ВОДНАЯ КОМПОЗИЦИЯ С АЛКАНОЛАМИНОМ И СПОСОБ УДАЛЕНИЯ КИСЛЫХ ГАЗОВ ИЗ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ Российский патент 2017 года по МПК B01D53/14 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к композиции, содержащей водный раствор кислоты или кислотообразующего вещества и алканоламин, предпочтительно 3-(диметиламино)-1,2-пропандиол, и к способу применения указанной водной композиции для удаления кислых газов, таких как СО₂, СОS и H₂S, из газовых смесей, предпочтительно для удаления H₂S из газовых смесей в условиях, когда водный раствор обладает повышенной температурой.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Потоки текучих сред, поступающие из природных газовых резервуаров нефтяных или угольных пластов, часто содержат значительное количество кислых газов, например диоксида углерода (СО₂), сероводорода (H₂S), диоксида серы (SО₂), дисульфида углерода (СS₂), циановодорода (HCN), сернистого карбонила (COS) или меркаптанов, в качестве примесей. Упомянутые потоки текучих сред могут представлять собой газ, жидкость или их смеси, например, такие газы, как природный газ, газ нефтепереработки, газообразные углеводороды пиролиза сланцев, синтез-газ и т.п., и такие жидкости, как сжиженный нефтяной газ (liquefied petroleum gas - LPG) и газоконденсатная жидкость (natural gas liquid - NGL).

Известны и описаны в литературе различные способы и композиции для удаления кислых газов. Хорошо известен способ обработки газовых смесей водными аминовыми растворами с целью удаления кислых газов. Обычно водный аминовый раствор приводят в контакт с газовой смесью, содержащей кислые газы, в режиме противотока при низкой температуре и высоком давлении в абсорбционной колонне. Водный аминовый раствор, как правило, содержит алканоламин, такой как триэтаноламин (ТЕА), метилдиэтаноламин (MDEA), диэтаноламин (DEA), моноэтаноламин (МЕА), диизопропаноламин (DIPA) или 2-(2-аминоэтокси)этанол (иногда именуемый дигликольамин или DGA). В некоторых случаях в сочетании с алканоламинами используют ускоритель, например пиперазин и MDEA, как описано в USP 4336233, 4997630 и 6337059, которые во всей своей полноте включаются в настоящий документ путем ссылки. В качестве альтернативы в ЕР 0134948 описано смешивание кислоты с подобранным щелочным материалом, таким как MDEA, для обеспечения улучшенного удаления кислого газа. Однако в ЕР 0134948 указано, что только выборочный класс щелочных материалов, смешанных с кислотой, пригоден в качестве водных щелочных растворов для обеспечения улучшенного удаления кислого газа.

Было показано, что третичные амины, такие как 3-диметиламино-1,2-пропандиол (DMAPD), эффективно удаляют СО₂ из газовых смесей (см. USP 5736116). Кроме того, было показано, что в определенных процессах, таких как процесс удаления сероводорода из высокосернистого газа (Girbitol process), третичные амины эффективно удаляют H₂S, но демонстрируют снижение эффективности при повышенной температуре («Organic Amines-Girbitol Process», Bottoms, R.R., The Science of Petroleum, volume 3, Oxford University Press, 1938, рр. 1810-1815).

Хотя упомянутые выше соединения эффективны, каждому из них свойственны ограничения, которые сужают универсальность их применения. В частности, было бы желательно иметь водную композицию, содержащую алканоламин, для удаления H₂S из газовых смесей и/или водный раствор алканоламина, эффективный с точки зрения удаления кислых газов с рентабельной производительностью, когда водный раствор используется при повышенной температуре, например более 140°F (60°С).

