КОМПОЗИТНЫЙ АМИННЫЙ АБСОРБЕНТ, УСТАНОВКА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ И СПОСОБ УДАЛЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК B01D53/14 B01D53/18 B01D53/52 B01D53/62 B01D53/78 B01D53/96 C07D233/70 C07D263/02 

Область изобретения, к которой относится изобретение

Настоящее раскрытие относится к композитному аминному абсорбенту, установке для удаления и способу удаления.

Предпосылки создания изобретения

В последние годы парниковый эффект, вызванный CO₂, был указан как одна из причин явления глобального потепления, и поэтому меры противодействия явлению глобального потепления стали важной задачей в защите глобальной окружающей среды. Источники CO₂ включают все области человеческой деятельности, в которых сжигается ископаемое топливо, и требования к сокращению выбросов CO₂ имеют тенденцию все больше и больше возрастать. Учитывая эту тенденцию, способы приведения отработанных газов котлов в контакт с абсорбентом CO₂ на основе амина с целью удаления и извлечения CO₂ из отработанных газов, а также способы хранения извлеченного CO₂ без выброса извлеченного CO₂ в атмосферу интенсивно изучались для применения на предприятиях по генерации электроэнергии, использующих большое количество ископаемого топлива, таких как тепловые электростанции. В качестве процесса удаления и извлечения CO₂ из отработанных газов с использованием абсорбента CO₂ на основе амина используется процесс приведения отработанного газа в контакт с абсорбентом CO₂ в абсорбере, нагревания абсорбента, который поглотил CO₂, в регенераторе, а также выделение CO₂ и повторное использование абсорбента путем регенерации абсорбента и циркуляции регенерированного абсорбента в абсорбере.

В качестве абсорбента CO₂, например, был разработан абсорбент, включающий соединения аминов (см. патентную литературу 1-5).

Список цитирования

Патентная литература

Патентная литература 1: Японская выложенная патентная заявка No. 2018-183729

Патентная литература 2: Японская выложенная патентная заявка No. 2020-022933

Патентная литература 3: Японская выложенная патентная заявка No. 2020-044489

Патентная литература 4: Опубликованный японский перевод международной публикации PCT для патентной заявки No. 2007-527791

Патентная литература 5: Японская выложенная патентная заявка No. 2018-122278

Патентная литература 6: Японский патент No. 6841676

Краткое описание сущности изобретения

Техническая проблема

Применение абсорбентов, описанных в патентной литературе 1-5, позволяет отделить по меньшей мере один из CO₂ и H₂S, входящих в состав целевого технологического газа, от этого газа с помощью абсорбента. В таком случае, поскольку поглощающая способность абсорбента становится лучше, абсорбент может более эффективно извлекать CO₂ и H₂S, которые необходимо абсорбировать. В таком случае, абсорбент, имеющий низкую эффективность высвобождения поглощенного CO₂ и H₂S, приводит к необходимости большего количества энергии для высвобождения CO₂ и H₂S из абсорбента и, таким образом, повышение эффективности установки ограничивается.

С учетом вышеуказанной проблемы задачей настоящего раскрытия является предоставление композитного аминного абсорбента, установки для удаления и способа удаления, в котором поглощающая способность является превосходной и поглощенные CO₂ и H₂S могут эффективно высвобождаться.

Решение проблемы

Для решения вышеуказанной проблемы композитный аминный абсорбент по настоящему раскрытию поглощает по меньшей мере один из CO₂ и H₂S в газе.

Композитный аминный абсорбент включает:

моноамин с линейной цепью (a);

диамин (b);

циклическое соединение (c), представленное следующей химической формулой:

где R¹: любой остаток, выбранный из водорода, углеводородной группы с числом атомов углерода от 1 до 4 и гидроксиалкильной группы.

R²: кислород или N-R³, и

R³: любой остаток, выбранный из водорода, углеводородной группы с числом атомов углерода от 1 до 4 и гидроксиалкильной группы; а также

воду (d).

Для решения вышеуказанной проблемы в установке для удаления по настоящему раскрытию используется описанный выше композитный аминный абсорбент. Установка для удаления включает: абсорбер, сконфигурированный для приведения газа, включающего по меньшей мере один из CO₂ и H₂S, в контакт с абсорбентом для удаления по меньшей мере одного из CO₂ и H₂S; и регенератор абсорбента, сконфигурированный для регенерации раствора, поглощающего по меньшей мере один из CO₂ и H₂S. Регенерированный раствор, образующийся при удалении по меньшей мере одного из CO₂ и H₂S в регенераторе абсорбента, повторно используется в абсорбере.

Для решения вышеуказанной проблемы в способе удаления по настоящему раскрытию используется описанный выше композитный аминный абсорбент. Способ удаления включает: приведение газа, включающего по меньшей мере один из CO₂ и H₂S, в контакт с абсорбентом для удаления по меньшей мере одного из CO₂ и H₂S в абсорбере; регенерацию раствора, поглощающего по меньшей мере один из CO₂ и H₂S, в регенераторе абсорбера; и повторное использование в абсорбере раствора, регенерированного путем удаления по меньшей мере одного из CO₂ и H₂S в регенераторе абсорбера.

Полезные эффекты изобретения

В соответствии с настоящим раскрытием моноамин с линейной цепью (а), диамин (b) и циклическое соединение (с), представленное химической формулой, растворяют в воде с образованием абсорбента, посредством чего поглощенные CO₂ и H₂S могут эффективно высвобождаться и энергетическая эффективность может быть повышена, при этом абсорбент сохраняет свойства поглощения CO₂, H₂S или обоих газов за счет комплексного взаимодействия и синергетического эффекта этих соединений.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой схематический вид, иллюстрирующий конфигурацию устройства для извлечения CO₂, использующего абсорбент настоящего раскрытия.

Фиг. 2 представляет собой график, иллюстрирующий все результаты определения кратности уменьшения нагрузки ребойлера в примерах таблицы 2 и первом сравнительном примере.

Фиг. 3 представляет собой график, иллюстрирующий все результаты определения кратности уменьшения нагрузки ребойлера в примерах в таблице 3 и первом сравнительном примере.

Фиг. 4 представляет собой график, иллюстрирующий все результаты определения кратности уменьшения нагрузки ребойлера в примерах в таблице 6 и втором сравнительном примере.

Описание воплощений

Далее подходящие примеры настоящего раскрытия будут подробно описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи. Настоящее раскрытие, однако, не ограничивается этими примерами. Если существует множество примеров, настоящее раскрытие также включает конфигурации, в которых примеры комбинируются.

Композитный аминный абсорбент по настоящему раскрытию представляет собой абсорбент, поглощающий по меньшей мере один из газов CO₂ и H₂S, и содержит моноамин с линейной цепью (а), диамин (b) и циклическое соединение (с), представленное химической формулой, проиллюстрированной в «химической формуле 2», а также воду (d).

R¹: любой остаток, выбранный из водорода, углеводородной группы с числом атомов углерода от 1 до 4 и гидроксиалкильной группы.

R²: кислород или N-R³,

R³: любой остаток, выбранный из водорода, углеводородной группы с числом атомов углерода от 1 до 4 и гидроксиалкильной группы.

Иными словами, композитный аминный абсорбент представляет собой жидкость, в которой в воде растворены моноамин с линейной цепью (а), диамин (b) и циклическое соединение (c), представленное приведенной выше химической формулой. В соответствии с настоящим раскрытием моноамин с линейной цепью (а), диамин (b) и циклическое соединение (с), представленное химической формулой, растворяют в воде с образованием абсорбента, у которого свойства отгонки абсорбированного газа превосходны, и абсорбент сохраняет свойства поглощения CO₂ или H₂S или обоих газов по сравнению с газом, включающим по меньшей мере один из CO₂ и H₂S, благодаря сложной природе и синергетическому эффекту этих соединений. Иными словами, тепловая нагрузка, необходимая для высвобождения в ребойлере, может быть снижена, сохраняя при этом высокую скорость реакции абсорбента.

