CN105771601A - 用于酸性气体分离的自浓缩吸收剂 - Google Patents

用于酸性气体分离的自浓缩吸收剂 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种有效脱酸气体混合物的工艺。所述工艺使用自浓缩吸收剂吸收酸性气体。所述工艺可减少用于脱酸操作的总能耗。

Description

用于酸性气体分离的自浓缩吸收剂
此案是申请日为2010年4月8日、申请号为201080019279.8、发明名称为“用于酸性气体分离的自浓缩吸收剂”的发明申请的分案申请。
相关申请的参考
本申请要求名称为“用于酸性气体分离的自浓缩吸收剂”，申请号为NO,12/430,998、申请日为2009年4月28日的美国专利申请的优先权，所述申请号为NO,12/430,998的美国专利申请是名称为“气体混合物脱酸的方法和体系”的美国专利申请(序列号：12/250,257，申请日：2008年10月13日)的部分继续申请，所述序列号为12/250,257的美国专利申请是名称为“相变吸收方法”的美国专利申请(序列号：11/279,095、申请日：2006年4月7日)的部分继续申请，所述序列号为11/279,095的美国专利申请于2007年10月11日公开(美国专利公开号：20070237695A1)，于2009年6月2日授予专利权(美国专利号：7,541,011)，此处公布的全部申请均为全文引用。
政府许可权声明
美国政府在本发明中拥有已付许可证，并且有权利在有限情况下，要求专利所有者以美国国家科学基金设立的小企业创新研究奖(编号：IIP-0839217)为依据在合理条件下给予他人许可。
技术领域
本发明涉及一种用自浓缩吸收剂进行气体混合物脱酸的工艺，更具体地，涉及一种使用自浓缩吸收剂将酸性气体从气体混合物中分离的方法，所述方法可减少此类脱酸操作的总能量消耗。
背景技术
许多生产工艺需要从气体混合物中脱除酸性气体，例如，初始天然气或者其他包括大量酸性气体的气体混合物的脱酸，所述的酸性气体包括硫化氢(H2S)、二氧化碳(CO2)或者类似污染物质。脱酸工艺将气体混合物中的酸性气体杂质降低到可接受的层次。该步骤通常由胺处理工艺完成，所述胺处理工艺在各种类型的工业生产中较为常见，例如炼油厂、天然气加工厂和化工厂。胺处理工艺包括利用胺的水溶液脱除酸性气体(例如硫化氢和二氧化碳)的工艺。
通常的脱酸工艺是气-液吸收工艺，典型的气-液吸收工艺通常包括将含有欲脱除的酸性气体的气体混合物与液态胺溶液接触，借助胺溶液作为吸收酸性气体的吸收剂。在工业生产中，最普遍使用的胺为醇胺，例如一乙醇胺(MEA)和二乙醇胺(DEA)。近来，将甲基二乙醇胺(MDEA)用于二氧化碳(CO2)的分离成为工业生产所关注的应用。目前，二异丙醇胺(DIPA)用于砜胺法工艺以及SCOT工艺，所述SCOT工艺用于克劳斯(Claus)装置酸性尾气净化。
在典型的气-液吸收工艺中，当酸性气体被吸入到吸收单元中的吸收剂后，富气吸收剂被送入再生单元，在所述再生单元中，富气吸收剂经处理和分离后再生分化为被吸收的气体和贫气吸收剂。而后，将所述再生的贫气吸收剂循环回收至吸收单元，并且依据使用者的目的，将酸性气体收集或者排放。在此类型的气-液吸收中，所述再生工艺的能耗占总能耗比重80％以上，因为必须再生全部的吸收剂废液以便在吸收单元中重复使用。此外，所述典型的气-液吸收工艺限于一种液相形式使用一种吸收剂。
