ガス分離回収装置及びガス分離回収方法
【課題】装置の小型化を図りつつ、混合ガス中の窒素酸化物を好適に分離回収する。
【解決手段】少なくとも窒素酸化物を含む混合ガスから窒素酸化物を分離し回収するガス分離回収装置２０において、窒素酸化物を吸収する吸収液体を貯蔵する貯蔵手段（タンク２１）と、貯蔵手段により貯蔵された吸収液体を混合ガスに接触させる気液接触手段（気液接触器２４）と、気液接触手段により混合ガスに接触させた後の吸収液体を回収する液体回収手段（回収配管２５、回収器２６）とを備える構成とし、吸収液体として、窒素酸化物を化学吸収するイオン液体を用いる。
【解決手段】少なくとも窒素酸化物を含む混合ガスから窒素酸化物を分離し回収するガス分離回収装置２０において、窒素酸化物を吸収する吸収液体を貯蔵する貯蔵手段（タンク２１）と、貯蔵手段により貯蔵された吸収液体を混合ガスに接触させる気液接触手段（気液接触器２４）と、気液接触手段により混合ガスに接触させた後の吸収液体を回収する液体回収手段（回収配管２５、回収器２６）とを備える構成とし、吸収液体として、窒素酸化物を化学吸収するイオン液体を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分離回収装置及びガス分離回収方法に関し、詳しくは、車載エンジン等の排気中に含まれる窒素酸化物を分離回収するガス分離回収装置及びガス分離回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学プラントや自動車などから排出される排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を分離回収する装置が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、ＮＯｘなどの分離回収の対象となる物質を吸収可能な液体を浄化装置内に貯蔵しておき、この浄化装置内にエンジンの排気を導入して液体を撹拌することにより、排気中からＮＯｘ等を除去することが開示されている。また、同文献１には、液体を冷却する冷却装置を設け、排気高温時においても液体の蒸発が抑制されるようにしている。なお、ＮＯｘを吸収可能な液体としては、例えば水やアルカリ水溶液などが一般に使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３３４２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、水やアルカリ水溶液などのような蒸発しやすい液体にＮＯｘを吸収させる場合、上記特許文献１のように、液体の蒸発を抑制するための冷却装置などの付帯設備が必要になり、装置が大型化することが懸念される。また、水やアルカリ水溶液ではＮＯｘの吸収密度がさほど高くなく、例えば車両などの移動発生源に適用する場合に、多量の液体を貯蔵可能な大型の装置を搭載する必要が生じたり、あるいは液体の供給を頻繁に行う必要が生じたりする等、実用化の妨げになることも考えられる。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、装置の小型化を図ることができ、しかも混合ガス中のＮＯｘを好適に分離回収することができるガス分離回収装置及びガス分離回収方法を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記のような従来技術の課題を解決すべく鋭意検討した結果、イオン液体による化学吸収を利用してＮＯｘの分離回収を行うことで上記課題を解決可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明により以下のガス分離回収装置及びガス分離回収方法が提供される。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、少なくとも窒素酸化物を含む混合ガスから窒素酸化物を分離し回収するガス分離回収装置であって、窒素酸化物を吸収する吸収液体を貯蔵する貯蔵手段と、前記貯蔵手段により貯蔵された吸収液体を前記混合ガスに接触させる気液接触手段と、前記気液接触手段により前記混合ガスに接触させた後の吸収液体を回収する液体回収手段と、を備え、前記吸収液体として、窒素酸化物を化学吸収するイオン液体を用いることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収するＮＯｘ吸収液体としてイオン液体を用いるため、高温環境下においてもＮＯｘ吸収液体がほとんど蒸発せず、例えば液体を冷却するための冷却装置などの付帯設備を設けなくても、ＮＯｘの分離回収を好適に行うことができる。また、イオン液体は単位量あたりのＮＯｘ吸収量が多く（吸収密度が高く）、ＮＯｘ吸収能も優れている。
【０００９】
さらに、ガス吸収の態様としては、化学吸収の他に物理吸収があるが、物理吸収の場合では、イオン液体に吸収されたＮＯｘが抜けやすいため、混合ガスとイオン液体との接触後においてイオン液体が多量のＮＯｘを吸収した状態を維持するには、接触後のイオン液体を高圧状態にしておく必要がある。これに対し、上記構成では、化学吸収を利用するものであることから、イオン液体がＮＯｘを多量に吸収した状態を常圧でも安定に維持することができ、加圧のための装置を設けなくて済む。以上より、本発明によれば、装置の小型化を図りつつ、混合ガス中のＮＯｘを好適に分離回収することができる。
【００１０】
上記のイオン液体としては、アニオンとして−ＣＯＯ−を有するイオン液体、つまりカルボン酸塩を用いるのが好ましい（請求項２）。また、カルボン酸塩のアニオンとしては、ＣｎＨ２ｎ＋１ＣＯＯ−（但し、ｎは０〜１０の整数である。）で表されるアルキルカルボン酸イオン及びその誘導体からなる群より選ばれる少なくとも１種であるのが好ましい（請求項３）。
【００１１】
本発明者らが検討したところ、カルボン酸塩からなるイオン液体は、水や、ＣＯ２吸収能に優れたイオン液体（例えば１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（［ＢＭＩＭ］［Ｔｆ２Ｎ］）など）に比べて単位量あたりのＮＯｘ吸収量が多く（吸収密度が高く）、ＮＯｘ吸収液体として好適に使用することができる。また、本発明者らは、カルボン酸塩からなるイオン液体では、ＣＯ２の吸収密度よりもＮＯｘの吸収密度の方が高いという知見を得た。このことから、イオン液体としてカルボン酸塩を用いることにより、特にＣＯ２とＮＯｘとを含む混合ガスにおいてＮＯｘ吸収を効率よく行うことができる。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明のように、前記液体回収手段により回収したイオン液体を再生する再生手段を備える構成とするとよい。例えば、従来のように水やアルカリ水溶液（例えばＮａＯＨ水溶液やＮＨ３水溶液）でＮＯｘ吸収を行う場合、ＮＯｘは硝酸として水に吸収され、回収後の水等を再びＮＯｘ吸収液体に戻して利用することが困難である。これに対し、ＮＯｘを化学吸収可能なイオン液体であれば、例えばイオン交換処理や熱処理、電気化学処理などを用いることにより、イオン液体の再生を容易に行うことができ、ＮＯｘ吸収液体を繰り返し使用することができる。
【００１３】
