CN100427178C - 一种用于同时脱除硫化氢和二氧化碳的溶剂和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于同时脱除硫化氢和二氧化碳的溶剂和方法，属于气体净化技术领域。采用一些具有特殊结构的胺与MDEA组成混合水溶液，使用这些混合水溶液与被处理气体接触，可以保持传统MDEA混合溶剂的优点，同时又克服它们的缺点。

Description

一种用于同时脱除硫化氢和二氧化碳的溶剂和方法
技术领域：
本发明属气体净化技术领域，具体涉及在同时脱除硫化氢和二氧化碳的过程中使用的溶剂和方法。
背景技术：
工业气体中通常含有H2S和CO2等有害杂质，在进一步利用前必须将它们脱除干净，到目前为止，应用于气脱硫脱碳的技术已不下上百种，应用较为广泛的也有数十种，但占主导地位的方法是醇胺法。
胺法脱硫采用化学活性物质烷基醇胺类，国外首先开发使用的是一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二甘醇胺(DGA)、二异丙醇胺(DIPA)等溶剂。这些溶剂脱除CO2、H2S效率高，但对于选择性脱除H2S和有机硫则效率较差，而且脱硫能耗及操作费用较高，溶剂降解及设备腐蚀严重。1980年以后，甲基二乙醇胺(MDEA)水溶液由于具有高的选择性、高的酸气负荷、低的能耗和腐蚀性等优点，已在天然气处理工业上得到广泛应用。
但是，由于MDEA与CO2的反应速率很慢，对于需要深度脱硫并大量脱除CO2的场合，采用常规的MDEA溶剂就不合适。于是，又出现了向MDEA中加入一定量的MEA或DEA组成的混合溶剂，这类溶剂利用MEA或DEA能与CO2反应而生成氨基甲酸盐的快速反应来激活MDEA，从而克服了MDEA溶剂脱硫脱碳存在的缺陷，取得了较好的效果。但这类溶剂中MEA或DEA与CO2生成稳定的氨基甲酸盐，在再生过程中需要较多的热量才能分解，导致再生能耗较大。同时，氨基甲酸盐对设备的腐蚀性较强，又会形成水垢。此外，氨基甲酸盐也加剧了烷醇胺与CO2的降解反应，产生烷醇胺损耗增加、脱碳性能下降、腐蚀性上升等一系列问题。
发明内容：
本发明发明的目的是采用一些具有特殊结构的胺与MDEA组成混合溶剂，可以保持前述混合溶剂的优点，同时又克服它们的缺点。
本发明采用的具有特殊结构的胺为仲胺，所述的特殊结构是指分子中与氨基相连的烷基具有显著的空间位阻效应，它们与CO2反应的氨基甲酸盐R1R2NCOOH中，由于R1或R2的空间位阻效应，使-COO-与N原子的连接极不稳定，从而使氨基甲酸盐的稳定性大大下降。这样，就克服了由于氨基甲酸盐的稳定性所产生的种种问题。
本发明采用的具有特殊结构的胺选择为：异丙胺基乙醇(IPAE)、异丙胺基异丙醇(IPAIP)、异丁胺基乙醇(IBAE)、异丁胺基丙醇(IBAP)、异丁胺基异丙醇(IBAIP)、叔丁胺基丙醇(TBAP)、叔丁胺基异丙醇(TBAIP)等。
本发明所使用的具有特殊结构的胺与MDEA混合使用时，合适的使用比例为：具有特殊结构的胺∶MDEA＝1∶1.2～6.5(摩尔比)，最好为1∶2～5。
本发明所使用的混合胺水溶液中，合适的总胺浓度为：20～70％(wt)，但最好为30～50％(wt)。
本发明所使用的混合胺水溶液中，也可以包含如腐蚀抑制剂、消泡剂和类似组分的添加剂。典型地，这些添加剂的浓度范围为0.01％～5％(wt)，这些添加剂的使用是本技术领域人员所公知的。
任何同时包含大量H2S和CO2的气体都可以按照本发明进行处理。气源对本发明来说不是关键的，包括例如天然气、合成气和各种炼厂气。典型地，这些气流中，同时包含大量H2S和CO2，其中，H2S的含量大约在5％～90％(mol)，CO2的含量大约在5％～50％(mol)。
气流中的H2S和CO2通过与本发明的混合胺水溶液接触而被除去。同时使已使用过的吸收剂再生，除去全部或部分所吸收的H2S和CO2，然后再循环到吸收步骤。本领域任何公知的设备都可以用于吸收、再生和其它的步骤。
具体实施方式：
以下结合实施实例对本发明作进一步说明，但其并不限制本发明的保护范围。
实施例是按照本发明深度脱硫并大量脱除CO2的典型的工艺。
包含大量H2S和CO2的气体吸收塔底部，在吸收塔中与上部进来的混合胺水溶液接触，气流中的H2S和CO2被除去，符合要求的产品气进入下一工序。富含H2S和CO2的混合胺水溶液从吸收塔底排出。
吸收塔装有合适的塔板或填料，吸收塔所涉及使用的具体的装置对本领域的技术人员来说是公知的。吸收塔典型的操作温度大约在25到90℃，压力大约在0.1到11MPa。