В этой связи имеется потребность в водном растворе алканоламина и способе использования упомянутого раствора, эффективном при удалении сероводорода из газовых смесей и/или удаления кислых газов при повышенной рабочей температуре.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к композиции водного раствора алканоламина и к способу использования указанной композиции водного раствора алканоламина для удаления кислых газов, предпочтительно удаления сероводорода посредством взаимодействия с газовыми смесями, содержащими указанные кислые газы, предпочтительно, когда температура водного раствора алканоламина больше или равна 140°F (60°С), при этом упомянутая композиция содержит (i) аминосоединение предпочтительно в количестве от 0,1 до 75 массовых процентов, имеющее общую формулу

R¹R²NCH₂CH(OH)CH₂OH (1)

где R¹ и R² независимо друг от друга представляют низшие алкильные группы, состоящие из 1-3 атомов углерода, например метильные, этильные, пропильные и изопропильные группы, более предпочтительными группами R¹ и R² являются метильные и этильные группы, особенно предпочтительные аминосоединения включают 3-(диметиламино)-1,2-пропандиол, в котором обе группы R¹ и R² являются метильными, и 3-(диэтиламино)-1,2-пропандиол, в котором обе группы R¹ и R² являются этильными; (ii) кислоту или кислотообразующее вещество предпочтительно в количестве от 0,1 до 25 массовых процентов, такой как органическая или неорганическая кислота со значением рКа, равным 8 или меньше, предпочтительно 7 или меньше, более предпочтительно 6 или меньше; (iii) одно или более дополнительных аминосоединений предпочтительно в количестве от 0 до 75 массовых процентов, которые отличаются от аминосоединения, описанного выше в пункте (i), предпочтительные дополнительные аминосоединения включают одну или более третичных аминогрупп, и (iv) необязательно физический растворитель, предпочтительно, выбранный из циклотетраметиленсульфона, диметиловых эфиров полиэтиленгликоля, 1,3-диметил-3,4,5,6-тетрагидро-2(1Н)-пиримидинона, N-формилморфолина, N-ацетилморфолина, монометилового эфира триэтиленгликоля или их смесей.

При этом массовые проценты даны в расчете на общую массы водного раствора алканоламина.

В одном из вариантов осуществления изобретения аминосоединение (i) предпочтительно представляет собой 3-(диметиламино)-1,2-пропандиол или 3-(диэтиламино)-1,2-пропандиол.

В одном из вариантов осуществления изобретения предпочтительно кислота (ii) является ортофосфорной кислотой, серной кислотой, борной кислотой, муравьиной кислотой или соляной кислотой.

В одном из вариантов осуществления изобретения способ дополнительно включает стадию десорбции водного раствора алканоламина паром так, что образуется обедненный сероводородом водный раствор алканоламина, который может быть использован на упомянутой стадии контакта.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 показана принципиальная технологическая схема процесса абсорбции, соответствующего изобретению.

На фиг. 2 представлен график концентрации H₂S в очищенной газовой смеси относительно скорости циркуляции абсорбента.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Водный растворитель изобретения представляет собой водный раствор амина, содержащий соединение алканоламина и кислоту или кислотообразующее вещество. Аминосоединение, пригодное для водных растворов алканоламина изобретения, имеет общую формулу

R¹R²NCH₂CH(OH)CH₂OH (1)

где R¹ и R² независимо друг от друга представляют низшие алкильные группы, состоящие из 1-3 атомов углерода, например метильные, этильные, пропильные и изопропильные группы. Более предпочтительными группами R¹ и R² являются метильные и этильные группы. Особенно предпочтительные аминосоединения включают 3-(диметиламино)-1,2-пропандиол, в котором обе группы R¹ и R² являются метильными, и 3-(диэтиламино)-1,2-пропандиол, в котором обе группы R¹ и R² являются этильными.

Водный раствор алканоламина изобретения содержит алканоламин в количестве, больше или равном 0,1 массовых процентов, предпочтительно больше или равном 5 массовым процентам, более предпочтительно больше или равном 10 массовым процентам, еще более предпочтительно больше или равном 20 массовым процентам, при этом массовые проценты даны в расчете на общую массу водного раствора. Водный раствор алканоламина изобретения содержит алканоламин в количестве, меньше или равном 75 массовым процентам, предпочтительно меньше или равном 65 массовым процентам, более предпочтительно меньше или равном 55 массовым процентам, еще более предпочтительно меньше или равном 50 массовым процентам, при этом массовые проценты даны в расчете на общую массу водного раствора.

