JP2015071136A - Acidic gas absorbent, acidic gas removal method and acidic gas removal device - Google Patents

Acidic gas absorbent, acidic gas removal method and acidic gas removal device Download PDF

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村井 伸次
Shinji Murai
伸次 村井
加藤 康博
Yasuhiro Kato
康博 加藤
幸繁 前沢
Yukishige Maezawa
幸繁 前沢
武彦 村松
Takehiko Muramatsu
武彦 村松
斎藤 聡
Satoshi Saito
聡 斎藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an acidic gas absorbent that is excellent in the collection amount and absorption rate of acidic gas such as carbon dioxide, particularly excellent in acidic gas desorption performance at high temperature, and an acidic gas removal device and acidic gas removal method using the same .SOLUTION: An acidic gas absorbent according to an embodiment comprises at least one of secondary amine compounds represented by general formula (1), and an additive comprising surfactant and/or alcohol. In the formula (1), a ring A represents a ring structure having carbon atoms of 3 or more and 10 or less, and Rrepresents a hydroxyalkyl group.

Description

本発明の実施形態は、酸性ガス吸収剤、並びにこれを用いた酸性ガス除去装置及び酸性ガス除去方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to an acidic gas absorbent, and an acidic gas removing device and an acidic gas removing method using the same.

近年、地球の温暖化現象の一因として二酸化炭素(CO)濃度の上昇による温室効果が指摘され、地球規模で環境を守る国際的な対策が急務となっている。COの発生源としては産業活動によるところが大きく、その排出抑制への機運が高まっている。 In recent years, the greenhouse effect due to an increase in carbon dioxide (CO 2 ) concentration has been pointed out as a cause of global warming, and international measures to protect the environment on a global scale are urgently needed. The source of CO 2 is largely due to industrial activities, and the momentum for controlling emissions is increasing.

COをはじめとする酸性ガスの濃度の上昇を抑制するための技術としては、省エネルギー製品の開発、排出する酸性ガスの分離回収技術、酸性ガスの資源としての利用や隔離貯留させる技術、酸性ガスを排出しない自然エネルギーや原子力エネルギーなどの代替エネルギーへの転換などがある。 Techniques for suppressing the increase in the concentration of acid gases, including CO 2, the development of energy-saving products, separation and recovery techniques acid gas to be discharged, a technique for utilizing and capture and storage as a resource acid gas, acid gases There is a shift to alternative energy such as natural energy and nuclear energy that does not emit energy.

現在までに研究されてきた酸性ガス分離技術としては、吸収法、吸着法、膜分離法、深冷法などがある。中でも吸収法は、ガスを大量に処理するのに適しており、工場や発電所への適用が検討されている。   Acid gas separation techniques that have been studied to date include absorption methods, adsorption methods, membrane separation methods, and cryogenic methods. In particular, the absorption method is suitable for processing a large amount of gas, and its application to factories and power plants is being studied.

したがって、化石燃料を使用する火力発電所などの設備を対象に、化石燃料(石炭、石油、天然ガス等)を燃焼する際に発生する排ガスを化学吸収剤と接触させ、燃焼排ガス中のCOを除去して回収する方法、さらに回収されたCOを貯蔵する方法が世界中で行われている。また、化学吸収剤を用いてCO以外に硫化水素(HS)等の酸性ガスを除去することが提案されている。 Therefore, for facilities such as thermal power plants that use fossil fuel, the exhaust gas generated when burning fossil fuel (coal, petroleum, natural gas, etc.) is brought into contact with the chemical absorbent, and CO 2 in the combustion exhaust gas A method for removing and recovering CO 2 and a method for storing the recovered CO 2 are performed all over the world. Further, it has been proposed to remove an acidic gas such as hydrogen sulfide (H 2 S) in addition to CO 2 using a chemical absorbent.

一般に、吸収法において使用される化学吸収剤としてモノエタノールアミン(MEA)に代表されるアルカノールアミン類が1930年代ころから開発されており、現在も使用されている。この方法は、経済的でありまた除去装置の大型化が容易である。   In general, alkanolamines typified by monoethanolamine (MEA) have been developed since the 1930s as chemical absorbents used in the absorption method and are still in use. This method is economical and the removal apparatus can be easily increased in size.

既存に広く使用されるアルカノールアミンとしては、モノエタノールアミン、2−アミノ−2−メチルプロパノールアミン、メチルアミノエタノール、エチルアミノエタノール、プロピルアミノエタノール、ジエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノ−1−メチルエタノールなどがある。   Examples of alkanolamines widely used in the past include monoethanolamine, 2-amino-2-methylpropanolamine, methylaminoethanol, ethylaminoethanol, propylaminoethanol, diethanolamine, methyldiethanolamine, dimethylethanolamine, diethylethanolamine, Examples include triethanolamine and dimethylamino-1-methylethanol.

特に、1級のモノエタノールアミンは、反応速度が速いため広く使用されてきた。しかし、この化合物は、腐食性を有しており、劣化し易く、また再生に要するエネルギーが高いという課題がある。一方、3級のメチルジエタノールアミンは、腐食性は低く、また再生に要するエネルギーも低いものの、吸収速度が低いという欠点を有する。したがって、これらの点を改善した、新しい吸着剤の開発が要求されている。   In particular, primary monoethanolamine has been widely used because of its high reaction rate. However, this compound has a problem that it is corrosive, easily deteriorates, and requires high energy for regeneration. On the other hand, tertiary methyldiethanolamine has low corrosivity and low energy required for regeneration, but has a disadvantage of low absorption rate. Therefore, development of a new adsorbent that improves these points is required.

近年、酸性ガスの吸収剤として、アミン系化合物の中でも、特に構造的に立体障害を有するアルカノールアミンに対する研究が盛んに試みられている。
立体障害を有するアルカノールアミンは、酸性ガスの選択度が非常に高く、また再生に要するエネルギーが少ないという長所を有している。
In recent years, research has been actively conducted on alkanolamines having structurally steric hindrance, among amine compounds, as acid gas absorbents.
The alkanolamine having steric hindrance has the advantages that the selectivity of the acid gas is very high and the energy required for regeneration is small.

また、アミン化合物が有する立体障害は、二酸化炭素吸収時の生成物に対する影響が大きく、低反応熱を示す重炭酸イオンの生成に有利に働くことが知られている。立体障害による反応熱の低減の効果を得られるアミン化合物として、例えば、2−(2−ブチルアミノ)エタノールが知られている。2−(2−ブチルアミノ)エタノールは、窒素原子に結合した一つの炭素原子に、二つのアルキル基が結合した分岐構造を有しており、その立体障害により、二酸化炭素(CO)等の酸性ガスに対して高い反応性を得ることができ、高い酸性ガス吸収量を得られるという利点がある。 In addition, it is known that the steric hindrance possessed by the amine compound has a large influence on the product upon absorption of carbon dioxide, and works favorably on the production of bicarbonate ions exhibiting a low heat of reaction. For example, 2- (2-butylamino) ethanol is known as an amine compound that can reduce the heat of reaction due to steric hindrance. 2- (2-butylamino) ethanol has a branched structure in which two alkyl groups are bonded to one carbon atom bonded to a nitrogen atom. Due to its steric hindrance, carbon dioxide (CO 2 ) and the like There is an advantage that high reactivity can be obtained with respect to the acid gas, and a high amount of acid gas absorption can be obtained.

立体障害を有するアミン系化合物の反応速度は、その立体構造によって決定される反応の障害の程度に依存する。   The reaction rate of an amine compound having steric hindrance depends on the degree of reaction hindrance determined by its steric structure.

一方、アルカノールアミン類とは異なる構造を有するアミン系化合物として、環状アミンを吸収剤として使用する方法も知られている。   On the other hand, as an amine compound having a structure different from that of alkanolamines, a method using a cyclic amine as an absorbent is also known.

特開2008−307519号公報JP 2008-307519 A 特許第2871334号公報Japanese Patent No. 2871334 特開2012−143745号公報JP 2012-143745 A 米国特許4112052号明細書U.S. Pat. No. 4,120,052

しかしながら、これらの技術でも、酸性ガス吸収量や酸性ガス吸収速度などの酸性ガス吸収能力に関してはいまだ不十分であり、ガス吸収能力のさらなる向上が求められている。   However, even in these techniques, the acid gas absorption capacity such as the acid gas absorption amount and the acid gas absorption rate is still insufficient, and further improvement of the gas absorption capacity is required.

また、酸性ガス吸収剤は、酸性ガスの吸収工程後に加熱することにより、酸性ガスが脱離されて回収される。しかしながら、上記のような、立体障害の大きいアミン化合物を用いた吸収剤は、酸性ガス吸収後、加熱しても、吸収された酸性ガスが十分に脱離されず、酸性ガスの回収量が十分に高められないという問題がある。このため、酸性ガスの吸収性だけでなく、酸性ガスの脱離性に優れた酸性ガス吸収剤が求められている。   Further, the acid gas absorbent is recovered after the acid gas is desorbed by heating after the acid gas absorption step. However, the absorbent using the amine compound having a large steric hindrance as described above does not sufficiently desorb the absorbed acid gas even when heated after absorption of the acid gas, and the recovery amount of the acid gas is sufficient. There is a problem that it cannot be raised. For this reason, there is a demand for an acid gas absorbent that is excellent not only in acid gas absorbability but also in acid gas detachability.

本発明が解決しようとする課題は、二酸化炭素等の酸性ガスの回収量や吸収速度が高く、特に、高温度下での酸性ガスの脱離性に優れた酸性ガス吸収剤、並びにこれを用いた酸性ガス除去装置及び酸性ガス除去方法を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is that the recovery amount and absorption rate of acidic gas such as carbon dioxide are high, and in particular, the acidic gas absorbent excellent in the detachability of acidic gas at high temperature, and the use thereof The present invention provides an acid gas removing device and an acid gas removing method.

実施形態の酸性ガス吸収剤は、下記一般式(1)で表される第2級アミン化合物の少なくとも1種と、界面活性剤及び/又はアルコールからなる添加剤とを含有する。   The acidic gas absorbent of the embodiment contains at least one secondary amine compound represented by the following general formula (1) and an additive composed of a surfactant and / or an alcohol.

Figure 2015071136
・・・(1)
(上記式(1)中、環Aは炭素数3以上10以下の環構造を表し、Rはヒドロキシアルキル基を表す。)
Figure 2015071136
... (1)
(In the above formula (1), ring A represents a ring structure having 3 to 10 carbon atoms, and R 1 represents a hydroxyalkyl group.)

実施形態の酸性ガス除去装置の概略図である。It is the schematic of the acidic gas removal apparatus of embodiment.

以下、実施形態について詳細に説明する。
実施形態の酸性ガス吸収剤は、下記一般式(1)で表される第2級アミン化合物の少なくとも1種と、界面活性剤及び/又はアルコールからなる添加剤とを含有する。
Hereinafter, embodiments will be described in detail.
The acidic gas absorbent of the embodiment contains at least one secondary amine compound represented by the following general formula (1) and an additive composed of a surfactant and / or an alcohol.

