CN1056259A - 净化酸性气体的方法 - Google Patents
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Abstract
HSD净化酸性气体技术特征之一,是采用叔胺
和双叔胺基衍生物和特定的酯类等物质所组成的混
合溶剂,以物理方式,采用最简易的流程,达到脱除气
流中酸性组分的目的。本技术吸收H2S、COS、CO2
的能力,分别为碳酸丙烯酯的2.8倍、1.2倍和1.6
倍,而相应的溶剂的蒸汽压,尚不足碳酸丙烯酯的溶
剂的1/5,且溶剂易得、便宜、无腐蚀、无毒。
本发明的另一特征是将叔胺和双叔胺基衍生物
加入诸如Benfield等方法的溶剂中,可节省能耗
15%以上。
Description
本发明是一种从混合气体中脱除酸性气体的方法,亦称HSD法,更确切地说,本发明是采用叔胺和(或)双叔胺烷基衍生物与一些特定的酯类,如磷酸三丁酯、碳酸丙烯酯或能改变上述衍生物物理特性的相关物质,所组成的混合溶剂作为物理吸收剂,也可以与热的无机碱如K2CO3与相关的物质组成化学吸收剂。用来脱除天然气、合成气、炼厂气及城市煤气中的酸性气体和其它一些杂质的方法。
吸收剂一般有三大类,即化学吸收剂、物理吸收剂以及物理化学吸收剂。化学吸收剂是通过与酸性气体进行化学反应而达到吸收的目的,这类方法一般不受操作压力的限制,对CO2等酸性气体净化度高,但它们通常对杂质的适应性小,溶剂解吸时所需的能量大。例如美国专利2886405就是在热的碳酸钾水溶液中加入二乙醇胺作催化剂,钒作防腐剂的一种化学吸收剂。而物理化学法是用两种以上溶剂的混合物,它既有化学反应过程,又有物理吸脱过程。例如二异丙醇胺与环丁砜的混合物脱碳方法就是其中的一种。物理溶剂法是采用极性的有机溶剂作为脱除剂。例如美国专利2649166和2926751,前者采用的是聚乙二醇二甲醚的混合溶剂,后者采用的是碳酸丙烯酯作为物理吸收剂来脱除气流中的酸性杂质。物理溶剂一般是依据有机溶剂的极性性能来吸收酸性杂质,它们之间不发生化学反应因而溶剂在解吸时所需能量极少,同时,物理溶剂不存在化学平衡状态,吸收酸性杂质的容量与其分压成正比增加。目前已被工业上应用的众多物理溶剂方法皆不尽人意,或者要在低温下才能充分显示其经济效益,工艺流程复杂、设备费用大,或者溶剂有毒、价格昂贵,或者溶剂损耗大,对H2S选择性不好,使其应用范围受到了限制。
本发明的任务之一是给出一个稳定性能好、对酸性气体容量大、净化度高、无毒、无腐蚀、蒸汽压极低、溶剂易得便宜的混合溶剂并与之相匹配的流程简易,解吸时无需耗能或耗能极低的物理净化方法。同时,本发明也给出了比Benfield方法能耗低15%以上的更有效的化学吸收方法。
作为物理吸收溶剂,本发明所用的溶剂可以由5-85%吗啉基羟乙基聚乙基醚和(或)双吗啉基聚乙基醚,其中聚乙基醚的聚合度为1、2、3或4,或由甘醇制吗啉的高沸点付产物,与0.5-90%特定的酯类如磷酸三丁酯或碳酸丙烯酯,和0-50%的水以及0-0.1克分子/升诸如磷酸,哌嗪一类的活化剂所组成。作为化学吸收剂,本发明是将0.1-10%的吗啉基羟乙基聚乙基醚,和(或)双吗啉基聚乙基醚加入诸如Benfield、Catacarb等方法的溶剂中,或替代上述方法溶液中的二乙醇胺组分。
本发明所采用的工艺流程及主要设备,对于化学溶剂采用通用的化学吸收工艺过程,如Catacarb法的流程及主要设备。应用本发明物理溶剂脱除酸性杂质时,则推荐采用图1或图2的流程。
附图中图1说明,由管1来的经加压的含CO2等酸性气体进入脱碳塔2的下部,与由塔顶喷淋的溶剂于常温或小于常温在填充层中逆流接触,视其气液比、吸收压力、溶剂再生程度,可使H2S从小于3.5克/标米3脱至0.15-20毫克/标米3,COS从20-200毫米/标米3脱至0.2-5毫克/标米3,CO2可脱至0.1-1.5%,气体上升至塔顶,由管3排出,即为产品气。
吸收了酸性气体的溶剂,称之富液,由管4导入中间闪蒸器5中减压闪蒸,将溶解在溶剂中的大部分有用气体释放出,从管6排出,回入管1或作其它用途。闪蒸后的溶剂依次导入常压闪蒸器7和汽提塔9,从管8排出的为高浓度CO2气体,而从管10排出的,是由管11进入的常温常压惰性气体(可以是空气、氮气),在汽提塔填充物中将溶剂中的酸性气体汽提出一并排出的混合气体,由塔9下部排出的溶剂称为贫液,导入溶剂贮槽12,再由泵13经冷却器14打入吸收塔2顶部,如此往复循环。由于本发明的溶剂蒸汽压极低,因此可不设置类似碳酸丙烯酯工艺中的稀液回收***。
