EA 025928B1 20170228

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000025928b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Способ отделения кислых газов от газовой смеси путем абсорбции кислых газов введением газовой смеси в абсорбере в контакт с абсорбентом, содержащим воду и по меньшей мере один амин, с получением насыщенного абсорбента и путем десорбции из него кислых газов десорбционной обработкой водяным паром в десорбционной колонне, при этом применяемый абсорбент при нагревании до температуры выше температуры его разделения на компоненты разделяется на две жидкие фазы, отличающийся тем, что применяют абсорбент, который имеет температуру его разделения на компоненты в пределах от 0 до 130°С и который содержит по меньшей мере один амин формулы (I) в которой R ¹ представляет собой водород, a R ² представляет собой алкильный остаток с 1-6 атомами углерода, который может быть замещен аминогруппами или алкиламиногруппами, а десорбцию проводят при температуре, при которой в десорбционной колонне происходит разделение на жидкую фазу с высоким содержанием воды и жидкую фазу с низким содержанием воды, образовавшиеся жидкую фазу с высоким содержанием воды и жидкую фазу с низким содержанием воды отделяют одну от другой, далее жидкую фазу с высоким содержанием воды подают в испаритель, в котором образуется водяной пар, которым в десорбционной колонне десорбируют кислые газы, и жидкую фазу с низким содержанием воды и остальную часть жидкой фазы с высоким содержанием воды возвращают в качестве абсорбента в абсорбер.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что абсорбент содержит амин, который при 100°С имеет растворимость менее 100 г в 1 л воды.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что абсорбент содержит первый амин формулы (I), в которой R ¹ представляет собой водород, a R ² представляет собой алкильный остаток с 1-6 атомами углерода, и второй амин формулы (I), в которой R ¹ представляет собой водород, a R ² представляет собой остаток (CH ₂ ) _n NR ³ R ⁴ , где n обозначает число от 2 до 4, R ³ обозначает водород или алкильный остаток с 1-4 атомами углерода, a R ⁴ обозначает алкильный остаток с 1-4 атомами углерода.

4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что абсорбент содержит воду в количестве от 25 до 85 мас.% и амины формулы (I) в количестве от 15 до 75 мас.%.

5. Устройство для осуществления способа отделения кислых газов по пп.1-4 от газовой смеси, имеющее абсорбер (1), десорбционную колонну (2) с массообменной зоной (3), имеющей выпуск (4) для жидкости, а также имеющее испаритель (5) и фазоразделительное устройство (6) для разделения двух жидких фаз с точкой (7) подвода и раздельными точками (8, 9) отбора жидких фаз, отличающееся тем, что испаритель (5) расположен отдельно от фазоразделительного устройства (6), фазоразделительное устройство (6) имеет точки (8, 9) отбора жидкой фазы с низким содержанием воды и жидкой фазы с высоким содержанием воды, выпуск (4) для жидкости, предусмотренный у массообменной зоны (3), соединен с точкой (7) подвода, предусмотренной у фазоразделительного устройства, предусмотрены соединительные линии (10, 11), ведущие от точки (8) отбора жидкой фазы с высоким содержанием воды к испарителю (5) и от точки (9) отбора жидкой фазы с низким содержанием воды к абсорберу (1), а также предусмотрена дополнительная соединительная линия (16), которая соединяет между собой точку (8) отбора жидкой фазы с высоким содержанием воды и абсорбер (1) и в которой расположен регулирующий клапан (17) или регулируемый насос, при этом фазоразделительное устройство (6) имеет регулятор (18) уровня поверхности раздела жидких фаз в фазоразделительном устройстве, и с помощью данного регулятора уровня осуществляется управление регулирующим клапаном (17) или регулируемым насосом.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что фазоразделительное устройство (6) расположено внутри десорбционной колонны (2) ниже ее массообменной зоны (3).

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что десорбционная колонна (2) имеет нижнюю часть (12), которая переливным устройством (13) разделена на первую зону (14) и вторую зону (15), выпуск (4) для жидкости, предусмотренный у массообменной зоны (3), соединен с точкой (7) подвода к первой зоне (14), точка (8) отбора в первой зоне (14) соединительной линией (10) соединена с испарителем (5), а точка (9) отбора во второй зоне (15) соединительной линией (11) соединена с абсорбером (1).

8. Устройство по одному из пп.5-7, отличающееся тем, что в соединительной линии (11), ведущей от точки (9) отбора жидкой фазы с низким содержанием воды к абсорберу (1), расположено смесительное устройство (19), которое соединено с точкой (8) отбора жидкой фазы с высоким содержанием воды и смешивает жидкость, поступающую от точки (9) отбора жидкой фазы с низким содержанием воды, с жидкостью, поступающей от точки (8) отбора жидкой фазы с высоким содержанием воды.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Евразийское ои 025928 (13) В1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента (51) Int. Cl. BOW 53/14 (2006.01)
2017.02.28
(21) Номер заявки 201400577
(22) Дата подачи заявки
2012.10.15
(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ КИСЛЫХ ГАЗОВ ОТ ГАЗОВОЙ СМЕСИ
(31) 10 2011 086 252.8
(32) 2011.11.14
(33) DE
(43) 2014.10.30
(86) PCT/EP2012/070380
(87) WO 2013/072147 2013.05.23
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ЭВОНИК ДЕГУССА ГМБХ (DE)
(72) Изобретатель:
Ролькер Йёрн, Зайлер Маттиас, Майер Ральф, Книппенберг Удо, Шнайдер Рольф, Ирфан Мухаммад, Мангалапалли Хари Прасад (DE)
(74) Представитель:
Веселицкая И.А., Кузенкова Н.В., Веселицкий М.Б., Каксис Р.А., Белоусов Ю.В., Куликов А.В., Кузнецова Е.В. (RU)
(56) US-A1-2011081287
DE-A1-102009000543 US-A-4251494
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для отделения кислого газа, прежде всего диоксида углерода (СО2), от газовой смеси.
