АБСОРБИРУЮЩИЙ РАСТВОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ ОТ КИСЛЫХ ГАЗОВ
ABSORBING SOLUTION FOR CLEANING GAS FLOWS OF ACID GASES

Изобретение относится к области очистки газовых потоков от кислых газов и может быть использовано в газовой, нефтяной и нефтехимической промышленности в процессах газоочистки.
Проблема очистки газовых потоков от кислых газов, таких как диоксид углерода и сероводород, является актуальной в связи с увеличением хозяйственной деятельности человечества и загрязнения окружающей среды. В настоящее время наиболее распространенным методом очистки газов является метод абсорбции газовых потоков различными растворами алканоламинов и других органических соединений.
2
Известен способ очистки газовых потоков по европейскому патенту ЕР-А671200, где удаление СO из газовых потоков производится при атмосферном давлении с использованием растворов металлических солей аминокислот и пиперазина. Известно решение по заявке США US 2009/0199713 А1, касающееся абсорбционных сред для удаления кислых газов на основе как минимум одного амина и как минимум одной аминокарбоксильной или аминосульфоновой кислоты.
Наиболее близкими данному изобретению является патент US №4094957 рассматривающий раствор абсорбента, содержащего щелочные соли аминокислот, стерически затрудненные амины и аминокислоты, такие как N,N-диметилглицин;
2
Недостатками рассмотренных в данных патентах абсорбентов являются их высокая коррозионная активность, относительно низкая поглотительная способность (поглотительная способность находится на уровне применяемых в промышленности алканоламинов и составляет не более 0.5 моль СO/моль абсорбента) и высокие энергетические мощности для регенерации абсорбентов. Использование в составе абсорбентов органический соединений типа пиперазина сопровождается его уносом и, следовательно, повышается расходный коэффициент абсорбента. Отличительной чертой всех указанных выше патентов является наличие в химической структуре активного вещества только одной активной аминогруппы, реагирующей с молекулой кислого газа (диоксида углерода) по реакции:
в случае первичных или вторичных аминов, и по реакции:
в случае третичных аминов.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является увеличение поглотительной способности абсорбента, снижение коррозионной активности абсорбирующего раствора, что приводит к уменьшению расходных показателей и улучшает технико-экономические показатели процесса.
Объектом данного изобретения является абсорбирующий раствор, состоящий из активного состава и среды для его растворения. Абсорбирующий раствор может быть использован для очистки газовых потоков от диоксида углерода и/или сероводорода и других кислых газов. Абсорбирующий раствор содержит активный состав, концентрация которого составляет от 5 до 50% от общего веса раствора. Активный состав представляет собой смесь по меньшей мере двух компонент типа А и В. Компонент А является дипепдидом, или трипепдидом, или их натриевыми, и/или калиевыми солями, при этом молекула компоненты А содержит в структуре как минимум одну пептидную связь:
Концентрация компоненты А составляет от 0.5 до 99.5% от общей массы активного состава.
Примерами компоненты А могут быть дипептиды: глицин-аланин, глицин-диметилглицин, глицин-аргинин, лизин-лизин; трипептиды: глутамин-диметилглицин-глицин, глицин-диметилглицин-аргинин, а также их натриевые или калиевые соли. Используемые пептиды могут иметь как регулярную, так и не регулярную структуру.
Второй компонентой В активного состава являются аминокислоты и/или смесь аминокислот или их солей. Концентрация компоненты В составляет от 0.5 до 99.5% масс от общего веса активного состава.
Примерами компоненты В могут быть лизин, диметилглицин, аланин, аргинин, глутамин, глицин, и/или их натриевые, и/или калиевые, и/или цезиевые соли. Компонентой В может являться как единичная аминокислота, так и смесь аминокислот и/или их солей. Аминокислоты могут содержать один и более хиральных атома углерода. Конфигурация углеродных атомов не имеет значения. Компонента В может содержать не только чистые энантиомеры/диастереомеры, но и рацематные смеси.
Добавление в абсорбирующий раствор известных поглотителей кислых газов, таких как алканоламины, общей формулы [US 2008/0236390 A1]:
1
8
2
5
где R-R - могут быть одинаковыми и/или различными и являться атомами водорода и/или алкильными группами С-С, а М - атомы щелочных металлов;
и
;
пиперазины, общей формулы [WO 2009/156273 A1]:
a
e
1
5
где R-R - могут быть как одинаковьми, так и различными функциональными группами, такими как - Н, C-C), Ph;
олигоамины, общей формулы [WO 2009/156273 A1]::
1
2
1
5
где R, R - могут быть как одинаковыми, так и различными функциональными группами, такими как - Н, C-C, Ph; a n = от 1 до 10 и p = от 1 до 10 (примерами данного типа соединений могут быть спермин, спермидин, путресцин)
приводит к увеличению продолжительности стабильной работы абсорбирующего раствора, что также способствует снижению расходных показателей процесса.
Средой для растворения активного состава могут быть вода и/или другие физические растворители, которыми, например, могут быть циклотетраметилсульфон (сульфолан) или его производные, амиды алифатических кислот (ацетоморфолин, N-формилморфолин), N-алкилированные пирролидоны и соответствующие пиперидоны, такие как N-метилпирролидон, пропиленкарбонат, метанол, диалкильные эфиры полиэтиленгликолей и их смеси.