Пригодные кислоты или кислотообразующие вещества, которые могут быть использованы в соответствии с изобретением, можно охарактеризовать как сильные кислоты, к которым относится любая органическая или неорганическая кислота со значением рКа, равным 8 или менее, предпочтительно 7 или менее, более предпочтительно 6 или менее. К пригодным для использования кислотам принадлежат ортофосфорная кислота, которая является предпочтительной из-за своей низкой коррозионной активности, фосфорная кислота, борная кислота, соляная кислота, серная кислота, сернистая кислота, азотистая кислота, пирофосфорная кислота, теллуровая кислота и т.п. В качестве пригодных кислот включаются также органические кислоты, такие как уксусная кислота, муравьиная кислота, адипиновая кислота, бензойная кислота, н-масляная кислота, хлоруксусная кислота, лимонная кислота, глутаровая кислота, молочная кислота, малоновая кислота, щавелевая кислота, о-фталевая кислота, янтарная кислота, о-толуиловая кислота и т.п. Кроме того, могут быть использованы кислотообразующие вещества, которые способны образовывать кислоты при контакте с водой. Кислоты, образовавшиеся из таких кислотообразующих веществ, пригодных в соответствии с изобретением, имеют значение рКа, равное 8 или меньше, предпочтительно 7 или меньше, более предпочтительно 6 или меньше. Пригодным кислотообразующим веществом является диоксид серы.

Водный раствор алканоламина изобретения содержит кислоту и/или кислотообразующее вещество в количестве, больше или равном 0,1 массовых процентов, предпочтительно больше или равном 0,5 массовых процентов, более предпочтительно больше или равном 1 массовому проценту, при этом массовые проценты даны в расчете на общую массу водного раствора. Водный раствор алканоламина изобретения содержит кислоту и/или кислотообразующее вещество в количестве, меньше или равном 25 массовым процентам, предпочтительно меньше или равном 10 массовым процентам, более предпочтительно меньше или равном 5 массовым процентам, еще более предпочтительно меньше или равном 2,5 массовым процентам, при этом массовые проценты даны в расчете на общую массу водного раствора.

Композиции водного абсорбента изобретения могут необязательно включать одно или более дополнительных аминосоединений. Предпочтительно дополнительное аминосоединение является отличным, или вторым, алканоламином, не описываемым формулой (1), приведенной выше, таким как трис(2-гидроксиэтил)амин (триэтаноламин, ТЕА); трис(2-гидроксипропил)амин (триизопропанол); трибутаноламин; бис(2-гидроксиэтил)метиламин (метилдиэтаноламин, MDEA); 2-диэтиламиноэтанол (диэтилэтаноламин, DЕЕА); 2-диметиламиноэтанол (диметилэтаноламин, DМЕА); 3-диметиламино-1-пропанол; 3-диэтиламино-1-пропанол; 2-диизопропиламиноэтанол (DIEA); н,н-бис(2-гидроксипропил)метиламин (метилдиизопропаноламин, MDIPA); н,н'-бис(2-гидроксиэтил)пиперазин (дигидроксиэтилпиперазин, DiНЕР); диэтаноламин (DEA); 2-(трет-бутиламино)этанол; 2-(трет-бутиламиноэтокси)этанол; или 2-амино-2-метилпропанол (АМР), 2-(2-аминоэтокси)этанол.

Предпочтительные дополнительные аминосоединения включают одну или несколько третичных аминогрупп.

Предпочтительно дополнительное аминосоединение включает одну стерически затрудненную аминогруппу. Композиции водного абсорбента, включающие соединение 1-гидроксиэтил-4-перидинилпиперазина и амин, имеющий одну или несколько стерически затрудненных аминогрупп, является особенно предпочтительным с точки зрения удаления H₂S.