В многочисленных промышленных и химических процессах образуются газовые потоки с нежелательным содержанием в них кислых газов, прежде всего СО2, содержание которых для последующей переработки, для транспорта или для предотвращения выброса СО2 требуется снижать.
В промышленном масштабе для абсорбции СО2 из газовой смеси обычно используют водные растворы алканоламинов в качестве абсорбента. Насыщенный абсорбент регенерируют путем нагревания, расширения (дросселирования) до меньшего давления или десорбционной обработки газом с десорбцией при этом диоксида углерода. По завершении процесса регенерации абсорбента его можно использовать вновь. Подобные методы описаны, например, у Rolker J., Arlt W. в статье "Abtrennung von Kohlendioxid aus Rauchgasen mittels Absorption", опубликованной в Chemie Ingenieur Technik, 78, 2006, c. 416-424, а также у Kohl A.L., Nielsen R.B. в "Gas Purification", 5-е изд., изд-во Gulf Publishing, Houston, 1997.
Однако недостаток таких методов состоит в том, что для отделения СО2 путем абсорбции и последующей десорбции требуется сравнительно большое количество энергии и что при десорбции вновь де-сорбируется только часть абсорбированного СО2, в связи с чем в одном цикле абсорбции-десорбции поглотительной способности абсорбента оказывается не достаточно. Помимо этого при десорбции путем нагревания происходит термическая и окислительная деструкция амина на горячих теплообменных поверхностях.
В WO 2008/015217 для снижения потребности в энергии на десорбцию СО2 предлагается при осуществлении способа отделения СО2 от газовых смесей использовать абсорбент (абсорбирующую среду), который при нагревании проявляет способность к разделению на две жидкие фазы. При осуществлении такого способа десорбция СО2 происходит при высоком его парциальном давлении, в связи с чем в одном цикле абсорбции-десорбции достигается лишь недостаточная поглотительная способность абсорбента.
В US 2009/199709 и US 2010/104490 описаны способы, при осуществлении которых используют подобный абсорбент, который после его насыщения кислым газом нагревают с образованием в результате двух жидких фаз, которые разделяют и после разделения которых только обогащенную кислым газом жидкую фазу подают в десорбционную колонну, тогда как жидкую фазу с низким содержанием кислого газа возвращают непосредственно в процесс абсорбции. Однако при осуществлении этих способов часть газа, связанного в насыщенном им абсорбенте, уже выделяется в аппарате, в котором происходит разделение фаз. На практике данный фактор приводит к возникновению проблем, поскольку кислый газ обычно выделяется из более тяжелой фазы, а восходящие газовые пузыри противодействуют разделению фаз. Помимо этого способы, описанные в US 2009/199709 и US 2010/104490, оказывается невозможным осуществлять в стабильном режиме с использованием применяемых в этих целях в US 2009/199709 и US 2010/104490 устройств, когда и в десорбционной колонне происходит образование двух жидких фаз.
В US 4251494 описан способ, при осуществлении которого используют абсорбент, содержащий воду, стерически затрудненный амин и карбонат щелочного металла. При осуществлении этого способа состав абсорбента выбирают таким, что абсорбент после десорбции в испарителе десорбционной колонны в результате испарения воды и повышения температуры образует две жидкие фазы, которые разделяют в испарителе и возвращают в абсорбер в разных его точках. Такой способ требует применения абсорбента с высоким содержанием карбоната щелочного металла, обладающего нежелательно высокой коррозионной активностью. Помимо этого аналогично применению однофазного абсорбента происходит термическая и окислительная деструкция амина на горячих теплообменных поверхностях испарителя.
Исходя из вышеизложенного, продолжает сохраняться потребность в способе и устройстве для отделения кислых газов от газовой смеси, которые позволяли бы снизить потребность в энергии благодаря образованию двух жидких фаз при десорбции и которые не имели бы недостатков известных из уровня техники способов, соответственно устройств.
Объектом изобретения в соответствии с этим является способ отделения кислых газов от газовой смеси путем абсорбции кислых газов введением газовой смеси в абсорбере в контакт с абсорбентом, содержащим воду и по меньшей мере один амин, с получением насыщенного (абсорбируемым компонентом) абсорбента и путем десорбции из него кислых газов десорбционной обработкой водяным паром (отпаривания) в десорбционной колонне, при этом применяемый абсорбент при нагревании до температуры выше температуры его разделения на компоненты, лежащей в пределах от 0 до 130°С, разделяется на две жидкие фазы. При осуществлении предлагаемого в изобретении способа десорбцию проводят при температуре, при которой в десорбционной колонне происходит разделение на жидкую фазу с высоким содержанием воды и жидкую фазу с низким содержанием воды, образовавшиеся жидкую фазу с высоким содержанием воды и жидкую фазу с низким содержанием воды отделяют одна от другой, жидкую фазу с высоким содержанием воды подают в испаритель, в котором образуется водяной пар, которым в десорб-ционной колонне десорбируют кислые газы, и жидкую фазу с низким содержанием воды и жидкую фазу с высоким содержанием воды возвращают в качестве абсорбента в абсорбер.