富含H2S和CO2的混合胺水溶液可通过一个或多个闪蒸罐，一部分被吸收的H2S和CO2从混合胺水溶液中分离出来，并从闪蒸罐顶部排出。闪蒸后的混合胺水溶液进入再生塔，在再生塔中得以再生。
再生塔所涉及使用的具体的装置对本领域的技术人员来说是公知的。再生塔典型的操作温度大约在100到130℃，压力大约在0.1到0.4MPa。
在再生塔里被解吸出的H2S和CO2从塔顶排出，再生后的混合胺水溶液塔底排出，经过冷却后进入吸收塔再次使用。
实施实例一：
在一试验装置上对具体吸收剂的操作性能进行直接测量。试验用的吸收塔内径50mm，内装φ6×6×1瓷拉西环，再生塔内径70mm，内装φ8×8×1瓷拉西环，再生塔底部装有再沸器。
配制好的原料气(含H2S14％、CO29％)进入吸收塔底部与塔顶进入的溶液逆流接触，气体中的酸气被吸收，净化后的气体从塔顶出来进入气液分离器回收所夹带的液滴后放空。
吸收了酸气的富液从吸收塔底引出至再生塔顶部，在再生塔中与上升的蒸汽逆流接触而获得再生。再生后的贫液经冷却后送入吸收塔顶进行吸收。从再生塔顶出来的气体进入再生气冷却器将气体中的水蒸汽回收，再生气经分离后放空。
在气体流量一定，不同胺与MDEA混合组成吸收剂的操作性能见表一。
表一：不同混合吸收剂的操作性能
吸收剂组成  净化后气体中H<sub>2</sub>S：ppmv   净化后气体中CO<sub>2</sub>：v％   溶液循环量：L/h   再沸器负荷：kw
  MDEA3.8mol/l+MEA0.8mol/l   20   0.4   20.0   2.20
  MDEA2.0mol/l+IPAE0.8mol/l   20   0.3   19.8   2.10
  MDEA3.3mol/l+IPAIP0.8mol/l   18   0.3   18.3   1.95
  MDEA1.5mol/l+IBAE0.3mol/l   20   0.4   19.8   2.04
  MDEA1.8mol/l+IBAP0.7mol/l   19   0.4   19.6   1.98
  MDEA2.8mol/l+IBAIP0.8mol/l   20   0.3   19.0   2.07
  MDEA3.0mol/l+TBAP0.6mol/l   19   0.3   18.4   1.88
  MDEA4.2mol/l+TBAIP0.7mol/l   20   0.4   19.6   2.00
表一数据表明使用本发明的吸收剂组合物，其吸收性能与MDEA和MEA的混合物相当，但再生能耗下降。
实施实例二：
本试验测定溶液对碳钢的腐蚀情况。采用A3碳钢挂片，挂片经磨光、净化、干燥、称重后浸没在100℃的胺水溶液中，并将H2S以一定速度鼓泡通入溶液中，连续试验时间为72小时，之后取出挂片，将挂片净化、干燥和称重，测定挂片减重。不同组成的溶液对碳钢的腐蚀情况见表二。
表二、腐蚀速率比较
溶液组成   MDEA3.5mol/l+MEA0.8mol/l   MDEA3.5mol/l+TBAP0.8mol/l  MDEA3.5mol/l+IPAE0.8mol/l   MDEA3.5mol/l+TBAIP0.8mol/l
  腐蚀速率mm/a   0.058   0.043  0.032   0.038
表二数据表明使用本发明的吸收剂组合物，其腐蚀性降低。

Claims (4)

1、一种用于同时脱除硫化氢和二氧化碳的溶剂，其特征在于采用一些具有特殊结构的胺与MDEA组成混合水溶液，所使用的具
Figure C2005100953440002C1
殊结构的胺为：异丙胺基乙醇(IPAE)、异丙胺基异丙醇(IPAIP)、异丁胺基乙醇(IBAE)、异丁胺基丙醇(IBAP)、异丁胺基异丙醇(IBAIP)、叔丁胺基丙醇(TBAP)、叔丁胺基异丙醇(TBAIP)；具有特殊结构的胺与MDEA混合使用时，使用的摩尔比为：具有特殊结构的胺∶MDEA＝1∶1.2～6.5。
2、根据权利要求1所述的溶剂，其特征在于所使用的具有特殊结构的胺与MDEA混合使用时，使用的摩尔比为：具有特殊结构的胺∶MDEA＝1∶2～5。
3、根据权利要求1所述的溶剂，其特征在于所使用混合水溶液中总胺浓度重量比为30～60％。
4、一种用于同时脱除硫化氢和二氧化碳的方法，其特征在于包括用权利要求1所述的混合水溶液与被处理的气体接触。
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