Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости



Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости

 


Владельцы патента RU 2423170:

МИЦУБИСИ ХЕВИ ИНДАСТРИЗ, ЛТД. (JP)
ТЕ КАНСАЙ ЭЛЕКТРИК ПАУЭР КО., ИНК. (JP)

Абсорбирующая жидкость, согласно настоящему изобретению, представляет собой абсорбирующую жидкость для абсорбции СО2 или H2S или их обоих из газа. Абсорбирующая жидкость включает первый компонент; и второй компонент, включающий азотсодержащее соединение, имеющее в своей молекуле по меньшей мере два члена, выбранные из группы, в которую входят первичный атом азота, вторичный атом азота и третичный атом азота, или азотсодержащее соединение, имеющее в своей молекуле все первичные, вторичные и третичные атомы азота. Технический результат при использовании заявленного изобретения позволяет получить абсорбирующую жидкость, обладающую абсорбционными свойствами для удаления СО2 и/или H2S из газа. 5 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к абсорбирующей жидкости для удаления CO2 (диоксида углерода) или H2S (сероводорода) или их обоих из газа, устройству и способу удаления CO2 или H2S или их обоих посредством применения абсорбирующей жидкости.

Предшествующий уровень техники

В последние годы в качестве одной из причин глобального потепления отмечают парниковый эффект, вызванный CO2. С точки зрения защиты окружающей среды необходимо быстро решить проблему парникового эффекта во всем мире. Источники CO2 присутствуют во всех областях деятельности людей, где сжигают ископаемое топливо, и необходимость относительно подавления выбросов CO2 все время возрастает. Для того чтобы удовлетворять этим требованиям, для электростанций, на которых используют огромное количество ископаемого топлива, таких как тепловые электростанции, были проведены исследования по созданию способа, в котором образующийся при сжигании отходящий газ котла приводят в контакт, например, с водным раствором алканоламина, для удаления и извлечения CO2 из газа, а также способа, в котором извлеченный CO2 хранят, не сбрасывая в атмосферу. Водный раствор алканоламина реагирует не только с CO2 (диоксидом углерода), но также и кислым газом, таким как H2S (сероводород). В связи с этим, в химической промышленности в способах очистки различных газов с целью удаления и извлечения обычных кислых газов широко применяют раствор алканоламина.

Примерами алканоламинов являются моноэтаноламин (MEA), этиламиноэтанол (EAE), триэтаноламин, N-метилдиэтаноламин (MDEA), диизопропаноламин и дигликольамин, и обычно предпочтительно применяют моноэтаноламин (MEA).

Кроме того, обнаружено, что смеси нескольких алканоламинов дают преимущества, т.к. смесь демонстрирует характеристики, которые не достигаются отдельным алканоламином (например, показаны преимущества смеси MEA и AMP, выложенная заявка JP Н6-343858). Для улучшения абсорбционных характеристик алканоламина предложено применение циклического амина, такого как пиперазин, или линейного амина, такого как этилендиамин, в качестве средства, способствующего абсорбции (US 4336233, выложенная заявка JP Н1-213921, патент JP S61-19286, US 6436174).

Раскрытие изобретения

Проблема, которую решает изобретение

При извлечении огромного количества CO2 на крупномасштабном производстве, желательно, чтобы устройство для извлечения CO2 с использованием энергии было как можно меньше. Для создания такого устройства необходимо уменьшить количество циркулирующей абсорбирующей жидкости и количество теплоты, требующееся для десорбции абсорбированного CO2. Для уменьшения количества циркулирующей абсорбирующей жидкости необходимо увеличить абсорбционную емкость абсорбирующей жидкости на единицу количества абсорбирующей жидкости, и, следовательно, абсорбирующая жидкость часто имеет повышенную концентрацию соединения аминового ряда.

Однако проблема, возникающая в абсорбирующей жидкости, имеющей повышенную концентрацию соединения аминового ряда, заключается в том, что вязкость абсорбирующей жидкости увеличивается, а также в том, что абсорбирующая жидкость демонстрирует коррозийные свойства (JP S61-19286). Проблема коррозийных свойств может быть решена путем добавления в абсорбирующую жидкость ингибитора коррозии или путем выбора соответствующих материалов для трубопровода, однако решить проблему вязкости в обычном технологическом процессе нелегко.

Дополнительно некоторые соединения аминового ряда имеют низкую растворимость в растворителе и не могут быть растворены в повышенной концентрации. Например, пиперазин, описанный в документе JP H1-213921, имеет низкую растворимость в воде, и, кроме того, карбамат пиперазина, образующийся при реакции пиперазина с CO2, имеет низкую растворимость в жидкости. Следовательно, пиперазин может быть добавлен только в ограниченной концентрации 0,8 моль/л или менее.

В описании документа US 6436174 показана возможность применения абсорбирующей жидкости, в которой используется соединение, содержащее атом азота в цикле, и имеющее разветвленную гидроксильную группу, или разветвленную алкильную группу, в широком интервале концентраций (0,1-50%), однако, для данной абсорбирующей жидкости требуется, чтобы в абсорбирующую жидкость был добавлен спирт.

Известный алканоламин, такой как вышеупомянутый MEA, и вода могут быть смешаны в произвольном соотношении, и, следовательно, обычно может быть легко получен водный раствор алканоламина, имеющий повышенную концентрацию. Однако, относительно водного раствора, имеющего один тип определенного алканоламина, характеристики абсорбционной емкости не улучшаются пропорционально даже при повышении концентрации амина. Соответственно, для определенного типа амина, даже при повышении концентрации амина в абсорбирующей жидкости невозможно получить ожидаемый эффект уменьшения количества циркулирующей жидкости. Следовательно, для уменьшения энергии, требующейся для извлечения CO2, желательно разработать абсорбирующую жидкость, вязкость которой не увеличивается даже при увеличении концентрации азотсодержащего соединения в абсорбирующей жидкости и которая имеет значительно улучшенные характеристику абсорбционной емкости и тепловую характеристику реакции абсорбции.

В свете вышеуказанных проблем, задачей настоящего изобретения является создание абсорбирующей жидкости, имеющей преимущество не только в том, что вязкость абсорбирующей жидкости не увеличивается даже при увеличении концентрации азотсодержащего соединения в абсорбирующей жидкости, но также и в том, что и характеристика абсорбционной емкости и тепловая характеристика реакции абсорбции значительно улучшены; а также создание устройства и способа для удаления CO2 или H2S или их обоих при помощи применения абсорбирующей жидкости.