Объектом изобретения является, кроме того, устройство для отделения кислых газов от газовой смеси, имеющее абсорбер, десорбционную колонну с массообменной зоной, испаритель и фазораздели
тельное устройство для разделения двух жидких фаз с точкой подвода и раздельными точками отбора жидких фаз. Испаритель расположен отдельно от фазоразделительного устройства. Фазоразделительное устройство имеет точки отбора жидкой фазы с низким содержанием воды и жидкой фазы с высоким содержанием воды. Массообменная зона имеет выпуск для жидкости, соединенный с точкой подвода, предусмотренной у фазоразделительного устройства. Предлагаемое в изобретении устройство имеет, кроме того, соединительные линии, ведущие от точки отбора жидкой фазы с высоким содержанием воды к испарителю и от точки отбора жидкой фазы с низким содержанием воды к абсорберу.
При осуществлении предлагаемого в изобретении способа отделения кислых газов от газовой смеси она может представлять собой природный газ, метансодержащий биогаз из процесса ферментации, компостирования или очистки сточных вод, газообразные продукты сгорания, отходящие газы процессов кальцинирования, прокаливания или обжига, таких как процессы обжига извести и процессы производства цемента, остаточные газы доменных процессов в черной металлургии или газовую смесь, образующуюся в результате химического превращения, такую, например, как содержащий монооксид углерода и водород синтез-газ или газообразный продукт реакции, образующийся в процессах производства водорода путем конверсии с водяным паром. В предпочтительном варианте газовая смесь представляет собой газообразные продукты сгорания, природный газ или биогаз, особенно предпочтительно газообразные продукты сгорания, образующиеся, например, на топливно-энергетических установках или электростанциях.
Газовая смесь содержит по меньшей мере один кислый газ, предпочтительно один или несколько кислых газов из ряда СО2, COS, H2S, CH3SH и SO2, особенно предпочтительно СО2. Газообразные продукты сгорания в предпочтительном варианте предварительно обессеривают, т.е. из газовой смеси до ее обработки предлагаемым в изобретении способом удаляют SO2 одним из известных из уровня техники методов обессеривания, предпочтительно путем промывки (абсорбционной очистки) газов известковым молоком.
Газовая смесь перед ее введением в контакт с абсорбентом в предпочтительном варианте содержит СО2 в количестве от 0,1 до 50 об.%, особенно предпочтительно от 1 до 20 об.%, наиболее предпочтительно от 10 до 20 об.%.
Дополнительно к кислым газам газовая смесь может также содержать кислород, предпочтительно в количестве от 0,1 до 25 об.%, особенно предпочтительно от 0,1 до 10 об.%.
При осуществлении предлагаемого в изобретении способа газовую смесь вводят в абсорбере в контакт с абсорбентом, содержащим воду и по меньшей мере один амин и разделяющимся на две жидкие фазы при нагревании до температуры выше температуры его разделения на компоненты, лежащей в интервале от 0 до 130°С. Температура разделения абсорбента на компоненты, соответственно на две жидкие фазы относится при этом к ненасыщенному абсорбенту без кислых газов. Амины, смеси которых с водой имеют температуру разделения на компоненты в интервале от 0 до 130°С, известны специалисту из уровня техники, например из WO 2008/015217, US 2009/199709 и US 2010/104490. В предпочтительном варианте применяют амины, которые при 100°С проявляют растворимость менее 100 г амина в 1 л воды, особенно предпочтительно менее 60 г амина в 1 л воды, наиболее предпочтительно менее 10 г амина в 1 л воды.
Содержание солей щелочных металлов в абсорбенте в предпочтительном варианте составляет менее 10 мас.%, особенно предпочтительно менее 5 мас.%, прежде всего менее 2 мас.%.
В одном из предпочтительных вариантов абсорбент содержит по меньшей мере один амин формулы (I)
NR1R2
-А '
в которой остатки R1 и R2 независимо друг от друга представляют собой водород или алифатические остатки с 1 -10 атомами углерода, которые могут быть замещены аминогруппами или алкиламино-группами.
В еще одном предпочтительном варианте абсорбент содержит по меньшей мере один амин формулы (I), в которой остатки R1 и R2 независимо друг от друга представляют собой водород или алкильные остатки с 1-6 атомами углерода, особенно предпочтительно R1 представляет собой водород, a R2 представляет собой алкильный остаток с 1-6 атомами углерода. Особенно предпочтительны такие соединения, как 4-(н-пропиламино)-2,2,6,6-тетраметилпиперидин и 4-(н-бутиламино)-2,2,6,6-тетраметилпиперидин, т.е. соединения, в которых R1 представляет собой водород, a R2 представляет собой н-пропил или н-бутил.
В одном из особенно предпочтительных вариантов абсорбент содержит первый амин формулы (I), в которой остатки R1 и R2 независимо друг от друга представляют собой водород или алкильные остатки с 1-6 атомами углерода, и второй амин формулы (I), в которой R1 представляет собой водород, a R2 пред- 2
ставляет собой остаток (CH2)nNR3R4, где n обозначает число от 2 до 4, R3 обозначает водород или ал-кильный остаток с 1-4 атомами углерода, a R4 обозначает алкильный остаток с 1-4 атомами углерода. В отношении первого амина формулы (I) предпочтителен вариант, в котором R1 представляет собой водород, a R2 представляет собой алкильный остаток с 1-6 атомами углерода, особенно предпочтительно н-пропил или н-бутил. Второй амин формулы (I) в предпочтительном варианте представляет собой 4-(3-диметиламинопропил-амино)-2,2,6,6-тетраметилпиперидин, т.е. соединение, в котором n обозначает 3, a R3, R4 обозначают метил, или 4-(2-этиламиноэтиламино)-2,2,6,6-тетраметилпиперидин, т.е. соединение, в котором n обозначает 2, R3 обозначает метил, a R4 обозначает водород. Массовое соотношение между первым амином формулы (I) и вторым амином формулы (I) при этом в предпочтительном варианте составляет от 10:1 до 1:10, особенно предпочтительно от 3:1 до 1:5, прежде всего от 1:1 до 1:3.
