Композитный аминовый абсорбент, способ и устройство для удаления co2 или h2s, либо и co2, и h2s
Владельцы патента RU 2778305:
ТЕ КАНСАЙ ЭЛЕКТРИК ПАУЭР КО., ИНК. (JP)
МИЦУБИСИ ХЕВИ ИНДАСТРИЗ ЭНДЖИНИРИНГ, ЛТД. (JP)
Изобретение относится к композитному аминовому абсорбенту для абсорбции CO2, содержащегося в газе, причём композитный аминовый абсорбент представляет собой водный раствор, содержащий линейный моноамин, диамин и первое соединение, содержащее простую эфирную связь, следующей химической формулы (I): R1-O-(R2-O)n-R3, где: R1 – алкильная группа, имеющая от 2 до 4 атомов углерода, R2 – пропиленовая группа, R3 – водород, n составляет от 1 до 3. Также изобретение относится к композитному аминовому абсорбенту для абсорбции CO2, содержащегося в газе, причём композитный аминовый абсорбент представляет собой водный раствор, содержащий моноэтаноламин или 2-амино-2-метил-1-пропанол, пиперазин и второе соединение, содержащее простую эфирную связь, следующей химической формулы (II): R4-O-(R5-O)n-R6, где: R4 – ацетильная группа, R5 – этиленовая группа, R6 – алкильная группа, n=1. Кроме того, изобретение относится к устройству для удаления CO2 и способу удаления CO2 с использованием описанных выше композитных аминовых абсорбентов. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил., 5 табл., 23 пр.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к композитному аминовому абсорбенту и к способу и устройству для удаления CO2 (диоксида углерода) или H2S (сероводорода) либо и CO2, и H2S.
В качестве одной из причин явления глобального потепления в последнее время называют парниковый эффект, вызванный CO2, и поэтому крайне важным является принятие международных контрмер для защиты глобальной окружающей среды. Источники CO2 охватывают все области человеческой деятельности, связанные с сжиганием ископаемого (органического) топлива, и требование сократить выбросы CO2 имеет тенденцию к возрастанию. Для выполнения этого требования способы удаления и улавливания CO2 из дымовых газов котельной установки путём приведения дымового газа в контакт с абсорбентом CO2 на аминовой основе и способы хранения извлечённого CO2 без его выбросов в атмосферу активно исследуются применительно к предприятиям электроэнергетики, таких как тепловые электростанции, на которых используется большое количество ископаемого (органического) топлива. В качестве стадии удаления и извлечения CO2 из дымового газа с помощью абсорбента CO2, как описано выше, используется стадия, на которой дымовой газ приводится в контакт с абсорбентом CO2 в абсорбере; абсорбент, содержащий абсорбированный CO2, нагревается в регенераторе для высвобождения CO2 и регенерации абсорбента; и абсорбент рециркулирует в абсорбер для повторного использования (см., например, Патентный документ 1).
В качестве технологии извлечения CO2 из дымовых газов, например, были предложены - способ химической абсорбции, в соответствии с которым CO2 поглощается и отделяется с помощью химического абсорбента, такого как раствор амина; - способ физической абсорбции, в соответствии с которым CO2 поглощается физическим абсорбентом при повышенном давлении и отделяется; и тому подобное. Способ химической абсорбции с использованием химического абсорбента, такого как раствор амина, который прочно связывается с CO2 в результате химической реакции, применяется при низком парциальном давлении CO2 (например, от 0,003 до 0,014 МПа) в дымовом газе или аналогичных средах, поскольку химический абсорбент обладает высокой реакционной способностью. Однако для высвобождения CO2 из прочно связанного химического абсорбента и для регенерации абсорбента CO2 требуется значительное количество энергии. В способе физической абсорбции, в котором отделение CO2 происходит на основе явления физического растворения, энергозатраты на регенерацию CO2 низкие, но требуется высокое парциальное давление CO2 (например, от 0,9 до 2,0 МПа). Например, способ физической абсорбции пригоден для отделения CO2 в комбинированном цикле комплексной газификации угля (IGCC) и тому подобное, но не подходит для очистки дымового газа с низким парциальным давлением CO2.
В способе абсорбции, удаления и извлечения CO2 из CO2-содержащего газа (такого как дымовой газ тепловых электростанций) с помощью абсорбента CO2 способа химической абсорбции предусмотрена дополнительная ступень в системе сжигания. Поэтому необходимо как можно больше сократить эксплуатационные расходы. В частности, на указанной ступени стадия высвобождения CO2 из абсорбента CO2 после абсорбции (поглощения) и регенерации CO2 потребляет большое количество тепловой энергии (пар). Таким образом, необходимо разработать максимально энергосберегающий способ.
В качестве абсорбента CO2 для способа физической абсорбции, например, был предложен простой моноалкиловый эфир полиэтиленгликоля (см., например, Патентную литературу 2). В качестве абсорбента CO2 для способа химической абсорбции, например, был предложен простой эфир полипропиленгликоля (см., например, Патентную литературу 3).
Список цитируемых документов
Патентная литература
Патентная литература 1: Выложенная патентная заявка Японии № H7-51537
Патентная литература 2: Патент США № 4 705 673
Патентная литература 3: Опубликованная патентная заявка Японии
№ 2009-521313.
Раскрытие изобретения
Техническая проблема
Однако абсорбент CO2, раскрытый в Патентной литературе 2, - это абсорбент для применения в способе физической абсорбции при высоком парциальном давлении CO2. Поэтому проблема с абсорбентом CO2 заключается в низком проценте снижения (тепловой) нагрузки ребойлера в регенераторе в случае низкого парциального давления CO2, что имеет место в способе химической абсорбции. В качестве абсорбента CO2, раскрытого в Патентной литературе 3, назван простой метиловый эфир пропиленгликоля. Метиловый эфир пропиленгликоля имеет низкую температуру кипения при атмосферном давлении. Во время стадии абсорбции CO2 в CO2-абсорбере происходит высвобождение метилового эфира пропиленгликоля за пределы системы и тому подобное, наряду с выбросами газа из-за испарения и проблемами с работоспособностью и повышением производительности.
Таким образом, для достижения экономии энергии за счёт использования небольшого количества пара, которое позволяет достигнуть извлечения желательного количества CO2, создание нового композитного аминового абсорбента, обладающего не только абсорбирующей способностью, но и регенерирующей способностью, весьма желательно для снижения эксплуатационных расходов на извлечение CO2 в регенераторе абсорбента CO2 в процессе извлечения CO2 из дымового газа способом химической абсорбции.
Настоящее изобретение было создано с учётом вышеупомянутых проблем, и цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить композитный аминовый абсорбент, обладающий не только абсорбирующей способностью, но и регенерирующей способностью, и устройство и способ для удаления CO2 или H2S либо и CO2, и H2S.
Решение проблемы
Для решения вышеупомянутых проблем настоящее изобретение согласно первому аспекту представляет собой композитный аминовый абсорбент для абсорбции (поглощения) CO2 или H2S либо и CO2, и H2S, содержащихся в газе. Композитный аминовый абсорбент получают путём растворения в воде (1) линейного моноамина, (2) диамина и (3) первого соединения, содержащего простую эфирную связь, следующей химической формулы (I):
R1-O-(R2-O)n-R3, (I)
где R1 - углеводородная группа, имеющая от 2 до 4 атомов углерода;
R2 - пропиленовая группа; R3 - водород; и
n = от 1 до 3.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, соответствующего первому аспекту изобретения, первое соединение (3), содержащее простую эфирную связь, химической формулы (I) представляет собой простой алкиловый эфир пропиленгликоля, и алкиловый эфир в алкиловом эфире пропиленгликоля является любым из этилового эфира, пропилового эфира и бутилового эфира.
Согласно третьему аспекту настоящее изобретение представляет собой композитный аминовый абсорбент для абсорбции CO2 или H2S либо и CO2, и H2S, содержащихся в газе. Композитный аминовый абсорбент получают путём растворения в воде (1) линейного моноамина, (2) диамина и (4) второго соединения, содержащего простую эфирную связь, следующей химической формулы (II):
R4-O-(R5-O)n-R6 (II)
где: R4 - ацетильная группа; R5 - этиленовая группа; R6 - алкильная группа и n = 1.