Здесь моноамин с линейной цепью (а) (компонент а) включает по меньшей мере один из первичного моноамина с линейной цепью (компонент а1, первичный моноалканоламин с линейной цепью), вторичного моноамина с линейной цепью (компонент а2, вторичный моноалканоламин с линейной цепью) и третичный моноамин с линейной цепью (компонент а3, третичный моноалканоламин с линейной цепью). Также может использоваться комбинация двухкомпонентных аминов с линейной цепью, состоящая из первичного моноамина с линейной цепью и вторичного моноамина с линейной цепью, комбинация двухкомпонентных аминов с линейной цепью, состоящая из первичного моноамина с линейной цепью и вторичного моноамина с линейной цепью, комбинация двухкомпонентных аминов с линейной цепью, состоящая из первичного моноамина с линейной цепью и третичного моноамина с линейной цепью, а также комбинация трехкомпонентных аминов с линейной цепью, состоящая из первичного моноамина с линейной цепью, вторичного моноамина с линейной цепью и третичного моноамина с линейной цепью.

В качестве первичного моноамина с линейной цепью (компонент a1, моноалканоламин с первичной цепью) предпочтительным является первичный моноамин, обладающий низкими стерическими свойствами (компонент a1L), или первичный моноамин, обладающий высокими стерическими свойствами (компонент a1H). Здесь в случае первичного моноамина с линейной цепью примеры первичного моноамина, обладающего низкими стерическими свойствами (компонент a1L), включают по меньшей мере одно соединение, выбранное из моноэтаноламина (МЭА), 3-амино-1-пропанола, 4-амино-1- бутанола и дигликольамина. Также может быть использована комбинация этих аминов.

В случае первичного моноамина с линейной цепью соединения, представленные химической формулой, проиллюстрированной «химической формулой 3», являются предпочтительными в качестве первичного моноамина, обладающего высокими стерическими свойствами (компонент a1H).

R11 - R13: водород или углеводородная группа с 1 - 3 атомами углерода

Конкретные примеры первичного моноамина, обладающего высокими стерическими свойствами (компонент a1H), включают по меньшей мере одно соединение, выбранное из 2-амино-1-пропанола (2А1Р), 2-амино-1-бутанола (2А1В), 2-амино-3 -метил-1-бутанол (АМБ), 1-амино-2-пропанол (1А2Р), 1-амино-2-бутанол (1А2В) и 2-амино-2-метил-1-пропанол (АМФ). Настоящее раскрытие, однако, не ограничивается этими соединениями. Также может быть использована комбинация этих аминов.

В случае вторичного моноамина с линейной цепью (a2) предпочтительными являются соединения, представленные химической формулой, проиллюстрированной «химической формулой 4».

R14: углеводородная группа с линейной цепью с 1 - 3 атомами углерода

R15: гидроксиалкильная группа с 1 - 4 атомами углерода

Конкретные примеры вторичного моноамина с линейной цепью (а2, вторичный моноалканоламин с линейной цепью) включают по меньшей мере одно соединение, выбранное из N-метиламиноэтанола, N-этиламиноэтанола, N-пропиламиноэтанола и N-бутиламиноэтанола. Настоящее раскрытие, однако, не ограничивается этими соединениями. Также может быть использована комбинация этих аминов.

В отношении третичного моноамина с линейной цепью (a3) предпочтительными являются соединения, представленные химической формулой, проиллюстрированной «химической формулой 5»

R16: углеводородная группа с 1 - 4 атомами углерода

R17: углеводородная группа или гидроксиалкильная группа с 1 - 4 атомами углерода

R18: углеводородная группа или гидроксиалкильная группа с 1 - 4 атомами углерода

Конкретные примеры третичного моноамина с линейной цепью (а3, третичный моноалканоламин с линейной цепью) включают по меньшей мере одно соединение, выбранное из N-метилдиэтаноламина, N-этилдиэтаноламина, N-бутилдиэтаноламина, 4-диметиламино-1-бутанола, 2-диметиламиноэтанола, 2-диэтиламиноэтанола, 2-ди-н-бутиламиноэтанола, N-этил-N-метилэтаноламина, 3-диметиламино-1-пропанола и 2-диметиламино-2-метил-1-пропанола. Настоящее раскрытие, однако, не ограничивается этими соединениями. Также может быть использована комбинация этих аминов.

Диамин (b) (компонент b) включает по меньшей мере один диамин, содержащий аминогруппы, имеющие одинаковое количество заместителей. Диамин, содержащий аминогруппы, имеющие одинаковое количество заместителей, предпочтительно включает по меньшей мере один диамин из первичного полиамина с линейной цепью, вторичного полиамина с линейной цепью и вторичного циклического полиамина.

Здесь примеры первичного полиамина с линейной цепью включают по меньшей мере одно соединение, выбранное из этилендиамина (EDA) и пропандиамина (PDA). Настоящее раскрытие, однако, не ограничивается этими соединениями. Примеры вторичного полиамина с линейной цепью включают по меньшей мере одно соединение, выбранное из N,N'-диметилэтилендиамина (DMEDA), N,N'-диэтилэтилендиамина (DEEDA) и N,N'-диметилпропандиамина (DMPDA). Настоящее раскрытие, однако, не ограничивается этими соединениями. Также может быть использована комбинация этих аминов.

Примеры вторичного циклического полиамина включают по меньшей мере одно соединение, выбранное из пиперазина (PZ), 2-метилпиперазина (2MPZ) и 2,5-диметилпиперазина (DMPZ). Настоящее изобретение, однако, не ограничивается этими соединениями. Также может быть использована комбинация этих аминов.

Диамин (компонент b) включает по меньшей мере один диамин, содержащий аминогруппы, имеющие одинаковое количество заместителей (b1), и по меньшей мере один линейный диамин, содержащий аминогруппы, имеющие различное количество заместителей (b2). В качестве диаминсодержащих аминогрупп, имеющих одинаковое количество заместителей (b1), можно использовать различные амины, описанные выше.

Линейный диамин, содержащий аминогруппы с различным числом заместителей (b2), удовлетворяет химической формуле, представленной в [химической формуле 6].

R⁴: любой остаток, выбранный из водорода, углеводородной группы с числом атомов углерода от 1 до 4 и гидроксиалкильной группы.

R⁵: любой остаток, выбранный из водорода, углеводородной группы с числом атомов углерода от 1 до 4 и гидроксиалкильной группы.

R⁶: гидроксиалкильная группа.

Если R⁴ не является водородом, R⁵ также не является водородом.

В качестве циклического соединения (компонент c) можно использовать различные соединения, удовлетворяющие следующей химической формуле, как описано выше.

R¹: любой остаток, выбранный из водорода, углеводородной группы с числом атомов углерода от 1 до 4 и гидроксиалкильной группы.

R²: кислород или N-R³

R³: любой остаток, выбранный из водорода, углеводородной группы с числом атомов углерода от 1 до 4 и гидроксиалкильной группы.

Здесь циклическое соединение предпочтительно представляет собой циклическое соединение, в котором R¹ в [химической формуле 7] представляет собой водород или углеводородную группу, такую же, как R¹⁴ и R¹⁶-R¹⁸, а R² представляет собой кислород, или R³ представляет собой углеводородную группу, такую же, как R¹⁴ и R¹⁶-R¹⁸.

Впоследствии соотношения смешивания каждого из компонентов (компонента А, компонента В и компонента С) предпочтительно определяют следующим образом. Общая концентрация моноамина с линейной цепью (а) (компонент а), диамина (b) (компонент b) и циклического соединения (с), удовлетворяющего химической формуле, предпочтительно составляет 20% по массе или более и 80% по массе или менее по отношению ко всему абсорбенту, более предпочтительно 30% по массе или более и 75% по массе или менее по отношению ко всему абсорбенту и еще более предпочтительно 40% по массе или более и 70% по массе или менее по отношению ко всему абсорбенту. Задание общей концентрации в этом диапазоне позволяет абсорбенту превосходно функционировать.