В предпочтительном варианте абсорбент содержит воду в количестве от 25 до 85 мас.% и амины формулы (I) в количестве от 15 до 75 мас.%, в каждом случае в пересчете на ненасыщенный абсорбент без кислых газов.
Применение абсорбента, который содержит амины формулы (I), позволяет достичь высокой поглотительной способности при абсорбции СО2 даже при низком парциальном давлении СО2. Помимо этого подобные абсорбенты обладают меньшей коррозионной активностью, проявляют высокую стойкость к окислительной и термической деструкции и не вызывают никакого пенообразования при осуществлении предлагаемого в изобретении способа.
Дополнительно к воде и аминам формулы (I) абсорбент может еще содержать по меньшей мере один стерически затрудненный первичный или вторичный амин в качестве активатора. Стерически затрудненный первичный амин согласно изобретению представляет собой первичный амин, у которого аминогруппа связана с атомом углерода, с которым связан по меньшей мере один атом водорода. Стери-чески затрудненный вторичный амин согласно изобретению представляет собой вторичный амин, у которого аминогруппа связана с атомами углерода, с каждым из которых связано по меньшей мере по два атома водорода. Содержание стерически затрудненных первичных или вторичных аминов в предпочтительном варианте составляет от 0,1 до 10 мас.%, особенно предпочтительно от 0,5 до 8 мас.%. Для применения в качестве активатора пригодны известные из уровня техники активаторы, такие, например, как этаноламин, пиперазин и 3-(метиламино)пропиламин. Пригоден, кроме того, 4-амино-2,2,6,6-тетраметилпиперидин. Добавление активатора приводит к ускорению абсорбции CO2 из газовой смеси без потери, соответственно снижения поглотительной способности.
Дополнительно к воде и аминам абсорбент может еще содержать один или несколько физических растворителей. На долю таких физических растворителей может при этом приходиться вплоть до 50 мас.%. Для применения в качестве подобных физических растворителей пригодны сульфолан, амиды алифатических кислот, такие как N-формилморфолин, N-ацетилморфолин, N-алкилпирролидоны, прежде всего №метил-2-пирролидон, или N-алкилпиперидоны, а также диэтиленгликоль, триэтиленгликоль и полиэтиленгликоли и их простые алкиловые эфиры, прежде всего монобутиловый эфир диэтиленглико-ля. В предпочтительном варианте, однако, абсорбент не содержит физический растворитель.
Абсорбент может также содержать различного рода дополнительные добавки, такие как ингибиторы коррозии, способствующие смачиванию добавки и антивспениватели.
В качестве ингибиторов коррозии в составе абсорбента можно использовать все те вещества, которые известны специалисту как пригодные для абсорбции СО2 с использованием алканоламинов ингибиторы коррозии, прежде всего ингибиторы коррозии, описанные в US 4714597. Количество ингибиторов коррозии можно при применении аминов формулы (I) выбирать существенно ниже по сравнению с обычным, содержащем этаноламин абсорбентом, поскольку абсорбенты, содержащие амины формулы (I), оказывают явно меньшее коррозионное воздействие на металлические материалы, чем традиционно применяемые содержащие этаноламин абсорбенты.
В качестве способствующей смачиванию добавки в предпочтительном варианте используют неио-ногенные, амфотерные и катионактивные поверхностно-активные вещества (ПАВ), известные из WO 2010/089257, со с. 11, строка 18, до с. 13, строка 7.
В качестве антивспенивателя в составе абсорбента можно использовать все те вещества, которые известны специалисту как пригодные для абсорбции СО2 с использованием алканоламинов антивспени-ватели.
Газовую смесь предпочтительно вводить в контакт с абсорбентом в абсорбционной колонне, которая в предпочтительном варианте работает в противоточном режиме, для достижения низкого остаточного содержания кислых газов в газовой смеси после абсорбции.
Процесс абсорбции предпочтительно проводить при температуре в пределах от 0 до 70°С, особенно предпочтительно от 20 до 50°С, при этом температура абсорбента на входе в абсорбер ниже температуры разделения абсорбента на компоненты. Внутри абсорбера температура может также подниматься выше температуры разделения абсорбента на компоненты, если в результате абсорбции кислого газа абсорбентом из амина образуются соли, которые обладают большей водорастворимостью, чем амин. При применении абсорбционной колонны, работающей в противоточном режиме, температура абсорбента в предпочтительном варианте составляет от 30 до 60°С на входе в колонну и от 35 до 70°С на выходе из нее.
Процесс абсорбции предпочтительно проводить при давлении газовой смеси в пределах от 0,8 до 50 бар, особенно предпочтительно от 0,9 до 30 бар. При абсорбции CO2 начальное парциальное давление CO2 в газовой смеси в предпочтительном варианте составляет от 0,01 до 4 бар, особенно предпочтительно от 0,005 до 3 бар. В одном из особенно предпочтительных вариантов процесс абсорбции проводят при общем давлении газовой смеси в пределах от 0,8 до 1,5 бара, прежде всего от 0,9 до 1,1 бара. Этот особенно предпочтительный вариант рекомендуется использовать при абсорбции CO2 из газообразных продуктов сгорания, образующихся на топливно-энергетических установках или электростанциях, без сжатия (компрессии) таких газообразных продуктов сгорания.