Активный состав может входить в состав абсорбирующего раствора в виде водного раствора и/или твердой субстанции, которая растворяется в среде абсорбирующего раствора.
Помимо растворов данный активный состав может входить в композицию ионных жидкостей или быть нанесен на мембрану.
Абсорбирующий раствор также может включать в себя стабилизаторы, в частности антиоксиданты, например описанные в DE 102004011427, и ингибиторы коррозии.
Настоящее изобретение представляет новый тип абсорбирующего раствора, включающего в состав компоненты, содержащие дипептиды, трипептиды, тетрапептиды и олигопептиды, а также сами аминокислоты и/или их соли, на основе которых получены эти пептиды. В состав абсорбирующего раствора может входить соль как одной аминокислоты, так и смесь солей различных аминокислот. Предпочтительной является калиевая или натриевая соль L-лизина, как аминокислоты, имеющей в своем составе две аминогруппы.
Наличие двух аминогрупп приводит к увеличению поглотительной способности абсорбента.
На Фиг.1 приведены кинетические кривые поглощения диоксида углерода абсорбирующим раствором, приготовленным по методу 2.3 и моноэтаноламина.
2
Поглотительная способность абсорбирующего раствора на основе L-лизина (абсорбирующий раствор, приготовленный по методу 2.2) составляет не менее 1 моль СO на моль абсорбента, что почти в 2 раза выше по сравнению с известными алканоламинами (моноэтаноламин, метилдиэтаноамин и др), а также и солями аминокислот (глицин, диметилглицин, аланин и др).
На Фиг.2 приведены равновесные кривые зависимости степени поглощения абсорбирующих растворов в зависимости от парциального давления диоксида углерода. Для сравнения были использованы 30% водные растворы моноэтаноламина (МЭА) и глицината натрия (ГН).
Олигопептиды могут быть получены по следующей реакции:
Полученные олигопептиды, так же как и соли аминокислот, обладают способностью к поглощению диоксида углерода [J. Org. Chem. 2006, 71, 8696-8705].
Олигопептиды образуются при нагревании аминокислот или их солей. Полученные в результате нагревания пептидные соединения имеют высокую молекулярную массу и, следовательно, низкую летучесть. Также известно, что образование полимеров по данной реакции невозможно, поэтому использование устойчивых, не способных к дальнейшим реакциям соединений способствует длительной стабильной эксплуатации абсорбирующего раствора. Снижение летучести компоненты в составе абсорбента и работа в стабильном режиме, а также увеличение поглотительной способности приводит к уменьшению расходных показателей и улучшает технико-экономические показатели процесса.
На Фиг.3 приведены кинетические кривые для абсорбирующего раствора, приготовленного по методу 2.3., 30% водного раствора ГН и 30% водного раствора МЭА.
Абсорбирующие растворы на основе соединений, имеющих в своем составе пептидную связь, обеспечивают устойчивое поглощение диоксида углерода на уровне известных промышленных абсорбентов (типа моноэтаноламина (МЭА)) в течение длительного времени. Скорость поглощения диоксида углерода рассматриваемыми абсорбирующими растворами выше по сравнению с водными растворами МЭА.
Наличие в составе абсорбирующего раствора олигопептидов приводит к снижению коррозионной активности раствора, что улучшает эксплутационные характеристики оборудования.
Эксперименты, подтверждающие возможность осуществления заявленного изобретения, но не ограничивающие возможности его реализации.
Метод 1
Состав 1.1
13
1
Глицин (10.25 г, Sigma) и диметилглицин (14.4 г, Sigma) нагревают в фарфоровой чашке при перемешивании в интервале температур от 80 до 200°С, до получения однородной массы. После остывания образовавшуюся массу обрабатывают 0,1 н. раствором NaOH, из расчета 0.5 эквивалента NaOH на 1 эквивалент глицина и используют далее этот раствор как компонент А активного состава. Наличие пептидной связи определялось по спектрам С и Н ЯМР, образование тримерной и димерной структур с помощью жидкостной хроматомасс-спектрометрии. Элементный анализ: Найдено (для дипептида глицин-диметилглицин): 39,56% (С); 6,09% (Н); 15,38% (N); 12,62% (Na); 26,35% (О); Получено: 40,4% (С); 5,97% (Н); 16,9% (N); 9,41% (Na).
К раствору глицина (15.5 г, Sigma) прикалывают эквимольное количество 0.1 н. раствора NaOH. Раствор перемешивают в течение 6 часов и далее полученный раствор используют как компонент В активного состава.
Состав 1.2
13
1
Раствор глицината натрия (100 мл), полученный обработкой 10,25 г глицина 0,1 н. раствором едкого натра в эквимолярном отношении и 100 мл раствора диметилглицината натрия, полученного также обработкой 14,4 г диметилглицина 0,1 н. раствором едкого натра в эквимольном соотношении, упаривались при температуре 120°С с постоянным перемешиванием до образования густой массы. Наличие пептидной связи в образовавшемся продукте определялось по спектрам С и Н ЯМР. Образовавшийся продукт использовался далее как компонета А активного состава. К раствору L-лизина (17.4 г, Sigma) добавляют эквимольное количество 0.1 н. раствора NaOH. Раствор перемешивают в течение 6 часов и далее полученный раствор используют как компоненту В активного состава.
