2
2
2
2
АБСОРБЕНТ СО И/ИЛИ HS И УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ СО И/ИЛИ HS
2
2
2
2
CO AND/OR HS ABSORBENT AND APPARATUS AND METHOD FOR EXTRACTING CO AND/OR HS

Область техники, к которой относится изобретение
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Настоящее изобретение относится к абсорбенту для абсорбции двуокиси углерода (CO) или сульфида водорода (HS) или для абсорбции и CO и HS, и к устройству и способу для извлечения CO, или HS, или и CO и HS и, в частности, к абсорбенту CO, содержащемуся в отходящем газе, и к установке и способу для получения CO.
Уровень техники
2
2
2
В качестве способа извлечения и удаления кислого газа, содержащегося в газе (газе, подлежащем очистке), включающем природный газ, различные заводские газы, полученные на химических заводах, такие как синтетический газ, отходящий газ, и тому подобный газ, в частности, CO были предложены различные традиционные способы. Примеры таких способов включают способ, в котором CO и HS, содержащиеся в отходящем газе, приводят в контакт с водным раствором алканоламина, используемым в качестве абсорбента, удаляют и, таким образом, извлекают.
Таким абсорбентом является, например, моноэтаноламин (MEA), то есть первичный моноамин алканоламина. Разложение абсорбента происходит без постороннего воздействия, само собой, с помощью кислорода и подобного газа, присутствующего в отходящем газе. В качестве мер противодействия этому процессу разложения известно использование абсорбента, полученного путем смешивания вторичного циклического диамина или заранее выбранного первичного моноамина, который характеризуется сильным эффектом стерического затруднения, вместе с ранее не используемым вторичным моноамином (см., например, патентный документ D1). Известен также абсорбент, полученный путем добавления третичного моноамина к смеси вторичного моноамина и вторичного циклического диамина (см., например, патентные документы D2 и D3). Кроме того, известен абсорбент, полученный путем смешивания предварительно выбранных первичного, вторичного и третичного моноаминов, обладающих сильным эффектом стерического затруднения (см., например, патентный документ D4). Помимо этого, известен абсорбент, полученный путем смешивания вторичного моноамина, вторичного циклического диамина и третичного моноамина (см., например, патентный документ D5).
Список релевантных патентных документов
D1 – патент Японии №5215595
D2 – патент Японии №4634384
D3 - выложенная заявка на патент Японии №2013-086079
D4 - выложенная заявка на патент Японии №2008-168227
D5 - выложенная заявка на патент Японии №2017-64645
Сущность изобретения
Техническая проблема
В отношении компонентов абсорбентов, описанных в патентных документах D1-D5, и соотношений этих компонентов в смеси, существует проблема, которая заключается в необходимости затрат большого количества теплоты в ребойлере в процессе рециркуляции абсорбентов.
2
2
2
2
2
В связи с указанными обстоятельствами задача изобретения заключается в том, чтобы обеспечить абсорбент CO и/или HS, или и CO и HS, который может уменьшить тепловую нагрузку ребойлера в процессе рециркуляции абсорбента, и обеспечить также способ и устройство для извлечения CO2, или H2S, или и CO2 и HS.
Решение проблемы
2
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения обеспечивается абсорбент для абсорбции присутствующих в газе CO2, или H2S, или и CO2 и HS. Абсорбент содержит в качестве компонентов (а) вторичный линейный моноамин; (b) третичный линейный моноамин; и (с) вторичный циклический диамин. Концентрация вторичного линейного моноамина (а) составляет более 30 мас.% и менее 45 мас.%. Концентрация третичного линейного моноамина (b) составляет более 15 мас.% и менее 30 мас.%.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения обеспечивается устройство для извлечения CO, или HS, или и CO и HS. Указанное устройство содержит абсорбер, в котором газ, содержащий CO, или HS, или и CO и HS, приводится в контакт с абсорбентом для извлечения CO, или HS, или и CO и HS; и регенератор абсорбента, который обеспечивает регенерацию раствора, в котором абсорбируется CO, или HS, или и CO и HS. Раствор, регенерированный путем извлечения CO, или HS, или и CO и HS в регенераторе абсорбента, используется повторно в абсорбере. Абсорбент, используемый в устройстве, представляет собой абсорбент в соответствии с первым аспектом изобретения.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения обеспечивается способ извлечения CO2, или H2S, или и CO2 и HS. Способ включает: приведение газа, содержащего CO2, или H2S, или и CO2 и HS, в контакт с абсорбентом для извлечения CO2, или H2S, или и CO2 и HS в абсорбере; регенерацию раствора, в котором абсорбируются CO2, или H2S, или и CO2 и HS, в регенераторе абсорбента; и повторное использование в абсорбере раствора, регенерированного путем извлечения в регенераторе абсорбента CO или HS или и CO и HS. Абсорбент, используемый для извлечения CO2, или H2S, или и CO2 и HS, представляет собой абсорбент в соответствии с первым аспектом изобретения.
Положительные эффекты изобретения
2
2
Настоящее изобретение может обеспечить абсорбент для абсорбции присутствующих в газе CO2, или H2S, или и CO2 и HS, содержащий в качестве компонентов (а) вторичный линейный моноамин; (b) третичный линейный моноамин; и (с) вторичный циклический диамин, при этом, в том случае, если концентрация вторичного линейного моноамина (а) составляет более 30 мас.% и менее 45 мас.%, а концентрация третичного линейного моноамина (b) составляет более 15 мас.% и менее 30 мас.%, тепловая нагрузка ребойлера может быть уменьшена; настоящее изобретение может обеспечить также устройство и способ извлечения CO2, или H2S, или и CO2 и HS.
Краткое описание чертежей
2
Фиг. 1 - схематическое изображение установки для получения СО в соответствии с Примером 1.
Фиг. 2 - график, иллюстрирующий уменьшение тепловой нагрузки ребойлера (в процентах) при использовании абсорбентов на основе трех компонентов в Примерах испытаний (1-1) – (1-5).