Моноамин с линейной цепью (а) (компонент а) предпочтительно составляет 15% по массе или более и 60% по массе или менее по отношению ко всему абсорбенту и особенно предпочтительно 20% по массе или более и 55% по массе или менее по отношению ко всему абсорбенту. Диамин (b) (компонент b) предпочтительно составляет 1% по массе или более и 25% по массе или менее по отношению ко всему абсорбенту и особенно предпочтительно 2% по массе или более и 20% по массе или менее по отношению ко всему абсорбенту. Циклическое соединение (с), удовлетворяющее химической формуле, предпочтительно составляет 1% по массе или более и 30% по массе или менее по отношению ко всему абсорбенту и еще более предпочтительно 1% по массе или более и 20% по массе или менее по отношению ко всему абсорбенту.

В качестве соотношения смешивания диамина (b) (компонент b) и циклического соединения (c) (компонент c), удовлетворяющего химической формуле, с моноамином с линейной цепью (a) (компонент a), предпочтительной является смесь в массовом соотношении ((диамин (b) + циклическое соединение (с), удовлетворяющее химической формуле)/(моноамин с линейной цепью (а)) 0,033 или более и 3,7 или менее, то есть 0,033 ≤ (b + c)/a ≤ 3,7, более предпочтительна смесь 0,067 ≤ (b + c)/a ≤ 0,75.

Соотношение в смеси диамина (b) и циклического соединения (с), удовлетворяющего химической формуле, предпочтительно представляет собой массовое соотношение диамина (b)/циклического соединения (с), удовлетворяющего химической формуле, составляющее 0,033 или более и 18 или менее. Иными словами, предпочтительна смесь 0,033 ≤ b/c ≤ 18, и более предпочтительна смесь 0,20 ≤ b/c ≤ 5,0.

В качестве соотношения воды в смеси соотношение воды (% по массе) (компонент d) в смеси определяется как остаток от общей массы моноамина с линейной цепью (а), диамина (b) и циклического соединения (c), удовлетворяющего химической формуле.

В настоящем раскрытии температура абсорбции в абсорбере согласно способу химической абсорбции во время контакта с отработанным газом, содержащим, например, CO₂, предпочтительно устанавливается в диапазоне от 30°C до 80°C. К абсорбенту, используемому в настоящем раскрытии, при необходимости добавляют ингибитор коррозии, агент, препятствующий разложению, и т.п.

В качестве парциального давления CO₂ с точки зрения применения способа химической абсорбции на входе абсорбера CO₂ во время абсорбции CO₂ в перерабатываемом газе низкое парциальное давление CO₂ (например, от 0,003 МПа до 0,1 МПа) является предпочтительным.

В настоящем раскрытии, в регенераторе, который выделяет CO₂ и подобные газы из абсорбента, в котором CO₂ и подобные газы абсорбируются, нижний предел температуры регенератора абсорбента предпочтительно составляет 110°C или более, если давление в регенераторе составляет от 130 кПа до 200 кПа (абсолютное давление). Это связано с тем, что регенерация при температуре менее 110°С требует большего объема циркуляции абсорбента в системе, что не является предпочтительным с точки зрения эффективности регенерации. Более предпочтительной является регенерация при температуре 115°С или более.

Примеры газов, подлежащих обработке согласно настоящему раскрытию, включают, но не ограничиваются, газы, образующиеся в ходе газификации угля, синтез-газы, коксовые газы, нефтяные газы, природные газы и отработанные газы. Допускаются любые газы, содержащие кислые газообразные вещества, такие как CO₂ и H₂S.

Процессы, которые можно использовать в способе настоящего раскрытия для удаления CO₂ или H₂S или обоих газов, не ограничены. Пример установки для удаления, которая удаляет CO₂, рассматривается со ссылкой на фиг. 1.

Фиг. 1 представляет собой схематический вид, иллюстрирующий конфигурацию установки извлечения CO₂ согласно Примеру 1. Как проиллюстрировано на фиг. 1, блок 12 для извлечения CO₂ в соответствии с примером 1 включает в себя блок 16 охлаждения отработанных газов, охлаждающий отработанные газы 14, включающие CO₂ и O₂, выбрасываемые из промышленных установок сжигания 13, таких как котел и газовая турбина, с использованием охлаждающей воды 15, поглотитель CO₂ 18, включающий секцию 18А извлечения CO₂, удаляющую CO₂ из отработанного газа 14 путем приведения отработанного газа 14, содержащего охлажденный CO₂, в контакт с абсорбентом CO₂ (в дальнейшем также называемым «абсорбентом») 17, поглощающим CO₂, и регенератором абсорбента 20, регенерирующим абсорбер CO₂ путем высвобождения CO2 из абсорбера CO₂ (в дальнейшем также называемого «обогащенным раствором») 19, в котором поглощается CO₂. В блоке 12 извлечения CO₂ регенерированный абсорбент CO₂ (далее также называемый «обедненным раствором») 17, из которого удалили CO₂ в регенераторе абсорбента 20, повторно используется в абсорбере 18 CO₂ в качестве абсорбента CO₂.

На фиг. 1, символ 13а отмечает дымоход, символ 13b -трубу вентиляции, а символ 34 - конденсированную воду из пара. Блок 12 извлечения CO₂ может быть установлен позже для извлечения CO₂ из существующего источника отработанных газов или может быть установлен одновременно с новым источником отработанных газов. На линии отработанного газа 14 установлена заслонка, которая может открываться и закрываться и открывается во время работы блока 12 извлечения CO₂. Источник отработанных газов настроен на закрытие, когда работа блока 12 извлечения CO2 прекращается, в то время как источник отработанных газов все еще работает.

В способе извлечения CO₂ с использованием блока 12 извлечения CO₂ давление содержащего CO₂ отработанного газа 14 из промышленных установок 13 сжигания, таких как котел и газовая турбина, сначала повышается с помощью воздуходувки 22 отработанного газа. После этого отработанный газ направляется в устройство охлаждения отработанных газов 16, охлаждается в этом устройстве охлаждающей водой 15 и направляется в абсорбер CO₂ 18.

В абсорбере CO₂ 18 отработанный газ 14 находится в противоточном контакте с абсорбентом CO₂ 17, используемым в качестве аминного абсорбента согласно этому примеру, и CO₂ из отработанного газа 14 поглощается абсорбентом CO₂ 17 посредством химической реакции. После удаления CO₂ в секции 18А регенерации CO₂ отработанный газ без CO₂ попадает в газожидкостный контакт с циркулирующей промывочной водой 21, содержащей абсорбент CO₂, подаваемый из распределителя жидкости в секцию 18B промывки в абсорбере CO₂ 18 для извлечения абсорбента CO₂ 17, сопровождающий отработанный газ без CO₂, и после этого отработанный газ 23, из которого удален CO₂, выпускается за пределы системы. Давление обогащенного раствора 19, представляющий собой абсорбент CO₂, в котором абсорбируется CO₂, повышается насосом 24 обогащенного раствора, и обогащенный раствор 19 нагревается в теплообменнике 25 обогащенного/обедненного раствора под действием обедненного раствора, который абсорбент CO₂ 17 регенерировал в регенераторе абсорбента 20, и подается в регенератор абсорбента 20.

Обогащенный раствор 19, высвобождаемый сверху внутрь абсорбирующего регенератора 20, подвергается эндотермической реакции с водяным паром, подаваемым снизу, с выделением большой части CO₂. Абсорбент CO₂, из которого часть или большая часть CO₂ была высвобождена в регенераторе абсорбента 20, называется полуобедненным раствором. Когда этот полуобедненный раствор достигает дна регенератора абсорбента 20, полуобедненный раствор превращается в абсорбент CO₂ 17, из которого удален почти весь CO₂ (обедненный раствор). Часть этого обедненного раствора 17 нагревается паром 27 в ребойлере 26 для подачи пара с целью выделения CO₂ внутрь регенератора абсорбента 20.