发明内容
本发明揭示一种用自浓缩吸收剂进行气体混合物脱酸的方法，所述方法可增加将酸性气体从气体混合物中分离的吸收率，并减少用于此类脱酸操作的总能耗。
在一个总的方面，本发明的实施方案涉及一种用于含有酸性气体的气体混合物脱酸的方法，所述方法包括：
将所述气体混合物与吸收单元中的吸收剂接触，所述吸收剂包含以初始浓度溶解在溶剂中的胺；
令所述吸收剂吸收酸性气体形成浓缩胺相，所述浓缩胺相可从吸收剂的剩余部分中机械分离，所述浓缩胺相包含浓度高于初始浓度的浓缩胺和被吸收的酸性气体，其中浓缩胺包括胺或者其化学改性物，被吸收的酸性气体包括酸性气体或者其化学改性物；
将所述浓缩胺相从所述吸收剂的剩余部分中分离；
将所述吸收剂的剩余部分循环回收至吸收单元；
将所述浓缩胺相送至再生单元，以得到酸性气体和所述浓缩胺；并且，
将经过再生的浓缩胺循环回收至吸收单元。
在本发明的一个实施方案中，所述吸收剂和被吸收的酸性气体凭借重力从吸收单元向下移至分离单元，分离出的浓缩胺相凭借重力从分离单元向下移至再生单元。
另一个总的方面，本发明的实施方案涉及一种用于含有酸性气体的气体混合物脱酸的系统，所述系统包括：
吸收单元，所述吸收单元用于使气体混合物与吸收剂接触，所述吸收剂含有以初始浓度溶解在溶剂中的胺，所述吸收剂吸收酸性气体以形成浓缩胺相，所述浓缩胺相可从吸收剂的剩余部分中机械分离，所述浓缩胺相包括浓度高于初始浓度的浓缩胺和被吸收的酸性气体，所述浓缩胺包括胺或者其化学改性物，所述被吸收的酸性气体包括酸性气体或者其化学改性物；
分离单元，所述分离单元用于将所述浓缩胺相从所述吸收剂的剩余部分中的分离；和，
再生单元，所述再生单元用于所述浓缩胺相的再生，以获得所述酸性气体和浓缩胺。
在本发明的一个实施方案中，所述吸收单元、分离单元和再生单元设置于单一塔中，在所述单一塔中，所述分离单元设置于低于所述吸收单元的位置，所述再生单元设置于低于所述分离单元的位置，因此，在气体吸收后，所述吸收剂和所述被吸收的酸性气体凭借重力从吸收单元向下移至分离单元，所述浓缩胺相凭借重力从分离单元向下移至再生单元。
在另一个总的方面，本发明的实施方案涉及一种用于含有酸性气体的气体混合物脱酸的方法，所述方法包括：
将气体混合物与吸收单元中的吸收剂接触，所述吸收剂包含以初始浓度溶解在溶剂中的一种物质，所述物质选自如下的组：氨基酸盐、酰胺、碱盐、碱土盐、铵盐、尿素、碱金属磷酸盐、碳酸盐、硼酸盐、酸性亚磷酸盐、亚磷酸盐、亚膦酸盐、次磷酸盐、膦酸盐、酸性磷酸盐、焦亚磷酸盐、碳酸氢盐、偏硼酸盐、二硼酸盐、四硼酸盐、五硼酸盐，及其组合物；
令所述吸收剂吸收酸性气体以形成一种物质浓缩相，所述物质浓缩相可从吸收剂的剩余部分中机械分离，并且所述物质浓缩相包含浓度高于初始浓度的浓缩物质和被吸收的酸性气体，所述浓缩物质包括该物质或者其化学改性物，所述被吸收的酸性气体包括酸性气体或者其化学改性物；
将所述物质浓缩相从吸收剂的剩余部分中分离；
