JP2014231504A - Method for producing carbon compound - Google Patents

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民朗 金辺
Tamiaki Kanabe
民朗 金辺
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce a specific carbon compound, for example hexadecane (normal cetane), in high purity to contribute to improvement of a cetane value and reduction of a sulfur content of light oil.SOLUTION: The method for producing a carbon compound comprises the step of reacting compressed water of an aqueous potassium carbonate solution comprising 288 moles of water and 8 moles of potassium carbonate, 24 moles of carbon dioxide, and 49 moles of hydrogen in a reaction vessel of 300°C under a pressure condition of 2.0 MPa while controlling cooling so that a heat quantity ΔH (2506.28 kJ per 1 mole of normal cetane) calculated on the basis of the heat of formation (ΔHp) of the carbon compound (normal cetane) to be generated is removed from the reaction vessel as a whole to generate 1 mole of normal cetane. Hereby, for example if the generated normal cetane is mixed to light oil having a cetane value of 50 in a 1:1 ratio, there is theoretically obtained light oil having a cetane value of 75 which can exhibit very excellent ignitability, and also can reduce a sulfur content, a nitrogen content, and an oxygen content by half.

Description

本発明は、炭酸カリウム水溶液からなる圧縮水、二酸化炭素及び水素から特定の炭素化合物を、高い純度で製造することが可能な炭素化合物製造方法に関する。   The present invention relates to a carbon compound production method capable of producing a specific carbon compound with high purity from compressed water composed of an aqueous potassium carbonate solution, carbon dioxide and hydrogen.

例えば、天然ガスから一酸化炭素と水素を含む合成ガスを製造し、この合成ガスからフィッシャー・トロプシュ反応系でのGTL(Gas to Liquids)プロセスを通じてガソリン等の炭素化合物を合成する方法の発明が、下記特許文献1,2等で提案されている。   For example, an invention of a method of producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen from natural gas and synthesizing a carbon compound such as gasoline from the synthesis gas through a GTL (Gas to Liquids) process in a Fischer-Tropsch reaction system, The following patent documents 1, 2 and the like are proposed.

しかし、下記特許文献1,2等で提案されているGTLプロセスは、一酸化炭素を原料とするため、反応自体が不安定であるほか、ガソリンとともに軽油、灯油その他の炭化水素、油分の混合物として炭素化合物が生成されるため、生成物(炭素化合物)を様々な産業用途に資するまでに、蒸留等により各成分を分離する工程が更に必要となる等といった問題点を有している。   However, the GTL process proposed in the following Patent Documents 1 and 2 uses carbon monoxide as a raw material, so the reaction itself is unstable, and as a mixture of light oil, kerosene and other hydrocarbons, and oil components together with gasoline. Since a carbon compound is produced, there is a problem that a step of separating each component by distillation or the like is further required before the product (carbon compound) is used for various industrial uses.

特開平6−184559号公報JP-A-6-184559 特表2005−522565号公報JP 2005-522565 Gazette

一方、植物は、水(H2O)と二酸化炭素(CO2)とから特定の糖、デンプン、その他の植物油を作る光合成を行っていることが知られている。この光合成では、カリウムが酵素(触媒)として利用される。植物は、炭酸カリウムを触媒にし、生成した糖と水(H2O)を反応物として水素(H2)と二酸化炭素(CO2)を生成している。さらに、同じ炭酸カリウムを触媒にし、生成したH2とCO2を反応物として脂肪酸(植物油)を生成している。植物は、これらの反応を常温、常圧で行っているが、このような反応を人工的に高温、高圧下で構築することができれば、特定の炭素化合物を高純度で工業的に得ることができる可能性がある。 On the other hand, it is known that plants perform photosynthesis that produces specific sugars, starches, and other vegetable oils from water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ). In this photosynthesis, potassium is used as an enzyme (catalyst). Plants produce hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) using potassium carbonate as a catalyst and the produced sugar and water (H 2 O) as reactants. Furthermore, fatty acids (vegetable oils) are produced using the same potassium carbonate as a catalyst and the produced H 2 and CO 2 as reactants. Plants carry out these reactions at normal temperature and normal pressure. If such reactions can be artificially constructed at high temperature and high pressure, specific carbon compounds can be obtained industrially with high purity. There is a possibility.

本発明は、上記実情に鑑み提案され、植物が炭酸カリウムを触媒として脂肪酸(植物油)を生成している反応を工業的に構築し、二酸化炭素を使って反応自体を安定的に進ませるとともに、蒸留して各成分を分離する工程を不要として、特定の炭化水素、油類といった狙った炭素化合物を高純度で生成することのできる炭素化合物製造方法を新たに提供することを目的とする。   The present invention has been proposed in view of the above circumstances, industrially constructing a reaction in which a plant generates a fatty acid (vegetable oil) using potassium carbonate as a catalyst, and using carbon dioxide to stably advance the reaction itself, It is an object of the present invention to newly provide a carbon compound production method capable of producing a targeted carbon compound such as specific hydrocarbons and oils with high purity without requiring a step of separating each component by distillation.

上記目的を達成するために、本発明は、その構成元素として、少なくとも炭素及び水素を含み、必要な場合に酸素を含む炭素化合物を製造する炭素化合物製造方法であって、炭酸カリウム水溶液からなる圧縮水、二酸化炭素及び水素を所定条件下の反応器中で、生成しようとする炭素化合物の生成熱、前記炭素化合物における炭素のモル数及び酸素のモル数に基づいて算出される熱量ΔHを奪うように、前記反応器を冷却制御しながら反応させて、前記炭素化合物を生成し、副生成物が炭酸水素カリウムであり、前記熱量ΔHが、下記[数1]で表されることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a carbon compound production method for producing a carbon compound containing at least carbon and hydrogen as constituent elements and, if necessary, oxygen, comprising a compressed potassium carbonate solution. In a reactor under predetermined conditions, water, carbon dioxide, and hydrogen are deprived of calorific value ΔH calculated based on the heat of formation of the carbon compound to be produced, the number of moles of carbon and the number of moles of oxygen in the carbon compound. The reaction is carried out while cooling the reactor to produce the carbon compound, the by-product is potassium hydrogen carbonate, and the calorific value ΔH is represented by the following [Equation 1]. .

Figure 2014231504
Figure 2014231504

また、前記副生成物である炭酸水素カリウムの水溶液を、前記反応器での反応に比べて減圧した条件下の第2反応器に投入し、二酸化炭素及び炭酸カリウム水溶液を生成し、かつ、生成した二酸化炭素を除いて前記第2反応器での反応を生成側へ促進しながら炭酸カリウム水溶液を再生することを特徴とする。   In addition, an aqueous solution of potassium hydrogen carbonate as the by-product is charged into a second reactor under reduced pressure as compared with the reaction in the reactor to produce carbon dioxide and an aqueous potassium carbonate solution. The potassium carbonate aqueous solution is regenerated while promoting the reaction in the second reactor to the production side except for the carbon dioxide.

さらに、前記再生した炭酸カリウム水溶液から余分の水を取り除き、この余分の水を除いた炭酸カリウム水溶液を加圧し、前記反応器で反応触媒として機能する炭酸カリウム水溶液からなる圧縮水として用いることを特徴とする。   Furthermore, excess water is removed from the regenerated potassium carbonate aqueous solution, and the potassium carbonate aqueous solution from which the excess water has been removed is pressurized and used as compressed water comprising a potassium carbonate aqueous solution that functions as a reaction catalyst in the reactor. And

本発明に係る炭素化合物製造方法は、上記圧縮水を噴霧により前記反応器へ加えることが好ましい。上記二酸化炭素及び水素は、水蒸気改質プロセスから生成されたものを用いることが更に好ましい。   In the carbon compound production method according to the present invention, the compressed water is preferably added to the reactor by spraying. More preferably, the carbon dioxide and hydrogen produced from a steam reforming process are used.

また、本発明に係る炭素化合物製造方法は、製造される炭素化合物が特定の異性体のみからなることを特徴とする。   Moreover, the carbon compound manufacturing method according to the present invention is characterized in that the carbon compound to be manufactured consists only of a specific isomer.