Средства решения проблемы

Абсорбирующая жидкость для абсорбции CO2 или H2S или их обоих из газа, согласно настоящему изобретению, включает первый компонент и второй компонент, включающий азотсодержащее соединение, имеющее в своей молекуле по меньшей мере два члена, выбранные из группы, в которую входят первичный атом азота, вторичный атом азота и третичный атом азота, или азотсодержащее соединение, имеющее в своей молекуле все первичные, вторичные и третичные атомы азота, где первый компонент представляет собой любое из соединений, представленных следующими формулами (I)-(III), или их смесь:

Формула I

Азотсодержащее соединение (I)

Формула 2

Азотсодержащее соединение (II)

Формула 3

Азотсодержащее соединение (III)

в соединениях (I)-(III): x и y, соответственно, удовлетворяют соотношению: 1≤x≤5 и 2≤y≤10; и R1, R2, R3 и R4 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=1-21, k=0-5 и l=0-5).

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению, второй компонент может представлять собой азотсодержащее соединение, имеющее вторичный атом азота в цикле или азотсодержащее соединение, имеющее третичный атом азота в цикле.

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению, второй компонент может представлять собой азотсодержащее соединение, имеющее вторичный и третичный атомы азота в цикле.

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению, второй компонент может представлять собой азотсодержащее соединение, имеющее атом азота в присоединенном к циклу заместителе.

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению, азотсодержащее соединение может представлять собой азотсодержащее соединение, имеющее первичный атом азота в присоединенном к циклу заместителе.

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению, второй компонент может представлять собой азотсодержащее соединение, имеющее в своей молекуле три или более атома азота.

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению, азотсодержащее соединение может представлять собой азотсодержащее соединение, имеющее в своей молекуле все первичные, вторичные и третичные атомы азота.

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению, второй компонент может представлять собой любое из азотсодержащих соединений, представленных следующими формулами (4)-(13), или их смесь.

Формула 4

Азотсодержащее соединение (IV)

Формула 5

Азотсодержащее соединение (V)

в соединениях (IV)-(V): R5 и R6 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R7 и R8 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Формула 6

Азотсодержащее соединение (VI)

в соединении (VI): R9 и R11 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R10 представляет собой -CiHjOkN1 (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Формула 7

Азотсодержащее соединение (VII)

в соединении (VII): R9 и R11 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R10 и R12 представляют собой -CiHjOkNl (где l=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Формула 8

Азотсодержащее соединение (VIII)

в соединении (VIII): R9 представляет собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R13, R14, R15 и R16 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Формула 9

Азотсодержащее соединение (IX)

в соединении (IX): R9 и R18 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R10, R15 и R17 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Формула 10

Азотсодержащее соединение (X)

в соединении (X): R9 представляет собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R13, R14, R16 и R19 представляют собой -CiHjOkN1 (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Формула 11

Азотсодержащее соединение (XI)

в соединении (XI): R9 и R18 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R14, R17 и R20 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Формула 12

Азотсодержащее соединение (XII)

в соединении (XII): R9 и R21 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R14, R16 и R17 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Формула 13

Азотсодержащее соединение (XIII)

в соединении (XIII): R9 и R18 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R14, R16 и R17 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению второй компонент может представлять собой любое из азотсодержащих соединений, представленных следующими формулами (XIV)-(XIX), или их смесь.

Формула 14

Азотсодержащее соединение (XIV)

в соединении (XIV): R22 представляет собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R23 и R24 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Формула 15

Азотсодержащее соединение (XV)

в соединении (XV): R25 представляет собой -CiHjOkNl (где i=0-10,j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R23 и R26 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Формула 16

Азотсодержащее соединение (XVI)

в соединении (XVI): R23, R27 и R28 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Формула 17

Азотсодержащее соединение (XVII)

в соединении (XVII): R22 представляет собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R23, R24, R27 и R29 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Формула 18

Азотсодержащее соединение (XVIII)

в соединении (XVIII): R25 представляет собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R23, R26 и R29 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Формула 19

Азотсодержащее соединение (XIX)

в соединении (XIX): R23, R27, R28 и R29 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению второй компонент может представлять собой любое из азотсодержащих соединений, представленных следующей формулой (XX).

Формула 20

Азотсодержащее соединение (XX)

в соединении (XX): R30, R32, R33 и R34 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R31 представляет собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению первый компонент может содержаться в количестве, находящемся в интервале от не менее 15 масс.% до не более 45 масс.%, и второй компонент может содержаться в количестве, находящемся в интервале от не менее 15 масс.% до не более 45 масс.%, и общее количество первого компонента и второго компонента может составлять от более 30 масс.% до не более 90 масс.%.

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению первый компонент может быть представлен формулой (I), где каждый из R1 и R2 представляет собой Н.

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению первый компонент может быть представлен формулой (I), где x составляет 2-4 и y составляет 4-8.

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению первый компонент может быть представлен формулой (I), где R1 представляет собой H и R2 представляет собой -CmHnOoNp (где m=1-5, n=1-11, о=0-5 и p=0-5).

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению первый компонент может быть представлен формулой (I), где x составляет 2-4, y составляет 4-8 и R2 представляет собой CH3, C2H5, C3H7 или C4H9.

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению первый компонент может быть представлен формулой (I), где R1 и R2 представляют собой -CmHnOoNp (где m=1-5, n=1-11, о=0-5 и p=0-5).

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению первый компонент может быть представлен формулой (I), где x равен 2, y равен 4, R1 представляет собой CH3 и R2 представляет собой C2H4OH.

Абсорбирующая жидкость для абсорбции CO2 или H2S или их обоих из газа, согласно настоящему изобретению, включает соединение ряда циклических аминов, имеющее в цикле один атом азота.

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению циклический амин, имеющий в цикле один атом азота, может представлять собой циклический амин, имеющий один атом азота в пятичленном цикле, шестичленном цикле или семичленном цикле.

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению циклический амин, имеющий в цикле один атом азота в пятичленном цикле, шестичленном цикле или семичленном цикле, может представлять собой пирролидин (PR), пиперидин (PZ) или гексаметиленимин (HMI).

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению соединение ряда циклических аминов, имеющее в цикле один атом азота, может представлять собой азотсодержащее соединение, имеющее первичный атом азота в заместителе, присоединенном к циклу.

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению азотсодержащее соединение, имеющее первичный атом азота в заместителе, присоединенном к циклу, может представлять собой аминометилпиперидин (AMPZ) или аминоэтилпиперидин (AEPZ).

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению, соединение ряда циклических аминов, имеющее в цикле один атом азота, может представлять собой азотсодержащее соединение, имеющее гидроксильную группу в пятичленном цикле, шестичленном цикле или семичленном цикле.

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению, азотсодержащее соединение, имеющее гидроксильную группу в пятичленном цикле, шестичленном цикле или семичленном цикле, может представлять собой пиперидинол (PDN).

Абсорбирующая жидкость включает смесь абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению, и алканоламина.

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению, алканоламин может представлять собой моноэтаноламин (MEA), этиламиноэтанол (EAE), триэтаноламин, N-метилдиэтаноламин (MDEA), диизопропаноламин, дигликольамин, или их смесь.

В абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению, циклический амин может содержаться в количестве, находящемся в интервале от не менее 5 масс.% до не более 30 масс.%, и алканоламин может содержаться в количестве, находящемся в интервале от не менее 15 масс.% до не более 45 масс.%., и общее количество циклического амина и этаноламина может составлять от больше чем 20 масс.%, до не более чем 90 масс.%.

Устройство для удаления CO2 или H2S или их обоих из газа, согласно настоящему изобретению, включает абсорбционную башню, которая позволяет газу, содержащему CO2 или H2S или им обоим, и абсорбирующей жидкости находиться в контакте друг с другом для удаления CO2 или H2S или их обоих из газа; и регенерационную башню, в которой регенерируют раствор, содержащий абсорбированный CO2 или H2S или оба, причем в абсорбционной башне повторно используют раствор, регенерированный в регенерационной башне путем удаления из раствора абсорбированного CO2 или H2S или их обоих, где абсорбирующая жидкость включает первый компонент, и

второй компонент, включающий азотсодержащее соединение, имеющее в своей молекуле по меньшей мере два члена, выбранные из группы, в которую входят первичный атом азота, вторичный атом азота и третичный атом азота, или азотсодержащее соединение, имеющее в своей молекуле все первичные, вторичные и третичные атомы азота,

и первый компонент представляет собой любое из соединений, представленных следующими формулами (1)-(3), или их смесь:

Формула 1

Азотсодержащее соединение (1)

Формула 2

Азотсодержащее соединение (II)

Формула 3

Азотсодержащее соединение (III)

в соединениях (I)-(III): x и y, соответственно, удовлетворяют соотношению: 1≤x≤5 и 2≤y≤10; и R1, R2, R3 и R4 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=1-21, k=0-5 и l=0-5).

Способ удаления CO2 или H2S или их обоих, реализованный в устройстве для удаления CO2 или H2S или их обоих, которое снабжено абсорбционной и регенерационной башнями, включает предоставление возможности содержащему CO2 или H2S или оба их газу и абсорбирующей жидкости контактировать друг с другом в абсорбционной башне для удаления из газа CO2 или H2S или их обоих; и регенерирование раствора, содержащего абсорбированный CO2 или H2S или оба в регенерационной башне, причем в абсорбционной башне повторно используют раствор, регенерированный в регенерационной башне путем удаления из раствора абсорбированного CO2 или H2S или их обоих, где удаление CO2 или H2S или их обоих осуществляют посредством применения абсорбирующей жидкости, включающей

первый компонент, и

второй компонент, включающий азотсодержащее соединение, имеющее в своей молекуле по меньшей мере два члена, выбранные из группы, в которую входят первичный атом азота, вторичный атом азота и третичный атом азота, или азотсодержащее соединение, имеющее в своей молекуле все первичные, вторичные и третичные атомы азота, и

первый компонент представляет собой любое из соединений, представленных следующими формулами (1)-(3), или их смесь:

Формула 1

Азотсодержащее соединение (I)

Формула 2

Азотсодержащее соединение (II)

Формула 3

Азотсодержащее соединение (III)

в соединениях (I)-(III): x и y, соответственно, удовлетворяют соотношению: 1≤x≤5 и 2≤y≤10; и R1, R2, R3 и R4 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=1-21, k=0-5 и l=0-5).

Эффект от изобретения.

Согласно настоящему изобретению, может быть создана абсорбирующая жидкость, включающая алканоламин в качестве первого азотсодержащего соединения - компонента для абсорбции CO2 или H2S или их обоих из газа, и второй компонент, содержащий азотсодержащее соединение, имеющее в своей молекуле два или более члена, выбранных из группы, в которую входят первичный атом азота, вторичный атом азота и третичный атом азота, или азотсодержащее соединение, имеющее в своей молекуле все первичные, вторичные и третичные атомы азота; и абсорбирующая жидкость имеет преимущество не только в том, что вязкость абсорбирующей жидкости не увеличивается даже при высокой концентрации азотсодержащего соединения в абсорбирующей жидкости, но также и в том, что абсорбирующая жидкость имеет превосходную степень удаления CO2 или H2S и превосходную тепловую характеристику реакции абсорбции, по сравнению с водным раствором, содержащим только алканоламин или только азотсодержащее соединение в той же самой концентрации, выраженной в масс.%.

Дополнительно при использовании абсорбирующей жидкости, имеющей концентрацию амина, равную 30 мас.% или более, можно создать абсорбирующую жидкость, имеющую превосходную характеристику абсорбционной емкости и превосходную тепловую характеристику реакции абсорбции, по сравнению с абсорбирующей жидкостью, в которой применяют только амин в той же самой концентрации. Таким образом, количество циркулирующей абсорбирующей жидкости и количество теплоты, требующееся для десорбции абсорбированного CO2 или H2S или их обоих, может быть уменьшено, по сравнению с количеством циркулирующей абсорбирующей жидкости и количеством тепла, требующимся для десорбции абсорбированного CO2 или H2S, для абсорбирующей жидкости, в которой применяют только амин в той же самой концентрации. Если количество циркулирующей абсорбирующей жидкости может быть уменьшено, то это позволяет не только сделать устройство компактным, но также потребует малое количество теплоты для десорбции, и, дополнительно, уменьшение теплоты десорбции позволяет осуществлять извлечение с меньшими затратами.

В настоящем изобретении, абсорбирующая жидкость, включающая соединение циклического амина, имеющее один атом азота в цикле, имеет превосходную степень удаления CO2 или H2S, по сравнению с известной абсорбирующей жидкостью, включающей алканоламин.

Краткое описание чертежей

Чертеж представляет собой схему устройства для удаления CO2,

где

1 абсорбционная башня,

15 регенерационная башня.

Осуществление изобретения

Варианты реализации настоящего изобретения будут подробно объяснены ниже, со ссылкой на сопроводительный чертеж. Настоящее изобретение не ограничено данными вариантами реализации. Дополнительно, составляющие элементы в вариантах реализации и примерах включают элементы, которые могут быть легко понятны специалистам в данной области, или по существу эквивалентные им.

Первая абсорбирующая жидкость, согласно настоящему изобретению, представляет собой абсорбирующую жидкость для абсорбции CO2 или H2S или их обоих из газа, где абсорбирующая жидкость включает первый компонент и второй компонент, включающий азотсодержащее соединение, имеющее в своей молекуле два или более члена, выбранных из группы, в которую входят первичный атом азота, вторичный атом азота и третичный атом азота, или азотсодержащее соединение, имеющее в своей молекуле все первичные, вторичные и третичные атомы азота.

Первый компонент представляет собой любое из соединений, представленных формулами (21)-(23), или их смесь.