При осуществлении предлагаемого в изобретении способа полученный в абсорбере насыщенный абсорбент подают в десорбционную колонну, в которой кислые газы десорбируют из насыщенного ими абсорбента путем десорбционной обработки водяным паром. Процесс десорбции проводят при температуре, при которой в десорбционной колонне происходит разделение на жидкую фазу с высоким содержанием воды и жидкую фазу с низким содержанием воды. В предпочтительном варианте температура при десорбции составляет от 50 до 200°С, особенно предпочтительно от 80 до 150°С. Процесс десорбции предпочтительно проводить при давлении в пределах от 10 мбар до 10 бар, особенно предпочтительно от 100 мбар до 5 бар.
Образующиеся при десорбции жидкую фазу с высоким содержанием воды и жидкую фазу с низким содержанием воды отделяют одна от другой. Часть жидкой фазы с высоким содержанием воды подают в испаритель, в котором образуется водяной пар, который подводят в десорбционную колонну и которым в ней десорбируют кислые газы. Жидкую фазу с низким содержанием воды и остальную часть жидкой фазы с высоким содержанием воды возвращают в качестве абсорбента в абсорбер. При этом в предпочтительном варианте жидкую фазу с низким содержанием воды и остальную часть жидкой фазы с высоким содержанием воды перед их возвратом в абсорбер смешивают между собой при температуре ниже температуры разделения на компоненты. Не испарившуюся в испарителе часть жидкой фазы с высоким содержанием воды можно подавать по выбору либо в десорбционную колонну, либо в абсорбер.
Предлагаемый в изобретении способ позволяет достичь высокой поглотительной способности абсорбента в одном цикле абсорбции-десорбции, поскольку при осуществлении этого способа возможно проведение десорбции до низкого остаточного содержания кислых газов, а также возможно применение абсорбентов с высокой массовой долей аминов, которые обеспечивают достижение высокой степени насыщения абсорбента при абсорбции. При осуществлении предлагаемого в изобретении способа происходит незначительная термическая и окислительная деструкция применяемых для абсорбции аминов, поскольку лишь малая часть аминов попадает в испаритель и подвергается в нем воздействию высоких температур на теплообменных поверхностях. Потребность предлагаемого в изобретении способа в энергии явно ниже по сравнению со способами, при осуществлении которых используется однофазный абсорбент. Предлагаемый в изобретении способ не требует применения никаких вспомогательных веществ дополнительно к воде и амину и позволяет осуществлять его в простых и недорогих аппаратах.
На фиг. 1 в виде технологической схемы показано выполненное по одному из вариантов предлагаемое в изобретении устройство с расположением фазоразделительного устройства (6) отдельно от десорб-ционной колонны (2).
На фиг. 2 в виде технологической схемы показано выполненное по предпочтительному варианту предлагаемое в изобретении устройство с расположением фазоразделительного устройства (6) внутри десорбционной колонны (2) ниже ее массообменной зоны (3).
Предлагаемое в изобретении устройство для отделения кислых газов от газовой смеси имеет абсорбер (1), в котором содержащая кислые газы газовая смесь (20) вводится в контакт с жидким абсорбентом. В качестве абсорбера могут использоваться все известные из уровня техники устройства для абсорбции газа из газовой смеси жидкостью. В предпочтительном варианте в качестве абсорбера используют промывную колонну (скруббер), которая в предпочтительном варианте имеет внутренние элементы или насадки для увеличения межфазной поверхности между газовой смесью и жидким абсорбентом. К приемлемым внутренним элементам относятся, например, насадочные тела, например кольца Рашига или кольца Палля, регулярные (структурированные) насадки колонн, например насадки из листового металла, а также тарелки колонн, например ситчатые тарелки. Альтернативно этому в качестве абсорбера возможно также применение мембранного контактора, центробежного скруббера, струйного (газо-)промывателя, скруббера Вентури или динамического мокрого газопромывателя. В особенно предпочтительном варианте в качестве абсорбера используют промывную колонну для работы в противоточном режиме, в нижнюю часть которой подают содержащую кислые газы газовую смесь и в верхнюю часть которой подают жидкий абсорбент.
Предлагаемое в изобретении устройство имеет десорбционную колонну (2) с расположенной внутри нее массообменной зоной (3). В десорбционную колонну подают насыщенный кислым газом абсорбент из абсорбера. В предпочтительном варианте насыщенный кислым газом абсорбент подают в де-сорбционную колонну выше ее массообменной зоны. В качестве десорбционной колонны можно использовать все известные из уровня техники колонны для десорбции газа из жидкости. Массообменная зона (3) в предпочтительном варианте реализована в виде внутренних элементов, благодаря которым обеспе
чивается увеличение площади поверхности контакта. В предпочтительном варианте в качестве таких внутренних элементов используют тарелки, насадочные тела или регулярные насадки. Для применения в качестве тарелок пригодны, например, колпачковые тарелки, ситчатые тарелки, тарелки с туннельными колпачками, клапанные тарелки, щелевые тарелки, ситчато-щелевые тарелки, колпачково-ситчатые тарелки, дюзовые тарелки или центробежные тарелки. Для применения в качестве насадочных тел пригодны, например, кольца Рашига, кольца Лессинга, кольца Палля, седла Берля или седла "Инталокс". Для применения в качестве регулярных насадок колонн пригодны, например, насадки типа "Меллапак" (Mel-lapak) фирмы Sulzer, типа "Ромбопак" (Rombopak) фирмы Kuhni или типа "Монтц-Пак" (Montz-Pak) фирмы Montz. В массообменной зоне можно также произвольно комбинировать между собой участки с тарелками, насадочными телами и регулярными насадками. Массообменная зона (3) имеет выпуск (4) для жидкости, у которого накапливается жидкость, выходящая на нижнем конце массообменной зоны.