将吸收剂的剩余部分循环回收至吸收单元；
将所述物质浓缩相送至再生单元，以得到所述酸性气体和所述浓缩物质；并且将再生的浓缩物质循环回收至吸收单元。
另外一个总的方面，本发明的实施方案涉及一种用于含有酸性气体的气体混合物脱酸的系统，所述系统包括：
吸收单元，所述吸收单元用于使气体混合物与吸收剂相接触，所述吸收剂包含以初始浓度溶解在溶剂中的一种物质，所述物质选自如下的组：氨基酸盐、酰胺、碱盐、碱土盐、铵盐、尿素、碱金属磷酸盐、碳酸盐、硼酸盐、酸性亚磷酸盐、亚磷酸盐、亚膦酸盐、次磷酸盐、膦酸盐、酸性磷酸盐、焦亚磷酸盐、碳酸氢盐、偏硼酸盐、二硼酸盐、四硼酸盐、五硼酸盐，及其组合物；
所述吸收剂从浓缩物质相中吸收酸性气体以形成一种物质浓缩相，所述物质浓缩相可从吸收剂的剩余部分中机械分离，并且所述物质浓缩相包括浓度高于初始浓度的浓缩物质和被吸收的酸性气体，
所述浓缩物质包括该物质或者其化学改性物，所述被吸收的酸性气体包括酸性气体或者其化学改性物；
分离单元，所述分离单元用于将物质浓缩相从剩余吸收剂中分离；以及
再生单元，所述再生单元用于所述物质浓缩相的再生，以获得所述酸性气体和所述浓缩物质。
本发明的另一总的方面涉及用于含有酸性气体的气体混合物脱酸的方法，所述方法包括：
将气体混合物与吸收单元中的吸收剂接触，所述吸收剂包含以初始浓度溶解在溶剂中的一种吸收性混合剂，所述吸收性混合剂包括至少一种胺和至少一种物质，所述物质选自如下的组：氨基酸盐、酰胺、碱盐、碱土盐、铵盐、尿素、碱金属磷酸盐、碳酸盐、硼酸盐、酸性亚磷酸盐、亚磷酸盐、亚膦酸盐、次磷酸盐、膦酸盐、酸性磷酸盐、焦亚磷酸盐、碳酸氢盐、偏硼酸盐、二硼酸盐、四硼酸盐、五硼酸盐，及其组合物；
令所述吸收剂吸收酸性气体以形成一种浓缩吸收性混合剂相，所述浓缩吸收性混合剂相可从吸收剂的剩余部分中机械分离，并且所述浓缩吸收性混合剂相包含浓度高于初始浓度的浓缩吸收性混合剂和被吸收的酸性气体，所述浓缩吸收性混合剂包括至少一种胺或者其化学改性物，并且包括至少一种物质或者其化学改性物，所述被吸收的酸性气体包括酸性气体或者其化学改性物；
将所述浓缩吸收性混合剂相从吸收剂的剩余部分中分离；
将吸收剂的剩余部分循环回收至吸收单元；
将所述浓缩吸收性混合剂相送至再生单元，以得到所述酸性气体和所述浓缩吸收性混合剂；并且
将再生的浓缩吸收性混合剂循环回收至吸收单元。
本发明的其他方面、特征和优点将会通过以下对本发明的详细描述、优选的实施方案以及所附权利要求加以充分揭示。
附图说明
结合附图阅读可以更好地理解本发明的上述内容以及以下详细说明。出于阐明本发明的目的，图片所展示的为本发明的优选实施例。然而，应理解为本发明并不限于图片中所示的精确布局和手段。
图中：
图1为依据本发明的一个实施方案所示的脱酸工艺的步骤的流程图；
图2为依据本发明的另一个实施方案所示的脱酸工艺的步骤的流程图。
具体实施方式
除非另有定义，与本发明相关的、用在此处的所有科技和科学术语均与本领域普通技术人员的通常理解有相同的含义。否则，此处所用的某些术语的含义具有本说明书所设定的含义。此处引用的所有的专利、已经公开的专利申请和出版物均通过引用结合到文中，如同在此处全面阐述一样。应当注意的是，除非上下文明确表示另有规定外，用于此处和所附权利要求中的单数形式均包含复数含义。