Формула 21

Азотсодержащее соединение (I)

Формула 22

Азотсодержащее соединение (II)

Формула 23

Азотсодержащее соединение (III)

в соединениях (I)-(III): x и y, соответственно, удовлетворяют соотношению: 1<x<5 и 2<y<10; и R1, R2, R3 и R4 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=1-21, k=0-5 и l=0-5).

Примеры соединений формулы (I), применяемых в настоящем изобретении, включают моноэтаноламин (MEA), N-метилдиэтаноламин (MDEA), диэтаноламин (DEA), триэтаноламин (TEA), диизопропаноламин (DIPA), 3-амино-1-пропанол (AP), 2-амино-2-метилпропанол (AMP), этилдиэтаноламин (EDEA), 2-метиламиноэтанол (MAE), 2-этиламиноэтанол (ЕАЕ), 2-н-пропиламиноэтанол, 2-н-бутиламиноэтанол (n-ВАЕ), 2-н-пентиламиноэтанол, 2-изопропиламиноэтанол, 2-втор-бутиламиноэтанол, 2-изобутиламиноэтанол (IBAE), 2-диметиламиноэтанол (DMAE) и 2-диэтиламиоэтанол (DEAE).

Примеры соединений формулы (II), применяемых в настоящем изобретении, включают 2,3-диаминопропионовую кислоту (DAPA) и глицин.

Примеры соединений формулы (III), применяемых в настоящем изобретении, включают 1,2-этилендиамин.

Может быть использована комбинация двух или более данных азотсодержащих соединений.

В настоящем изобретении, в качестве второго компонента, может быть применено любое из нижеследующих азотсодержащих соединений: 1) азотсодержащее соединение, имеющее вторичный или третичный атомы азота в цикле; 2) азотсодержащее соединение, имеющее вторичный и третичный атомы азота в цикле; 3) азотсодержащее соединение по пункту 1) или 2), указанному выше, которое имеет атом азота в заместителе, присоединенном к циклу; 4) азотсодержащее соединение по пункту 3), указанному выше, имеющее первичный атом азота в заместителе, присоединенном к циклу; 5) азотсодержащее соединение, имеющее в своей молекуле по меньшей мере три атома азота; 6) азотсодержащее соединение по пункту 5), указанному выше, имеющее в своей молекуле по меньшей мере атомы азота разных типов.

Несмотря на то, что примеры азотсодержащих соединений по пунктам 1)-6) выше представлены формулами (IV)-(XX), показанными ниже, азотсодержащие соединения в настоящем изобретении не ограничены ими.

Азотсодержащие соединения, представленные формулами (IV) и (V), представляют собой индивидуальные линейные азотсодержащие соединения, представленные каждой формулой, и имеют все первичные, вторичные и третичные атомы азота.

Азотсодержащие соединения, представленные формулами (VI)-(XIII), представляют собой индивидуальные циклические азотсодержащие соединения и имеют все первичные, вторичные и третичные атомы азота.

Азотсодержащие соединения, представленные формулами (XIV)-(XIX), представляют собой индивидуальные циклические азотсодержащие соединения и имеют атомы азота в цикле и в заместителях, типы которых отличны друг от друга.

Азотсодержащее соединение, представленное формулой (XX), представляет собой циклическое азотсодержащее соединение и содержит по меньшей мере три атома азота и имеет в молекуле по меньшей мере атомы азота разных типов.

Примеры соединений формулы (IV), приведенной ниже, применяемых в настоящем изобретении, включают 4,7-диазо-2-амино-2-этил-7-метилоктан.

Формула 24

Азотсодержащее соединение (IV)

в соединении (IV): R5 и R6 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R7 и R8 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=1-26, k=0-5 и l=0-5).

Примеры соединения формулы (V), приведенной ниже, применяемого в настоящем изобретении, включают 4,7-диазо-2-амино-2,4-диэтилоктан.

Формула 25

Азотсодержащее соединение (V)

в соединениях (IV)-(V): R5 и R6 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R7 и R8 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Примеры соединения формулы (VI), приведенной ниже, применяемого в настоящем изобретении, включают 1-(2-аминоэтил)пиперазин (AEPRZ).

Формула 26

Азотсодержащее соединение (VI)

в соединении (VI): R9 и R11 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R10 представляет собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Примеры соединения формулы (VII), приведенной ниже, применяемого в настоящем изобретении, включают 1-метил-2-аминометилпиперазин.

Формула 27

Азотсодержащее соединение (VII)

в соединении (VII): R9 и R11 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R10, R12 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Примеры соединения формулы (VIII), прведенной ниже, применяемого в настоящем изобретении, включают (2-амино)-(5-диметиламино)пирролидин.

Формула 28

Азотсодержащее соединение (VIII)

в соединении (VIII): R9 и R18 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R13, R14, R15 и R16 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Примеры соединения формулы (IX), приведенной ниже, применяемого в настоящем изобретении, включают 2-(аминоэтил(метиламино))пирролидин.

Формула 29

Азотсодержащее соединение (IX)

в соединении (IX): R9 и R18 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R10, R15 и R17 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Примеры соединения формулы (X), приведенной ниже, применяемого в настоящем изобретении, включают (1-метил)(2-амино)-(5-метиламино)пирролидин.

Формула 30

Азотсодержащее соединение (X)

в соединении (X): R9 представляет собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R13, R14, R16 и R19 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Примеры соединения формулы (XI), приведенной ниже, применяемого в настоящем изобретении, включают (1-метил)(2-аминоэтиламино)пирролидин.

Формула 31

Азотсодержащее соединение (XI)

в соединении (XI): R9 и R18 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R14, R17 и R20 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Примеры соединения формулы (XII), приведенной ниже, применяемого в настоящем изобретении, включают (1-аминометил)(4-метиламино)пиперидин.

Формула 32

Азотсодержащее соединение (XII)

в соединении (XII): R9 и R21 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R14, R16 и R17 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Примеры соединения формулы (XIII), приведенной ниже, применяемого в настоящем изобретении, включают (1-метиламиноэтил)4-аминопиперидин.

Формула 33

Азотсодержащее соединение (XIII)

в соединении (XIII): R9 и R18 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R14, R16 и R17 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Примеры соединения формулы (XIV), приведенной ниже, применяемого в настоящем изобретении, включают 4-аминопиперидин.

Формула 34

Азотсодержащее соединение (XIV)

в соединении (XIV): R22 представляет собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R23 и R24 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Примеры соединения формулы (XV), приведенной ниже, применяемого в настоящем изобретении, включают (1-аминометил)пиперидин.

Формула 35

Азотсодержащее соединение (XV)

в соединении (XV): R25 представляет собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R23 и R26 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Примеры соединения формулы (XVI), приведенной ниже, применяемого в настоящем изобретении, включают N-метил-2-аминопиперидин.