Если необязательное аминосоединение присутствует, его количество в водном растворе алканоламина может лежать в диапазоне от больше или равного 0,1 массовых процентов, предпочтительно больше или равного 1 массовому проценту, более предпочтительно больше или равного 5 массовым процентам в расчете на общую массу водного раствора алканоламина. Если необязательное аминосоединение присутствует, его количество в водном растворе алканоламина может лежать в диапазоне до меньше или равного 75 массовым процентам, предпочтительно меньше или равного 50 массовым процентам, более предпочтительно меньше или равного 25 массовым процентам относительно общей массы водного раствора алканоламина.

Для удаления H₂S из газовой смеси температура водного раствора алканоламина, который приводят в контакт с подлежащим обработке газом, должна быть больше или равна 120°F (49°С), предпочтительно больше или равна 130°F (54°С), более предпочтительно больше или равна 140°F (60°С), еще более предпочтительно больше или равна 150°F (65°С).

Помимо аминосоединения и воды водный раствор алканоламина может содержать одно или более других соединений, применяемых при обработке текучих сред в соответствии с хорошо известными способами. Примерами соединений, которые могут необязательно применяться, являются, помимо прочего, одно или более соединений из следующих: пеногасители; физические растворители, включая гликоли и их простые моно- и диэфиры или сложные эфиры, амиды алифатических кислот, N-алкилированные пирролидоны, сульфоны, сульфоксиды и т.п.; антиоксиданты; ингибиторы коррозии; пленкообразователи; хелатообразующие агенты, такие как металлы; регуляторы рН, такие как щелочные соединения и т.п. Количество этих необязательных компонентов не имеет решающего значения, однако может быть применено эффективное количество, соответствующее известным способам.

Помимо аминосоединения, кислоты и необязательного одного или более других соединений, используемых при обработке текучих сред, водный раствор алканоламина может содержать физический растворитель. Предпочтительно такой растворитель, как циклотетраметиленсуфон (доступный под торговой маркой SULFOLANE), диметиловые эфиры полиэтиленгликоля (доступные под торговой маркой SELEXOL компанией Dow Chemical Company) и монометиловый эфир триэтиленгликоля (TGME или METHOXYTRIGLYCOL от Dow Chemical Company), 1,3-диметил-3,4,5,6-тетрагидро-2(1Н)-пиримидинон, N-формилморфолин, N-ацетилморфолин или их смеси.

Если физический растворитель присутствует, его количество в водном растворе алканоламина может быть больше или равно 1 массовому проценту, предпочтительно больше или равно 5 массовым процентам, более предпочтительно больше или равно 10 массовым процентам в расчете на общую массу водного раствора алканоламина. Если физический растворитель присутствует, его количество в водном растворе алканоламина может быть меньше или равно 75 массовым процентам, предпочтительно меньше или равно 65 массовым процентам, более предпочтительно меньше или равно 50 массовым процентам в расчете на общую массу водного раствора алканоламина.

Изобретение имеет широкий спектр применения в нефтехимической и энергетической промышленности. Например, изобретение может быть использовано для обработки потоков текучих сред, газов, жидкостей или смесей в ходе переработки нефти, обработки высокосернистого газа, обработки газа конверсии угля паром, обработки опасных выбросов дымовых газов, обработки свалочных газов и в новом поколении устройств для борьбы с опасными выбросами в целях безопасности человека.