С другой стороны, из верхней части регенератора абсорбента 20 выводится сопутствующий СО₂ газ 28 с водяным паром, выделяющийся из обогащенного раствора 19 и полуобедненного раствора в регенераторе, водяной пар конденсируется конденсатором 29, вода отделяется в сепарационном барабане 30, а газообразный CO₂ 40 выпускается за пределы системы, отдельно сжимается компрессором 41 и извлекается. Этот сжатый и извлеченный газообразный CO₂ 42 проходит через сепарационный барабан 43, а затем закачивается в нефтяное месторождение с использованием технологии повышения нефтеотдачи (EOR) или хранится в водоносном горизонте для защиты против глобального потепления. Орошающая вода 31, которая отделяется и конденсируется от сопутствующего CO₂ газа 28 с паром в сепарационном барабане 30, подается в верхнюю часть абсорбционного регенератора 20 и на сторону промывочной воды 21 циркуляционным насосом 35 для орошающей воды. Регенерированный абсорбент CO₂ (обедненный раствор) 17 охлаждается обогащенным раствором 19 в теплообменнике 25 обогащенного/обедненного раствора, а затем давление регенерированного абсорбента CO₂ 17 повышается с помощью насоса 32 обедненного раствора, охлаждаемого обедненным раствором 33, а затем подается в абсорбер CO₂ 18. В этом воплощении описан только общий обзор установки для извлечения CO₂, а некоторые из сопутствующих блоков в описании опущены.

Далее будут описаны подходящие примеры, демонстрирующие эффекты настоящего раскрытия. Настоящее раскрытие, однако, ими не ограничивается.

Примеры

Абсорбцию CO₂ осуществляли с использованием аппарата для испытания на абсорбцию, который не показан. Фиг. 2 представляет собой график, иллюстрирующий результаты измерения зависимости кратности уменьшения нагрузки на ребойлер между трехкомпонентным композитным аминным абсорбентом (смесь, образованная растворением моноамина с линейной цепью (компонент а), диамина (компонент b) и циклического соединения (компонент c), удовлетворяющая химической формуле, в воде (компонент d)) на примерах с 1-1 по 1-18 и в сравнительном примере. Комбинации R¹ и R² циклических соединений, удовлетворяющих химической формуле, перечислены в [таблице 1] ниже, а список компонентов в примерах указан в [таблице 2] ниже. В приведенных ниже примерах концентрация (моноамина с линейной цепью (компонент а) + диамина (компонент b)) относительно всего количества была определена как от 47% по массе до 60% по массе.

Таблица 1 Химическая формула R¹ R² I-1 H O I-2 CH₃ I-3 CH₃-CH₂ I-4 CH₃-CH₂-CH₂ I-5 CH₃-CH₂-CH₂-CH₂ I-6 HO-CH₂-CH₂ I-7 H N-CH₂-CH₂-OH I-8 CH₃ I-9 CH₃-CH₂ I-10 CH₃-CH₂-CH₂ I-11 CH₃-CH₂-CH₂-CH₂ I-12 HO-CH₂-CH₂

Примеры 1-1 - 1-3

В примере 1-1 моноэтаноламин и 2-амино-2-метил-1-пропанол использовали в качестве моноаминов с линейной цепью (а) (компонент а), пиперазин использовали в качестве диамина (b) (компонент b) и циклические соединения, в которых комбинация R¹ и R² была определена по химической формуле I-6 в таблице 1, использовали в качестве циклического соединения (c) (компонент c), удовлетворяющего химической формуле, и эти соединения растворяли и смешивали в воде (компонент d) для приготовления абсорбентов. В примере 1-1 концентрация компонента (c) относительно всего количества была определена как 30% по массе.

В примере 1-2 использовали те же аминные компоненты, что и аминные компоненты в примере 1-1, и концентрация компонента (c) относительно всего количества была определена как 15% по массе. В примере 1-3 использовали те же аминные компоненты, что и аминные компоненты в примере 1-1, и концентрация компонента c относительно всего количества была определена как 5% по массе.

Впоследствии в примерах с 1-4 по 1-18 аминные компоненты были заменены по сравнению с примером 1-1, и концентрация компонента (с) относительно всего количества была определена как находящаяся в интервале от 15% по массе или более до 30% по массе или менее. Если компонент c представляет собой циклические соединения, удовлетворяющие большому количеству химических формул, концентрация компонента c относительно всего количества представляет собой общую концентрацию компонента c.

В примере 1-4 был приготовлен абсорбент, имеющий тот же состав, что и состав в примере 1-1, за исключением того, что диамин (b) (компонент b) был заменен на пропандиамин по сравнению с примером 1-1.

В примере 1-5 был приготовлен абсорбент, имеющий тот же состав, что и в примере 1-1, за исключением того, что в качестве циклического соединения (с) (компонент с), удовлетворяющего химической формуле, использовали два циклических соединения: циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-7 в таблице 1, и циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-12.

В примере 1-6 N-этиламиноэтанол использовали в качестве моноамина с линейной цепью (а) (компонент а), 2-метилпиперазин использовали в качестве диамина (b) (компонент b), и два циклических соединения: циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена была определена в соответствии с химической формулой I-9 в таблице 1, и циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-1, использовали в качестве циклических соединений (c) (компонент c), удовлетворяющих химической формуле.

В примере 1-7 был приготовлен абсорбент, имеющий тот же состав, что и в примере 1-6, за исключением того, что в качестве диамина (b) (Компонент b) использовали пиперазин, и а в качестве циклического соединения (c), удовлетворяющего химической формуле, использовали два циклических соединения: циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-3 в таблице 1, и циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-9 (компонент c).

В примере 1-8 был приготовлен абсорбент, имеющий тот же состав, что и в примере 1-6, за исключением того, что в качестве моноамина с линейной цепью (а) (компонент а) использовали N-бутиламиноэтанол, и в качестве циклических соединений (c) (компонент c), удовлетворяющих химической формуле, использовали два циклических соединения: циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-11 в таблице 1, а циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-1.

В примере 1-9 получали абсорбент, имеющий тот же состав, что и в примере 1-7, за исключением того, что в качестве моноамина с линейной цепью (а) (компонент а) использовали N-бутиламиноэтанол, и в качестве циклических соединений (c) (компонент c), удовлетворяющих химической формуле, использовали два циклических соединения: циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-5 в таблице 1, а циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-11.

В примере 1-10 в качестве моноаминов с линейной цепью (а) (компонент а) использовали N-этиламиноэтанол и 2-амино-2-метил-1-пропанол, в качестве диамина (b) (компонент b) использовали пиперазин, и в качестве циклических соединений (с) (компонент с), удовлетворяющих химической формуле, использовали два циклических соединения: циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-9 в таблице 1, и циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-1.

В примере 1-11 в качестве моноаминов с линейной цепью (а) (компонент а) использовали N-метилдиэтаноламин и 2-амино-2-метил-1-пропанол, в качестве диамина (b) (компонент b) использовали пиперазин, и в качестве циклических соединений (с) (компонент с), удовлетворяющих химической формуле, использовали два циклических соединения: циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-11 в таблице 1, и циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-1.

В примере 1-12 в качестве моноаминов с линейной цепью (а) (компонент а) использовали N-метилдиэтаноламин и 2-амино-2-метил-1-пропанол, в качестве диамина (b) (компонент b) использовали пиперазин, и в качестве циклических соединений (с) (компонент с), удовлетворяющих химической формуле, использовали циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-8 в таблице 1.

В примере 1-13 в качестве моноаминов с линейной цепью (а) (компонент а) использовали N-метилдиэтаноламин и N-этиламиноэтанол, в качестве диамина (b) (компонент b) использовали пиперазин, и в качестве циклических соединений (с) (компонент с), удовлетворяющих химической формуле, использовали два циклических соединения: циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-8 в таблице 1, и циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-9.