本発明は、炭酸カリウムを触媒にし、H2とCO2を反応物として植物油を生成する植物の反応をモデルに、特定の炭素化合物を効率的に得ることのできる工業的な炭素化合物製造方法として構築されている。具体的には、炭酸カリウム水溶液からなる圧縮水、二酸化炭素及び水素を、所定条件下の反応器中で、上記[数1]の式中の生成しようとする炭素化合物の生成熱(ΔHp)等に基づいて算出される熱量ΔHを奪うように、反応器を冷却制御しながら反応させて、少なくとも炭素及び水素を含み、必要な場合に酸素を含む構成元素からなる炭素化合物を生成し、副生成物として炭酸水素カリウムを生成する炭素化合物製造方法である。したがって、反応器中では、二酸化炭素を原料としているから反応が安定的に進む。また、生成しようとする炭素化合物の生成熱(ΔHp)等に基づいて算出される熱量ΔHを奪う、すなわち、各種の炭素化合物で異なる生成熱に基づいて算出される熱量を指標にして反応器での反応を制御することで、得ようとする特定の炭素化合物を高純度で製造することができる。特に、その生成熱に基づいて特定の炭素化合物のみを製造するから、例えば、イソオクタンとノルマルオクタンといった異性体であっても、一方(特定)の異性体だけを高純度で製造することができる。なお、圧縮水中の炭酸カリウムが触媒として働くため、反応器に従来備えられていた触媒充填層を不要とすることができ、反応器のサイズを小型化することができる。 The present invention is an industrial carbon compound production method capable of efficiently obtaining a specific carbon compound by using as a model a plant reaction that produces vegetable oil using potassium carbonate as a catalyst and H 2 and CO 2 as reactants. Has been built. Specifically, the heat of formation (ΔHp) of the carbon compound to be generated in the reactor of the above [Equation 1], such as compressed water composed of an aqueous potassium carbonate solution, carbon dioxide, and hydrogen, etc. The reaction is performed while controlling the cooling of the reactor so that the amount of heat ΔH calculated based on the above is taken, and at least carbon and hydrogen are included, and if necessary, a carbon compound composed of constituent elements including oxygen is generated, and a by-product It is a carbon compound manufacturing method which produces | generates potassium hydrogen carbonate as a thing. Therefore, since the carbon dioxide is used as a raw material in the reactor, the reaction proceeds stably. Further, the amount of heat ΔH calculated based on the heat of formation (ΔHp) of the carbon compound to be generated is deprived, that is, the amount of heat calculated based on the heat of formation different for various carbon compounds is used as an index in the reactor. By controlling this reaction, the specific carbon compound to be obtained can be produced with high purity. In particular, since only a specific carbon compound is produced based on the heat of formation, even one isomer such as isooctane and normal octane can be produced with high purity. In addition, since the potassium carbonate in compressed water works as a catalyst, the catalyst packed bed conventionally provided in the reactor can be made unnecessary, and the size of the reactor can be reduced.

本発明は、副生成物である炭酸水素カリウム水溶液を、反応器での反応に比べて減圧した条件下の第2反応器に投入し、二酸化炭素及び炭酸カリウム水溶液を生成し、かつ、生成した二酸化炭素を除いて第2反応器での反応を生成側へ促進しながら炭酸カリウム水溶液を再生する構成である。さらに、再生した炭酸カリウム水溶液に含まれ、反応器で生成した余分の水を取り除き、この余分の水を除いた炭酸カリウム水溶液を加圧し、これを反応器で反応触媒として機能する炭酸カリウム水溶液からなる圧縮水として用いる構成である。したがって、システム(プラント)の連続した運転の中で、炭酸カリウムを循環して使用することを可能とし、極めて合理的な炭素化合物製造を進めることができる。   In the present invention, a potassium hydrogen carbonate aqueous solution as a by-product was introduced into a second reactor under reduced pressure as compared with the reaction in the reactor to produce carbon dioxide and a potassium carbonate aqueous solution. It is the structure which reproduces | regenerates potassium carbonate aqueous solution, promoting the reaction in a 2nd reactor to the production | generation side except carbon dioxide. Furthermore, the excess water contained in the regenerated potassium carbonate aqueous solution and removed in the reactor is removed, and the potassium carbonate aqueous solution from which this excess water is removed is pressurized, and this is removed from the potassium carbonate aqueous solution that functions as a reaction catalyst in the reactor. It is the structure used as compressed water. Accordingly, it is possible to circulate and use potassium carbonate in a continuous operation of the system (plant), and it is possible to proceed with extremely rational carbon compound production.

本発明では、上記圧縮水を噴霧により反応器へ加える構成とすることで、反応器における炭素化合物製造の反応を効率的に進行させることができる。原料の二酸化炭素や水素について、水蒸気改質プロセスから生成されたものを用いる構成とすれば、水蒸気改質プロセスに基づく水素製造による水素と、並行して生成される二酸化炭素とを、所望の炭素化合物を得るのに有効活用することができる。そして上述のように、本発明では、製造される炭素化合物を特定の異性体のみを高純度で得ることができる。   In the present invention, the reaction for producing the carbon compound in the reactor can be efficiently advanced by adding the compressed water to the reactor by spraying. If the raw material carbon dioxide or hydrogen is generated from a steam reforming process, hydrogen produced by hydrogen production based on the steam reforming process and carbon dioxide produced in parallel are converted into desired carbon. It can be effectively used to obtain a compound. As described above, in the present invention, only a specific isomer of the produced carbon compound can be obtained with high purity.

本発明に係る炭素化合物製造方法の工程の概略を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the outline of the process of the carbon compound manufacturing method which concerns on this invention. 反応器入口から出口に至るまでの各物質の質量の変化を定性的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the change of the mass of each substance from a reactor inlet to an outlet qualitatively.

以下、本発明に係る炭素化合物製造方法についての実施形態を、図面を参照しつつ説明する。この実施形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明は特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。   Hereinafter, an embodiment of a carbon compound production method according to the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment is merely an example of the present invention, and the present invention can be modified in various ways without departing from the matters described in the claims.

本発明に係る炭素化合物製造方法の概略を、図1を参照しつつ説明する。まず一般例として、化学式Cnmlで表される炭素化合物を得るときの炭素化合物製造方法について説明していく。以下の化学式において、(G)は気体(蒸気)、(L)は液体、(S)は固体を示す。また、化学式に登場する変数であるn、mは、0より大きい実数であり、同じ変数のlは、0と0より大きい実数である。本実施形態の説明では、シェルアンドチューブ式反応器を炭素化合物製造のための反応器として採用している。 The outline of the carbon compound manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIG. First, as a general example, a carbon compound production method for obtaining a carbon compound represented by the chemical formula C n H m O l will be described. In the following chemical formula, (G) indicates gas (vapor), (L) indicates liquid, and (S) indicates solid. Moreover, n and m which are variables appearing in the chemical formula are real numbers greater than 0, and l of the same variable is a real number greater than 0 and 0. In the description of this embodiment, a shell and tube reactor is employed as a reactor for producing a carbon compound.

図1に示すように、まず、所定量の二酸化炭素(CO2)、水素(H2)及び炭酸カリウム水溶液(K2CO3+H2O)からなる圧縮水のそれぞれを反応させるのに適した状態にするため、その温度及び圧力を調整する。1.5nモルの二酸化炭素、(2n+m/2−l)モルの水素をタンクから取り出し、圧縮機、加熱器を通じて、それぞれ反応させるのに適した200〜600℃の温度、1.0〜5.0MPaの圧力状態にする。また、18nモルの水(L)と0.5nモルの炭酸カリウムからなる炭酸カリウム水溶液をタンクからポンプで取り出し、加熱器を通じて圧縮水とし、反応させるのに適した200〜600℃の温度、1.0〜5.0MPaの圧力状態にする。反応させるのに適した状態として、温度条件は、生成しようとする炭素化合物の標準沸点以上の温度であって、その反応速度に鑑みて適切な200〜600℃の温度の範囲から適宜、決定される。300〜550℃が実際的な温度条件になり得る。また、圧力条件は、生成される水蒸気が過熱蒸気となる圧力であって、水蒸気の一部が液体の水になる凝縮が起こらない圧力として1.0〜5.0MPaの範囲から適宜、決定される。なお、圧力を高くし過ぎる設定にすると、コンプレッサーへの負荷が大きく、経済的にも不利である。 As shown in FIG. 1, first, it is suitable for reacting a predetermined amount of carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen (H 2 ), and compressed water composed of an aqueous potassium carbonate solution (K 2 CO 3 + H 2 O). Adjust the temperature and pressure to get into the state. 1.5 nmole of carbon dioxide and (2n + m / 2-l) mol of hydrogen are taken out of the tank, and are passed through a compressor and a heater, respectively, at a temperature of 200 to 600 ° C. suitable for reaction, 1.0 to 5. The pressure is set to 0 MPa. Also, a potassium carbonate aqueous solution composed of 18 nmoles of water (L) and 0.5 nmoles of potassium carbonate is pumped out of the tank, and is made into compressed water through a heater to a temperature of 200 to 600 ° C. suitable for reaction. The pressure is set to 0 to 5.0 MPa. As a state suitable for the reaction, the temperature condition is appropriately determined from a temperature range of 200 to 600 ° C. which is a temperature higher than the normal boiling point of the carbon compound to be produced and is appropriate in view of the reaction rate. The 300-550 ° C. can be a practical temperature condition. Further, the pressure condition is appropriately determined from the range of 1.0 to 5.0 MPa as the pressure at which the generated water vapor becomes superheated vapor and the condensation at which part of the water vapor becomes liquid water does not occur. The If the pressure is set too high, the load on the compressor is large, which is economically disadvantageous.