Состав 1.3
13
1
Раствор глицината натрия (100 мл), полученный обработкой 10,25 г глицина 0,1 н. раствором едкого натра в эквимолярном отношении и 100 мл раствора диметилглицината натрия, полученного также обработкой 14,4 г диметилглицина 0,1 н. раствором едкого натра в эквимольном соотношении, упаривались при температуре 120°С с постоянным перемешиванием до образования густой массы. Наличие пептидной связи в образовавшемся продукте определялось по спектрам С и Н ЯМР. Образовавшийся продукт использовался далее как компонета А активного состава.
К раствору L-лизина (17.4 г, Sigma) добавляют эквимольное количество 0.1 н. раствора NaOH. Раствор перемешивают в течение 6 часов и далее полученный раствор используют как компоненту В активного состава.
Состав 1.4
1
13
150 г водного раствора смеси лизината натрия и диметилглицината натрия, полученных обработкой 17,4 г L-лизина и 14,4 г диметилглицина 0,1 н. раствором NaOH в эквимольном соотношении соответственно, нагревали в течении 15 минут при постоянном перемешивании при температуре 100-120°С. Наличие пептидной связи фиксируется спектрально методами Н и С ЯМР. После чего образовавшийся раствор используют как смесь компонент А и В активного состава.
Состав 1.5
Аналогичен составу 1.1, только к смеси компонент А и В добавляется 0,2 г пиперазина (соотношение компонента В и пиперазина составляет 1:0,01).
Состав 1.6
Компонента А аналогично составу 1.1. Для приготовления компоненты В используется 7,73 г глицина, обработанного эквимольно 0,1 н. раствором NaOH и далее к смеси компонент А и В добавляется 10 г моноэтаноламина (соотношение компоненты В и моноэтаноламина составляет 1:1).
Состав 1.7
Аналогичен составу 1.1, только к смеси компонент А и В добавляется 0,2 г спермина (соотношение компонента В и спермина составляет 1:0,01).
Метод 2
Состав 2.1
13
1
Раствор глицината натрия (100 мл), полученный обработкой 10,25 г глицина 0,1 н. раствором едкого натра в эквимолярном отношении и 100 мл раствора диметилглицината натрия, полученного также обработкой 14,4 г диметилглицина 0,1 н. раствором едкого натра в эквимольном соотношении, упаривались при температуре 120°С с постоянным перемешиванием до образования густой массы. Наличие пептидной связи в образовавшемся продукте определялось по спектрам С и Н ЯМР, образование тримерной и димерной структур с помощью жидкостной хромато-масс-спектрометрии. Образовавшийся продукт использовался далее как компонета А активного состава.
К раствору L-лизина (17.4 г, Sigma) добавляют эквимольное количество 0.1 н. раствора NaOH. Раствор перемешивают в течение 6 часов и далее полученный раствор используют как компоненту В активного состава.
Состав 2.2
Состав приготовлен по методу 2 только при приготовлении компоненты А вместо глицина использовали 23,69 г фенилаланина, а вместо диметилглицина 19,88 г L-лизина.
Метод 2.1
Компоненты активного состава, приготовленного по методу 1.1, растворяются в воде так, чтобы масса абсорбирующего раствора составляла 150 г (т.е. суммарное содержание соединений, составляющих активный состав, составляет 30% массовых от общего веса раствора).
Метод 2.2.
Аналогичен методу 2.1., только активный состав приготовлен по методу 1.2.
Метод 2.3.
Аналогичен методу 2.1., только активный состав приготовлен по методу 1.3.
Метод 2.4.
Аналогичен методу 2.1., только активный состав приготовлен по методу 1.4.
Метод 2.5. Аналогичен методу 2.1., только активный состав приготовлен по методу 1.5.
Метод 2.6.
Аналогичен методу 2.3., только вместо воды используется смесь воды и метанола в соотношении 10:1.
Метод 2.7.
Аналогичен методу 2.3., только вместо воды используется смесь воды и циклотетраметилсульфон в соотношении 10:1.
Метод 2.8.
Аналогичен методу 2.3., только вместо воды используется смесь воды и N-формилморфолин, в соотношении 10:1.
Метод 2.9.
Аналогичен методу 2.3., только вместо воды используется смесь воды и пропиленкарбонат, в соотношении 10:1.
Метод 2.10.
Аналогичен методу 2.3., только вместо воды используется смесь воды и диметилового эфира полиэтиленгликоля в соотношении 10:1.
Метод 3
Состав 3.1.