В примере 1-14 в качестве моноаминов с линейной цепью (а) (компонент а) использовали N-метилдиэтаноламин и N-бутиламиноэтанол, в качестве диамина (b) (компонент b) использовали пиперазин, и в качестве циклического соединения (с) (компонент с), удовлетворяющего химической формуле, использовали два циклических соединения: циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-8 в таблице 1, и циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-11.

В примере 1-15 в качестве моноаминов с линейной цепью (а) (компонент а) использовали N-этилдиэтаноламин и 2-амино-2-метил-1-пропанол, в качестве диамина (b) (компонент b) использовали пиперазин, и в качестве циклического соединения (с) (компонент с), удовлетворяющего химической формуле, использовали циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-9 в таблице 1.

В примере 1-16 в качестве моноаминов с линейной цепью (а) (компонент а) использовали N-этилдиэтаноламин и N-этиламиноэтанол, в качестве диамина (b) (компонент b) использовали пиперазин, и в качестве циклических соединений (с) (компонент с), удовлетворяющих химической формуле, использовали два циклических соединения: циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-3 в таблице 1, и циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-9.

В примере 1-17 в качестве моноаминов с линейной цепью (а) (компонент а) использовали N-этилдиэтаноламин и N-бутиламиноэтанол, в качестве диамина (b) (компонент b) использовали пиперазин, и в качестве циклического соединения (с) (компонент с), удовлетворяющего химической формуле, использовали два циклических соединения: циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-9 в таблице 1, и циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-5.

В примере 1-18 в качестве моноаминов с линейной цепью (а) (компонент а) использовали 4-диметиламино-1-бутанол и 2-амино-2-метил-1-пропанол, в качестве диамина (b) (компонент b) использовали пиперазин, и в качестве циклического соединения (с) (компонент с), удовлетворяющего химической формуле, использовали циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена в соответствии с химической формулой I-2 в таблице 1.

Для каждого из описанных выше примеров измеряли нагрузку ребойлера во время процесса, в котором абсорбент выделял CO₂. При испытаниях условия абсорбции составляли 40°C и 10 кПа CO₂, а условия регенерации составляли 120°C. Абсорбент, в котором в абсорбере поглощался СО₂, нагревался ребойлером в регенераторе и тепловую нагрузку определяли по количеству пара, подаваемого в ребойлер при выходе из регенератора того же количества СО₂, и удельной энтальпии пара при каждом условии. В качестве сравнительных примеров изготовили абсорбенты, в которые не включено циклическое соединение (с) химической формулы и общая концентрация моноамина с линейной цепью (а) и диамина (b) являются такими же, как общая концентрация для каждого примера, то есть компонент (c) заменяли водой, и кратности уменьшения нагрузки ребойлера рассчитывали таким же способом, что и для каждого примера. Фиг. 2 иллюстрирует результаты определения уменьшения нагрузки ребойлера, когда нагрузка ребойлера в сравнительном примере была определена равной 100%, то есть ((нагрузка ребойлера в сравнительном примере - нагрузка ребойлера в примере)/нагрузка ребойлера в сравнительном примере) × 100 [%] рассчитывали относительно каждого примера.

Как показано на фиг. 2, применение абсорбентов в примерах позволяет снизить нагрузку ребойлера, которая представляет собой тепловую нагрузку, необходимую для выделения целевого газа из абсорбента, на 5% или более по сравнению с абсорбентом, который не включает циклическое соединение (с). химической формулы. Никакой разницы в эффективности абсорбции CO₂ абсорбентом между примерами и сравнительными примерами не наблюдалось.

Впоследствии, в отношении примеров 1-5', 1-13' и 1-14' в таблице 3 ниже, которые являются такими же, что и примеры 1-5, 1-13 и 1-14, кратность уменьшения в нагрузки ребойлера измеряли в случае, когда циклические соединения (компонент с) были заменены циклическими соединениями в сравнительных примерах. В примерах 1-5', 1-13' и 1-14' ниже концентрации (моноамина с линейной цепью (компонент a) + диамина (компонент b)) относительно всего количества были заданы в диапазоне от 47% по массе до 55% по массе.

В сравнительных примерах были приготовлены абсорбенты, в которые был включен 1-(2-аминоэтил)имидазолидин-2-он, представленный в [химической формуле 8] ниже, вместо циклического соединения компонента (с) в той же концентрации, что и в примерах.

Фиг. 3 иллюстрирует результаты определения кратности уменьшения нагрузки ребойлера, рассчитанные на основе сравнения примеров и сравнительных примеров. Как показано на фиг. 3, применение абсорбентов в примерах позволяет снизить нагрузку ребойлера, которая представляет собой тепловую нагрузку, необходимую для высвобождения целевого газа из абсорбента, на 2-6% по сравнению с абсорбентом, включающим циклическое соединение, отличающееся от компонента (с) по настоящему раскрытию.

Впоследствии, как в примере 2, будет описан пример с применением абсорбента, включающего диамин (b1), содержащий аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, и диамин с линейной цепью (b2), содержащий аминогруппы с различным количеством заместителей, по сравнению с диаминами (компонента b). Фиг. 4 представляет собой график, иллюстрирующий результаты измерения взаимосвязи кратности уменьшения нагрузки ребойлера между трехкомпонентными композитными аминными абсорбентами (смесями, образованными растворением моноамина с линейной цепью (компонент а), диамина, содержащего аминогруппы с таким же количеством заместителей. (компонент b1), диамина с линейной цепью, содержащего аминогруппы с различным количеством заместителей (компонент b2 и циклическое соединение (компонент c), представленное химической формулой, показанной в [химической формуле 2]) в воде (компонент d)) в примерах от 2-1 до 2-18 и сравнительных примерах. Комбинации R¹ и R² циклических соединений (компонент c), удовлетворяющих химической формуле [химическая формула 2], перечислены в таблице 4 ниже, комбинации R⁴, R⁵ и R⁶ в [химической формуле 6] диаминов с линейной цепью (компонент b2), содержащих аминогруппы с различным количеством заместителей, перечислены в таблице 5 ниже, а список компонентов в примерах приведен в таблице 6 ниже. В приведенных ниже примерах концентрация (моноамина с линейной цепью (компонент а) + диамина (компонент b)) относительно всего количества была определена как находящаяся в диапазоне от 47% по массе до 60% по массе.

Таблица 4 Химическая формула R¹ R² I-1 H O I-2 CH₃ I-3 CH₃-CH₂ I-4 CH₃-CH₂-CH₂ I-5 CH₃-CH₂-CH₂-CH₂ I-6 HO-CH₂-CH₂ I-7 H N-CH₂-CH₂-OH I-8 CH₃ I-9 CH₃-CH₂ I-10 CH₃-CH₂-CH₂ I-11 CH₃-CH₂-CH₂-CH₂ I-12 HO-CH₂-CH₂

Таблица 5 Химическая формула R⁴ R⁵ R⁶ II-1 H H CH₂-CH₂-OH II-2 CH₃ CH₃ II-3 CH₃-CH₂ CH₂-CH₃ II-4 CH₃-CH₂-CH₂ CH₂-CH₂-CH₃ II-5 CH₃-CH₂-CH₂-CH₂ CH₂-CH₂-CH₂-CH₃ II-6 HO-CH₂-CH₂ CH₂-CH₂-OH II-7 CH₃ CH₂-CH₃ II-8 CH₃-CH₂ CH₃ II-9 CH₃ CH₂-CH₂-OH II-10 HO-CH₂-CH₂ CH₃ II-11 CH₃-CH₂ CH₂-CH₂-OH II-12 HO-CH₂-CH₂ CH₂-CH₃

Примеры 2-1 - 2-3

В примере 2-1 моноэтаноламин и 2-амино-2-метил-1-пропанол использовали в качестве моноаминов с линейной цепью (а) (компонент а), пиперазин использовали в качестве диамина (b1) (компонент b1), содержащего аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, диамин, в котором комбинация R⁴, R⁵ и R⁶, как было определено, имела химическую формулу II-1 в таблице 5, использовали в качестве амина с линейной цепью (b2) (компонент b2), содержащего аминогруппы с различным количеством заместителей, и циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² была определена по химической формуле I-6 в таблице 4, использовали в качестве циклического соединения (c) (компонент c), удовлетворяющего химической формуле. В примере 2-1 концентрация (компонента b2) по отношению ко всему количеству была установлена на уровне 13% по массе, а концентрация (компонента c) относительно всего количества определена как 20% по массе.