本発明のガス分離回収装置は、請求項５に記載の発明のように、車両に搭載されたエンジンの排気を浄化する排気浄化システムに適用するとよく、その場合、前記気液接触手段について、前記吸収液体を前記排気に接触させる構成とし、前記液体回収手段について、前記気液接触手段により前記排気を接触させた後の吸収液体を回収する構成とするとよい。
【００１４】
車両などの移動発生源では、水やアルカリ水溶液のようにＮＯｘの吸収密度がさほど高くない液体をＮＯｘ吸収液体として用いた場合、多量の液体を搭載しておくか、あるいは液体の交換を頻繁に行わなければならないといった不都合が生じることが考えられる。また、水やアルカリ水溶液は揮発性が高く、車両のユーザに対して液体の補充を頻繁に要求する必要も生じてしまう。その点、ＮＯｘ吸収液体として上記のイオン液体を用いることにより、搭載する液体の量を少なくすることができるとともに、再生処理によって再利用することにより、液体の交換や補充の頻度を少なくすることができる。
【００１５】
さらに、車載エンジンから排出される排気中のＮＯｘ浄化システムとしては、従来、例えばＮＯｘ吸蔵還元型触媒や、尿素選択還元型触媒が用いられている。しかしながら、これらの装置では、エンジン始動時や軽負荷運転時において排気温度が低いため、触媒の浄化性能を十分に発揮することができず、排気中のＮＯｘを適切に浄化することができないことが懸念される。これに対し、上記イオン液体では、幅広い温度範囲でＮＯｘを効率よく吸収することができるため、排気温度の影響を受けずに排気中のＮＯｘを適切に浄化することができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、少なくとも窒素酸化物を含む混合ガスから窒素酸化物を分離し回収するガス分離回収方法に関するものであり、窒素酸化物を化学吸収するイオン液体を前記混合ガスに接触させる気液接触工程と、前記気液接触工程で、前記混合ガスに接触させた後のイオン液体を回収する液体回収工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明では、ＮＯｘを化学吸収可能なイオン液体を用いて混合ガス中のＮＯｘを分離回収するため、上記発明と同様の効果、つまり、装置の小型化を図りつつ、混合ガス中のＮＯｘを好適に分離回収することができるといった効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】エンジンの排気浄化システムの概略構成図。
【図２】ＮＯｘ吸収性能を評価する際に使用した評価装置の概略構成図。
【図３】実施例１のＮＯｘ吸収能の評価結果を示す図。
【図４】実施例２のＮＯｘ吸収能の評価結果を示す図。
【図５】比較例１のＮＯｘ吸収能の評価結果を示す図。
【図６】比較例２のＮＯｘ吸収能の評価結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化したガス分離回収装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態のガス分離回収装置は、自動車に搭載されたディーゼルエンジンから排出される排気中のＮＯｘを浄化するものであり、エンジンの排気浄化システムとして構築されている。はじめに、図１を参照してこのシステムの構成について説明する。
【００２０】
図１のエンジン排気系において、エンジン本体に接続され排気通路を形成する排気管１１が設けられており、その排気管１１に、排気中のＮＯｘを分離回収するＮＯｘ分離回収装置２０が配設されている。なお、排気にはＣＯ２やＮＯｘ等が含まれており、該排気が混合ガスに相当する。
【００２１】
ＮＯｘ分離回収装置２０はタンク２１を備えており、タンク２１内において、ＮＯｘを吸収する液体であるＮＯｘ吸収液体が貯留されている。タンク２１は、供給配管２２を介して気液接触器２４に接続されている。供給配管２２の途中には循環ポンプ２３が配置されており、循環ポンプ２３が駆動されることで、タンク２１内に貯留されたＮＯｘ吸収液体が気液接触器２４に供給されるようになっている。
【００２２】
気液接触器２４は、排気管１１に配置されており、排気管１１内を流れる排気をその内部に導入して排気とＮＯｘ吸収液体とを接触させる機能を有する。ＮＯｘ吸収液体と排気とを接触させる構成としては特に限定せず、例えば、気液接触器２４内にＮＯｘ吸収液体を貯留するケースを設け、そのケース内に溜めたＮＯｘ吸収液体に対し、撹拌やバブリング等の方法を用いて排気を接触させる構成が挙げられる。あるいは、気液接触器２４内にＮＯｘ吸収液体を保持する保持体を配置し、その保持体にＮＯｘ吸収液体を供給するとともに該保持体に排気を供給することで、ＮＯｘ吸収液体と排気とを接触させる構成、ＮＯｘ吸収液体を排気に直接噴霧する構成などが挙げられる。なお、気液接触器２４にて排気とＮＯｘ吸収液体とを接触させる工程が「気液接触工程」に相当する。
【００２３】
気液接触器２４は、回収配管２５を介して回収器２６に接続されている。これにより、気液接触器２４から排出されるＮＯｘ吸収液体が回収器２６に回収されるようになっている。なお、液体の回収は、例えば回収配管２５にポンプを設け、該ポンプを駆動することにより行ってもよいし、あるいはポンプ等によらず重力を利用して行ってもよい。なお、排気と接触後のＮＯｘ吸収液体を回収配管２５を介して回収器２６に回収する工程が「液体回収工程」に相当する。
【００２４】
回収器２６には、回収後のＮＯｘ吸収液体の再生処理を行う再生器２７が設けられている。回収器２６としては、回収後のＮＯｘ吸収液体からＮＯｘ成分を分離してＮＯｘ吸収液体として再生可能な構成であればよく、例えば化学的処理、熱処理、電気的処理などを利用して回収液体を再生する構成とする。ＮＯｘを分離して再生された吸収液体は、配管２８を介してタンク２１に戻され、再利用される。
【００２５】
次に、上記システムで用いるＮＯｘ吸収液体について詳細に説明する。本システムでは、ＮＯｘを化学吸収可能なイオン液体をＮＯｘ吸収液体として用い、該イオン液体によって排気中のＮＯｘを分離回収する。
【００２６】
ＮＯｘを化学吸収可能なイオン液体（以下、特定イオン液体とも言う。）としては、ＮＯｘ吸収が、カチオン及びアニオンのいずれにより行われるものであってもよく、具体的には、例えばアミノ基を有するカチオンからなる塩、アミノ酸塩、カルボン酸塩などが挙げられる。
【００２７】
ここで、「アミノ基を有するカチオンからなる塩」としては、例えばアルキルアンモニウム、アルキルピリジニウム、アルキルピロリジニウム、アルキルホスホニウム及びアルキルイミダゾリウムなどのアルキル鎖に少なくとも１つ以上のアミノ基が結合されたものを挙げることができる。この場合、アニオンについては特に限定せず、例えばＣｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＰＦ６−、ＢＦ４−、ｐ−ＣＨ３−Ｃ６Ｈ４ＳＯ３−、ＣＦ３ＳＯ３−、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（ＮＣ）２Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ−、ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ３−、（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２Ｎ−、（ＣＦ３ＣＯ）２Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）Ｎ（ＣＯＣＦ３）−、（ＣＨ３Ｏ）２ＰＯＯ−、ＣＨ３ＳＯ３−、ＣＦ３ＢＦ３−、ＨＳＯ４−、Ｃ２Ｈ５ＯＳＯ３−、ＣＨ３（ＯＣＨ２ＣＨ２）２ＯＳＯ３−、ＦｅＣｌ４−、（ＦＳＯ２）２Ｎ−、（ＦＳＯ２）（ＣＦ３ＳＯ２）Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）Ｎ−、（ＮＣ）４Ｂ−、（ＮＣ）３Ｃ−、ＳＣＮ−、（ＣＦ３）３ＰＦ３−、（Ｃ２Ｆ５）３ＰＦ３−などの種々のアニオンを適用することができる。