Фиг. 3 - график, иллюстрирующий уменьшение тепловой нагрузки ребойлера (в процентах) при использовании абсорбентов на основе трех компонентов в Примерах испытаний (2-1) – (2-5).
Фиг. 4 - график, иллюстрирующий соотношение между концентрацией аминосодержащего компонента (мас.%) в абсорбирующем компоненте абсорбента и относительной величиной тепловой нагрузки ребойлера в Примере испытания 1-6.
Фиг. 5 - график, иллюстрирующий соотношение между концентрацией аминосодержащего компонента (мас.%) в абсорбирующем компоненте абсорбента и относительной величиной тепловой нагрузки ребойлера в Примере испытания 3.
Фиг. 6 - график, иллюстрирующий зависимость между массовым отношением «(b) третичный линейный моноамин/(а) вторичный линейный моноамин + (с) вторичный циклический диамин» и относительной величиной тепловой нагрузки ребойлера в Примере испытания 6.
Фиг. 7 - график, иллюстрирующий зависимость между массовым отношением «(b) третичный линейный моноамин/(а) вторичный линейный моноамин» и относительной величиной тепловой нагрузки ребойлера в Примере испытания 7.
Описание воплощений изобретения
Далее будут подробно описаны предпочтительные примеры воплощений настоящего изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи. Настоящее изобретение не ограничивается этими предпочтительными примерами. Поскольку существует множество примеров воплощения, настоящее изобретение включает комбинацию таких примеров.
Примеры
2
Абсорбент в соответствии с настоящим изобретением представляет собой абсорбент для абсорбции присутствующих в газе CO2, или H2S, или и CO2 и HS. Абсорбент содержит в качестве компонентов (а) вторичный линейный моноамин, (b) третичный линейный моноамин и (с) вторичный циклический диамин. Концентрация вторичного линейного моноамина (а) составляет более 30 мас.% и менее 45 мас.%, а концентрация третичного линейного моноамина (b) составляет более 15 мас.% и менее 30 мас.%.
Предпочтительно концентрация (мас.%) (с) вторичного циклического диамина в абсорбенте меньше концентрации вторичного линейного моноамина (а) и меньше концентрации третичного линейного моноамина (b).
Общая концентрация (а) вторичного линейного моноамина, (b) третичного линейного моноамина и (с) вторичного циклического диамина предпочтительно составляет более 46 мас.% и менее 75 мас.% или меньше.
Предпочтительной является общая концентрация компонентов (а) – (с), которая находится в интервале от 50 мас.% до 70 мас.%, и, более предпочтительно в интервале от 55 мас.% до 65 мас.%. Это обусловлено тем, что тепловая нагрузка ребойлера может быть уменьшена в процессе рециркуляции абсорбента даже в том случае, если концентрация указанных компонентов является высокой.
Нижний предел концентрации вторичного циклического диамина (с) предпочтительно составляет 1 мас. % или более, предпочтительнее 3 мас.% или более.
2
2
2
2
2
Таким образом, если концентрации (а) вторичного линейного моноамина, (b) третичного линейного моноамина и (с) вторичного циклического диамина находятся в пределах упомянутых интервалов величин, абсорбционная способность абсорбента к абсорбции СО может сохраняться благодаря исключительно высокой способности к абсорбции СО вторичного линейного моноамина (а) и вторичного циклического диамина (с), а способность к десорбции СО может быть улучшена благодаря исключительно высокой способности вторичного линейного моноамина (а) и третичного линейного моноамина (с) к выделению СО. Таким образом, даже если концентрация абсорбирующего компонента является высокой, тепловая нагрузка ребойлера в процессе регенерации абсорбента, которым была абсорбирован СО, может быть уменьшена.
Вторичным линейным моноамином (а) предпочтительно является соединение, представленное химической формулой (I), которая приведена ниже, как «Формула I».
Формула I
где R1: углеводородная группа, содержащая от 1 до 4 атомов углерода,
R2: гидроксиалкильная группа, содержащая от 1 до 4 атомов углерода.
Конкретные примеры вторичного линейного моноамина (а) включают соединение, выбранное по меньшей мере из одного из N-метиламиноэтанола, N- этиламиноэтанола, N- пропиламиноэтанола, N- бутиламиноэтанола и подобных соединений, однако настоящее изобретение не ограничивается этими конкретными примерами. Указанные химические соединения могут быть скомбинированы.
Третичным линейным моноамином (с) предпочтительно является соединение, представленное химической формулой (II), которая приведена ниже, как «Формула II».
Формула II
где R3: углеводородная группа, содержащая от 1 до 4 атомов углерода,
R4 и R5: углеводородная группа или гидроксиалкильная группа, содержащая от 1 до 4 атомов углерода.
Конкретные примеры третичного линейного моноамина (с) включают соединение, выбранное, по меньшей мере, из одного из N-метилдиэтаноламина, N- этилдиэтаноламина, N- бутилдиэтаноламина, 4-диметиламино-1-бутанола, 2-диметиламиноэтанола, 2-диэтиламиноэтанола, 2-ди-n-бутиламиноэтанола, N-этил-N-метилэтаноламина, 3-диметиламино-1-пропанола, 2-диметиламино-2-метил-1-пропанола и подобных соединений, однако настоящее изобретение не ограничивается этими конкретными примерами. Указанные химические соединения могут быть скомбинированы.
4
10
2
5
12
2
6
14
2
Вторичным циклическим диамином (с) является производное пиперазина. Примеры такого производного пиперазина включают соединение, например, пиперазин (CHN), 2-метилпиперазин (CHN), и 2,5 – диметилпиперазин (CHN) или смесь указанных соединений.
2
2
Вторичный линейный моноамин (а), то есть компонент, входящий в состав абсорбирующего компонента в настоящем изобретении, имеет присущие ему характеристики, в соответствии с которыми за счет реакции с СО, содержащемся в отходящих газах, производится карбамат амина в качестве абсорбирующего компонента, и связывается СО. Соответственно, вторичный линейный моноамин (а) имеет высокую абсорбционную способность.
Однако, в условиях высокой концентрации, необходимо предотвратить ухудшение интенсивности абсорбции и абсорбционной способности вследствие повышенной вязкости абсорбента, и необходимо предотвратить ухудшение эффективности процесса регенерации.