Формула 36

Азотсодержащее соединение (XVI)

в соединении (XVI): R23, R27 и R28 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Примеры соединения формулы (XVII), приведенной ниже, применяемого в настоящем изобретении, включают N,N-диалкил-4-аминопиперидин.

Формула 37

Азотсодержащее соединение (XVII)

в соединении (XVII): R22 представляет собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R23, R24, R27 и R29 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Примеры соединения формулы (XVIII), приведенной ниже, применяемого в настоящем изобретении, включают (N-алкиламинометил)пиперидин.

Формула 38

в соединении (XVIII): R25 представляет собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R23, R26 и R29 представляют собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Примеры соединения формулы (XIX), приведенной ниже, применяемого в настоящем изобретении, включают (N-алкил-4-аминоалкил)пиперидин.

Формула 39

Азотсодержащее соединение (XIX)

в соединении (XIX): R23, R27, R28 и R29 представляет собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Примеры соединения формулы (XX), приведенной ниже, применяемого в настоящем изобретении, включают (1-метил-аминоэтил)(4-метил)пиперазин.

Формула 40

Азотсодержащее соединение (XX)

в соединении (XX): R30, R32, R33 и R34 представляют собой -CiHjOkNl (где i=0-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5); и R31 представляет собой -CiHjOkNl (где i=1-10, j=0-26, k=0-5 и l=0-5).

Что касается концентрации амина в первой абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению, которую приводят в контакт с газом, то предпочтительно, когда первый компонент содержится в количестве, находящемся в интервале от не менее 15 масс.% до не более 45 масс.%, и второй компонент содержится в количестве, находящемся в интервале от не менее 15 масс.% до не более 45 масс.%, где общее количество первого компонента и второго компонента составляет от более 30 масс.% до не более 90%. Более предпочтительно, общее количество находится в интервале от 40 масс.% до 70 масс.%.

Когда концентрация амина находится вне вышеупомянутых пределов, как показано в примерах ниже, вязкость абсорбирующей жидкости неизбежно увеличивается. Кроме того, такая концентрация не вносит вклад в резкое улучшение характеристики абсорбционной емкости или тепловой характеристики реакции абсорбции.

В качестве компонента, отличного от амина, обычно применяют воду, однако также могут быть применены другие растворители и их смеси. Дополнительно, могут быть добавлены ингибитор коррозии, средство, предотвращающее ухудшение свойств, или подобные.

В настоящем изобретении, температура первой абсорбирующей жидкости, находящейся в контакте с газом, обычно находится в интервале от 30°C до 70°C.

Газ, используемый в настоящем изобретении, имеет общее давление, приблизительно равное атмосферному давлению, и концентрация СО2 составляет 10%, однако, эти условия не являются ограничительными.

Примеры газов, которые могут быть обработаны в настоящем изобретении, включают каменноугольный газ, синтез-газ, коксовый газ, нефтяной газ и природный газ, однако, этими примерами газ не ограничен, и может быть применен любой газ, содержащий кислый газ, такой как CO2 или H2S.

Относительно технологического процесса, в котором может быть применен способ удаления CO2 или H2S или их обоих, согласно настоящему изобретению, не существует конкретных ограничений. Пример устройства для удаления CO2 описан ниже со ссылкой на чертеж.

Чертеж представляет собой схему устройства для удаления CO2. Как показано, газ вводят в абсорбционную башню 1 через впускное отверстие 4 для подачи содержащего CO2 газа. В заполненной насадкой части 2 газ, помещенный в абсорбционную башню 1, приводят в условиях противотока в контакт с абсорбирующей CO2 жидкостью, поданной из форсунки 7, CO2 абсорбируется и удаляется из газа абсорбирующей жидкостью, и порученный газ выпускают через выпускное отверстие 5 для выпуска газа, из которого удален CO2. Абсорбирующая жидкость, поданная в абсорбционную башню 1, абсорбирует CO2, и ее пропускают в теплообменник 14 и нагреватель 8, нагревают и пропускают в регенерационную башню 15. В регенерационной башне 15 абсорбирующая жидкость течет через форсунку 16 и через заполненную насадкой часть 17 в нижнюю часть башни. В течение этого времени CO2 удаляется и абсорбирующая жидкость регенерируется. Регенерированную абсорбирующую жидкость при помощи насоса 9 пропускают в теплообменник 14 и охлаждающее устройство 26 для абсорбирующей жидкости и снова подают в абсорбционную башню 1 через впускное отверстие 6 для подачи абсорбирующей жидкости.

С другой стороны, в верхней части регенерационной башни 15, CO2, удаленный из абсорбирующей жидкости, приводят в контакт с орошающей водой, подаваемой из форсунки 18, и охлаждают при помощи дефлегматора 23, и в сборнике орошающей фракции 21 CO2 отделяют от орошающей воды, образованной при конденсации водяного пара, сопровождающего CO2, и пропускают на этап извлечения CO2 через трубопровод 22 для извлеченного CO2. Орошающую воду при помощи насоса 20 для орошающей воды подают в регенерационную башню 15. В настоящем изобретении устройство описано очень кратко, и описание некоторых частей периферийного оборудования будет опущено.

Посредством применения первой абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению, в качестве абсорбирующей жидкости для вышеупомянутого устройства для удаления CO2 может быть осуществлена эффективная абсорбция и удаление CO2.

Вторая абсорбирующая жидкость, согласно настоящему изобретению, может включать: первую абсорбирующую жидкость, которая включает первый компонент, и второй компонент, включающий азотсодержащее соединение, имеющее в своей молекуле по меньшей мере два члена, выбранные из группы, в которую входят первичный атом азота, вторичный атом азота и третичный атом азота, или азотсодержащее соединение, имеющее в своей молекуле все первичные, вторичные и третичные атомы азота; и соединение циклического амина, имеющее в цикле один атом азота.

Предпочтительно, циклический амин, имеющий в цикле один атом азота, представляет собой циклический амин, имеющий один атом азота в 5-членном цикле, 6-членном цикле или 7-членном цикле.

Примеры циклических аминов, имеющих один атом азота в 5-членном цикле, 6- членном цикле или 7-членном цикле, включают пирролидин (PR), представленный формулой 41 ниже, пиперидин (PZ), представленный формулой 42 ниже, и гексаметиленимин (HMI), представленный формулой 49 ниже.

Формула 41

Формула 42

Формула 43

Предпочтительно, циклический амин, имеющий в цикле один атом азота, представляет собой азотсодержащее соединение, имеющее первичный атом азота в присоединенном к циклу заместителе.

Примеры азотсодержащих соединений, имеющих первичный атом азота в присоединенном к циклу заместителе, включают азотсодержащие соединения, имеющие аминометильную группу или аминоэтильную группу в 5-членном цикле, 6-членном цикле или 7-членном цикле, представленные ниже формулами 44-49.