Потоки текучих сред, подлежащие обработке способом изобретения, содержат смесь кислых газов, которая включает H₂S и необязательно может включать другие газы, такие как СО₂, N₂, СН₄, С₂Н₆, С₃Н₈, Н₂, СО, Н₂О, COS, HCN, NH₃, О₂, меркаптаны и т.п. Часто такие газовые смеси находятся в газообразных продуктах горения, газах нефтепереработки, бытовом газе, природном газе, синтез-газе, хвостовом газе, водяном газе, пропане, пропилене, тяжелых углеводородных газах и т.д. При этом водный раствор алканоламина особенно эффективен, когда поток текучей среды представляет собой газовую смесь, полученную, например, в виде ретортного газа при перегонке сланцевой нефти, обработке сланцевого угля или при газификации тяжелой нефти путем паровоздушной или парокислородной термической конверсии тяжелого нефтяного остатка до газов и жидкостей с меньшим молекулярным весом или в ходе операций по очистке хвостовых газов завода по извлечению серы.

Предпочтительно способ изобретения применяют для удаления H₂S из потока газа, содержащего H₂S, необязательно, в присутствии одной или более других примесей, представляющих собой кислый газ, например СО₂, N₂, СН₄, С₂Н₆, С₃Н₈, Н₂, СО, Н₂О, COS, HCN, NH₃, О₂ и/или меркаптаны. Однако изобретение может быть использовано для удаления H₂S и одного или более из СО₂, N₂, СН₄, С₂Н₆, С₃Н₈, Н₂, СО, Н₂О, COS, HCN, NH₃, О₂ и/или меркаптанов из потока газа, содержащего H₂S и один или более компонентов из СО₂, SO₂, CS₂, HCN, COS и/или меркаптанов.

Стадия абсорбции изобретения, как правило, включает приведение потока текучей среды, предпочтительно газовой смеси, в контакт с водным раствором алканоламина в любом пригодном для обеспечения контакта резервуаре, примеры характерных процессов абсорбции см. в USP 5736115 и 6337059, описание которых во всей полноте включается в настоящий документ путем ссылки. В этих процессах поток текучей среды, содержащий H₂S, необязательно СО₂ и другие примеси, из которого нужно удалить H₂S, может быть приведен в тесный контакт с водным раствором алканоламина при помощи традиционных средств, таких как колонна или резервуар, например, с кольцевой насадкой или сетчатами тарелками, или барботажным реактором.

В типичном порядке применения изобретения на практике стадию абсорбции осуществляют путем подачи потока текучей среды в нижнюю часть абсорбционной колонны, тогда как свежий водный раствор алканоламина подают в верхнюю часть этой колонны. Поток текучей среды, по большей части лишенный H₂S (иногда называемый обработанным или очищенным газом), выходит из верхней части колонны, а насыщенный водный раствор алканоламина, который содержит абсорбированный H₂S, выходит из колонны в нижней части или через дно. Температура композиции абсорбента на входе на стадию абсорбции лежит предпочтительно в диапазоне от 120°F (49°С) до 210°F (99°С), более предпочтительно от 140°F (60°С) до 200°F (93°С). Давление может изменяться в широком диапазоне; приемлемые величины давления в абсорбере составляют от 5 до 2000 psi (34 кПа – 13,8 МПа), предпочтительно от 20 до 1500 psi (138 кПа – 10,3 МПа), наиболее предпочтительно от 25 до 1000 psi (172 кПа – 6,9 МПа). Взаимодействие происходит в таких условиях, когда H₂S предпочтительно абсорбируется раствором. Условия абсорбции и условия в устройстве проектируют так, чтобы свести к минимуму время пребывания водного раствора алканоламина в абсорбере с целью уменьшения захватывания СО₂ и в то же время, чтобы времени пребывания было достаточно для того, чтобы во время контакта потока текучей среды с водной композицией абсорбента абсорбировалось максимальное количество газообразного H₂S. Для потоков текучих сред с низким парциальным давлением, которые встречаются в процессах термической конверсии, требуется меньше водного раствора алканоламина в тех же условиях абсорбции, чем для потоков текучих сред с более высоким парциальным давлением, таких как ретортные газы при перегонке сланцевой нефти.