さらに、その温度及び圧力が所定値に整えられた二酸化炭素、水素及び、炭酸カリウム水溶液からなる圧縮水を、複数の管からなる反応器として例示されるシェルアンドチューブ式反応器(以下、単に「反応器」という。)のシェル側に投入し、これらを200〜600℃の温度、1.0〜5.0MPaの圧力の条件下で反応させる。特に、スプレーノズル等を使って、圧縮水を2以上の複数箇所から、噴霧により反応器のシェル側にインプットすることが好ましい。水溶液に含まれる炭酸カリウムを触媒として利用するのに、霧状であることが、接触面積を大きくするために必要であって、2以上の複数箇所からインプットすることで炭酸カリウムを触媒として、さらに効率的に利用することができる。なお、反応器のチューブ側には後述するように冷却水を導入し、反応により生じる熱を奪う。反応器中で進む反応の反応式は、下記[化1]のとおりである。   Furthermore, the compressed water consisting of carbon dioxide, hydrogen, and potassium carbonate aqueous solution whose temperature and pressure are adjusted to predetermined values is converted into a shell-and-tube reactor (hereinafter simply referred to as “reactor consisting of a plurality of tubes”). The reactor is referred to as “reactor”), and these are reacted under the conditions of a temperature of 200 to 600 ° C. and a pressure of 1.0 to 5.0 MPa. In particular, it is preferable to use a spray nozzle or the like to input compressed water from two or more locations to the shell side of the reactor by spraying. In order to use potassium carbonate contained in the aqueous solution as a catalyst, it is necessary to be atomized in order to increase the contact area. By inputting from two or more places, potassium carbonate is used as a catalyst. It can be used efficiently. In addition, as will be described later, cooling water is introduced to the tube side of the reactor to take away heat generated by the reaction. The reaction formula of the reaction proceeding in the reactor is as shown in [Chemical Formula 1] below.

Figure 2014231504
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上記[化1]の反応は、発熱反応となるので、反応器のチューブ側に冷却媒体(例えば、冷却水)を循環させる等の手段を使って反応器の全体を冷却制御する。すなわち熱(エンタルピー)を奪いながら反応を進めるようにする。具体的には、反応器を冷却制御すべき熱量ΔH(MJ/kmol)は、反応器自体の温度を一定に制御した状態において(すなわち、反応器の入口と出口の温度を等しくさせた状態で)、生成しようとする炭素化合物(Cnml)の生成熱ΔHp(MJ/kmol)、生成しようとする炭素化合物における炭素のモル数n及び酸素のモル数lに基づいて、下記[数2]で表すことができる。 Since the reaction of [Chemical Formula 1] is an exothermic reaction, cooling of the entire reactor is controlled using means such as circulating a cooling medium (for example, cooling water) to the tube side of the reactor. In other words, the reaction proceeds while taking heat (enthalpy). Specifically, the amount of heat ΔH (MJ / kmol) at which the reactor is cooled is controlled in a state where the temperature of the reactor itself is controlled to be constant (that is, in a state where the temperatures at the inlet and the outlet of the reactor are equal). ), The heat of formation ΔHp (MJ / kmol) of the carbon compound (C n H m O l ) to be generated, the number of moles of carbon n and the number of moles of oxygen 1 in the carbon compound to be generated [Expression 2]

Figure 2014231504
Figure 2014231504

そして、反応器のチューブ側を循環する冷却水の流量Fを、下記[数3]の2式から導き出される値に調整することで、反応器の全体から熱量ΔHを奪って(ΔHのエンタルピーを奪って)、反応を生成側に進ませることができる、すなわち、その生成熱に対応する特定の炭素化合物を高純度で生成することができる。   Then, by adjusting the flow rate F of the cooling water circulating on the tube side of the reactor to a value derived from the following equation (2), the amount of heat ΔH is taken from the entire reactor (the enthalpy of ΔH is Deprived) can allow the reaction to proceed to the production side, i.e. a specific carbon compound corresponding to its heat of formation can be produced in high purity.

Figure 2014231504
Figure 2014231504

ここで、上記[化1]の反応式で表された反応を解説する。   Here, the reaction represented by the reaction formula of [Chemical Formula 1] will be described.

炭酸カリウムを触媒として二酸化炭素、水素を原料に炭素化合物(Cnml)を製造する反応式は、下記[化2]のとおりである。 The reaction formula for producing a carbon compound (C n H m O l ) using potassium carbonate as a catalyst and carbon dioxide and hydrogen as raw materials is as shown in the following [Chemical Formula 2].

Figure 2014231504
Figure 2014231504

上記[化2]は、下記の複数の反応式[化3]から導かれる。   The above [Chemical 2] is derived from the following reaction formulas [Chemical 3].

Figure 2014231504
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また、上記[化1]において反応物と同様に、反応器出口で炭酸カリウムがゼロとなるように、炭酸カリウムを炭酸水素カリウム(KHCO3)の水溶液にする。その反応式は、下記[化4]のとおりである。なお、完全に炭酸水素カリウム水溶液(KHCO3+H2O)とするために、余剰の水が追加されている。すなわち、上記[化1]では、圧縮水として18nモルの水(L)が反応器にインプットされていることから、実際の反応は下記[化5]に示すとおりであり、17.5nモルの水(L)が余剰に追加されているといえる。なお、反応器出口で炭酸カリウムがゼロとなるように反応を進めることができれば、[化5]における反応は余剰の水に相当する量として17.5nモルの水(L)であることに限定されない。 In addition, as in the case of the reaction product in [Chemical Formula 1], potassium carbonate is made into an aqueous solution of potassium hydrogen carbonate (KHCO 3 ) so that potassium carbonate becomes zero at the outlet of the reactor. The reaction formula is as shown in [Chemical Formula 4] below. Incidentally, in order to completely and aqueous potassium hydrogen carbonate solution (KHCO 3 + H 2 O) , excess water is added. That is, in the above [Chemical Formula 1], since 18 nmol of water (L) is input to the reactor as compressed water, the actual reaction is as shown in [Chemical Formula 5] below, and 17.5 nmol of It can be said that water (L) is added in excess. If the reaction can proceed so that potassium carbonate becomes zero at the reactor outlet, the reaction in [Chemical Formula 5] is limited to 17.5 nmoles of water (L) as an amount corresponding to excess water. Not.

Figure 2014231504
Figure 2014231504
Figure 2014231504
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上記[化1]はこのように、上記[化2]及び上記[化5]の反応式から導かれる。そして、200〜600℃の温度、1.0〜5.0MPaの圧力条件下の反応器中で、上記[数1]の式中の生成しようとする炭素化合物の生成熱(ΔHp)等に基づいて算出される熱量ΔHを、反応器の全体から奪うことによって、その特定の炭素化合物(Cnml)を高純度で製造することができる。また、副生成物として炭酸水素カリウムを生成することになる。 [Chemical Formula 1] is thus derived from the reaction formulas of [Chemical Formula 2] and [Chemical Formula 5]. Based on the heat of formation (ΔHp) of the carbon compound to be produced in the above formula [1] in a reactor at a temperature of 200 to 600 ° C. and a pressure of 1.0 to 5.0 MPa. The specific carbon compound (C n H m O l ) can be produced with high purity by taking the calorific value ΔH calculated in this way from the entire reactor. Moreover, potassium hydrogen carbonate will be produced as a by-product.