В особенности, предпочтительными для применения являются аминометилпиперидин (4-(аминометил)-пиперидин: AMPZ), представленный формулой 16 ниже, или аминоэтилпиперидин (4-(аминоэтил)-пиперидин: AEPZ), представленный формулой 47 ниже, поскольку они демонстрируют превосходную скорость абсорбции CO2.

Формула 44

Формула 45

Формула 46

Формула 47

Формула 48

Формула 49

Кроме того, предпочтительно, циклический амин, имеющий один атом азота в цикле, представляет собой азотсодержащее соединение, имеющее гидроксильную группу в 5-членном цикле, 6-членном цикле или 7-членном цикле.

Примеры азотсодержащего соединения, имеющего гидроксильную группу в 5-членном цикле, 6-членном цикле или 7-членном цикле, включают азотсодержащие соединения, представленные ниже формулами 5-52. В особенности, предпочтительными для применения являются 4-пиперидинол (PDN), представленный формулой 51 ниже, поскольку он демонстрирует превосходную скорость абсорбции CO2.

Формула 50

Формула 51

Формула 52

Во второй абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению, можно использовать циклический амин или их смесь, и абсорбирующая жидкость включает смесь любого из вышеупомянутых циклических аминов и алканоламина, который представляет собой вышеописанный первый компонент.

Конкретно, примеры алканоламинов включают моноэтаноламин (MEA), этиламиноэтанол (EAE), триэтаноламин, N-метилдиэтаноламин (MDEA), диизопропаноламин и диглкольамин, и, в большинстве случаев, примеры включают моноэтаноламин (MEA) и его смеси.

Что касается концентрации соединения аминового ряда в абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению, которую приводят в контакт с газом, предпочтительно, чтобы циклический амин содержался в количестве, находящемся в интервале от не менее 5 масс.% до не более 30 масс.%, и алканоламин содержался в количестве, находящемся в интервале от не менее 15 масс.% до не более 45 масс.%, где общее количество циклического амина и алканоламина составляет от более 20 масс.% до не более 90 масс.%.

Когда концентрация амина находится вне вышеупомянутых пределов, вязкость абсорбирующей жидкости неизбежно увеличивается. Кроме того, такая концентрация не вносит вклад в резкое улучшение характеристики абсорбционной емкости или тепловой характеристики реакции абсорбции.

В то же время, в качестве компонента, отличного от амина, обычно применяют воду, однако, также могут быть применены другие растворители или их смеси. Дополнительно, могут быть добавлены ингибитор коррозии, средство, предотвращающее ухудшение свойств или подобные.

В настоящем изобретении, температура первой абсорбирующей жидкости, находящейся в контакте с газом, обычно находится в интервале от 30°C до 70°C.

Газ, используемый в настоящем изобретении, имеет общее давление, приблизительно равное атмосферному давлению, и концентрация CO2 составляет 10%, однако эти условия не являются ограничительными.

Как и в случае первой абсорбирующей жидкости, посредством применения второй абсорбирующей жидкости, согласно настоящему изобретению, для вышеупомянутого устройства для удаления CO2, представленного на чертеже, может быть осуществлена эффективная абсорбция и удаление CO2.

Примеры

Ниже настоящее изобретение будет более подробно пояснено посредством примеров.

Примеры 1-3 и сравнительные примеры 1-1 - 4-2

В каждом из реакционных сосудов, выполненных из стекла со стороны образца и снабженных устройством для измерения теплоты реакции (калориметр Кальве) на контрольной стороне, смешали водный раствор моноэтаноламина (МЕА), имеющего первичную аминогруппу в количестве 30 масс.%, в качестве первого компонента и водный раствор, содержащий 1-(2-аминоэтил)пиперазин (AEPRZ), имеющий первичную, вторичную и третичную аминогруппы в количестве 30 масс.%, в качестве второго компонента для получения абсорбирующей жидкости (пример 1).

Далее смешали водный раствор, содержащий 2-этиламиноэтанол (EAE), имеющий вторичную аминогруппу в количестве 30 масс.%, в качестве первого компонента, и водный раствор, содержащий 1-(2-аминоэтил)пиперазин (AEPRZ), имеющий первичную, вторичную третичную аминогруппы в количестве 30 масс.% для получения абсорбирующей жидкости (пример 2).

Далее для получения абсорбирующей жидкости (пример 3) смешали водный раствор, содержащий метилдиэтаноламин (MDEA), имеющий третичную аминогруппу в количестве 30 масс.%, в качестве первого компонента, и водный раствор, содержащий 1-(2-аминоэтил)пиперазин (AEPRZ), имеющий первичную, вторичную третичную аминогруппы в количестве 30 масс.%, в качестве второго компонента.

5 граммов каждой абсорбирующей жидкости примеров 1-3 поместили в сосуд, и установили температуру в камере термостата 40°C. При постоянной температуре 40°C анализируемые газы путем барботирования приводили в контакт с соответствующей абсорбирующей жидкостью, со стороны образца и на контрольной стороне, при атмосферном давлении при скорости потока 50 мл/мин.

В качестве образца анализируемых газов применяли модельный газ с температурой 40°C, имеющий состав CO2 - 10 мольных %; N2 - 90 мольных %, и в качестве контрольного применяли модельный газ с температурой 40°C, имеющий состав N2 - 100 мольных %.

Используемым газам позволяли течь непрерывным потоком, и отдельно измеряли производные от времени значения (W) количеств теплоты, выделяющихся со стороны образца и с контрольной стороны, и исходя из изменения разницы между этими двумя значениями (тепловой поток) с течением времени путем произведения расчетов определяли теплотворную способность (кДж) реакции абсорбции CO2. Момент времени, когда значение теплового потока снижалось до 2% или меньше от пикового значения, считали точкой завершения (насыщения) реакции абсорбции CO2, и период времени от начала пропускания газа до завершения реакции считали временем реакции (в минутах). Количество CO2, содержавшееся в абсорбирующей жидкости после завершения реакции, определяли при помощи анализатора CO2 (анализатор общего органического углерода), а насыщение CO2 (моль CO2/кг абсорбирующей жидкости) абсорбирующей жидкости определяли путем произведения расчета.

Исходя из теплотворной способности, времени реакции и насыщения абсорбции CO2 при завершении реакции путем расчета определили скорость реакции абсорбции CO2 (моль CO2/мин) и теплоту реакции абсорбции CO2 (кДж/моль CO2).

Дополнительно аналогичные испытания были проведены для смесей нескольких аминов водных растворов 30 масс.%-60 масс.% MEA, EAE, MDEA или AEPRZ в качестве сравнительных примеров.

Результаты о пределе насыщения абсорбции CO2, скорости реакции абсорбции CO2 и теплоты реакции абсорбции CO2 в примерах и сравнительных примерах представлены в таблице 1 ниже.