Figure 2015071136
・・・(1)
(上記式(1)中、環Aは炭素数3以上10以下の環構造を表し、Rはヒドロキシアルキル基を表す。)
Figure 2015071136
... (1)
(In the above formula (1), ring A represents a ring structure having 3 to 10 carbon atoms, and R 1 represents a hydroxyalkyl group.)

本発明者らは、上記一般式(1)に示す化合物(例えば2−(シクロペンチルアミノ)エタノール)と、界面活性剤及び/又はアルコールからなる添加剤とを含有する酸性ガス吸収剤を用いることで、従来の分岐構造を有するアミノ化合物を用いた酸性ガス吸収剤より、酸性ガスの吸収工程において、高い酸性ガス吸収量及び吸収速度が得られるとともに、酸性ガスの吸収工程後に行われる脱離工程において、より高い酸性ガス脱離量が得られることを見出した。
これにより、酸性ガスの吸収工程及び脱離工程からなる1サイクル当たりの酸性ガスの回収量が高められ、二酸化炭素等の酸性ガスを分離回収するプロセス全体に要するエネルギーを低減することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
The present inventors use an acidic gas absorbent containing a compound represented by the general formula (1) (for example, 2- (cyclopentylamino) ethanol) and an additive composed of a surfactant and / or an alcohol. In the desorption process performed after the acid gas absorption process, a high acid gas absorption amount and absorption rate can be obtained in the acid gas absorption process than the conventional acid gas absorbent using an amino compound having a branched structure. It was found that higher acid gas desorption amount can be obtained.
As a result, the amount of acid gas recovered per cycle comprising the acid gas absorption step and the desorption step is increased, and the energy required for the entire process of separating and recovering the acid gas such as carbon dioxide can be reduced. The present invention has been completed.

すなわち、上記の一般式(1)で表される第2級アミン化合物(以下、第2級アミン化合物(1)と示す。)は、ヒドロキシアルキル基(R)が窒素原子に結合しており、さらにこの窒素原子に環状構造が結合した構造を有している。 That is, the secondary amine compound represented by the general formula (1) (hereinafter referred to as secondary amine compound (1)) has a hydroxyalkyl group (R 1 ) bonded to a nitrogen atom. Furthermore, it has a structure in which a cyclic structure is bonded to this nitrogen atom.

このように、環状構造が窒素原子に直接結合した第2級アミン化合物(1)は、立体障害の大きい構造を有する。このため、二酸化炭素(CO)等の酸性ガスに対し、高い反応性を有し、高い酸性ガス吸収量を得ることができる。 Thus, the secondary amine compound (1) in which the cyclic structure is directly bonded to the nitrogen atom has a structure with a large steric hindrance. For this reason, it has high reactivity with respect to acidic gas such as carbon dioxide (CO 2 ), and a high amount of absorbed acidic gas can be obtained.

また、一般に、例えばヒンダードアミン等の、アミノ基の水素原子がアルキル基で置換された化合物は、立体障害の大きい構造を有するため、親水性が低く、また、吸収液に配合した場合には、二酸化炭素(CO)の吸収や配合量の増大に伴い、粘度上昇が生じ易い傾向がある。特に、上記一般式(1)の第2級アミン化合物は、環状アルキル基が窒素原子に結合した、立体障害の大きい構造を有するため、吸収液の粘度上昇に伴う、酸性ガスの吸収速度の低下や、酸性ガスの脱離性能の低下などの現象が生じ易い。 In general, a compound in which a hydrogen atom of an amino group is substituted with an alkyl group, such as a hindered amine, has a structure having a large steric hindrance, and therefore has low hydrophilicity. Viscosity tends to increase with the absorption of carbon (CO 2 ) and the increase in blending amount. In particular, the secondary amine compound of the above general formula (1) has a structure having a large steric hindrance in which a cyclic alkyl group is bonded to a nitrogen atom, so that the acid gas absorption rate decreases as the viscosity of the absorbing liquid increases. In addition, phenomena such as degradation of acid gas desorption performance tend to occur.

本発明者が鋭意検討した結果、第2級アミン化合物(1)と、下記に詳述する界面活性剤及び/又はアルコールからなる添加剤とを混合した酸性ガス吸収剤とすることで、吸収剤の粘度上昇による影響が抑制され、環状アルキル基を有する第2級アミン化合物(1)を用いた場合における、二酸化炭素(CO)等の酸性ガスの吸収性能及び脱離性能が高められることを見出した。 As a result of intensive studies by the present inventors, the absorbent is obtained by mixing the secondary amine compound (1) with an additive comprising a surfactant and / or an alcohol described in detail below. The effect of increasing the viscosity of the gas is suppressed, and when the secondary amine compound (1) having a cyclic alkyl group is used, the absorption performance and desorption performance of acidic gas such as carbon dioxide (CO 2 ) are improved. I found it.

すなわち、環状アルキル基を有する第2級アミン化合物(1)を用いることで、酸性ガスの吸収性能や吸収速度等の酸性ガス吸収性能が高められるとともに、この第2級アミン化合物(1)を、界面活性剤及び/又はアルコールからなる添加剤と混合して用いることで、酸性ガスの脱離性能が高められる。このため、第2級アミン化合物(1)を、上記した添加剤とともに、例えば水などの溶媒に溶解させることで、吸収工程及び脱離工程からなる1サイクルのローディング量(低温域での吸収工程における酸性ガス吸収量−高温域での脱離工程における酸性ガス吸収量)の大きい酸性ガス吸収剤を得ることができる。このような酸性ガス吸収剤を用いることで、従来よりも低エネルギーで、高純度の二酸化炭素を回収することが可能となり、優れた酸性ガス回収性能を得ることができる。   That is, by using the secondary amine compound (1) having a cyclic alkyl group, the acid gas absorption performance such as the absorption performance and absorption speed of the acid gas can be enhanced, and the secondary amine compound (1) By mixing with an additive comprising a surfactant and / or an alcohol, the acid gas desorption performance is enhanced. For this reason, the secondary amine compound (1) is dissolved in a solvent such as water together with the above-described additives, so that a loading amount of one cycle consisting of an absorption step and a desorption step (absorption step in a low temperature region). An acidic gas absorbent having a large acid gas absorption amount-acid acid absorption amount in a desorption step at a high temperature range) can be obtained. By using such an acid gas absorbent, it becomes possible to recover high-purity carbon dioxide with lower energy than before, and excellent acid gas recovery performance can be obtained.

環Aは炭素数3以上10以下の環構造を表し、例えばシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基が挙げられる。   Ring A represents a ring structure having 3 to 10 carbon atoms, and examples thereof include a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, a cyclooctyl group, a cyclononyl group, and a cyclodecyl group.

窒素原子に環式構造(環A)が結合した構造とすることで、第2級アミン化合物(1)の揮発性が抑えられる。このため、排気ガスを処理する過程で、大気中に放出されるアミン成分の量が低減された酸性ガス除去剤とすることができる。また、窒素原子に環式構造(環A)が結合した構造とすることで、その立体障害により、第2級アミン化合物(1)の二酸化炭素(CO)等の酸性ガスとの反応熱が低減され、酸性ガスに対し、高い反応性を得ることができる。 By setting it as the structure which the cyclic structure (ring A) couple | bonded with the nitrogen atom, the volatility of a secondary amine compound (1) is suppressed. For this reason, in the process which processes exhaust gas, it can be set as the acidic gas removal agent by which the quantity of the amine component discharge | released in air | atmosphere was reduced. In addition, by the nitrogen atom in the cyclic structure (the ring A) are bonded structure by the steric hindrance, the heat of reaction with acidic gases carbon dioxide (CO 2) or the like of the secondary amine compound (1) is It is reduced, and high reactivity can be obtained with respect to acidic gas.

二酸化炭素(CO)等の酸性ガスを吸収した酸性ガス吸収剤は、120℃程度の高温域で加熱して再生される。このため、酸性ガス吸収剤としては、加熱した際に再生塔から放出され難い、高沸点のアミン化合物を用いることが好ましい。第2級アミン化合物(1)において、より高い沸点を得る観点からは、より炭素数の大きい環状アルキル基を有することが好ましいが、環Aの炭素数が10を超えると、水などの溶媒に対する溶解性が低下するおそれがある。揮発性を抑制しつつ、良好な溶解性を得る観点から、上記の環式構造の中でも、シクロペンチル基、シクロヘキシル基がより好ましい。 An acidic gas absorbent that has absorbed an acidic gas such as carbon dioxide (CO 2 ) is regenerated by heating in a high temperature range of about 120 ° C. For this reason, as the acidic gas absorbent, it is preferable to use a high-boiling amine compound that is difficult to be released from the regeneration tower when heated. In the secondary amine compound (1), from the viewpoint of obtaining a higher boiling point, it is preferable to have a cyclic alkyl group having a larger number of carbon atoms. There is a possibility that solubility may be lowered. From the viewpoint of obtaining good solubility while suppressing volatility, among the above cyclic structures, a cyclopentyl group and a cyclohexyl group are more preferable.

はヒドロキシアルキル基である。二酸化炭素との反応性を向上させる観点からは、炭素数が2〜4のヒドロキシアルキル基が好ましい。Rの炭素数が4を超えると、第2級アミン化合物(1)と酸性ガスとの反応性が低下するおそれがある。Rのヒドロキシアルキル基としては、例えば2−ヒドロキシエチル基、3−ヒドロキシプロピル基、4−ヒドロキシブチル基等を用いることができる。これらのヒドロキシアルキル基は、炭素数が4を超えない範囲で水素原子の一部がメチル基、エチル基で置換されていてもよい。
これらの中でも、2−ヒドロキシエチル基は、最も大きい親水性を得ることができ、また、第2級アミン化合物(1)の溶解性を低減させないため、より好ましい。
R 1 is a hydroxyalkyl group. From the viewpoint of improving the reactivity with carbon dioxide, a hydroxyalkyl group having 2 to 4 carbon atoms is preferred. When the number of carbon atoms of R 1 exceeds 4, the reactivity of the secondary amine compound (1) with an acidic gas may be lowered. As the hydroxyalkyl group for R 1 , for example, a 2-hydroxyethyl group, a 3-hydroxypropyl group, a 4-hydroxybutyl group, or the like can be used. In these hydroxyalkyl groups, a part of hydrogen atoms may be substituted with a methyl group or an ethyl group within a range not exceeding 4 carbon atoms.
Among these, the 2-hydroxyethyl group is more preferable because it can obtain the greatest hydrophilicity and does not reduce the solubility of the secondary amine compound (1).