なお、上記[数1]の式中の生成しようとする炭素化合物の生成熱(ΔHp)等に基づいて算出される熱量ΔHを、反応器の全体から奪う点は、上記[化1]の反応が逆方向に進むことを避けるためにも必要である。生成された炭素化合物Cnml(G)及び(2n−l)H2O(G)から、吸熱反応の水蒸気改質反応によって、二酸化炭素及び水素が生成する、すなわち、逆反応が進む恐れがあるからである。したがって、反応器の全体にわたって冷却水を循環させて冷却制御することが好ましい。また、図2に示すように、反応物(CO2、H2)と同様に炭酸カリウムが反応器出口でゼロとなるように、炭酸カリウムを炭酸水素カリウム水溶液にすることで、最適な反応を得ることができる。 The point of depriving the entire reactor of the amount of heat ΔH calculated based on the heat of formation (ΔHp) of the carbon compound to be produced in the formula of [Equation 1] is the reaction of [Chemical Formula 1]. It is also necessary to avoid going in the opposite direction. Carbon dioxide and hydrogen are produced from the produced carbon compounds C n H m O l (G) and (2n−1) H 2 O (G) by an endothermic steam reforming reaction, that is, the reverse reaction is performed. Because there is a risk of moving forward. Therefore, it is preferable to control cooling by circulating cooling water throughout the reactor. In addition, as shown in FIG. 2, the optimal reaction is achieved by making potassium carbonate into an aqueous potassium hydrogen carbonate solution so that potassium carbonate becomes zero at the outlet of the reactor as in the case of the reactants (CO 2 , H 2 ). Can be obtained.

nml(G)としての炭素化合物や(2n−l)H2O(G)としての水蒸気、炭酸水素カリウム水溶液(nKHCO3+17.5nH2O(L))からなる生成物を反応器からアウトプットした後には、これらを後工程で分離するために凝縮器に導き、温度及び圧力を調整しつつ凝縮して、下記[化6]に示すようにし、炭素化合物(Cnml)及び水蒸気(2n−l)H2O(G)を液体に状態変化させる。(2n−l)H2Oの水蒸気を液体とすることで、水蒸気改質反応が起こらなくなるという効果もある。なお、メタンのように冷却してもその温度、圧力では液体にならない炭素化合物があるので留意する。凝縮器を通じて固体となる炭素化合物もある。 A product comprising a carbon compound as C n H m O l (G), water vapor as (2n−1) H 2 O (G), and an aqueous potassium hydrogen carbonate solution (nKHCO 3 +17.5 nH 2 O (L)) After output from the reactor, they are led to a condenser to be separated in a subsequent process, condensed while adjusting the temperature and pressure, and as shown in the following [Chemical Formula 6], the carbon compound (C n H m O l ) and water vapor (2n−1) H 2 O (G) are changed to a liquid state. (2n-1) By making the steam of H 2 O into a liquid, there is also an effect that the steam reforming reaction does not occur. Note that some carbon compounds, such as methane, do not become liquid at that temperature and pressure even when cooled. Some carbon compounds become solids through condensers.

Figure 2014231504
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続いて、これらを液液分離器(メタンなどの不凝縮の炭素化合物の場合は、気液分離器。また、凝縮器を通じて固体となる炭素化合物の場合は、固液分離器)に導入し、炭素化合物(Cnml)を分離する。その一方で、分離した炭酸水素カリウム水溶液を減圧し、第2反応器である溶液再生塔に導入する。溶液再生塔では、下記[化7]の反応式により炭酸カリウムが水溶液の状態で再生される。炭酸水素カリウムが溶液再生塔に導入されたとき、(19.5n−l)モルの水(L)が存在するので、実際の反応は下記[化8]に示すようにして、炭酸カリウムが再生される。 Subsequently, these are introduced into a liquid-liquid separator (a gas-liquid separator in the case of a non-condensable carbon compound such as methane, or a solid-liquid separator in the case of a carbon compound that becomes a solid through a condenser), separating the carbon compounds (C n H m O l) . On the other hand, the separated potassium hydrogen carbonate aqueous solution is decompressed and introduced into a solution regeneration tower which is a second reactor. In the solution regeneration tower, potassium carbonate is regenerated in the form of an aqueous solution according to the following reaction formula [7]. When potassium hydrogen carbonate is introduced into the solution regeneration tower, (19.5 n-1) moles of water (L) is present, so the actual reaction is performed as shown in the following [Chemical Formula 8]. Is done.

Figure 2014231504
Figure 2014231504
Figure 2014231504
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溶液再生塔での炭酸カリウムの再生では、生成した二酸化炭素を除きながら反応を進めることで、上記[化8]に示す反応を生成側へ促進することができ、これにより効率的に炭酸カリウムの再生を果たすことができる。   In the regeneration of potassium carbonate in the solution regeneration tower, the reaction shown in the above [Chemical 8] can be promoted to the production side by removing the produced carbon dioxide, thereby efficiently producing potassium carbonate. Can play.

次に、溶液再生塔で再生した炭酸カリウム水溶液について、ポンプで加圧し、加熱器で加熱し、その湿り水蒸気の乾き度を制御するとともに、気液分離器を使って余分の水である炭素化合物を生成する際に生じた水(反応器で生成された水)を取り除く。余分の水が取り除かれた炭酸カリウム水溶液は、炭素化合物製造の反応触媒である炭酸カリウム水溶液の圧縮水としてそのまま、再使用することができる。すなわち、炭酸カリウム水溶液の循環使用が実現される。   Next, the potassium carbonate aqueous solution regenerated in the solution regeneration tower is pressurized with a pump and heated with a heater to control the dryness of the wet steam, and the carbon compound which is excess water using a gas-liquid separator Remove the water (water produced in the reactor) generated when producing The potassium carbonate aqueous solution from which excess water has been removed can be reused as it is as compressed water for the potassium carbonate aqueous solution which is a reaction catalyst for the production of carbon compounds. That is, circulation use of an aqueous potassium carbonate solution is realized.

余分の水(反応器で生成された水)を取り除く際の湿り水蒸気の乾き度は、下記[数4]で表すことができる。   The dryness of the wet steam when removing excess water (water generated in the reactor) can be expressed by the following [Equation 4].

Figure 2014231504
Figure 2014231504

気液分離器を使って余分の水(反応器で生成された水)を取り除く反応は、下記[化9]に示すとおりである。   The reaction for removing excess water (water generated in the reactor) using a gas-liquid separator is as shown in [Chemical 9] below.

Figure 2014231504
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すなわち、0.5nモルの炭酸カリウムが溶けている(20n−l)モルの水(L)から、(2n−l)モル(反応による生成モル数)だけを水蒸気として除去することにより、残りの炭酸カリウム水溶液を、炭素化合物を生成するための反応器で反応させる濃度(0.5nK2CO3+18nH2O(L))として、そのまま反応触媒として反応器での反応に再利用することができることとなる。 That is, by removing only (2n-1) moles (number of moles produced by the reaction) as water vapor from (20n-1) moles of water (L) in which 0.5 nmol of potassium carbonate is dissolved, The potassium carbonate aqueous solution can be reused as a reaction catalyst for the reaction in the reactor as the concentration (0.5 nK 2 CO 3 +18 nH 2 O (L)) for reacting in the reactor for producing the carbon compound. It becomes.

本発明において、所望の炭素化合物を製造するための原料である二酸化炭素や水素は、水蒸気改質プロセスから生成されたものを用いれば、水蒸気改質プロセスに基づく水素製造のプラントと併設することにより、所望の炭素化合物を得ることができるので便宜である。例えば、本発明は、天然ガスの水蒸気改質プロセスに基づく水素製造プラントと併設することにより、従来の天然ガスからガソリンを得ようとするGTLプロセスで必要であった蒸留等により各成分を分離する工程を不要とすることができる。   In the present invention, carbon dioxide and hydrogen, which are raw materials for producing a desired carbon compound, can be used together with a hydrogen production plant based on the steam reforming process, if generated from the steam reforming process. This is convenient because a desired carbon compound can be obtained. For example, the present invention separates each component by distillation or the like required in a GTL process for obtaining gasoline from conventional natural gas by being provided with a hydrogen production plant based on a natural gas steam reforming process. A process can be dispensed with.

このように、本発明では、炭酸カリウムを触媒にし、H2とCO2を反応物として植物油を生成する植物の反応をモデルに、特定の炭素化合物を効率的に得ることのできる工業的な炭素化合物製造方法として構築されている。具体的には、炭酸カリウム水溶液からなる圧縮水、二酸化炭素及び水素を所定条件下の反応器中で、上記[数1]の式中の生成しようとする炭素化合物の生成熱(ΔHp)等に基づいて算出される熱量ΔHを反応器から奪うように冷却制御しながら反応させて生成する。これにより、二酸化炭素を原料としているから反応が安定的に進むとともに、各種の炭素化合物で異なる生成熱を指標として反応を制御することで、得ようとする特定の炭素化合物を高純度で製造することができる。副生成物の炭酸水素カリウムは、その後、炭酸カリウムに再生され、循環使用に資することができる。なお、圧縮水中の炭酸カリウムが触媒として働くため、反応器に従来備えられていた触媒充填層を不要とすることができ、反応器のサイズを小型化することができる。したがって、極めて合理的な炭素化合物製造を進めることができる。 As described above, in the present invention, industrial carbon that can efficiently obtain a specific carbon compound using, as a model, a plant reaction that produces vegetable oil using potassium carbonate as a catalyst and H 2 and CO 2 as reactants. It is constructed as a compound manufacturing method. Specifically, compressed water composed of an aqueous potassium carbonate solution, carbon dioxide, and hydrogen are generated in a reactor under predetermined conditions in accordance with the heat of formation (ΔHp) of the carbon compound to be generated in the above formula [1]. It generates by making it react, controlling cooling so that calorie | heat amount (DELTA) H calculated based on it may be taken from a reactor. As a result, the reaction proceeds stably because carbon dioxide is used as a raw material, and the specific carbon compound to be obtained is produced with high purity by controlling the reaction using different heats of formation for various carbon compounds as an index. be able to. The by-product potassium bicarbonate is then regenerated to potassium carbonate and can be used for recycling. In addition, since the potassium carbonate in compressed water works as a catalyst, the catalyst packed bed conventionally provided in the reactor can be made unnecessary, and the size of the reactor can be reduced. Therefore, extremely rational carbon compound production can be promoted.

