JP2011025100A - Process for recovering carbon dioxide from high-pressure gas and aqueous composition - Google Patents

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欣也 富崎
Shinkichi Shimizu
信吉 清水
Masami Onoda
正巳 小野田
Yuichi Fujioka
祐一 藤岡
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To more increase the absorption quantity of carbon dioxide and actual loading quantity per a unit absorption liquid amount than before while reducing the quantity of heat necessary for the elimination of carbon dioxide in a process for removing carbon dioxide from high-pressure gas. <P>SOLUTION: This aqueous composition for recovering CO<SB>2</SB>contains 10-60 mass% of a 5-14 membered saturated heterocyclic ring which has 1-4 nitrogen atoms and may have 1-10 oxygen atoms [the nitrogen atoms possessed by the saturated heterocyclic ring are substituted with a 1-4C alkyl group which may have a hydroxy group and the saturated heterocyclic ring may be further substituted with the 1-4C alkyl group which may have a hydroxy group] (i) and a 5-14 membered unsaturated heterocyclic ring having 1-4 nitrogen atoms [the unsaturated heterocyclic ring may be substituted with a 1-4C alkyl group which may have a hydroxy group and/or an amino group which may have the alkyl group] (ii) in total. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、高圧ガス中に含まれる二酸化炭素を、化学吸収液を用いて吸収し、二酸化炭素成分の乏しい処理ガスを得ると共に、二酸化炭素で負荷された吸収液を生成させ、次いで再生工程において二酸化炭素を遊離させて二酸化炭素成分の乏しい吸収液を再生させ、該二酸化炭素成分の乏しい吸収液を前期二酸化炭素吸収工程に循環して再利用することを特徴とする高圧ガスから二酸化炭素を除去する方法及び当該方法に用いる水性組成物に関する。   The present invention absorbs carbon dioxide contained in a high-pressure gas using a chemical absorption liquid to obtain a treatment gas having a low carbon dioxide component, and generates an absorption liquid loaded with carbon dioxide. Carbon dioxide is removed from high-pressure gas by releasing carbon dioxide and regenerating an absorption liquid that is poor in carbon dioxide component, and circulating and recycling the absorption liquid that is poor in carbon dioxide component to the previous carbon dioxide absorption process And an aqueous composition used in the method.

近年、人類の社会活動に付随する二酸化炭素やメタンといった温室効果ガス排出量の急激な増加が地球温暖化の原因の一つに挙げられている。特に、二酸化炭素は温室効果ガスの中でも最も主要なものであり、2005年に発行された京都議定書に従い、二酸化炭素排出量削減へ向けての対策が急務となっている。   In recent years, the rapid increase in greenhouse gas emissions such as carbon dioxide and methane associated with human social activities has been cited as one of the causes of global warming. In particular, carbon dioxide is the most important greenhouse gas, and in accordance with the Kyoto Protocol issued in 2005, measures to reduce carbon dioxide emissions are urgently needed.

今日、二酸化炭素の発生源である石炭、重油、天然ガス等を燃料とする火力発電所、製鉄所のボイラー又はセメント工場のキルン等から排出される混合ガスを対象に、混合ガスに含まれる二酸化炭素分離回収、圧縮、輸送、圧入という一連の二酸化炭素貯留 (carbon dioxide capture & storage, CCS) 技術が、化石燃料に代わる代替エネルギー開発までの繋ぎ(ブリッジング)技術として注目されている。   Today, CO2 contained in mixed gas is targeted for mixed gas discharged from thermal power plants, boilers in steelworks, kilns in cement plants, etc., which are fueled with coal, heavy oil, natural gas, etc., which are the sources of carbon dioxide. A series of carbon dioxide capture & storage (CCS) technologies, such as carbon capture, compression, transport, and injection, are attracting attention as bridging technologies to develop alternative energy alternatives to fossil fuels.

この貯留技術の実用化のためには、可能な限りの低コスト化が要求される。二酸化炭素分離回収、圧縮、輸送、圧入の一連の工程の中では、前段の分離回収と圧縮に要するコストが総貯留コストの70%以上を占めていることから、これらのコストを低減するための技術開発が重要である。そのために、発電所や製鉄所からの常圧排出ガスを対象として、アルカノールアミン水溶液を主成分とする化学吸収法による二酸化炭素分離回収技術開発が精力的に推進されている。   In order to put this storage technology into practical use, it is necessary to reduce the cost as much as possible. In the series of processes of carbon dioxide separation and recovery, compression, transportation, and press-fitting, the cost required for the previous stage separation and recovery and compression accounts for more than 70% of the total storage cost. Technology development is important. For this reason, the development of carbon dioxide separation and recovery technology by chemical absorption method mainly composed of alkanolamine aqueous solution has been energetically promoted for atmospheric pressure exhaust gas from power plants and steelworks.

これに対し、石炭ガス化生成ガスや採掘天然ガス等の高圧ガスからの化学吸収法による二酸化炭素分離回収技術は、常圧排出ガスからの分離回収技術と比較して、研究例が比較的少ない。しかし、ガス自体の圧力エネルギーを二酸化炭素分離回収及び圧縮に活用できるため、二酸化炭素貯留工程中の、特に分離回収及び圧縮工程におけるコストを大幅に低減できる可能性がある。従って、高圧ガスからの二酸化炭素分離に適用可能な化学吸収液の開発が焦点となる。   In contrast, carbon dioxide separation and recovery technology using chemical absorption from high-pressure gas such as coal gasification product gas and mined natural gas has relatively few research examples compared to separation and recovery technology from atmospheric pressure exhaust gas. . However, since the pressure energy of the gas itself can be utilized for carbon dioxide separation recovery and compression, the cost during the carbon dioxide storage process, particularly in the separation recovery and compression process, may be significantly reduced. Therefore, the focus is on the development of chemical absorbents applicable to carbon dioxide separation from high pressure gas.

これまで、圧力を有するガスから二酸化炭素を含む酸性ガスを除去する方法としては物理吸収法が注目されていた。物理吸収法は対象とするガス成分の分圧が高ければ高いほど化学吸収法に比べて、単位吸収液量当たりの酸性ガス吸収量が大きくなることが知られている。代表的な吸収剤としてはシクロテトラメチレンスルホン(スルホラン)及びこれらの誘導体、脂肪族アミド、メタノール、及びポリエチレングリコールジアルキルエーテル類から成る吸収剤(SELEXOL、ユニオン・カーバイド社)である。しかし、いずれの吸収液も吸収した二酸化炭素を脱離し吸収液を再生する工程で減圧を必要とするので、後の圧縮工程における圧縮費低減効果は極めて低い。   Until now, a physical absorption method has attracted attention as a method for removing an acidic gas containing carbon dioxide from a gas having pressure. In the physical absorption method, it is known that the higher the partial pressure of the target gas component, the greater the amount of acid gas absorbed per unit absorption liquid compared to the chemical absorption method. A typical absorbent is an absorbent (SELEXOL, Union Carbide) composed of cyclotetramethylene sulfone (sulfolane) and derivatives thereof, aliphatic amide, methanol, and polyethylene glycol dialkyl ethers. However, since any of the absorption liquids requires a reduced pressure in the process of desorbing the absorbed carbon dioxide and regenerating the absorption liquid, the effect of reducing the compression cost in the subsequent compression process is extremely low.

一方、圧力を有するガスから気液接触により二酸化炭素を分離する化学吸収液として、特許文献1中記載の3級アミンであるN-メチルジエタノールアミン(MDEA)の単独、又はピペラジン等の反応促進剤を含む水溶液が使用されている。   On the other hand, as a chemical absorption liquid that separates carbon dioxide from gas having pressure by gas-liquid contact, a tertiary amine described in Patent Document 1 is N-methyldiethanolamine (MDEA) alone or a reaction accelerator such as piperazine. An aqueous solution containing it is used.

また、特許文献2には、MDEA水溶液に比べ更に二酸化炭素吸収能に優れ、吸収液の再生時のエネルギー効率の点でも有利な3級アミンである3-ジアルキルアミノ-1,2-プロパンジオール類を主成分とする水溶液の利用が記載されている。   Further, Patent Document 2 discloses 3-dialkylamino-1,2-propanediols, which are tertiary amines that are more excellent in carbon dioxide absorption ability than MDEA aqueous solution and are advantageous in terms of energy efficiency during regeneration of the absorption liquid. The use of an aqueous solution containing as a main component is described.

さらに、特許文献3及び非特許文献1には3級アミンであるトリイソプロパノールアミン(TIPA)が高二酸化炭素分圧下、MDEAよりも二酸化炭素溶解度が大きいことが報告されている。   Furthermore, Patent Document 3 and Non-Patent Document 1 report that triisopropanolamine (TIPA), which is a tertiary amine, has a higher carbon dioxide solubility than MDEA under high carbon dioxide partial pressure.

しかし、高圧条件下にて二酸化炭素除去に用いられるいずれのアルカノールアミン類も、二酸化炭素吸収量は十分ではなかった。さらに、これらのアルカノールアミンを用いる場合、二酸化炭素高吸収性であるがゆえに吸収液再生工程での加熱再生に多大なエネルギーを要する。   However, none of the alkanolamines used for carbon dioxide removal under high pressure conditions has sufficient carbon dioxide absorption. Furthermore, when these alkanolamines are used, a large amount of energy is required for heat regeneration in the absorption liquid regeneration step because of high carbon dioxide absorption.

また、特許文献4には、酸性ガスの吸着工程において、二酸化炭素分圧3 MPaまでの二酸化炭素の除去には、含窒素環状化合物、アルコール、脂肪族アルカノールアミン、水及び炭酸カリウムの混合物の使用が記載されている。しかし、二酸化炭素吸収剤として含窒素不飽和複素環化合物、及び窒素原子上水素がアルキル基で置換された含窒素飽和複素環化合物の使用は除外されている。   Patent Document 4 discloses the use of a mixture of a nitrogen-containing cyclic compound, alcohol, aliphatic alkanolamine, water and potassium carbonate for removing carbon dioxide up to a partial pressure of carbon dioxide of 3 MPa in the acid gas adsorption process. Is described. However, the use of nitrogen-containing unsaturated heterocyclic compounds and nitrogen-containing saturated heterocyclic compounds in which hydrogen on the nitrogen atom is substituted with an alkyl group is excluded as a carbon dioxide absorbent.

最近公表された特許文献5には、MDEAを主成分とする水溶液(30〜60質量%)に添加剤として窒素原子二つが複素環結合した環状化合物(ピペラジン、イミダゾール類)を1〜10質量%及びヒンダードアミンを1〜15質量%含有する吸収液の使用が記載されている。しかし、吸収液の主成分はMDEAであり、吸収液再生工程での加熱再生に多大なエネルギーを要するという課題は解決されていない。   In the recently published Patent Document 5, 1 to 10% by mass of a cyclic compound (piperazine, imidazoles) in which two nitrogen atoms are heterocyclicly bonded as an additive to an aqueous solution (30 to 60% by mass) containing MDEA as a main component. And the use of absorbents containing 1 to 15% by weight of hindered amines. However, the main component of the absorbing solution is MDEA, and the problem that a large amount of energy is required for heat regeneration in the absorbing solution regeneration process has not been solved.