第2級アミン化合物(1)としては、具体的には、以下の化合物が挙げられる。すなわち、第2級アミン化合物(1)としては、2−(シクロプロピルアミノ)エタノール、2−(シクロブチルアミノ)エタノール、2−(シクロペンチルアミノ)エタノール、2−(シクロヘキシルアミノ)エタノール、2−(シクロヘプチルアミノ)エタノール、2−(シクロオクチルアミノ)エタノール、3−(シクロプロピルアミノ)プロパノール、3−(シクロブチルアミノ)プロパノール、3−(シクロペンチルアミノ)プロパノール、3−(シクロヘキシルアミノ)プロパノール、3−(シクロヘプチルアミノ)プロパノール、3−(シクロオクチルアミノ)プロパノール、4−(シクロプロピルアミノ)ブタノール、4−(シクロブチルアミノ)ブタノール、4−(シクロペンチルアミノ)ブタノール、4−(シクロヘキシルアミノ)ブタノール、4−(シクロヘプチルアミノ)ブタノール、4−(シクロオクチルアミノ)ブタノールなどが挙げられる。   Specific examples of the secondary amine compound (1) include the following compounds. That is, as the secondary amine compound (1), 2- (cyclopropylamino) ethanol, 2- (cyclobutylamino) ethanol, 2- (cyclopentylamino) ethanol, 2- (cyclohexylamino) ethanol, 2- ( Cycloheptylamino) ethanol, 2- (cyclooctylamino) ethanol, 3- (cyclopropylamino) propanol, 3- (cyclobutylamino) propanol, 3- (cyclopentylamino) propanol, 3- (cyclohexylamino) propanol, 3 -(Cycloheptylamino) propanol, 3- (cyclooctylamino) propanol, 4- (cyclopropylamino) butanol, 4- (cyclobutylamino) butanol, 4- (cyclopentylamino) butanol, 4- (cyclohexyl) Arylamino) butanol, 4- (cycloheptyl amino) butanol, 4- (cyclooctyl amino) butanol.

なお、第2級アミン化合物(1)としては、上記の群より選択された1種の化合物を用いることができ、又は上記の群より選択された2種以上の化合物を混合したものを用いることも可能である。   As the secondary amine compound (1), one compound selected from the above group can be used, or a mixture of two or more compounds selected from the above group can be used. Is also possible.

酸性ガス吸着剤に含まれる第2級アミン化合物(1)の含有量は、10〜55質量%であることが好ましい。
一般に、アミン成分の濃度が高い方が単位容量当たりの二酸化炭素の吸収量、脱離量が多く、また二酸化炭素の吸収速度、脱離速度が速いため、エネルギー消費の面やプラント設備の大きさ、処理効率の面においては好ましい。
しかし、吸収液中のアミン成分の濃度が高すぎると、吸収液に含まれる水が、二酸化炭素吸収に対する活性剤としての機能を十分に発揮できなくなる。また、吸収液中のアミン成分の濃度が高すぎると、吸収液の粘度が上昇するなどの欠点が無視できなくなる。
The content of the secondary amine compound (1) contained in the acidic gas adsorbent is preferably 10 to 55% by mass.
In general, the higher the concentration of the amine component, the greater the amount of carbon dioxide absorbed and desorbed per unit volume, and the higher the carbon dioxide absorption rate and desorption rate. In terms of processing efficiency, it is preferable.
However, if the concentration of the amine component in the absorbing solution is too high, the water contained in the absorbing solution cannot sufficiently function as an activator for carbon dioxide absorption. Moreover, if the concentration of the amine component in the absorbing solution is too high, defects such as an increase in the viscosity of the absorbing solution cannot be ignored.

第2級アミン化合物(1)の含有量が55質量%以下の場合、吸収液の粘度の上昇や、活性剤としての水の機能低下などの現象は見られない。また、第2級アミン化合物(1)の含有量を10質量%以上とすることで、十分な二酸化炭素の吸収量、吸収速度を得ることができ、優れた処理効率を得ることができる。   When the content of the secondary amine compound (1) is 55% by mass or less, phenomena such as an increase in the viscosity of the absorbing solution and a decrease in the function of water as an activator are not observed. Further, by setting the content of the secondary amine compound (1) to 10% by mass or more, a sufficient amount of carbon dioxide absorbed and absorption rate can be obtained, and excellent processing efficiency can be obtained.

第2級アミン化合物(1)の含有量が10〜55質量%の範囲にある酸性ガス吸収剤は、二酸化炭素回収用として用いた場合、二酸化炭素吸収量及び二酸化炭素吸収速度が高いだけでなく、二酸化炭素脱離量及び二酸化炭素脱離速度も高い。このため、二酸化炭素の回収を効率的に行える点で有利である。第2級アミン化合物(1)の含有量は、より好ましくは20〜50質量%である。   When the acidic gas absorbent having a secondary amine compound (1) content in the range of 10 to 55% by mass is used for carbon dioxide recovery, it not only has a high carbon dioxide absorption and carbon dioxide absorption rate. Also, the carbon dioxide desorption amount and carbon dioxide desorption rate are high. For this reason, it is advantageous in that carbon dioxide can be efficiently recovered. The content of the secondary amine compound (1) is more preferably 20 to 50% by mass.

第2級アミン化合物(1)は、界面活性剤及び/又はアルコールからなる添加剤と混合して使用する。   The secondary amine compound (1) is used by mixing with an additive comprising a surfactant and / or alcohol.

第2級アミン化合物(1)を、界面活性剤及び/又はアルコールからなる添加剤と混合して用いることで、酸性ガス吸収剤の表面張力が低減され、吸収剤の粘度上昇に伴う、酸性ガスの吸収速度の低下や、酸性ガスの脱離性能の低下などの現象を抑制することができる。したがって、二酸化炭素(CO)等の酸性ガスの吸収性能だけでなく、酸性ガスの脱離性能を向上させることができ、酸性ガスの回収効率を高めることができる。 By using the secondary amine compound (1) mixed with an additive composed of a surfactant and / or alcohol, the surface tension of the acidic gas absorbent is reduced, and the acidic gas accompanying an increase in the viscosity of the absorbent. Phenomena such as a decrease in the absorption rate and a decrease in acid gas desorption performance can be suppressed. Therefore, not only the absorption performance of acidic gas such as carbon dioxide (CO 2 ) but also the desorption performance of acidic gas can be improved, and the recovery efficiency of acidic gas can be increased.

界面活性剤としては、アニオン性基を有するアニオン性フッ素系界面活性剤、カチオン性基を有するカチオン性フッ素系界面活性剤、アニオン性基とカチオン性基とを併有する両性フッ素系界面活性剤、又はノニオン性フッ素系界面活性剤が挙げられる。界面活性剤としては、上記のものをいずれも使用可能であり、公知のものを特に限定することなく用いることができる。   As the surfactant, an anionic fluorosurfactant having an anionic group, a cationic fluorosurfactant having a cationic group, an amphoteric fluorosurfactant having both an anionic group and a cationic group, Or nonionic fluorine-type surfactant is mentioned. As the surfactant, any of the above can be used, and known ones can be used without any particular limitation.

アニオン性界面活性剤としては、公知のものを用いることができるが、例えば、第一級高級脂肪酸塩、第二級高級脂肪酸塩、第一級高級アルコール硫酸エステル塩、第二級高級アルコール硫酸エステル塩、第一級高級アルキルスルホン酸塩、第二級高級アルキルスルホン酸塩、高級アルキルジスルホン酸塩、スルホン化高級脂肪酸塩、高級脂肪酸硫酸エステル塩、高級脂肪酸硫酸エステルスルホン酸塩、高級アルコールエーテルの硫酸スルホン酸塩、高級アルコールエーテルのスルホン酸塩、高級脂肪酸アミドのアルキロール化硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルフェノールスルホン酸塩、アルキルナフタリンスルホン酸塩、アルキルベンゾイミダゾールスルホン酸塩等が挙げられる。   Known anionic surfactants can be used, such as primary higher fatty acid salts, secondary higher fatty acid salts, primary higher alcohol sulfates, and secondary higher alcohol sulfates. Salt, primary higher alkyl sulfonate, secondary higher alkyl sulfonate, higher alkyl disulfonate, sulfonated higher fatty acid salt, higher fatty acid sulfate ester salt, higher fatty acid sulfate sulfonate salt, higher alcohol ether Examples include sulfuric acid sulfonates, higher alcohol ether sulfonates, higher fatty acid amide alkylol sulfates, alkylbenzene sulfonates, alkylphenol sulfonates, alkylnaphthalene sulfonates, and alkylbenzimidazole sulfonates. .

これらのアニオン性界面活性剤の中で特に好適なものとしては、高級脂肪酸塩、特に炭素原子数が10〜20の飽和又は不飽和の高級脂肪酸のアルカリ金属塩を挙げることができ、カプリン酸、ウンデカン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、マーガリン酸、ステアリン酸、アラキン酸等の飽和脂肪酸、リンデン酸、ツズ酸、ペトロセリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸等の不飽和脂肪酸、或いはこれらの混合物のアルカリ金属塩を挙げることができる。   Among these anionic surfactants, particularly preferred are higher fatty acid salts, particularly alkali metal salts of saturated or unsaturated higher fatty acids having 10 to 20 carbon atoms, such as capric acid, Unsaturated fatty acids such as undecanoic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, margaric acid, stearic acid, arachidic acid, etc. Mention may be made of alkali metal salts of fatty acids or mixtures thereof.

カチオン性界面活性剤としては、公知のものを用いることができるが、例えば、アルキルトリメチルアンモニウム塩等を挙げることができる。   Known cationic surfactants can be used, and examples thereof include alkyltrimethylammonium salts.

ノニオン性界面活性剤としては、公知のものを用いることができるが、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸アミドエーテル、多価アルコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン多価アルコール脂肪酸エステル、脂肪酸ショ糖エステル、アルキロールアミド、ポリオキシアルキレンブロックコポリマー等を挙げることができる。   As the nonionic surfactant, known ones can be used. For example, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkylphenyl ether, polyoxyethylene fatty acid ester, polyoxyethylene fatty acid amide ether, polyhydric alcohol fatty acid Examples include esters, polyoxyethylene polyhydric alcohol fatty acid esters, fatty acid sucrose esters, alkylolamides, polyoxyalkylene block copolymers, and the like.

これらの中でも、ノニオン性界面活性剤は、カチオン性界面活性剤やアニオン性界面活性剤と比較して、金属材料に対する活性が抑制されており、酸性ガス吸収剤としての耐腐食性を低下させることなく、酸性ガスの吸収性能や脱離性能を向上させることができるため、好ましい。   Among these, nonionic surfactants are less active against metal materials than cationic surfactants and anionic surfactants, and reduce the corrosion resistance as acidic gas absorbents. In addition, the acid gas absorption performance and desorption performance can be improved, which is preferable.

界面活性剤としては、フッ素原子を有するフッ素系界面活性剤を用いることもできる。フッ素系界面活性剤としては、上記と同様、アニオン性フッ素系界面活性剤、カチオン性フッ素系界面活性剤、両性フッ素系界面活性剤、又はノニオン性フッ素系界面活性剤が挙げられ、これらのいずれも使用可能である。   As the surfactant, a fluorine-based surfactant having a fluorine atom can also be used. Examples of the fluorosurfactant include an anionic fluorosurfactant, a cationic fluorosurfactant, an amphoteric fluorosurfactant, and a nonionic fluorosurfactant, as described above. Can also be used.

フッ素系界面活性剤としては、具体的には、パーフルオロアルキルアルコール、パーフルオルアルキルスルホン酸等のパーフルオロアルキル基を有する化合物を好適に用いることができる。ここで、パーフルオロアルキル基とは、(CF(CF)n−)で示される基であり、アルキル基の全ての水素原子がフッ素原子に置換された基である。 As the fluorine-based surfactant, specifically, compounds having a perfluoroalkyl group such as perfluoroalkyl alcohol and perfluoroalkylsulfonic acid can be suitably used. Here, the perfluoroalkyl group is a group represented by (CF 3 (CF 2 ) n-), and is a group in which all hydrogen atoms of the alkyl group are substituted with fluorine atoms.

