍の回収量を示した。さらに回収量を増加させるために添加剤の検討を行った結果、アミン A と添加剤を含む CO2 回収剤（東ソー剤）はア燃焼排ガスの組成

ミン A だけ使用した場合と比較して回収量がさらにCO2増加し、MEA と比較して約 3.1 倍の回収量を示した。
この結果から、添加剤は CO2 吸収放散性能の活性化剤として働き、回収量が向上したと考えられる。これ
らの結果からアミン A は MEA よりも優れた回収性能
48

図４10％未満

O210％未満NOx

最大 80ppm

CO2 回収実証試験設備と排ガスの組成

東ソー研究・技術報告第 67 巻（2023）

脱 CO2 ガス

O2NOx

回収アミン＋CO2

回収 CO2 ガス

熱交換器

CO2NOx O2 CO2：回収アミン：CO2：O2

吸収塔：NOx

図５⑶⑷2 塔式循環装置の概要

CO2 を吸収したアミンは放散塔内で加熱されるず、高い残存率を保っていた。これらの結果から、新ことにより、アミンが CO2 を放散することにたに開発した東ソー剤は NOx と酸素を含む燃焼排ガより、アミンが再生される。この時に放散されスを用いた実証試験においても、アミンの劣化及び回た CO2 は放散塔上部から高濃度 CO2 ガスとし収性能の低下は見られず、CO2 回収性能を維持できるて回収される。

ことが明らかとなった。

再生されたアミンは熱交換器によって冷却された後に、再び吸収塔上部へ送液され、新たに排気ガス中の CO2 を吸収する。

⑸

放散塔

6．おわりに我々は、NOx や O2 に対して高い耐久性を示すア

これらのプロセスによってアミンが吸収塔とミンを見出し、改良を重ねることにより CO2 回収性放散塔を循環することにより、燃焼排ガス中の能に優れる CO2 回収剤（東ソー剤）の開発に成功しCO2 を選択的に分離し、高濃度の CO2 ガスとた。また、2 塔式循環プロセスを採用したベンチ設備して回収する。

での実証試験により、NOx や O2 を含む燃焼排ガスに適用可能であることを実証した。本技術の開発によって回収した CO2 を有効利用することにより、カーボ［2］ベンチ実証試験
実証試験では定期的にサンプリングを行い、アミンニュートラルに向けて GHG 排出量の削減への貢献

ンの分解率と排気ガスからの CO2 回収率を確認した。

を目指す。現在は、本成果を基に燃焼排ガスから CO2

実証試験中の経時変化を図６に示す。120 日間の試を回収し、CO 製造原料として有効利用するために

験結果では CO2 回収率の低下は確認されず、平均で実プラントへの回収設備設置に向けて設計を行ってい90％以上を維持していた。また、運転開始時のアミンる 7）。の残存率を 100％とし、ガスクロマトグラフィー分析

今後は、各プラントへの適用だけでなく、CO2 回収を行った結果、アミンの残存率の低下はほぼ確認され剤の需要の拡大が見込まれている市場への展開を目指

100

9090808070706060

アミン残存率5050

CO2 回収率

4040
0306090120

運転時間（日）図６

実証試験におけるアミン残存率とCO2 回収率の経時変化たデータの拡充や改良剤の開発を進めていく。
CO2 回収率（％）

アミン残存率（0 日＝100％）

して、課題の抽出及び解決に取り組み、ニーズに合っ
100

引用文献
１）S. Bishnoi and G. T. Rochelle, AlChE J ., 48, 2788 −2799（2002）
２）P. Brúder, A. Grimstvedt, T. Mejdell, and H. F.
Svendsen, Chem. Eng. Sci ., 66, 6193 − 6198（2011）３）K. Yu, M. C. Reichard, N. Dai, Ind. Eng . Chem.

Res ., 55, 2604 − 2614（2016）
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４）S. A. Mazari, P. Alaba, I. M. Saeed, J. Environ.

Chem. Eng ., 7, 103111（2019）５）環境省、二酸化炭素海底下地層貯留に関する専門委員会（第 2 回） 議事次第、参考資料 1６）C. Gouedarda, D. Picq, F. Launayc, P.-L. Carrette,Int, J. Greenh. Gas Control . 10, 244 − 270（2012）７）東ソーニュースリリース、2023 年 4 月 27 日50