在一个总的方面，本发明涉及一种使用自浓缩胺吸收进行气体混合物脱酸的工艺，该工艺可使能耗最小化、使吸收率最大化。
根据本发明的一个实施方案，吸收剂和包括欲除去的酸性气体的气体混合物在一个吸收单元中接触。所述吸收剂包含以初始浓度溶解在溶剂中的一种胺或一种物质。在吸收过程中，吸收剂中的胺或者所述物质自发浓缩成为浓缩胺相或者所述物质的浓缩相。在吸收完成之后，所述浓缩胺相或所述物质的浓缩相从吸收剂的剩余部分中机械分离，也就是说，所述浓缩胺相或所述物质的浓缩相不与吸收剂的剩余部分形成溶液。
所述欲除去的酸性气体，例如，可以是一种或多种酸性气体，所述酸性气体选自如如下的组：二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、硫化氢(H2S)、氧硫化碳(COS)、二硫化碳(CS2)、硫醇类(RSH)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、氟化物、盐酸，及其组合物。
依据本发明的实施方案中的吸收单元，例如，可以是吸收塔或者膜接触器，或者其他本技术领域技术人员知悉的气-液接触单元。
本技术领域技术人员容易领会到，所述吸收剂可包括一种或多种溶解于一种溶剂的胺。所述胺的实例包括但不限于单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、乙醇胺类、异丙醇胺类、亚乙基胺类、烷基-烷烃醇胺类、甲基二乙醇胺、哌啶、二丁胺、二异丙胺，其衍生物或者混合物。
所述溶剂可以是水溶剂或有机溶剂。例如，所述水溶剂可以是水、一种或多种盐的水溶液，所述盐包括但不限于碱盐、铵盐、烷醇胺盐、碱土盐中的一种，及其衍生物。所述有机溶剂可包括一种或多种组分，所述组分包括但不限于醇、乙二醇、烷烃、不饱和碳氢化合物、醚、酯、醛、酮、乙二醇醚、碳酸亚烃酯、碳酸二烷基酯、环丁砜，及其衍生物，例如，离子液体、聚合物、有机硅溶剂、有机氟溶剂。进一步地，所述溶剂可以是一种水溶液和一种有机溶剂的组合物。
所述胺亦可溶解于一种或多种其他胺、一种或多种其他物质中，例如，氨基酸、氨基酸盐、酰胺、碱盐、碱土盐、铵盐、尿素、碱金属磷酸盐、碳酸盐、硼酸盐、酸性亚磷酸盐、亚磷酸盐、亚膦酸盐(phosphonite)、次磷酸盐、膦酸盐、酸性磷酸盐、焦亚磷酸盐、碳酸氢盐、偏硼酸盐、二硼酸盐、四硼酸盐、五硼酸盐。
在一个优选的实施方案中，所述有机溶剂包括C8至C12的醇、十甲基四硅氧烷(decamethyltetrasiloxane)或者十甲基四硅氧烯(decamethyltetrasiloxine)。
所述溶剂亦可为不溶于水或者微溶于水的溶剂，比如不溶于水的醇、乙二醇、乙二醇醚、有机硅溶剂或者有机氟溶剂。进一步地，所述溶剂可以是离子液体或聚合物。
在本发明的一个实施方案中，所述吸收剂包括溶解于物质中的胺，所述物质包括但不限于醇、乙二醇、乙二醇醚、有机硅溶剂、有机氟溶剂、单乙醇胺溶液、二乙醇胺、三乙醇胺、乙醇胺类、异丙醇胺类、亚乙基胺类、烷基-烷烃醇胺(alkylalkanolamines)类、甲基二乙醇胺、哌啶、二丁胺、二异丙胺，其衍生物或者混合物。
