2015 Fiscal Year Research-status Report
低周波数超音波を用いたモノエタノールアミン溶液からの二酸化炭素の低温脱離
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15K06638
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
大川 浩一 秋田大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (00375221)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 二酸化炭素 / 脱離 / 超音波 / モノエタノールアミン / CCS / 低温 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
モノエタノールアミン(MEA)が吸着したCO2を低温で脱離するために、28kHz超音波の利用を検討した。本年度は、低濃度MEA(0.2M)にCO2を吸着させ、低温（25℃）における脱離を検討した。超音波の比較として、同実験条件でスターラーを用いて撹拌を行った。MEA溶液へのCO2の吸着は、0.2MのMEA溶液30mLに混合ガス(CO2 10%+N2 90%)を200mL/minで30分間、撹拌を行いながら吹き込むことで行った。その結果、0.2MのMEAは0.16MのCO2を吸着することがわかった。また溶液のpHは11.3から7.3まで低下することがわかった。この溶液(0.16M CO2-MEA溶液)を用いて、超音波照射もしくは撹拌（5分間）を行い、MEA溶液からのCO2脱離率を調べた。CO2脱離の温度依存性を調べるため、25, 40, 60, 80℃の各温度で脱離実験を行ったところ、低温（40℃以下）では超音波の方が脱離率が高く、高温（60℃以上）では撹拌の方が高い結果となった。これは、液温が高くなることで、熱エネルギーによるCO2の脱離が支配的になり、超音波の優位性が薄れたためと考えられる。25℃では、超音波照射の方が優位であったが、その脱離率は16％程度であった。そこで、超音波照射とCaCl2の添加を組み合わせることで、CO2の脱離率の改善を検討したところ、その値は大幅に向上した。本研究では、CO2をガスとして回収し、炭酸カルシウムの生成量をなるべく抑制することが目的であるため、超音波照射と組み合わせる塩化カルシウムの濃度を低下させたところ、Ca/MEA比が0.05 (0.01 M-CaCl2 / 0.20 M-MEA)の条件において、特異な結果が得られ、ガスとしてのCO2脱離率が高い値(31%)を示した。これは、溶液中のカルシウム濃度が低いことから、難溶性の塩である炭酸カルシウムの生成量が少なく、その結果、溶液内に豊富に存在する二酸化炭素と反応し、炭酸水素カルシウムとなり溶解したことが要因と考えられる。超音波はこの一連の反応および脱気を促進したと推測される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
0.2Mモノエタノールアミン(MEA)に吸着するCO2量を実験的に確認し、その量は0.16Mであることがわかった。この0.16M CO2を吸着した0.2MMEAからCO2を脱離するために、超音波および撹拌を用いて、その脱離量を調べた。CO2脱離量に関しては、温度依存性を有することを確認した。MEAからのCO2脱離量は、40℃以下の低温では超音波が優位で、高温（60℃以上）では撹拌が優位であることがわかった。また、塩化カルシウムの添加効果も明らかにした。これら結果を国内学会（4件）および国際学会(1件）で発表するとともに、論文として報告した。現在の進捗は、当初予定していた計画をおおむね満たしていることから、現在までの進捗状況は良好であるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
低濃度のモノエタノールアミン(MEA)からのCO2脱離（25℃）において、超音波の利用は効果的であり、さらに塩化カルシウムを添加することで、その脱離量が増加することを明らかにした。今後は、さらに濃度が高いMEAに対して、超音波のCO2脱離作用を調べるとともに、塩化カルシウムの添加効果についても調べる。さらには、生成する炭酸カルシウムの特徴についても、分析を行うことで明らかにし、本年度も論文発表できるよう、研究を進める。
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| Causes of Carryover |
実験がスムーズに進んだこと、また、連続的な実験を行っていたため、振動子を新しくするタイミングを失った。また、基礎的な段階であったため、データ量も比較的少なく、データ整理補助として学生アルバイトを予定していたが、雇用しなかったので、残金が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今年度は、昨年度予定していた、振動子の買い替え、もしくは振動板の張替えを行う。また、次年度は条件を変えて、連続的に実験を行っていくために、今年度使用予定の人件費も含めて、次年度は雇用し、実験およびデータ整理を補佐してもらうことで、計画的に実験を進める。
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