Согласно четвёртому аспекту настоящего изобретения, соответствующего третьему аспекту изобретения, второе соединение (4), содержащее простую эфирную связь, химической формулы (II) представляет собой ацетат простого алкилового эфира этиленгликоля, и алкиловый эфир в ацетате простого алкилового эфира этиленгликоля является любым из метилового эфира и этилового эфира.
Согласно пятому аспекту настоящего изобретения, соответствующего первому или третьему аспекту изобретения, линейный моноамин (1) включает по меньшей мере один из первичного линейного моноамина, вторичного линейного моноамина и третичного линейного моноамина.
Согласно шестому аспекту настоящего, соответствующего первому или третьему аспекту изобретения, диамин (2) включает по меньшей мере один из первичного линейного полиамина, вторичного линейного полиамина и циклического полиамина.
Согласно седьмому аспекту настоящего изобретения, соответствующего первому или третьему аспекту изобретения, общая концентрация линейного моноамина (1) и диамина (2) составляет от 40 до 60 мас.% в расчёте на общую массу абсорбента.
Согласно восьмому аспекту настоящего изобретения, соответствующего первому аспекту изобретения, соотношение смешивания ((диамин + первое соединение, содержащее простую эфирную связь)/линейный моноамин) диамина (2) и первого соединения (3), содержащего простую эфирную связь, к линейному моноамину (1) составляет от 0,35 до 1,1.
Согласно девятому аспекту настоящего изобретения, соответствующего первому аспекту изобретения, массовое соотношение первого соединения, содержащего простую эфирную связь, к диамину, как соотношение смешивания диамина (2) и первого соединения (3), содержащего простую эфирную связь, составляет от 0,99 до 7,8.
Согласно десятому аспекту настоящего изобретения, соответствующего третьему аспекту изобретения, соотношение смешивания ((диамин + соединение, содержащее простую эфирную связь) / линейный моноамин) диамина (2) и второго соединения (4), содержащего простую эфирную связь, к линейному моноамину (1) составляет от 0,35 до 1,1.
Согласно одиннадцатому аспекту настоящего изобретения, соответствующего третьему аспекту изобретения, массовое соотношение соединения, содержащего простую эфирную связь, к диамину, как соотношение смешивания диамина (2) и второго соединения (4), содержащего простую эфирную связь, составляет от 0,99 до 7,8.
Согласно двенадцатому аспекту настоящее изобретение представляет собой устройство для удаления CO2 или H2S либо и CO2, и H2S. Устройство включает абсорбер, который приводит газ, содержащий CO2 или H2S либо и CO2, и H2S, в контакт с абсорбентом для удаления CO2 или H2S либо и CO2, и H2S; и регенератор абсорбента, который регенерирует раствор, в котором были абсорбированы CO2 или H2S либо и CO2, и H2S, причём раствор, регенерированный путём удаления CO2 или H2S либо и CO2, и H2S в регенераторе абсорбента, повторно используется в абсорбере. Устройство использует композитный аминовый абсорбент по любому из предшествующих пп. 1-11.
Согласно тринадцатому аспекту настоящего изобретения, соответствующего двенадцатому аспекту изобретения, температура абсорбции в абсорбере устройства двенадцатого аспекта составляет от 30 до 80°C, а температура регенерации в регенераторе абсорбента составляет 110°C или выше.
Согласно четырнадцатому аспекту настоящего изобретения, соответствующего двенадцатому или тринадцатому аспекту изобретения, парциальное давление CO2 на входе в абсорбер является низким.
Согласно пятнадцатому аспекту настоящее изобретение представляет собой способ удаления CO2 или H2S либо и CO2, и H2S. Способ включает приведение газа, содержащего CO2 или H2S либо и CO2, и H2S, в контакт с абсорбентом для удаления CO2 или H2S либо и CO2, и H2S в абсорбере; регенерацию раствора, в котором были абсорбированы CO2 или H2S либо и CO2, и H2S, в регенераторе абсорбента; и повторное использование раствора, регенерированного путём удаления CO2 или H2S либо и CO2, и H2S, в регенераторе абсорбента в абсорбере; при этом для удаления CO2 или H2S либо и CO2, и H2S используется композитный аминовый абсорбент любого из аспектов с первого по одиннадцатый.
Согласно шестнадцатому аспекту настоящего изобретения, соответствующего пятнадцатому аспекту изобретения, температура абсорбции составляет от 30 до 80°C, а температура регенерации в регенераторе абсорбента составляет 110°C или выше.
Согласно семнадцатому аспекту настоящего изобретения, соответствующего пятнадцатому или шестнадцатому аспекту изобретения, парциальное давление CO2 на входе в абсорбер является низким.
Полезные эффекты изобретения
В настоящем изобретении абсорбент получают путём растворения в воде (1) линейного моноамина, (2) диамина и (3) соединения, содержащего простую эфирную связь, вышеупомянутой формулы (I). Поэтому компоненты комплексно взаимодействуют друг с другом и их синергетический эффект обеспечивает хорошую абсорбируемость CO2 или H2S либо и CO2, и H2S и хорошую высвобождаемость абсорбированного CO2 или H2S в процессе регенерации абсорбента. Кроме того, количество пара, используемого в процессе регенерации абсорбента в установке для CO2-извлечения, может быть снижено.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схематическое изображение, показывающее конфигурацию установки для улавливания CO2 согласно примеру 1.
Фиг. 2 является диаграммой, показывающей процент снижения нагрузки ребойлера в соответствии с тестовыми примерами 1 - 8.
Фиг.3 является диаграммой, показывающей процент снижения нагрузки ребойлера в соответствии с тестовыми примерами 9 - 17.
Фиг. 4 является диаграммой, показывающей процент снижения нагрузки ребойлера в соответствии с тестовыми примерами 18 и 19.
Фиг.5 является диаграммой, показывающей зависимость между массовым соотношением ((b+c)/a) в композиции абсорбента и процентом снижения нагрузки ребойлера (%).
Описание вариантов осуществления
Ниже предпочтительные примеры настоящего изобретения описаны подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи. Настоящее изобретение не ограничивается примерами. Если примеров множество, то настоящее изобретение включает комбинацию примеров.
Примеры
Композитный аминовый абсорбент в соответствии с примером настоящего изобретения представляет собой абсорбент, который поглощает (абсорбирует) CO2 или H2S либо и CO2, и H2S, содержащиеся в газе. Абсорбент получают растворением в воде (компонент d) (1) линейного моноамина (компонент a); (2) диамина (компонент b); и (3) первого соединения, содержащего простую эфирную связь, химической формулы (I) (компонент c); это абсорбент для способа химической абсорбции. В настоящем изобретении абсорбент получают растворением в воде линейного моноамина (1), диамина (2) и первого соединения (3), содержащего простую эфирную связь. Поэтому компоненты комплексно взаимодействуют друг с другом и их синергетический эффект обеспечивает хорошую абсорбируемость CO2 или H2S либо и CO2, и H2S и хорошую высвобождаемость абсорбированного CO2 или H2S в процессе регенерации абсорбента. Кроме того, количество пара, используемое в процессе регенерации абсорбента в установке для извлечения CO2, может быть снижено.
В контексте описания, линейный моноамин (1) (компонент a) включает по меньшей мере один из первичного линейного моноамина (компонент a1), вторичного линейного моноамина (компонент a2) и третичного линейного моноамина (компонент a3). Линейный моноамин может быть - комбинацией двух компонентов из линейных аминов, включающей первичный линейный моноамин и вторичный линейный моноамин; - комбинацией двух компонентов из линейных аминов, включающей первичный линейный моноамин и третичный линейный моноамин; или комбинацией трёх компонентов из линейных аминов, включающей первичный линейный моноамин, вторичный линейный моноамин и третичный линейный моноамин.