1
13
150 г водного раствора смеси лизината натрия и диметилглицината натрия, полученных обработкой 17,4 г L-лизина и 14,4 г диметилглицина 0,1 н. раствором NaOH в эквимольном соотношении соответственно, нагревали в течении 15 минут при постоянном перемешивании при температуре 100-120°С. Наличие пептидной связи фиксируется спектрально методами Н и С ЯМР, образование тримерной и димерной структур с помощью жидкостной хроматомасс-спектрометрии. После чего образовавшийся раствор используют как смесь компонент А и В активного состава. Состав 3.2. Состав приготовлен по методу 3, только при приготовлении активного состава использовали 23,69 г фенилаланина и 19,88 г L-лизина.
Состав 3.3.
Состав приготовлен по методу 3, только при приготовлении активного состава использовали 15,91 гвалинаи 19,88 г L-лизина.
Приготовление абсорбирующего раствора
Метод 4
Раствор 4.1 Активный состав 1.1 растворяются в воде так, чтобы масса абсорбирующего раствора составляла 100 г при этом суммарное содержание соединений активного состава составляет 30% массовых от общего веса раствора, а масса компонента А составляет 0,5 мас.% от веса активного состава.
Раствор 4.2. Раствор готовится аналогично раствору 4.1., только используется активный состав 1.2.
Раствор 4.3. Раствор готовится аналогично раствору 4.1., только используется активный состав 1.3.
Раствор 4.4. Раствор готовится аналогично раствору 4.1., только используется активный состав 1.4.
Раствор 4.5. Раствор готовится аналогично раствору 4.1., только используется активный состав 1.5.
Раствор 4.6. Раствор готовится аналогично раствору 4.1., только используется активный состав 1.6.
Раствор 4.7. Раствор готовится аналогично раствору 4.1., только используется активный состав 2.1.
Раствор 4.8. Раствор готовится аналогично раствору 4.1., только используется активный состав 2.2.
Раствор 4.9. Раствор готовится аналогично раствору 4.1., только используется активный состав 3.1.
Раствор 4.10. Раствор готовится аналогично раствору 4.1., только используется активный состав 3.2.
Раствор 4.11. Раствор готовится аналогично раствору 4.1., только используется активный состав 3.3.
Раствор 4.12. Раствор готовится аналогично раствору 4.1., только используется моноэтаноламин, вместо компонент А и Б.
Раствор 4.13. Раствор готовится аналогично раствору 4.1., только используется глицинат натрия, вместо компонент А и Б
Метод 5
Раствор 5.1. Активный состав 1.1 растворяются в воде так, чтобы масса абсорбирующего раствора составляла 100 г при этом суммарное содержание соединений активного состава составляет 30% массовых от общего веса раствора, а масса компонента А составляет 10 мас.% от веса активного состава.
Раствор 5.2.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 1.2.
Раствор 5.3.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 1.3.
Раствор 5.4.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 1.4.
Раствор 5.5.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 1.5.
Раствор 5.6.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 1.6.
Раствор 5.7.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 1.7.
Раствор 5.8.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 2.1.
Раствор 5.9.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 2.2.
Раствор 5.10.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 2.3.
Раствор 5.11.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 2.4.
Раствор 5.12.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 2.5.
Раствор 5.13.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 2.6.
Раствор 5.14.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1. только используется активный состав 2.7.
Раствор 5.15.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 2.8.
Раствор 5.16.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 2.9.
Раствор 5.17.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 2.10.
Раствор 5.18.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 3.1.
Раствор 5.19.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 3.2.
Раствор 5.20.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 3.3.
Метод 6
Раствор 6.1. Активный состав 1.1 растворяются в воде так, чтобы масса абсорбирующего раствора составляла 100 г, при этом суммарное содержание соединений активного состава составляет 30% массовых от общего веса раствора, а масса компонента А составляет 50 мас.% от веса активного состава.
Раствор 6.2.
Раствор готовится аналогично раствору 6.1., только используется активный состав 1.2.
Раствор 6.3.
Раствор готовится аналогично раствору 6.1., только используется активный состав 1.3.
Раствор 6.4.
Раствор готовится аналогично раствору 6.1., только используется активный состав 1.4.
Раствор 6.5.
Раствор готовится аналогично раствору 6.1., только используется активный состав 1.5.
Раствор 6.6.
Раствор готовится аналогично раствору 6.1., только используется активный состав 1.6.
Раствор 6.7.
Раствор готовится аналогично раствору 6.1., только используется активный состав 2.1.
Раствор 6.8.
Раствор готовится аналогично раствору 6.1., только используется активный состав 2.2.
Раствор 6.9.
Раствор готовится аналогично раствору 6.1., только используется активный состав 3.1.
Раствор 6.10.
Раствор готовится аналогично раствору 6.1., только используется активный состав 3.2.
Раствор 6.11.
Раствор готовится аналогично раствору 6.1., только используется активный состав 3.3.
Метод 7
Раствор 7.1. Активный состав 1.1 растворяются в воде так, чтобы масса абсорбирующего раствора составляла 100 г при этом суммарное содержание соединений активного состава составляет 20% массовых от общего веса раствора, а масса компонента А составляет 0,5 мас.% от веса активного состава.
Раствор 7.2.
Раствор готовится аналогично раствору 7.1., только используется активный состав 1.2.
Раствор 7.3.
Раствор готовится аналогично раствору 7.1., только используется активный состав 1.3.