Предлагаемое в изобретении устройство имеет далее испаритель (5), в котором образуется пар, подаваемый в десорбционную колонну (2) в целях подвода тепла для десорбции кислого газа из насыщенного им абсорбента и в целях отделения кислых газов от жидкого абсорбента потоком пара. В качестве испарителя можно использовать все известные из уровня техники испарители, например испаритель с естественной циркуляцией, испаритель с принудительной циркуляцией, испаритель с падающей пленкой или пленочный испаритель.
Предлагаемое в изобретении устройство имеет фазоразделительное устройство (6) для разделения двух жидких фаз с точкой (7) подвода и раздельными точками (8, 9) отбора жидких фаз, а именно с одной точкой (8) отбора жидкой фазы с высоким содержанием воды и одной точкой (9) отбора жидкой фазы с низким содержанием воды. Испаритель (5) и фазоразделительное устройство (6) расположены отдельно друг от друга. Выпуск (4) для жидкости, предусмотренный у массообменной зоны (3), соединен с точкой (7) подвода, предусмотренной у фазоразделительного устройства, для подвода в него жидкости, выходящей из массообменной зоны. В качестве фазоразделительного устройства можно использовать все известные из уровня техники аппараты для разделения смесей из двух жидких фаз. Для применения в этих целях пригодны, например, отстойники, в которых разделение фаз происходит под действием силы тяжести. Альтернативно этому возможно использование сепараторов, в которых разделение фаз происходит под действием центробежных сил. В одном из предпочтительных вариантов фазоразделительное устройство (6) расположено внутри десорбционной колонны (2) ниже ее массообменной зоны (3).
Предлагаемое в изобретении устройство имеет также соединительную линию (трубопровод) (10), которая ведет от точки (8) отбора жидкой фазы с высоким содержанием воды к испарителю (5) и по которой жидкая фаза с высоким содержанием воды подается в испаритель для образования из нее пара. Предлагаемое в изобретении устройство имеет, кроме того, соединительную линию (трубопровод) (11), которая ведет от точки (9) отбора жидкой фазы с низким содержанием воды к абсорберу (1) и по которой жидкая фаза с низким содержанием воды возвращается в абсорбер. В предпочтительном варианте предлагаемое в изобретении устройство дополнительно имеет соединительную линию (трубопровод) (16), которая ведет от точки (8) отбора жидкой фазы с высоким содержанием воды к абсорберу (1) и по которой жидкая фаза с высоким содержанием воды возвращается в абсорбер.
В одном из предпочтительных вариантов предлагаемое в изобретении устройство дополнительно имеет соединительную линию (16), которая соединяет между собой точку (8) отбора жидкой фазы с высоким содержанием воды и абсорбер (1) и в которой расположен регулирующий клапан (17) или регулируемый насос. Фазоразделительное устройство (6) в этом варианте имеет регулятор (18) уровня (РУ) поверхности раздела жидких фаз в фазоразделительном устройстве (6), с помощью какового регулятора уровня осуществляется управление регулирующим клапаном (17) или регулируемым насосом. В другом варианте соединительная линия (16) может быть также соединена с дополнительной точкой отбора жидкой фазы с высоким содержанием воды, предусмотренной у фазоразделительного устройства (6) и отдельной от точки (8) отбора, соединенной с испарителем (5). Наличие подобного регулятора уровня позволяет регулировать количество жидкой фазы с высоким содержанием воды, возвращаемое в абсорбер, таким образом, что при работе предлагаемого в изобретении устройства в стационарном режиме в абсорбер не требуется дополнительно подавать воду.
В еще одном предпочтительном варианте предлагаемое в изобретении устройство дополнительно имеет смесительное устройство (19), которое расположено в соединительной линии (11), ведущей от точки (9) отбора жидкой фазы с низким содержанием воды к абсорберу (1), и которое соединено с точкой (8) отбора жидкой фазы с высоким содержанием воды и смешивает жидкость, поступающую от точки (9) отбора жидкой фазы с низким содержанием воды, с жидкостью, поступающей от точки (8) отбора жидкой фазы с высоким содержанием воды. В качестве смесительного устройства можно использовать все известные специалисту устройства для смешения между собой двух жидкостей. Для применения в качестве смесительного устройства пригодны, например, емкости с мешалками, емкости с перекачиванием жидкости через внешний циркуляционный контур или статические смесители. Предпочтительны емкости с перекачиванием жидкости через внешний циркуляционный контур и с подводом в него жидкой фазы с низким содержанием воды и жидкой фазы с высоким содержанием воды. В предпочтительном варианте в линиях, по которым жидкая фаза с низким содержанием воды и жидкая фаза с высоким со
держанием воды подводятся в смесительное устройство (19), расположены теплообменники (21, 22), позволяющие охлаждать обе фазы до температуры ниже температуры разделения используемого в абсорбере абсорбента на компоненты. В особенно предпочтительном варианте теплообменники (21, 22) расположены таким образом, что они обеспечивают теплообмен между насыщенным абсорбентом, подводимым из абсорбера (1) в десорбционную колонну (2), и жидкими фазами, подводимыми в смесительное устройство (19).
Применение смесительного устройства позволяет при работе предлагаемого в изобретении устройства обеспечить однородный состав абсорбента в абсорбере и исключить влияние колебаний в регулировании предлагаемого в изобретении устройства на эффективность абсорбции.
Предлагаемое в изобретении устройство в предпочтительном варианте дополнительно имеет также конденсатор (23), который соединен с верхом десорбционной колонны (2) и в котором происходит конденсация воды, выходящей в парообразном виде совместно с десорбированным газом из десорбционной колонны и возвращаемой затем в десорбционную колонну.