Первичный линейный моноамин (компонент a1) предпочтительно представляет собой первичный моноамин с низкой (несильной) стерической (пространственной) затруднённостью (компонент a1L) или первичный моноамин с сильной стерической затруднённостью (компонент a1H).
Первичный моноамин с низкой стерической затруднённостью (компонент a1L) в первичном линейном моноамине может представлять собой по меньшей мере один, выбранный из моноэтаноламина (МЭА), 3-амино-1-пропанола, 4-амино-1-бутанола и дигликольамина. Соединения могут комбинироваться друг с другом.
Первичный моноамин с сильной стерической затруднённостью (компонент a1H) в первичном линейном моноамине предпочтительно представляет собой соединение химической формулы (1), которая показана ниже как "Формула 1".
R11 - R13: H или углеводородная группа, имеющая от 1 до 3 атомов углерода.
Конкретные примеры первичного моноамина с сильной стерической затруднённостью (компонент a1H) включают соединение, выбранное из по меньшей мере одного из 2-амино-1-пропанола (2A1P), 2-амино-1-бутанола (2A1B), 2-амино-3-метил-1-бутанола (AMB), 1-амино-2-пропанола (1A2P), 1-амино-2-бутанола (1A2B) и 2-амино-2-метил-1-пропанола (AMP), но настоящее изобретение не ограничивается этими конкретными примерами. Соединения могут комбинироваться друг с другом.
Вторичный линейный моноамин (a2) предпочтительно представляет собой соединение химической формулы (2), которая показана ниже как "Формула 2".
R14: линейная углеводородная группа, имеющая от 1 до 4 атомов углерода
R15: гидроксиалкильная группа, имеющая от 1 до 4 атомов углерода
Конкретные примеры вторичного линейного моноамина (2a) включают соединение, выбранное из по меньшей мере одного из N-метиламиноэтанола, N-этиламиноэтанола, N-пропиламиноэтанола и N-бутиламиноэтанола, но настоящее изобретение не ограничивается этими конкретными примерами. Соединения могут комбинироваться друг с другом.
Третичный линейный моноамин (a3) предпочтительно представляет собой соединение химической формулы (3), которая показана ниже как "Формула 3". 
R16: углеводородная группа, имеющая от 1 до 4 атомов углерода
R17: гидроксиалкильная группа, имеющая от 1 до 4 атомов углерода, гидроксиалкильная группа
R18: гидроксиалкильная группа, имеющая от 1 до 4 атомов углерода, гидроксиалкильная группа.
Конкретные примеры третичного линейного моноамина (a3) включают соединение, выбранное из по меньшей мере одного из N-метилдиэтаноламина, N-этилдиэтаноламина, N-бутилдиэтаноламина, 4-диметиламино-1-бутанола, 2-диметиламиноэтанола, 2-диэтиламиноэтанола, 2-ди-n-бутиламиноэтанола, N-этил-N-метилэтаноламина, 3-диметиламино-1-пропанола и 2-диметиламино-2-метил-1-пропанола, но настоящее изобретение не ограничивается этими конкретными примерами. Соединения могут комбинироваться друг с другом.
Вышеупомянутое смешивание линейных моноаминов на двухкомпонентной основе предпочтительно заключается в следующем. Массовое соотношение (a1H)/(a1L) первичного линейного моноамина с сильной стерической затруднённостью (компонент a1H) к первичному линейному моноамину с низкой стерической затруднённостью (компонент a1L) предпочтительно составляет в пределах от 0,3 до 2,5, более предпочтительно - от 0,3 до 1,2, наиболее предпочтительно - от 0,3 до 0,7. Это связано с тем, что эффективность абсорбции при массовом соотношении, отличающемся от вышеуказанных массовых соотношений, ниже, чем эффективность абсорбции моноэтаноламина (MEA) в концентрации 30 мас.%, который обычно используется.
Массовое соотношение (a3)/(a2) третичного линейного моноамина (компонент a3) к вторичному линейному моноамину (компонент a2) предпочтительно попадает в диапазон от 0,3 до 2,5, более предпочтительно - от 0,6 до 1,7, наиболее предпочтительно - от 0,6 до 1,0. Если массовое соотношение ниже вышеуказанного диапазона, то эффективность регенерации снижается. Если массовое соотношение выше упомянутого диапазона, то эффективность абсорбции ухудшается.
Массовое соотношение (a1H)/(a2) первичного линейного моноамина с сильной стерической затруднённостью (компонент a1H) к вторичному линейному моноамину (компонент a2) предпочтительно попадает в диапазон от 0,3 до 2,5, более предпочтительно - от 0,6 до 1,7, наиболее предпочтительно - от 0,6 до 1,0. Если массовое соотношение ниже вышеуказанного диапазона, то эффективность регенерации снижается. Если оно выше упомянутого диапазона, то эффективность абсорбции ухудшается.
Массовое соотношение (a1H)/(a3) первичного линейного моноамина с сильной стерической затруднённостью (компонент a1H) к третичному линейному моноамину (компонент a3) предпочтительно попадает в диапазон от 0,3 до 2,5, более предпочтительно - от 0,6 до 1,7, наиболее предпочтительно - от 0,6 до 1,0. Если массовое отношение ниже вышеуказанного диапазона, то эффективность абсорбции снижается. Если оно выше упомянутого диапазона, то эффективность регенерации также ухудшается.
Диамин (2) (компонент b) предпочтительно включает по меньшей мере один из первичного линейного полиамина, вторичного линейного полиамина и циклического полиамина.
Примеры первичного линейного полиамина или вторичного линейного полиамина включают соединение, выбранное из по меньшей мере одного из этилендиамина (EDA), N,N'-диметилэтилендиамина (DMEDA), N,N'-диэтилэтилендиамина (DEEDA), пропандиамина (PDA) и N,N'-диметилпропандиамина (DMPDA), но настоящее изобретение не ограничивается этими примерами. Соединения могут комбинироваться друг с другом.
Примеры циклического полиамина включают соединение, выбранное из по меньшей мере одного из пиперазина (PZ), 1-метилпиперазина (1MPZ), 2- метилпиперазина (1MPZ), 2,5-диметилпиперазина (DMPZ), 1-(2-аминоэтил)пиперазина (AEPRZ) и 1-(2-гидроксиэтил)пиперазина (HEP), но настоящее изобретение не ограничивается только примерами. Соединения могут комбинироваться друг с другом.
Примеры содержащего простую эфирную связь первого соединения (3) (компонент c) включают первое соединение, содержащее простую эфирную связь, следующей химической формулы (I):
R1-O-(R2-O)n-R3. (I)
В формуле (I) R1 - углеводородная группа, имеющая от 2 до 4 атомов углерода;
R2 - пропиленовая группа; R3 - водород; n - от 1 до 3.
Содержащее простую эфирную связь первое соединение (3) химической формулы (I) представляет собой простой алкиловый эфир пропиленгликоля, предпочтительно - любой из этилового эфира пропиленгликоля, пропилового эфира пропиленгликоля и бутилового эфира пропиленгликоля, при этом алкиловый эфир в алкиловом эфире пропиленгликоля является этиловым эфиром, пропиловым эфиром или бутиловым эфиром. Если метиловый эфир пропиленгликоля, в котором алкиловый эфир в алкиловом эфире пропиленгликоля представлен метиловым эфиром, вводится в смесь, то температура кипения при атмосферном давлении составляет всего 120°C. В процессе абсорбции CO2 происходит высвобождение соединения, содержащего простую эфирную связь, за пределы системы и тому подобное, наряду с выбросами газа в результате испарения. Таким образом, возникают проблемы с работоспособностью системы и улучшением производительности.
В контексте описания температура кипения этилового эфира пропиленгликоля в качестве содержащего простую эфирную связь первого соединения (3) химической формулы (I) составляет 132°C; температура кипения пропилового эфира пропиленгликоля составляет 149°C, температура кипения бутилового эфира пропиленгликоля составляет 170°C, температура кипения пропилового эфира дипропиленгликоля составляет 212°C и температура кипения бутилового эфира трипропиленгликоля составляет 275°C. Поэтому такие проблемы, как описанные выше, когда метиловый эфир пропиленгликоля, имеющий низкую температуру кипения, вводится в смесь, не возникают.