在本发明的一个实施例中，所述胺可用其他物质替代。例如，所述胺替代物质可以是氨基酸、氨基酸盐、酰胺、碱盐、碱土盐、铵盐、尿素、碱金属磷酸盐、碳酸盐、硼酸盐、酸性亚磷酸盐、亚磷酸盐、亚膦酸盐(phosphonite)、次磷酸盐、膦酸盐、酸性磷酸盐、焦亚磷酸盐、碳酸氢盐、偏硼酸盐、二硼酸盐、四硼酸盐、五硼酸盐，及其衍生物或者组合物。所述胺替代物质可溶解于水中或一种或多种盐的水溶液中，包括但不限于碱盐、铵盐、烷醇胺盐、碱土盐、尿素、碱金属磷酸盐、酸性亚磷酸盐、亚磷酸盐、亚膦酸盐(phosphonite)、次磷酸盐、膦酸盐、酸性磷酸盐、焦亚磷酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、硼酸盐、偏硼酸盐、二硼酸盐、四硼酸盐、五硼酸盐或者其衍生物。所述胺替代物质亦可溶解于包括一种或多种组分的有机物质，所述组分包括但不限于醇、乙二醇、烷烃、不饱和碳氢化合物、醚、酯、醛、酮、乙二醇醚、碳酸亚烃酯、碳酸二烷基酯、环丁砜，及其衍生物，例如，离子液体、聚合物、有机硅溶剂、有机氟溶剂。所述胺替代物质亦可溶解于一种或多种胺，或者一种或多种其他胺替代物质，比如氨基酸、氨基酸盐、酰胺、碱盐、碱土盐、铵盐、尿素、碱金属磷酸盐、碳酸盐、硼酸盐、酸性亚磷酸盐、亚磷酸盐、亚膦酸盐(phosphonite)、次磷酸盐、膦酸盐、酸性磷酸盐、焦亚磷酸盐、碳酸氢盐、偏硼酸盐、二硼酸盐、四硼酸盐、五硼酸盐。
在本发明的一个实施方案中，所述吸收剂包括碳酸盐或硼酸盐的水溶液。
在本发明的另一个实施方案中，所述吸收剂包括溶解于一种溶剂中的一种或多种胺与一种或多种胺替代物的混合物。所述溶剂可以是例如前面所述的溶剂中的任意一种。
在本申请的一个实施方案中，所述吸收剂包括胺溶液、胺替代物、或其混合物，所属溶液浓度选自有如下百分数组成的组：0.1％、1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、90％等。
根据本发明的实施方案，当所述酸性气体与吸收剂接触时，所述酸性气体以物理方法和/或化学方法被吸收。在物理吸收后，所述酸性气体吸附在吸收剂内，主要以未经化学改性的状态存在于浓缩胺相或浓缩胺替代物相中。然而，在化学吸收后，所述酸性气体吸附于吸收剂内，主要以经化学改性后的状态存在于浓缩胺相或浓缩胺替代物质相中，也就是说，存在于所述胺或胺替代物与酸性气体反应后的反应物中。
在本发明的一个实施方案中，所述胺或胺替代物与酸性气体反应后的反应产物基本上不溶于所述溶剂中。
当在所述吸收剂中使用胺时，所述浓缩胺相包括浓度高于初始浓度的胺和被吸收的酸性气体，所述浓缩胺可以是胺或者经化学改性的胺，例如由胺与酸性气体之间的化学反应后产生的反应产物。所述浓缩胺相可一个单相形式存在，例如，一种胺溶液。所述浓缩胺相亦可包含多相。由于所述吸收剂依靠对酸性气体的吸收自发地形成浓缩胺相，因此所述吸收剂也被称为自浓缩胺吸收剂。所述被吸收的酸性气体积聚在所述浓缩胺相中。