以上のように、高圧ガスから二酸化炭素を除去するためのいくつかの試みがなされている。高圧ガスからの二酸化炭素除去に適する吸収液特性として、高圧条件下で単位吸収液量当たりの二酸化炭素吸収量、及び実ローディング量(吸収温度と脱離温度における二酸化炭素吸収量差)が大きいことが望まれる。
米国特許第4336233号 特開平9-150029 韓国特許第2004056023号 特表2002-519171 中国特許第1887407号 R. K. Chauhan, S. J. Yoon, H. Lee, J.-H. Yoon, J.-G. Shim, G.-C. Song, H.-M. Eum, Fluid Phase Equilibria 208, 239-245 (2003)
As described above, several attempts have been made to remove carbon dioxide from high-pressure gas. Absorption liquid characteristics suitable for removing carbon dioxide from high-pressure gas include large amounts of carbon dioxide absorption per unit absorption liquid and high actual loading amount (difference in carbon dioxide absorption between absorption temperature and desorption temperature) under high-pressure conditions. Is desired.
U.S. Pat.No. 4,336,233 JP 9-150029 Korean Patent No. 2004056023 Special Table 2002-519171 Chinese Patent No. 1887407 RK Chauhan, SJ Yoon, H. Lee, J.-H. Yoon, J.-G. Shim, G.-C. Song, H.-M.Eum, Fluid Phase Equilibria 208, 239-245 (2003)

本発明の目的は、高圧ガスからの二酸化炭素除去方法において、従来使用されていた二酸化炭素吸収剤であるMDEAに代表されるアルカノールアミン類に比べ、高圧条件下で単位吸収液量当たりの二酸化炭素吸収量、及び実ローディング量(吸収温度と脱離温度における二酸化炭素吸収量差)を増加させ、かつ二酸化炭素脱離時に必要な熱量を低減させること。   The object of the present invention is to remove carbon dioxide per unit absorption liquid amount under high-pressure conditions in comparison with alkanolamines represented by MDEA, which is a carbon dioxide absorbent conventionally used in a method for removing carbon dioxide from high-pressure gas. To increase the amount of absorption and the actual loading amount (difference in carbon dioxide absorption at the absorption temperature and desorption temperature) and to reduce the amount of heat required for carbon dioxide desorption.

本発明者らは上記課題につき鋭意検討した結果、特定の含窒素複素環化合物を用いた場合に、高圧条件下での実ローディング量が非常に多いとの知見を得て、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下の項を提供する:
項1.二酸化炭素を含む高圧ガスから二酸化炭素を回収するための水性組成物であって、
当該水性組成物は、複素環化合物を10〜60質量%含有し、
前記複素環化合物は、
(i)1〜4個の窒素原子を有し、1〜10個の酸素原子を有していてもよい5〜14員環の飽和複素環
[当該飽和複素環が有する窒素原子上には、水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基が置換しており、さらに当該飽和複素環上には、水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基が置換していてもよい。]及び
(ii)1〜4個の窒素原子を有する5〜14員環の不飽和複素環
[当該不飽和複素環は、水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基及び炭素数1〜4のアルキル基(当該炭素数1〜4のアルキル基上には、水酸基が置換していてもよい)を有することのあるアミノ基からなる群より選ばれた置換基を有していてもよい。]
からなる群より選択される少なくとも1種である、
二酸化炭素を回収するために用いられる水性組成物。
As a result of intensive studies on the above problems, the present inventors have obtained the knowledge that when a specific nitrogen-containing heterocyclic compound is used, the actual loading amount under a high pressure condition is very large, and the present invention is completed. It came to. That is, the present invention provides the following items:
Item 1. An aqueous composition for recovering carbon dioxide from a high-pressure gas containing carbon dioxide,
The aqueous composition contains 10 to 60% by mass of a heterocyclic compound,
The heterocyclic compound is
(I) a 5- to 14-membered saturated heterocyclic ring having 1 to 4 nitrogen atoms and optionally having 1 to 10 oxygen atoms [on the nitrogen atom of the saturated heterocyclic ring, An alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group is substituted, and an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group may be further substituted on the saturated heterocyclic ring. . And (ii) a 5- to 14-membered unsaturated heterocycle having 1 to 4 nitrogen atoms [the unsaturated heterocycle is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group and 1 carbon atom] Or a substituent selected from the group consisting of an amino group that may have an alkyl group of 4 to 4 (on the alkyl group of 1 to 4 carbon atoms, a hydroxyl group may be substituted) Good. ]
At least one selected from the group consisting of:
An aqueous composition used to recover carbon dioxide.

項2.前記複素環化合物が、一般式〔I〕:   Item 2. The heterocyclic compound is represented by the general formula [I]:

Figure 2011025100
Figure 2011025100

[式中、Rは、水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基を示す。
、R、R及びRは、同一又は異なって、水素、又は水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基を示す。]
で示されるモルフォリン化合物である、項1記載の二酸化炭素回収用水性組成物。
[Wherein, R 1 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group.
R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are the same or different and represent hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group. ]
Item 2. The aqueous composition for carbon dioxide recovery according to Item 1, which is a morpholine compound represented by the formula:

項3.前記複素環化合物が、一般式〔II〕:   Item 3. The heterocyclic compound has the general formula [II]:

Figure 2011025100
Figure 2011025100

[式中、R、R、R及びRは、同一又は異なって、水素、又は水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基を示す。]
で示されるイミダゾール化合物である、項1記載の二酸化炭素回収用水性組成物。
[Wherein, R 6 , R 7 , R 8 and R 9 are the same or different and each represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group. ]
Item 5. The aqueous composition for carbon dioxide recovery according to Item 1, which is an imidazole compound represented by the formula:

項4.前記複素環化合物が、一般式〔III〕:   Item 4. The heterocyclic compound is represented by the general formula [III]:

Figure 2011025100
Figure 2011025100

[式中、R10、R11、R12、R13及びR14は、同一又は異なって、水素、水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数1〜4のアルキル基(当該炭素数1〜4のアルキル基上には、水酸基が置換していてもよい)を有することのあるアミノ基を示す。]
で示されるピリジン化合物である、項1記載の二酸化炭素回収用水性組成物。
[Wherein, R 10 , R 11 , R 12 , R 13 and R 14 are the same or different and each represents hydrogen or a hydroxyl group having 1 to 4 carbon atoms or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. The amino group which may have (The hydroxyl group may be substituted on the said C1-C4 alkyl group) is shown. ]
Item 5. The aqueous composition for carbon dioxide recovery according to Item 1, which is a pyridine compound represented by the formula:

項5.前記一般式〔I〕で示されるモルフォリン化合物が4−エチルモルフォリン又は4-(2-ヒドロキシエチル)モルフォリンである、項2記載の二酸化炭素回収用水性組成物。   Item 5. Item 3. The aqueous composition for carbon dioxide recovery according to Item 2, wherein the morpholine compound represented by the general formula [I] is 4-ethylmorpholine or 4- (2-hydroxyethyl) morpholine.

項6.上記一般式〔II〕で示されるイミダゾール化合物がイミダゾール、1−メチルイミダゾール、1−(2−ヒドロキシエチル)イミダゾール、2−メチルイミダゾール、又は4−メチルイミダゾールである、項3記載の二酸化炭素回収用水性組成物。   Item 6. Item 4. The carbon dioxide recovery according to Item 3, wherein the imidazole compound represented by the general formula [II] is imidazole, 1-methylimidazole, 1- (2-hydroxyethyl) imidazole, 2-methylimidazole, or 4-methylimidazole. Aqueous composition.

項7.上記一般式〔III〕で示されるピリジン化合物が2−アミノピリジンである、項4記載の二酸化炭素回収用水性組成物。   Item 7. Item 5. The aqueous composition for carbon dioxide recovery according to Item 4, wherein the pyridine compound represented by the general formula [III] is 2-aminopyridine.

項8.(1)二酸化炭素の分圧が0.5〜5MPaである高圧ガスを、項1〜7のいずれか一項に記載の水性組成物に気液接触させ、該ガス中の二酸化炭素成分の乏しい処理ガスを得ると共に、二酸化炭素で負荷された吸収液を生成させる工程、
(2)前記二酸化炭素で負荷された吸収液を加熱して、当該吸収液より二酸化炭素を遊離させ、二酸化炭素成分の乏しい吸収液を再生させる工程、及び
(3)該二酸化炭素成分の乏しい吸収液を循環して、前記二酸化炭素吸収工程(1)に再利用する工程
を含む、二酸化炭素を含む高圧ガスから二酸化炭素を回収する方法。
Item 8. (1) A high pressure gas having a partial pressure of carbon dioxide of 0.5 to 5 MPa is brought into gas-liquid contact with the aqueous composition according to any one of items 1 to 7, and the carbon dioxide component in the gas is poor. Obtaining a processing gas and generating an absorption liquid loaded with carbon dioxide;
(2) heating the absorption liquid loaded with carbon dioxide to liberate carbon dioxide from the absorption liquid and regenerating an absorption liquid having a low carbon dioxide component; and (3) poor absorption of the carbon dioxide component. A method for recovering carbon dioxide from a high-pressure gas containing carbon dioxide, comprising a step of circulating a liquid and reusing it in the carbon dioxide absorption step (1).

項9.前記(1)工程における高圧ガスの二酸化炭素分圧が、1〜4MPa(絶対圧)である、項8記載の方法。   Item 9. Item 9. The method according to Item 8, wherein the carbon dioxide partial pressure of the high-pressure gas in the step (1) is 1 to 4 MPa (absolute pressure).

項10.前記(2)工程において、二酸化炭素で負荷された吸収液の加熱を、一部減圧下に行なうことを特徴とする、項8又は9に記載の方法。   Item 10. Item 10. The method according to Item 8 or 9, wherein in the step (2), the absorption liquid loaded with carbon dioxide is partially heated under reduced pressure.

以下、本発明を詳述する。   The present invention is described in detail below.

本発明において示される各基は、具体的には以下の通りである。   Each group shown in the present invention is specifically as follows.

炭素数1〜4のアルキル基としては、炭素数1〜4(好ましくは1〜2)の直鎖又は分枝鎖状のアルキル基を挙げることができ、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル及びsec−ブチル基が含まれる。   Examples of the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms include linear or branched alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms (preferably 1 to 2), such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n- Butyl, isobutyl, tert-butyl and sec-butyl groups are included.

水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基としては、前記例示の炭素数1〜4のアルキル基に加えて、例えば、水酸基を1〜10個有する前記例示の炭素数1〜4のアルキル基を挙げることができ、具体的には、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、sec−ブチル、ヒドロキシメチル、2−ヒドロキシエチル、3−ヒドロキシプロピル、1−ヒドロキシプロピル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピル、4−ヒドロキシブチル等が含まれる。   As the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group, in addition to the above exemplified alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, for example, the above exemplified 1 to 4 carbon atoms having 1 to 10 hydroxyl groups An alkyl group can be mentioned, specifically, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, tert-butyl, sec-butyl, hydroxymethyl, 2-hydroxyethyl, 3-hydroxypropyl, 1- Hydroxypropyl, 2-hydroxy-2-methylpropyl, 4-hydroxybutyl and the like are included.

