[发明专利]用基于双(氨基-3-丙基)醚或(氨基-2-乙基)-(氨基-3-丙基)醚的吸收剂溶液从气态流出物除去酸化合物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及气态流出物脱酸方法领域。本发明可优选用于处理工业来源的气体和天然气。

发明背景

使用水性胺溶液的吸收方法通常用来除去存在于气体中的酸化合物(特别是CO₂,H₂S,COS,CS₂,SO₂和硫醇)。通过使气体与吸收剂溶液接触来脱酸，然后热再生所述吸收剂溶液。例如，文献美国专利第6,852,144号描述了从烃除去酸化合物的方法。所述方法使用水-N-甲基二乙醇胺或水-三乙醇胺吸收剂溶液，该吸收剂溶液含有高比例的属于下组的化合物：哌嗪和/或甲基哌嗪和/或吗啉。

常用于脱酸应用的吸收剂溶液的限制之一是它们相对于CO₂对H₂S的吸收选择性不足。实际上，在一些天然气脱酸情况下，通过限制最大CO₂吸收来寻求选择性除去H₂S。对于CO₂含量已经小于或等于所需规格的待处理的气体而言，这种约束是特别重要的。然后，用相对于CO₂的最大H₂S吸收选择性来寻求最大的H₂S吸收容量。这种选择性允许最大化所制备的经处理气体的量，以及允许在再生器出口回收具有可能的最高浓度H₂S的酸气，这限制了位于该处理下游的硫链装置的尺寸，并保证更好的操作。在一些实施方式中，必须有H₂S富集装置来浓缩H₂S中的酸气。在这种情况下，还寻求最具选择性的胺。通常使用对CO₂呈现出缓慢反应动力学的叔胺如N-甲基二乙醇胺或位阻胺，但它们的选择性受限于高H₂S加料比例。

在总脱酸应用中常常使用的吸收剂溶液的另一限制是太慢的CO₂或COS捕集动力学。在所需的CO₂或COS规格水平非常高的情况下，寻求可能的最快的反应动力学，从而降低吸收柱的高度，这种设备处于压力下，通常为20巴-90巴，是工艺的投资成本中的显著部分。

不管在总脱酸应用中寻求最大的CO₂和COS捕集动力学，还是在选择性应用中寻求最小的CO₂捕集动力学，总是期望使用具有可能的最高循环容量的吸收剂溶液。循环容量(用△α表示)，对应于加入吸收柱的吸收剂溶液和从所述柱底部排出的吸收剂溶液之间的加料比例差(α表示吸收的酸化合物的摩尔数，n_酸气/千克的吸收剂溶液)。实际上，吸收剂溶液的循环容量越高，用于对待处理的气体进行脱酸的吸收剂溶液的流动速率就越有限。在气体处理方法中，降低吸收剂溶液流动速率也对降低成本有重大影响，特别是考虑到吸收柱尺寸。

使用吸收剂溶液对气体或工业烟气进行处理操作的另一主要方面还在于分离剂的再生。取决于吸收类型(物理和/或化学)，通常考虑用称为“剥离气体”的蒸气通过膨胀和/或蒸馏和/或夹带来再生。

特别地，目前常用的吸收剂溶液的限制之一是用于溶剂再生的能耗过高。在酸气分压较低的情况下，尤其如此。例如，对于在热电厂烟气中燃烧后CO₂捕集的30重量％的2-氨基乙醇(或单乙醇胺或乙醇胺或MEA)水溶液，其中CO₂分压约为0.12巴，再生能量为约3.7GJ每吨捕集的CO₂。这种能耗是CO₂捕集过程的显著操作成本。

本领域普通技术人员熟知通过蒸馏胺溶液来再生所需的能量可分为3种不同的项目：用于加热在再生器顶部和底部之间的吸收剂溶液所需的能量，用于通过蒸发剥离气体降低再生器中酸气分压的能量，以及用于破坏胺和CO₂之间的化学键所需的能量。

前两种项目与待在工厂循环以取得给定规格的吸收剂溶液流量成反比。为了降低与溶剂再生相关的能耗，因此需再次优选地最大化溶剂的循环容量。

最后的项目涉及用于破坏在所用胺和CO₂之间形成的键所需的能量。为了降低与吸收剂溶液再生相关的能耗，因此优选地最小化结合焓ΔH。但是，找到具有高循环容量和低反应焓的溶剂并不容易。因此，从能量的观点来看，最佳的吸收剂溶液是允许在高循环容量△α和低结合焓ΔH之间达到最佳折衷的吸收剂溶液。