[发明专利]酸性气体洗涤组合物

说明书

技术领域

本发明通常涉及使用新颖的化合物作为酸性气体洗涤液。更具体地，本发明涉及在工业生产方法中使用取代的杂环胺和多胺化合物从天然和工业流体流，如天然气、燃烧气、合成气流和烃类流体中去除酸性污染物。本发明更具体涉及从含有酸气杂质的气流中去除二氧化碳的工艺。

背景

天然气是一种气态烃、非烃类杂质和污染物的混合物。去除例如二氧化碳和酸性硫化物污染物(如，CO₂，H₂S，RSH，CS₂，COS，SO₂等)以满足被送入分配管道的天然气的质量和管理要求是重要的工业责任。这些污染物常常有腐蚀性，并且也可能减少气体的热值。此外，对由CO₂和其他排放引起的全球变暖的关注与日俱增，这大大促进了对更高效且经济地捕获这些污染物的方法的投资。

一般可得到的商品烷醇胺的水溶液通常被用作气体处理过程中的洗涤液(化学吸收剂)。这些洗涤系统的目的是除去原料气流中的酸性污染物。由于能源正在枯竭和环境限制正在收紧，在气化过程中对“桶底”的经济使用越来越多。有许多新项目被批准，其中大部分在处理过程中将需要吸收酸性气体以除去污染物。由于各种原因，如二级CO₂市场、提高原油回收率和减少温室气体，除去烟气中的CO₂也是重要的。

弱有机碱，如单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、和甲基二乙醇胺(MDEA)构成现有技术中已知的许多典型的烷醇胺溶剂。已知MDEA对在高压气流中除去CO₂和其他酸性气体污染物具有优势。MDEA再生所需要的能量是低的，因为它是较弱的碱，因此它与CO₂反应过程中形成的化学键比与其他常用烷醇胺反应形成的化学键弱。第二优点在于吸收过程中形成的化学键的性质。作为叔烷醇胺，MDEA与CO₂反应形成碳酸氢根离子而不是氨基甲酸盐，这使得MDEA与CO₂的反应比为1∶1。相比之下，其他常用伯和仲的烷醇胺优先形成氨基甲酸盐，并且需要反应比为2∶1。CO₂与叔烷醇胺(如，MDEA)之间的反应效率一般高于CO₂与其他常用的伯和仲的烷醇胺之间的反应效率。这些综合的优势产生了比可能用工业的伯和仲的烷醇胺如MEA和DEA的效率和容量。

使用叔烷醇胺的缺点是CO₂是间接吸收，导致了相比其他工业的烷醇胺，推动力弱和反应速率慢。在高压气体接触系统中，由于在液体之上的气体中CO₂分压高，可以在液相中获得较高的CO₂的分数，从而将推动力弱的影响降到最低。当气体在低压下接触时，推动力弱，因为CO₂分压也小。因此，没有气压的有利影响，并且CO₂在气相和液相之间形成的平衡弱。叔烷醇胺因为它们的平衡加载量(注：指吸收CO₂量)少，通常不用于低压应用。其它更常用的伯胺和仲胺如MEA和DEA，它们是强碱，由于其推动力更高和与CO₂反应的速率增加而被用于这些应用。在这些低压情况下，获得的平衡液相分配更大超过了低效率的氨基甲酸盐反应的缺点。

在努力增加低分压下MDEA对CO₂的吸收容量的过程中，已提出一些对基本MDEA工艺的改进。这些改进一般包括将少量伯胺或仲胺加到MDEA溶液中(如美国专利Nos.5,209,914和5,366,709，以及国际专利申请No.WO 03/013699中所述)。产生的混合物通常被描述为用添加剂配制的MDEA或用添加剂混合的MDEA，其中，这些添加剂被称为“催化剂”、“吸收促进剂”或“活化剂”(如美国专利No.6,740,230)。相比于单独的MDEA溶液，这些添加剂的作用一般是通过在低CO₂分压下增加MDEA混合液中CO₂的吸收速率，从而增大液相中CO₂的分数。

尽管所述的去除CO₂的方法有效，但是已知配制溶剂的工业应用的操作特性低于理想的水平。一些用于配制的添加剂在MDEA中的溶解度有限，这会降低其效果，并且它们的沸点较低(一些不是较低的)又造成了难以保持它们浓度。此外，添加剂与CO₂的反应产物也有问题。由于这些添加剂是比MDEA更强的有机碱，这些混合物倾向于需要更多的能量用于再生，并且它们产物的溶解性有限。如果这些添加剂的浓度超过溶液中总胺约20％，这些特性限制了它们的效果和整个工艺的效率。