Типичная процедура для фазы удаления H₂S данного способа включает абсорбцию H₂S в процессе противоточного контакта газообразной смеси, содержащей H₂S и СО₂, с водным раствором алканоламина, содержащим аминосоединение, в колонне, оборудованной множеством тарелок, при температуре по меньшей мере 120°F (49°С) и при скорости газа по меньшей мере 0,3 фут/с (0,09 м/с) (относительно «активной» или продуваемой поверхности тарелки) в зависимости от рабочего давления газа, при этом в указанной тарельчатой колонне имеется менее 20 тарелок, на которых происходит взаимодействие, и, как правило, используется, например, от 4 до 16 тарелок.

После взаимодействия потока текучей среды с водным раствором алканоламина, который становится насыщенным или частично насыщенным H₂S, этот раствор может быть, по меньшей мере частично, регенерирован, после чего он может быть рециркулирован в абсорбер. Как и абсорбция, регенерация может происходить в одной жидкой фазе. Регенерация или десорбция кислых газов из водного раствора алканоламина может быть осуществлена традиционными средствами нагревания, расширения, отгонки инертной текучей средой или их сочетания, например снижения давления раствора или увеличения температуры до величины, при которой абсорбированный H₂S испаряется, или путем подачи раствора в резервуар с конструкцией, подобной используемому на стадии абсорбции, в верхнюю часть этого резервуара и пропускания в восходящем направлении через этот резервуар инертного газа, такого как воздух или азот или предпочтительно пар. Температура раствора на стадии регенерации должна лежать в диапазоне от 120°F (49°С) до 210°F (99°С), предпочтительно от 140°F (60°С) до 200°F (93°С), давление раствора во время регенерации должно составлять от 0,5 psi (3 кПа) до 100 psi (689 кПа), предпочтительно от 1 psi (7 кПа) до 50 psi (345 кПа). После очистки, по меньшей мере, от части газообразного H₂S водный раствор алканоламина может быть рециркулирован в устройство абсорбции. Если нужно, может быть добавлен свежий абсорбент.

В предпочтительной процедуре регенерации обогащенный H₂S водный раствор алканоламина направляют в регенератор, где абсорбированные компоненты десорбируют паром, который получают, доводя раствор до кипения. Давление в испарительном барабане и десорбционной секции обычно составляет от 1 psi (7 кПа) до 50 psi (345 кПа), предпочтительно от 15 psi (103 кПа) до 30 psi (207 кПа), температура, как правило, лежит в диапазоне от 120°F (49°С) до 340°F (171°С), предпочтительно от 170°F (77°С) до 250°F (121°С). Температуры десорбции и вскипания, конечно, будут зависеть от давления в десорбционной секции; так, при давлении в десорбционной секции от 15 до 30 psi (103-207 кПа) температура десорбции будет составлять от 170°F до 250°F (77°С - 121°С). Нагревание раствора, подлежащего регенерации, надлежащим образом может быть достигнуто путем опосредованного нагрева паром низкого давления. Однако также возможно использование прямого впрыскивания пара. Полученный в результате обедненный сероводородом водный раствор алканоламина может быть использован для взаимодействия с газовой смесью, содержащей H₂S.

Предпочтительно чистый газ содержит H₂S в количестве, меньше или равном 10 частей на миллион H₂S, что отвечает некоторым природоохранным нормативам, более предпочтительно меньше или равном 4 части на миллион H₂S, что отвечает предпочтительным требованиям трубопроводной транспортировки.

Один из предпочтительных вариантов осуществления изобретения включает осуществление способа изобретения непрерывно, то есть как непрерывный процесс. Однако этот способ может осуществляться в периодическом или полунепрерывном режиме. Выбор типа применяемого процесса зависит от условий, используемого оборудования, типа и объема газового потока и других факторов, очевидных специалистам в данной области, основывающихся на настоящем описании.