以下、本発明に係る炭素化合物製造方法について、実施例として具体的な炭素化合物の例を取り上げて、いくつかを説明する。   Hereinafter, some examples of the carbon compound production method according to the present invention will be described by taking specific carbon compounds as examples.

(実施例1)
実施例1では、炭素化合物Cnml(l=0)で表される炭化水素(Cnm)を製造する炭素化合物製造方法の例として、メタン製造方法について説明する。炭酸カリウム(K2CO3)を触媒として二酸化炭素(CO2)、水素(H2)を原料に、メタン(CH4)を製造する反応器内での反応式は、下記[化10]のとおりである。本実施例では、反応器出口温度、すなわち反応温度を300℃に、反応器出口圧力、すなわち反応圧力を2.0MPaに設定した。300℃であれば、メタンの標準沸点以上の温度であり、かつ適切な反応速度が得られる。2.0MPaであれば、生成される水蒸気の当該温度における飽和蒸気圧よりも十分に小さいので、水蒸気の一部が液体の水になる凝縮が起こらないからである。
Example 1
In Example 1, a methane production method will be described as an example of a carbon compound production method for producing a hydrocarbon (C n H m ) represented by a carbon compound C n H m O l (l = 0). The reaction formula in the reactor for producing methane (CH 4 ) using carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen (H 2 ) as raw materials using potassium carbonate (K 2 CO 3 ) as a catalyst is shown in the following [Chemical Formula 10]. It is as follows. In this example, the reactor outlet temperature, ie, the reaction temperature, was set to 300 ° C., and the reactor outlet pressure, ie, the reaction pressure, was set to 2.0 MPa. If it is 300 degreeC, it is the temperature more than the normal boiling point of methane, and a suitable reaction rate will be obtained. If the pressure is 2.0 MPa, it is sufficiently smaller than the saturated vapor pressure at the temperature of the generated water vapor, so that a part of the water vapor does not condense into liquid water.

Figure 2014231504
Figure 2014231504

上記[化10]の反応において、反応器のチューブ側を循環する冷却水によって奪う熱量ΔH1(MJ/kmol)は、製造するメタン1モルあたり205.46kJである。そして、上記[数3]を満たすように反応器のチューブ側を循環する冷却水の流量Fを調整する等により、反応器の全体を適切に冷却制御しながら熱量ΔH1を奪うことができる。 In the reaction of [Chemical Formula 10], the amount of heat ΔH 1 (MJ / kmol) taken by the cooling water circulating on the tube side of the reactor is 205.46 kJ per mole of methane to be produced. Then, by adjusting the flow rate F of the cooling water circulating on the tube side of the reactor so as to satisfy the above [Equation 3], the heat amount ΔH 1 can be taken while appropriately cooling the entire reactor.

上記[化10]の反応により生成したメタン(CH4)及び副生成物としての炭酸水素カリウムを反応器からアウトプットした後の凝縮器での反応は、下記[化11]のとおりである。さらに、メタンは不凝縮の炭素化合物であるので気液分離器に導入して分離する。その後、メタンを分離した後の炭酸水素カリウム水溶液を溶液再生塔に導入し、炭酸カリウムを再生する反応は、下記[化12]に示すとおりである。炭酸カリウムの再生では、生成した二酸化炭素を除きながら反応を進めて、上記[化12]に示す反応を生成側へ促進する。 The reaction in the condenser after the methane (CH 4 ) produced by the reaction of the above [Chemical Formula 10] and potassium hydrogen carbonate as a by-product is output from the reactor is as shown in the following [Chemical Formula 11]. Furthermore, since methane is a non-condensable carbon compound, it is introduced into a gas-liquid separator and separated. Thereafter, the reaction for regenerating potassium carbonate by introducing the potassium hydrogen carbonate aqueous solution after separating methane into the solution regeneration tower is as shown in the following [Chemical Formula 12]. In the regeneration of potassium carbonate, the reaction proceeds while removing the generated carbon dioxide, and the reaction shown in the above [Chemical 12] is promoted to the production side.

Figure 2014231504
Figure 2014231504
Figure 2014231504
Figure 2014231504

また、溶液再生塔で再生した炭酸カリウム水溶液について、炭酸カリウム水溶液の循環使用に資するため、気液分離器を使って余分の水を取り除く反応は、下記[化13]のとおりである。   In addition, for the potassium carbonate aqueous solution regenerated in the solution regeneration tower, the reaction for removing excess water using a gas-liquid separator in order to contribute to the circulation use of the potassium carbonate aqueous solution is as shown in [Chemical Formula 13] below.

Figure 2014231504
Figure 2014231504

下記[表1]に、本発明により製造される個別の炭化水素(Cnm)の例について、製造するのに反応器から奪う熱量ΔH、その炭化水素の生成熱ΔHp、反応器の温度条件、圧力条件をそれぞれ示す。 In Table 1 below, for an example of individual hydrocarbons (C n H m ) produced according to the present invention, the amount of heat ΔH taken from the reactor to produce, the heat of formation ΔHp of the hydrocarbon, the temperature of the reactor Conditions and pressure conditions are shown respectively.

Figure 2014231504
Figure 2014231504

ここで、[表1]から理解されるように、本発明では、例えば、ノルマルオクタンとイソオクタンといった異性体に対しても、一方(特定)の異性体のみを高純度で製造することができる。異性体毎に生成熱ΔHpの数値が異なるので、奪うべき熱量ΔHも異性体間でも異なることとなり、この異なる熱量ΔHを指標に反応器を冷却制御することで、所望の異性体のみが高純度で生成されることになるのである。   Here, as understood from [Table 1], in the present invention, for example, only one (specific) isomer can be produced with high purity, even with respect to isomers such as normal octane and isooctane. Since the value of heat of formation ΔHp differs for each isomer, the amount of heat ΔH to be taken also differs between isomers. By controlling the cooling of the reactor using this different amount of heat ΔH as an index, only the desired isomer has high purity. Will be generated.

(実施例2)
実施例2では、炭素化合物Cnml(l=1)で表されるアルコール、エーテル等を製造する炭素化合物製造方法の例として、フェノール製造方法について説明する。炭酸カリウム(K2CO3)を触媒として二酸化炭素(CO2)、水素(H2)を原料に、フェノール(C66O)を製造する反応器内での反応式は、下記[化14]のとおりである。本実施例では、反応器出口温度、すなわち反応温度を300℃に、反応器出口圧力、すなわち反応圧力を2.0MPaに設定した。300℃であれば、フェノールの標準沸点以上の温度であり、かつ適切な反応速度が得られる。2.0MPaであれば、生成される水蒸気の当該温度における飽和蒸気圧よりも十分に小さいので、水蒸気の一部が液体の水になる凝縮が起こらないからである。
(Example 2)
In Example 2, a phenol production method will be described as an example of a carbon compound production method for producing an alcohol, an ether, or the like represented by a carbon compound C n H m O l (l = 1). The reaction formula in a reactor for producing phenol (C 6 H 6 O) using potassium carbonate (K 2 CO 3 ) as a catalyst and carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen (H 2 ) as raw materials is shown below. 14]. In this example, the reactor outlet temperature, ie, the reaction temperature, was set to 300 ° C., and the reactor outlet pressure, ie, the reaction pressure, was set to 2.0 MPa. If it is 300 degreeC, it is the temperature more than the normal boiling point of phenol, and a suitable reaction rate will be obtained. If the pressure is 2.0 MPa, it is sufficiently smaller than the saturated vapor pressure at the temperature of the generated water vapor, so that a part of the water vapor does not condense into liquid water.

Figure 2014231504
Figure 2014231504

上記[化14]の反応において、反応器のチューブ側を循環する冷却水によって奪う熱量ΔH2(MJ/kmol)は、製造するフェノール1モルあたり640.94kJである。そして、上記[数3]を満たすように反応器のチューブ側を循環する冷却水の流量Fを調整する等により、反応器の全体を適切に冷却制御しながら熱量ΔH2を奪うことができる。 In the reaction of [Chemical Formula 14], the amount of heat ΔH 2 (MJ / kmol) taken by the cooling water circulating on the tube side of the reactor is 640.94 kJ per mole of phenol produced. Then, by adjusting the flow rate F of the cooling water circulating on the tube side of the reactor so as to satisfy the above [Equation 3], the heat amount ΔH 2 can be taken while appropriately cooling the entire reactor.