【００２８】
アミノ酸塩としては、例えば、アスパラギン酸、グルタミン酸等の酸性アミノ酸；リシン、アルギニン、ヒスチジン等の塩基性アミノ酸；グリシン、アラニン（α−アラニン、β−アラニン）、フェニルアラニン、アルパラギン、システイン、グルタミン、イソロイシン、ロイシン、メチオニン、プロリン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシン、バリン等の中性アミノ酸；Ｎ−ベンゾイルアラニン、Ｎ−アセチルフェニルアラニン、Ｎ−アセチルグリシン等のＮ−アシルアミノ酸；などのアミノ酸に由来する陰イオン（アミノ酸イオン）を有する塩が挙げられる。
【００２９】
カルボン酸塩としては、式「Ｒ−ＣＯＯ−」で表されるアニオン（カルボン酸イオン）を有するものであれば特に限定しない。カルボン酸イオンとしては、上記式中のＲが、例えば水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基等のもの及びそれらの誘導体を挙げることができる。
【００３０】
上記Ｒにおけるアルキル基としては、炭素数１〜１０が好ましく、この場合のカルボン酸イオンとして具体的には、例えば酢酸イオン（ＣＨ３ＣＯＯ−）、プロピオン酸イオン（ＣＨ３ＣＨ２ＣＯＯ−）、ブタン酸イオン（ＣＨ３（ＣＨ２）２ＣＯＯ−）、オクタン酸イオン（ＣＨ３（ＣＨ２）６ＣＯＯ−）、デカン酸イオン（ＣＨ３（ＣＨ２）８ＣＯＯ−）等が挙げられる。また、上記Ｒにおけるアルケニル基としては、炭素数２〜１０が好ましく、具体的には、例えばＣ２Ｈ３ＣＯＯ−、Ｃ３Ｈ５ＣＯＯ−、Ｃ４Ｈ７ＣＯＯ−、Ｃ８Ｈ１５ＣＯＯ−等が挙げられる。上記Ｒにおけるアリール基としては、炭素数６〜１０が好ましく、例えば安息香酸イオン（Ｃ６Ｈ５ＣＯＯ−）等が挙げられる。
【００３１】
上記誘導体としては、上記に例示したカルボン酸イオンのそれぞれにおいて、炭素原子に結合する少なくとも１つの水素原子が、例えばフッ素原子、アミノ基、水酸基、シアノ基、ニトロ基、チオール基、スルホ基、環状ジスルフィド等で置換されたものや、あるいは少なくとも１つのメチレン基が、例えばエーテル基、エステル基、カルボニル基等で置換されたもの等が挙げられる。具体的には、例えばトリフルオロ酢酸イオン、ペンタフルオロプロピオン酸イオン、２−ピロリドン−５−カルボン酸イオン、サリチル酸イオン、α−リポ酸イオン、乳酸イオン、酒石酸イオン、馬尿酸イオン、Ｎ−メチル馬尿酸イオン等を挙げることができる。
【００３２】
なお、アミノ酸塩やカルボン酸塩を構成するカチオンは特に限定せず、例えば第４級アンモニウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、ホスホニウム、イミダゾリウムなどの種々のカチオンを適用することができる。これらのうち、例えばイミダゾリウムを用いる場合、その具体例としては、例えば１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウム、１−アルキル−３−（３−シアノプロピル）イミダゾリウム、１−メトキシエチル−３−メチルイミダゾリウム等が挙げられる。
【００３３】
上記の特定イオン液体としては、ＮＯｘの吸収密度が、水や他のイオン液体（例えば［ＢＭＩＭ］［Ｔｆ２Ｎ］）よりも高い点や、ＣＯ２の吸収密度よりもＮＯｘ（特にＮＯ２）の吸収密度が高い点から、特にカルボン酸塩が好ましい。また、カルボン酸塩の中でも、「ＣｎＨ２ｎ＋１ＣＯＯ−（ｎは０〜１０の整数）」で表されるアニオン（アルキルカルボン酸イオン）又はその誘導体からなる塩がより好ましく、アルキルカルボン酸イオンからなる塩が更に好ましい。
【００３４】
なお、上記の排気浄化システムにおけるＮＯｘ吸収液体としては、上記特定イオン液体として例示したうちの１種のみを用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、ＮＯｘ吸収液体は、上記特定イオン液体のみを含んでいてもよいし、特定イオン液体以外の液体（例えば、特定イオン液体以外の他のイオン液体）を更に含んでいてもよい。
【００３５】
上記に例示した特定イオン液体の吸収対象であるＮＯｘとしては、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｎ２Ｏ３、Ｎ２Ｏ４、Ｎ２Ｏ５など種々の窒素酸化物が挙げられる。これらの中でも、特にＮＯ２が好ましい。
【００３６】
気液接触器２４におけるＮＯｘ分離に際しては、上記の特定イオン液体又は特定イオン液体を含む液体と、ＮＯｘを含むガスとを接触させる。接触の温度条件や圧力条件は適宜設定すればよいが、例えば−８０℃〜３００℃以下の温度条件下、０ＭＰａよりも高く５０ＭＰａ以下の圧力条件下で接触させる。イオン液体は蒸気圧がほとんどなく、液体温度範囲が広いなどの特性を有することから、上記のとおり広い温度範囲かつ広い圧力範囲でＮＯｘ吸収を行うことが可能である。
【００３７】
気液接触器２４で排気に接触させた後のイオン液体を回収する際、その温度条件や圧力条件についても特に限定しない。特に、ＮＯｘ吸収液体としてＮＯｘを化学吸収可能なイオン液体を用いることで、排気との接触後のイオン液体を高圧状態にしておく必要がなく、常圧でもＮＯｘを多量に吸収した状態を安定に保持できる点で優れている。
【００３８】
ＮＯｘ吸収液体を特定イオン液体とした場合の再生器２７の構成としては、例えば、（１）気液接触器２４から回収したイオン液体を加熱する加熱手段としてヒータを設け、該ヒータにより加熱する構成、（２）回収したイオン液体中に一対の電極を浸し、一対の電極間に電圧を印加することでＮＯｘを還元浄化する構成などが挙げられる。あるいは、（３）イオン交換樹脂を充填したカラムを設け、気液接触器２４から回収したイオン液体をカラム内に通すことにより行う構成、（４）イオン交換樹脂を入れた容器を設け、気液接触器２４から回収したイオン液体を容器内で撹拌混合して行う構成としてもよい。
【００３９】
以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。
【００４０】
ＮＯｘ吸収液体としてイオン液体を用いるため、高温環境下においても液体がほとんど蒸発せず、液体の冷却装置などの付帯設備を設けなくてもＮＯｘの分離回収を好適に行うことができる。特に、イオン液体による化学吸収を利用するものであることから、高圧状態を維持するための付帯設備を設けなくても、イオン液体と排気との接触後において、イオン液体がＮＯｘを多量に吸収した状態を常圧で安定に維持することができる。その結果、装置の小型化を図ることができる。
