[发明专利]用于气体分离的物理吸收溶剂和离子液体的混合物

说明书

本发明包括吸收剂组合物和提纯气体混合物的方法。组合物包含物理吸收溶剂和离子液体的混合物。发现混合物提供与物理吸收溶剂对比时改进的气体组分如二氧化碳吸收。

早期国家申请的优先权要求

本申请要求2013年4月30日提交的美国申请No.13/873,804和美国申请No.13/873,823的优先权。

发明背景

二氧化碳与气体混合物如天然气、烟道气、合成气和页岩气的分离是工业上重要的。二氧化碳的脱除是改进天然气的燃料质量或者使用合成气所必需的。另外，二氧化碳和水的组合可能对金属管道具有腐蚀性，这使得CO₂的脱除对天然气的输送而言是必需的。另外，二氧化碳是需要从烟道气中俘获以避免危害环境的温室气体。

现有脱除技术，例如物理吸收溶剂甲醇、N-甲基吡咯烷酮、聚乙二醇二甲醚和碳酸亚丙酯具有许多缺点。这些溶剂脱除体系的常见问题是低操作温度和高操作压力。另外，由于料流中的溶剂损失，可能需要流出物洗涤。当酸性气体或其它杂质的浓度是非常高的时，物理吸收溶剂倾向于与化学溶剂相比有利。不同于化学溶剂，物理吸收溶剂是非腐蚀性的，仅要求碳钢结构。

近年来，发现一些离子液体用于俘获二氧化碳。例如，在WO201217183中公开了通过含有1-乙基-3-甲基l咪唑(emim)或1-丙基-3-甲基咪唑(pmim)的离子液体与羧酸盐且在胍乙酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑(bmim)乙酸盐的存在下化学吸着而将二氧化碳从气流中分离的方法。

另外，现有技术描述了与离子液体组合的胺溶液在除去二氧化碳和其它杂质中的用途(US 2012/0063978 A1)。

存在用于提纯气体混合物的四类物理吸收溶剂。这些包括聚乙二醇二甲醚(DEPG)、甲醇、N-甲基-吡咯烷酮(NMP)和碳酸亚丙酯(PC)。

聚乙二醇二甲醚(DEPG)为用于从气流中物理吸收H₂S、CO₂和硫醇的聚乙二醇二甲醚(CH₃O(C₂H₄O)_nCH₃(其中n为2-9))的混合物。包含DEPG的溶剂由几家公司许可、生产或者用于多种工艺中，包括Coastal Chemical Company(作为Coastal AGR)、Dow(Selexol)和UOP(Selexol方法)。其它工艺供应商如德国的Clariant GmbH提供类似的溶剂。Clariant溶剂为以名称为的一族聚乙二醇二烷基醚。DEPG可用于选择性H₂S脱除，其要求汽提、真空汽提或者再沸器。可设置该方法以得到Claus装置的富H₂S进料以及本体CO₂脱除。具有深度CO₂脱除的选择性H₂S脱除通常要求具有吸收和再生塔的两阶段方法。H₂S在第一塔中通过已用蒸汽彻底汽提的贫溶剂除去，而CO₂在第二吸收器中除去。第二阶段溶剂可以用空气或氮气再生以用于深度CO₂脱除，或者如果需要本体CO₂脱除的话，使用一系列闪蒸。DEPG还将气体脱水并除去HCN。与其它溶剂相比，DEPG具有较高的粘度，这降低质量传递速率和塔板效率并提高填料或塔板需求，在降低的温度下尤其如此。