2
2
В то же время, в третичном линейном моноамине (b), который является другим компонентом абсорбента согласно настоящему изобретению, СО растворяется в основном как бикарбонатная соль без образования карбамата при реагировании с СО. Таким образом, абсорбционная способность третичного линейного моноамина (b) уступает абсорбционной способности вторичного линейного моноамина (а). Даже в условиях высокой концентрации повышение вязкости абсорбента может быть сравнительно умеренным. Третичный линейный моноамин (b) обладает исключительно высокой регенерирующей способностью.
Исходя из вышеуказанных свойств обоих компонентов, образующих абсорбент, был исследован компонентный состав абсорбирующего компонента, который препятствует повышению вязкости абсорбента, сохраняет абсорбционную способность даже в условиях высокой концентрации и обеспечивает снижение тепловой нагрузки ребойлера. В настоящем изобретении было обнаружено, что в состав абсорбирующего компонента, в котором концентрация третичного линейного моноамина (b) находится в пределах подходящего интервала относительно высоких величин концентрации даже при высокой концентрации вторичного линейного моноамина (а), входят следующие компоненты: вторичный линейный моноамин (а), третичный линейный моноамин (b) и вторичный циклический диамин (с), при этом концентрация вторичного линейного моноамина (а) установлена в пределах интервала концентраций, составляющих более 30 мас.% и менее 45 мас.%, а концентрация третичного линейного моноамина (b) установлена в пределах интервала концентраций, составляющих более 15 мас.% и менее 30 мас.%.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Для измерения повышенной вязкости абсорбента измеряют вязкость (А) при подаче в абсорбер СО регенерированного абсорбента СО (обедненный раствор), (абсорбент циркулирует и повторно используется в абсорбере СО для извлечения СО, присутствующего в отходящих газах, и в регенераторе абсорбента, который освобождает абсорбированный СО), и вязкость (В) абсорбента СО (обогащенный раствор), в котором абсорбирована СО в той части абсорбера СО, в которой осуществляется извлечение СО. При смешивании компонентов в настоящем изобретении так, как указано в рассмотренных ниже Примерах испытаний, получено подтверждение предотвращения повышения вязкости абсорбента.
Кроме того, предпочтительно, чтобы соотношение компонентов смеси (компонентов а, b, с) было установлено в смеси так, чтобы массовое отношение третичного линейного моноамина (b) к общей массе вторичного линейного моноамина (а) и вторичного циклического диамина (с) составляло более 0,3 и менее 0,85.
При установлении соотношений компонентов смеси указанным образом может быть создан абсорбент, содержащий в качестве абсорбирующих компонентов вторичный линейный моноамин (а) и третичный линейный моноамин (b) с высокими концентрациями и обеспечивающий исключительно высокую экономию энергии вследствие правильно подобранного массового отношения «(b) третичный линейный моноамин/(а) вторичный линейный моноамин + (с) вторичный циклический диамин».
Предпочтительно, чтобы отношение компонентов в смеси (компонентов а и b) было определено так, чтобы массовое отношение третичного линейного моноамина (b) и вторичного линейного моноамина (а) составляло более 0,5 и менее 1,0.
При установлении отношений компонентов смеси так, как указано выше, может быть создан абсорбент, содержащий в качестве абсорбирующего компонента третичный линейный моноамин (b) с высокой концентрацией и обеспечивающий исключительно высокую экономию энергии вследствие правильно подобранного массового отношения «(b) третичный линейный моноамин/(а) вторичный линейный моноамин».
2
В настоящем изобретении, например, предпочтительно, чтобы температура абсорбции в абсорбере при осуществлении способа химической абсорбции в процессе контакта абсорбента с отходящим газом, содержащим СО или подобный газ, обычно находилась в интервале от 30 до 80°С. К используемому в настоящем изобретении абсорбенту добавляют, при необходимости, ингибитор коррозии, ингибитор разложения или подобный ингибитор.
2
2
2
2
Предпочтительно, чтобы в процессе абсорбции парциальное давление СО на входе в абсорбер СО, в котором происходит абсорбция СО, присутствующего в подлежащем очистке газе, было меньше парциального давления СО (например, от 0,003 до 0,1 МПа) с учетом применения способа химической абсорбции.
2
2
В настоящем изобретении, если давление в регенераторе абсорбента, который выделяет СО или подобный газ из абсорбента, который абсорбировал СО или другой газ, находится в интервале от 130 до 200 кПа (абсолютное давление), предпочтительно, чтобы температура в нижней части регенератора абсорбента, т.е. температура регенерации в регенераторе составляла 110°С или выше. Это связано с тем, что при температуре менее 110°С необходимо увеличить количество абсорбента, циркулирующего в системе в процессе регенерации, и регенерация, с точки зрения её эффективности, становится нецелесообразной. Регенерацию более предпочтительно осуществлять при температуре 115°С или выше.
2
2
Примеры газа, подлежащего очистке в соответствии с настоящим изобретением, включают газ, полученный при газификации угля, синтетический газ, газ коксовых печей, нефтяной газ, природный газ, отходящий газ и подобный газ, но эти примеры не ограничиваются указанными газами. Любой газ может быть подвергнут очистке при условии, что он представляет собой газ, содержащий кислый газ, например, СО или HS.
2
2
2
2
2
Технологическое оборудование, которое может быть использовано в способе извлечения СО или HS, или и СО и HS, присутствующих в газе, в соответствии с настоящим изобретением, не является особо ограниченным, и пример устройства для извлечения СО будет описан ниже со ссылкой на фиг. 1.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
На фиг. 1 представлена схема установки для получения СО согласно Примеру 1. Как показано на фиг. 1, установка 12 для получения СО в соответствии с Примером 1 содержит устройство 16 для охлаждения отходящего газа, использующее охлаждающую воду 15, которая охлаждает отходящий газ, содержащий СО и О, отводимый из промышленной установки 13, работающий со сжиганием топлива, такой как котельная установка или газотурбинная установка. В состав установки 12 входит также абсорбер СО 18, содержащий участок 18А извлечения СО, который приводит охлажденный отходящий газ 14, содержащий СО, в контакт с абсорбентом СО 17 (иногда именуемым здесь просто как «абсорбент»), который абсорбирует СО для извлечения СО из отходящего газа 14, и регенератор 20 абсорбента, в котором осуществляется выделение СО из абсорбента СО (который здесь иногда именуется как «обогащенный раствор») 19, в котором абсорбирован СО, и, таким образом, происходит регенерация абсорбента СО. В установке 12 для получения СО, регенерированный абсорбент СО (который здесь иногда именуется как «обедненный раствор») 17, из которого был извлечен СО в регенераторе 20 абсорбента, вновь используется в качестве абсорбента СО в абсорбере СО 18.