【００４１】
特に、イオン液体としてカルボン酸塩を用いることにより、水やＣＯ２吸収イオン液体（例えば［ＢＭＩＭ］［Ｔｆ２Ｎ］）よりもＮＯｘ吸収を好適に行うことができる。これにより、多量の液体を車両に搭載したり液体の交換を頻繁に行ったりするのを回避することができる。また、カルボン酸塩からなるイオン液体では、ＣＯ２の吸収密度よりもＮＯｘの吸収密度の方が高く、ＣＯ２とＮＯｘとを含む混合ガスにおいてＮＯｘ吸収を効率よく行うことができる点においても優れている。
【００４２】
排気との接触後、回収したイオン液体については、再生器２７で容易に再生処理することができ、ＮＯｘ吸収液体を繰り返し使用することができる。これにより、液体の交換や補充の頻度を少なくすることができる。
【００４３】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。
【００４４】
・上記実施形態では、気液接触器２４とタンク２１との間に再生器２７を配置し、気液接触器２４から回収したＮＯｘ吸収液体を再生器２７で再生した後、その再生後のＮＯｘ吸収液体をタンク２１に戻す構成としたが、再生器２７を介さず、そのままタンク２１に戻す構成としてもよい。この場合、気液接触器２４から回収したＮＯｘ吸収液体を、例えば所定期間毎に又は所定距離の走行毎に再生又は交換する構成とするとよい。
【００４５】
・上記実施形態では、ディーゼルエンジンに適用したが、ガソリンエンジンに適用してもよい。また、車載エンジンの排気に含まれるＮＯｘを浄化する排気浄化システムに本発明を適用する場合について説明したが、車両の排気浄化システムに限らず、例えば船舶、火力発電所、鉄鋼プラント、化学プラントなどから排出される混合ガス中に含まれるＮＯｘを分離回収する装置に本発明を適用してもよい。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。
【００４７】
ＮＯｘ吸収性能の評価は以下の方法で行った。使用した評価装置の概略を図２に示す。なお、下記に示す一連の操作は常圧下で行った。
【００４８】
評価装置３０としては、混合ガスを発生するガス発生器３１と、ＮＯｘ吸収液体が収容された収容器３２と、ガス成分濃度を分析するガス分析計３３とを備える装置を使用した。評価に際しては、図２に示すように、まず、ガス発生器３１から発生するＮＯ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスを、排気管３４を介してガス流量０．９Ｌ／ｍｉｎで収容器３２内の液体に送り込んだ。このとき、収容器３２にはＮＯｘ吸収液体を１０ｍＬ入れた。また、液体へのガス供給はバブリングにより行った。なお、図２中、装置３６は流量制御計を示す。性能評価したＮＯｘ吸収液体の種類、及び実施条件（混合ガス中のＮＯ２濃度、ＮＯｘ吸収液体の温度）を下記表１に示す。
【表１】
【００４９】
表１のＮＯｘ吸収液体の略称は以下の通りである。
［ＢＭＩＭ］［ＡｃＯ］…１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム アセテート
［ＢＭＩＭ］［Ｔｆ２Ｎ］…１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド
【００５０】
収容器３２内の気体を配管３５を介して回収し、回収した気体中のＮＯ２濃度をガス分析計３３で測定した。なお、装置３７は水等をトラップするために配置した。ガス分析計３３の結果を図３〜図６に示す。ここで、ＮＯ２濃度の計測に際しては、収容器３２とガス分析計３３とを結ぶ配管３５の途中に希釈用Ｎ２ガスを導入し、実施例１，２及び比較例１については１０倍希釈、比較例２については５倍希釈にて行った。図３〜図６では、希釈した状態での評価結果を示す。また、図中、破線はガス発生器３１からの混合ガスを収容器３２を介さずにそのままガス分析計３３に流したときの測定結果を示す。
【００５１】
ＮＯｘ吸収液体として［ＢＭＩＭ］［ＡｃＯ］を用いた場合、液体温度を室温（１５〜２０℃）とした実施例１では、図３に示すように、吸収液体に接触後のガス中のＮＯ２濃度が１０〜４０ｐｐｍ程度と低い値を示すとともに、その状態が約１４０時間と長い時間継続された。このときのＮＯ２吸収密度を図３に基づき算出したところ、３３０ｇ／Ｌであった。また、液体温度を１００℃とした場合（実施例２）では、ＮＯ２濃度がほぼ０ｐｐｍの状態が１００時間以上継続して観察された（図４参照）。
【００５２】
一方、ＮＯｘ吸収液体として水を用いた比較例１では、図５に示すように、接触開始から暫くは、液体接触後のガス中のＮＯ２濃度が２０〜２５ｐｐｍ程度と少なかったが、接触開始から約５０時間でＮＯ２濃度が次第に上昇し、約８０時間で飽和状態となった。また、図５に基づき算出した水のＮＯ２吸収密度は１４０ｇ／Ｌであり、［ＢＭＩＭ］［ＡｃＯ］の２分の１以下であった。つまり、［ＢＭＩＭ］［ＡｃＯ］のＮＯ２吸収密度は水の約２．４倍であった。また、ＮＯｘ吸収液体として［ＢＭＩＭ］［Ｔｆ２Ｎ］を用いた比較例２では、図６に示すように、接触開始直後はＮＯ２濃度が２０ｐｐｍ程度であったが直ぐに上昇し、５時間後には約１００ｐｐｍと高い値を示した。
【符号の説明】
【００５３】
１１…排気管、２０…ＮＯｘ分離回収装置、２１…タンク（貯蔵手段）、２２…供給配管、２３…循環ポンプ、２４…気液接触器（気液接触手段）、２５…回収配管（液体回収手段）、２６…回収器（液体回収手段）、２７…再生器（再生手段）、３０…評価装置、３１…ガス発生器、３２…収容器、３３…ガス分析計、３４…排気管。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分離回収装置及びガス分離回収方法に関し、詳しくは、車載エンジン等の排気中に含まれる窒素酸化物を分離回収するガス分離回収装置及びガス分離回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学プラントや自動車などから排出される排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を分離回収する装置が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、ＮＯｘなどの分離回収の対象となる物質を吸収可能な液体を浄化装置内に貯蔵しておき、この浄化装置内にエンジンの排気を導入して液体を撹拌することにより、排気中からＮＯｘ等を除去することが開示されている。また、同文献１には、液体を冷却する冷却装置を設け、排気高温時においても液体の蒸発が抑制されるようにしている。なお、ＮＯｘを吸収可能な液体としては、例えば水やアルカリ水溶液などが一般に使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３３４２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、水やアルカリ水溶液などのような蒸発しやすい液体にＮＯｘを吸収させる場合、上記特許文献１のように、液体の蒸発を抑制するための冷却装置などの付帯設備が必要になり、装置が大型化することが懸念される。