パーフルオロアルキル基を有するフッ素系界面活性剤は、パーフルオロアルキル基同士の分子間力が極めて小さく、極少量を水に溶解又は分散させることで、水の表面張力を著しく低下させることができる。このため、酸性ガスの吸収後における酸性ガスの脱離性を効率的に高めることができ、優れた酸性ガス回収性能を得られるため、好ましい。   The fluorosurfactant having a perfluoroalkyl group has a very small intermolecular force between perfluoroalkyl groups, and the surface tension of water can be significantly reduced by dissolving or dispersing a very small amount in water. For this reason, since the detachability | desorption property of acidic gas after absorption of acidic gas can be improved efficiently, and the outstanding acidic gas recovery performance can be obtained, it is preferable.

特に、パーフルオロアルキル基を有するノニオン性のフッ素系界面活性剤は、金属材料に対する活性が抑制されており、酸性ガス吸収剤としての耐腐食性を低下させることなく、脱離工程における、酸性ガス吸収剤の酸性ガスの脱離性能を、効率的に高められるため、好ましい。   In particular, the nonionic fluorosurfactant having a perfluoroalkyl group has suppressed activity against metal materials, and the acid gas in the desorption process can be reduced without reducing the corrosion resistance as an acid gas absorbent. This is preferable because the acid gas desorption performance of the absorbent can be improved efficiently.

ノニオン性のパーフルオロアルキル基を有するフッ素系界面活性剤としては、具体的には、例えば、「サーフロンS−141」(製品名、セイミケミカル社製)、「サーフロンS−211」(製品名、セイケミカル社製)等が好適に用いられる。   Specific examples of the fluorosurfactant having a nonionic perfluoroalkyl group include “Surflon S-141” (product name, manufactured by Seimi Chemical Co., Ltd.), “Surflon S-211” (product name, Sey Chemical Co., Ltd.) is preferably used.

なお、界面活性剤としては、上記に列挙した化合物のうちの1種を用いることができ、又は上記に列挙した化合物のうちの2種以上を併用することも可能である。   As the surfactant, one of the compounds listed above can be used, or two or more of the compounds listed above can be used in combination.

酸性ガス吸着剤に含まれる界面活性剤の含有量は、界面活性剤の種類等により適宜選択されるが、質量%で、1〜2000ppmであることが好ましい。
酸性ガス吸着剤に含まれる界面活性剤の含有量が1ppm未満であると、酸性ガスの脱離性を向上させる効果を十分に得られないおそれがある。一方、酸性ガス吸着剤に含まれる界面活性剤の含有量が2000ppmを超えると、酸性ガス吸収剤に発泡が生じ易くなる。酸性ガス吸着剤に含まれる界面活性剤の含有量は、質量%で、より好ましくは10〜1500ppmであり、更に好ましくは10〜1000ppmである。
The content of the surfactant contained in the acidic gas adsorbent is appropriately selected depending on the type of the surfactant and the like, but is preferably 1 to 2000 ppm by mass.
If the content of the surfactant contained in the acid gas adsorbent is less than 1 ppm, the effect of improving the detachability of the acid gas may not be sufficiently obtained. On the other hand, when the content of the surfactant contained in the acidic gas adsorbent exceeds 2000 ppm, foaming is likely to occur in the acidic gas absorbent. The content of the surfactant contained in the acid gas adsorbent is mass%, more preferably 10 to 1500 ppm, and still more preferably 10 to 1000 ppm.

界面活性剤は、そのままの形態で酸性ガス吸収剤に添加してもよいし、又は、例えばアルコール等の、酸性ガスの吸収や脱離に影響を与えない溶媒に添加した溶液として、酸性ガス吸収剤に添加してもよい。   The surfactant may be added to the acidic gas absorbent as it is, or as a solution added to a solvent that does not affect the absorption or desorption of the acidic gas, such as alcohol, It may be added to the agent.

アルコールとしては、炭素数1〜20の直鎖状又は分岐鎖状のものを用いることができ、水酸基を1個有するものであってもよく、2個以上の水酸基を有するポリオールであってもよい。   As the alcohol, linear or branched ones having 1 to 20 carbon atoms can be used, and those having one hydroxyl group or polyols having two or more hydroxyl groups may be used. .

ポリオールとしては、特に限定されないが、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセロール、エチレングリコールのオリゴマー、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、エチレングリコールのオリゴマーのエーテル、ポリエチレングリコールのエーテル、ポリエチレンオキサイドのエーテル、ポリテトラヒドロフラン等の環状エーテルのオリゴマーやポリマー、及びこれらの誘導体を用いることができる。ポリオールとしては、上記の群より選択された1種を用いてもよく、又は上記の群より選択された2種以上を混合して用いてもよい。   The polyol is not particularly limited. For example, ethylene glycol, propylene glycol, glycerol, ethylene glycol oligomer, polyethylene glycol, polyethylene oxide, ethylene glycol oligomer ether, polyethylene glycol ether, polyethylene oxide ether, polytetrahydrofuran, etc. These oligomers and polymers of cyclic ethers, and derivatives thereof can be used. As a polyol, 1 type selected from said group may be used, or 2 or more types selected from said group may be mixed and used.

ポリオールは、水に対する溶解性の観点から、分子量が10,000未満のものが好ましく、分子量が1,000未満のものがより好ましい。   From the viewpoint of solubility in water, the polyol preferably has a molecular weight of less than 10,000, more preferably a molecular weight of less than 1,000.

二酸化炭素(CO)を吸収した酸性ガス吸収剤は、再生塔において、120℃程度の高温域で加熱して再生される。このため、添加剤として用いるアルコールは、沸点が150℃以上であることが好ましい。アルコールの沸点が150℃未満であると、酸性ガス吸収剤を加熱した際に、再生塔からアルコールが放出され易く、酸性ガスの回収処理全体に要するコストが増大するおそれがある。 The acid gas absorbent that has absorbed carbon dioxide (CO 2 ) is regenerated by heating in a regeneration tower in a high temperature range of about 120 ° C. For this reason, it is preferable that the alcohol used as an additive has a boiling point of 150 ° C. or higher. When the boiling point of the alcohol is less than 150 ° C., when the acidic gas absorbent is heated, the alcohol is easily released from the regeneration tower, which may increase the cost required for the entire recovery process of the acidic gas.

酸性ガス吸着剤に含まれるアルコールの含有量は、0.1〜20質量%であることが好ましい。酸性ガス吸着剤に含まれるアルコールの含有量が0.1質量%未満であると、酸性ガスの脱離性を向上させる効果を十分に得られないおそれがある。酸性ガス吸着剤に含まれるアルコールの含有量が20質量%を超えると、吸収剤の粘度が過度に高くなり、酸性ガスとの反応性がかえって低下するおそれがある。酸性ガス吸着剤に含まれるアルコールの含有量は、より好ましくは0.5〜10質量%である。   The content of alcohol contained in the acidic gas adsorbent is preferably 0.1 to 20% by mass. If the content of the alcohol contained in the acid gas adsorbent is less than 0.1% by mass, the effect of improving the detachability of the acid gas may not be sufficiently obtained. When the content of the alcohol contained in the acid gas adsorbent exceeds 20% by mass, the viscosity of the absorbent becomes excessively high, and the reactivity with the acid gas may be lowered. The content of alcohol contained in the acidic gas adsorbent is more preferably 0.5 to 10% by mass.

第2級アミン化合物(1)は、アルカノールアミン類及び/又は下記一般式(2)で表されるヘテロ環状アミン化合物(以下、ヘテロ環状アミン化合物(2)と示す。)からなる反応促進剤と混合して使用することが好ましい。   The secondary amine compound (1) includes a reaction accelerator composed of alkanolamines and / or a heterocyclic amine compound represented by the following general formula (2) (hereinafter referred to as a heterocyclic amine compound (2)). It is preferable to use a mixture.

Figure 2015071136
・・・(2)
Figure 2015071136
... (2)

上記式(2)中、Rは水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。Rは炭素原子に結合した炭素数1〜4のアルキル基を表す。nは1〜3の整数を表し、mは1〜4の整数を表し、pは0〜12の整数を表す。nが2〜3の場合には、窒素原子同士は直接結合していない。mが2である場合には、nは1又は2の整数である。また、Rの炭素数1〜4のアルキル基の水素原子の一部、及びRの炭素数1〜4のアルキル基の水素原子の一部は、それぞれ水酸基、アミノ基で置換されていてもよい。 In the formula (2), R 2 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. R 3 represents a C 1-4 alkyl group bonded to a carbon atom. n represents an integer of 1 to 3, m represents an integer of 1 to 4, and p represents an integer of 0 to 12. When n is 2 to 3, nitrogen atoms are not directly bonded to each other. When m is 2, n is an integer of 1 or 2. Further, a part of hydrogen atoms of the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms of R 2 and a part of hydrogen atoms of the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms of R 3 are respectively substituted with a hydroxyl group and an amino group. Also good.

本実施形態では、例えば第2級アミン化合物(1)と、アルカノールアミン類及び/又はヘテロ環状アミン化合物(2)からなる反応促進剤とを混合し、これらの混合物を例えば水溶液としたものを、酸性ガス吸収剤として用いることができる。
第2級アミン化合物(1)を、アルカノールアミン類及び/又はヘテロ環状アミン化合物(2)と混合して用いることで、第2級アミン化合物(1)の単位モル当たりの二酸化炭素吸収量や、酸性ガス吸収剤の単位体積当たりの二酸化炭素吸収量及び二酸化炭素吸収速度をより一層向上させることができる。
また、第2級アミン化合物(1)を、アルカノールアミン類及び/又はヘテロ環状アミン化合物(2)と混合して用いることで、二酸化炭素吸収後に酸性ガスを分離するエネルギー(酸性ガス脱離エネルギー)も低下し、酸性ガス吸収剤を再生させる際のエネルギーを低減することができる。
In this embodiment, for example, a secondary amine compound (1) and a reaction accelerator composed of an alkanolamine and / or a heterocyclic amine compound (2) are mixed, and the mixture is made into an aqueous solution, for example. It can be used as an acid gas absorbent.
By using the secondary amine compound (1) mixed with the alkanolamines and / or the heterocyclic amine compound (2), the amount of carbon dioxide absorbed per unit mole of the secondary amine compound (1), The amount of carbon dioxide absorbed and the carbon dioxide absorption rate per unit volume of the acid gas absorbent can be further improved.
Further, the secondary amine compound (1) is mixed with the alkanolamines and / or the heterocyclic amine compound (2) and used to separate the acid gas after absorbing carbon dioxide (acid gas desorption energy). And the energy for regenerating the acidic gas absorbent can be reduced.