上記[化14]の反応により生成したフェノール(C66O)及び副生成物としての炭酸水素カリウムを反応器からアウトプットした後の凝縮器での反応は、下記[化15]のとおりである。さらに、フェノールを固液分離器に導入して分離した後、炭酸水素カリウム水溶液を溶液再生塔に導入し、炭酸カリウムを再生する反応は、下記[化16]に示すとおりである。炭酸カリウムの再生では、生成した二酸化炭素を除きながら反応を進めて、上記[化16]に示す反応を生成側へ促進する。 The reaction in the condenser after the phenol (C 6 H 6 O) produced by the reaction of the above [Chemical Formula 14] and potassium hydrogen carbonate as a by-product is output from the reactor is as shown in [Chemical Formula 15] below. It is. Furthermore, after introducing phenol into the solid-liquid separator and separating it, the reaction of introducing an aqueous potassium hydrogen carbonate solution into the solution regeneration tower to regenerate potassium carbonate is as shown in the following [Chemical Formula 16]. In the regeneration of potassium carbonate, the reaction proceeds while removing the produced carbon dioxide, and the reaction shown in the above [Chemical Formula 16] is promoted to the production side.

Figure 2014231504
Figure 2014231504
Figure 2014231504
Figure 2014231504

また、溶液再生塔で再生した炭酸カリウム水溶液について、炭酸カリウム水溶液の循環使用に資するため、気液分離器を使って余分の水を取り除く反応は、下記[化17]のとおりである。   Further, for the potassium carbonate aqueous solution regenerated in the solution regeneration tower, the reaction for removing excess water using a gas-liquid separator in order to contribute to the circulation use of the potassium carbonate aqueous solution is as shown in [Chemical Formula 17] below.

Figure 2014231504
Figure 2014231504

下記[表2]に、本発明により製造される個別のアルコール、エーテル類(Cnml(l=1))の例について、製造するのに反応器から奪う熱量ΔH、その炭化水素の生成熱ΔHp、反応器の温度条件、圧力条件をそれぞれ示す。 In Table 2 below, for the examples of individual alcohols and ethers produced according to the present invention (C n H m O l (l = 1)), the amount of heat ΔH taken from the reactor to produce, its hydrocarbons Shows the heat of formation ΔHp, the temperature condition of the reactor and the pressure condition.

Figure 2014231504
Figure 2014231504

[表2]から理解されるように、本発明では、例えば、エタノールとジメチルエーテルが構造異性体の関係にあたるが、その生成熱ΔHpの数値が異なるので、一方(特定)の異性体のみを高純度で製造することができる。また、メタノール、エタノールは、炭酸カリウムを含んだ水溶液として生成されるものの、これらは水素が貯蔵された溶液とみなすことができるので、本発明により製造することが有用である。   As understood from [Table 2], in the present invention, for example, ethanol and dimethyl ether are in a structural isomer relationship, but since the numerical value of the heat of formation ΔHp is different, only one (specific) isomer is highly purified. Can be manufactured. Moreover, although methanol and ethanol are produced | generated as aqueous solution containing potassium carbonate, since these can be regarded as the solution in which hydrogen was stored, it is useful to manufacture by this invention.

(実施例3)
実施例3では、炭素化合物Cnml(l=2)で表される脂肪族カルボン酸、エステル類、芳香族カルボン酸等を製造する炭素化合物製造方法の例として、リノール酸製造方法について説明する。炭酸カリウム(K2CO3)を触媒として二酸化炭素(CO2)、水素(H2)を原料に、リノール酸(C18322)を製造する反応器内での反応式は、下記[化18]のとおりである。本実施例では、反応器出口温度、すなわち反応温度を300℃に、反応器出口圧力、すなわち反応圧力を2.0MPaに設定した。300℃であれば、リノール酸の標準沸点以上の温度であり、かつ適切な反応速度が得られる。2.0MPaであれば、生成される水蒸気の当該温度における飽和蒸気圧よりも十分に小さいので、水蒸気の一部が液体の水になる凝縮が起こらないからである。
Example 3
In Example 3, as an example of a carbon compound production method for producing an aliphatic carboxylic acid, ester, aromatic carboxylic acid or the like represented by a carbon compound C n H m O l (l = 2), a linoleic acid production method is used. Will be described. The reaction formula in a reactor for producing linoleic acid (C 18 H 32 O 2 ) using carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen (H 2 ) as raw materials using potassium carbonate (K 2 CO 3 ) as a catalyst is as follows: [Chemical Formula 18] In this example, the reactor outlet temperature, ie, the reaction temperature, was set to 300 ° C., and the reactor outlet pressure, ie, the reaction pressure, was set to 2.0 MPa. If it is 300 degreeC, it is the temperature more than the normal boiling point of linoleic acid, and a suitable reaction rate will be obtained. If the pressure is 2.0 MPa, it is sufficiently smaller than the saturated vapor pressure at the temperature of the generated water vapor, so that a part of the water vapor does not condense into liquid water.

Figure 2014231504
Figure 2014231504

上記[化18]の反応において、反応器のチューブ側を循環する冷却水によって奪う熱量ΔH3(MJ/kmol)は、製造するリノール酸1モルあたり3035.59kJである。そして、上記[数3]を満たすように反応器のチューブ側を循環する冷却水の流量Fを調整する等により、反応器の全体を適切に冷却制御しながら熱量ΔH3を奪うことができる。 In the reaction of [Chemical Formula 18], the amount of heat ΔH 3 (MJ / kmol) taken by the cooling water circulating on the tube side of the reactor is 3035.59 kJ per mol of linoleic acid to be produced. Then, by adjusting the flow rate F of the cooling water circulating on the tube side of the reactor so as to satisfy the above [Equation 3], the amount of heat ΔH 3 can be taken while appropriately cooling the entire reactor.

上記[化18]の反応により生成したリノール酸(C18322)及び副生成物としての炭酸水素カリウムを、反応器からアウトプットした後の凝縮器での反応は、下記[化19]のとおりである。さらに、リノール酸を液液分離器に導入して分離した後、炭酸水素カリウム水溶液を溶液再生塔に導入し、炭酸カリウムを再生する反応は、下記[化20]に示すとおりである。炭酸カリウムの再生では、生成した二酸化炭素を除きながら反応を進めて、上記[化20]に示す反応を生成側へ促進する。 The reaction in the condenser after the linoleic acid (C 18 H 32 O 2 ) produced by the reaction of the above [Chemical Formula 18] and potassium hydrogen carbonate as a by-product is output from the reactor is the following [Chemical Formula 19]. ] Is as follows. Furthermore, after introducing and separating linoleic acid into a liquid-liquid separator, a reaction for regenerating potassium carbonate by introducing an aqueous potassium hydrogen carbonate solution into a solution regeneration tower is as shown in [Chemical Formula 20] below. In the regeneration of potassium carbonate, the reaction proceeds while removing the generated carbon dioxide, and the reaction shown in the above [Chemical Formula 20] is promoted to the production side.

Figure 2014231504
Figure 2014231504
Figure 2014231504
Figure 2014231504

また、溶液再生塔で再生した炭酸カリウム水溶液について、炭酸カリウム水溶液の循環使用に資するため、気液分離器を使って余分の水を取り除く反応は、下記[化21]のとおりである。   In addition, the reaction for removing excess water using a gas-liquid separator in order to contribute to the circulation of the potassium carbonate aqueous solution with respect to the potassium carbonate aqueous solution regenerated in the solution regeneration tower is as shown in the following [Chemical Formula 21].

Figure 2014231504
Figure 2014231504

下記[表3]に、本発明により製造される個別の脂肪族カルボン酸、エステル類、芳香族カルボン酸(Cnml(l=2))の例について、製造するのに反応器から奪う熱量ΔH、その炭化水素の生成熱ΔHp、反応器の温度条件、圧力条件をそれぞれ示す。 In the following [Table 3], for the examples of individual aliphatic carboxylic acids, esters, aromatic carboxylic acids (C n H m O l (l = 2)) produced according to the present invention The amount of heat ΔH deprived from, the heat of formation ΔHp of the hydrocarbon, the temperature condition of the reactor, and the pressure condition are shown respectively.