また、水やアルカリ水溶液ではＮＯｘの吸収密度がさほど高くなく、例えば車両などの移動発生源に適用する場合に、多量の液体を貯蔵可能な大型の装置を搭載する必要が生じたり、あるいは液体の供給を頻繁に行う必要が生じたりする等、実用化の妨げになることも考えられる。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、装置の小型化を図ることができ、しかも混合ガス中のＮＯｘを好適に分離回収することができるガス分離回収装置及びガス分離回収方法を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記のような従来技術の課題を解決すべく鋭意検討した結果、イオン液体による化学吸収を利用してＮＯｘの分離回収を行うことで上記課題を解決可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明により以下のガス分離回収装置及びガス分離回収方法が提供される。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、少なくとも窒素酸化物を含む混合ガスから窒素酸化物を分離し回収するガス分離回収装置であって、窒素酸化物を吸収する吸収液体を貯蔵する貯蔵手段と、前記貯蔵手段により貯蔵された吸収液体を前記混合ガスに接触させる気液接触手段と、前記気液接触手段により前記混合ガスに接触させた後の吸収液体を回収する液体回収手段と、を備え、前記吸収液体として、窒素酸化物を化学吸収するイオン液体を用いることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収するＮＯｘ吸収液体としてイオン液体を用いるため、高温環境下においてもＮＯｘ吸収液体がほとんど蒸発せず、例えば液体を冷却するための冷却装置などの付帯設備を設けなくても、ＮＯｘの分離回収を好適に行うことができる。また、イオン液体は単位量あたりのＮＯｘ吸収量が多く（吸収密度が高く）、ＮＯｘ吸収能も優れている。
【０００９】
さらに、ガス吸収の態様としては、化学吸収の他に物理吸収があるが、物理吸収の場合では、イオン液体に吸収されたＮＯｘが抜けやすいため、混合ガスとイオン液体との接触後においてイオン液体が多量のＮＯｘを吸収した状態を維持するには、接触後のイオン液体を高圧状態にしておく必要がある。これに対し、上記構成では、化学吸収を利用するものであることから、イオン液体がＮＯｘを多量に吸収した状態を常圧でも安定に維持することができ、加圧のための装置を設けなくて済む。以上より、本発明によれば、装置の小型化を図りつつ、混合ガス中のＮＯｘを好適に分離回収することができる。
【００１０】
上記のイオン液体としては、アニオンとして−ＣＯＯ−を有するイオン液体、つまりカルボン酸塩を用いるのが好ましい（請求項２）。また、カルボン酸塩のアニオンとしては、ＣｎＨ２ｎ＋１ＣＯＯ−（但し、ｎは０〜１０の整数である。）で表されるアルキルカルボン酸イオン及びその誘導体からなる群より選ばれる少なくとも１種であるのが好ましい（請求項３）。
【００１１】
本発明者らが検討したところ、カルボン酸塩からなるイオン液体は、水や、ＣＯ２吸収能に優れたイオン液体（例えば１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（［ＢＭＩＭ］［Ｔｆ２Ｎ］）など）に比べて単位量あたりのＮＯｘ吸収量が多く（吸収密度が高く）、ＮＯｘ吸収液体として好適に使用することができる。また、本発明者らは、カルボン酸塩からなるイオン液体では、ＣＯ２の吸収密度よりもＮＯｘの吸収密度の方が高いという知見を得た。このことから、イオン液体としてカルボン酸塩を用いることにより、特にＣＯ２とＮＯｘとを含む混合ガスにおいてＮＯｘ吸収を効率よく行うことができる。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明のように、前記液体回収手段により回収したイオン液体を再生する再生手段を備える構成とするとよい。例えば、従来のように水やアルカリ水溶液（例えばＮａＯＨ水溶液やＮＨ３水溶液）でＮＯｘ吸収を行う場合、ＮＯｘは硝酸として水に吸収され、回収後の水等を再びＮＯｘ吸収液体に戻して利用することが困難である。これに対し、ＮＯｘを化学吸収可能なイオン液体であれば、例えばイオン交換処理や熱処理、電気化学処理などを用いることにより、イオン液体の再生を容易に行うことができ、ＮＯｘ吸収液体を繰り返し使用することができる。
【００１３】
本発明のガス分離回収装置は、請求項５に記載の発明のように、車両に搭載されたエンジンの排気を浄化する排気浄化システムに適用するとよく、その場合、前記気液接触手段について、前記吸収液体を前記排気に接触させる構成とし、前記液体回収手段について、前記気液接触手段により前記排気を接触させた後の吸収液体を回収する構成とするとよい。
【００１４】
車両などの移動発生源では、水やアルカリ水溶液のようにＮＯｘの吸収密度がさほど高くない液体をＮＯｘ吸収液体として用いた場合、多量の液体を搭載しておくか、あるいは液体の交換を頻繁に行わなければならないといった不都合が生じることが考えられる。また、水やアルカリ水溶液は揮発性が高く、車両のユーザに対して液体の補充を頻繁に要求する必要も生じてしまう。その点、ＮＯｘ吸収液体として上記のイオン液体を用いることにより、搭載する液体の量を少なくすることができるとともに、再生処理によって再利用することにより、液体の交換や補充の頻度を少なくすることができる。
【００１５】
さらに、車載エンジンから排出される排気中のＮＯｘ浄化システムとしては、従来、例えばＮＯｘ吸蔵還元型触媒や、尿素選択還元型触媒が用いられている。しかしながら、これらの装置では、エンジン始動時や軽負荷運転時において排気温度が低いため、触媒の浄化性能を十分に発揮することができず、排気中のＮＯｘを適切に浄化することができないことが懸念される。これに対し、上記イオン液体では、幅広い温度範囲でＮＯｘを効率よく吸収することができるため、排気温度の影響を受けずに排気中のＮＯｘを適切に浄化することができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、少なくとも窒素酸化物を含む混合ガスから窒素酸化物を分離し回収するガス分離回収方法に関するものであり、窒素酸化物を化学吸収するイオン液体を前記混合ガスに接触させる気液接触工程と、前記気液接触工程で、前記混合ガスに接触させた後のイオン液体を回収する液体回収工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明では、ＮＯｘを化学吸収可能なイオン液体を用いて混合ガス中のＮＯｘを分離回収するため、上記発明と同様の効果、つまり、装置の小型化を図りつつ、混合ガス中のＮＯｘを好適に分離回収することができるといった効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】エンジンの排気浄化システムの概略構成図。
【図２】ＮＯｘ吸収性能を評価する際に使用した評価装置の概略構成図。
【図３】実施例１のＮＯｘ吸収能の評価結果を示す図。
【図４】実施例２のＮＯｘ吸収能の評価結果を示す図。
【図５】比較例１のＮＯｘ吸収能の評価結果を示す図。