相似地，当在所述吸收剂中使用胺替代物时，所述浓缩胺替代物相包含浓度高于初始浓度的浓缩胺替代物和被吸收的酸性气体，所述浓缩胺替代物可以是该替代物或者其化学改性物，例如，一种由该替代物与酸性气体之间的化学反应所产生的反应产物。所述被吸收的酸性气体包括酸性气体或者其化学改性物，例如，一种由该替代物与酸性气体之间的化学反应所产生的反应产物。所述浓缩胺替代物相可以一个单相形式存在，例如，一种浓缩胺替代物溶液。所述浓缩胺替代物相亦可包含多相。由于所述吸收剂依靠对酸性气体的吸收自发地形成浓缩胺替代物相，因此所述吸收剂也被称为自浓缩胺替代物吸收剂。所述被吸收的酸性气体积聚在所述浓缩胺替代物相中。
在所述吸收剂吸收酸性气体之后，随着酸性气体被去除或明显减少，经净化的气体混合物从吸收单元中被排出。被排出的经净化的气体混合物可根据使用者的目的进行收集或者处理。
在吸收剂吸收酸性气体之后，所述吸收单元内的物质被输送至分离单元，将浓缩胺相或浓缩胺替代物相从吸收剂的剩余部分中分离。所述浓缩胺相或浓缩胺替代物相的形成过程可以在所述吸收单元内的物质被输送至分离单元之前、之中或者之后。
在本发明的另一个实施方案中，在所述浓缩胺相或浓缩胺替代物相完全形成之后，所述吸收单元内的物质才被输送至分离单元。
在本发明的一个实施方案中，在所述浓缩胺相或浓缩胺替代物相完全形成之前，所述吸收单元内的物质即被输送至分离单元。
鉴于现有公开，本技术领域技术人员使用已知的相分离技术即可实现所述分离。例如，基于相的浓度，凭借分离鼓，即可将浓缩胺相分离。亦可基于相的其他特性，例如通过使用对浓缩胺相和吸收剂的剩余部分渗透性不同的膜，即可将浓缩胺相分离。进一步地，所述浓缩胺相可通过辅助分散相联合的超声装置进行分离。
本发明的分离步骤可通过使用一种或多种本领域公知的、适用于批量液相物分离的相沉降器或相分离装置完成。一些实例包括简单的沉降器、过滤器、离心分离器、膜过滤器、超声设备等。
在分离之后，所述吸收剂的剩余部分主要包含溶剂。所述吸收剂的剩余部分亦包含有浓度远远低于初始浓度的胺或者胺替代物。所述吸收剂的剩余部分还可能包含有少量被吸收的酸性气体。在分离之后，所述吸收剂的剩余部分被循环回收至吸收单元以重复使用。
经分离的浓缩胺相或浓缩胺替代物相被送至再生单元，在所述再生单元中，所述浓缩胺相经处理而产生或再生成胺和酸性气体。借鉴本发明公开的实施方案，本技术领域技术人员可以使用已知的再生方法实现所述再生工艺。典型的再生方法包括但不限于热分解法、气提法、汽提法、真空法、蒸馏法、通过膜接触器(membranecontractor)进行处理、渗透汽化法(全蒸发(pervaporization))、压差法、微波法，及以上方法的组合。应当理解到，鉴于现有公开，本技术领域技术人员也可以在再生工艺中使用其他的再生方法。
所述再生的酸性气体依据使用者的目的进行收集或者处理。所述再生的胺或者胺替代物质可循环回收至吸收单元以重复使用。
在本发明的一个实施方案中，所述吸收剂内的物质通过泵从一个单元转移至另一个单元。在本发明的其他实施方案中，所述吸收剂内的物质至少在几个单元中是凭借重力转移的。
在本发明的一个实施方案中，所述吸收剂内的物质凭借重力从吸收单元下移至分离单元。
在本发明的另一个实施方案中，所述经分离的浓缩胺相凭借重力从分离单元下移至再生单元。