2
2
2
На фиг. 1 канал для потока отходящего газа обозначен позицией 13а, дымовая труба обозначена позицией 13b, и вода, полученная из сконденсированного водяного пара, обозначена позицией 34. Установка 12 для получения СО может быть модернизирована для получения СО из существующего и действующего источника отходящего газа или может быть создана вместе с новым источником отходящего газа. На линии отходящего газа 14 установлена открываемая и закрываемая задвижка, которая открывается во время работы установки 12 для удаления отходящего газа. Задвижка установлена с возможностью закрытия, когда источник отходящего газа работает, но работа установки 12 для получения СО прекращается.
2
2
2
2
В способе получения СО, использующем установку 12 для получения СО, отходящий газ 14, содержащий СО, отведенный из промышленной установки 13, работающей со сжиганием топлива, такой как бойлер или газотурбинная установка, сжимается с помощью газодувки 22 отходящего газа, направляется в устройство 16 для охлаждения отходящего газа, использующего охлаждающую воду 15, и направляется в абсорбер СО 18.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
В абсорбере СО 18 отходящий газ 14 входит в контакт в противотоке с абсорбентом СО 17, то есть с аминосодержащим абсорбентом, соответствующим рассматриваемому примеру, и содержащийся в отходящем газе СО абсорбируется абсорбентом СО 17 посредством химической реакции. Отходящий газ, из которого СО извлечен на участке 18А извлечения СО, вступает в контакт газ-жидкость с циркулирующей очищающей водой 21, содержащей абсорбент СО, то есть поступает из распределителя жидкости на участок 18В очистки водой в абсорбере 18, абсорбент СО 17, увлекаемый отходящим газом, из которого извлечена СО, удаляется, при этом отходящий газ 23, из которого извлечен СО, отводится затем за пределы системы. Обогащенный раствор 19, то есть абсорбент СО, которым абсорбирован СО, сжимается насосом 24 обогащенного раствора, нагревается с помощью обедненного раствора, то есть абсорбента СО 17, регенерированного в регенераторе 20 абсорбента в теплообменнике 25 обедненного и обогащенного растворов, и направляется в регенератор 20 абсорбента.
2
2
2
2
2
Обогащенный раствор 19, отведенный из верхней части регенератора 20 абсорбента в его внутренний объем, инициирует эндотермическую реакцию, использующую водяной пар, поступающий из нижней части регенератора, при этом выделяется большая часть СО. Абсорбент СО, из которого в регенераторе 20 абсорбентабыла выделена часть или большая часть СО, именуется полуобедненным раствором. На выходе из нижней части регенератора 20 абсорбента этот полуобедненный раствор становится абсорбентом (обедненным раствором) 17, из которого извлечен практически весь СО. Некоторая часть этого обедненного раствора 17 перегревается водяным паром 27 в ребойлере 26, и полученный водяной пар, используемый для десорбции СО, поступает во внутренний объем регенератора 20 абсорбента.
2
2
2
2
2
2
В то же время, из верхней части регенератора 20 абсорбента выходит поток газа 28, увлекающий СО вместе с водяным паром, который выделился из обогащенного раствора 19 и полуобедненного раствора в регенераторе. Водяной пар конденсируется в конденсаторе 29, вода отделяется в разделительной ёмкости 30, а газ 40, содержащий СО, отводится за пределы системы, сжимается с помощью отдельного компрессора 41 и удаляется из установки. Газ 42, содержащий СО, после сжатия и отвода из компрессора 41, проходит через разделительную ёмкость 43 и нагнетается в нефтяное месторождение, в котором используются методы повышения нефтеотдачи пласта (EOR), или аккумулируется в водоносном слое. В результате осуществляется противодействие глобальному потеплению. Орошающая вода 31, отделенная от газа 28, сопровождающего СО вместе с водяным паром, в разделительной ёмкости 30, с помощью циркуляционного насоса 30 орошающей воды направляется в верхнюю часть регенератора 20 абсорбента и в ветвь подачи очищающей воды 21. Регенерированный абсорбент СО (обедненный раствор) 17 охлаждается с помощью обогащенного раствора 19 в теплообменнике 25 «обедненный раствор - обогащенный раствор», затем сжимается насосом 32 обедненного раствора, охлаждается в охладителе 33 обедненного раствора и направляется во внутренний объем абсорбера СО 18. В рассматриваемом воплощении описана лишь упрощенная схема установки, и некоторые используемые устройства не указаны и не показаны.
Ниже будут описаны предпочтительные Примеры испытаний, демонстрирующие эффекты настоящего изобретения, но настоящее изобретение этими Примерами испытаний не ограничивается.
Примеры испытания от 1-1 до 1-5
2
СО был абсорбирован в устройстве для проведения испытания (не показано).
На фиг. 2 представлен график, иллюстрирующий процентное снижение тепловой нагрузки (потребности в теплоте) ребойлера в Примерах испытаний (1-1) - (1-5) при использовании абсорбента, содержащего три компонента (вторичный линейный моноамин (а), третичный линейный моноамин (b) и вторичный циклический диамин (с), растворенные в воде).
