[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型化合物作为酸性气体洗涤液。更确切地，本发明涉及在工业生产过程中使用取代杂环胺和多胺化合物从自然和工业流体流，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含硫气体杂质的气流中去除二氧化碳的工艺过程。

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污染物(如，CO₂，H₂S，RSH，CS₂，COS，SO₂等)，以满足被送入输送管道的天然气的质量和监管要求是一个主要的工业负担。这些污染物常常有腐蚀性，并且也可能损害气体的热值。此外，对由CO₂和其他排放引起的全球变暖的关注与日俱增，这大大促进了对高效且经济地捕获这些污染物的方法的投资。

常用商品烷醇胺的水溶液通常被用作气体处理过程中的洗涤剂(化学吸附剂)。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。有许多新项目被认可，其中大部分在处理过程中将需要酸性气体净化用来除去污染物。由于各种原因，如次级CO₂市场、提高原油采收率和减少温室气体排放，除去烟气中的CO₂同样很重要。

弱有机碱，如单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、和甲基二乙醇胺(MDEA)构成已知现有技术中许多典型的烷醇胺溶剂。已知MDEA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很低的，因为它是一个相对弱碱，因此它与CO₂反应过程中形成的化学键相比与其他常用烷醇胺形成的化学键较弱。次要优点在于吸收过程中形成的化学键的本质。作为一个三级烷醇胺，MDEA与CO₂反应形成碳酸氢根离子而不是氨基甲酸酯，这使得MDEA与CO₂的反应比为1∶1。相比之下，其他常用一级和二级烷醇胺优先形成氨基甲酸酯，并且需要反应比为2∶1。CO₂与三级烷醇胺(如，MDEA)之间的反应比起CO₂与其他常用的一级和二级烷醇胺之间典型地具有更高的效率。这些综合的优势产生的过程与商业化的一级和二级烷醇胺如MEA和DEA的效果相比，具有更高的效率和容量。

使用三级烷醇胺的一个缺点是CO₂是间接吸附，导致了弱驱动力和慢反应速率相比其他商业化的烷醇胺。在高压气体接触系统中由于上层气相中的高CO₂分压可以实现液相中CO₂的较高分数，弱驱动力的影响降到最低。当气体在低压时接触，驱动力很弱同时CO₂分压也很弱。因此，这时没有了气压的有利影响，并且CO₂在气相和液相之间的平衡很低。三级烷醇胺因为它们的低平衡装载，通常不被用于低压应用。其它更常用的一级和二级胺如MEA和DEA，它们是强碱，由于其更高的驱动力和更快的与CO₂反应的速率而被用于这些应用。在低压情况下，液相分布达到的更好的平衡超过了低效率的氨基甲酸酯反应的缺点。

为了增加低分压下MDEA对CO₂的容量，一系列对基本MDEA工艺的改进已开发。这些改进典型包括往MDEA溶液中少量一级或二级胺(如美国专利Nos.5,209,914和5,366,709，以及国际专利申请No.WO03/013699)。产生的混合物通常被描述为添加剂调配的MDEA或添加剂混合的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)。相对于单独的MDEA溶液来说，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。

尽管所述去除CO₂的方法很有效，已知调配溶剂的商业应用达不到理想的运行特征。一些用于调配的添加剂在MDEA中具有有限的溶解度，这会减低其效力，并且他们的沸点通常会降低(一些不会降低)从而造成了维持它们浓度的困难。此外，添加剂与CO₂的反应产物也有问题。由于它们比起MDEA是更强的有机碱，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％时，这些特征限制了它们的有效性和整个过程的效率。