В настоящем изобретении содержащее простую эфирную связь второе соединение (4) следующей химической формулы (II) может вводиться в смесь вместо первого соединения, содержащего простую эфирную связь, химической формулы (I) в виде эфира соединения (3), содержащего простую эфирную связь.
R4-O-(R5-O)n-R6 (II)
В формуле (I) R4 - ацетильная группа; R5 - этиленовая группа; R6 - алкильная группа; n = 1.
Содержащее простую эфирную связь второе соединение (4) химической формулы (II) представляет собой ацетат алкилового эфира этиленгликоля, предпочтительно - любой из ацетата метилового эфира этиленгликоля и ацетата этилового эфира этиленгликоля, в котором алкиловый эфир в ацетате алкилового эфира этиленгликоля является метиловым эфиром или этиловым эфиром. Это связано с тем, что, когда используются ацетат пропилового эфира этиленгликоля и ацетат бутилового эфира этиленгликоля, которые содержат алкильную группу, имеющую 3 (C3) или более атомов углерода (например, пропиловый эфир и бутиловый эфир), то растворение ухудшается и хорошая смешиваемость не достигается.
Далее, предпочтительным является определение соотношения смешивания компонентов (компоненты a, b и c) следующим образом. Общая концентрация линейного моноамина (1) (компонент a) и диамина (2) (компонент b) предпочтительно составляет от 40 до 60 мас.% в пересчёте на общую массу абсорбента, более предпочтительно - от 47 до 55 мас.% в пересчёте на общую массу абсорбента. Если общая концентрация выходит за пределы вышеупомянутого диапазона, то композитный аминовый абсорбент недостаточно эффективно действует как абсорбент.
Соотношение смешивания (b+c)/a диамина (2) (компонент b) и содержащего простую эфирную связь первого соединения (3) (компонент c) к линейному моноамину (1) (компонент a) предпочтительно составляет от 0,35 до 1,1, более предпочтительно - от 0,40 до 0,94.
При введении в смесь содержащего простую эфирную связь второго соединения (4) соотношение смешивания (b+c)/a диамина (2) (компонент b) и содержащего простую эфирную связь второго соединения (4) (компонент c) к линейному моноамину (1) (компонент a) также предпочтительно составляет от 0,35 до 1,1, более предпочтительно - от 0,40 до 0,94.
На фиг. 5 представлена диаграмма, показывающая зависимость между массовым соотношением ((b+c)/a) в композиции абсорбента и процентом (%) снижения нагрузки ребойлера. Как показано на фиг.5, при условии смешивания, предусматривающем низкую концентрацию, при которой (b+c)/a составляет менее 0,35, эффект снижения нагрузки ребойлера ограничен, а при условии смешивания, предусматривающем высокую концентрацию, при которой (b+c)/a составляет более 1,1, процент снижения нагрузки ребойлера резко снижается вследствие увеличения вязкости жидкости и т.п. Таким образом, эти условия неэффективны с точки зрения практического применения.
В качестве соотношения смешивания диамина (2) (компонент b) и содержащего простую эфирную связь соединения (3) (компонент c), массовое отношение содержащего простую эфирную связь соединения (компонент c) к диамину (компонент b) предпочтительно составляет от 0,99 до 7,8. В качестве соотношения смешивания диамина (2) (компонент b) и содержащего простую эфирную связь соединения (4) (компонент c), массовое отношение содержащего простую эфирную связь соединения (компонент c) к диамину (компонент b) предпочтительно составляет от 0,99 до 7,8, как и в случае введения в смесь второго соединения, содержащего простую эфирную связь. В условиях более низкого значения указанного соотношения смешивания, эффект снижения нагрузки ребойлера ограничен, а в условиях более высокого значения указанного соотношения смешивания, это соотношение становится неэффективным с точки зрения практического применения из-за увеличения вязкости жидкости.
Расходуемый на смешивание процент (мас.%) влагосодержания (компонент d) - это количество воды в мас.% как остальной части абсорбента, иной чем общая концентрация линейного моноамина (1) и диамина (2) и добавляемого соединения, содержащего простую эфирную связь.
В настоящем изобретении, например, предпочтительно, чтобы температура абсорбции в абсорбере для способа химической абсорбции в процессе контакта с дымовым газом, содержащим CO2 или тому подобное, составляла в пределах от 30 до 80°C. К применяемому в настоящем изобретении абсорбенту при необходимости добавляется ингибитор коррозии, ингибитор ухудшения качества или тому подобное.
Предпочтительно, чтобы парциальное давление CO2 на входе в CO2-абсорбер в процессе абсорбции CO2 в обрабатываемом газе было низким парциальным давлением CO2 (например, от 0,003 до 0,1 МПа) применительно к способу химической абсорбции.
В настоящем изобретении, когда давление в регенераторе составляет от 130 до 200 кПа (абсолютное давление), то, что касается температуры регенерации в регенераторе, который извлекает CO2 или тому подобное из абсорбента, в котором CO2 или тому подобное абсорбирован, температура в донной части регенератора абсорбента предпочтительно составляет 110°C или выше. Это связано с необходимостью увеличения количества абсорбента, циркулирующего в системе в процессе регенерации при температуре ниже 110°C, и такая регенерация не является предпочтительной с точки зрения её эффективности. Более предпочтительной считается регенерация при 115°C или выше.
Примеры газа, подвергаемого обработке в настоящем изобретении, включают, но не ограничиваются перечисленным, газ, полученный при газификации угля; синтез-газ; коксовый газ; нефтяной газ и природный газ. Любой газ может использоваться до тех пор, пока он содержит кислый газ, такой как CO2 или H2S.
Процесс, который может применяться в способе удаления CO2 или H2S либо и CO2, и H2S, содержащихся в газе по настоящему изобретению, особо не ограничен, а пример устройства для удаления CO2 описан ниже со ссылкой на фиг. 1.
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение, показывающее конфигурацию установки для извлечения CO2 согласно примеру 1. Как видно из фиг. 1, установка 12 для извлечения CO2 согласно примеру 1 содержит устройство 16 для охлаждения дымового газа, которое охлаждает CO2- и O2-содержащий дымовой газ 14, выходящий из промышленной топливосжигающей системы 13, такой как паровой котёл или газовая турбина, с использованием охлаждающей воды 15; абсорбер CO2 18 с секцией извлечения CO2 18A, в которой охлаждённый дымовой газ 14, содержащий CO2, приводится в контакт с абсорбентом CO2 (далее по тексту иногда называемый как "абсорбент") 17, который поглощает CO2 для удаления CO2 из дымового газа 14; и регенератор абсорбента 20, который высвобождает CO2 из абсорбента CO2 (далее по тексту иногда называемый как "обогащённый раствор") 19, в котором абсорбирован CO2, и регенерирует абсорбент CO2. В установке для извлечения CO2 12 регенерированный абсорбент CO2 (далее по тексту иногда называемый как "обедненный раствор") 17, из которого был удалён CO2 в регенераторе абсорбента 20, повторно используется в качестве абсорбента CO2 в абсорбере CO2 18.
На фиг.1 ссылочный символ 13a обозначает газопровод (канал подачи дымового газа); ссылочный символ 13b - дымовую трубу; ссылочный символ 34 - воду, полученную конденсацией пара. Установка для извлечения CO2 12 может обеспечивать извлечение CO2 из существующего источника дымового газа или из специально установленного нового источника дымового газа. В линии дымового газа 14 предусмотрена открываемая и закрываемая заслонка (шибер); эта заслонка открыта в процессе работы установки для извлечения CO2 12. Заслонка устанавливается в закрытое положение, когда работает источник дымовых газов, а работа установки для извлечения CO2 12 остановлена.