N-бутиламиноэтанол (более 30 мас.% и менее 45 мас.%) в качестве вторичного линейного моноамина (а), N- метилдиэтаноламин (более 15 мас.% и менее 30 мас.%) в качестве третичного линейного моноамина (b) и 2-метилпиперазин (с концентрацией меньшей, чем концентрации компонентов (а) и (b)) в качестве вторичного циклического диамина (с) были растворены и смешаны в воде с получением абсорбента в Примере испытания 1-1 так, что общая концентрация аминосодержащих компонентов в абсорбирующем компоненте составляла 55 мас.%.
Абсорбент в Примере испытания 1-2 был приготовлен таким же образом, что и в Примере испытания 1-1, за исключением использования пиперазина в качестве вторичного циклического диамина (с).
Абсорбент в Примере испытания 1-3 был приготовлен таким же образом, что и в Примере испытания 1-1, за исключением использования N-бутилдиэтаноламина в качестве третичного циклического диамина (b).
Абсорбент в Примере испытания 1-4 был приготовлен таким же образом, что и в Примере испытания 1-1, за исключением использования N-этиламиноэтанола в качестве вторичного линейного моноамина (а) и пиперазина в качестве вторичного циклического диамина (с).
Абсорбент в Примере испытания 1-5 был приготовлен таким же образом, что и в Примере испытания 1-4, за исключением использования N-этилдиэтаноламина в качестве третичного линейного моноамина (b).
В Сравнительном примере моноэтаноламин (МЕА) был растворен и смешан с концентрацией 30 мас.% для получения абсорбента Сравнительного примера 1. Составы абсорбентов в Примерах испытаний и Сравнительном примере приведены ниже в таблице 1.
Таблица 1. Общая концентрация аминосодержащего компонента в абсорбирующем компоненте (a)+(b)+(c): 55 мас.%
(a) Вторичный линейный моноамин[более 30 мас.% и менее 45мас.%]
(b) Третичный линейный моноамин[более 15 мас.% и менее 30 мас.%]
(c) Вторичный циклический диамин[концентрация менее чем компонентов (а) и (b)]
Пример испытания 1-1
N-бутиламиноэтанол
N-метилдиэтаноламин
2-Метилпиперазин
Пример испытания 1-2
N-бутиламиноэтанол
N-метилдиэтаноламин
Пиперазин
Пример испытания 1-3
N-бутиламиноэтанол
N-бутилдиэтаноламин
2-Метилпиперазин
Пример испытания 1-4
N-этиламиноэтанол
N-метилдиэтаноламин
Пиперазин
Пример испытания 1-5
N-этиламиноэтанол
N-этилдиэтаноламин
Пиреразин
Первичный линейный моноамин [30 мас.% ]
Сравнительный пример 1
Моноэтаноламин
Оценка отношения тепловой нагрузки ребойлера
Были измерены величины тепловой нагрузки ребойлера при использовании абсорбентов в Примерах испытаний и в Сравнительном примере 1. Тепловая нагрузка ребойлера в каждом из Примеров испытаний была сопоставлена с тепловой нагрузкой ребойлера при использовании абсорбента согласно Сравнительному примеру 1, и результат сравнения был вычислен как относительная величина (отношение) тепловой нагрузки ребойлера. Результаты вычислений представлены на фиг. 2.
Как показано на фиг. 2, если тепловую нагрузку ребойлера в случае использования абсорбента согласно Сравнительному примеру 1 принять равной 1, отношения тепловой нагрузки ребойлера в случае использования абсорбентов согласно Примерам испытаний 1-1 и 1-2 составляли менее 0,9, а отношения тепловой нагрузки в случае абсорбентов в Примерах испытаний (1-3) – (1-5) составляли менее чем приблизительно 1,0.
Примеры испытаний (2-1) – (2-5)
Общая концентрация аминосодержащего компонента в абсорбирующем компоненте абсорбента в каждом из Примеров испытаний увеличилась от 55 мас.% до 65 мас.%. Соответственно, были приготовлены абсорбенты для Примеров испытаний (2-1) – (2-5). Составы абсорбентов в Примерах испытаний (2-1) – (2-5) приведены ниже в таблице 2. Сравнительный пример 1 был таким же, что и указанный в таблице 1, и состав смеси для него не приведен. Результаты оценок, вычисленные таким же образом, что и в Примере испытания 1, представлены на фиг. 3.
Таблица 2. Общая концентрация аминосодержащего компонента в абсорбирующем компоненте (a)+(b)+(c): 65 мас.%
(a) Вторичный линейный моноамин[более 30 мас.% и менее 45мас.%]
(b) Третичный линейный моноамин[более 15 мас.% и менее 30 мас.%]
(c) Вторичный циклический диамин[концентрация менее чем концентрации компонентов (а) и (b)]
Пример испытания 2-1
N-бутиламиноэтанол
N-метилдиэтаноламин
2-Метилпиперазин
Пример испытания 2-2
N-бутиламиноэтанол
N-метилдиэтаноламин
Пиперазин
Пример испытания 2-3
N-бутиламиноэтанол
N-бутилдиэтаноламин
2-Метилпиперазин
Пример испытания 2-4
N-этиламиноэтанол
N-метилдиэтаноламин
Пиперазин
Пример испытания 2-5
N-этиламиноэтанол
N-этилдиэтаноламин
Пиперазин
Как показано на фиг. 3, если тепловую нагрузку ребойлера в случае использования абсорбента согласно Сравнительному примеру 1 принять равной 1, отношения тепловой нагрузки ребойлера в случае использования абсорбентов согласно Примерам испытаний 2-1 и 2-2 составляли менее 0,9, а отношения тепловой нагрузки в случае абсорбентов в примерах испытаний (2-3) – (2-5) составляли менее чем приблизительно 1,0.
2
Таким образом, было обнаружено, что абсорбенты в Примерах испытаний (1-1-)-(1-5) и (2-1)-(2-5), которые представляли собой абсорбенты на основе трех компонентов (растворенные в воде вторичный линейный моноамин (а), третичный линейный моноамин (b) и вторичный циклический диамин (с)), могут уменьшить тепловую нагрузку ребойлера по сравнению со Сравнительным примером 1, в котором используется моноэталонамин. В частности, было установлено, что абсорбенты в Примерах испытаний 1-1, 1-2, 2-1 и 2-2 могут уменьшить тепловую нагрузку на 10% или более. Соответственно, даже если концентрация абсорбента является высокой, в соответствии с изобретением может быть обеспечен абсорбент, позволяющий получить исключительно высокую экономию энергию по сравнению с традиционным абсорбентом, и может быть достигнуто снижение тепловой нагрузки ребойлера в процессе регенерации абсорбента, в котором были абсорбированы содержащиеся в газе CO2, или H2S, или и CO2 и HS.