炭素数1〜4のアルキル基(当該炭素数1〜4のアルキル基上には、水酸基が置換していてもよい)を有することのあるアミノ基としては、例えば、前記例示の水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基を1〜2個有することのあるアミノ基を挙げることができる。より具体的には、アミノ基、メチルアミノ基、エチルアミノ基、プロピルアミノ基、イソプロピルアミノ基、n−ブチルアミノ基、イソブチルアミノ基、tert−ブチルアミノ基、sec−ブチルアミノ基、ヒドロキシメチルアミノ基、2−ヒドロキシエチルアミノ基、3−ヒドロキシプロピルアミノ基、1−ヒドロキシプロピルアミノ基、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピルアミノ基、4−ヒドロキシブチルアミノ基等が含まれる。   As an amino group which may have a C1-C4 alkyl group (The hydroxyl group may be substituted on the said C1-C4 alkyl group), it has a hydroxyl group of the said illustration, for example And an amino group having 1 to 2 alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms. More specifically, amino group, methylamino group, ethylamino group, propylamino group, isopropylamino group, n-butylamino group, isobutylamino group, tert-butylamino group, sec-butylamino group, hydroxymethylamino Group, 2-hydroxyethylamino group, 3-hydroxypropylamino group, 1-hydroxypropylamino group, 2-hydroxy-2-methylpropylamino group, 4-hydroxybutylamino group and the like.

1〜4個の窒素原子を有し、1〜10個の酸素原子を有していてもよい5〜14員環の飽和複素環としては、例えば、1〜4個(好ましくは1個)の窒素原子を有し、1〜10個(好ましくは1個)の酸素を有していてもよい5〜14(好ましくは5〜10、より好ましくは5〜6)員環の飽和複素環を挙げることができ、具体的には、オキサゾリジン、イソオキサゾリジン、モルフォリン、ピペリジン、ピラゾリジン、イミダゾリジン等が含まれる。   Examples of the 5- to 14-membered saturated heterocyclic ring having 1 to 4 nitrogen atoms and optionally having 1 to 10 oxygen atoms include 1 to 4 (preferably 1) Examples of 5 to 14 (preferably 5 to 10, more preferably 5 to 6) membered saturated heterocyclic rings having a nitrogen atom and optionally having 1 to 10 (preferably 1) oxygen Specifically, oxazolidine, isoxazolidine, morpholine, piperidine, pyrazolidine, imidazolidine and the like are included.

1〜4個の窒素原子を有し、1〜10個の酸素原子を有していてもよい5〜14員環の飽和複素環としては、例えば、1〜4個(好ましくは1個)の窒素原子を有し、1〜10個(好ましくは1個)の酸素を有していてもよい5〜14(好ましくは5〜10、より好ましくは5〜6)員環の飽和複素環を挙げることができ、具体的には、オキサゾリジン、イソオキサゾリジン、モルフォリン、等が含まれる。   Examples of the 5- to 14-membered saturated heterocyclic ring having 1 to 4 nitrogen atoms and optionally having 1 to 10 oxygen atoms include 1 to 4 (preferably 1) Examples of 5 to 14 (preferably 5 to 10, more preferably 5 to 6) membered saturated heterocyclic rings having a nitrogen atom and optionally having 1 to 10 (preferably 1) oxygen Specifically, oxazolidine, isoxazolidine, morpholine, and the like are included.

1〜4個の窒素原子を有し、1〜10個の酸素原子を有していてもよい5〜14員環の飽和複素環[当該飽和複素環が有する窒素原子上には、水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基が置換しており、さらに当該飽和複素環上には、水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基が置換していてもよい。]としては、例えば、飽和複素環中の全ての窒素原子上に、前記例示の水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基が置換した、前記例示の「1〜4個の窒素原子を有し、1〜10個の酸素原子を有していてもよい5〜14員環の飽和複素環」を挙げることができる。   5 to 14-membered saturated heterocyclic ring having 1 to 4 nitrogen atoms and optionally having 1 to 10 oxygen atoms [having a hydroxyl group on the nitrogen atom of the saturated heterocyclic ring In some cases, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms may be substituted, and an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group may be substituted on the saturated heterocyclic ring. ], For example, the above-exemplified “1 to 4 nitrogen atoms” in which an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group as exemplified above is substituted on all nitrogen atoms in a saturated heterocyclic ring. And a 5- to 14-membered saturated heterocyclic ring optionally having 1 to 10 oxygen atoms.

本発明においては、当該飽和複素環には、さらに、当該飽和複素環中の窒素原子以外の原子に、前記例示の水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基が1〜3個(好ましくは1個)置換していてもよい。   In the present invention, the saturated heterocyclic ring further has 1 to 3 alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms which may have the above-mentioned hydroxyl group on atoms other than the nitrogen atom in the saturated heterocyclic ring ( Preferably 1) may be substituted.

1〜4個の窒素原子を有する5〜14員環の不飽和複素環としては、例えば、1〜4個(好ましくは1個)の窒素原子を有する、5〜14員環(好ましくは、5〜6員環)の不飽和複素環を挙げることができ、具体的には、ピロリル、ジヒドロピロリル、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、キノリン、キノリジン、キナゾリン等が含まれる。   The 5- to 14-membered unsaturated heterocyclic ring having 1 to 4 nitrogen atoms is, for example, a 5 to 14-membered ring (preferably 5 to 5) having 1 to 4 (preferably 1) nitrogen atoms. To 6-membered ring), specifically, pyrrolyl, dihydropyrrolyl, imidazole, pyrazole, triazole, pyridine, pyrazine, pyrimidine, pyridazine, triazine, quinoline, quinolidine, quinazoline and the like. included.

当該不飽和複素環には、前記例示の水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基が1〜3個(好ましくは1個)置換していてもよい。   The unsaturated heterocyclic ring may be substituted with 1 to 3 (preferably 1) alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms which may have the hydroxyl groups exemplified above.

水性組成物
本発明は、二酸化炭素を含む高圧ガスから二酸化炭素を回収するための水性組成物であって、
当該水性組成物は、複素環化合物を10〜60質量%含有し、
前記複素環化合物は、
(i)1〜4個の窒素原子を有し、1〜10個の酸素原子を有していてもよい5〜14員環の飽和複素環
[当該飽和複素環が有する少なくとも1個の窒素原子上には、水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基が置換しており、さらに当該飽和複素環上には、水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基が置換していてもよい。]及び
(ii)1〜4個の窒素原子を有する5〜14員環の不飽和複素環
[当該不飽和複素環は、水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基及び炭素数1〜4のアルキル基(当該炭素数1〜4のアルキル基上には、水酸基が置換していてもよい)を有することのあるアミノ基からなる群より選ばれた少なくとも1個(好ましくは、1〜2個)の置換基を有していてもよい。]
からなる群より選択される少なくとも1種である、
二酸化炭素を回収するために用いられる水性組成物、
を提供する。
Aqueous composition The present invention is an aqueous composition for recovering carbon dioxide from high-pressure gas containing carbon dioxide,
The aqueous composition contains 10 to 60% by mass of a heterocyclic compound,
The heterocyclic compound is
(I) a 5- to 14-membered saturated heterocyclic ring having 1 to 4 nitrogen atoms and optionally having 1 to 10 oxygen atoms [at least one nitrogen atom of the saturated heterocyclic ring] An alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group is substituted above, and further, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group is substituted on the saturated heterocyclic ring. It may be. And (ii) a 5- to 14-membered unsaturated heterocycle having 1 to 4 nitrogen atoms [the unsaturated heterocycle is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group and 1 carbon atom] -4 alkyl groups (on the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a hydroxyl group may be substituted) at least one selected from the group consisting of amino groups (preferably 1 -2) may have a substituent. ]
At least one selected from the group consisting of:
An aqueous composition used to recover carbon dioxide,
I will provide a.

本発明水性組成物に含まれる、好ましい複素環化合物としては、モルフォリン化合物、イミダゾール化合物、ピリジン化合物を挙げることができる。   Preferred heterocyclic compounds contained in the aqueous composition of the present invention include morpholine compounds, imidazole compounds and pyridine compounds.

モルフォリン化合物としては、例えば、一般式〔I〕:   Examples of the morpholine compound include those represented by the general formula [I]:

Figure 2011025100
Figure 2011025100

[式中、Rは、水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基を示す。
、R、R及びRは、同一又は異なって、水素、又は水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基を示す。]
で示されるモルフォリン化合物、好ましくは、4-アルキルモルフォリン、4-ヒドロキシアルキルモルフォリン等が挙げられる。
[Wherein, R 1 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group.
R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are the same or different and represent hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group. ]
And preferably include 4-alkylmorpholine, 4-hydroxyalkylmorpholine, and the like.

4-アルキルモルフォリンとしては、例えば、4-メチルモルフォリン、4-エチルモルフォリン等の、前記例示の炭素数1〜4のアルキル基を4位の窒素原子上に有するモルフォリンが挙げられ、好ましくは、4-エチルモルフォリンが例示される。   Examples of 4-alkylmorpholine include morpholine having the above-exemplified alkyl group having 1 to 4 carbon atoms on the 4-position nitrogen atom, such as 4-methylmorpholine and 4-ethylmorpholine, Preferably, 4-ethylmorpholine is exemplified.

4-ヒドロキシアルキルモルフォリンとしては、例えば、4-(2-ヒドロキシエチル)モルフォリン、4-(3-ヒドロキシプロピル)モルフォリン、1-モルフォリノ-2-プロパノール、3-モルフォリノ-1,2-プロパンジオール等の、水酸基を1〜10(好ましくは1〜3、より好ましくは1)個有する前記例示の炭素数1〜4のアルキル基を4位の窒素原子上に有するモルフォリンが挙げられる。   Examples of 4-hydroxyalkylmorpholine include 4- (2-hydroxyethyl) morpholine, 4- (3-hydroxypropyl) morpholine, 1-morpholino-2-propanol, and 3-morpholino-1,2-propane. Examples thereof include morpholine having the above-exemplified alkyl group having 1 to 4 carbon atoms having 1 to 10 (preferably 1 to 3, more preferably 1) hydroxyl groups on the 4-position nitrogen atom, such as diol.

これらのモルフォリン化合物は、使用する設備、二酸化炭素回収温度等の条件等に応じて、適宜選択され得る。   These morpholine compounds can be appropriately selected according to conditions such as equipment used, carbon dioxide recovery temperature, and the like.

例えば、4-メチルモルフォリンの沸点は常圧で約116℃と4-エチルモルフォリンの約139℃より低く、運転中の大気への飛散が問題となるが、分子量が小さく水への溶解性が高いので取り扱いが容易である。   For example, the boiling point of 4-methylmorpholine is about 116 ° C at normal pressure and lower than about 139 ° C of 4-ethylmorpholine, and scattering to the atmosphere during operation becomes a problem, but its molecular weight is low and its solubility in water is low. Is easy to handle.

また、4-(2-ヒドロキシエチル)モルフォリン、4-(3-ヒドロキシプロピル)モルフォリン、1-モルフォリノ-2-プロパノール及び3-モルフォリノ-1,2-プロパンジオールは4-エチルモルフォリンに比べて、二酸化炭素の溶解性が若干劣るが水への溶解性が高い。   In addition, 4- (2-hydroxyethyl) morpholine, 4- (3-hydroxypropyl) morpholine, 1-morpholino-2-propanol and 3-morpholino-1,2-propanediol are compared to 4-ethylmorpholine. Thus, the solubility of carbon dioxide is slightly inferior, but the solubility in water is high.

また、4-アルキルモルフォリンを、水酸基、ヒドロキシメチル基及び/又はヒドロキシエチル基等で1箇所又はそれ以上置換することにより、沸点を上昇させると共に水への溶解性を向上させることができる。   Further, by substituting 4-alkylmorpholine with one or more hydroxyl groups, hydroxymethyl groups and / or hydroxyethyl groups, the boiling point can be increased and the solubility in water can be improved.