В способе извлечения CO2 с помощью установки для извлечения CO2 12 CO2-содержащий дымовой газ 14 из промышленной топливосжигающей системы 13, такой как паровой котёл или газовая турбина, сжимается газодувкой дымовых газов 22, направляется в устройство для охлаждения дымовых газов 16, охлаждается в устройстве для охлаждения дымовых газов 16 охлаждающей водой 15 и направляется в абсорбер CO2 18.
В абсорбере CO2 18 дымовой газ 14 приводится в противоточный контакт с абсорбентом CO2 17, который представляет собой аминовый абсорбент согласно данному примеру, и CO2 в дымовом газе 14 поглощается абсорбентом CO2 17 в результате химической реакции. Дымовой газ, из которого был удалён CO2 в секции извлечения CO2 18A, входит в газожидкостной контакт с циркулирующей промывочной водой 21, содержащей абсорбент CO2, который подаётся через сопло в секции водной очистки 18B в абсорбере CO2 18; абсорбент CO2 17 с абсорбированным CO2, удалённым из дымового газа, извлекается, а дымовой газ 23, из которого удалён CO2, выводится затем за пределы системы. Обогащенный раствор 19, то есть абсорбент CO2, в котором абсорбирован CO2, сжимается насосом для обогащенного раствора 24, нагревается обедненным раствором, который представляет собой абсорбент CO2 17, регенерированный в регенераторе абсорбента 20, в теплообменнике 25 обогащенный - обедненный раствор и поступает в регенератор абсорбента 20.
[0066] Обогащенный раствор 19, выходящий из верхней части регенератора 20 абсорбента внутрь него, вызывает эндотермическую реакцию с участием пара, поступающего из нижней части, и бóльшая часть CO2 извлекается. Абсорбент CO2, из которого часть или наибольшая часть CO2 была извлечена в регенераторе абсорбента 20, называется полуобедненным раствором. Этот полуобедненный раствор становится абсорбентом CO2 (обедненный раствор) 17, из которого почти весь CO2 удаляется, когда раствор достигает донной части регенератора абсорбента 20. Часть этого обедненного раствора 17 перегревается паром 27 в ребойлере 26, и пар для отделения CO2 подаётся внутрь регенератора абсорбента 20.
С другой стороны, из верхней части регенератора абсорбента 20 CO2-содержащий газ 28 вместе с паром извлекается из обогащенного раствора 19 и полуобедненный раствор подаётся в регенератор, пар конденсируется в конденсаторе 29, вода отделяется в разделительном барабане 30 и газ CO2 40 выводится за пределы системы, сжимается отдельным компрессором 41 и извлекается. Газ CO2 42, который был подвергнут сжатию с последующим извлечением, пропускается через разделительный барабан 43 и закачивается (инжектируется) в нефтяной пласт для увеличения нефтеотдачи (EOR) пласта или удерживается в водоносном горизонте (в качестве меры противодействия глобальному потеплению). Рефлюксная вода 31 (т.е. продукт конденсации паров в конденсаторе), отделённая и возвращённая в систему из CO2-сопутствующего газа 28 с водяным паром в разделительном барабане 30, подаётся в верхнюю часть регенератора абсорбента 20 на стороне промывочной воды 21 регенератора с помощью циркуляционного насоса для рефлюксной воды 35. Регенерированный абсорбент CO2 (обедненный раствор) 17 охлаждается за счёт обогащенного раствора 19 в теплообменнике обогащенный-обедненный раствор 25, сжимается насосом обедненного раствора 32, охлаждается в охладителе 33 обедненного раствора и затем подаётся внутрь CO2-абсорбера 18. В этом варианте осуществления описана только схема процесса и некоторые из сопутствующих устройств опущены.
Далее описаны предпочтительные тестовые примеры, демонстрирующие эффекты настоящего изобретении, но настоящее изобретение не ограничивается только тестовыми примерами.
Тестовые примеры
Диоксид углерода (CO2) абсорбировали с использованием устройства для испытания на абсорбцию (не показано). Фиг.2 и фиг.3 представляют собой диаграммы, показывающие процент снижения нагрузки ребойлера при использовании композитных аминовых абсорбентов на основе трёх компонентов (линейный моноамин (компонент a), диамин (компонент b) и содержащее простую эфирную связь первое соединение (компонент c) растворяются в воде (компонент d)) в тестовых примерах 1-17. Фиг. 4 является диаграммой, показывающей процент снижения нагрузки ребойлера при применении композитных аминовых абсорбентов на основе трёх компонентов (линейный моноамин (компонент a), диамин (компонент b) и содержащее простую эфирную связь второе соединение (компонент c) растворяются в воде (компонент d)) в тестовых примерах 18 и 19. В сравнительных примерах нагрузку ребойлеров определяли при тех же условиях, что в тестовых примерах, с той только разницей, что первое соединение, содержащее простую эфирную связь, или второе соединение, содержащее простую эфирную связь, (компонент c) были исключены из композиций в тестовых примерах, и процент снижения нагрузки каждого из ребойлеров (%) определяли с учётом нагрузок ребойлеров в указанных сравнительных примерах в качестве образцов сравнения. Перечень компонентов тестовых примеров приводится ниже (таблица 1).
Таблица 1
| Тесто-вый при-мер | (a) Линейный моноамин | (b) Диамин | (c) Соединение, содержащее простую эфирную связь | (d) Концен-трация воды (мас. %) | |||
| Компонент | Массовое отношение [(b)+(c)] /(a) |
Массовое отношение (c)/(b) | |||||
| 1 | N-этил- аминоэтанол |
- | 2-метил- пиперазин |
Монопропиловый эфир пропилен-гликоля | от 0,53 до 0,94 |
от 1,2 до 7,8 |
от 22 до 45 |
| 2 | N-этил- аминоэтанол |
- | Пиперазин | Монопропиловый эфир пропилен-гликоля | |||
| 3 | N-бутил- аминоэтанол |
- | 2-метил- пиперазин |
Монопропиловый эфир пропилен-гликоля | |||
| 4 | N-бутил- аминоэтанол |
- | Пиперазин | Монопропиловый эфир пропилен-гликоля | |||
| 5 | Моно- этаноламин |
2-амино-2-метил-1-пропанол | Пиперазин | Монопропиловый эфир пропилен-гликоля | 0,84 | ||
| 6 | Моно- этаноламин |
2-амино-2-метил-1-пропанол | Пропан-диамин | Монопропиловый эфир пропилен-гликоля | |||
| 7 | Моно- этаноламин |
2-амино-2-метил-1-пропанол | Пиперазин | Монопропиловый эфир дипропилен-гликоля | 0,40 | ||
| 8 | Моно-этаноламин | 2-амино-2-метил-1-пропанол | Пиперазин | Монопропиловый эфир пропилен-гликоля | от 0,35 до 1,1 |
от 0,99 до 5,0 |
от 17 до 46 |
| 9 | N-этил- аминоэтанол |
2-амино-2-метил-1-пропанол | Пиперазин | Монопропиловый эфир пропилен-гликоля | 0,61 | от 1,2 до 7,8 |
от 22 до 45 |
| 10 | N-бутил- аминоэтанол |
2-амино-2-метил-1-пропанол | Пиперазин | Монопропиловый эфир пропилен-гликоля | |||
| 11 | N-метил- диэтаноламин |
2-амино-2-метил-1-пропанол | Пиперазин | Монопропиловый эфир пропилен-гликоля | |||
| 12 | N-метил- диэтаноламин |
N-этил- диэтаноламин |
Пиперазин | Монопропиловый эфир пропилен-гликоля | |||
| 13 | N-метил- диэтаноламин |
N-бутил- аминоэтанол |
Пиперазин | Монопропиловый эфир пропилен-гликоля | |||
| 14 | N-этил- диэтаноламин |
2-амино-2-метил-1-пропанол | Пиперазин | Монопропиловый эфир пропилен-гликоля | |||
| 15 | N-этил- диэтаноламин |
N-этил- аминоэтанол |
Пиперазин | Монопропиловый эфир пропилен-гликоля | |||
| 16 | N-этил- диэтаноламин |
N-бутил- аминоэтанол |
Пиперазин | Монопропиловый эфир пропилен-гликоля | |||
| 17 | 4-диметил- амино-1-бутанол |
2-амино-2-метил-1-пропанол | Пиперазин | Монопропиловый эфир пропилен-гликоля | |||
| 18 | Моно-этаноламин | 2-амино-2-метил-1-пропанол | Пиперазин | Ацетат монометилового эфира этиленгликоля | 0,84 | ||
| 19 | Моно-этаноламин | 2-амино-2-метил-1-пропанол | Пиперазин | Ацетат монометилового эфира этиленгликоля |
Тестовые примеры 1-4
В тестовом примере 1 в качестве линейного моноамина (компонент a) был использован N-этиламиноэтанол; в качестве диамина (компонент b) был использован 2-метилпиперазин; в качестве эфира первого соединения (компонент c), содержащего простую эфирную связь, был использован монопропиловый эфир пропиленгликоля; они растворялись и смешивались в воде для получения абсорбента.