Figure 2014231504
Figure 2014231504

その他、本発明が適用されて製造可能な脂肪族カルボン酸、エステル類、芳香族カルボン酸(Cnml(l=2))の例として、まずエステル類では、酪酸メチル、ギ酸エチル、酪酸エチル、カプロン酸エチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、吉草酸ペンチル、酪酸ペンチル、酢酸オクチル等を挙げることができる。また芳香族類では、カテコール、グアイアコール、2−メトキシ−4−メチルフェノール、オイゲノール等を挙げることができる。そして、脂肪族カルボン酸については、[表3]に挙げられた物質の他に、DHA、DPA、EPA等を挙げることができる。 In addition, as examples of aliphatic carboxylic acids, esters, and aromatic carboxylic acids (C n H m O l (l = 2)) that can be produced by applying the present invention, first, esters include methyl butyrate and ethyl formate. And ethyl butyrate, ethyl caproate, pentyl acetate, isopentyl acetate, pentyl valerate, pentyl butyrate, and octyl acetate. Examples of aromatics include catechol, guaiacol, 2-methoxy-4-methylphenol, eugenol and the like. And about aliphatic carboxylic acid, DHA, DPA, EPA etc. can be mentioned besides the substance quoted in [Table 3].

(実施例4)
実施例4では、炭素化合物Cnml(l=3)で表されるサリチル酸メチルの製造方法について説明する。炭酸カリウム(K2CO3)を触媒として二酸化炭素(CO2)、水素(H2)を原料に、サリチル酸メチル(C883)を製造する反応器内での反応式は、下記[化22]のとおりである。本実施例では、反応器出口温度、すなわち反応温度を300℃に、反応器出口圧力、すなわち反応圧力を2.0MPaに設定した。300℃であれば、サリチル酸メチルの標準沸点以上の温度であり、かつ適切な反応速度が得られる。2.0MPaであれば、生成される水蒸気の当該温度における飽和蒸気圧よりも十分に小さいので、水蒸気の一部が液体の水になる凝縮が起こらないからである。
Example 4
In Example 4, a method for producing methyl salicylate represented by a carbon compound C n H m O l (l = 3) will be described. The reaction formula in the reactor for producing methyl salicylate (C 8 H 8 O 3 ) using carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen (H 2 ) as raw materials using potassium carbonate (K 2 CO 3 ) as a catalyst is as follows: [Chemical Formula 22] In this example, the reactor outlet temperature, ie, the reaction temperature, was set to 300 ° C., and the reactor outlet pressure, ie, the reaction pressure, was set to 2.0 MPa. If it is 300 degreeC, it is the temperature beyond the normal boiling point of methyl salicylate, and a suitable reaction rate will be obtained. If the pressure is 2.0 MPa, it is sufficiently smaller than the saturated vapor pressure at the temperature of the generated water vapor, so that a part of the water vapor does not condense into liquid water.

Figure 2014231504
Figure 2014231504

上記[化22]の反応において、反応器のチューブ側を循環する冷却水によって奪う熱量ΔH4(MJ/kmol)は、製造するサリチル酸メチル1モルあたり−480.88kJである。そして、上記[数3]を満たすように反応器のチューブ側を循環する冷却水の流量Fを調整すする等ことにより、反応器の全体を適切に冷却制御しながら熱量ΔH4を奪うことができる。 In the reaction of [Chemical Formula 22], the amount of heat ΔH 4 (MJ / kmol) taken by the cooling water circulating on the tube side of the reactor is −480.88 kJ per mol of methyl salicylate to be produced. Then, by adjusting the flow rate F of the cooling water circulating on the tube side of the reactor so as to satisfy the above [Equation 3], the amount of heat ΔH 4 can be taken while appropriately cooling the entire reactor. it can.

上記[化22]の反応により生成したサリチル酸メチル(C883)及び副生成物としての炭酸水素カリウムを、反応器からアウトプットした後の凝縮器での反応は、下記[化23]のとおりである。さらに、サリチル酸メチルを液液分離器に導入して分離した後、炭酸水素カリウム水溶液を溶液再生塔に導入し、炭酸カリウムを再生する反応は、下記[化24]に示すとおりである。炭酸カリウムの再生では、生成した二酸化炭素を除きながら反応を進めて、上記[化24]に示す反応を生成側へ促進する。 The reaction in the condenser after the methyl salicylate (C 8 H 8 O 3 ) produced by the reaction of [Chemical Formula 22] and potassium hydrogen carbonate as a by-product are output from the reactor is represented by the following [Chemical Formula 23]. ] Is as follows. Furthermore, the reaction for regenerating potassium carbonate by introducing methyl salicylate into a liquid-liquid separator and then introducing an aqueous potassium hydrogen carbonate solution into a solution regeneration tower is as shown in [Chemical Formula 24] below. In the regeneration of potassium carbonate, the reaction proceeds while removing the generated carbon dioxide, and the reaction shown in the above [Chemical 24] is promoted to the production side.

Figure 2014231504
Figure 2014231504
Figure 2014231504
Figure 2014231504

また、溶液再生塔で再生した炭酸カリウム水溶液について、炭酸カリウム水溶液の循環使用に資するため、気液分離器を使って余分の水を取り除く反応は、下記[化25]のとおりである。   In addition, for the potassium carbonate aqueous solution regenerated in the solution regeneration tower, the reaction for removing excess water using a gas-liquid separator in order to contribute to the circulation of the potassium carbonate aqueous solution is as shown in [Chemical Formula 25] below.

Figure 2014231504
Figure 2014231504

そして、上述した実施例1〜4で取り上げた炭素化合物のほか、本発明に係る炭素化合物製造方法は、その生成熱ΔHp等に基づいて算出される熱量ΔHを奪うように、反応器を冷却制御することにより、Cnmlで表される任意の炭素化合物の製造に適用することができる。 In addition to the carbon compounds taken up in Examples 1 to 4 described above, the method for producing a carbon compound according to the present invention controls the cooling of the reactor so that the amount of heat ΔH calculated based on the generated heat ΔHp and the like is taken away. By doing so, it can be applied to the production of any carbon compound represented by C n H m O l .

(実施例5)
実施例5では、液体燃料であるヘキサデカン(ノルマルセタン:C1634)製造方法について説明する。高純度のノルマルセタンを製造することができれば、これを着火性の非常に優れた高付加価値の軽油として提供することができるからである。例えば、100%濃度でノルマルセタンを製造することができれば、その軽油はセタン価100であり、最高の着火性が得られる。逆に、イソセタン100%の軽油はセタン価15であって、最低の着火性となる。JISにおいて、セタン価50以上であることが軽油に要求されているため、仮に、セタン価50の軽油に本発明に基づいて製造したノルマルセタン100%のものを1:1で混合すると理論上、セタン価75の軽油となって、着火性の非常に優れたものとすることができる。さらに、硫黄分、窒素分及び酸素分も半減することができる。したがって、高純度のノルマルセタン製造は、セタン価向上及び硫黄分等の低減のための用途等において非常に有用であると考えられる。なお、本願明細書において「ノルマルセタン」を意味するものにつき、単に「セタン」と記載されている場合がある。
(Example 5)
In Example 5, a method for producing hexadecane (normal cetane: C 16 H 34 ), which is a liquid fuel, will be described. This is because, if high-purity normal cetane can be produced, it can be provided as a high-value-added light oil with excellent ignitability. For example, if normal cetane can be produced at a concentration of 100%, the light oil has a cetane number of 100 and the highest ignitability can be obtained. Conversely, 100% isocetane light oil has a cetane number of 15 and has the lowest ignitability. In JIS, since light oil is required to have a cetane number of 50 or more, it is theoretically assumed that 100% normal cetane produced according to the present invention is mixed 1: 1 with light oil having a cetane number of 50, It becomes a diesel oil with a cetane number of 75, and can be made very excellent in ignitability. Furthermore, sulfur, nitrogen and oxygen can be halved. Therefore, it is considered that the production of high purity normal cetane is very useful in applications for improving cetane number and reducing sulfur content. In the present specification, what is meant by “normal cetane” may be simply described as “cetane”.

炭酸カリウム(K2CO3)を触媒として二酸化炭素(CO2)、水素(H2)を原料に、ノルマルセタン(C1634)を製造する反応器内での反応式は、下記[化26]のとおりである。反応器における反応条件は、例えば、反応器出口温度、すなわち反応温度を300℃とし、反応器出口圧力、すなわち反応圧力を2.0MPaとすればよい。 The reaction formula in the reactor for producing normal cetane (C 16 H 34 ) using carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen (H 2 ) as raw materials using potassium carbonate (K 2 CO 3 ) as a catalyst is shown below. 26]. The reaction conditions in the reactor may be, for example, a reactor outlet temperature, that is, a reaction temperature of 300 ° C., and a reactor outlet pressure, that is, a reaction pressure of 2.0 MPa.