イミダゾール化合物としては、例えば、一般式〔II〕:   As an imidazole compound, for example, the general formula [II]:

Figure 2011025100
Figure 2011025100

[式中、R、R、R及びRは、同一又は異なって、水素、又は水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基を示す。]
で示されるイミダゾール化合物を挙げることができ、好ましくは、イミダゾール、アルキルイミダゾール等が挙げられる。
[Wherein, R 6 , R 7 , R 8 and R 9 are the same or different and each represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group. ]
The imidazole compound shown by these can be mentioned, Preferably, an imidazole, alkyl imidazole, etc. are mentioned.

アルキルイミダゾールとしては、例えば、2-メチルイミダゾール、4-メチルイミダゾール、1-メチルイミダゾール、2-エチルイミダゾール、1-プロピルイミダゾール、1-ブチルイミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、1,4-ジメチルイミダゾール、1,5-ジメチルイミダゾール、2,4-ジメチルイミダゾール、4,5-ジメチルイミダゾール、1,2,4-トリメチルイミダゾール、1,4,5-トリメチルイミダゾール、2,4,5-トリメチルイミダゾール等の炭素数1〜4(好ましくは1)のアルキル基が1〜3(好ましくは1)個置換したイミダゾールを挙げることができる。   Examples of the alkyl imidazole include 2-methylimidazole, 4-methylimidazole, 1-methylimidazole, 2-ethylimidazole, 1-propylimidazole, 1-butylimidazole, 1,2-dimethylimidazole, 1,4-dimethylimidazole. 1,5-dimethylimidazole, 2,4-dimethylimidazole, 4,5-dimethylimidazole, 1,2,4-trimethylimidazole, 1,4,5-trimethylimidazole, 2,4,5-trimethylimidazole, etc. Examples thereof include imidazoles substituted with 1 to 3 (preferably 1) alkyl groups having 1 to 4 (preferably 1) carbon atoms.

本発明において、これらのイミダゾール化合物のうち、好ましくは、イミダゾール、1-メチルイミダゾール、1-(2-ヒドロキシエチル)イミダゾール、2-メチルイミダゾール、及び4-メチルイミダゾールが用いられる。   In the present invention, among these imidazole compounds, imidazole, 1-methylimidazole, 1- (2-hydroxyethyl) imidazole, 2-methylimidazole, and 4-methylimidazole are preferably used.

ピリジン化合物としては、例えば、一般式〔III〕:   Examples of the pyridine compound include a general formula [III]:

Figure 2011025100
Figure 2011025100

[式中、R10、R11、R12、R13及びR14は、同一又は異なって、水素、水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数1〜4のアルキル基(当該炭素数1〜4のアルキル基上には、水酸基が置換していてもよい)を有することのあるアミノ基を示す。]
で示されるピリジン化合物を挙げることができ、好ましくは、ピリジン、置換又は未置換のアミノピリジン等が挙げられる。
[Wherein, R 10 , R 11 , R 12 , R 13 and R 14 are the same or different and each represents hydrogen or a hydroxyl group having 1 to 4 carbon atoms or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. The amino group which may have (The hydroxyl group may be substituted on the said C1-C4 alkyl group) is shown. ]
The pyridine compound shown by these can be mentioned, Preferably, a pyridine, a substituted or unsubstituted aminopyridine, etc. are mentioned.

置換又は未置換のアミノピリジンとしては、例えば、2-アミノピリジン、3-アミノピリジン、4-アミノピリジン、2,3-ジアミノピリジン、2,4-ジアミノピリジン、2,5-ジアミノピリジン、2,6-ジアミノピリジン、3,4-ジアミノピリジン、3,5-ジアミノピリジン、3,6-ジアミノピリジン、2-(メチルアミノ)ピリジン、3-(メチルアミノ)ピリジン、4-(メチルアミノ)ピリジン、2-(メチルアミノ)ピリジン、3-(ジメチルアミノ)ピリジン、4-(ジメチルアミノ)ピリジン、2,3-ビス(メチルアミノ)ピリジン、2,4-ビス(メチルアミノ)ピリジン、2,5-ビス(メチルアミノ)ピリジン、2,6-ビス(メチルアミノ)ピリジン、3,4-ビス(メチルアミノ)ピリジン、3,5-ビス(メチルアミノ)ピリジン、3,6-ビス(メチルアミノ)ピリジン、2-アミノ-3-(メチルアミノ)ピリジン、2-アミノ-4-(メチルアミノ)ピリジン、2-アミノ-5-(メチルアミノ)ピリジン、2-アミノ-6-(メチルアミノ)ピリジン、3-アミノ-4-(メチルアミノ)ピリジン、3-アミノ-5-(メチルアミノ)ピリジン、3-アミノ-6-(メチルアミノ)ピリジン、3-アミノ-2-(メチルアミノ)ピリジン、3-アミノ-4-(メチルアミノ)ピリジン、3-アミノ-5-(メチルアミノ)ピリジン、3-アミノ-6-(メチルアミノ)ピリジン、4-アミノ-2-(メチルアミノ)ピリジン、4-アミノ-3-(メチルアミノ)ピリジン、2-(2-エチルアミノ)ピリジン、3-(2-エチルアミノ)ピリジン、4-(2-エチルアミノ)ピリジン等の炭素数1〜4のアルキル基を有することのあるアミノ基を1〜3(好ましくは1)個置換したピリジンを挙げることができる。   Examples of the substituted or unsubstituted aminopyridine include 2-aminopyridine, 3-aminopyridine, 4-aminopyridine, 2,3-diaminopyridine, 2,4-diaminopyridine, 2,5-diaminopyridine, 2, 6-diaminopyridine, 3,4-diaminopyridine, 3,5-diaminopyridine, 3,6-diaminopyridine, 2- (methylamino) pyridine, 3- (methylamino) pyridine, 4- (methylamino) pyridine, 2- (methylamino) pyridine, 3- (dimethylamino) pyridine, 4- (dimethylamino) pyridine, 2,3-bis (methylamino) pyridine, 2,4-bis (methylamino) pyridine, 2,5- Bis (methylamino) pyridine, 2,6-bis (methylamino) pyridine, 3,4-bis (methylamino) pyridine, 3,5-bis (methylamino) pyridine, 3,6-bis (methylamino) pyridine 2-amino-3- (methylamino) pyridine, 2-amino-4- (methylamino) pi Gin, 2-amino-5- (methylamino) pyridine, 2-amino-6- (methylamino) pyridine, 3-amino-4- (methylamino) pyridine, 3-amino-5- (methylamino) pyridine, 3-amino-6- (methylamino) pyridine, 3-amino-2- (methylamino) pyridine, 3-amino-4- (methylamino) pyridine, 3-amino-5- (methylamino) pyridine, 3- Amino-6- (methylamino) pyridine, 4-amino-2- (methylamino) pyridine, 4-amino-3- (methylamino) pyridine, 2- (2-ethylamino) pyridine, 3- (2-ethyl Examples thereof include pyridine substituted with 1 to 3 (preferably 1) amino groups which may have an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms such as amino) pyridine and 4- (2-ethylamino) pyridine.

本発明において、これらのピリジン化合物のうち、好ましくは、2-アミノピリジンが用いられる。   In the present invention, among these pyridine compounds, 2-aminopyridine is preferably used.

本発明の水性組成物中の前記複素環化合物の濃度は、通常、10〜60質量%、好ましくは20〜50質量%、より好ましくは30〜50質量%である。   The concentration of the heterocyclic compound in the aqueous composition of the present invention is usually 10 to 60% by mass, preferably 20 to 50% by mass, and more preferably 30 to 50% by mass.

上記濃度範囲の複素環化合物を含有する水性組成物は、二酸化炭素の吸収量及び、吸収・脱離サイクルで必要な実ローディング量が顕著に高い点、及び含窒素化合物成分が水と均一に混合しにくい、粘度の上昇、及び二酸化炭素を吸収して液のpHが低下した時、泡立ちや乳化状態になる等の問題が生じにくい点で好ましい。   Aqueous compositions containing heterocyclic compounds in the above concentration range have significantly higher carbon dioxide absorption and actual loading required for absorption / desorption cycles, and nitrogen-containing compound components are mixed uniformly with water. It is preferable in that it is difficult to cause problems such as foaming and emulsification when the pH of the liquid is lowered by absorbing carbon dioxide and increasing the viscosity.

また、本発明の水性組成物には含窒素化合物の水への溶解を補助する有機溶剤、設備の腐食を防止するための防食剤、泡立ち防止のための消泡剤、吸収剤の劣化防止のための酸化防止剤、吸収を促進する無機塩基等を加えてもよい。   In addition, the aqueous composition of the present invention includes an organic solvent that assists in dissolving the nitrogen-containing compound in water, an anticorrosive agent for preventing corrosion of the equipment, an antifoaming agent for preventing foaming, and an anti-deteriorating agent for the absorbent. Antioxidants, inorganic bases that promote absorption, and the like may be added.

高圧ガスからの二酸化炭素回収方法
本発明は、また、(1)二酸化炭素の分圧が0.5〜5MPaである高圧ガスを、前述の水性組成物に気液接触させ、該ガス中の二酸化炭素成分の乏しい処理ガスを得ると共に、二酸化炭素で負荷された吸収液を生成させる工程、
(2)前記二酸化炭素で負荷された吸収液を加熱して、当該吸収液より二酸化炭素を遊離させ、二酸化炭素成分の乏しい吸収液を再生させる工程、及び
(3)該二酸化炭素成分の乏しい吸収液を循環して、前記二酸化炭素吸収工程(1)に再利用する工程
を含む、二酸化炭素を含む高圧ガスから二酸化炭素を回収する方法を提供する。
The method for recovering carbon dioxide from a high-pressure gas The present invention also includes (1) bringing a high-pressure gas having a partial pressure of carbon dioxide of 0.5 to 5 MPa into gas-liquid contact with the aforementioned aqueous composition, and A process for obtaining a treatment gas having a low carbon component and generating an absorption liquid loaded with carbon dioxide;
(2) heating the absorption liquid loaded with carbon dioxide to liberate carbon dioxide from the absorption liquid and regenerating an absorption liquid having a low carbon dioxide component; and (3) poor absorption of the carbon dioxide component. A method for recovering carbon dioxide from a high-pressure gas containing carbon dioxide, including a step of circulating a liquid and reusing it in the carbon dioxide absorption step (1) is provided.

二酸化炭素吸収工程
二酸化炭素を含む高圧ガス発生源としては、例えば化石燃料をガス化して得られる水素と窒素からアンモニアを製造するアンモニア合成用水素製造プロセスや石炭の部分酸化プロセスによりガス化し、生成した一酸化炭素及び水素を主成分とする合成ガスを原料としたガスタービンと蒸気タービンにより複合発電する高効率電力生産システムである石炭ガス化複合発電(IGCC)プロセス等が挙げられ、該高圧ガス中の二酸化炭素分圧は、通常0.5〜5 MPa、好ましくは1〜4 MPa(絶対圧)程度であればよい。なお、二酸化炭素を含む高圧ガスには、二酸化炭素以外に水蒸気、一酸化炭素等のガスが含まれていてもよい。
Carbon dioxide absorption process High-pressure gas generation source containing carbon dioxide is produced by gasification by hydrogen production process for ammonia synthesis that produces ammonia from hydrogen and nitrogen obtained by gasifying fossil fuel or partial oxidation process of coal Coal gasification combined power generation (IGCC) process, which is a high-efficiency power production system that uses a gas turbine and a steam turbine, which are mainly composed of carbon monoxide and synthesis gas as raw materials, is included. The partial pressure of carbon dioxide is usually about 0.5 to 5 MPa, preferably about 1 to 4 MPa (absolute pressure). Note that the high-pressure gas containing carbon dioxide may contain gas such as water vapor and carbon monoxide in addition to carbon dioxide.