ПРИМЕРЫ

Примеры 1-12 представляют собой водные растворы аминового абсорбента, содержащие 50 массовых частей алканоламина, 50 массовых частей деионизированной воды и, необязательно, 1 или 2 массовые части кислоты, при этом массовые части даны в расчете на общую массу водного раствора аминового абсорбента. Газовый поток, включающий синтетическую смесь, содержащую 4,2 процента H₂S, 16 процентов СО₂ и 79,8 процента N₂, при этом проценты даны по объему, обрабатывали в абсорбере экспериментального масштаба с целью удаления H₂S и СО₂. Для каждого водного раствора аминового абсорбента проводили обработку газового потока при трех различных величинах расхода. Составы, параметры процесса и остаточные концентрации H₂S и СО₂ для примеров 1-12 приведены в таблице 1.

В таблице 1:

«MDEA» означает 98% метилдиэтаноламин, поставляемый Dow Chemical Company;

«DMAPD» означает 98% 3-диметиламино-1,2-пропандиол, поставляемый АК Scientific; и

«Н₃РО₄» означает 85% ортофосфорную кислоту, поставляемую Fisher Scientific.

Водный раствор аминового абсорбента подавали в абсорбер экспериментального масштаба, показанный на фиг. 1, по подводящей линии 5 в верхнюю часть газожидкостной противоточной насадочной адсорбционной колонны 2. Поток газа подавали по подводящей линии 1 в нижнюю часть колонны 2 с расходом газа 10 литров в минуту. Давление в абсорбере поддерживали равным 238 psia (1,6 МПа абс.). Чистый газ (то есть с уменьшенным содержанием H₂S и СО₂) отводили из верхней части абсорбера 2 по линии 3, остаточные концентрации H₂S и СО₂ определяли путем газохроматографического (ГХ) анализа. Водный аминовый раствор, насыщенный H₂S и СО₂, спускался в нижнюю часть абсорбера, откуда его отводили по линии 4.

Давление водного амина в линии 4 уменьшали при помощи клапана 8 регулирования уровня и направляли по линии 7 в теплообменник 9, в котором насыщенный водный раствор нагревали. Горячий насыщенный раствор поступал в верхнюю часть регенератора 12 по линии 10. Регенератор был оборудован неупорядоченной насадкой, облегчающей десорбцию газообразных H₂S и СО₂. Давление в регенераторе установили равным 17 psia (117 кПа абс.). Газы направляли по линии 13 в конденсатор 14, где происходило охлаждение и конденсация какого-либо остаточного количества воды и амина. Затем газы подавали в сепаратор 15, где сконденсировавшуюся жидкость отделяли от паровой фазы. Сконденсировавшийся водный раствор подавали насосом 22 по линии 16 в верхнюю часть регенератора 12. Газы, оставшиеся после конденсации, отводили по линии 17 для окончательного сбора и/или ликвидации. Регенерированный водный раствор стекал в нижнюю часть регенератора 12 в спаренный с ним ребойлер 18. В ребойлере 18, оборудованном электронагревательным устройством, происходило испарение части водного раствора и отгонка каких-либо оставшихся газов. Пар поднимался из ребойлера и снова попадал в регенератор 12, смешивался со стекающей жидкостью, после чего отводился по линии 13 и направлялся на стадию конденсации данного процесса. Регенерированный водный раствор отводили из ребойлера 18 по линии 19 и охлаждали в теплообменнике 20, затем насосом 21 снова подавали в абсорбер 2 по подводящей линии 5.

Расход водного аминового абсорбента определяли путем медленного снижения до тех пор, пока не происходило резкого увеличения количества H₂S в линии 3 очищенного газа.

Результаты примеров 1-12 представлены на графике, приводимом на фиг. 2. Концентрация H₂S в объемный частях на миллион (ppmv) нанесена на график в зависимости от расхода амина в кубических сантиметрах в минуту (cc/min).