В тестовом примере 2 был получен абсорбент, имеющий тот же состав, что и в тестовом примере 1, за исключением использования пиперазина в качестве диамина (компонент b).
В тестовом примере 3 был получен абсорбент, имеющий тот же состав, что и в тестовом примере 1, за исключением использования N-бутиламиноэтанола в качестве линейного моноамина (компонент a).
В тестовом примере 4 был получен абсорбент, имеющий тот же состав, что и в тестовом примере 3, за исключением использования пиперазина в качестве диамина (компонент b).
Тестовые примеры 5-17
В тестовом примере 5 были использованы два вида линейных моноаминов (1) (компонент a). Моноэтаноламин был использован в качестве линейного моноамина; 2-амино-2-метил-1-пропанол был использован в качестве второго линейного моноамина.
Пиперазин был использован в качестве диамина (2) (компонент b); монопропиловый эфир пропиленгликоля был использован в качестве эфира первого соединения (3) (компонент c), содержащего простую эфирную связь. Они растворялись и смешивались в воде (компонент d) для получения абсорбента.
В тестовом примере 6 был получен абсорбент, имеющий тот же состав, что и абсорбент в тестовом примере 5, за исключением использования пропандиамина в качестве диамина (2) (компонент b).
В тестовом примере 7 был получен абсорбент, имеющий тот же состав, что и абсорбент в тестовом примере 5, за исключением использования монопропилового эфира дипропиленгликоля в качестве эфира первого соединения (3) (компонент c), содержащего простую эфирную связь.
В тестовом примере 8 был получен абсорбент, имеющий тот же состав, что и абсорбент в тестовом примере 5, за исключением того, что массовое соотношение [(компонент b)+(компонент c)] / (компонент a), дополнительное массовое отношение ((c) / (b)) (компонента c) и воды (компонент d) и концентрация воды (компонент d) изменились, как описано ниже.
В тестовом примере 9 был получен абсорбент, имеющий тот же состав, что и абсорбент в тестовом примере 5, за исключением использования N-этиламиноэтанола в качестве первого линейного моноамина.
В тестовом примере 10 был получен абсорбент, имеющий тот же состав, что и абсорбент в тестовом примере 9, за исключением использования N-бутиламиноэтанола в качестве первого линейного моноамина.
В тестовом примере 11 был получен абсорбент, имеющий тот же состав, что и абсорбент в тестовом примере 9, за исключением использования N-метилдиэтаноламина в качестве первого линейного моноамина.
В тестовом примере 12 был получен абсорбент, имеющий тот же состав, что и абсорбент в тестовом примере 11, за исключением использования N-этиламиноэтанола в качестве второго линейного моноамина.
В тестовом примере 13 был получен абсорбент, имеющий тот же состав, что и абсорбент в тестовом примере 12, за исключением использования N-бутиламиноэтанола в качестве второго линейного моноамина.
В тестовом примере 14 был получен абсорбент, имеющий тот же состав, что и абсорбент в тестовом примере 11, за исключением использования N-этилдиэтаноламина в качестве первого линейного моноамина.
В тестовом примере 15 был получен абсорбент, имеющий тот же состав, что и абсорбент в тестовом примере 14, за исключением использования N-этиламиноэтанола в качестве второго линейного моноамина.
В тестовом примере 16 был получен абсорбент, имеющий тот же состав, что и абсорбент в тестовом примере 14, за исключением использования N-бутиламиноэтанола в качестве второго линейного моноамина.
В тестовом примере 17 был получен абсорбент, имеющий тот же состав, что и абсорбент в тестовом примере 11, за исключением использования 4-диметиламино-1-бутанола в качестве первого линейного моноамина.
Тестовые примеры 18 и 19
В тестовом примере 18 использовались два вида линейных моноаминов (1) (компонент a). Моноэтаноламин использовался в качестве первого линейного моноамина; 2-амино-2-метил-1-пропанол использовался в качестве второго линейного моноамина. Пиперазин использовался в качестве диамина (2) (компонент b), и ацетат монометилового эфира этиленгликоля использовался в качестве эфира второго содержащего простую эфирную связь соединения (4) (компонент c). Они растворялись и смешивались в воде (компонент d) для получения абсорбента.
В тестовом примере 19 композиция абсорбента была такая же, что и композиция абсорбента в тестовом примере 18, за исключением того, что в качестве эфира второго содержащего простую эфирную связь соединения (4) (компонент c) в тестовом примере 18 использовался ацетат моноэтилового эфира этиленгликоля.
В тестовых примерах 1-19 общая концентрация линейного моноамина (компонент a) и диамина как компонента (b) установлена в диапазоне от 47 до 55 мас.%.
В тестовых примерах 1-4 массовое отношение [(компонента b) и (компонента c)] к (компоненту a) установлено в диапазоне от 0,53 до 0,94. В тестовых примерах 5 и 6 массовое отношение [(компонента b) и (компонента c)] к (компоненту a) установлено равным 0,84. В тестовом примере 7 массовое отношение [(компонента b) и (компонента c)] к (компоненту a) установлено равным 0,40. В тестовом примере 8 массовое отношение [(компонента b) и (компонента c)] к (компоненту a) установлено в диапазоне от 0,35 до 1,1. В тестовых примерах 9-17 массовое отношение [(компонента b) и (компонента c)] к (компоненту a) установлено равным 0,61. В тестовых примерах 18 и 19 массовое отношение [(компонента b) и (компонента c)] к (компоненту a) установлено равным 0,84.
В тестовых примерах 1-7 дополнительное массовое отношение ((c)/(b)) (компонент c) к диамину (компонент b) установлено в диапазоне от 1,2 до 7,8. В тестовом примере 8 дополнительное массовое отношение ((c)/(b)) (компонент c) к диамину (компонент b) установлено в диапазоне от 0,99 до 5,0. В тестовых примерах 9-19 дополнительное массовое отношение ((c)/(b)) (компонент c) к диамину (компонент b) установлено в диапазоне от 1,2 до 7,8.
В тестовых примерах 1-7 концентрация воды (компонент d) составляла от 22 до 45 мас.%. В тестовом примере 8 концентрация воды (компонент d) составляла от 17 до 46 мас.%. В тестовых примерах 9-19 концентрация воды (компонент d) составляла от 22 до 45 мас.%.
Условия абсорбции в испытаниях были установлены следующие: 40°C и 10 кПа [CO2]; условие регенерации: 120°C; процент снижения нагрузки ребойлера (%) определялся относительно нагрузки ребойлера в сравнительных примерах в качестве сравнения.
Результаты тестовых примеров 1-8 представлены на фиг.2; результаты тестовых примеров 9-17 представлены на фиг.3; и результаты тестовых примеров 18 и 19 представлены на фиг.4. В тестовом примере 8 условие смешивания изменялось в пределах диапазона смешивания; было проведено множество тестов и получено среднее значение. Как показано на фиг. 2-4, процент снижения нагрузки ребойлера во всех тестовых примерах 1-19 был выше, чем в случае сопоставления со сравнительными примерами. В частности, процент снижения нагрузки ребойлера в тестовых примерах 1-6, 9-16 и 18-19 составил более 5 %, а процент снижения нагрузки ребойлера в тестовом примере 16 составил более 10 %, что является хорошим показателем.