二酸化炭素を含む高圧ガスを、前述の複素環化合物を含む水溶液に接触させる方法は特に限定はない。例えば、該水溶液中に二酸化炭素を含む高圧ガスをバブリングさせて吸収する方法、二酸化炭素を含む高圧ガス気流中に該水溶液を霧状に降らす方法、あるいは磁製や金属網製の充填剤の入った吸収塔内で二酸化炭素を含む高圧ガスと該水溶液を向流接触させる方法等によって行われる。   There is no particular limitation on the method for bringing the high-pressure gas containing carbon dioxide into contact with the aqueous solution containing the aforementioned heterocyclic compound. For example, a method of bubbling and absorbing a high-pressure gas containing carbon dioxide in the aqueous solution, a method of dropping the aqueous solution into a high-pressure gas stream containing carbon dioxide, or containing a magnetic or metal mesh filler It is carried out by a method in which a high pressure gas containing carbon dioxide and the aqueous solution are brought into countercurrent contact in an absorption tower.

二酸化炭素を含む高圧ガスを含窒素化合物を含む水溶液に吸収させる時の温度は、通常室温から60℃以下で行われ、好ましくは50℃以下、より好ましくは20〜45℃程度で行われる。温度が低いほど二酸化炭素吸収量は増加するが、どこまで温度を下げるかはプロセス上のガス温度や熱回収目標等によって決定される。二酸化炭素吸収時の圧力は通常0.5〜5 MPa、好ましくは1〜4 MPa(絶対圧)付近で行われる。   The temperature at which the high-pressure gas containing carbon dioxide is absorbed in the aqueous solution containing the nitrogen-containing compound is usually from room temperature to 60 ° C. or less, preferably 50 ° C. or less, more preferably about 20 to 45 ° C. The lower the temperature, the greater the carbon dioxide absorption, but the extent to which the temperature is lowered is determined by the gas temperature in the process, the heat recovery target, and the like. The pressure during carbon dioxide absorption is usually 0.5 to 5 MPa, preferably 1 to 4 MPa (absolute pressure).

二酸化炭素脱離工程
二酸化炭素を吸収した複素環含有水性組成物(本明細書において、二酸化炭素で負荷した吸収液と記載することもある)から二酸化炭素を脱離し、高圧及び高濃度の二酸化炭素を回収する方法としては、該水溶液を加熱して泡立てて脱離する方法、棚段塔、スプレー塔、磁製や金属網製の充填剤の入った脱離塔内で液界面を広げて加熱する方法等が挙げられる。これらにより、二酸化炭素が遊離して放出される。
Carbon dioxide desorption step Carbon dioxide is desorbed from a heterocyclic-containing aqueous composition that has absorbed carbon dioxide (sometimes referred to as an absorbent loaded with carbon dioxide in this specification), and high pressure and high concentration carbon dioxide. As a method of recovering, the aqueous solution is heated and bubbled and desorbed, and the liquid interface is expanded and heated in a plate tower, spray tower, desorption tower containing a magnetic or metal mesh filler. And the like. As a result, carbon dioxide is liberated and released.

二酸化炭素脱離時の液温度は通常70℃以上で行われ、好ましくは80℃以上、より好ましくは90〜120℃程度で行われる。温度が高いほど脱離量は増加するが、温度を上げると吸収液の加熱に要するエネルギーが増すため、その温度はプロセス上のガス温度や熱回収目標等によって決定される。   The liquid temperature at the time of desorption of carbon dioxide is usually 70 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, more preferably about 90 to 120 ° C. The higher the temperature, the greater the amount of desorption, but the higher the temperature, the greater the energy required to heat the absorbent, so the temperature is determined by the process gas temperature, heat recovery target, etc.

二酸化炭素脱離時の圧力は通常0.5〜5 MPa、好ましくは1〜4 MPa(絶対圧)付近で行われる。   The pressure during carbon dioxide desorption is usually 0.5 to 5 MPa, preferably 1 to 4 MPa (absolute pressure).

二酸化炭素の脱離は、脱離性能を高めるためより低い圧力まで減圧することもできるが、後の圧縮工程における圧縮コストを抑制するためにも加熱又は加熱と一部減圧の併用により行うことが好ましい。   The desorption of carbon dioxide can be reduced to a lower pressure in order to improve the desorption performance, but in order to suppress the compression cost in the subsequent compression step, it can be performed by heating or a combination of heating and partial pressure reduction. preferable.

一部減圧を行なう場合の圧力は、通常0.05〜1 MPa、好ましくは0.1〜0.5 MPaとする。   The pressure for partial pressure reduction is usually 0.05 to 1 MPa, preferably 0.1 to 0.5 MPa.

二酸化炭素吸収液の再利用工程
二酸化炭素を脱離した後の複素環化合物含有水性組成物は、再び二酸化炭素吸収工程に送られ再使用される。また、二酸化炭素吸収の際に生じた熱は、一般的には水溶液のリサイクル過程において脱離塔に注入される水溶液の予熱のために熱交換器で熱交換されて冷却される。
Step of Reusing Carbon Dioxide Absorbing Solution The heterocyclic compound-containing aqueous composition after desorbing carbon dioxide is sent again to the carbon dioxide absorbing step and reused. In addition, the heat generated during carbon dioxide absorption is generally cooled by heat exchange in a heat exchanger in order to preheat the aqueous solution injected into the desorption tower in the aqueous solution recycling process.

このようにして回収された高圧二酸化炭素の純度は95体積%程度と極めて高いものである。この高圧及び純粋な二酸化炭素は化学品、あるいは高分子物質の合成原料、食品冷凍用の冷剤等として用いられる。特に、回収した高圧二酸化炭素を、現在技術開発が進行中の地下等への隔離貯留することで、圧縮工程を含む二酸化炭素分離回収コストの大幅な低減が可能である。   The purity of the high-pressure carbon dioxide recovered in this way is as extremely high as about 95% by volume. This high-pressure and pure carbon dioxide is used as a chemical product, a raw material for synthesizing a high-molecular substance, a cooling agent for freezing food, and the like. In particular, it is possible to significantly reduce the carbon dioxide separation and recovery costs including the compression process by isolating and storing the recovered high-pressure carbon dioxide in the underground or the like where technological development is currently underway.

通常、二酸化炭素吸収量の測定は、反応容器から吸収液サンプルを採取し、大気圧下ガスクロマトグラフ法又は滴定法にて行われるが、高圧用吸収液の場合、大気圧下での吸収液からの二酸化炭素放散性が高いため、高圧下吸収液中に含まれる二酸化炭素吸収量を直接測定することは困難である。そこで、本発明では、吸収液を高圧二酸化炭素で飽和させた後、二酸化炭素の供給を停止し、反応容器内圧力を大気圧まで減圧した時に吸収液から放出される二酸化炭素量を乾式ガスメータで測定した値と、大気圧下にて二酸化炭素放出終了後の吸収液中の二酸化炭素吸収量をガスクロマトグラフ式の全有機炭素計で測定した無機炭素量の和で評価した。   Normally, the amount of carbon dioxide absorption is measured by collecting an absorption liquid sample from a reaction vessel and performing atmospheric pressure gas chromatography or titration. In the case of a high pressure absorption liquid, the absorption liquid under atmospheric pressure is used. It is difficult to directly measure the amount of carbon dioxide absorbed in the absorbent under high pressure because of its high carbon dioxide emission. Therefore, in the present invention, after the absorption liquid is saturated with high-pressure carbon dioxide, the supply of carbon dioxide is stopped, and the amount of carbon dioxide released from the absorption liquid when the pressure in the reaction vessel is reduced to atmospheric pressure is measured with a dry gas meter. The measured value and the amount of carbon dioxide absorbed in the absorbing solution after completion of carbon dioxide release under atmospheric pressure were evaluated by the sum of the amount of inorganic carbon measured with a gas chromatographic total organic carbon meter.

上記要領で、本発明の含窒素化合物を30質量%含有する水溶液に対する二酸化炭素吸収量を測定した結果、二酸化炭素分圧0.1 MPa付近における40℃と70℃と間の二酸化炭素実ローディング量は、含窒素化合物モル当たり0.10〜0.29 mol/mol-含窒素化合物程度であり、単位吸収液量当たり20〜48 g/L-吸収液程度である。しかし、二酸化炭素分圧1 MPa付近における40℃と70℃と間の二酸化炭素実ローディング量は、含窒素化合物モル当たり0.25〜0.36 mol/mol-含窒素化合物程度であり、単位吸収液量当たり41〜51 g/L-吸収液程度である。さらに、二酸化炭素分圧4 MPa付近における40℃と70℃と間の二酸化炭素実ローディング量は、含窒素化合物モル当たり0.11〜0.25 mol/mol-含窒素化合物程度であり、単位吸収液量当たり12〜50 g/L-吸収液程度である。   As a result of measuring the carbon dioxide absorption amount of the aqueous solution containing 30% by mass of the nitrogen-containing compound of the present invention in the above manner, the actual carbon dioxide loading amount between 40 ° C. and 70 ° C. near the partial pressure of carbon dioxide of 0.1 MPa is It is about 0.10 to 0.29 mol / mol-nitrogen-containing compound per mole of nitrogen-containing compound, and about 20-48 g / L-absorbing liquid per unit absorption liquid amount. However, the actual carbon dioxide loading between 40 ° C and 70 ° C near the partial pressure of carbon dioxide is about 0.25 to 0.36 mol / mol-nitrogen-containing compound per mole of nitrogen-containing compound, and 41 per unit absorbed liquid amount. About 51 g / L-absorbent. Further, the actual loading amount of carbon dioxide between 40 ° C. and 70 ° C. near the partial pressure of carbon dioxide of 4 MPa is about 0.11 to 0.25 mol / mol-nitrogen-containing compound per mol of nitrogen-containing compound, and 12 per unit absorbed liquid amount. About 50 g / L-absorbent.

一方、現行技術で使用されているアルカノールアミン型MDEAを30質量%含有する水溶液に対する40℃と70℃と間の二酸化炭素実ローディング量は、二酸化炭素分圧1〜4 MPaにおいて0.03 mol/mol-MDEA以下であり、本発明の含窒素化合物を主成分とする二酸化炭素吸収液を使用する方が、MDEA30質量%水溶液よりも効率的でかつ二酸化炭素脱離に要する熱量を低減することができる。   On the other hand, the actual carbon dioxide loading between 40 ° C and 70 ° C for an aqueous solution containing 30% by mass of alkanolamine type MDEA used in the current technology is 0.03 mol / mol- The use of a carbon dioxide absorbing solution that is not more than MDEA and contains the nitrogen-containing compound of the present invention as a main component is more efficient than the MDEA 30% by mass aqueous solution and can reduce the amount of heat required for carbon dioxide desorption.