Таблица 1
Тип и концентрация амина Предел насыщения абсорбции CO2 [моль CO2/кг абсорбирующей жидкости] Скорость реакции абсорбции CO2 [×10-5 моль CO2/мин] Теплота реакции абсорбции CO2 [кДж/моль CO2]
Пример 1 МЕА 30 масс.% + AEPRZ 30 масс.% 4,7 8,8 77,8
Пример 2 ЕАЕ 30 масс.% + AEPRZ 30 масс.% 4,1 11,3 73,5
Пример 3 MDEA 30 масс.% + AEPRZ 30 масс.% 3,8 7,6 55,1
Сравнительный пример 1-1 MEA 30 масс.% 2,6 10,1 77,7
Сравнительный пример 1-2 MEA 60 масс.% 4,7 9,3 83,6
Сравнительный Пример 2-1 EAE 30 масс.% 2,2 6,2 69,7
Сравнительный пример 2-2 EAE 60 масс.% 3,3 7,4 82,2
Сравнительный пример 3-1 MDEA 30 масс.% 1,1 0,9 26,6
Сравнительный пример 3-2 MDEA 60 масс.% 0,3 0,3 96,1
Сравнительный пример 4-1 AEPRZ 30 масс.% 2,4 10,0 67,7
Сравнительный пример 4-2 AEPRZ 60 масс.% 3,5 11,7 79,3

Как следует из Таблицы 1, при сравнении абсорбирующих жидкостей, содержащих 30 масс.% (сравнительные примеры 1-1, 2-1, 3-1 и 4-1) и 60 масс.% (сравнительные примеры 1-2, 2-2, 3-2 и 4-2) MEA, EAE, MDEA или AEPRZ, друг с другом по характеристикам предел насыщения абсорбции CO2 и тепловая характеристика реакции абсорбции CO2 не пропорциональны концентрации амина. Исходя из этого видно, что в водном растворе, содержащем один тип амина, не достигается удовлетворительного улучшения характеристик при повышении концентрации амина в водном растворе.

Напротив, было обнаружено, что каждая смешанная абсорбирующая жидкость, содержащая МЕА и AEPRZ (пример 1), смешанная абсорбирующая жидкость, содержащая EAE и AEPRZ (пример 2), и смешанная абсорбирующая жидкость, содержащая MDEA и AEPRZ (пример 3), имеет как превосходную характеристику абсорбционной емкости по CO2, так и тепловую характеристику реакции абсорбции CO2, по сравнению с водными растворами, каждый из которых содержит один алканоламин или соединение аминового ряда (сравнительные примеры 1-2, 2-2Б 3-2 и 4-2) в тех же самых концентрациях, выраженных в масс.%.

Например, что касается абсорбирующей жидкости в примере 2, включающей 30 масс.% ЕАЕ+30 масс.% AEPRZ, абсорбционная емкость по CO2 была увеличена на 20%, и теплота реакции абсорбции CO2 была уменьшена на 10%, по сравнению с абсорбирующей жидкостью в сравнительном примере 2-2, включающей 60 масс.% ЕАЕ, который является одним из составляющих абсорбирующей жидкости в примере 2, и абсорбционная емкость по CO2 была увеличена на 20%, и теплота реакции абсорбции CO2 была уменьшена на 10%, по сравнению с абсорбирующей жидкостью в сравнительном примере 4-2, включающей 60 масс.% AEPRZ, который является одним из составляющих абсорбирующей жидкости в примере 2. Исходя из этого следует, что свойства заметно улучшены при смешивании.

Энергия, требующаяся для извлечения CO2, определяется в значительной степени фактором, вносящим вклад в характеристику абсорбционной емкости по CO2, и фактором, вносящим вклад в тепловую характеристику реакции абсорбции CO2. Поэтому улучшение вышеупомянутой характеристики, согласно настоящему изобретению, дает возможность большой экономии энергии.

Примеры 5-10 и сравнительные примеры 5 и 6

Для абсорбирующих жидкостей (примеры 5-9), каждая из которых включает один циклический амин пирролидина (PR), представленный вышеуказанной формулой 41 (пример 5), пиперидин (PZ), представленный вышеуказанной формулой 42 (пример 6), 4-(аминометил)-пиперидин (AMPZ), представленный вышеуказанной формулой 46 (пример 7), гексаметиленимин (HMI), представленный вышеуказанной формулой 43 (пример 8), или 4-пиперидинол (PDN), представленный вышеуказанной формулой 51 (пример 9), и абсорбирующей жидкости (пример 10), включающей смесь (50:3) вторичных аминов ЕАЕ и AMPZ, были измерены скорость абсорбции и соотношение скорости абсорбции.

Подобные оценки были сделаны для сравнительных примеров, в которых применяли первичный алканоламин моноэтаноламин (МЕА) (сравнительный пример 6) и вторичный алканоламин этиламиноэтанол (ЕАЕ) (сравнительный пример 5).

Соотношение скорости абсорбции было измерено с применением МЕА в сравнительном примере 6 в качестве стандарта.

Результаты представлены в таблице 2 ниже. В таблице 2 ниже представлены концентрация амина, парциальное давление CO2, скорость абсорбции CO2 и соотношение скорости абсорбции.

Таблица 2
Концентрация амина Парциальное давление CO2 Скорость абсорбции CO2 Соотношение скорости абсорбции
моль/л кПа (кмоль/с*м2)×106
пример 5 PR 1,4 1,0 2,5 2,6
пример 6 PZ 1,4 1,0 1,9 1,9
пример 7 AMPZ 1,4 1,0 1,8 1,9
пример 8 HMI 1,4 1,0 1,8 1,8
пример 9 PDN 1,4 1,0 1,6 1,6
пример 10 ЕАЕ+AMPZ 1,4 1,0 1,2 1,2
сравнительный пример 5 EAE 1,4 1,0 1,1 1,1
сравнительный пример 6 MEA 1,4 1,0 0,98 1,0

Как следует из таблицы 2, каждая отдельная абсорбирующая жидкость в примерах 5-10 имеет лучшую скорость абсорбции, чем скорость абсорбции MEA и EAE в сравнительных примерах.

Примеры 11 и 12 и сравнительный пример 7

Среди вышеупомянутых аминов равновесие газ-жидкость было изучено для AMPZ (пример 11) или PDN (пример 12). В качестве сравнительного примера, аналогичную оценку сделали с применением МЕА (сравнительный пример 7).

Условия проведения измерений были следующие. Условия абсорбции были таковы, что на дне абсорбционной башни температура составляла 40°C и парциальное давление CO2 составляло 9,8 кПа. Условия регенерации были таковы, что на дне регенерационной башни температура составляла 120°C и парциальное давление CO2 составляло 9,8 кПа.

Результаты представлены в таблице 3 ниже.