反応促進剤としてのアルカノールアミンとしては、例えば、環状構造による立体障害を有しない、下記に示すようなアルカノールアミンを用いることができる。ここで、アルカノールアミンとは、1分子中に、アミノ基と水酸基を有する化合物を意味する。反応促進剤としてのアルカノールアミンとしては、具体的には、例えば、アルカノールアミンとしては、例えばモノエタノールアミン、2−アミノ−2−メチルプロパノールアミン、2−アミノ−2−メチル−1,3−ジプロパノールアミン、メチルアミノエタノール、エチルアミノエタノール、プロピルアミノエタノール、ジエタノールアミン、ビス(2−ヒドロキシ−1−メチルエチル)アミン、メチルジエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノ−1−メチルエタノール、2−メチルアミノエタノール、2−エチルアミノエタノール、2−プロピルアミノエタノール、n−ブチルアミノエタノール、2−(イソプロピルアミノ)エタノール、3−エチルアミノプロパノール、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン等が挙げられる。   As the alkanolamine as the reaction accelerator, for example, alkanolamines having no steric hindrance due to a cyclic structure as shown below can be used. Here, alkanolamine means a compound having an amino group and a hydroxyl group in one molecule. Specific examples of the alkanolamine as the reaction accelerator include, for example, alkanolamines such as monoethanolamine, 2-amino-2-methylpropanolamine, 2-amino-2-methyl-1,3-di Propanolamine, methylaminoethanol, ethylaminoethanol, propylaminoethanol, diethanolamine, bis (2-hydroxy-1-methylethyl) amine, methyldiethanolamine, dimethylethanolamine, diethylethanolamine, triethanolamine, dimethylamino-1- Methylethanol, 2-methylaminoethanol, 2-ethylaminoethanol, 2-propylaminoethanol, n-butylaminoethanol, 2- (isopropylamino) ethanol, 3-ethylamino Propanol, triethanolamine, diethanolamine and the like.

これらの中でも、アルカノールアミン類としては、第2級アミンと酸性ガスとの反応性をより向上させる観点から、2−(イソプロピルアミノ)エタノール及び2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールからなる群より選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。   Among these, as the alkanolamines, the group consisting of 2- (isopropylamino) ethanol and 2-amino-2-methyl-1-propanol from the viewpoint of further improving the reactivity between the secondary amine and the acidic gas. It is preferably at least one selected from the group.

ヘテロ環状アミン化合物(2)としては、アゼチジン、1−メチルアゼチジン、1−エチルアゼチジン、2−メチルアゼチジン、2−アゼチジルメタノール、2−(2−アミノエチル)アゼチジン、ピロリジン、1−メチルピロリジン、2−メチルピロリジン、2−ブチルピロリジン、2−ピロリジルメタノール、2−(2−アミノエチル)ピロリジン、ピペリジン、1−メチルピペリジン、2−エチルピペリジン、3−プロピルピペリジン、4−エチルピペリジン、2−ピペリジルメタノール、3−ピペリジルエタノール、2−(2−アミノエチル)ピロリジン、ヘキサヒドロ−1H−アゼピン、ヘキサメチレンテトラミン、ピペラジン、ピぺラジン誘導体等が挙げられる。   Examples of the heterocyclic amine compound (2) include azetidine, 1-methylazetidine, 1-ethylazetidine, 2-methylazetidine, 2-azetidylmethanol, 2- (2-aminoethyl) azetidine, pyrrolidine, 1- Methylpyrrolidine, 2-methylpyrrolidine, 2-butylpyrrolidine, 2-pyrrolidylmethanol, 2- (2-aminoethyl) pyrrolidine, piperidine, 1-methylpiperidine, 2-ethylpiperidine, 3-propylpiperidine, 4-ethylpiperidine 2-piperidylmethanol, 3-piperidylethanol, 2- (2-aminoethyl) pyrrolidine, hexahydro-1H-azepine, hexamethylenetetramine, piperazine, piperazine derivatives and the like.

これらの中でも、特にピぺラジン誘導体は、酸性ガス吸収剤の二酸化炭素吸収量及び吸収速度向上の観点から望ましい。
ピペラジン誘導体は第2級アミン化合物であり、一般に、第2級アミノ基の窒素原子が二酸化炭素と結合し、カルバメートイオンを形成することで、反応初期段階における吸収速度の向上に寄与する。さらに第2級アミノ基の窒素原子は、これに結合した二酸化炭素を重炭酸イオン(HCO )に転換する役割を担っており、反応後半段階の速度向上に寄与する。
Among these, piperazine derivatives are particularly desirable from the viewpoint of improving the carbon dioxide absorption amount and absorption rate of the acidic gas absorbent.
A piperazine derivative is a secondary amine compound, and generally, a nitrogen atom of a secondary amino group is bonded to carbon dioxide to form a carbamate ion, thereby contributing to an improvement in the absorption rate in the initial stage of the reaction. Further, the nitrogen atom of the secondary amino group plays a role of converting carbon dioxide bonded thereto to bicarbonate ion (HCO 3 ), and contributes to the speed increase in the latter half of the reaction.

ピぺラジン誘導体としては、2−メチルピペラジン、2,5−ジメチルピペラジン、2,6−ジメチルピペラジンのうちの少なくとも1種類であることがより好ましい。   The piperazine derivative is more preferably at least one of 2-methylpiperazine, 2,5-dimethylpiperazine, and 2,6-dimethylpiperazine.

酸性ガス吸着剤に含まれる反応促進剤(アルカノールアミン類及び/又はヘテロ環状アミン化合物(2))の含有量は、1〜20質量%であることが好ましい。酸性ガス吸着剤に含まれる反応促進剤の含有量が1質量%未満であると、二酸化炭素吸収速度を向上させる効果を十分に得られないおそれがある。酸性ガス吸着剤に含まれる反応促進剤の含有量が20質量%を超えると、吸収剤の粘度が過度に高くなり、かえって反応性が低下するおそれがある。反応促進剤(アルカノールアミン類及び/又はヘテロ環状アミン化合物(2))の含有量は、より好ましくは5〜15質量%である。   The content of the reaction accelerator (alkanolamines and / or heterocyclic amine compound (2)) contained in the acid gas adsorbent is preferably 1 to 20% by mass. If the content of the reaction accelerator contained in the acidic gas adsorbent is less than 1% by mass, the effect of improving the carbon dioxide absorption rate may not be sufficiently obtained. When the content of the reaction accelerator contained in the acidic gas adsorbent exceeds 20% by mass, the viscosity of the absorbent becomes excessively high, and the reactivity may be lowered. The content of the reaction accelerator (alkanolamines and / or heterocyclic amine compound (2)) is more preferably 5 to 15% by mass.

酸性ガス吸収剤には、上記のアミン化合物、反応促進剤及並びに界面活性剤及び/又はアルコールからなる添加剤の他に、プラント設備の腐食を防止するためのリン酸系等の防食剤や、泡立ち防止のためのシリコーン系等の消泡剤や、酸性ガス吸収剤の劣化防止のための酸化防止剤等を含有していてもよい。   In addition to the above-mentioned amine compounds, reaction accelerators, and additives consisting of surfactants and / or alcohols, acid gas absorbents include anticorrosives such as phosphoric acid to prevent corrosion of plant equipment, It may contain an antifoaming agent such as silicone for preventing foaming, an antioxidant for preventing deterioration of the acid gas absorbent, and the like.

本実施形態に係る酸性ガス除去方法は、酸性ガスを含有する排気ガスと、上記の実施形態で説明したアミン化合物を溶媒に溶解させてなる酸性ガス吸収剤とを接触させ、酸性ガスを含む排気ガスから酸性ガスを吸収分離して除去するようにしたものである。   The acid gas removal method according to the present embodiment is an exhaust gas containing an acid gas by bringing an exhaust gas containing the acid gas into contact with an acid gas absorbent obtained by dissolving the amine compound described in the above embodiment in a solvent. The acid gas is absorbed and separated from the gas and removed.

二酸化炭素の吸収分離工程の基本的な構成は、酸性ガス吸収剤に、二酸化炭素を含有する排気ガスを接触させて、酸性ガス吸収剤に二酸化炭素を吸収させる工程(二酸化炭素吸収工程)と、上記二酸化炭素吸収工程で得られた、二酸化炭素が吸収された酸性ガス吸収剤を加熱して、二酸化炭素を脱離して回収する工程(二酸化炭素分離工程)とを含む。 The basic structure of the carbon dioxide absorption and separation step is a step of bringing an acid gas absorbent into contact with an exhaust gas containing carbon dioxide and causing the acid gas absorbent to absorb carbon dioxide (carbon dioxide absorption step); Heating the acidic gas absorbent in which carbon dioxide has been absorbed obtained in the carbon dioxide absorption step, and desorbing and collecting carbon dioxide (carbon dioxide separation step).

二酸化炭素を含むガスを、上記の酸性ガス吸収剤を含む水溶液に接触させる方法は特に限定されないが、例えば、酸性ガス吸収剤中に二酸化炭素を含むガスをバブリングさせて吸収する方法、二酸化炭素を含むガス気流中に酸性ガス吸収剤を霧状に降らす方法(噴霧乃至スプレー方式)、あるいは磁製や金属網製の充填材の入った吸収塔内で二酸化炭素を含むガスと酸性ガス吸収剤を向流接触させる方法などによって行われる。   A method of bringing a gas containing carbon dioxide into contact with the aqueous solution containing the acid gas absorbent is not particularly limited. For example, a method of absorbing gas by bubbling a gas containing carbon dioxide in the acid gas absorbent; A method of spraying an acid gas absorbent into a gas stream containing gas (a spray or spray method), or a gas containing carbon dioxide and an acid gas absorbent in an absorption tower containing a magnetic or metal mesh filler It is performed by a method of making a countercurrent contact.

二酸化炭素を含むガスを水溶液に吸収させる時の酸性ガス吸収剤の温度は、通常室温から60℃以下で行われる。好ましくは50℃以下、より好ましくは20〜45℃程度で行われる。
低温度で行うほど、酸性ガスの吸収量は増加するが、処理温度の下限値は、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ほぼ大気圧で行われる。吸収性能を高めるためより高い圧力まで加圧することもできるが、圧縮のために要するエネルギー消費を抑えるため大気圧下で行うのが好ましい。
The temperature of the acidic gas absorbent when the gas containing carbon dioxide is absorbed in the aqueous solution is usually from room temperature to 60 ° C. or less. Preferably it is 50 degrees C or less, More preferably, it is performed at about 20-45 degreeC.
As the temperature is lowered, the amount of acid gas absorbed increases, but the lower limit of the processing temperature is determined by the gas temperature in the process, the heat recovery target, and the like. The pressure during carbon dioxide absorption is usually about atmospheric pressure. Although it is possible to pressurize to a higher pressure in order to enhance the absorption performance, it is preferable to carry out under atmospheric pressure in order to suppress energy consumption required for compression.

二酸化炭素吸収工程において、上述した実施形態に係るアミン化合物を10〜55質量%含む酸性ガス吸収剤の二酸化炭素吸収時(40℃)における二酸化炭素吸収量は、吸収剤中に含まれるアミン1mol当り0.26〜0.62mol程度であり、二酸化炭素の吸収を開始した時点から数分経過後の二酸化炭素吸収速度は0.029〜0.038mol/L/min程度である。   In the carbon dioxide absorption step, the amount of carbon dioxide absorbed at the time of carbon dioxide absorption (40 ° C.) of the acidic gas absorbent containing 10 to 55% by mass of the amine compound according to the embodiment described above is based on 1 mol of amine contained in the absorbent. It is about 0.26 to 0.62 mol, and the carbon dioxide absorption rate after a lapse of several minutes from the time when the absorption of carbon dioxide is started is about 0.029 to 0.038 mol / L / min.