また、二酸化炭素分圧4 MPa付近におけるMDEA30質量%水溶液に対する単位吸収液容量当たりの二酸化炭素吸収量は96 g/L-吸収液であるが、アルカノールアミン類と比べ分子量の小さい本発明の含窒素化合物、特にイミダゾール類を使用すると135 g/L-吸収液程度まで二酸化炭素吸収量を向上することができる。   In addition, the carbon dioxide absorption per unit absorbent volume with respect to a 30% by weight aqueous solution of MDEA at a carbon dioxide partial pressure of about 4 MPa is 96 g / L-absorbent, but the nitrogen-containing composition of the present invention has a lower molecular weight than alkanolamines. The use of compounds, particularly imidazoles, can improve carbon dioxide absorption up to about 135 g / L-absorbing solution.

この様に、二酸化炭素脱離時の温度が70℃と比較的低い場合でも、二酸化炭素分圧1及び/又は4 MPaにおいて、吸収液から良好な二酸化炭素脱離量が達成される。勿論、二酸化炭素脱離時の温度が70℃を超える場合、例えば、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃と上昇するに従い、二酸化炭素脱離量がさらに向上する。   Thus, even when the temperature at the time of carbon dioxide desorption is relatively low at 70 ° C., a good carbon dioxide desorption amount can be achieved from the absorbing solution at a carbon dioxide partial pressure of 1 and / or 4 MPa. Of course, when the temperature at the time of carbon dioxide desorption exceeds 70 ° C., for example, the amount of carbon dioxide desorption further increases as it rises to 80 ° C., 90 ° C., 100 ° C., 110 ° C., and 120 ° C.

一方、トリエタノールアミン(TEA)に代表されるヒンダードアルカノールアミン類はMDEAに比べ高二酸化炭素分圧下における二酸化炭素実ローディング量が改善されているが、本発明の含窒素化合物の内、特にイミダゾール類はTEAに比べ分子量が小さいため、単位吸収液容量当たりの二酸化炭素吸収量が大きい。このことは現行のアルカノールアミン類と比べ、酸性ガスを含む高圧ガス処理装置の小型化又は処理量増大において有利である。   On the other hand, hindered alkanolamines represented by triethanolamine (TEA) have an improved carbon dioxide actual loading amount under high carbon dioxide partial pressure compared to MDEA. Since CO2 has a lower molecular weight than TEA, it absorbs more carbon dioxide per unit absorbent volume. This is advantageous compared with the current alkanolamines in downsizing or increasing the throughput of a high-pressure gas processing apparatus containing an acidic gas.

本発明の高圧用化学吸収液による高圧ガスからの二酸化炭素の分離回収方法は、公知の高圧二酸化炭素吸収液に比較して、二酸化炭素脱離時の温度が70℃と比較的低い場合でも高二酸化炭素分圧条件における二酸化炭素実ローディング量が大きいのみならず、単位吸収液容量当たりの二酸化炭素吸収量が大きい。これにより、二酸化炭素吸収塔、二酸化炭素脱離塔、及びこれらに付随する装置を小型化し、液循環量も減らしてエネルギー損失を削減し、合わせて建設費用を減らすことが可能となる。   The method for separating and recovering carbon dioxide from high-pressure gas by the high-pressure chemical absorbent of the present invention is high even when the temperature at the time of desorption of carbon dioxide is relatively low at 70 ° C. as compared with known high-pressure carbon dioxide absorbent. Not only the carbon dioxide actual loading amount under the carbon dioxide partial pressure condition is large, but also the carbon dioxide absorption amount per unit absorbent volume is large. As a result, the carbon dioxide absorption tower, the carbon dioxide desorption tower, and the devices associated therewith can be miniaturized, the amount of liquid circulation can be reduced, energy loss can be reduced, and construction costs can be reduced.

以下に、本発明で吸収剤として用いる含窒素化合物の高圧二酸化炭素吸収性能を小規模吸収試験装置で調べた実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to an example in which the high-pressure carbon dioxide absorption performance of a nitrogen-containing compound used as an absorbent in the present invention was examined with a small-scale absorption test apparatus, but the present invention is limited to this example. Is not to be done.

実施例1
高圧二酸化炭素吸収量の測定は、炭酸ガスボンベ、二酸化炭素超臨界システム(インテリジェント超臨界二酸化炭素送液ポンプ(SCF-Get型、日本分光社製)、及び作動圧力プログラマブルバックプレッシャーレギュレータ(SCF-Bpg型、日本分光社製))、水蒸気トラップ及び乾式ガスメータ(DC-1C、シナガワ社製)を順次接続した装置を用いて行った。
Example 1
Carbon dioxide gas cylinder, carbon dioxide supercritical system (intelligent supercritical carbon dioxide pump (SCF-Get type, manufactured by JASCO)), and operating pressure programmable back pressure regulator (SCF-Bpg type) , Manufactured by JASCO Corporation)), a water vapor trap, and a dry gas meter (DC-1C, manufactured by Shinagawa Co., Ltd.) were sequentially used.

SCF-Bpg背圧弁の圧力(1〜4 MPa)及び減圧速度(0.5 MPa/min)を設定し、耐圧反応容器に4-エチルモルフォリン(EMO)を30質量%含む水溶液(30 mL)及び撹拌子を加え、蓋をして、耐圧反応容器をインテリジェント超臨界二酸化炭素送液ポンプと作動圧力プログラマブルバックプレッシャーレギュレータ間に接続し、マグネチックスターラー(RCX-1000型、東京理化器械社製)上に設置した。全ての実験において、撹拌速度は一定目盛に固定した。耐圧反応容器蓋上部に、SCF-Getポンプからの配管、SCF-Bpg背圧弁への配管、デジタル圧力計(DLS-5028、東洋測器社製)及びデジタル温度計(TI-2068-01、日本分光社製)を接続し、卓上型低温恒温水槽(CH-201型、サイニクス社製)による設定温度への加熱(40又は70℃)と撹拌を開始した。   Set the pressure (1-4 MPa) and pressure reduction rate (0.5 MPa / min) of the SCF-Bpg back pressure valve, and a pressure-resistant reaction vessel containing 30% by mass of 4-ethylmorpholine (EMO) in water (30 mL) and stirring The pressure-resistant reaction vessel is connected between the intelligent supercritical carbon dioxide pump and the operating pressure programmable back pressure regulator, on the magnetic stirrer (RCX-1000, manufactured by Tokyo Rika Kikai Co., Ltd.). installed. In all experiments, the stirring speed was fixed on a constant scale. Piping from SCF-Get pump, piping to SCF-Bpg back pressure valve, digital pressure gauge (DLS-5028, manufactured by Toyo Sokki Co., Ltd.) and digital thermometer (TI-2068-01, Japan) Spectroscopic Co., Ltd.) was connected, and heating (40 or 70 ° C.) and stirring to a set temperature with a desktop low temperature water bath (CH-201 type, manufactured by Synics) were started.

トラップを氷冷し、炭酸ガスボンベレギュレータ元栓とSCF-Getポンプのバルブを開けて耐圧容器へ炭酸ガスを通気した。炭酸ガス約100 Lを2時間かけて供給した後、SCF-Getポンプのバルブ次いで炭酸ガスボンベ元栓を閉じた。ガスメータの目盛、ガス出口温度、大気圧及び反応容器内圧力を記録し、SCF-Bpg背圧弁を大気圧開放した。大気圧開放開始から2時間後のガスメータ目盛を記録した。SCF-Bpg背圧弁への配管をはずし、反応容器から試験液6 mLをシリンジを用いてサンプリング、氷冷し、試験液中の残存二酸化炭素量をガスクロマトグラフ式の全有機炭素計(TOC-VCSH島津製作所社製)で測定した。ここで得られた値を0.1 MPaにおける二酸化炭素吸収量とした。 The trap was ice-cooled, carbon dioxide gas cylinder regulator main stopper and SCF-Get pump valve were opened, and carbon dioxide gas was vented to the pressure vessel. After supplying about 100 L of carbon dioxide gas over 2 hours, the valve of the SCF-Get pump and then the main stopper of the carbon dioxide cylinder were closed. The scale of the gas meter, gas outlet temperature, atmospheric pressure and pressure inside the reaction vessel were recorded, and the SCF-Bpg back pressure valve was opened to atmospheric pressure. The gas meter scale 2 hours after the start of atmospheric pressure release was recorded. Remove the pipe to the SCF-Bpg back pressure valve, sample 6 mL of the test solution from the reaction vessel using a syringe, cool with ice, and measure the amount of carbon dioxide in the test solution using a gas chromatographic total organic carbon meter (TOC-V CSH Shimadzu Corporation). The value obtained here was the carbon dioxide absorption at 0.1 MPa.

背圧弁の大気圧開放前後のガスメータ目盛変化より算出した試験液からの二酸化炭素放散量と試験液中の残存二酸化炭素量の合算により、設定温度・設定圧力における高圧二酸化炭素吸収量を、二酸化炭素を理想気体とするデータ処理により求め、高圧二酸化炭素吸収特性を評価した。   The high-pressure carbon dioxide absorption at the set temperature and set pressure is calculated by adding the carbon dioxide emission from the test solution calculated from the change in the gas meter scale before and after the back pressure valve is opened to atmospheric pressure and the residual carbon dioxide content in the test solution. Was obtained by data processing using as an ideal gas, and the high-pressure carbon dioxide absorption characteristics were evaluated.

EMO試験液の40℃と70℃と間の二酸化炭素実ローディング量は、二酸化炭素分圧0.1、1、及び4 MPaにおいて、EMO 1モル当たりそれぞれ0.28、0.36、及び0.11 mol/mol-EMOであり、単位EMO試験液量当たりそれぞれ31、41、及び12 g/L-EMO試験液であった。また、二酸化炭素分圧4 MPa、40℃における二酸化炭素吸収量は99 g/L-EMO試験液であった。   The actual loading of carbon dioxide between 40 ° C and 70 ° C for the EMO test solution is 0.28, 0.36, and 0.11 mol / mol-EMO per mole of EMO at carbon dioxide partial pressures of 0.1, 1, and 4 MPa, respectively. And 31, 41, and 12 g / L-EMO test solution per unit EMO test solution amount, respectively. The carbon dioxide absorption at 40 ° C at a partial pressure of carbon dioxide of 4 MPa was 99 g / L-EMO test solution.

実施例2
実施例1と同じ装置を用い、同条件でイミダゾール(Im)を30質量%含む水溶液(30 mL)を試験液として高圧二酸化炭素吸収特性を評価した。Im試験液の40℃と70℃と間の二酸化炭素実ローディング量は、二酸化炭素分圧0.1、1、及び4 MPaにおいて、Im 1モル当たりそれぞれ0.1、0.25、及び0.25 mol/mol-Imであり、単位Im試験液量当たりそれぞれ20、51、及び50 g/L-Im試験液であった。また、二酸化炭素分圧4 MPa、40℃における二酸化炭素吸収量は129 g/L-Im試験液であった。
Example 2
Using the same apparatus as in Example 1, high-pressure carbon dioxide absorption characteristics were evaluated using an aqueous solution (30 mL) containing 30% by mass of imidazole (Im) under the same conditions as a test solution. The actual loading of carbon dioxide between 40 ° C and 70 ° C of Im test solution is 0.1, 0.25, and 0.25 mol / mol-Im per mole of Im at carbon dioxide partial pressures of 0.1, 1, and 4 MPa, respectively. And 20, 51 and 50 g / L-Im test solution per unit Im test solution amount, respectively. Further, the carbon dioxide absorption at a partial pressure of carbon dioxide of 4 MPa and 40 ° C. was 129 g / L-Im test solution.