Раствор 7.4.
Раствор готовится аналогично раствору 7.1., только используется активный состав 1.4.
Раствор 7.5.
Раствор готовится аналогично раствору 7.1., только используется активный состав 1.5.
Раствор 7.6.
Раствор готовится аналогично раствору 7.1., только используется активный состав 1.6.
Раствор 7.7
Раствор готовится аналогично раствору 7.1., только используется активный состав 2.1.
Раствор 7.8.
Раствор готовится аналогично раствору 7.1., только используется активный состав 2.2.
Раствор 7.9.
Раствор готовится аналогично раствору 7.1., только используется активный состав 3.1.
Раствор 7.10.
Раствор готовится аналогично раствору 7.1., только используется активный состав 3.2.
Раствор 7.11.
Раствор готовится аналогично раствору 7.1., только используется активный состав 3.3.
Раствор 7.12.
Раствор готовится аналогично раствору 7.1., только используется моноэтаноламин, вместо компонент А и Б.
Раствор 7.13.
Раствор готовится аналогично раствору 7.1. только используется глицинат натрия, вместо компонент А и Б.
Метод 8
Раствор 8.1 Активный состав 1.1 растворяются в воде так, чтобы масса абсорбирующего раствора составляла 100 г при этом суммарное содержание соединений активного состава составляет 20% массовых от общего веса раствора, а масса компонента А составляет 10 мас.% от веса активного состава.
Раствор 8.2.
Раствор готовится аналогично раствору 8.1., только используется активный состав 1.2.
Раствор 8.3.
Раствор готовится аналогично раствору 8.1., только используется активный состав 1.3.
Раствор 8.4.
Раствор готовится аналогично раствору 8.1., только используется активный состав 1.4.
Раствор 8.5.
Раствор готовится аналогично раствору 8.1., только используется активный состав 1.5.
Раствор 8.6.
Раствор готовится аналогично раствору 8.1., только используется активный состав 1.6.
Раствор 8.7.
Раствор готовится аналогично раствору 8.1., только используется активный состав 2.1.
Раствор 8.8.
Раствор готовится аналогично раствору 8.1., только используется активный состав 2.2.
Раствор 8.9.
Раствор готовится аналогично раствору 8.1., только используется активный состав 3.1.
Раствор 8.10.
Раствор готовится аналогично раствору 8.1., только используется активный состав 3.2.
Раствор 8.11.
Раствор готовится аналогично раствору 8.1., только используется активный состав 3.3.
Метод 9
Раствор 9.1 Активный состав 1.1 растворяются в воде так, чтобы масса абсорбирующего раствора составляла 100 г при этом суммарное содержание соединений активного состава составляет 20% массовых от общего веса раствора, а масса компонента А составляет 50 мас.% от веса активного состава.
Раствор 9.2.
Раствор готовится аналогично раствору 9.1., только используется активный состав 1.2.
Раствор 9.3.
Раствор готовится аналогично раствору 9.1. только используется активный состав 1.3.
Раствор 9.4.
Раствор готовится аналогично раствору 9.1., только используется активный состав 1.4.
Раствор 9.5.
Раствор готовится аналогично раствору 9.1., только используется активный состав 1.5.
Раствор 9.6.
Раствор готовится аналогично раствору 9.1., только используется активный состав 1.6.
Раствор 9.7.
Раствор готовится аналогично раствору 9.1., только используется активный состав 2.1.
Раствор 9.8.
Раствор готовится аналогично раствору 9.1., только используется активный состав 2.2.
Раствор 9.9.
Раствор готовится аналогично раствору 9.1., только используется активный состав 3.1.
Раствор 9.10.
Раствор готовится аналогично раствору 9.1., только используется активный состав 3.2.
Раствор 9.11.
Раствор готовится аналогично раствору 9.1., только используется активный состав 3.3.
Метод 10
Раствор 10.1 Активный состав 1.1 растворяются в воде так, чтобы масса абсорбирующего раствора составляла 100 г при этом суммарное содержание соединений активного состава составляет 10% массовых от общего веса раствора, а масса компонента А составляет 0,5 мас.% от веса активного состава.
Раствор 10.2.
Раствор готовится аналогично раствору 10.1., только используется активный состав 1.2.
Раствор 10.3.
Раствор готовится аналогично раствору 10.1., только используется активный состав 1.3.
Раствор 10.4.
Раствор готовится аналогично раствору 10.1., только используется активный состав 1.4.
Раствор 10.5.
Раствор готовится аналогично раствору 10.1., только используется активный состав 1.5.
Раствор 10.6.
Раствор готовится аналогично раствору 10.1., только используется активный состав 1.6.
Раствор 10.7.
Раствор готовится аналогично раствору 10.1., только используется активный состав 2.1.
Раствор 10.8.
Раствор готовится аналогично раствору 10.1., только используется активный состав 2.2.
Раствор 10.9.
Раствор готовится аналогично раствору 10.1., только используется активный состав 3.1.
Раствор 10.10.
Раствор готовится аналогично раствору 10.1., только используется активный состав 3.2.
Раствор 10.11.