Таким образом, настоящее изобретение может предложить композитный аминовый абсорбент, обеспечивающий отличную экономию энергии по сравнению с традиционным аминовым абсорбентом, поскольку композитный аминовый абсорбент получают растворением в воде (компонент d) линейного моноамина (1) (компонент a), диамина (2) (компонент b) и первого содержащего простую эфирную связь соединения (3) или второго содержащего простую эфирную связь соединения (4) (компонент c). Кроме того, может быть достигнуто снижение нагрузки ребойлера в процессе регенерации абсорбента, в котором абсорбированы CO2 или H2S либо и CO2, и H2S, содержавшиеся в газе.
Тестовый пример 20
Нагрузку ребойлера при использовании абсорбента тестового примера 11 сравнивали с нагрузкой ребойлера при использовании абсорбента, имеющего состав, как в примере 1 Патентной литературы 2 (патент США № 4 705 673), предложенного для способа физической абсорбции. Результаты приводятся в [таблице 2] ниже. В композиции в тестовом примере 10 использовались два вида линейных моноаминов (1) (компонент a): N-метилдиэтаноламин использовали в качестве первого линейного моноамина, а 2-амино-2-метил-1-пропанол - в качестве второго линейного моноамина; пиперазин - в качестве диамина (2) (компонент b); монопропиловый эфир пропиленгликоля использовали в качестве эфира первого содержащего простую эфирную связь соединения (3) (компонент c); все они растворялись и перемешивались в воде (компонент d). Композиция в примере 1 Патентной литературы 2 (патент США № 4 705 673) включает метилдиэтаноламин (MDEA), метокситригликоль (MTG) и воду. Процент снижения нагрузки ребойлера в [таблице 2] - это процент снижения относительно нагрузки ребойлера в сравнительном примере [пример условия, когда концентрация воды увеличивается на количество, соответствующее концентрации соединения, содержащего простую эфирную связь, (компонент c)] при таком же условии, что и в примере осуществления [таблица 2], с той только разницей, что соединение, содержащее простую эфирную связь, не использовалось.
Таблица 2
| Тестовый пример 11 | Жидкая композиция примера 1 патента США US 4 705 673 |
|
| Процент снижения нагрузки ребойлера (%) | 6,5 | - 5 |
Как указано в таблице 2, в случае абсорбента, имеющего состав, как в примере 1 Патентной литературы 2 (патент США № 4 705 673), (метилдиэтаноламин (MDEA), метокситригликоль (MTG), вода), например, при условии, что давление газа является не высоким, а близким к нормальному давлению, процент снижения нагрузки ребойлера является низким, и нагрузка ребойлера продолжает ухудшаться (процент снижения: -5 %) по сравнению со случаем, когда соединение, содержащее простую эфирную связь, не добавляется. В настоящей идее снижение нагрузки ребойлера достигается.
Тестовый пример 21
Сравнивали между собой растворимость в воде содержащего простую эфирную связь первого соединения (монопропиловый эфир пропиленгликоля) в тестовом примере 1; содержащего простую эфирную связь первого соединения (монопропиловый эфир дипропиленгликоля) в тестовом примере 7; и содержащего простую эфирную связь соединения химической формулы I, в которой R2 имеет 4 (C4) или более атомов углерода (монобутиловый эфир бутиленгликоля). Результаты приводятся в [таблице 3] ниже.
Таблица 3
| Соединение, содержащее простую эфирную связь, в тестовом примере 1 |
Соединение, содержащее простую эфирную связь, химической формулы I, в которой R2 имеет 4 или более атомов углерода |
|
| Монопропиловый эфир пропиленгликоля | Монопропиловый эфир дипропиленгликоля | Монобутиловый эфир бутиленгликоля |
| Растворимость в воде (мас.%) | 20 или более | примерно 1 |
Как указано в таблице 3, растворимость в воде содержащего простую эфирную связь первого соединения (монопропиловый эфир пропиленгликоля) в тестовом примере 1 и содержащего простую эфирную связь первого соединения (монопропиловый эфир дипропиленгликоля) в тестовом примере 7 составляет 20 мас.% или более. С другой стороны, растворимость в воде содержащего простую эфирную связь соединения химической формулы I, в которой R2 имеет 4 или более атомов углерода, является низкой - примерно 1 мас.%. Это указывает на то, что содержащее простую эфирную связь соединение химической формулы I, в которой R2 имеет 4 (C4) или более атомов углерода, нежелательно использовать в виде водного раствора из-за возникновения проблем с работоспособностью и улучшением эффективности системы. Растворимость в воде содержащих простую эфирную связь соединений (монопропиловый эфир пропиленгликоля и монопропиловый эфир дипропиленгликоля) в тестовых примерах 1 и 7 является высокой и позволяет достигнуть решения проблем, связанных с ухудшением работоспособности системы и снижением нагрузки ребойлера.
Тестовый пример 22
Сравнивали между собой растворимость в воде первого, содержащего простую эфирную связь, соединения (монопропиловый эфир пропиленгликоля) в тестовом примере 1; содержащего простую эфирную связь соединения (монопропиловый эфир дипропиленгликоля) в тестовом примере 7; и содержащего простую эфирную связь соединения химической формулы I, в которой R3 является алкильной группой (дибутиловый эфир пропиленгликоля). Результаты приводятся в [таблице 4] ниже.
Таблица 4
| Соединение, содержащее простую эфирную связь, в тестовом примере 1 |
Соединение, содержащее простую эфирную связь, химической формулы I, в которой R3 - алкильная группа |
|
| Монопропиловый эфир пропиленгликоля | Монопропиловый эфир дипропиленгликоля | Дибутиловый эфир пропиленгликоля |
| Растворимость в воде (мас.%) | 20 или более | менее 1 |
Как указано в таблица 4, растворимость в воде содержащего простую эфирную связь соединения (монопропиловый эфир пропиленгликоля) в тестовом примере 1 и содержащего простую эфирную связь соединения (монопропиловый эфир дипропиленгликоля) в тестовом примере 7 составляет 20 мас.% или более. С другой стороны, растворимость в воде содержащего простую эфирную связь соединения химической формулы I, в которой R3 является алкильной группой, является низкой - менее 1 мас.%. Это указывает на то, что соединение, содержащее простую эфирную связь, нежелательно использовать в виде водного раствора из-за возникновения проблем с работоспособностью и повышением производительности системы. Растворимость в воде содержащих простую эфирную связь соединений (монопропиловый эфир пропиленгликоля и монопропиловый эфир дипропиленгликоля) в тестовых примерах 1 и 7 является высокой, и позволяет достигнуть решения проблем, связанных с ухудшением работоспособности системы и снижением нагрузки ребойлера.
Тестовый пример 23
Сравнивали между собой температуры кипения второго соединения, содержащего простую эфирную связь (ацетат монометилового эфира этиленгликоля: 5 атомов углерода), в тестовом примере 18; второго соединения, содержащего простую эфирную связь (ацетат моноэтилового эфира этиленгликоля: 6 атомов углерода), в тестовом примере 19; и содержащего простую эфирную связь соединения (этилметиловый эфир (ди)этиленгликоля: 5 атомов углерода; диэтиловый эфир этиленгликоля: 6 атомов углерода) химической формулы II, в которой R1 является алкильной группой. Результаты приведены в [таблице 5] ниже.