Таблица 3
Концентрация амина Содержание CO2 Разность содержания CO2
моль/л моль CO2/моль амина (моль CO2/моль амина)
Условия абсорбции* 1 Условия абсорбции* 2
пример 11 AMPZ 1,0 1,15 0,65 0,5
пример 12 PDN 1,0 0,74 0,27 0,47
сравнительный пример 7 MEA 1,0 0,61 0,2 0,4
* Условия абсорбции 1: на дне абсорбционной башни, температура: 40°C; парциальное давление CO2: 9,8 кПа
* Условия абсорбции 2: на дне абсорбционной башни, температура: 120°C; парциальное давление CO2: 9,8 кПа

Как следует из таблицы 3, в условиях равновесия газ-жидкость, AMPZ и PDN по отдельности лучше насыщены CO2 по сравнению с MEA (сравнительный пример 7), что подтверждает то, что они достигают превосходной абсорбции и регенерации CO2.

Как описано выше, абсорбирующая жидкость, согласно настоящему изобретению, позволяет достичь как уменьшения количества циркулирующей жидкости, так и уменьшения теплоты, требующихся для диссоциации абсорбированного CO2, и, следовательно, является применимой для удаления и извлечения CO2 (диоксида углерода) или H2S (сероводорода) из газа, сбрасываемого на промышленных предприятиях, включая различные бойлеры.

1. Абсорбирующая жидкость для абсорбции CO2 и/или H2S из газа, содержащая:
первый компонент, включающий по меньшей мере один из 2-метиламиноэтанола (МАЕ), 2-этиламиноэтанола (ЕАЕ), 2-н-пропиламиноэтанола, 2-н-бутиламиноэтанола (н-ВАЕ) 2-н-пентиламиноэтанола, 2-изопропиламиноэтанола, 2-втор-бутиламиноэтанола, 2-изобутиламиноэтанола (IBAE) и 2-амино-2-метилпропанола (AMP); и
второй компонент, включающий по меньшей мере один из 1-(2-аминоэтил)пиперазина (AEPZ) и (1-метил-аминоэтил)(4-метил)пиперазина.

2. Абсорбирующая жидкость по п.1, в которой первый компонент содержится в количестве, находящемся в интервале от не менее 15 мас.% до не более 45 мас.%, и второй компонент содержится в количестве, находящемся в интервале от не менее 15 мас.% до не более 45 мас.%, и общее количество первого компонента и второго компонента составляет от более 30 мас.% до не более 90 мас.%.

3. Абсорбирующая жидкость для абсорбции CO2 и/или H2S из газа, содержащая по меньшей мере один циклический амин, имеющий один атом азота в цикле, выбранном из гексаметиленимина (HMI), аминометилпиперидина (AMPZ), аминоэтилпиперидина (AEPZ) и пиперидинола (PDN).

4. Абсорбирующая жидкость по п.3, в которой циклический амин, имеющий один атом азота в цикле гексаметиленимина (HMI), аминометилпиперидина (AMPZ) или аминоэтилпиперидина (AEPZ), представляет собой азотсодержащее соединение, имеющее гидроксильную группу в пятичленном цикле, шестичленном цикле или семичленном цикле.

5. Абсорбирующая жидкость для абсорбции CO2 и/или H2S из газа, содержащая абсорбирующую жидкость по любому из пп.3 или 4 и алканоламин, выбранный из моноэтаноламина (МЕА), этиламиноэтанола (ЕАЕ), триэтаноламина, N-метилдиэтаноламина (MDEA), диизопропаноламина, дигликольамина, или их смеси.

6. Абсорбирующая жидкость по п.5, в которой циклический амин содержится в количестве, находящемся в интервале от не менее 5 мас.% до не более 30 мас.%, и алканоламин содержится в количестве, находящемся в интервале от не менее 15 мас.% до не более 45 мас.%, и общее количество циклического амина и этаноламина составляет от более чем 20 мас.% до не более чем 90 мас.%.

7. Устройство для удаления CO2 или H2S или их обоих из газа, включающее:
абсорбционную башню (1), в которой газ, содержащий CO2 и/или H2S, контактирует с абсорбирующей жидкостью для удаления CO2 и/или H2S из газа;
регенерационную башню (15), в которой регенерируют раствор, содержащий абсорбированный CO2 и/или H2S путем удаления из раствора абсорбированного CO2 и/или H2S, причем раствор, регенерированный в регенерационной башне (15), повторно используют в абсорбционной башне (1), в котором
применяют абсорбирующую жидкость по любому из пп.1-6.

8. Способ удаления CO2 и/или H2S, осуществляемый в устройстве для удаления CO2 и/или H2S, содержащем абсорбционную башню (1) и регенерационную башню (15), который включает:
контактирование газа, содержащего CO2 и/или H2S, и абсорбирующей жидкости для удаления CO2 и/или H2S из газа; и
регенерирование раствора, содержащего абсорбированный CO2 и/или H2S путем удаления из раствора абсорбированного CO2 и/или H2S, и повторное использование раствора, регенерированного в регенерационной башне (15), в абсорбционной башне (1), в котором применяют абсорбирующую жидкость по любому из пп.1-6.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области очистки газов. .

Изобретение относится к экологической биотехнологии и может быть использовано для рационального использования биогаза в процессе очистки сточной воды. .
Изобретение относится к области химии, в частности к катализаторам и их получению. .

Изобретение относится к технологии обновления фильтра, который накапливает сажу и твердые частицы в результате фильтрования раствора, абсорбирующего CO2, используемого в устройстве для удаления CO2 из отходящего газа.

Изобретение относится к устройству извлечения СО 2 и способу быстрого удаления из регенератора обедненного материала, который образуется в устройстве. .

Изобретение относится к катализатору и процессу каталитического метода очистки газовых смесей от оксида углерода. .

Изобретение относится к каталитическим способам газовых смесей от сероводорода. .

Изобретение относится к области очистки углеводородных газов от сероводорода и может быть использовано в нефтегазовой и химической промышленности, в частности в процессе освоения скважин после проведения ремонтно-восстановительных работ, при исследовании скважин и других работах, проводимых в условиях промысла.
Изобретение относится к области химии и может быть использовано при очистке газовых потоков от сероводорода в нефтяной, газовой и газохимической промышленности. .
Изобретение относится к области очистки газов от сероводорода и меркаптанов и может быть использовано для получения средства для селективного удаления сероводорода и меркаптанов из газов.

Изобретение относится к области очистки газов от сероводорода и может быть использовано при проведении разведочных, подготовительных и эксплуатационных работ на месторождениях углеводородного сырья.
Изобретение относится к катализаторам прямого каталитического разложения сероводорода, способам их получения и способам очистки газов от сероводорода. .
Изобретение относится к области очистки от сероводорода кислородсодержащих газов, воздуха и газовоздушных смесей, в которых содержание H 2S в об.% не превышает содержание кислорода.
Наверх