[发明专利]用于高压应用的用于将酸性气体从工艺气体物流移除的非水性溶剂

说明书

配置成将酸性气体从气体物流移除的非水性溶剂体系包含由化学吸收组分和物理吸收组分形成的溶液。所述化学吸收组分包括含氮碱，其中所述含氮碱具有使得其与所述酸性气体的一部分反应的结构。所述物理吸收组分包括有机稀释剂，其不与所述酸性气体反应，并且具有使得其在高于大气压的压力下吸收所述酸性气体的一部分的结构。所述溶剂体系具有小于约10g溶剂/100mL水的与水的溶解性。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年12月11日提交的美国临时专利申请No.62/946,737的权益，所述专利的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及用于将酸性气体从气体物流移除的溶剂体系，以及使用这样的体系的装置和方法。例如，所述溶剂体系可在高压应用中提供酸性气体(诸如二氧化碳(CO₂)、羰基硫化物(COS)、二硫化碳(CS₂)、硫氧化物(SO_x)或其组合)的移除。

背景技术

将酸性气体从气体物流分离或移除是各种工业工艺中的重要步骤。例如，将酸性气体从合成气以及天然气生产中的工艺物流移除。这些气体通常含有一定水平的酸气体污染物，无论其来自天然气源还是合成气体生产中上游化学反应的副产物。将这些酸气体(诸如CO₂、COS、CS₂、H₂S、SO_x、NO_x、HCl，等等)从产物气体移除，以满足所要求的管线规范、下游气体纯度需求，或者防止下游工艺中的催化剂中毒。

在典型的基于溶剂的工艺中，使待处理的工艺气体物流通过与气体物流中的酸性化合物(例如CO₂和SO₂)反应并将其与非酸性组分分离的液体溶剂。所述溶剂变得富含酸气体组分，随后将所述酸气体组分在不同组操作条件下移除，使得可将所述溶剂再循环，以用于另外的酸气体移除。

一般而言，分离工艺包括吸收器和解吸器，伴随着溶剂循环，以将酸气体移除。存在若干用于这样的应用的可商购获得的溶剂，其可归类为水性(富水)和非水性(贫水)体系。典型地，水性体系使用水作为稀释剂，且同时含有20-50重量％的反应物以将酸气体从工艺气体物流移除，而非水性溶剂含有最小量的水以及10至60重量％的活性反应物以将酸气体从工艺气体物流移除。

溶剂体系的基本移除机理可归类为物理或化学吸收。物理吸收利用压力以使酸气体分子溶解到液体溶剂中。溶解在物理溶剂中的酸气体的量随着压力增加而成比例地增加。当降低压力时，所述酸气体从富气体的物理溶剂释放。即，酸气体可通过在较低压下将气体从富气体的溶剂闪蒸而释放。将酸气体从物理溶剂释放并回收所述溶剂以再利用所需的能量相对低。然而，对于深度移除(即，移除高浓度的酸气体，例如大于90重量％或大于95重量％)或在低浓度酸气体的情况下(由于在低分压下的溶解性限制)，物理溶剂典型地性能不佳。

化学吸收涉及酸气体物种与化学吸收溶剂的反应以在所述酸气体和溶剂之间形成化学键。吸收(其性质为放热的)非常快速地发生，并且能够对酸气体进行深度移除，只要所述溶剂含有足够的反应物来与酸气体反应直至其反应极限。反应极限通常是由化学吸收溶剂和酸气体物种的化学计量比确定的。此化学计量比还可用来确定将每单位体积的酸气体污染物移除需要多少化学吸收溶剂。

一般而言，化学吸收反应的逆转(reversal)要求至少将正反应所产生的量的能量添加回到富溶剂，更不用说为了使富气体的化学吸收剂溶剂达到逆转可观的温度以及为了维持条件以使逆反应完成到可观的程度所需要的能量。因此，化学吸收溶剂要求相对高量的能量，以使溶剂和酸性气体之间的化学键解离。在水性溶剂体系中的化学吸收的能量使用增加得甚至更多，因为更多能量用于将水性体系中的过量水加热和蒸发。

大部分可商购获得的溶剂或是物理水性溶剂或是化学水性溶剂。水性溶剂广泛用于多种酸气体移除应用。然而，使用水性溶剂具有包括但不限于以下的缺点：腐蚀速率高，为使溶剂再生而能量要求高，以及过程足迹大，所有这些均导致高资本成本。