ここで、二酸化炭素飽和吸収量は、酸性ガス吸収剤中の無機炭素量を赤外線式ガス濃度測定装置で測定した値であり、また、二酸化炭素吸収速度は、二酸化炭素の吸収を開始した時点から数分経過した時点において赤外線式二酸化炭素計を用いて測定した値である。   Here, the carbon dioxide saturated absorption amount is a value obtained by measuring the amount of inorganic carbon in the acid gas absorbent with an infrared gas concentration measuring device, and the carbon dioxide absorption rate is from the time when absorption of carbon dioxide is started. It is a value measured using an infrared carbon dioxide meter when several minutes have passed.

二酸化炭素を吸収した酸性ガス吸収剤から二酸化炭素を分離し、純粋なあるいは高濃度の二酸化炭素を回収する方法としては、蒸留と同じく酸性ガス吸収剤を加熱して釜で泡立てて脱離する方法、棚段塔、スプレー塔、又は磁製や金属網製の充填材の入った再生塔内で液界面を広げて加熱する方法などが挙げられる。これにより、カルバミン酸アニオンや重炭酸イオンから二酸化炭素が遊離して放出される。   The method of separating carbon dioxide from the acid gas absorbent that has absorbed carbon dioxide and recovering pure or high-concentration carbon dioxide is the same as distillation, in which the acid gas absorbent is heated and bubbled in a kettle and desorbed. And a method in which a liquid interface is expanded and heated in a plate tower, a spray tower, or a regeneration tower containing a magnetic or metal mesh filler. Thereby, carbon dioxide is liberated and released from the carbamate anion and bicarbonate ion.

二酸化炭素分離時の酸性ガス吸収剤温度は通常70℃以上で行われる。二酸化炭素分離時の酸性ガス吸収剤の温度は、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。二酸化炭素脱離時の圧力は通常ほぼ大気圧で行われる。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、減圧のために要するエネルギー消費を抑えるため大気圧下で行うのが好ましい。   The acid gas absorbent temperature at the time of carbon dioxide separation is usually 70 ° C or higher. The temperature of the acidic gas absorbent at the time of carbon dioxide separation is 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. The pressure during carbon dioxide desorption is usually about atmospheric pressure. Although the pressure can be reduced to a lower pressure in order to enhance the desorption performance, it is preferably performed under atmospheric pressure in order to suppress energy consumption required for the pressure reduction.

上述した実施形態に係るアミン化合物を10〜55質量%含む水溶液の二酸化炭素脱離時(80℃)における二酸化炭素脱離量は、吸収剤中に含まれるアミン1mol当り0.15〜0.47mol程度である。   The amount of carbon dioxide desorbed at the time of carbon dioxide desorption (80 ° C.) of the aqueous solution containing 10 to 55% by mass of the amine compound according to the embodiment described above is 0.15 to 0.47 mol per mol of amine contained in the absorbent. Degree.

二酸化炭素を分離した後の酸性ガス吸収剤は、再び二酸化炭素吸収工程に送られ循環使用(リサイクル)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再生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。   The acidic gas absorbent after separating the carbon dioxide is sent again to the carbon dioxide absorption step and recycled (recycled). In addition, 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 regeneration tower in the aqueous solution recycling process.

このようにして回収された二酸化炭素の純度は、通常、95〜99体積%程度と極めて純度が高いものである。この純粋な二酸化炭素あるいは高濃度の二酸化炭素は、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。その他、回収した二酸化炭素を、現在技術開発されつつある地下等へ隔離貯蔵することも可能である。   The purity of the carbon dioxide recovered in this manner is usually as high as about 95 to 99% by volume. This pure carbon dioxide or high-concentration carbon dioxide is used as a chemical, a synthetic raw material for a polymer substance, a cooling agent for freezing foods, or the like. In addition, it is possible to sequester and store the recovered carbon dioxide in the underground, where technology is currently being developed.

上述した工程のうち、酸性ガス吸収剤から二酸化炭素を分離して酸性ガス吸収剤を再生する工程が、最も多量のエネルギーを消費する部分であり、この工程で、全体工程の約50〜80%程度のエネルギーが消費される。従って、酸性ガス吸収剤の再生工程における消費エネルギーを低減することにより、二酸化炭素の吸収分離工程のコストを低減でき、排気ガスからの酸性ガス除去を、経済的に有利に行うことができる。   Of the steps described above, the step of separating the carbon dioxide from the acid gas absorbent to regenerate the acid gas absorbent is the portion that consumes the most amount of energy. In this step, about 50 to 80% of the entire process is consumed. A certain amount of energy is consumed. Therefore, by reducing the energy consumption in the regeneration process of the acidic gas absorbent, the cost of the carbon dioxide absorption and separation process can be reduced, and the acidic gas removal from the exhaust gas can be performed economically advantageously.

本実施形態によれば、上記の実施形態の酸性ガス吸収剤を用いることで、二酸化炭素脱離(再生工程)のために必要なエネルギーを低減することができる。このため、二酸化炭素の吸収分離工程を、経済的に有利な条件で行うことができる。   According to this embodiment, the energy required for carbon dioxide desorption (regeneration process) can be reduced by using the acidic gas absorbent of the above embodiment. For this reason, the absorption separation process of carbon dioxide can be performed on economically advantageous conditions.

また、上述した実施形態に係るアミン化合物は、従来より酸性ガス吸収剤として用いられてきた2−アミノエタノール等のアルカノールアミン類と比較して、炭素鋼などの金属材料に対し、著しく高い耐腐食性を有している。したがって、このような酸性ガス吸収剤を用いた酸性ガス除去方法とすることで、例えばプラント建設において、高コストの高級耐食鋼を用いる必要がなくなり、コスト面で有利である。   In addition, the amine compound according to the above-described embodiment is significantly higher in corrosion resistance than metal materials such as carbon steel as compared with alkanolamines such as 2-aminoethanol which has been conventionally used as an acid gas absorbent. It has sex. Therefore, the acid gas removal method using such an acid gas absorbent eliminates the need to use high-cost high-grade corrosion-resistant steel in, for example, plant construction, which is advantageous in terms of cost.

本実施形態に係る酸性ガス除去装置は、酸性ガスを含有するガスと酸性ガス吸着剤とを接触させて前記ガスから酸性ガスを除去する吸収塔と、酸性ガスを吸収した前記酸性ガス吸着剤から酸性ガスを除去して該酸性ガス吸着剤を再生する再生塔と、を有し、前記再生塔で再生した前記酸性ガス吸着剤を前記吸収塔で再利用する酸性ガス除去装置であって、前記酸性ガス吸着剤として、例えば上記の実施形態に係る酸性ガス吸収剤を用いたものである。   The acidic gas removal apparatus according to the present embodiment includes an absorption tower that removes acidic gas from the gas by bringing a gas containing acidic gas into contact with the acidic gas adsorbent, and the acidic gas adsorbent that has absorbed the acidic gas. A regeneration tower that removes the acid gas and regenerates the acid gas adsorbent, and the acid gas adsorber that regenerates the acid gas adsorbent regenerated in the regeneration tower in the absorption tower, As the acidic gas adsorbent, for example, the acidic gas absorbent according to the above embodiment is used.

図1は、実施形態の酸性ガス除去装置の概略図である。この酸性ガス除去装置1は、酸性ガスを含むガス(以下、排気ガスと示す。)と酸性ガス吸着剤とを接触させ、この排気ガスから酸性ガスを吸収させて除去する吸収塔2と、酸性ガスを吸収した酸性ガス吸着剤から酸性ガスを分離し、酸性ガス吸着剤を再生する再生塔3と、を備えている。以下、酸性ガスが二酸化炭素である場合を例に説明する。   FIG. 1 is a schematic view of an acidic gas removal apparatus according to an embodiment. The acidic gas removing device 1 includes an absorption tower 2 for contacting a gas containing an acidic gas (hereinafter referred to as exhaust gas) with an acidic gas adsorbent and absorbing and removing the acidic gas from the exhaust gas. A regenerating tower 3 for separating the acid gas from the acid gas adsorbent that has absorbed the gas and regenerating the acid gas adsorbent. Hereinafter, the case where the acidic gas is carbon dioxide will be described as an example.

図1に示すように、火力発電所から排出される燃焼排ガス等の、二酸化炭素を含む排気ガスが、ガス供給口4を通って吸収塔2下部へ導かれる。
この排気ガスは、吸収塔2に押し込められ、吸収塔2上部の酸性ガス吸収剤供給口5から供給されて吸収塔2内部に収容されている酸性ガス吸収剤と接触する。酸性ガス吸収剤としては、上述した実施形態に係る酸性ガス吸収剤を使用する。
As shown in FIG. 1, exhaust gas containing carbon dioxide, such as combustion exhaust gas discharged from a thermal power plant, is guided to the lower part of the absorption tower 2 through a gas supply port 4.
The exhaust gas is pushed into the absorption tower 2 and is brought into contact with the acidic gas absorbent that is supplied from the acidic gas absorbent supply port 5 at the top of the absorption tower 2 and accommodated inside the absorption tower 2. As the acidic gas absorbent, the acidic gas absorbent according to the above-described embodiment is used.

酸性ガス吸収剤のpH値は、少なくとも9以上に調整すればよいが、排気ガス中に含まれる有害ガスの種類、濃度、流量等によって、適宜最適条件を選択することがよい。
また、この酸性ガス吸収剤には、上記のアミン系化合物、及び水などの溶媒の他に、二酸化炭素の吸収性能を向上させる含窒素化合物、酸化防止剤、pH調整剤等、その他化合物を任意の割合で含有していてもよい。
The pH value of the acid gas absorbent may be adjusted to at least 9 or more, but the optimum conditions may be appropriately selected depending on the type, concentration, flow rate, etc. of harmful gas contained in the exhaust gas.
In addition to the above amine compounds and water and other solvents, the acidic gas absorbent may be any other compound such as a nitrogen-containing compound that improves carbon dioxide absorption performance, an antioxidant, and a pH adjuster. You may contain in the ratio.

このように、排気ガスが酸性ガス吸収剤と接触することで、この排気ガス中の二酸化炭素が酸性ガス吸収剤に吸収され除去される。二酸化炭素が除去された後の排気ガスは、ガス排出口6から吸収塔2外部に排出される。   Thus, when the exhaust gas comes into contact with the acidic gas absorbent, carbon dioxide in the exhaust gas is absorbed by the acidic gas absorbent and removed. The exhaust gas after the carbon dioxide is removed is discharged from the gas outlet 6 to the outside of the absorption tower 2.