附图中的图2是采用予脱硫再脱碳流程。它适合于气体中含高H2S的场合。由管1来的经加压的含H2S大于3.5克/标米3,及CO2、COS等酸性物质的气体,送入予脱硫塔2的下部,与由塔顶喷淋的HSD溶剂于常温下在填充层中逆流接触,将H2S的脱至3-20毫克/标米3,CO2脱除率为30%左右后,气体由塔顶排出,称为脱硫气,由管3导入脱碳塔14。气体入脱碳***的走向及流程与图1相同。吸收了H2S等酸性气体的溶剂,从脱硫塔2底部由管4进入中间闪蒸器5中减压闪蒸,将溶剂中的有用气体释放后由管6排出而加以回收。闪蒸后的溶剂进入热交换器12与热贫液热交换后由管7进入脱硫再生塔8上部,与由煮沸器10产生的二次蒸汽在填充层逆流接触,将酸性气体汽提后,由塔顶排出。酸性气体经冷凝器9冷却分离,将溶剂回入再生塔8中。再生塔底部排出的溶剂称为贫液,由泵11打入热交换器12中换热,再经水冷却器13,将溶剂温度降至40℃以下进入脱硫塔2的上部,如此往复循环。
为了更进一步地阐述本工艺,提供本方法(HSD)的物理溶剂与碳酸丙烯酯(PC)及聚乙二醇二甲醚(Selexol)在相同条件的一些结果比较。表1列出的是上述三种溶剂对CO2等酸性气体的吸收能力的相对比较。
表1:HSD、PC、Selexol溶剂对几种气体在其分压为1大气压时的相对溶解能力。
溶剂 | 气体种类 | ||
CO2 | H2S | COS | |
HSD | >1.2 | 2.8 | 1.6 |
PC | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
Selexol | ~1.0 | 2.8 | 1.0 |
表2列出的是前述三种物理溶剂吸收CO2的溶解热的相对比较。
表2:CO2溶解在HSD、PC、Selexol溶剂中的相对吸收热。
溶剂 | HSD | PC | Selexol |
吸收热 | 1.05 | 1.0 | 1.13 |
将本方法物理过程的溶剂的蒸汽压与PC溶剂蒸汽压相对比较于表3。
表3:HSD与PC蒸汽压相对比较表
溶剂 | HSD | PC |
蒸汽压 | 0.1-0.2 | 1.0 |
本发明所采用的物理溶剂脱除H2S能力与聚乙二醇二甲醚法相似,而脱除CO2能力比碳酸丙烯酯溶剂还好一些,溶剂蒸汽压在脱碳时仅为碳酸丙烯酯的1/5,作为物理过程配方的HSD工艺可不设置气相溶剂回收***,这样就使流程简化,设备费用显著减少。本技术尤适合对碳酸丙烯酯工艺的改造,仅在该工艺溶剂中加入本发明的其它组分,就可使碳酸丙烯酯的溶剂损耗降到原有气相损耗的1/5,同时又提高脱除CO2及硫化物的能力。
为进一步说明本发明的过程,应用本发明的物理溶剂,对于以白煤为原料,制合成氨原料气的同时脱除H2S和CO2及对上述变换气脱除CO2和少量H2S的实例,列于表4。
Claims (5)
1、一种脱除气流中酸性组份的工艺技术,其特征是采用叔胺或双叔胺烷基衍生物如吗啉基羟乙基聚乙基醚和(或)双吗啉基聚乙基醚,其中聚乙基醚的聚合度为1、2、3或4,或由甘醇生产吗啉的高沸点付产物的5-85%与0.5-90%的特定的酯类,如磷酸三丁酯或碳酸丙烯酯,和0-50%的水以及0-0.1克分子/升的活化剂所组成的混合溶剂。
2、本专利将权项1中所采用的吗啉基聚乙基醚和(或)双吗啉基聚乙基醚的0.1-10%加入诸如Benfield、Catacarb方法的溶液中,或替代它们溶液中的二乙醇胺组份。
3、本发明溶剂的蒸汽压在相同工况下,不足碳酸丙烯酯溶剂蒸汽压的1/5,根据权项1采用的溶剂配方,和在物理模式的脱除工艺中,可不设置气态溶剂回收装置。
4、根据权项1和相应的工艺,本发明可将CO2脱至0.1-1%,H2S最小脱至0.15毫克/标米3,COS脱至0.2毫克/标米3。
5、本技术尤适合对现有碳酸丙烯酯工艺的改造,在碳酸丙烯酯工艺的溶剂里,加入权项1中的相关组份,即为本专利的HSD方法。
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