【図６】比較例２のＮＯｘ吸収能の評価結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化したガス分離回収装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態のガス分離回収装置は、自動車に搭載されたディーゼルエンジンから排出される排気中のＮＯｘを浄化するものであり、エンジンの排気浄化システムとして構築されている。はじめに、図１を参照してこのシステムの構成について説明する。
【００２０】
図１のエンジン排気系において、エンジン本体に接続され排気通路を形成する排気管１１が設けられており、その排気管１１に、排気中のＮＯｘを分離回収するＮＯｘ分離回収装置２０が配設されている。なお、排気にはＣＯ２やＮＯｘ等が含まれており、該排気が混合ガスに相当する。
【００２１】
ＮＯｘ分離回収装置２０はタンク２１を備えており、タンク２１内において、ＮＯｘを吸収する液体であるＮＯｘ吸収液体が貯留されている。タンク２１は、供給配管２２を介して気液接触器２４に接続されている。供給配管２２の途中には循環ポンプ２３が配置されており、循環ポンプ２３が駆動されることで、タンク２１内に貯留されたＮＯｘ吸収液体が気液接触器２４に供給されるようになっている。
【００２２】
気液接触器２４は、排気管１１に配置されており、排気管１１内を流れる排気をその内部に導入して排気とＮＯｘ吸収液体とを接触させる機能を有する。ＮＯｘ吸収液体と排気とを接触させる構成としては特に限定せず、例えば、気液接触器２４内にＮＯｘ吸収液体を貯留するケースを設け、そのケース内に溜めたＮＯｘ吸収液体に対し、撹拌やバブリング等の方法を用いて排気を接触させる構成が挙げられる。あるいは、気液接触器２４内にＮＯｘ吸収液体を保持する保持体を配置し、その保持体にＮＯｘ吸収液体を供給するとともに該保持体に排気を供給することで、ＮＯｘ吸収液体と排気とを接触させる構成、ＮＯｘ吸収液体を排気に直接噴霧する構成などが挙げられる。なお、気液接触器２４にて排気とＮＯｘ吸収液体とを接触させる工程が「気液接触工程」に相当する。
【００２３】
気液接触器２４は、回収配管２５を介して回収器２６に接続されている。これにより、気液接触器２４から排出されるＮＯｘ吸収液体が回収器２６に回収されるようになっている。なお、液体の回収は、例えば回収配管２５にポンプを設け、該ポンプを駆動することにより行ってもよいし、あるいはポンプ等によらず重力を利用して行ってもよい。なお、排気と接触後のＮＯｘ吸収液体を回収配管２５を介して回収器２６に回収する工程が「液体回収工程」に相当する。
【００２４】
回収器２６には、回収後のＮＯｘ吸収液体の再生処理を行う再生器２７が設けられている。回収器２６としては、回収後のＮＯｘ吸収液体からＮＯｘ成分を分離してＮＯｘ吸収液体として再生可能な構成であればよく、例えば化学的処理、熱処理、電気的処理などを利用して回収液体を再生する構成とする。ＮＯｘを分離して再生された吸収液体は、配管２８を介してタンク２１に戻され、再利用される。
【００２５】
次に、上記システムで用いるＮＯｘ吸収液体について詳細に説明する。本システムでは、ＮＯｘを化学吸収可能なイオン液体をＮＯｘ吸収液体として用い、該イオン液体によって排気中のＮＯｘを分離回収する。
【００２６】
ＮＯｘを化学吸収可能なイオン液体（以下、特定イオン液体とも言う。）としては、ＮＯｘ吸収が、カチオン及びアニオンのいずれにより行われるものであってもよく、具体的には、例えばアミノ基を有するカチオンからなる塩、アミノ酸塩、カルボン酸塩などが挙げられる。
【００２７】
ここで、「アミノ基を有するカチオンからなる塩」としては、例えばアルキルアンモニウム、アルキルピリジニウム、アルキルピロリジニウム、アルキルホスホニウム及びアルキルイミダゾリウムなどのアルキル鎖に少なくとも１つ以上のアミノ基が結合されたものを挙げることができる。この場合、アニオンについては特に限定せず、例えばＣｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＰＦ６−、ＢＦ４−、ｐ−ＣＨ３−Ｃ６Ｈ４ＳＯ３−、ＣＦ３ＳＯ３−、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（ＮＣ）２Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ−、ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ３−、（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２Ｎ−、（ＣＦ３ＣＯ）２Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）Ｎ（ＣＯＣＦ３）−、（ＣＨ３Ｏ）２ＰＯＯ−、ＣＨ３ＳＯ３−、ＣＦ３ＢＦ３−、ＨＳＯ４−、Ｃ２Ｈ５ＯＳＯ３−、ＣＨ３（ＯＣＨ２ＣＨ２）２ＯＳＯ３−、ＦｅＣｌ４−、（ＦＳＯ２）２Ｎ−、（ＦＳＯ２）（ＣＦ３ＳＯ２）Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）Ｎ−、（ＮＣ）４Ｂ−、（ＮＣ）３Ｃ−、ＳＣＮ−、（ＣＦ３）３ＰＦ３−、（Ｃ２Ｆ５）３ＰＦ３−などの種々のアニオンを適用することができる。
【００２８】
アミノ酸塩としては、例えば、アスパラギン酸、グルタミン酸等の酸性アミノ酸；リシン、アルギニン、ヒスチジン等の塩基性アミノ酸；グリシン、アラニン（α−アラニン、β−アラニン）、フェニルアラニン、アルパラギン、システイン、グルタミン、イソロイシン、ロイシン、メチオニン、プロリン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシン、バリン等の中性アミノ酸；Ｎ−ベンゾイルアラニン、Ｎ−アセチルフェニルアラニン、Ｎ−アセチルグリシン等のＮ−アシルアミノ酸；などのアミノ酸に由来する陰イオン（アミノ酸イオン）を有する塩が挙げられる。
【００２９】
カルボン酸塩としては、式「Ｒ−ＣＯＯ−」で表されるアニオン（カルボン酸イオン）を有するものであれば特に限定しない。カルボン酸イオンとしては、上記式中のＲが、例えば水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基等のもの及びそれらの誘導体を挙げることができる。
【００３０】
上記Ｒにおけるアルキル基としては、炭素数１〜１０が好ましく、この場合のカルボン酸イオンとして具体的には、例えば酢酸イオン（ＣＨ３ＣＯＯ−）、プロピオン酸イオン（ＣＨ３ＣＨ２ＣＯＯ−）、ブタン酸イオン（ＣＨ３（ＣＨ２）２ＣＯＯ−）、オクタン酸イオン（ＣＨ３（ＣＨ２）６ＣＯＯ−）、デカン酸イオン（ＣＨ３（ＣＨ２）８ＣＯＯ−）等が挙げられる。また、上記Ｒにおけるアルケニル基としては、炭素数２〜１０が好ましく、具体的には、例えばＣ２Ｈ３ＣＯＯ−、Ｃ３Ｈ５ＣＯＯ−、Ｃ４Ｈ７ＣＯＯ−、Ｃ８Ｈ１５ＣＯＯ−等が挙げられる。上記Ｒにおけるアリール基としては、炭素数６〜１０が好ましく、例えば安息香酸イオン（Ｃ６Ｈ５ＣＯＯ−）等が挙げられる。
【００３１】