Раствор готовится аналогично раствору 10.1., только используется активный состав 3.3.
Раствор 10.12.
Раствор готовится аналогично раствору 10.1., только используется моноэтаноламин, вместо компонент А и Б.
Раствор 10.13.
Раствор готовится аналогично раствору 10.1., только используется глицинат натрия, вместо компонент А и Б.
Метод 11
Раствор 11.1. Активный состав 1.1 растворяются в воде так, чтобы масса абсорбирующего раствора составляла 100 г при этом суммарное содержание соединений активного состава составляет 10% массовых от общего веса раствора, а масса компонента А составляет 10 мас.% от веса активного состава.
Раствор 11.2.
Раствор готовится аналогично раствору 11.1., только используется активный состав 1.2.
Раствор 11.3.
Раствор готовится аналогично раствору 11.1., только используется активный состав 1.3.
Раствор 11.4.
Раствор готовится аналогично раствору 11.1., только используется активный состав 1.4.
Раствор 11.5.
Раствор готовится аналогично раствору 11.1., только используется активный состав 1.5.
Раствор 11.6.
Раствор готовится аналогично раствору 11.1., только используется активный состав 1.6.
Раствор 11.7.
Раствор готовится аналогично раствору 11.1., только используется активный состав 2.1.
Раствор 11.8.
Раствор готовится аналогично раствору 11.1., только используется активный состав 2.2.
Раствор 11.9.
Раствор готовится аналогично раствору 11.1., только используется активный состав 3.1.
Раствор 11.10.
Раствор готовится аналогично раствору 11.1., только используется активный состав 3.2.
Раствор 11.11.
Раствор готовится аналогично раствору 11.1., только используется активный состав 3.3.
Метод 12
Раствор 12.1. Активный состав 1.1 растворяются в воде так, чтобы масса абсорбирующего раствора составляла 100 г при этом суммарное содержание соединений активного состава составляет 10% массовых от общего веса раствора, а масса компонента А составляет 50 мас.% от веса активного состава.
Раствор 12.2.
Раствор готовится аналогично раствору 9.1., только используется активный состав 1.2.
Раствор 12.3.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 1.3.
Раствор 12.4.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 1.4.
Раствор 12.5.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 1.5.
Раствор 12.6.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 1.6.
Раствор 12.7.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 2.1.
Раствор 12.8.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 2.2.
Раствор 12.9.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 3.1.
Раствор 12.10.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 3.2.
Раствор 12.11.
Раствор готовится аналогично раствору 5.1., только используется активный состав 3.3.
Эксперимент 1
В реактор барботажного типа, оборудованный «рубашкой», загружали 100 мл раствора 4.1., и при температуре 35°С в «рубашке» реактора, и в течение 1 часа пропускали через раствор газо-воздушную смесь со скоростью 4 л/час, содержащую диоксид углерода.
Концентрацию газов во входящем и выходящем потоке определяли с помощью хроматографа Кристаллюкс 2000М. Концентрацию кислого газа в растворе определяли волюмометрическим методом.
Эксперименты 2-111
проводили аналогично эксперименту 1, только использовали растворы 4.2-4.13, 5.1-5.20; 6.1-6.11; 7.1-7.13; 8.1-8.11; 9.1-9.11; 10.1-10.13; 11.1-11.11 и 12.1-12.11.
Эксперименты 103-214
аналогичны экспериментам 1-111 только газо-воздушная смесь, содержала сероводород.
Все растворы после насыщения кислыми газами регенерировались путем нагревания при температуре 115°С в течение 20 мин. После чего использовались для повторной абсорбции. Один цикл процесса состоит из 1 абсорбции и 1 регенерации раствора. Степень очистки рассчитывалась по формуле:
А=(1-((концентрация кислого газа в выходящей газо-воздушной смеси)/ (концентрация кислого газа в исходной газо-воздушной смеси)))
Результаты проводимых экспериментов приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1
Степень очистки газо-воздушной смеси от диоксида углерода.
Число циклов 100
№ эксперимента
Концентрация кислого газа, об.%
20
5
0,5
1.
0,45
0,42
0,4
2.
0,6
0,58
0,5
3.
0,5
0,48
0,44
4.
0,52
0,44
0,4
5.
0,48
0,42
0,4
6.
0,48
0,44
0,4
7.
0,46
0,42
0,38
8.
0,58
0,53
0,5
9.
0,5
0,42
0,38
10.
0,57
0,52
0,5
11.
0,46
0,42
0,40
12.
0,37
0,34
0,33
13.
0,56
0,5
0,5
14.
0,48
0,44
0,40
15.
0,6
0,5
0,46
16.
0,46
0,44
0,42
17.
0,48
0,46
0,42
18.
0,62
0,54
0,5
19.
0,62
0,6
0,52
20.
0,6
0,6
0,51
21.
0,62
0,58
0,52
22.
0,6
0,58
0,56
23.
0,45
0,4
0,36
24.
0,62
0,52
0,51
25.
0,45
0,42
0,4
26.
0,6
0,51
0,5
27.
0,48
0,44
0,40
28.
0,62
0,58
0,5
29.
0,48
0,44
0,4
30.