二酸化炭素を吸収した酸性ガス吸収剤は、熱交換器7、加熱器8に送液され、加熱された後、再生塔3に送液される。再生塔3内部に送液された酸性ガス吸収剤は、再生塔3の上部から下部に移動し、この間に、酸性ガス吸収剤中の二酸化炭素が脱離し、酸性ガス吸収剤が再生する。 The acidic gas absorbent that has absorbed carbon dioxide is sent to the heat exchanger 7 and the heater 8, heated, and then sent to the regeneration tower 3. The acidic gas absorbent sent to the inside of the regeneration tower 3 moves from the upper part to the lower part of the regeneration tower 3, and during this time, carbon dioxide in the acidic gas absorbent is desorbed and the acidic gas absorbent is regenerated.

再生塔3で再生した酸性ガス吸収剤は、ポンプ9によって熱交換器7、吸収液冷却器10に送液され、酸性ガス吸収剤供給口5から吸収塔2に戻される。   The acid gas absorbent regenerated in the regeneration tower 3 is sent to the heat exchanger 7 and the absorption liquid cooler 10 by the pump 9 and returned to the absorption tower 2 from the acid gas absorbent supply port 5.

一方、酸性ガス吸収剤から分離された二酸化炭素は、再生塔3上部において、還流ドラム11から供給された還流水と接触し、再生塔3外部に排出される。
二酸化炭素が溶解した還流水は、還流冷却器12で冷却された後、還流ドラム11において、二酸化炭素を伴う水蒸気が凝縮した液体成分と分離される。この液体成分は、回収二酸化炭素ライン13により二酸化炭素回収工程に導かれる。一方、二酸化炭素が分離された還流水は、還流水ポンプ14で再生塔3に送液される。
On the other hand, the carbon dioxide separated from the acidic gas absorbent comes into contact with the reflux water supplied from the reflux drum 11 at the top of the regeneration tower 3 and is discharged to the outside of the regeneration tower 3.
The reflux water in which carbon dioxide is dissolved is cooled by the reflux cooler 12 and then separated from the liquid component in which the water vapor accompanied with carbon dioxide is condensed in the reflux drum 11. This liquid component is guided to the carbon dioxide recovery process by the recovery carbon dioxide line 13. On the other hand, the reflux water from which carbon dioxide has been separated is sent to the regeneration tower 3 by the reflux water pump 14.

本実施形態の酸性ガス除去装置1によれば、二酸化炭素の吸収特性及び脱離特性に優れた酸性ガス吸収剤を用いることで、効率の高い二酸化炭素の吸収除去を行うことが可能となる。   According to the acidic gas removal device 1 of the present embodiment, it is possible to perform highly efficient absorption and removal of carbon dioxide by using an acidic gas absorbent excellent in carbon dioxide absorption characteristics and desorption characteristics.

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明したが、上記の実施例は、本発明の一例として挙げたものであり、本発明を限定するものではない。
また、上記の各実施形態の説明では、酸性ガス吸収剤、酸性ガス除去装置及び酸性ガス除去方法において、本発明の説明に直接必要とされない部分等についての記載を省略したが、これらについて必要とされる各要素を適宜選択して用いることができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described referring a specific example, said Example is mentioned as an example of this invention and does not limit this invention.
In addition, in the description of each of the above embodiments, in the acidic gas absorbent, the acidic gas removal device, and the acidic gas removal method, the description of the portions that are not directly required for the explanation of the present invention is omitted. Each element to be used can be appropriately selected and used.

その他、本発明の要素を具備し、本発明の趣旨に反しない範囲で当業者が適宜設計変更しうる全ての酸性ガス吸収剤、酸性ガス除去装置及び酸性ガス除去方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物の範囲によって定義されるものである。   In addition, all acid gas absorbents, acid gas removal devices, and acid gas removal methods that include elements of the present invention and that can be appropriately modified by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention are within the scope of the present invention. Is included. The scope of the present invention is defined by the appended claims and equivalents thereof.

以下、本発明について実施例、比較例を参照してさらに詳細な説明を行うが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
2−(シクロペンチルアミノ)エタノールを45質量%、ピペラジンを5質量%、サーフロンs−141(界面活性剤)を500ppmとなるように水に溶解させ、50mlの水溶液(以下、吸収液と示す。)とした。この吸収液を試験管に充填して40℃に加熱し、二酸化炭素(CO)10体積%、窒素(N)ガス90体積%含む混合ガスを流速500mL/minで通気して、試験管出口でのガス中の二酸化炭素(CO)濃度を赤外線式ガス濃度測定装置(株式会社島津製作所製、商品名「CGT−700」)を用いて測定し、吸収性能を評価した。試験管内のアミン水溶液へのガス導入口には、1/8インチのテフロン(登録商標)チューブ(内径:1.59mm、外径:3.17mm)を用いて行った。
また、上記のように混合ガスを40℃で吸収させた後の水溶液を80℃に加熱し、100%窒素(N)ガスを流速500mL/minで通気し、吸収液中のCO濃度を赤外線式ガス濃度測定装置を用いて測定して放出性能を評価した。
(Example 1)
2- (Cyclopentylamino) ethanol is dissolved in water at 45% by mass, piperazine at 5% by mass, and Surflon s-141 (surfactant) at 500 ppm, and 50 ml of an aqueous solution (hereinafter referred to as an absorbing solution). It was. The absorption liquid is filled in a test tube and heated to 40 ° C., and a mixed gas containing 10% by volume of carbon dioxide (CO 2 ) and 90% by volume of nitrogen (N 2 ) gas is vented at a flow rate of 500 mL / min. The carbon dioxide (CO 2 ) concentration in the gas at the outlet was measured using an infrared gas concentration measuring apparatus (manufactured by Shimadzu Corporation, trade name “CGT-700”) to evaluate the absorption performance. A 1/8 inch Teflon (registered trademark) tube (inner diameter: 1.59 mm, outer diameter: 3.17 mm) was used as a gas inlet to the amine aqueous solution in the test tube.
Further, the aqueous solution after absorbing the mixed gas at 40 ° C. as described above is heated to 80 ° C., 100% nitrogen (N 2 ) gas is vented at a flow rate of 500 mL / min, and the CO 2 concentration in the absorbing solution is reduced. The emission performance was evaluated by measurement using an infrared gas concentration measuring device.

吸収液の二酸化炭素吸収速度は、二酸化炭素の吸収を開始してから2分後の時点で計測
した速度とした。
The carbon dioxide absorption rate of the absorbing solution was the rate measured at a point two minutes after the start of carbon dioxide absorption.

40℃での吸収液の二酸化炭素吸収量は、吸収液中のアミン化合物1mol当り0.55molであった。また、80℃での吸収液の二酸化炭素(CO)吸収量は、アミン化合物1mol当り0.22molであった。40℃で二酸化炭素(CO)を吸収させ、80℃で二酸化炭素(CO)を脱離させる過程で、アミン化合物1mol当り0.33molのCOが回収された。二酸化炭素吸収速度は0.036mol/L/minであった。 The amount of carbon dioxide absorbed by the absorbing solution at 40 ° C. was 0.55 mol per 1 mol of the amine compound in the absorbing solution. Also, the absorbing solution at 80 ° C. carbon dioxide (CO 2) absorption was amine compound 1mol per 0.22 mol. In the process of absorbing carbon dioxide (CO 2 ) at 40 ° C. and desorbing carbon dioxide (CO 2 ) at 80 ° C., 0.33 mol of CO 2 was recovered per 1 mol of the amine compound. The carbon dioxide absorption rate was 0.036 mol / L / min.

反応熱は以下のようにして測定した。恒温槽中に設置された同一形状のガラス製反応槽及びリファレンス槽からなる示差熱型反応熱量計「DRC Evolution」(製品名、SETARAM社製)を用いて吸収液による二酸化炭素吸収の反応熱を測定した。反応槽及びリファレンス槽にそれぞれ150mLの吸収液を充填し、槽のジャケット部分に40℃の恒温水を循環させる。この状態で反応槽の吸収液に100%濃度の二酸化炭素ガスを200ml/分で吹込み、液の温度上昇を二酸化炭素吸収が終了するまで温度記録計にて連続的に記録し、事前に測定された反応槽とジャケット水間の総括伝熱係数を用いて反応熱を算出した。二酸化炭素吸収の反応熱は67kJ/molであった。
なお、実施例1〜2及び比較例1において、反応熱は、吸収液中に含まれる二酸化炭素1mol当たりの反応熱を示す。
The heat of reaction was measured as follows. The reaction heat of carbon dioxide absorption by the absorbing solution is measured using a differential thermal reaction calorimeter “DRC Evolution” (product name, manufactured by SETARAM) consisting of a glass reaction tank of the same shape and a reference tank installed in a thermostat. It was measured. Each of the reaction tank and the reference tank is filled with 150 mL of absorption liquid, and constant temperature water at 40 ° C. is circulated in the jacket portion of the tank. In this state, 100% carbon dioxide gas was blown into the absorption liquid in the reaction tank at 200 ml / min, and the temperature rise of the liquid was continuously recorded with a temperature recorder until the carbon dioxide absorption was completed, and measured in advance. The reaction heat was calculated using the overall heat transfer coefficient between the reaction vessel and the jacket water. The reaction heat of carbon dioxide absorption was 67 kJ / mol.
In Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, the heat of reaction indicates the heat of reaction per 1 mol of carbon dioxide contained in the absorbing solution.

(実施例2)
サーフロンs−141(界面活性剤)に代えて、エチレングリコールを用いたこと以外は、実施例1と同様にして吸収液を調製した。すなわち、2−(シクロペンチルアミノ)エタノールを45質量%、ピペラジンを5質量%、エチレングリコールを3質量%となるように水に溶解させ、50mlの吸収液とした。そして、実施例1と同様の装置を用い、同条件下で二酸化炭素吸収量及び二酸化炭素吸収速度を測定した。
吸収液中のアミン化合物1mol当り、40℃での二酸化炭素吸収量は0.57molであり、80℃での二酸化炭素吸収量は0.24molであり、吸収液中のアミン化合物1mol当り0.33molの二酸化炭素が回収された。二酸化炭素吸収速度は0.035mol/L/minであった。二酸化炭素吸収の反応熱は67kJ/molであった。
(Example 2)
An absorbent solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that ethylene glycol was used instead of Surflon s-141 (surfactant). That is, 2- (cyclopentylamino) ethanol was dissolved in water such that 45% by mass, piperazine was 5% by mass, and ethylene glycol was 3% by mass to obtain a 50 ml absorbent solution. And the carbon dioxide absorption amount and the carbon dioxide absorption rate were measured on the same conditions using the apparatus similar to Example 1. FIG.
The amount of carbon dioxide absorbed at 40 ° C. per 1 mol of amine compound in the absorbing solution is 0.57 mol, the amount of carbon dioxide absorbed at 80 ° C. is 0.24 mol, and 0.33 mol per mol of amine compound in the absorbing solution. Of carbon dioxide was recovered. The carbon dioxide absorption rate was 0.035 mol / L / min. The reaction heat of carbon dioxide absorption was 67 kJ / mol.