上記誘導体としては、上記に例示したカルボン酸イオンのそれぞれにおいて、炭素原子に結合する少なくとも１つの水素原子が、例えばフッ素原子、アミノ基、水酸基、シアノ基、ニトロ基、チオール基、スルホ基、環状ジスルフィド等で置換されたものや、あるいは少なくとも１つのメチレン基が、例えばエーテル基、エステル基、カルボニル基等で置換されたもの等が挙げられる。具体的には、例えばトリフルオロ酢酸イオン、ペンタフルオロプロピオン酸イオン、２−ピロリドン−５−カルボン酸イオン、サリチル酸イオン、α−リポ酸イオン、乳酸イオン、酒石酸イオン、馬尿酸イオン、Ｎ−メチル馬尿酸イオン等を挙げることができる。
【００３２】
なお、アミノ酸塩やカルボン酸塩を構成するカチオンは特に限定せず、例えば第４級アンモニウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、ホスホニウム、イミダゾリウムなどの種々のカチオンを適用することができる。これらのうち、例えばイミダゾリウムを用いる場合、その具体例としては、例えば１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウム、１−アルキル−３−（３−シアノプロピル）イミダゾリウム、１−メトキシエチル−３−メチルイミダゾリウム等が挙げられる。
【００３３】
上記の特定イオン液体としては、ＮＯｘの吸収密度が、水や他のイオン液体（例えば［ＢＭＩＭ］［Ｔｆ２Ｎ］）よりも高い点や、ＣＯ２の吸収密度よりもＮＯｘ（特にＮＯ２）の吸収密度が高い点から、特にカルボン酸塩が好ましい。また、カルボン酸塩の中でも、「ＣｎＨ２ｎ＋１ＣＯＯ−（ｎは０〜１０の整数）」で表されるアニオン（アルキルカルボン酸イオン）又はその誘導体からなる塩がより好ましく、アルキルカルボン酸イオンからなる塩が更に好ましい。
【００３４】
なお、上記の排気浄化システムにおけるＮＯｘ吸収液体としては、上記特定イオン液体として例示したうちの１種のみを用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、ＮＯｘ吸収液体は、上記特定イオン液体のみを含んでいてもよいし、特定イオン液体以外の液体（例えば、特定イオン液体以外の他のイオン液体）を更に含んでいてもよい。
【００３５】
上記に例示した特定イオン液体の吸収対象であるＮＯｘとしては、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｎ２Ｏ３、Ｎ２Ｏ４、Ｎ２Ｏ５など種々の窒素酸化物が挙げられる。これらの中でも、特にＮＯ２が好ましい。
【００３６】
気液接触器２４におけるＮＯｘ分離に際しては、上記の特定イオン液体又は特定イオン液体を含む液体と、ＮＯｘを含むガスとを接触させる。接触の温度条件や圧力条件は適宜設定すればよいが、例えば−８０℃〜３００℃以下の温度条件下、０ＭＰａよりも高く５０ＭＰａ以下の圧力条件下で接触させる。イオン液体は蒸気圧がほとんどなく、液体温度範囲が広いなどの特性を有することから、上記のとおり広い温度範囲かつ広い圧力範囲でＮＯｘ吸収を行うことが可能である。
【００３７】
気液接触器２４で排気に接触させた後のイオン液体を回収する際、その温度条件や圧力条件についても特に限定しない。特に、ＮＯｘ吸収液体としてＮＯｘを化学吸収可能なイオン液体を用いることで、排気との接触後のイオン液体を高圧状態にしておく必要がなく、常圧でもＮＯｘを多量に吸収した状態を安定に保持できる点で優れている。
【００３８】
ＮＯｘ吸収液体を特定イオン液体とした場合の再生器２７の構成としては、例えば、（１）気液接触器２４から回収したイオン液体を加熱する加熱手段としてヒータを設け、該ヒータにより加熱する構成、（２）回収したイオン液体中に一対の電極を浸し、一対の電極間に電圧を印加することでＮＯｘを還元浄化する構成などが挙げられる。あるいは、（３）イオン交換樹脂を充填したカラムを設け、気液接触器２４から回収したイオン液体をカラム内に通すことにより行う構成、（４）イオン交換樹脂を入れた容器を設け、気液接触器２４から回収したイオン液体を容器内で撹拌混合して行う構成としてもよい。
【００３９】
以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。
【００４０】
ＮＯｘ吸収液体としてイオン液体を用いるため、高温環境下においても液体がほとんど蒸発せず、液体の冷却装置などの付帯設備を設けなくてもＮＯｘの分離回収を好適に行うことができる。特に、イオン液体による化学吸収を利用するものであることから、高圧状態を維持するための付帯設備を設けなくても、イオン液体と排気との接触後において、イオン液体がＮＯｘを多量に吸収した状態を常圧で安定に維持することができる。その結果、装置の小型化を図ることができる。
【００４１】
特に、イオン液体としてカルボン酸塩を用いることにより、水やＣＯ２吸収イオン液体（例えば［ＢＭＩＭ］［Ｔｆ２Ｎ］）よりもＮＯｘ吸収を好適に行うことができる。これにより、多量の液体を車両に搭載したり液体の交換を頻繁に行ったりするのを回避することができる。また、カルボン酸塩からなるイオン液体では、ＣＯ２の吸収密度よりもＮＯｘの吸収密度の方が高く、ＣＯ２とＮＯｘとを含む混合ガスにおいてＮＯｘ吸収を効率よく行うことができる点においても優れている。
【００４２】
排気との接触後、回収したイオン液体については、再生器２７で容易に再生処理することができ、ＮＯｘ吸収液体を繰り返し使用することができる。これにより、液体の交換や補充の頻度を少なくすることができる。
【００４３】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。
【００４４】
・上記実施形態では、気液接触器２４とタンク２１との間に再生器２７を配置し、気液接触器２４から回収したＮＯｘ吸収液体を再生器２７で再生した後、その再生後のＮＯｘ吸収液体をタンク２１に戻す構成としたが、再生器２７を介さず、そのままタンク２１に戻す構成としてもよい。この場合、気液接触器２４から回収したＮＯｘ吸収液体を、例えば所定期間毎に又は所定距離の走行毎に再生又は交換する構成とするとよい。
【００４５】
・上記実施形態では、ディーゼルエンジンに適用したが、ガソリンエンジンに適用してもよい。また、車載エンジンの排気に含まれるＮＯｘを浄化する排気浄化システムに本発明を適用する場合について説明したが、車両の排気浄化システムに限らず、例えば船舶、火力発電所、鉄鋼プラント、化学プラントなどから排出される混合ガス中に含まれるＮＯｘを分離回収する装置に本発明を適用してもよい。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。
【００４７】
ＮＯｘ吸収性能の評価は以下の方法で行った。使用した評価装置の概略を図２に示す。なお、下記に示す一連の操作は常圧下で行った。
【００４８】
評価装置３０としては、混合ガスを発生するガス発生器３１と、ＮＯｘ吸収液体が収容された収容器３２と、ガス成分濃度を分析するガス分析計３３とを備える装置を使用した。評価に際しては、図２に示すように、まず、ガス発生器３１から発生するＮＯ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスを、排気管３４を介してガス流量０．９Ｌ／ｍｉｎで収容器３２内の液体に送り込んだ。このとき、収容器３２にはＮＯｘ吸収液体を１０ｍＬ入れた。また、液体へのガス供給はバブリングにより行った。なお、図２中、装置３６は流量制御計を示す。性能評価したＮＯｘ吸収液体の種類、及び実施条件（混合ガス中のＮＯ２濃度、ＮＯｘ吸収液体の温度）を下記表１に示す。