На фиг. 1 показано выполненное по одному из вариантов предлагаемое в изобретении устройство, в котором фазоразделительное устройство (6) расположено отдельно от десорбционной колонны (2) и выполнено в виде отстойника с переливным устройством. В этом варианте донный слив десорбционной колонны используется в качестве выпуска (4) для жидкости, предусмотренного у массообменной зоны (3). Для повышения полноты разделения фаз в фазоразделительном устройстве в соединительной линии между выпуском (4) для жидкости и точкой (7) подвода, предусмотренной у фазоразделительного устройства, могут быть расположены способствующие коалесценции внутренние элементы, такие, например, как коалесцентный фильтр.
На фиг. 2 показано выполненное по предпочтительному варианту предлагаемое в изобретении устройство, в котором фазоразделительное устройство (6) расположено внутри десорбционной колонны (2) ниже ее массообменной зоны (3). Фазоразделительное устройство (6) образовано при этом переливным устройством (13) в нижней части (12) колонны, разделяющим нижнюю часть колонны на первую зону (14) и вторую зону (15), а также точкой (7) подвода к первой зоне (14), при этом данная точка подвода соединена с выпуском (4) для жидкости, предусмотренным у массообменной зоны (3). Выпуск (4) для жидкости в предпочтительном варианте при этом выполнен в виде сборного днища для жидкости с ее выпуском выше первой зоны. Точка подвода к первой зоне (14) может располагаться выше нее, как это показано на фиг. 2, или в пределах нее ниже верхнего края переливного устройства (13). Для работы с абсорбентами, у которых фаза с низким содержанием воды легче фазы с высоким содержанием воды, в первой зоне (14) располагают, как показано на фиг. 2, точку (8) отбора, соединенную соединительной линией (10) с испарителем (5), а во второй зоне (15) располагают точку (9) отбора, соединенную соединительной линией (11) с абсорбером (1). Для работы с абсорбентами, у которых фаза с низким содержанием воды тяжелее фазы с высоким содержанием воды, точки (8) и (9) отбора меняют местами по сравнению с их взаимным расположением на фиг. 2.
Предлагаемое в изобретении устройство может иметь дополнительные, не показанные на фиг. 1 и 2 насосы, измерительные устройства, регулирующую арматуру, запорную арматуру и буферные емкости, которые специалист может в обеспечение описанной выше работы предлагаемого в изобретении устройства добавлять соответственно своим общепрофессиональным знаниям.
Предлагаемое в изобретении устройство имеет простую конструкцию и может быть реализовано на базе имеющихся в продаже аппаратов. Предлагаемое в изобретении устройство обеспечивает возможность стабильной работы без колебаний производительности по отделению кислых газов даже при применении абсорбентов, которые способны разделяться в десорбционной колонне на две жидкие фазы, одна из которых представляет собой фазу с низким содержанием воды и поэтому исключает возможность образования из нее водяного пара в испарителе. При применении же подобных абсорбентов в устройствах, известных из US 2009/199709, US 2010/104490 и US 4251494, возникают значительные колебания при парообразовании в испарителе, являющиеся причиной нестабильной работы установки. Поскольку в предлагаемом в изобретении устройстве с горячими теплообменными поверхностями испарителя контактирует только жидкая фаза с высоким содержанием воды и с низким относительным содержанием аминов, при работе такого устройства происходит лишь незначительная термическая и окислительная деструкция применяемых в абсорбенте аминов.
Ниже изобретение поясняется на примерах, которые, однако, не ограничивает его объем.
Примеры.
В табл. 1 приведены данные о составе абсорбентов, пригодных для применения при осуществлении предлагаемого в изобретении способа, и данные о температуре разделения таких абсорбентов на компоненты (в насыщенном CO2 состоянии и в ненасыщенном состоянии).
Для определения температуры разделения насыщенного диоксидом углерода (CO2) абсорбента на компоненты его в герметично закрываемой стеклянной емкости насыщали диоксидом углерода при температуре 20°С и при атмосферном давлении путем добавления сухого льда. Затем стеклянную емкость закрывали и насыщенный диоксидом углерода абсорбент медленно нагревали в масляной бане до тех пор, пока не произошло разделение на две жидкие фазы, заметное по помутнению ранее прозрачной сме
си.
В табл. 1 используются следующие сокращения: пропил-ТМП: 4-(н-пропиламино)-2,2,6,6-тетраметилпиперидин; бутил-ТМП: 4-(н-бутиламино)-2,2,6,6-тетраметилпиперидин; ДМ-ТМП: 4 -(диметиламино)-2,2,6,6-тетраметилпиперидин;
ТАТ: 4-(3-диметиламинопропиламино)-2,2,6,6-тетраметилпиперидин, соответственно триацетон-триамин;
ЭАЭ-ТМП: 4-(2-этиламиноэтиламино)-2,2,6,6-тетраметилпиперидин;
МЭА: (моно)этаноламин;
ДЭА: диэтаноламин;
МДЭА: метилдиэтаноламин;
АМП: 2-амино-2-метил-1-пропанол;
н.о.: "не определяли".
Пример
Компонент в мас.%
вода
бутил-ТМП
ДМ-ТМП
ТАТ
ЭАЭ-ТМП
МЭА
ДЭА
МДЭА
АМП
Температура
82°С
85°С
75°С
95°С
90°С
110°С
115°С
н.о.