(比較例1)
界面活性剤を用いないこと以外は、実施例1と同様にして吸収液を調製し、実施例1と同様の装置を用い、実施例1と同条件下で二酸化炭素吸収量及び二酸化炭素吸収速度を測定した。
吸収液中のアミン化合物1mol当り、40℃での二酸化炭素吸収量は0.56molであり、80℃での二酸化炭素吸収量は0.25molであり、吸収液中のアミン化合物1mol当り0.31molの二酸化炭素が回収された。二酸化炭素吸収速度は0.036mol/L/minであった。二酸化炭素吸収の反応熱は69kJ/molであった。
(Comparative Example 1)
Except not using a surfactant, an absorption liquid was prepared in the same manner as in Example 1, and using the same apparatus as in Example 1, the amount of carbon dioxide absorbed and the carbon dioxide absorption rate were the same as in Example 1. Was measured.
The amount of carbon dioxide absorbed at 40 ° C. per 1 mol of amine compound in the absorbing solution is 0.56 mol, the amount of carbon dioxide absorbed at 80 ° C. is 0.25 mol, and 0.31 mol per mol of amine compound in the absorbing solution. Of carbon dioxide was recovered. The carbon dioxide absorption rate was 0.036 mol / L / min. The reaction heat of carbon dioxide absorption was 69 kJ / mol.

表1に、実施例1〜2及び比較例1について、吸収液中のアミン化合物、反応促進剤、並びに界面活性剤及び/又はアルコールからなる添加剤の含有量と共に、40℃での二酸化炭素吸収量、80℃での二酸化炭素吸収量、二酸化炭素回収量、二酸化炭素吸収速度、及び反応熱の測定結果を示す。なお、表1中、二酸化炭素吸収量及び二酸化炭素回収量は、吸収液に含まれるアミン化合物(反応促進剤としてのアミン化合物を含む。)1mol当りの吸収量及び回収量をモル数で示したものである。   Table 1 shows the absorption of carbon dioxide at 40 ° C. with respect to Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, together with the contents of additives consisting of amine compounds, reaction accelerators, surfactants and / or alcohols in the absorption liquid. The measurement results of the amount, carbon dioxide absorption at 80 ° C., carbon dioxide recovery, carbon dioxide absorption rate, and reaction heat are shown. In Table 1, the amount of carbon dioxide absorbed and the amount of carbon dioxide recovered represent the amount of absorption and the amount recovered per mole of amine compound (including amine compound as a reaction accelerator) contained in the absorption liquid. Is.

Figure 2015071136
Figure 2015071136

表1から明らかなように、界面活性剤又はアルコールを含有する酸性ガス吸収剤を用いた実施例1〜2の吸収液では、40℃における二酸化炭素吸収量が高く、また、80℃におけるCO放出量が大きくなっており、高い二酸化炭素回収量を得られた。また、実施例1〜2では、二酸化炭素吸収速度も高く、二酸化炭素の吸収性能に優れていた。 As is apparent from Table 1, the absorbents of Examples 1 and 2 using an acidic gas absorbent containing a surfactant or alcohol have a high carbon dioxide absorption at 40 ° C., and CO 2 at 80 ° C. The amount released was large and a high carbon dioxide recovery was obtained. Moreover, in Examples 1-2, the carbon dioxide absorption rate was also high and it was excellent in the carbon dioxide absorption performance.

一方、界面活性剤又はアルコールのいずれも含有しない酸性ガス吸収剤を用いた比較例1では、80℃におけるCOの放出量が十分に高められず、実施例1〜2と比較して、COの回収量が小さかった。 On the other hand, in Comparative Example 1 using an acidic gas absorbent that does not contain any surfactant or alcohol, the amount of CO 2 released at 80 ° C. is not sufficiently increased. The recovered amount of 2 was small.

以上述べた少なくともひとつの実施形態の酸性ガス吸収剤、酸性ガス除去方法及び酸性ガス除去装置によれば、二酸化炭素等の酸性ガスの吸収量や吸収速度を高くすることができ、また酸性ガス吸収時の反応熱を低くすることができるとともに、高温下での酸性ガスの脱離量を高くすることができ、酸性ガスの回収性能を向上させることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
According to the acid gas absorbent, the acid gas removal method, and the acid gas removal device of at least one embodiment described above, the absorption amount and absorption rate of acid gas such as carbon dioxide can be increased, and the acid gas absorption The reaction heat at the time can be lowered, the amount of acid gas desorbed at a high temperature can be increased, and the recovery performance of the acid gas can be improved.
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…酸性ガス除去装置、2…吸収塔、3…再生塔、4…ガス供給口、5…酸性ガス吸収剤供給口、6…ガス排出口、7…熱交換器、8…加熱器、9…ポンプ、10…吸収液冷却器、11…還流ドラム、12…還流冷却器、13…回収二酸化炭素ライン、14…還流水ポンプ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Acid gas removal apparatus, 2 ... Absorption tower, 3 ... Regeneration tower, 4 ... Gas supply port, 5 ... Acid gas absorbent supply port, 6 ... Gas discharge port, 7 ... Heat exchanger, 8 ... Heater, 9 ... Pump, 10 ... Absorbent liquid cooler, 11 ... Reflux drum, 12 ... Reflux cooler, 13 ... Recovered carbon dioxide line, 14 ... Reflux water pump

Claims (14)

下記一般式(1)で表される第2級アミン化合物の少なくとも1種と、界面活性剤及び/又はアルコールからなる添加剤とを含有することを特徴とする酸性ガス吸収剤。
Figure 2015071136
・・・(1)
(上記式(1)中、環Aは炭素数3以上10以下の環構造を表し、Rはヒドロキシアルキル基を表す。)
An acidic gas absorbent comprising at least one secondary amine compound represented by the following general formula (1) and an additive comprising a surfactant and / or an alcohol.
Figure 2015071136
... (1)
(In the above formula (1), ring A represents a ring structure having 3 to 10 carbon atoms, and R 1 represents a hydroxyalkyl group.)
前記一般式(1)で示される第2級アミン化合物において、Rが2−ヒドロキシエチル基である請求項1記載の酸性ガス吸収剤。 The acidic gas absorbent according to claim 1 , wherein in the secondary amine compound represented by the general formula (1), R 1 is a 2-hydroxyethyl group. 前記一般式(1)で示される第2級アミン化合物において、環Aで示される環構造がシクロペンチル基又はシクロヘキシル基である請求項1又は2記載の酸性ガス吸収剤。   The acidic gas absorbent according to claim 1 or 2, wherein in the secondary amine compound represented by the general formula (1), the ring structure represented by the ring A is a cyclopentyl group or a cyclohexyl group. 前記一般式(1)で示される第2級アミン化合物の含有量が10〜55質量%である請求項1乃至3のいずれか1項記載の酸性ガス吸収剤。   The acidic gas absorbent according to any one of claims 1 to 3, wherein a content of the secondary amine compound represented by the general formula (1) is 10 to 55 mass%. 前記界面活性剤の含有量が、1〜2000ppmである請求項1乃至4のいずれか1項記載の酸性ガス吸収剤。   The acidic gas absorbent according to any one of claims 1 to 4, wherein a content of the surfactant is 1 to 2000 ppm. 前記界面活性剤が、パーフルオロアルキル基を有するノニオン性のフッ素系界面活性剤である請求項1乃至5のいずれか1項記載の酸性ガス吸収剤。   The acidic gas absorbent according to any one of claims 1 to 5, wherein the surfactant is a nonionic fluorosurfactant having a perfluoroalkyl group. 前記アルコールがポリオールである請求項1乃至6のいずれか1項記載の酸性ガス吸収剤。   The acidic gas absorbent according to any one of claims 1 to 6, wherein the alcohol is a polyol. 前記アルコールの沸点が150℃以上である請求項1乃至7のいずれか1項記載の酸性ガス吸収剤。   The acidic gas absorbent according to any one of claims 1 to 7, wherein the alcohol has a boiling point of 150 ° C or higher. アルカノールアミン類および/または下記一般式(2)で表されるヘテロ環状アミン化合物からなる反応促進剤をさらに含有し、前記反応促進剤の含有量が1〜20質量%である請求項1乃至8のいずれか1項記載の酸性ガス吸収剤。
Figure 2015071136
・・・(2)
(上記式(2)中、Rは水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を表し、Rは炭素原子に結合した炭素数1〜4のアルキル基を表す。nは1〜3の整数を表し、mは1〜4の整数を表し、pは0〜12の整数を表す。nが2〜3の場合には、窒素原子同士は直接結合していない。)
9. A reaction accelerator comprising an alkanolamine and / or a heterocyclic amine compound represented by the following general formula (2) is further contained, and the content of the reaction accelerator is 1 to 20% by mass. The acid gas absorbent according to any one of the above.
Figure 2015071136
... (2)
(In the above formula (2), R 2 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, R 3 is a .n 1-3 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms bonded to carbon atoms Represents an integer, m represents an integer of 1 to 4, and p represents an integer of 0 to 12. When n is 2 to 3, nitrogen atoms are not directly bonded to each other.
前記アルカノールアミン類が2−(イソプロピルアミノ)エタノール及び2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールからなる群より選ばれる少なくとも一種である請求項9記載の酸性ガス吸収剤。   The acidic gas absorbent according to claim 9, wherein the alkanolamine is at least one selected from the group consisting of 2- (isopropylamino) ethanol and 2-amino-2-methyl-1-propanol. 前記ヘテロ環状アミン化合物がピペラジン類からなる群より選ばれる少なくとも一種を
含む請求項9又は10記載の酸性ガス吸収剤。
The acidic gas absorbent according to claim 9 or 10, wherein the heterocyclic amine compound contains at least one selected from the group consisting of piperazines.
前記ピペラジン類が、ピペラジン、2−メチルピペラジン、2,5−ジメチルピペラジン及び2,6−ジメチルピペラジンからなる群より選ばれる少なくとも一種である請求項11記載の酸性ガス吸収剤。   The acidic gas absorbent according to claim 11, wherein the piperazine is at least one selected from the group consisting of piperazine, 2-methylpiperazine, 2,5-dimethylpiperazine, and 2,6-dimethylpiperazine. 酸性ガスを含有するガスと、請求項1乃至12のいずれか1項記載の酸性ガス吸着剤とを接触させて、前記酸性ガスを含むガスから酸性ガスを除去することを特徴とする酸性ガス除去方法。   An acid gas removal comprising: bringing a gas containing an acid gas into contact with the acid gas adsorbent according to any one of claims 1 to 12 to remove the acid gas from the gas containing the acid gas. Method. 酸性ガスを含有するガスから酸性ガスを除去する酸性ガス除去装置であって、
請求項1乃至12のいずれか1項記載の酸性ガス吸収剤を収容し、酸性ガスを含有するガスと前記酸性ガス吸着剤とを接触させて前記ガスから酸性ガスを除去する吸収塔と、
前記吸収塔で吸収された酸性ガスを有する酸性ガス吸収剤を収容し、前記酸性ガス吸着剤から酸性ガスを除去して、前記吸収塔で再利用する酸性ガス吸着剤を再生する再生塔と、を有する酸性ガス除去装置。
An acid gas removing device for removing acid gas from gas containing acid gas,
An absorption tower for containing the acidic gas absorbent according to any one of claims 1 to 12, contacting the gas containing an acidic gas and the acidic gas adsorbent to remove the acidic gas from the gas,
A regeneration tower that contains an acid gas absorbent having an acid gas absorbed in the absorption tower, removes the acid gas from the acid gas adsorbent, and regenerates the acid gas adsorbent that is reused in the absorption tower; An acid gas removing device having
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