Figure 2014231504
Figure 2014231504

上記[化26]の反応において、反応器のチューブ側を循環する冷却水によって奪う熱量ΔH5(MJ/kmol)は、製造するノルマルセタン1モルあたり2506.28kJである。そして、上記[数3]を満たすように反応器のチューブ側を循環する冷却水の流量Fを調整する等により、反応器の全体を適切に冷却制御しながら熱量ΔH5を奪うことができる。 In the reaction of [Chemical Formula 26], the amount of heat ΔH 5 (MJ / kmol) taken by the cooling water circulating on the tube side of the reactor is 2506.28 kJ per mol of normal cetane to be produced. Then, by adjusting the flow rate F of the cooling water circulating on the tube side of the reactor so as to satisfy the above [Equation 3], the heat amount ΔH 5 can be taken away while appropriately cooling the entire reactor.

上記[化26]の反応により生成したノルマルセタン(C1634)及び副生成物としての炭酸水素カリウムを反応器からアウトプットした後の凝縮器での反応は、下記[化27]のとおりである。さらに、ノルマルセタンを液液分離器に導入して分離した後、炭酸水素カリウム水溶液を溶液再生塔に導入する。炭酸水素カリウム水溶液から炭酸カリウムを再生する反応は、下記[化28]に示すとおりである。炭酸カリウムの再生では、生成した二酸化炭素を除きながら反応を進めて、上記[化28]に示す反応を生成側へ促進する。 The reaction in the condenser after the normal cetane (C 16 H 34 ) produced by the reaction of the above [Chemical Formula 26] and potassium hydrogen carbonate as a by-product is output from the reactor is as shown in [Chemical Formula 27] below. It is. Further, after normal cetane is introduced and separated into a liquid-liquid separator, an aqueous potassium hydrogen carbonate solution is introduced into a solution regeneration tower. The reaction for regenerating potassium carbonate from an aqueous potassium hydrogen carbonate solution is as shown in the following [Chemical Formula 28]. In the regeneration of potassium carbonate, the reaction proceeds while removing the generated carbon dioxide, and the reaction shown in the above [Chemical 28] is promoted to the production side.

Figure 2014231504
Figure 2014231504
Figure 2014231504
Figure 2014231504

また、溶液再生塔で再生した炭酸カリウム水溶液について、炭酸カリウム水溶液の循環使用に資するため、気液分離器を使って余分の水を取り除く反応は、下記[化29]のとおりである。   In addition, for the potassium carbonate aqueous solution regenerated in the solution regeneration tower, the reaction for removing excess water using a gas-liquid separator is as shown in the following [Chemical 29] in order to contribute to the circulation use of the potassium carbonate aqueous solution.

Figure 2014231504
Figure 2014231504

本発明は、炭酸カリウムを触媒にし、H2とCO2を反応物として植物油を生成する植物が行う反応をモデルに、特定の炭素化合物を効率的に得ることのできる工業的な炭素化合物製造方法として構築されている。そして、Cnmlで表される任意の炭素化合物を対象に、その製造を効率的に進めることができる。特に、その生成熱に基づいて特定の炭素化合物を製造するため、例えば、異性体であっても、一方(特定)の異性体だけを高純度で製造することができる。さらに、炭酸カリウムを循環使用するので、システム(プラント)の連続した運転の中で、極めて合理的な炭素化合物製造を進めることが可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention relates to an industrial carbon compound production method capable of efficiently obtaining a specific carbon compound, using as a model a reaction performed by a plant that produces vegetable oil using potassium carbonate as a catalyst and H 2 and CO 2 as reactants. Is built as. Then, the subject any carbon compounds represented by C n H m O l, it is possible to proceed with the preparation efficiently. In particular, since a specific carbon compound is produced based on the heat of formation, only one (specific) isomer can be produced with high purity, for example, even if it is an isomer. Furthermore, since potassium carbonate is circulated and used, it is possible to proceed with extremely rational carbon compound production during continuous operation of the system (plant).

さらに、上述したように本発明は、所望の炭素化合物を製造するための原料である二酸化炭素及び水素を、水蒸気改質プロセスから生成して用いることができる。これにより、例えば、廃棄物を含む又は利用価値が低い、価格の安いといった理由から評価のあまり高くない炭素化合物を原料にした水蒸気改質プロセス(例えば、本発明者が発明し、特許出願している水蒸気改質プロセス等)に基づいて二酸化炭素及び水素を製造し、この製造した二酸化炭素及び水素を原料に、本発明に係る炭素化合物製造方法を適用し、所望の価値の高い炭素化合物(例えば、フェノール、ノルマルセタン等)を高純度で製造することができる。そうすると、本発明は、本願の背景技術の欄で説明したような天然ガスからガソリンを得るといったGTLプロセスよりも利用価値の高いプロセスになる可能性がある。   Furthermore, as described above, the present invention can generate and use carbon dioxide and hydrogen, which are raw materials for producing a desired carbon compound, from a steam reforming process. As a result, for example, a steam reforming process using a carbon compound that is not highly evaluated due to reasons such as containing waste, low utility value, and low price (for example, the inventor has invented and applied for a patent) Carbon dioxide and hydrogen are produced based on the steam reforming process, etc., and the produced carbon dioxide and hydrogen are used as raw materials, and the carbon compound production method according to the present invention is applied to produce a carbon compound having a high desired value (for example, , Phenol, normal cetane, etc.) can be produced with high purity. If it does so, this invention may become a process with higher utility value than the GTL process of obtaining gasoline from natural gas as demonstrated in the background art column of this application.

Claims (6)

その構成元素として、少なくとも炭素及び水素を含み、必要な場合に酸素を含む炭素化合物を製造する炭素化合物製造方法であって、
炭酸カリウム水溶液からなる圧縮水、二酸化炭素及び水素を所定条件下の反応器中で、生成しようとする炭素化合物の生成熱、前記炭素化合物における炭素のモル数及び酸素のモル数に基づいて算出される熱量ΔHを奪うように、前記反応器を冷却制御しながら反応させて、前記炭素化合物を生成し、副生成物が炭酸水素カリウムであり、
前記熱量ΔHが、下記[数1]で表されることを特徴とする炭素化合物製造方法。
Figure 2014231504
A carbon compound production method for producing a carbon compound containing at least carbon and hydrogen as constituent elements and, if necessary, oxygen.
Calculated based on the heat of formation of the carbon compound to be produced, the number of moles of carbon and the number of moles of oxygen in the carbon compound in a reactor under predetermined conditions, compressed water consisting of an aqueous potassium carbonate solution, carbon dioxide and hydrogen. The reaction is performed while cooling the reactor so as to take away the amount of heat ΔH, thereby generating the carbon compound, and the by-product is potassium hydrogen carbonate,
The said calorie | heat amount (DELTA) H is represented by following [Formula 1], The carbon compound manufacturing method characterized by the above-mentioned.
Figure 2014231504
前記副生成物である炭酸水素カリウムの水溶液を、前記反応器での反応に比べて減圧した条件下の第2反応器に投入し、二酸化炭素及び炭酸カリウム水溶液を生成し、かつ、生成した二酸化炭素を除いて前記第2反応器での反応を生成側へ促進しながら炭酸カリウム水溶液を再生する、
ことを特徴とする請求項1に記載の炭素化合物製造方法。
An aqueous solution of potassium hydrogen carbonate as the by-product was charged into a second reactor under reduced pressure as compared with the reaction in the reactor to produce an aqueous solution of carbon dioxide and potassium carbonate, and the produced dioxide dioxide. Regenerating the aqueous potassium carbonate solution while accelerating the reaction in the second reactor to the production side excluding carbon,
The carbon compound manufacturing method of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
前記再生した炭酸カリウム水溶液から余分の水を取り除き、この余分の水を除いた炭酸カリウム水溶液を加圧し、前記反応器で反応触媒として機能する炭酸カリウム水溶液からなる圧縮水として用いる、
ことを特徴とする請求項2に記載の炭素化合物製造方法。
Remove excess water from the regenerated potassium carbonate aqueous solution, pressurize the potassium carbonate aqueous solution from which the excess water has been removed, and use it as compressed water consisting of an aqueous potassium carbonate solution that functions as a reaction catalyst in the reactor.
The carbon compound manufacturing method of Claim 2 characterized by the above-mentioned.
前記圧縮水を噴霧することにより前記反応器へ加える、
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の炭素化合物製造方法。
Adding to the reactor by spraying the compressed water;
The method for producing a carbon compound according to any one of claims 1 to 3, wherein:
前記二酸化炭素及び前記水素は、水蒸気改質プロセスから生成されたものを用いる、
ことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の炭素化合物製造方法。
The carbon dioxide and the hydrogen are generated from a steam reforming process,
The method for producing a carbon compound according to any one of claims 1 to 4, wherein:
製造される炭素化合物が、特定の異性体のみからなる、
ことを特徴とする請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の炭素化合物製造方法。
The produced carbon compound consists only of a specific isomer,
The method for producing a carbon compound according to any one of claims 1 to 5, wherein:
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