разделения на
компоненты в
нен асыщенном
состоянии
Температура
> 125°С
> 125°С
> 125°С
112°С
90°С
> 130°С
> 120°С
116°С
разделения на
компоненты в
насыщенном СОг
состоянии
Пример
Компонент в мас.%
вода
бутил-ТМП
ТАТ
Температура разделения на
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
компоненты в ненасыщенном
состоянии
Температура разделения на
107°С
105°С
115°С
125°С
110°С
105°С
110°С
компоненты в насыщенном СОг
состоянии
Для смеси из воды и 4-(н-бутиламино)-2,2,6,6-тетраметилпиперидина (бутил-ТМП) состав обеих жидких фаз исследовали в двухфазной области в зависимости от температуры. Приведенные в табл. 2 результаты свидетельствуют о том, что жидкая фаза с высоким содержанием воды, подаваемая при осуществлении предлагаемого в изобретении способа в испаритель, содержит амин лишь в малых количествах.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ отделения кислых газов от газовой смеси путем абсорбции кислых газов введением газовой смеси в абсорбере в контакт с абсорбентом, содержащим воду и по меньшей мере один амин, с получением насыщенного абсорбента и путем десорбции из него кислых газов десорбционной обработкой водяным паром в десорбционной колонне, при этом применяемый абсорбент при нагревании до температуры выше температуры его разделения на компоненты разделяется на две жидкие фазы, отличающийся тем, что применяют абсорбент, который имеет температуру его разделения на компоненты в пределах от 0 до 130°С и который содержит по меньшей мере один амин формулы (I)
(I).
в которой R1 представляет собой водород, a R2 представляет собой алкильный остаток с 1-6 атомами углерода, который может быть замещен аминогруппами или алкиламиногруппами, а десорбцию проводят при температуре, при которой в десорбционной колонне происходит разделение на жидкую фазу с высоким содержанием воды и жидкую фазу с низким содержанием воды, образовавшиеся жидкую фазу с высоким содержанием воды и жидкую фазу с низким содержанием воды отделяют одну от другой, далее жидкую фазу с высоким содержанием воды подают в испаритель, в котором образуется водяной пар, которым в десорбционной колонне десорбируют кислые газы, и жидкую фазу с низким содержанием воды и остальную часть жидкой фазы с высоким содержанием воды возвращают в качестве абсорбента в абсорбер.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что абсорбент содержит амин, который при 100°С имеет растворимость менее 100 г в 1 л воды.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что абсорбент содержит первый амин формулы (I), в которой R1 представляет собой водород, a R2 представляет собой алкильный остаток с 1-6 атомами углерода, и второй амин формулы (I), в которой R1 представляет собой водород, a R2 представляет собой остаток (CH2)nNR3R4, где n обозначает число от 2 до 4, R3 обозначает водород или алкильный остаток с 1-4 атомами углерода, a R4 обозначает алкильный остаток с 1-4 атомами углерода.
4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что абсорбент содержит воду в количестве от 25 до 85 мас.% и амины формулы (I) в количестве от 15 до 75 мас.%.
5. Устройство для осуществления способа отделения кислых газов по пп.1-4 от газовой смеси, имеющее абсорбер (1), десорбционную колонну (2) с массообменной зоной (3), имеющей выпуск (4) для жидкости, а также имеющее испаритель (5) и фазоразделительное устройство (6) для разделения двух
2.
жидких фаз с точкой (7) подвода и раздельными точками (8, 9) отбора жидких фаз, отличающееся тем, что испаритель (5) расположен отдельно от фазоразделительного устройства (6), фазоразделительное устройство (6) имеет точки (8, 9) отбора жидкой фазы с низким содержанием воды и жидкой фазы с высоким содержанием воды, выпуск (4) для жидкости, предусмотренный у массообменной зоны (3), соединен с точкой (7) подвода, предусмотренной у фазоразделительного устройства, предусмотрены соединительные линии (10, 11), ведущие от точки (8) отбора жидкой фазы с высоким содержанием воды к испарителю (5) и от точки (9) отбора жидкой фазы с низким содержанием воды к абсорберу (1), а также предусмотрена дополнительная соединительная линия (16), которая соединяет между собой точку (8) отбора жидкой фазы с высоким содержанием воды и абсорбер (1) и в которой расположен регулирующий клапан (17) или регулируемый насос, при этом фазоразделительное устройство (6) имеет регулятор (18) уровня поверхности раздела жидких фаз в фазоразделительном устройстве, и с помощью данного регулятора уровня осуществляется управление регулирующим клапаном (17) или регулируемым насосом.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что фазоразделительное устройство (6) расположено внутри десорбционной колонны (2) ниже ее массообменной зоны (3).
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что десорбционная колонна (2) имеет нижнюю часть (12), которая переливным устройством (13) разделена на первую зону (14) и вторую зону (15), выпуск (4) для жидкости, предусмотренный у массообменной зоны (3), соединен с точкой (7) подвода к первой зоне (14), точка (8) отбора в первой зоне (14) соединительной линией (10) соединена с испарителем (5), а точка (9) отбора во второй зоне (15) соединительной линией (11) соединена с абсорбером (1).
8. Устройство по одному из пп.5-7, отличающееся тем, что в соединительной линии (11), ведущей от точки (9) отбора жидкой фазы с низким содержанием воды к абсорберу (1), расположено смесительное устройство (19), которое соединено с точкой (8) отбора жидкой фазы с высоким содержанием воды и смешивает жидкость, поступающую от точки (9) отбора жидкой фазы с низким содержанием воды, с жидкостью, поступающей от точки (8) отбора жидкой фазы с высоким содержанием воды.
025928
025928
- 1 -
025928
025928
- 1 -
025928
025928
- 1 -
025928
025928
- 4 -
025928
025928
- 4 -
- 4 -
025928
025928
- 8 -
- 8 -
025928
025928
- 8 -
- 8 -