Пример испытания 1-6
В Примере испытания 1-6 был использован абсорбент, имеющий состав согласно Примеру испытания 1-1, при этом концентрация N- бутиламиноэтанола, используемого в качестве вторичного линейного моноамина (а), была установлена равной 32 мас.%, а концентрация N- метилдиэтаноламина в качестве третичного линейного моноамина (b) была изменена. Таким образом, был приготовлен абсорбент в Примере испытания 1-6. Абсорбент в Сравнительном примере был таким же, как абсорбент, приготовленный путем растворения и смешивания вышеупомянутого моноэтаноламина (МЕА) c концентрацией 30 мас.%. Состав для этого Примера испытания приведен ниже в Таблице 3. Полученные результаты иллюстрируются на фиг. 4, на которой представлен график, отображающий соотношение между концентрацией (мас.%) аминосодержащего компонента в абсорбирующем компоненте и отношением тепловой нагрузки ребойлера в Примере испытания 1-6.
Таблица 3. (а) Вторичный линейный моноамин (концентрация установлена на уровне 32 мас.%)
(a) Вторичный линейный моноамин[32 мас.%]
(b) Третичный линейный моноамин
(c) Вторичный циклический диамин[Концентрация менее чем (a) и (b)]
Пример испытания 1-6
N-бутиламиноэтанол
N-метилдиэтаноламин
2-метилпиперазин
В соответствии с представленными на фиг. 4 данными установлено, что, если концентрация N-метилдиэтаноламина, используемого в качестве третичного линейного моноамина (b), находится в интервале от более 15 мас.% до 33 мас.%, тепловая нагрузка ребойлера может быть уменьшена приблизительно на 9% или более.
Пример испытания 3
В Примере испытания 3 был использован абсорбент, имеющий состав согласно описанному выше Примеру испытания 1-2. Для абсорбента согласно Примеру испытания 3 было проведено сравнительное испытание по отношению к традиционному абсорбенту (Сравнительные примеры 2 и 3), при этом общая концентрация аминосодержащего компонента (мас.%) в абсорбирующем компоненте была высокой.
В Сравнительном примере 2 был использован состав смеси, соответствующий Примеру испытания 6 в выложенной заявке на патент Японии №2013-086079, а в Сравнительном примере 3 был использован состав смеси, соответствующий Примеру испытания 1-2 в выложенной заявке на патент Японии №2017- 64645. Состав смеси приведен в таблице 3. На фиг. 5 представлен график, иллюстрирующий зависимость относительной величины тепловой нагрузки ребойлера от концентрации аминосодержащего компонента (мас.%) в абсорбирующем компоненте в Примере испытания 3. Эталоном сравнения (тепловая нагрузка ребойлера принятая равной 1) по вертикальной оси на фиг. 5 выбран Сравнительный пример 1, в котором моноэтаноламин (МЕА) был растворен и смешан с водой с концентрацией 30 мас.%, как это описано выше. Составы смеси, используемые в Примере испытания 3 и в Сравнительных примерах 2 и 3 приведены ниже в таблице 4.
Таблица 4. Состав каждого компонента в смеси, образующей абсорбирующий компонент: установлено отношение компонентов, приведенное в таблице, при этом общая концентрация аминосодержащего компонента в абсорбирующем компоненте изменяется
(a) Вторичный линейный моноамин
(b) Третичный линейный моноамин
(c) Вторичный циклический диамин
Пример испытания 3
N-бутиламиноэтанол[более 30 мас.% и менее 45 мас.%]
N-метилдиэтаноламин[более 15 мас.% и менее 30 мас.%]
Пиперазин[Концентрация менее чем (a) и (b)]
Сравнительный пример 2
N-бутиламиноэтанол[45 мас.%]
N-метилдиэтаноламин[5 мас.%]
Пиперазин[5 мас.%]
Сравнительный пример 3
N-бутиламиноэтанол[менее 30 мас.%]
N-метилдиэтаноламин[менее 30 мас.%]
Пиперазин[Концентрация менее чем (a) и (b)]
Концентрации компонентов в Примере испытания 3 и Сравнительных примерах 2 и 3 были установлены такими, как изложено выше.
55
55
55
Т
Т
Т
55
55
55
T
T
T
В каждом примере при условии, что общая концентрация амина в абсорбирующем компоненте составляет 55 мас.%, концентрация вторичного линейного моноамина (а) представлена величиной Aмас.%, концентрация третичного линейного моноамина (b) представлена величиной Bмас.%, и концентрация вторичного циклического диамина (с) представлена величиной Cмас.%. В каждом примере при условии, что общая концентрация амина в абсорбирующем компоненте изменяется до T мас.%, концентрация вторичного линейного моноамина (а) представлена величиной Aмас.%, концентрация третичного линейного моноамина (b) представлена величиной B мас.%, и концентрация вторичного циклического диамина (с) представлена величиной Cмас.%. В каждом примере соотношение компонентов в смеси A:B:C=A:B:Cявляется фиксированным. Концентрация каждого компонента (мас.%) при условии, что общая концентрация амина в абсорбирующем компоненте составляет Т мас.%, вычисляется для каждого состава так, как показано ниже в таблице 5.