0,5
0,44
0,4
31.
0,5
0,48
0,46
32.
0,5
0,46
0,44
33.
0,58
0,54
0,5
34.
0,56
0,5
0,46
35.
0,52
0,5
0,45
36.
0,54
0,54
0,5
37.
0,6
0,5
0,5
38.
0,6
0,5
0,5
39.
0,6
0,5
0,48
40.
0,5
0,3
0,21
41.
0,5
0,32
0,25
42.
0,48
0,4
0,38
43.
0,5
0,5
0,42
44.
0,52
0,5
0,38
45.
0,46
0,42
0,36
46.
0,52
0,5
0,32
47.
0,38
0,35
0,32
48.
0,56
0,5
0,42
49.
0,52
0,4
0,3
50.
0,5
0,48
0,32
51.
0,52
0,4
0,32
52.
0,52
0,52
0,31
53.
0,54
0,52
0,45
54.
0,56
0,4
0,32
55.
0,58
0,4
0,34
56.
0,54
0,4
0,3
57.
0,42
0,38
0,28
58.
0,46
0,4
0,4
59.
0,48
0,42
0,32
60.
0,5
0,48
0,42
61.
0,5
0,46
0,42
62.
0,52
0,46
0,4
63.
0,48
0,39
0,34
64.
0,42
0,39
0,32
65.
0,52
0,42
0,36
66.
0,56
0,48
0,34
67.
0,54
0,52
0,32
68.
0,54
0,5
0,42
69.
0,52
0,5
0,32
70.
0,51
0,41
0,36
71.
0,46
0,4
0,32
72.
0,46
0,42
0,31
73.
0,44
0,42
0,3
74.
0,48
0,42
0,4
75.
0,52
0,48
0,4
76.
0,58
0,46
0,4
77.
0,58
0,42
0,38
78.
0,56
0,52
0,36
79.
0,6
0,52
0,38
80.
0,6
0,41
0,32
81.
0,48
0,4
0,38
82.
0,37
0,35
0,34
83.
0,52
0,5
0,38
84.
0,44
0,42
0,36
85.
0,51
0,5
0,32
86.
0,5
0,42
0,3
87.
0,56
0,5
0,42
88.
0,5
0,4
0,3
89.
0,46
0,48
0,32
90.
0,52
0,4
0,32
91.
0,52
0,53
0,31
92.
0,54
0,52
0,45
93.
0,56
0,4
0,32
94.
0,58
0,4
0,34
95.
0,54
0,4
0,3
96.
0,443
0,38
0,28
97.
0,46
0,4
0,3
98.
0,48
0,42
0,32
99.
0,5
0,48
0,42
100.
0,48
0,46
0,42
101.
0,52
0,46
0,42
102.
0,48
0,39
0,34
103.
0,52
0,5
0,38
104.
0,44
0,42
0,36
105.
0,51
0,5
0,32
106.
0,5
0,42
0,3
107.
0,56
0,5
0,42
108.
0,5
0,4
0,3
109.
0,46
0,48
0,32
110.
0,52
0,4
0,32
111.
0,52
0,53
0,31
Таблица 2
Степень очистки газа от сероводорода и других газов
Число циклов 50
№ эксперимента
Концентрация кислого газа, об.%
1,0
0,5
0,1
112.
0,45
0,42
0,4
113.
0,6
0,58
0,5
114.
0,5
0,48
0,44
115.
0,52
0,44
0,4
116.
0,48
0,42
0,4
117.
0,48
0,44
0,4
118.
0,46
0,42
0,38
119.
0,58
0,53
0,5
120.
0,5
0,42
0,38
121.
0,57
0,52
0,5
122.
0,46
0,42
0,40
123.
0,3
0,35
0,33
124.
0,56
0,5
0,5
125.
0,48
0,44
0,40
126.
0,6
0,5
0,46
127.
0,46
0,44
0,42
128.
0,48
0,46
0,42
129.
0,62
0,54
0,5
130.
0,62
0,6
0,52
131.
0,6
0,6
0,51
132.
0,62
0,58
0,52
133.
0,6
0,58
0,56
134.
0,45
0,4
0,36
135.
0,62
0,52
0,51
136.
0,45
0,42
0,4
137.
0,6
0,51
0,5
138.
0,48
0,44
0,40
139.
0,62
0,58
0,5
140.
0,48
0,44
0,4
141.
0,5
0,44
0,4
142.
0,5
0,48
0,46
143.
0,5
0,46
0,44
144.
0,58
0,54
0,5
145.
0,56
0,5
0,46
146.
0,52
0,5
0,45
147.
0,54
0,54
0,5
148.
0,6
0,5
0,5
149.
0,6
0,5
0,5
150.
0,6
0,5
0,48
151.
0,5
0,3
0,21
152.
0,5
0,32
0,25
153.
0,48
0,4
0,38
154.
0,5
0,5
0,42
155.
0,52
0,5
0,38
156.
0,46
0,42
0,36
157.
0,52
0,5
0,32
158.
0,37
0,39
0,32
159.
0,56
0,5
0,42
160.
0,52
0,4
0,3
161.
0,5
0,48
0,32
162.
