2021 Fiscal Year Annual Research Report
Construction of carbon dioxide / hydrocarbon separation and recovery process using protic ionic liquids
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19K05130
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
児玉 大輔 日本大学, 工学部, 准教授 (50307807)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | イオン液体 / 二酸化炭素 / 炭化水素 / 選択性 / 溶解度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球温暖化対策技術の一つとして、二酸化炭素を分離回収し、地中に隔離貯留するCCS技術の開発が進められているが、現状の技術では、吸収液再生時におけるエネルギー消費が著しい。一方、天然ガス採掘の井戸元で炭化水素を分離回収する際、不要な二酸化炭素と同時に、天然ガス液中のエタンやプロパン、イソブタンなどの大半が回収され、分離も困難である。本研究では、新規ガス吸収液(プロトン性イオン液体)の二酸化炭素及び炭化水素の溶解メカニズムや選択性を解明するとともに、平衡物性・輸送物性・熱物性との関連性を解明に取り組んできた。
例えば、プロトン性アミジウム系イオン液体[DMAH][TFSA]、[DMPH][TFSA]のCO2溶解度は、圧力上昇に伴い増加する典型的な物理吸収の挙動を示し、[DMAH][TFSA] < [DMPH][TFSA] < [DMFH][TFSA]の順に増加した。一方、プロトン性イオン液体のCH4溶解度は、CO2溶解度に比べ1/6程度となり、[DMFH][TFSA] < [DMAH][TFSA] < [DMPH][TFSA]の順に増加した。2 MPaにおけるCO2とCH4溶解度比からCO2/CH4選択性を決定したところ、[DMFH][TFSA]が最も高いCO2/CH4選択性を示し、アシル鎖が長くなる[DMAH][TFSA]、[DMPH][TFSA]の順に低下した。
さらに、量子科学計算と機械学習に基づきCO2吸収能に優れるイオン液体を選定し、実際にCO2溶解度をすることで計算結果を検証した。さらに、CH4、C2H6、C2H4溶解度も測定し、分離選択性に及ぼすイオン液体の構造について考察した。
得られた一連の測定データに基づき、プロトン性イオン液体を利用したガス分離回収プロセスモデルの経済性評価も進め、優位性を見出した。
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