Таблица 5
(a) Вторичныйлинейный моноамин
(b) Третичныйлинейный моноамин
(c) Вторичныйциклический диамин
55
A<sub>55</sub>
B<sub>55</sub>
C<sub>55</sub>
T
A<sub>T</sub> = A<sub>55</sub> × T/55
B<sub>T</sub> = B<sub>55</sub> × T/55
C<sub>T</sub> = C<sub>55</sub> × T/55
В соответствии с фиг. 5 при соотношениях смешанных компонентов, образующих абсорбирующие компоненты, согласно Сравнительным примерам 2 и 3, соответствующим известному уровню техники, снижение тепловой нагрузки ребойлера при высокой концентрация абсорбирующего компонента замедляется, или, другими словами, тепловая нагрузка ребойлера становится повышенной. В то же время обнаружено, что абсорбент согласно Примеру испытания 3 обеспечивает снижение тепловой нагрузки ребойлера даже при в случае высокой концентрация абсорбирующего компонента. В частности, даже если общая концентрация амина в абсорбирующем компоненте достигает 55 мас.% или более, абсорбент, соответствующий Примеру испытания 3, может обеспечить дополнительное снижение тепловой нагрузки ребойлера.
Примеры испытаний 4 и 5
В качестве абсорбента в Примере испытания 4 был использован абсорбент, имеющий состав согласно Примеру испытания 1-2. Абсорбент, использованный в Примере испытания 4, сравнили в сравнительном опыте для изменения вязкости с абсорбентом из уровня техники (Сравнительные примеры 2 и 3), в котором общая концентрация аминосодержащего компонента (мас.%) в абсорбирующем компоненте была высокой.
В Сравнительном примере 2 был использован полученный в результате смешивания состав согласно Примеру испытания 6, описанному в выложенной заявке на патент Японии №2013-086079, а в Сравнительном примере 3 был использован состав согласно Примеру испытания 1-2, описанному в выложенной заявке на патент Японии №2017-64645.
2
2
2
2
2
2
2
2
С целью измерения вязкости абсорбирующего компонента были измерены вязкость (А) абсорбента, перед его вводом в абсорбер СО 12 на фиг. 1, и вязкость (В) абсорбента в резервуаре для жидкости после абсорбции СО, содержащейся в отходящем газе 14. Более конкретно, после циркуляции была осуществлена рециркуляция абсорбента в регенераторе, и регенерированный абсорбент СО (обедненный раствор) 17 был подвергнут сжатию с помощью насоса 32 обедненного раствора и затем охлажден в охладителе 33 раствора. Вязкость А была измерена в точке (А), в которой обедненный раствор был введен во внутренний объем абсорбера СО 18 в установке для получения СО, представленной на фиг. 1. В то же время, что касается вязкости В, вязкость абсорбента СО (обогащенный раствор) 19, в котором абсорбирована СО, была измерена в точке (В) участка резервуара для жидкости, находящегося в нижней части абсорбера на участке 18 извлечения СО.
2
Соотношением концентраций компонентов в смеси, образующей абсорбирующий компонент согласно Примеру испытаний 4, была установленная общая концентрация аминосодержащего компонента в абсорбирующем компоненте согласно Примеру испытаний 1-2, приведенная в таблице 1 (55 мас.%). Соотношением концентраций компонентов в смеси, образующей абсорбирующий компонент согласно Примеру испытаний 5, была установленная общая концентрация аминосодержащего компонента в абсорбирующем компоненте согласно Примеру испытаний 2-2 (65 мас.%). Стандарт величины вязкости (выбранный для сравнения) был основан на величине вязкости (вязкость А), измеренной в точке (А), в которой абсорбент вводили в абсорбер СО 18 в Примере испытаний 3, и в качестве стандарта был принят равным 1. Результаты представлены в таблицах 6 и 7.
Таблица 6
До абсорбции
После абсорбции
Пример испытания 4
1 (эталон)
1,25
Сравнительный пример 2
1,05
1,39
Сравнительный пример 3
1,03
1,33
Таблица 7
До абсорбции
После абсорбции
Пример испытания 5
1,40
1,65
Сравнительный пример 2
1,47
1,80
Сравнительный пример 3
1,46
1,76
Абсорбенты, имеющие составы в соответствии с Примерами испытаний 4 и 5, сравнивали с абсорбентами Сравнительных примеров 2 и 3, известными в уровне техники. Полученные результаты приведены в таблицах 6 и 7. Было установлено, что увеличение вязкости абсорбентов сдерживается даже в условиях высокой концентрации абсорбирующего компонента.
Пример испытания 6
В Примере испытания 6 был использован абсорбент с составом согласно Примеру испытания 1-1, при этом концентрация N-бутиламиноэтанола в качестве вторичного линейного моноамина (а) была установлена равной 32 мас.%, а содержание компонента (мас.%) N-метилдиэтаноламина, используемого в качестве третичного линейного моноамина (b) (третичный линейный моноамин (b)/вторичный линейный моноамин (а) + вторичный циклический диамин (с)), было изменено. Таким путем был приготовлен абсорбент в Примере испытания 6.
В Сравнительном примере абсорбент был приготовлен путем растворения в воде и смешивания вышеупомянутого моноэтаноламина (МЕА) c концентрацией 30 мас.%. Компонентный состав этого Примера испытания приведен в Таблице 8 ниже. Результаты иллюстрируются на фиг. 6, на которой представлена графическая зависимость отношения тепловой нагрузки ребойлера от массового соотношения «(b) третичный линейный моноамин/(а) вторичный линейный моноамин + вторичный циклический диамин (с)» в Примере испытания 6.
Таблица 8. Вторичный линейный моноамин (а): концентрация установлена равной 32 мас.%
(a) Вторичный линейный моноамин[32 мас.%]
(b) Третичный линейный моноамин
(c) Вторичный циклический диамин[концентрация менее чем (a) и (b)]
Пример испытания 6
N-бутиламиноэтанол
N-метилдиэтаноламин
2-метилпиперазин
В соответствии с иллюстрируемым на фиг. 6 графиком было установлено, что, если величина массового отношения «(b) третичный линейный моноамин/(а) вторичный линейный моноамин + вторичный циклический диамин (с)» находится в пределах интервала от 0,3 до 0,85, тепловая нагрузка ребойлера может быть уменьшена приблизительно на 9 % или более.