В примере 2-2 использовали те же аминные компоненты, что и аминные компоненты в примере 2-1, и концентрация компонента (b2) относительно всего количества была определена как 8% по массе. В примере 2-3 использовали те же аминные компоненты, что и аминные компоненты в примере 2-1, и концентрация компонента c относительно всего количества была определена как 1% по массе.

Впоследствии в примерах с 2-4 по 2-18 аминные компоненты были заменены по сравнению с примером 2-1. Концентрация компонента (b2) относительно всего количества была определена как находящаяся в интервале от 3% по массе до 8% по массе, и концентрация компонента (с) относительно всего количества была определена как находящаяся в интервале от 10 % по массе до 20% по массе.

В примере 2-4 был приготовлен абсорбент, имеющий тот же состав, что и состав в примере 2-1, за исключением того, что диамин (b1) (компонент b1) был заменен на пропандиамин, содержащий аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, по сравнению с примером 2-1.

В примере 2-5 был приготовлен абсорбент, имеющий тот же состав, что и в примере 2-1, за исключением того, что диамин, в котором комбинация R⁴, R⁵ и R⁶, была определена в соответствии с химической формулой I-6 в таблице 4, использовали в качестве амина с линейной цепью (b2) (компонент b2), содержащего аминогруппы с различным количеством заместителей, а в качестве циклических соединений (b) (компонент b), удовлетворяющих химической формуле, использовали циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствует химической формуле I-7 в таблице 4, и циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствует химической формуле I-12 в таблице 4.

В примере 2-6 N-этиламиноэтанол использовали в качестве моноамина с линейной цепью (а) (компонент а), 2-метилпиперазин использовали в качестве диамина (b1) (компонент b1), содержащего аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, а диамин, в котором комбинация R⁴, R⁵ и R⁶ были определены в соответствии с химической формулой II-11 в таблице 5, использовали в качестве амина с линейной цепью (b2) (компонент b2), содержащего аминогруппы с различным количеством заместителей, а в качестве циклических соединений (c) (компонент c), удовлетворяющих химической формуле, использовали циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-9 в таблице 4, и циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-1 в таблице 4.

В примере 2-7 N-этиламиноэтанол использовали в качестве моноамина с линейной цепью (а) (компонент а), пиперазин использовали в качестве диамина (b1) (компонент b1), содержащего аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, а диамин, в котором комбинация R⁴, R⁵ и R⁶ были определены в соответствии с химической формулой II-3 в таблице 5, использовали в качестве амина с линейной цепью (b2) (компонент b2), содержащего аминогруппы с различным количеством заместителей, а в качестве циклических соединений (c) (компонент c), удовлетворяющих химической формуле, использовали циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-3 в таблице 4, и циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-9 в таблице 4.

В примере 2-8 N-бутиламиноэтанол использовали в качестве моноамина с линейной цепью (а) (компонент а), 2-метилпиперазин использовали в качестве диамина (b1) (компонент b1), содержащего аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, а диамин, в котором комбинация R⁴, R⁵ и R⁶ были определены в соответствии с химической формулой II-5 в таблице 5, использовали в качестве амина с линейной цепью (b2) (компонент b2), содержащего аминогруппы с различным количеством заместителей, а в качестве циклических соединений (c) (компонент c), удовлетворяющих химической формуле, использовали циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-11 в таблице 4, и циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-1 в таблице 4.

В примере 2-9 N-бутиламиноэтанол использовали в качестве моноамина с линейной цепью (а) (компонент а), пиперазин использовали в качестве диамина (b1) (компонент b1), содержащего аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, а диамин, в котором комбинация R⁴, R⁵ и R⁶ были определены в соответствии с химической формулой II-1 в таблице 5, использовали в качестве амина с линейной цепью (b2) (компонент b2), содержащего аминогруппы с различным количеством заместителей, а в качестве циклических соединений (c) (компонент c), удовлетворяющих химической формуле, использовали циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-5 в таблице 4, и циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-11 в таблице 4.

В примере 2-10 N-этиламиноэтанол и 2-амино-2-метил-1-пропанол использовали в качестве моноаминов с линейной цепью (а) (компонент а), пиперазин использовали в качестве диамина (b1) (компонент b1), содержащего аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, а диамин, в котором комбинация R⁴, R⁵ и R⁶ были определены в соответствии с химической формулой II-8 в таблице 5, использовали в качестве амина с линейной цепью (b2) (компонент b2), содержащего аминогруппы с различным количеством заместителей, а в качестве циклических соединений (c) (компонент c), удовлетворяющих химической формуле, использовали циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-9 в таблице 4, и циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-1 в таблице 4.

В примере 2-11 N-бутиламиноэтанол и 2-амино-2-метил-1-пропанол использовали в качестве моноаминов с линейной цепью (а) (компонент а), пиперазин использовали в качестве диамина (b1) (компонент b1), содержащего аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, а диамин, в котором комбинация R⁴, R⁵ и R⁶ были определены в соответствии с химической формулой II-1 в таблице 5, использовали в качестве амина с линейной цепью (b2) (компонент b2), содержащего аминогруппы с различным количеством заместителей, а в качестве циклических соединений (c) (компонент c), удовлетворяющих химической формуле, использовали циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-11 в таблице 4, и циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-1 в таблице 4.

В примере 2-12 N-метилдиэтаноламин и 2-амино-2-метил-1-пропанол использовали в качестве моноаминов с линейной цепью (а) (компонент а), пиперазин использовали в качестве диамина (b1) (компонент b1), содержащего аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, а диамин, в котором комбинация R⁴, R⁵ и R⁶ были определены в соответствии с химической формулой II-9 в таблице 5, использовали в качестве амина с линейной цепью (b2) (компонент b2), содержащего аминогруппы с различным количеством заместителей, а также использовали циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-8 в таблице 4, в качестве циклического соединения (c) (компонент c), удовлетворяющего химической формуле.

В примере 2-13 N-метилдиэтаноламин и N-этиламиноэтанол использовали в качестве моноаминов с линейной цепью (а) (компонент а), пиперазин использовали в качестве диамина (b1) (компонент b1), содержащего аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, а диамин, в котором комбинация R⁴, R⁵ и R⁶ были определены в соответствии с химической формулой II-7 в таблице 5, использовали в качестве амина с линейной цепью (b2) (компонент b2), содержащего аминогруппы с различным количеством заместителей, а в качестве циклических соединений (c) (компонент c), удовлетворяющих химической формуле, использовали циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-8 в таблице 4, и циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-9 в таблице 4.

В примере 2-14 N-метилдиэтаноламин и N-бутиламиноэтанол использовали в качестве моноаминов с линейной цепью (а) (компонент а), пиперазин использовали в качестве диамина (b1) (компонент b1), содержащего аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, а диамин, в котором комбинация R⁴, R⁵ и R⁶ были определены в соответствии с химической формулой II-10 в таблице 5, использовали в качестве амина с линейной цепью (b2) (компонент b2), содержащего аминогруппы с различным количеством заместителей, а в качестве циклических соединений (c) (компонент c), удовлетворяющих химической формуле, использовали циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-8 в таблице 4, и циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-11 в таблице 4.