0,52
0,4
0,32
163.
0,52
0,52
0,31
164.
0,54
0,52
0,45
165.
0,56
0,4
0,32
166.
0,58
0,4
0,34
167.
0,54
0,4
0,3
168.
0,42
0,38
0,28
169.
0,46
0,4
0,4
170.
0,48
0,42
0,32
171.
0,5
0,48
0,42
172.
0,5
0,46
0,42
173.
0,52
0,46
0,4
174.
0,48
0,39
0,34
175.
0,42
0,39
0,32
176.
0,52
0,42
0,36
177.
0,56
0,48
0,34
178.
0,54
0,52
0,32
179.
0,54
0,5
0,42
180.
0,52
0,5
0,32
181.
0,51
0,41
0,36
182.
0,46
0,4
0,32
183.
0,38
0,37
0,31
184.
0,44
0,42
0,3
185.
0,48
0,42
0,4
186.
0,52
0,48
0,4
187.
0,58
0,46
0,4
188.
0,58
0,42
0,38
189.
0,56
0,52
0,36
190.
0,6
0,52
0,38
191.
0,6
0,41
0,32
192.
0,48
0,4
0,38
193.
0,5
0,5
0,42
194.
0,52
0,5
0,38
195.
0,44
0,42
0,36
196.
0,51
0,5
0,32
197.
0,5
0,42
0,3
198.
0,56
0,5
0,42
199.
0,5
0,4
0,3
200.
0,46
0,48
0,32
201.
0,52
0,4
0,32
202.
0,52
0,53
0,31
203.
0,54
0,52
0,45
204.
0,56
0,4
0,32
205.
0,58
0,4
0,34
206.
0,54
0,4
0,3
207.
0,443
0,38
0,28
208.
0,46
0,4
0,3
209.
0,48
0,42
0,32
210.
0,5
0,48
0,42
211.
0,48
0,46
0,42
212.
0,52
0,46
0,42
213.
0,48
0,39
0,34
214.
0,42
0,39
0,32
Эксперименты по определению коррозионной активности абсорбирующего раствора проводились по методике ГОСТ 9.908-85. Результаты испытаний приведены в Таблице 3.
Таблица 3
Скорость коррозии углеродистой стали 12Х18Н10Т в растворах различных поглотителей.
Поглотитель
Содержание кислорода, %
Температура, °С
Скорость коррозии, г/м<sup>2</sup>*ч
МЭА*
0,4
100
0,299
Абсорбирующий раствор, приготовленный по методу 2.3
0,4
100
0,009
2
2
2
2
Изобретение позволяет удалять из газовых потоков не только диоксид углерода, но и другие газы, в частности HS, SO, CS, HCN, COS, NО, HCl, дисульфиды или меркаптаны.
Парциальное давление кислых газов в очищаемых газовых потоках составляет не менее 0,05 кПа.
Изобретение может быть использовано для очистки газовых потоков всех типов. Потоки газов, которые включают в себя кислые газы, являются наиболее предпочтительными потоками, например потоки природного газа, выбросы газовых печей, газы после газификации угля, рециркулярующие газы, подземные взрывоопасные газы, а также воздух закрытых помещений.
Изобретение может быть использовано для очистки отработанных жидкостей, особенно таких, которые не смешиваются с абсорбирующим раствором, такие как сжиженный нефтяной газ или сжиженный природный газ.
1
11
Абсорбирующий раствор может быть применен для обработки углеводородных потоков. При этом в потоке могут присутствовать, например, такие углеводороды, как алифатические углеводороды C-С (метан), или ароматические (бензол, толуол или ксилол).
Обрабатываемые газовые потоки могут быть получены вследствие:
- окисления органических соединений, например топливный газ;
- разложения и хранения отходов, включающих в себя органические субстанции;
- разложения органических веществ различными бактериями;
- накопления кислых газов в воздухе закрытых помещений.
Устройства для проведения процесса очистки газовых потоков представленным абсорбирующим раствором включают в себя, по меньшей мере, одну абсорбционную колонну, например, терельчатую или насадочную колонну, и/или другие типы контактных устройств, например мембранный реактор, скруббер с радиальным вводом, безнасадочный скруббер, скруббер Вентури, скруббер с вращающимся распылением.
Предпочтительным является использование абсорбирующего раствора в противотоке с газовым потоком. В этом случае газовый поток поступает снизу колонны, а абсорбционный раствор сверху колонны.
В качестве материалов, пригодных для проведения обработки газовых потоков абсорбирующим раствором в абсорберах, пригодны материалы из нержавеющей стали, а также материалы на основе пластиков, таких как полиолефины, и/или политетрафторэтилен, или абсорберы в которых внутреннее пространство полностью или частично покрыто пластиком.
Температура абсорбции составляет от 20 до 100°С.
Десорбция насыщенного абсорбирующего раствора, т.е. раствора, прошедшего абсорбционное устройство в противотоке и/или прямотоке с очищаемым газом, осуществляется:
1) нагреванием, например от 70 до 150°С,
2) расширением,
3) отгонкой с инертным потоком
или комбинацией этих методов, а также
4) воздействием СВЧ-излучения.