Пример испытания 7
В Примере испытания 7 был использован абсорбент, имеющий состав согласно Примеру испытания 1-1, при этом концентрация N-бутиламиноэтанола в качестве вторичного линейного моноамина (а) была установлена равной 32 мас.%, а содержание компонента (мас.%) N-метилдиэтаноламина, используемого в качестве третичного линейного моноамина (b) (третичный линейный моноамин (b)/вторичный линейный моноамин (а) + вторичный циклический диамин (с)), было изменено. Таким путем был приготовлен абсорбент в Примере испытания 7.
В Сравнительном примере абсорбент был приготовлен путем растворения в воде и смешивания вышеупомянутого моноэтаноламина (МЕА) c концентрацией 30 мас.%. Компонентный состав в этом Примере испытания был таким же, как приведенный в таблице 7. Результаты представлены на фиг. 7, которая иллюстрирует зависимость между массовым отношением «(b) третичный линейный моноамин/(а) вторичный линейный моноамин + вторичный циклический диамин (с)» и отношением тепловой нагрузки ребойлера в Примере испытания 7.
В соответствии с иллюстрируемым на фиг. 6 графиком было установлено, что, если величина массового отношения «(b) третичный линейный моноамин/(а) вторичный линейный моноамин + вторичный циклический диамин (с)» находится в пределах интервала от 0,5 до 1,0, тепловая нагрузка ребойлера может быть уменьшена приблизительно на 9% или более.
Комбинация из вторичного линейного моноамина (а), третичного линейного моноамина (b) и вторичного циклического диамина (с) в настоящем изобретении не ограничивается комбинацией, в которой полученный эффект демонстрируется в этом Примере испытания. В таблицах 9-12 представлены примеры подходящей комбинации компонентов, иной, чем предпочтительные комбинации рассмотренных Примеров испытаний.
Таблица 9
(a) Вторичный линейный моноамин[более 30 мас.% и менее 45 мас.%]
(b) Третичный линейный моноамин[более 15 мас.% и менее 30 мас.%]
(c) Вторичный циклический диамин[концентрация менее чем (a) и (b)]
1
N-метиламиноэтанол
N-метилдиэтаноламин
Пиперазин
2
N-этилдиэтаноламин
3
N-бутилдиэтаноламин
4
N-метилдиэаноламин
2-Метилпиперазин
5
N-этилдиэтаноламин
6
N-бутилдиэтаноламин
В таблице 9 представлен пример предпочтительных комбинаций, в которых в качестве вторичного линейного моноамина (а) используется N-метиламиноэтанол.
Таблица 10
(a) Вторичный линейный моноамин[более 30 мас.% и менее 45 мас.%]
(b) Третичный линейный моноамин[более 15 мас.% и менее 30 мас.%]
(c) Вторичный циклический диамин[концентрация менее чем (a) и (b)]
7
N-этиламиноэтанол
N-метилдиэтанолдамин
Пиперазин
8
N-этилдиэтаноламин
9
N-бутилдиэтаноламин
10
4-Диметиламино-1-бутанол
11
2-Диметиламиноэтанол
12
2-Диэтиламиноэтанол
13
3-Диметиламино-1-пропанол
14
N- метилдиэтаноламин
2- Метилпиперазин
15
N-этилдиэтаноламин
16
N-бутилдиэтаноламин
17
4-Диметиламино-1-бутанол
18
2-Диметиламиноэтанол
19
2-Диэтиламиноэтанол
20
3-Диметиламино-1-пропанол
В таблице 10 представлен пример предпочтительных комбинаций, в которых в качестве вторичного линейного моноамина (а) используется N-этиламиноэтанол.
Таблица 11
(a) Вторичный линейный моноамин[более 30 мас.% и менее 45 мас.% ]
(b) Третичный линейный моноамин[более 15 мас.% и менее 30 мас.% ]
(c) Вторичный циклический диамин[ концентрация менее чем (a) и (b)]
21
N-пропиламиноэтанол
N- метилдиэтаноламин
Пиперазин
22
N-этилдиэтаноламин
23
N-бутилдиэтаноламин
24
N- метилдиэтаноламин
2-Метилпиперазин
25
N-этилдиэтаноламин
26
N-бутилдиэтаноламин
В таблице 11 представлен пример предпочтительных комбинаций, в которых в качестве вторичного линейного моноамина (а) используется N-пропиламиноэтанол.
Таблица 12
(a) Вторичный линейный моноамин[более 30 мас.% и менее 45 мас.%]
(b) Третичный линейный моноамин[более 15 мас.% и менее 30 мас.%]
(c) Вторичный циклический диамин[концентрация менее чем (a) и (b)]
27
N-бутиламиноэтанол
N-метилдиэтаноламин
Пиперазин
28
N-этилдиэтаноламин
29
N-бутилдиэтаноламин
30
4-Диметиламино-1-бутанол
31
2-Диметиламиноэтанол
32
2-Диэтиламиноэтанол
33
2-Ди-n-бутиламиноэтанол
34
N-этил-N-метиламиноэтанол
35
3-Диметиламино-1-пропанол
36
2-Диметиламино-2-метил-1-пропанол
37
N-метилдиэтаноламин
2-Метилпиперазин
38
N-этилдиэтаноламин
39
N-бутилдиэтаноламин
40
4-Диметиламино-1-бутанол
41
2-Диметиламиноэтанол
42
2-Диэтиламиноэтанол
43
2-Ди-n-бутиламиноэтанол
44
N-этил-N-метиламиноэтанол
45
3-Диметиламино-1-пропанол
46
2-Диметиламино-2-метил-1-пропанол
47
N-метилдиэтаноламин
2,5-Диметилпиперазин
48
N-этилдиэтаноламин
49
N-бутилдиэтаноламин
В таблице 12 представлен пример предпочтительных комбинаций, в которых в качестве вторичного линейного моноамина (а) используется N-бутиламиноэтанол.
Перечень ссылочных номеров позиций
2
12 - установка для получения CO
13 - промышленная установка, работающая со сжиганием топлива
14 - отходящий газ
16 - устройство для охлаждения отходящего газа
2
17 - абсорбент CO (обедненный раствор)
2
18 - абсорбер CO
2
2
19 - абсорбент CO, содержащий абсорбированную CO (обогащенный раствор)
20 - регенератор абсорбента
21 - очищающая вода.