実施例3
実施例1と同じ装置を用い、同条件で2-メチルイミダゾール(2MeIm)を30質量%含む水溶液(30 mL)を試験液として高圧二酸化炭素吸収特性を評価した。2MeIm試験液の40℃と70℃と間の二酸化炭素実ローディング量は、二酸化炭素分圧0.1、1、及び4 MPaにおいて、2MeIm 1モル当たりそれぞれ0.29、0.27、及び0.14 mol/mol-2MeImであり、単位2MeIm試験液量当たりそれぞれ48、44、及び23 g/L-2MeIm試験液であった。また、二酸化炭素分圧4 MPa、40℃における二酸化炭素吸収量は135 g/L-2MeIm試験液であった。
Example 3
Using the same apparatus as in Example 1, high-pressure carbon dioxide absorption characteristics were evaluated using an aqueous solution (30 mL) containing 30% by mass of 2-methylimidazole (2MeIm) under the same conditions as a test solution. The actual loading of carbon dioxide between 40 ° C and 70 ° C for the 2MeIm test solution is 0.29, 0.27, and 0.14 mol / mol-2MeIm per mole of 2MeIm at carbon dioxide partial pressures of 0.1, 1, and 4 MPa, respectively. 48, 44, and 23 g / L-2 MeIm test solution per unit of 2 MeIm test solution amount, respectively. The carbon dioxide absorption at a partial pressure of carbon dioxide of 4 MPa and 40 ° C. was 135 g / L-2MeIm test solution.

実施例4
実施例1と同じ装置を用い、同条件で4-メチルイミダゾール(4MeIm)を30質量%含む水溶液(30 mL)を試験液として高圧二酸化炭素吸収特性を評価した。4MeIm試験液の40℃と70℃と間の二酸化炭素実ローディング量は、二酸化炭素分圧0.1、1、及び4 MPaにおいて、4MeIm 1モル当たりそれぞれ0.22、0.31、及び0.21 mol/mol-4MeImであり、単位4MeIm試験液量当たりそれぞれ36、50、及び34 g/L-4MeIm試験液であった。また、二酸化炭素分圧4 MPa、40℃における二酸化炭素吸収量は127 g/L-4MeIm試験液であった。
Example 4
Using the same apparatus as in Example 1, high-pressure carbon dioxide absorption characteristics were evaluated under the same conditions using an aqueous solution (30 mL) containing 4-methylimidazole (4MeIm) at 30% by mass as a test solution. The actual loading of carbon dioxide between 40 ° C and 70 ° C for the 4MeIm test solution is 0.22, 0.31, and 0.21 mol / mol-4MeIm per mole of 4MeIm at carbon dioxide partial pressures of 0.1, 1, and 4 MPa, respectively. And 36 g, 50 g, and 34 g / L-4 MeIm test solution per 4 MeIm test solution amount, respectively. Further, the carbon dioxide absorption at a partial pressure of carbon dioxide of 4 MPa and 40 ° C. was 127 g / L-4MeIm test solution.

表1に、本発明の含窒素化合物30質量%を含む水溶液を試験液として、二酸化炭素分圧0.1、1、及び4 MPa付近における40℃と70℃間の二酸化炭素実ローディング量(吸収量差)、及び二酸化炭素分圧4 MPa、40℃における二酸化炭素吸収量を示す。表中の略号は、EMO = 4-エチルモルフォリン、Im = イミダゾール、2MeIm = 2-メチルイミダゾール、4MeIm = 4-メチルイミダゾールである。   Table 1 shows the actual loading amount of carbon dioxide between 40 ° C. and 70 ° C. (absorption difference) at a partial pressure of carbon dioxide of 0.1, 1, and 4 MPa using an aqueous solution containing 30% by mass of the nitrogen-containing compound of the present invention as a test solution ), And carbon dioxide absorption at 4 MPa and 40 ° C. Abbreviations in the table are EMO = 4-ethylmorpholine, Im = imidazole, 2MeIm = 2-methylimidazole, 4MeIm = 4-methylimidazole.

Figure 2011025100
Figure 2011025100

比較例1
実施例1と同じ装置を用い、同条件でN-メチルジエタノールアミン(MDEA)を30質量%含む水溶液(30 mL)を試験液として高圧二酸化炭素吸収特性を評価した。MDEA試験液の40℃と70℃と間の二酸化炭素実ローディング量は、二酸化炭素分圧0.1、1、及び4 MPaにおいて、MDEAモル当たりそれぞれ0.37、0.03、及び~0 mol/mol-MDEAであり、単位MDEA試験液量当たりそれぞれ41、3、及び~0 g/L-MDEA試験液であった。また、二酸化炭素分圧4 MPa、40℃における二酸化炭素吸収量は96 g/L-MDEA試験液であった。高圧条件(1〜4 MPa付近)における40℃と70℃と間の二酸化炭素実ローディング量、及び二酸化炭素分圧4 MPa、40℃における二酸化炭素吸収量が全ての実施例に比べ小さいことがわかった。これらの結果は、本発明の含窒素化合物を含む吸収液が、公知の吸収液に比べて高圧条件下で効率的かつ低エネルギーにて二酸化炭素を分離回収できることを示している。
Comparative Example 1
Using the same apparatus as in Example 1, high-pressure carbon dioxide absorption characteristics were evaluated using an aqueous solution (30 mL) containing 30% by mass of N-methyldiethanolamine (MDEA) under the same conditions as a test solution. The actual CO2 loading between 40 ° C and 70 ° C for the MDEA test solution is 0.37, 0.03, and ~ 0 mol / mol-MDEA per mole of MDEA at carbon dioxide partial pressures of 0.1, 1, and 4 MPa, respectively. , 41, 3, and ˜0 g / L-MDEA test solution per unit MDEA test solution amount, respectively. In addition, the carbon dioxide absorption at 40 ° C at a carbon dioxide partial pressure of 4 MPa was 96 g / L-MDEA test solution. It can be seen that the actual loading amount of carbon dioxide between 40 ° C and 70 ° C under high pressure conditions (around 1 to 4 MPa) and the carbon dioxide absorption amount at a partial pressure of carbon dioxide of 4 MPa and 40 ° C are small compared to all examples. It was. These results indicate that the absorption liquid containing the nitrogen-containing compound of the present invention can separate and recover carbon dioxide efficiently and with low energy under high pressure conditions as compared with known absorption liquids.

比較例2
実施例1と同じ装置を用い、同条件でトリエタノールアミン(TEA)を30質量%含む水溶液(30 mL)を試験液として高圧二酸化炭素吸収特性を評価した。TEA試験液の40℃と70℃と間の二酸化炭素実ローディング量は、二酸化炭素分圧0.1、1、及び4 MPaにおいて、TEAモル当たりそれぞれ0.32、0.20、及び0.02 mol/mol-TEAであり、単位TEA試験液量当たりそれぞれ30、19、及び1 g/L-TEA試験液であった。また、二酸化炭素分圧4 MPa、40℃における二酸化炭素吸収量は76 g/L-TEA試験液であった。高圧条件(1〜4 MPa付近)における40℃と70℃と間の二酸化炭素実ローディング量、及び二酸化炭素分圧4 MPa、40℃における二酸化炭素吸収量がいずれも、実施例1〜4の水溶液と比べ小さいことがわかった。
Comparative Example 2
Using the same apparatus as in Example 1, high-pressure carbon dioxide absorption characteristics were evaluated using an aqueous solution (30 mL) containing 30% by mass of triethanolamine (TEA) under the same conditions as a test solution. The actual carbon dioxide loading between 40 ° C and 70 ° C of the TEA test solution is 0.32, 0.20, and 0.02 mol / mol-TEA per mole of TEA at carbon dioxide partial pressures of 0.1, 1, and 4 MPa, respectively. The amounts were 30, 19, and 1 g / L-TEA test solution per unit TEA test solution amount, respectively. Further, the carbon dioxide absorption at 40 ° C. under a partial pressure of carbon dioxide of 4 MPa was 76 g / L-TEA test solution. Aqueous carbon dioxide loading at 40 ° C and 70 ° C under high pressure conditions (around 1 to 4 MPa) and carbon dioxide absorption at 4 ° C and 40 ° C are both aqueous solutions of Examples 1-4. It was found to be smaller than

表2に、比較例として公知のアルカノールアミン30質量%を含む水溶液を試験液として、二酸化炭素分圧0.1、1、及び4 MPa付近における40℃と70℃と間の二酸化炭素実ローディング量(吸収量差)、及び二酸化炭素分圧4 MPa、40℃における二酸化炭素吸収量を示す。表中の略号は、MDEA = N-メチルジエタノールアミン、TEA = トリエタノールアミンである。   Table 2 shows an actual carbon dioxide loading (absorption) between 40 ° C. and 70 ° C. in the vicinity of carbon dioxide partial pressures of 0.1, 1 and 4 MPa using an aqueous solution containing 30% by mass of alkanolamine known as a comparative example as a test solution. (Quantity difference), and carbon dioxide absorption at 4 MPa and 40 ° C. Abbreviations in the table are MDEA = N-methyldiethanolamine, TEA = triethanolamine.

Figure 2011025100
Figure 2011025100

実施例5
実施例1と同じ装置を用い、同条件で4-(2-ヒドロキシエチル)モルフォリン(HEMO)を30質量%含む水溶液(30 mL)を試験液として高圧二酸化炭素吸収特性を評価した。4MeIm試験液の40℃と70℃と間の二酸化炭素実ローディング量は、二酸化炭素分圧0.1、1、及び4 MPaにおいて、HEMO モル当たりそれぞれ0.11、0.34、及び0.22 mol/mol-HEMOであり、単位HEMO試験液量当たりそれぞれ11、35、及び23 g/L-HEMO試験液であった。
Example 5
Using the same apparatus as in Example 1, high-pressure carbon dioxide absorption characteristics were evaluated using an aqueous solution (30 mL) containing 30% by mass of 4- (2-hydroxyethyl) morpholine (HEMO) under the same conditions as a test solution. The actual loading of carbon dioxide between 40 ° C and 70 ° C of the 4MeIm test solution is 0.11, 0.34, and 0.22 mol / mol-HEMO per mole of HEMO at carbon dioxide partial pressures of 0.1, 1, and 4 MPa, respectively. The amounts were 11, 35, and 23 g / L-HEMO test solution per unit HEMO test solution amount, respectively.

実施例6
実施例1と同じ装置を用い、同条件で1-メチルイミダゾール(1MeIm)を30質量%含む水溶液(30 mL)を試験液として高圧二酸化炭素吸収特性を評価した。1MeIm試験液の40℃と70℃と間の二酸化炭素実ローディング量は、二酸化炭素分圧0.1、1、及び4 MPaにおいて、1MeIm1モル当たりそれぞれ0.07、0.27、及び0.19 mol/mol-1MeImであり、単位1MeIm試験液量当たりそれぞれ11、44、及び31 g/L-1MeIm試験液であった。
Example 6
Using the same apparatus as in Example 1, high-pressure carbon dioxide absorption characteristics were evaluated under the same conditions using an aqueous solution (30 mL) containing 30% by mass of 1-methylimidazole (1MeIm) as a test solution. The actual loading of carbon dioxide between 40 ° C and 70 ° C of the 1MeIm test solution is 0.07, 0.27, and 0.19 mol / mol-1MeIm per mole of 1MeIm at carbon dioxide partial pressures of 0.1, 1, and 4 MPa, respectively. The amounts were 11, 44, and 31 g / L-1 MeIm test solution per unit of 1 MeIm test solution, respectively.