Таблица 5
| Соединения, содержащие простую эфирную связь, в тестовых примерах 18 и 19 | Соединение, содержащее простую эфирную связь, химической формулы II, в которой R1 - алкильная группа | |||
| Ацетат монометилового эфира этиленгликоля (5 атомов углерода) | Ацетат моноэтилового эфира этиленгликоля (6 атомов углерода) | Этилметиловый эфир этиленгликоля (5 атомов углерода) | Диэтиловый эфир этиленгликоля (6 атомов углерода) | |
| Температура кипения (°C) | 143 | 156 | от 100 до 102 | 120 |
Как указано в таблице 5, температура кипения второго соединения, содержащего простую эфирную связь (ацетат монометилового эфира этиленгликоля), в тестовом примере 18 составляет 143°C, а температура кипения второго соединения, содержащего простую эфирную связь (ацетат моноэтилового эфира этиленгликоля), в тестовом примере 19 составляет 156°C. С другой стороны, температуры кипения при атмосферном давлении соединений, содержащих простую эфирную связь, химической формулы II, в которой R1 является алкильной группой, таких как этилметиловый эфир (ди)этиленгликоля и диэтиловый эфир этиленгликоля, являются низкими и соответственно составляют от 100 до 102°C и 120°C. Этилметиловый эфир (ди)этиленгликоля и диэтиловый эфир этиленгликоля, использование которых связано с проблемами в плане работоспособности системы и улучшения её эффективности, вызванными, например, высвобождением соединений, содержащих простую эфирную связь, за пределы системы, наряду с выбросами газов в результате испарения. Второе соединение, содержащее простую эфирную связь (ацетат монометилового эфира этиленгликоля: 5 атомов углерода), в тестовом примере 18 и второе соединение, содержащее простую эфирную связь (ацетат моноэтилового эфира этиленгликоля: 6 атомов углерода), в тестовом примере 19 имеют более высокую температуру кипения, чем содержащее простую эфирную связь соединение химической формулы II, в которой R1 является алкильной группой, хотя число атомов углерода у них одинаковое. В этом случае может быть достигнуто решение проблем, связанных с ухудшением работоспособности системы, и снижение нагрузки ребойлера.
В частности, когда в качестве второго соединения, содержащего простую эфирную связь, используется содержащее простую эфирную связь соединение с низкой температурой кипения, например, содержащее простую эфирную связь соединение химической формулы II, в которой R1 является алкильной группой, то возникает проблема увеличения выбросов, вызванная, например, высвобождением соединения, содержащего простую эфирную связь, из абсорбера за пределы системы, наряду с выбросами газа вследствие повышенного испарения в процессе абсорбции CO2. Кроме того, концентрация соединения, содержащего простую эфирную связь, в абсорбенте снижается в результате высвобождения за пределы системы, и повышения эффективности извлечения CO2 (нагрузка ребойлера) невозможно достигнуть.
Список ссылочных обозначений на чертежах
12 - Установка для извлечения CO2
13 - Промышленная топливосжигающая система
14 - Дымовой газ
16 - Устройство для охлаждения дымового газа
17 - Абсорбент CO2 (обедненный раствор)
18 - Абсорбер CO2
19 - Абсорбент CO2, содержащий абсорбированный CO2 (обогащенный раствор)
20 - Регенератор абсорбента
21 - Промывочная вода.
1. Композитный аминовый абсорбент для абсорбции CO2, содержащегося в газе, причём композитный аминовый абсорбент представляет собой водный раствор, содержащий
линейный моноамин,
диамин и
первое соединение, содержащее простую эфирную связь, следующей химической формулы (I):
R1-O-(R2-O)n-R3, (I)
где: R1 – алкильная группа, имеющая от 2 до 4 атомов углерода,
R2 – пропиленовая группа,
R3 – водород,
n составляет от 1 до 3.
2. Композитный аминовый абсорбент по п. 1, в котором первое соединение, содержащее простую эфирную связь, химической формулы (I) является алкиловым эфиром пропиленгликоля, при этом алкиловый эфир в алкиловом эфире пропиленгликоля является любым из этилового эфира, пропилового эфира и бутилового эфира.
3. Композитный аминовый абсорбент для абсорбции CO2, содержащегося в газе, причём композитный аминовый абсорбент представляет собой водный раствор, содержащий
моноэтаноламин или 2-амино-2-метил-1-пропанол,
пиперазин и
второе соединение, содержащее простую эфирную связь, следующей химической формулы (II):
R4-O-(R5-O)n-R6, (II)
где: R4 – ацетильная группа,
R5 – этиленовая группа,
R6 – алкильная группа,
n=1.
4. Композитный аминовый абсорбент по п. 3, в котором второе соединение, содержащее простую эфирную связь, химической формулы (II) является ацетатом алкилового эфира этиленгликоля, при этом алкиловый эфир в ацетате алкилового эфира этиленгликоля является любым из метилового эфира и этилового эфира.
5. Композитный аминовый абсорбент по п. 1, в котором линейный моноамин включает по меньшей мере один из первичного линейного моноамина, вторичного линейного моноамина и третичного линейного моноамина.
6. Композитный аминовый абсорбент по п. 1, в котором диамин включает по меньшей мере один из первичного линейного полиамина, вторичного линейного полиамина и циклического полиамина.
7. Композитный аминовый абсорбент по п. 1, в котором общая концентрация линейного моноамина и диамина составляет от 40 до 60 мас.% в расчёте на общую массу абсорбента.
8. Композитный аминовый абсорбент по п. 1, в котором соотношение смешивания ((диамин + первое соединение, содержащее простую эфирную связь)/линейный моноамин) диамина и первого соединения, содержащего простую эфирную связь, к линейному моноамину составляет от 0,35 до 1,1.
9. Композитный аминовый абсорбент по п. 1, в котором массовое отношение соединения, содержащего простую эфирную связь, к диамину, как и соотношение смешивания диамина и первого соединения, содержащего простую эфирную связь, составляет от 0,99 до 7,8.
10. Композитный аминовый абсорбент по п. 3, в котором соотношение смешивания ((пиперазин + второе соединение, содержащее простую эфирную связь)/моноэтаноламин или 2-амино-2-метил-1-пропанол) пиперазина и второго соединения, содержащего простую эфирную связь, к моноэтаноламину или 2-амино-2-метил-1-пропанолу составляет от 0,35 до 1,1.
11. Композитный аминовый абсорбент по п. 3, в котором массовое отношение второго соединения, содержащего простую эфирную связь, к пиперезину, как и соотношение смешивания пиперазина и второго соединения, содержащего простую эфирную связь, составляет от 0,99 до 7,8.
12. Устройство для удаления CO2, включающее:
абсорбер, который приводит газ, содержащий CO2, в контакт с абсорбентом для удаления CO2 из газа; и
регенератор абсорбента, который удаляет CO2 из обогащенного раствора, в котором абсорбент абсорбировал CO2 в абсорбере, с получением обедненного раствора;
обедненный раствор повторно используется в абсорбере; при этом
устройство использует в качестве абсорбента композитный аминовый абсорбент по любому из предшествующих пп. 1-11.
13. Устройство для удаления CO2 по п. 12, в котором температура в абсорбере во время контакта газа с абсорбентом составляет от 30 до 80°C, а температура для получения обедненного раствора в регенераторе абсорбента составляет 110°C или выше.
14. Устройство для удаления CO2 по п. 12 или 13, в котором парциальное давление CO2 на входе абсорбера является низким парциальным давлением, составляющим 0,003-0,1 МРа.
15. Способ удаления CO2, включающий:
приведение газа, содержащего CO2, в контакт с абсорбентом для удаления CO2 в абсорбере из газа;
удаление CO2 из обогащенного раствора, в котором абсорбент абсорбировал CO2, с получением обедненного раствора в регенераторе абсорбента; и
повторное использование обедненного раствора для удаления CO2 из газа в абсорбере; при этом
в качестве абсорбента используется композитный аминовый абсорбент по любому из предшествующих пп. 1-11.
16. Способ удаления CO2 по п. 15, согласно которому температура в абсорбере во время контакта газа с абсорбентом составляет от 30 до 80°C, а температура для получения обедненного раствора в регенераторе абсорбента составляет 110°C или выше.
17. Способ удаления CO2 по п. 15 или 16, согласно которому парциальное давление CO2 на входе абсорбера является низким парциальным давлением, составляющим 0,003-0,1 МРа.