Таблица 1 Пример 1* 2* 3* 4* 5* 6* 7 8 9 10 11 12 Композиция абсорбента MDEA 50 50 50 DMAPD 50 50 50 50 50 50 50 50 50 Н₃РО₄ 1 1 1 1 1 1 2 2 2 Вода 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 Расход адсорбента, см³/мин 36,4 24,9 21,4 26,7 22,5 19,7 24,9 22,3 17,5 24,6 20,2 17,1 ГХ анализ газа на выходе СО₂, ppmv 4,6 8 9,2 5,1 7,5 7,5 7,2 8,5 9,8 6 8 9,1 H₂S, ppmv 7,6 71 370 44 99 228 21,4 44 410 2,5 16 155 Температура обедненного раствора, °F (°С) 152
66,7 152
66,7 152
66,7 150
65,5 150
65,5 150
65,5 151
66,1 151
66,1 151
66,1 150
65,5 150
65,5 150
65,5 Температура газа на входе, °F (°С) 128
53,3 128
53,3 128
53,3 129
53,9 129
53,9 129
53,9 128
53,3 128
53,3 128
53,3 129
53,9 129
53,9 129
53,9 * не является примером изобретения

Изобретение относится к водному раствору алканоламина для удаления сероводорода из газовых смесей. Описан водный раствор алканоламина для удаления сероводорода из газовых смесей, содержащий: (i) аминосоединение общей формулы, где R¹ и R² независимо друг от друга представлены метильной, этильной, пропильной или изопропильной группами, (ii) кислоту со значением рКа, равным 8 или меньше, или кислотообразующее вещество, способное образовывать в водной среде кислоту со значением рКа, равным 8 или меньше, и (iii) необязательно, одно или более аминосоединений, которые отличаются от (i). Также описан способ удаления сероводорода из газовой смеси. Технический результат: получен состав для эффективного удаления сероводорода из газовых смесей и/или удаления кислых газов при повышенной рабочей температуре. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил., 12 пр.

1. Водный раствор алканоламина для удаления сероводорода из газовых смесей, содержащий

(i) аминосоединение общей формулы

где R¹ и R² независимо друг от друга представлены метильной, этильной, пропильной или изопропильной группами,

(ii) кислоту со значением рКа, равным 8 или меньше, или кислотообразующее вещество, способное образовывать в водной среде кислоту со значением рКа, равным 8 или меньше, и

(iii) необязательно одно или более аминосоединений, которые отличаются от (i).

2. Водный раствор алканоламина по п. 1, в котором

(i) аминосоединение присутствует в количестве от 0,1 до 75 массовых процентов,

(ii) кислота присутствует в количестве от 0,1 до 25 массовых процентов, и

(iii) необязательное аминосоединение присутствует в количестве от 0 до 75 массовых процентов,

при этом массовые проценты представлены в расчете на общую массу водного раствора алканоламина.

3. Водный раствор алканоламина по п. 1, в котором аминосоединение (i) представляет собой 3-(диметиламино)-1,2-пропандиол или 3-(диэтиламино)-1,2-пропандиол.

4. Водный раствор алканоламина по п. 1, в котором кислота является ортофосфорной кислотой, серной кислотой, борной кислотой, муравьиной кислотой или соляной кислотой.

5. Водный раствор алканоламина по п. 1, дополнительно содержащий

(iv) физический растворитель.

6. Водный раствор алканоламина по п. 5, в котором физический растворитель (iv) выбран из циклотетраметиленсульфона, диметиловых эфиров полиэтиленгликоля, 1,3-диметил-3,4,5,6-тетрагидро-2(1Н)-пиримидинона, N-формилморфолина, N-ацетилморфолина, монометилового эфира триэтиленгликоля или их смесей.

7. Способ удаления сероводорода из газовой смеси, содержащей сероводород, включающий стадию приведения газовой смеси во взаимодействие с водным раствором алканоламина по любому из пп. 1-6.

8. Способ по п. 7, в котором температура водного раствора алканоламина больше или равна 140°F (60°С).

9. Способ по пп. 7 и 8, дополнительно включающий стадию десорбции водного раствора алканоламина паром с образованием обедненного сероводородом водного раствора алканоламина, который может быть использован на указанной стадии взаимодействия.