В примере 2-15 N-этилдиэтаноламин и 2-амино-2-метил-1-пропанол использовали в качестве моноаминов с линейной цепью (а) (компонент а), пиперазин использовали в качестве диамина (b1) (компонент b1), содержащего аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, а диамин, в котором комбинация R⁴, R⁵ и R⁶ были определены в соответствии с химической формулой II-3 в таблице 5, использовали в качестве амина с линейной цепью (b2) (компонент b2), содержащего аминогруппы с различным количеством заместителей, а также использовали циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-9 в таблице 4, в качестве циклического соединения (c) (компонент c), удовлетворяющего химической формуле.

В примере 2-16 N-этилдиэтаноламин и N-этиламиноэтанол использовали в качестве моноаминов с линейной цепью (а) (компонент а), пиперазин использовали в качестве диамина (b1) (компонент b1), содержащего аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, а диамин, в котором комбинация R⁴, R⁵ и R⁶ были определены в соответствии с химической формулой II-3 в таблице 4, использовали в качестве амина с линейной цепью (b2) (компонент b2), содержащего аминогруппы с различным количеством заместителей, а в качестве циклических соединений (c) (компонент c), удовлетворяющих химической формуле, использовали циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-3 в таблице 4, и циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-6 в таблице 4.

В примере 2-17 N-этилдиэтаноламин и N-бутиламиноэтанол использовали в качестве моноаминов с линейной цепью (а) (компонент а), пиперазин использовали в качестве диамина (b1) (компонент b1), содержащего аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, а диамин, в котором комбинация R⁴, R⁵ и R⁶ были определены в соответствии с химической формулой II-12 в таблице 5, использовали в качестве амина с линейной цепью (b2) (компонент b2), содержащего аминогруппы с различным количеством заместителей, а в качестве циклических соединений (c) (компонент c), удовлетворяющих химической формуле, использовали циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-9 в таблице 4, и циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-5 в таблице 4.

В примере 2-18 4-диметиламино-1-бутанол и 2-амино-2-метил-1-пропанол использовали в качестве моноаминов с линейной цепью (а) (компонент а), пиперазин использовали в качестве диамина (b1) (компонент b1), содержащего аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, а диамин, в котором комбинация R⁴, R⁵ и R⁶ были определены в соответствии с химической формулой II-2 в таблице 5, использовали в качестве амина с линейной цепью (b2) (компонент b2), содержащего аминогруппы с различным количеством заместителей, а также использовали циклическое соединение, в котором комбинация R¹ и R² соответствовала химической формуле I-2 в таблице 4, в качестве циклического соединения (c) (компонент c), удовлетворяющего химической формуле.

В качестве сравнительных примеров для расчета такой же тепловой нагрузки ребойлера были приготовлены абсорбент, в массу которого не включены диамин с линейной цепью (b2) (компонент b2), содержащий аминогруппы с различным количеством заместителей, и циклическое соединение (c), удовлетворяющее химической формуле (компонент c), и масса моноамина с линейной цепью (а) (компонент (а) и диамина (b1) (компонент b1), содержащих аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, была такой же, как в каждом примере. Фиг. 4 иллюстрирует результаты расчета кратности уменьшения нагрузки ребойлера в примерах для каждого примера, когда нагрузка ребойлера в сравнительном примере определена равной 1.

Как проиллюстрировано на фиг. 4, применение абсорбентов в примерах позволяет снизить количество тепла в ребойлере на 10% или более по сравнению с абсорбентами в сравнительных примерах.

Как описано в приведенных выше примерах, применение композитного аминного абсорбента, включающего моноамин с линейной цепью (a), диамин (b), циклическое соединение (c), удовлетворяющее [химической формуле 2], и воду (d), позволяет легко высвобождать абсорбированный CO₂ и H₂S, а тепловая нагрузка, необходимая для выделения абсорбированного газа, может быть уменьшена. Это позволяет еще больше уменьшить энергию, необходимую для извлечения CO₂ и H₂S. Скорость реакции также можно поддерживать за счет абсорбента. Это позволяет улучшить характеристики абсорбента.

Настоящее раскрытие описывает следующие изобретения. Настоящее раскрытие не ограничено следующими изобретениями.

(1) Композитный аминный абсорбент, поглощающий по меньшей мере один из CO₂ и H₂S в газе, где композитный аминный абсорбент включает:

моноамин с линейной цепью (a);

диамин (b); и

циклическое соединение (c), представленное следующей химической формулой:

где R²: кислород или N-R³, и

R³: любой остаток, выбранный из водорода, углеводородной группы с числом атомов углерода от 1 до 4 и гидроксиалкильной группы; а также

воду (d).

(2) Композитный аминный абсорбент по п. (1), где моноамин с линейной цепью (а) включает по меньшей мере один из первичного моноалканоламина с линейной цепью, вторичного моноалканоламина с линейной цепью и третичного моноалканоламина с линейной цепью.

(3) Композитный аминный абсорбент по пп. (1) или (2), где диамин (b) включает по меньшей мере один диамин, содержащий аминогруппы с одинаковым количеством заместителей.

(4) Композитный аминный абсорбент по п. (3), где диамин, содержащий аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, включает по меньшей мере один из первичного полиамина с линейной цепью, вторичного полиамина с линейной цепью и вторичного циклического полиамина.

(5) Композитный аминный абсорбент по пп. (1) или (2), где диамин (b) включает по меньшей мере один диамин, содержащий аминогруппы с одинаковым количеством заместителей и по меньшей мере, один диамин с линейной цепью, содержащий аминогруппы с различным количеством заместителей.

(6) Композитный аминный абсорбент по п. (5), где диамин, содержащий аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, включает по меньшей мере один из первичного полиамина с линейной цепью, вторичного полиамина с линейной цепью и вторичного циклического полиамина.

(7) Композитный аминный абсорбент по п. (5), где диамин с линейной цепью, содержащий аминогруппы с различным количеством заместителей, включает по меньшей мере одно соединение, удовлетворяющее формуле:

R⁴: любой остаток, выбранный из водорода, углеводородной группы с числом атомов углерода от 1 до 4 и гидроксиалкильной группы.

R⁵: любой остаток, выбранный из водорода, углеводородной группы с числом атомов углерода от 1 до 4 и гидроксиалкильной группы, и

R⁶: гидроксиалкильная группа, и

где если R⁴ не является водородом, R⁵ также не является водородом.

(8) Композитный аминный абсорбент по любому из пп. (1) - (7), где общая концентрация моноамина с линейной цепью (а), диамина (b) и циклического соединения (с), удовлетворяющего химической формуле, составляет 20% по массе или более и 80% по массе или менее по отношению ко всему абсорбенту.

(9) Композитный аминный абсорбент по любому из пп. (1) - (8), где концентрация моноамина с линейной цепью (а) составляет 15% по массе или более и 60% по массе или менее по отношению ко всему абсорбенту.

(10) Композитный аминный абсорбент по любому из пп. (1) - (9), где концентрация диамина (b) составляет 1% по массе или более и 25% по массе или менее по отношению ко всему абсорбенту.

(11) Композитный аминный абсорбент по любому из пп. (1) - (10), где концентрация циклического соединения (с), удовлетворяющего химической формуле, составляет 1% по массе или более и 30% по массе или менее по отношению ко всему абсорбенту.

(12) Композитный аминный абсорбент по любому из пп. (1) - (11), где массовое соотношение ((диамин (b) + циклическое соединение (с), удовлетворяющее химической формуле)/(моноамин с линейной цепью (а)) составляет 0,033 ≤ (b + c)/a ≤ 3,7.

(13) Композитный аминный абсорбент по любому из пп. (1) - (12), где массовое соотношение диамина (b)/циклического соединения (с), удовлетворяющего химической формуле, составляет 0,033 ≤ b/c ≤ 18.