尚、試験液として、1MeImを30質量%含む水溶液に代えて1-(2-ヒドロキシエチル)イミダゾール(1HEIm)を30質量%含む水溶液を用い、上記と同様にして高圧二酸化炭素吸収特性を評価した。その結果、1HEIm水溶液についても、40℃と70℃と間の二酸化炭素実ローディング量は、二酸化炭素分圧1 MPaにおいて、1HEIm 1モル当たり 0.22 mol/mol-1HEIm、単位1HEIm試験液量当たり 27 g/L-1HEIm試験液と高い値を示した。   As the test solution, an aqueous solution containing 30% by mass of 1- (2-hydroxyethyl) imidazole (1HEIm) was used instead of the aqueous solution containing 30% by mass of 1MeIm, and the high-pressure carbon dioxide absorption characteristics were evaluated in the same manner as described above. . As a result, for the 1HEIm aqueous solution, the actual carbon dioxide loading between 40 ° C and 70 ° C was 0.22 mol / mol-1HEIm per mole of 1HEIm and 27 g per unit of 1HEIm test liquid at a partial pressure of carbon dioxide of 1 MPa. / L-1HEIm test solution showed high value.

実施例7
実施例1と同じ装置を用い、同条件で2-アミノピリジン(2APy) 30質量%含む水溶液(30 mL)を試験液として高圧二酸化炭素吸収特性を評価した。2APy試験液の40℃と70℃と間の二酸化炭素実ローディング量は、二酸化炭素分圧0.1、1、及び4 MPaにおいて、2APyモル当たりそれぞれ0.09、0.25、及び0.26 mol/mol-2APyであり、単位2APy試験液量当たりそれぞれ14、36、及び38 g/L-2APy試験液であった。
Example 7
Using the same apparatus as in Example 1, high-pressure carbon dioxide absorption characteristics were evaluated using an aqueous solution (30 mL) containing 30% by mass of 2-aminopyridine (2APy) under the same conditions as a test solution. The actual loading of carbon dioxide between 40 ° C and 70 ° C of the 2APy test solution is 0.09, 0.25, and 0.26 mol / mol-2APy per 2APy moles at carbon dioxide partial pressures of 0.1, 1, and 4 MPa, respectively. The amount was 14, 36, and 38 g / L-2APy test solution per unit 2 APy test solution amount, respectively.

表3に、本発明の含窒素化合物30質量%を含む水溶液を試験液として、二酸化炭素分圧0.1、1、及び4 MPa付近における40℃と70℃と間の二酸化炭素実ローディング量(吸収量差)を示す。表中の略号は、HEMO = 4-(2-ヒドロキシエチル)モルフォリン、1MeIm = 1-メチルイミダゾール、2APy = 2-アミノピリジンである。   Table 3 shows the actual loading amount of carbon dioxide (absorption amount) between 40 ° C. and 70 ° C. in the vicinity of carbon dioxide partial pressures of 0.1, 1, and 4 MPa using an aqueous solution containing 30% by mass of the nitrogen-containing compound of the present invention as a test solution. Difference). The abbreviations in the table are HEMO = 4- (2-hydroxyethyl) morpholine, 1MeIm = 1-methylimidazole, 2APy = 2-aminopyridine.

実施例5〜7から明らかなように、HEMO、1MeIm、1HEIm、及び2APyについても、実施例1〜4において用いたEMO、Im、2MeIm及び4MeImを含有する水溶液と同様に、高二酸化炭素分圧下で、高い二酸化炭素実ローディング量を示した。   As is clear from Examples 5 to 7, HEMO, 1MeIm, 1HEIm, and 2APy were also subjected to a high partial pressure of carbon dioxide in the same manner as the aqueous solutions containing EMO, Im, 2MeIm, and 4MeIm used in Examples 1-4. And showed a high actual carbon dioxide loading.

Figure 2011025100
Figure 2011025100

表1、2及び3は、本発明の水性組成物が、公知の吸収液に比べて高圧条件下で効率的かつ低エネルギーにて二酸化炭素を分離回収できることを示している。   Tables 1, 2 and 3 show that the aqueous composition of the present invention can separate and recover carbon dioxide efficiently and at low energy under high pressure conditions as compared with known absorbents.

Claims (10)

二酸化炭素を含む高圧ガスから二酸化炭素を回収するための水性組成物であって、
当該水性組成物は、複素環化合物を10〜60質量%含有し、
前記複素環化合物は、
(i)1〜4個の窒素原子を有し、1〜10個の酸素原子を有していてもよい5〜14員環の飽和複素環
[当該飽和複素環が有する窒素原子上には、水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基が置換しており、さらに当該飽和複素環上には、水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基が置換していてもよい。]及び
(ii)1〜4個の窒素原子を有する5〜14員環の不飽和複素環
[当該不飽和複素環は、水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基及び炭素数1〜4のアルキル基(当該炭素数1〜4のアルキル基上には、水酸基が置換していてもよい)を有することのあるアミノ基からなる群より選ばれた置換基を有していてもよい。]
からなる群より選択される少なくとも1種である、
二酸化炭素を回収するために用いられる水性組成物。
An aqueous composition for recovering carbon dioxide from a high-pressure gas containing carbon dioxide,
The aqueous composition contains 10 to 60% by mass of a heterocyclic compound,
The heterocyclic compound is
(I) a 5- to 14-membered saturated heterocyclic ring having 1 to 4 nitrogen atoms and optionally having 1 to 10 oxygen atoms [on the nitrogen atom of the saturated heterocyclic ring, An alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group is substituted, and an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group may be further substituted on the saturated heterocyclic ring. . And (ii) a 5- to 14-membered unsaturated heterocycle having 1 to 4 nitrogen atoms [the unsaturated heterocycle is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group and 1 carbon atom] Or a substituent selected from the group consisting of an amino group that may have an alkyl group of 4 to 4 (on the alkyl group of 1 to 4 carbon atoms, a hydroxyl group may be substituted) Good. ]
At least one selected from the group consisting of:
An aqueous composition used to recover carbon dioxide.
前記複素環化合物が、一般式〔I〕:
Figure 2011025100
[式中、Rは、水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基を示す。
、R、R及びRは、同一又は異なって、水素、又は水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基を示す。]
で示されるモルフォリン化合物である、請求項1記載の二酸化炭素回収用水性組成物。
The heterocyclic compound is represented by the general formula [I]:
Figure 2011025100
[Wherein, R 1 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group.
R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are the same or different and represent hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group. ]
The aqueous composition for carbon dioxide recovery according to claim 1, which is a morpholine compound represented by the formula:
前記複素環化合物が、一般式〔II〕:
Figure 2011025100
[式中、R、R、R及びRは、同一又は異なって、水素、又は水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基を示す。]
で示されるイミダゾール化合物である、請求項1記載の二酸化炭素回収用水性組成物。
The heterocyclic compound has the general formula [II]:
Figure 2011025100
[Wherein, R 6 , R 7 , R 8 and R 9 are the same or different and each represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group. ]
The aqueous composition for carbon dioxide recovery according to claim 1, which is an imidazole compound represented by the formula:
前記複素環化合物が、一般式〔III〕:
Figure 2011025100
[式中、R10、R11、R12、R13及びR14は、同一又は異なって、水素、水酸基を有することのある炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数1〜4のアルキル基(当該炭素数1〜4のアルキル基上には、水酸基が置換していてもよい)を有することのあるアミノ基を示す。]
で示されるピリジン化合物である、請求項1記載の二酸化炭素回収用水性組成物。
The heterocyclic compound is represented by the general formula [III]:
Figure 2011025100
[Wherein, R 10 , R 11 , R 12 , R 13 and R 14 are the same or different and each represents hydrogen or a hydroxyl group having 1 to 4 carbon atoms or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. The amino group which may have (The hydroxyl group may be substituted on the said C1-C4 alkyl group) is shown. ]
The aqueous composition for carbon dioxide recovery according to claim 1, which is a pyridine compound represented by the formula:
前記一般式〔I〕で示されるモルフォリン化合物が4−エチルモルフォリン又は4-(2-ヒドロキシエチル)モルフォリンである、請求項2記載の二酸化炭素回収用水性組成物。 The aqueous composition for carbon dioxide recovery according to claim 2, wherein the morpholine compound represented by the general formula [I] is 4-ethylmorpholine or 4- (2-hydroxyethyl) morpholine. 上記一般式〔II〕で示されるイミダゾール化合物がイミダゾール、1−メチルイミダゾール、1−(2−ヒドロキシエチル)イミダゾール、2−メチルイミダゾール、又は4−メチルイミダゾールである、請求項3記載の二酸化炭素回収用水性組成物。 The carbon dioxide recovery of Claim 3 whose imidazole compound shown by the said general formula [II] is imidazole, 1-methylimidazole, 1- (2-hydroxyethyl) imidazole, 2-methylimidazole, or 4-methylimidazole. Aqueous composition. 上記一般式〔III〕で示されるピリジン化合物が2−アミノピリジンである、請求項4記載の二酸化炭素回収用水性組成物。 The aqueous composition for carbon dioxide recovery according to claim 4, wherein the pyridine compound represented by the general formula [III] is 2-aminopyridine. (1)二酸化炭素の分圧が0.5〜5MPaである高圧ガスを、請求項1〜7のいずれか一項に記載の水性組成物に気液接触させ、該ガス中の二酸化炭素成分の乏しい処理ガスを得ると共に、二酸化炭素で負荷された吸収液を生成させる工程、
(2)前記二酸化炭素で負荷された吸収液を加熱して、当該吸収液より二酸化炭素を遊離させ、二酸化炭素成分の乏しい吸収液を再生させる工程、及び
(3)該二酸化炭素成分の乏しい吸収液を循環して、前記二酸化炭素吸収工程(1)に再利用する工程
を含む、二酸化炭素を含む高圧ガスから二酸化炭素を回収する方法。
(1) A high-pressure gas having a carbon dioxide partial pressure of 0.5 to 5 MPa is brought into gas-liquid contact with the aqueous composition according to any one of claims 1 to 7, and the carbon dioxide component in the gas Obtaining a poor process gas and generating an absorption liquid loaded with carbon dioxide;
(2) heating the absorption liquid loaded with carbon dioxide to liberate carbon dioxide from the absorption liquid and regenerating an absorption liquid having a low carbon dioxide component; and (3) poor absorption of the carbon dioxide component. A method for recovering carbon dioxide from a high-pressure gas containing carbon dioxide, comprising a step of circulating a liquid and reusing it in the carbon dioxide absorption step (1).
前記(1)工程における高圧ガスの二酸化炭素分圧が、1〜4MPa(絶対圧)である、請求項8記載の方法。 The method according to claim 8, wherein the carbon dioxide partial pressure of the high-pressure gas in the step (1) is 1 to 4 MPa (absolute pressure). 前記(2)工程において、二酸化炭素で負荷された吸収液の加熱を、一部減圧下に行なうことを特徴とする、請求項8又は9に記載の方法。 The method according to claim 8 or 9, wherein, in the step (2), the absorption liquid loaded with carbon dioxide is partially heated under reduced pressure.
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