【表１】
【００４９】
表１のＮＯｘ吸収液体の略称は以下の通りである。
［ＢＭＩＭ］［ＡｃＯ］…１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム アセテート
［ＢＭＩＭ］［Ｔｆ２Ｎ］…１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド
【００５０】
収容器３２内の気体を配管３５を介して回収し、回収した気体中のＮＯ２濃度をガス分析計３３で測定した。なお、装置３７は水等をトラップするために配置した。ガス分析計３３の結果を図３〜図６に示す。ここで、ＮＯ２濃度の計測に際しては、収容器３２とガス分析計３３とを結ぶ配管３５の途中に希釈用Ｎ２ガスを導入し、実施例１，２及び比較例１については１０倍希釈、比較例２については５倍希釈にて行った。図３〜図６では、希釈した状態での評価結果を示す。また、図中、破線はガス発生器３１からの混合ガスを収容器３２を介さずにそのままガス分析計３３に流したときの測定結果を示す。
【００５１】
ＮＯｘ吸収液体として［ＢＭＩＭ］［ＡｃＯ］を用いた場合、液体温度を室温（１５〜２０℃）とした実施例１では、図３に示すように、吸収液体に接触後のガス中のＮＯ２濃度が１０〜４０ｐｐｍ程度と低い値を示すとともに、その状態が約１４０時間と長い時間継続された。このときのＮＯ２吸収密度を図３に基づき算出したところ、３３０ｇ／Ｌであった。また、液体温度を１００℃とした場合（実施例２）では、ＮＯ２濃度がほぼ０ｐｐｍの状態が１００時間以上継続して観察された（図４参照）。
【００５２】
一方、ＮＯｘ吸収液体として水を用いた比較例１では、図５に示すように、接触開始から暫くは、液体接触後のガス中のＮＯ２濃度が２０〜２５ｐｐｍ程度と少なかったが、接触開始から約５０時間でＮＯ２濃度が次第に上昇し、約８０時間で飽和状態となった。また、図５に基づき算出した水のＮＯ２吸収密度は１４０ｇ／Ｌであり、［ＢＭＩＭ］［ＡｃＯ］の２分の１以下であった。つまり、［ＢＭＩＭ］［ＡｃＯ］のＮＯ２吸収密度は水の約２．４倍であった。また、ＮＯｘ吸収液体として［ＢＭＩＭ］［Ｔｆ２Ｎ］を用いた比較例２では、図６に示すように、接触開始直後はＮＯ２濃度が２０ｐｐｍ程度であったが直ぐに上昇し、５時間後には約１００ｐｐｍと高い値を示した。
【符号の説明】
【００５３】
１１…排気管、２０…ＮＯｘ分離回収装置、２１…タンク（貯蔵手段）、２２…供給配管、２３…循環ポンプ、２４…気液接触器（気液接触手段）、２５…回収配管（液体回収手段）、２６…回収器（液体回収手段）、２７…再生器（再生手段）、３０…評価装置、３１…ガス発生器、３２…収容器、３３…ガス分析計、３４…排気管。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも窒素酸化物を含む混合ガスから窒素酸化物を分離し回収するガス分離回収装置であって、
窒素酸化物を吸収する吸収液体を貯蔵する貯蔵手段と、
前記貯蔵手段により貯蔵された吸収液体を前記混合ガスに接触させる気液接触手段と、
前記気液接触手段により前記混合ガスに接触させた後の吸収液体を回収する液体回収手段と、を備え、
前記吸収液体として、窒素酸化物を化学吸収するイオン液体を用いることを特徴とするガス分離回収装置。
【請求項２】
前記イオン液体はカルボン酸塩を含む請求項１に記載のガス分離回収装置。
【請求項３】
前記イオン液体のアニオンとして、ＣｎＨ２ｎ＋１ＣＯＯ−（但し、ｎは０〜１０の整数である。）及びその誘導体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む請求項２に記載のガス分離回収装置。
【請求項４】
前記液体回収手段により回収したイオン液体を再生する再生手段を備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガス分離回収装置。
【請求項５】
車両に搭載されたエンジンの排気を浄化する排気浄化システムに適用され、
前記気液接触手段は、前記吸収液体を前記排気に接触させ、
前記液体回収手段は、前記気液接触手段により前記排気を接触させた後の吸収液体を回収する請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガス分離回収装置。
【請求項６】
少なくとも窒素酸化物を含む混合ガスから窒素酸化物を分離し回収するガス分離回収方法であって、
窒素酸化物を化学吸収するイオン液体を前記混合ガスに接触させる気液接触工程と、
前記気液接触工程で、前記混合ガスに接触させた後のイオン液体を回収する液体回収工程と、
を含むことを特徴とするガス分離回収方法。
【請求項１】
少なくとも窒素酸化物を含む混合ガスから窒素酸化物を分離し回収するガス分離回収装置であって、
窒素酸化物を吸収する吸収液体を貯蔵する貯蔵手段と、
前記貯蔵手段により貯蔵された吸収液体を前記混合ガスに接触させる気液接触手段と、
前記気液接触手段により前記混合ガスに接触させた後の吸収液体を回収する液体回収手段と、を備え、
前記吸収液体として、窒素酸化物を化学吸収するイオン液体を用いることを特徴とするガス分離回収装置。
【請求項２】
前記イオン液体はカルボン酸塩を含む請求項１に記載のガス分離回収装置。
【請求項３】
前記イオン液体のアニオンとして、ＣｎＨ２ｎ＋１ＣＯＯ−（但し、ｎは０〜１０の整数である。）及びその誘導体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む請求項２に記載のガス分離回収装置。
【請求項４】
前記液体回収手段により回収したイオン液体を再生する再生手段を備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガス分離回収装置。
【請求項５】
車両に搭載されたエンジンの排気を浄化する排気浄化システムに適用され、
前記気液接触手段は、前記吸収液体を前記排気に接触させ、
前記液体回収手段は、前記気液接触手段により前記排気を接触させた後の吸収液体を回収する請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガス分離回収装置。
【請求項６】
少なくとも窒素酸化物を含む混合ガスから窒素酸化物を分離し回収するガス分離回収方法であって、
窒素酸化物を化学吸収するイオン液体を前記混合ガスに接触させる気液接触工程と、
前記気液接触工程で、前記混合ガスに接触させた後のイオン液体を回収する液体回収工程と、
を含むことを特徴とするガス分離回収方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２１７９１８（Ｐ２０１２−２１７９１８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８５９９０（Ｐ２０１１−８５９９０）
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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