(14) Установка для удаления, использующая композитный аминный абсорбент по любому из пп. (1) - (13), где установка для удаления включает:

- абсорбер, сконфигурированный для приведения газа, включающего по меньшей мере один из CO₂ и H₂S, в контакт с абсорбентом для удаления по меньшей мере одного из CO₂ и H₂S; и

- регенератор абсорбента, сконфигурированный для регенерации раствора, поглощающего по меньшей мере один из CO₂ и H₂S,

где регенерированный раствор, образующийся при удалении по меньшей мере одного из CO₂ и H₂S в регенераторе абсорбента, повторно используется в абсорбере.

(15) Установка для удаления по п. (14), где

- температура абсорбции в абсорбере составляет 30°C до 80°C и

- температура регенерации в регенераторе абсорбента составляет 110°C или более.

(16) Способ удаления с применением композитного аминного абсорбента по любому из пп. (1) – (13), где способ удаления включает:

- приведение газа, включающего по меньшей мере один из CO₂ и H₂S, в контакт с абсорбентом для удаления по меньшей мере одного из CO₂ и H₂S в абсорбере;

- регенерацию раствора, поглощающего по меньшей мере один из CO₂ и H₂S, в регенераторе абсорбера; и

- повторное использование в абсорбере раствора, регенерированного путем удаления по меньшей мере одного из CO₂ и H₂S в регенераторе абсорбера.

(17) Способ удаления по п. 16, где:

- температура абсорбции в абсорбере составляет 30°C до 80°C и

- температура регенерации в регенераторе абсорбента составляет 110°C или более.

Список справочных символов

12 Установка для извлечения CO₂

13 Промышленная установка сжигания

14 Отработанный газ

16 Устройство охлаждения отработанных газов

17 Абсорбент CO₂ (обедненный раствор)

18 Абсорбер CO₂

19 CO₂-Абсорбированный CO₂ Абсорбент (Обогащенный раствор)

20 Регенератор абсорбента

21 Промывочная вода

Изобретение относится к композитному аминному абсорбенту, поглощающему по меньшей мере один из СО₂ и H₂S в газе. При этом композитный аминный абсорбент содержит: моноамин с линейной цепью (а); диамин (b) и циклическое соединение (с), представленное химической формулой (1)

,

где R¹ - любой остаток, выбранный из водорода, углеводородной группы с числом атомов углерода от 1 до 4 и гидроксиалкильной группы, R² - кислород или N-R³ и R³ - любой остаток, выбранный из водорода и гидроксиалкильной группы; а также воду (d), где диамин (b) содержит по меньшей мере один диамин, содержащий аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, концентрация моноамина с линейной цепью (а) составляет 15% по массе или более и 60% по массе или менее по отношению ко всему абсорбенту, концентрация диамина (b) составляет 1% по массе или более и 25% по массе или менее по отношению ко всему абсорбенту и концентрация циклического соединения (с), удовлетворяющего химической формуле, составляет 1% по массе или более и 30% по массе или менее по отношению ко всему абсорбенту. Также изобретение относится к установке и к способу удаления. Поглощающая способность абсорбента является превосходной и поглощенные CO₂ и H₂S могут эффективно высвобождаться. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил., 6 табл.

1. Композитный аминный абсорбент, поглощающий по меньшей мере один из СО₂ и H₂S в газе, где композитный аминный абсорбент содержит:

моноамин с линейной цепью (а);

диамин (b); и

циклическое соединение (с), представленное следующей химической формулой

,

где R¹: любой остаток, выбранный из водорода, углеводородной группы с числом атомов углерода от 1 до 4 и гидроксиалкильной группы.

R²: кислород или N-R³ и

R³: любой остаток, выбранный из водорода и гидроксиалкильной группы; а также

воду (d), где

диамин (b) содержит по меньшей мере один диамин, содержащий аминогруппы с одинаковым количеством заместителей,

концентрация моноамина с линейной цепью (а) составляет 15% по массе или более и 60% по массе или менее по отношению ко всему абсорбенту,

концентрация диамина (b) составляет 1% по массе или более и 25% по массе или менее по отношению ко всему абсорбенту, и

концентрация циклического соединения (с), удовлетворяющего химической формуле, составляет 1% по массе или более и 30% по массе или менее по отношению ко всему абсорбенту.

2. Композитный аминный абсорбент по п. 1, где моноамин с линейной цепью (а) включает по меньшей мере один из первичного моноалканоламина с линейной цепью, вторичного моноалканоламина с линейной цепью и третичного моноалканоламина с линейной цепью.

3. Композитный аминный абсорбент по п. 1, где диамин, содержащий аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, содержит по меньшей мере один из первичного полиамина с линейной цепью, вторичного полиамина с линейной цепью и вторичного циклического полиамина.

4. Композитный аминный абсорбент по п. 1, где диамин (b) содержит по меньшей мере один диамин, содержащий аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, и по меньшей мере один диамин с линейной цепью, содержащий аминогруппы с различным количеством заместителей.

5. Композитный аминный абсорбент по п. 4, где диамин, содержащий аминогруппы с одинаковым количеством заместителей, содержит по меньшей мере один из первичного полиамина с линейной цепью, вторичного полиамина с линейной цепью и вторичного циклического полиамина.

6. Композитный аминный абсорбент по п. 4, где диамин с линейной цепью, содержащий аминогруппы с различным количеством заместителей, содержит по меньшей мере одно соединение, удовлетворяющее формуле:

,

где R⁴: любой остаток, выбранный из водорода, углеводородной группы с числом атомов углерода от 1 до 4 и гидроксиалкильной группы,

R⁵: любой остаток, выбранный из водорода, углеводородной группы с числом атомов углерода от 1 до 4 и гидроксиалкильной группы, и

R⁶: гидроксиалкильная группа, и

где если R⁴ не является водородом, R⁵ также не является водородом.

7. Композитный аминный абсорбент по п. 1, где общая концентрация моноамина с линейной цепью (а), диамина (b) и циклического соединения (с), удовлетворяющего химической формуле, составляет 20% по массе или более и 80% по массе или менее по отношению ко всему абсорбенту.

8. Композитный аминный абсорбент по п. 1, где массовое соотношение ((диамин (b)+циклическое соединение (с), удовлетворяющее химической формуле)/(моноамин с линейной цепью (а)) составляет 0,033≤(b+с)/а≤3,7.

9. Композитный аминный абсорбент по п. 1, где массовое соотношение диамина (b)/циклического соединения (с), удовлетворяющего химической формуле, составляет 0,033≤b/с≤18.

10. Установка для удаления, использующая композитный аминный абсорбент по любому из пп. 1-9, где установка для удаления содержит:

- абсорбер, сконфигурированный для приведения газа, включающего по меньшей мере один из СО₂ и H₂S, в контакт с абсорбентом для удаления по меньшей мере одного из СО₂ и H₂S; и

- регенератор абсорбента, сконфигурированный для регенерации раствора, поглощающего по меньшей мере один из СО₂ и H₂S,

где регенерированный раствор, образующийся при удалении по меньшей мере одного из СО₂ и H₂S в регенераторе абсорбента, повторно используется в абсорбере.

11. Установка для удаления по п. 10, где

- температура абсорбции в абсорбере составляет от 30°С до 80°С и

- температура регенерации в регенераторе абсорбента составляет 110°С или более.

12. Способ удаления с применением композитного аминного абсорбента по любому из пп. 1-9, где способ удаления содержит:

- приведение газа, включающего по меньшей мере один из СО₂ и H₂S, в контакт с абсорбентом для удаления по меньшей мере одного из СО₂ и H₂S в абсорбере;

- регенерацию раствора, поглощающего по меньшей мере один из СО₂ и H₂S, в регенераторе абсорбера; и

- повторное использование в абсорбере раствора, регенерированного путем удаления по меньшей мере одного из СО₂ и H₂S в регенераторе абсорбера.

13. Способ удаления по п. 12, где:

- температура абсорбции в абсорбере составляет от 30°С до 80°С и

- температура регенерации в регенераторе абсорбента составляет 110°С или более.