仍然在本发明的另一个实施方案中，所述吸收剂内的物质从吸收单元下移至分离单元、所述经分离的浓缩胺相从分离单元下移至再生单元，均是凭借重力。
在另一个总的方面，本发明涉及一种用于含有酸性气体的气体混合物脱酸的系统。所述系统包括如上所述的吸收单元、分离单元和再生单元。
在本发明的一个实施方案中，所述分离单元设置于低于吸收单元的位置，从而使所述吸收剂内的物质可凭借重力从所述吸收单元下移至分离单元。
在本发明的另一个实施方案中，所述再生单元设置于低于分离单元的位置，从而使经分离的浓缩胺相可凭借重力从分离单元下移至再生单元。
仍然在本发明的另一个实施方案中，所述吸收单元、分离单元和再生单元设置于单一塔中，在所述单一塔中，分离单元设置于低于吸收单元的位置，再生单元设置于低于分离单元的位置，从而使富气吸收剂可凭借重力从吸收单元下移至分离单元、经分离的浓缩胺相可凭借重力从分离单元下移至再生单元。
依据本发明的实施方案，所述脱酸工艺可用于从气体混合物中去除不纯净的酸性气体，在所述脱酸工艺中，所述酸性气体可更有效地得到处理。另一方面，依据本发明的实施方案，所述脱酸工艺还可以用于更有效地从气体混合物中收集感兴趣的酸性气体。
在本发明的一个实施方案中，吸收剂中的溶剂具有提高所述酸性气体的吸收率的作用。所述酸性气体被吸入吸收剂的比率高于其直接被胺吸收的比率。
在本发明的一个方面中，用于再生工艺的能耗减少的原因在于：只有部分吸收剂(所述浓缩胺相)需要再生，而所述吸收剂的剩余部分可迅速循环回收至吸收单元中重复使用。
在本发明的另一个方面中，通过把脱酸工艺中两个或更多的单元合并到单一塔内，因此各种组分可凭借重力，而不是泵，在几个单元之间传递，使所述脱酸工艺的能耗进一步减少。在单一塔内使用多个单元可行并成为实际，是因为需要再生的浓缩胺相的尺寸相对较小。在传统的液-气分离工艺中，需要再生的富气吸收剂的体积明显大于本发明实施例中的浓缩胺相的体积。而在传统的方法中，如果一个单一塔内包含吸收单元和再生单元，将会使所述单一塔塔身过高而不实用。
图1展示了本发明的一个特定实施方案，将一种含有欲除去的酸性气体的气体混合物1和一种吸收剂3放置于吸收单元10中。在所述吸收单元10中，所述气体混合物1和吸收剂3相互接触。在所述吸收单元10中，在所述酸性气体被吸收剂3吸收后，经净化的气体混合物2被排放出所述吸收单元10。富气吸收剂5被送入分离单元20(例如重力沉降罐)，用于从吸收剂的剩余部分4中分离浓缩胺相6。在分离之后，所述吸收剂的剩余部分4包括溶剂中的全部或大部分组分、少量或者不包括胺、少量或者不包括被吸收的酸性气体，经过或不经过进一步处理，被循环回收至吸收单元10以重复使用。经分离的浓缩胺相6包含大部分或全部的、经过或未经过化学改性的胺和被吸收的酸性气体，或许还有一种或多种溶剂的组分，用于再生处理。
参见图1，所述经分离的浓缩胺相6被送至再生单元30，在所述再生单元30中，所述浓缩胺相6被处理，被吸收的酸性气体12从浓缩胺相的剩余部分中分离出，所述浓缩胺相的剩余部分为贫气相14。所述被吸收的酸性气体12被进一步处理，酸性气体18从剩余部分16中分离出，所述剩余部分16可包含胺和一种或多种溶剂的组分，所述溶剂的组分是在酸性气体吸收和/或被吸收的酸性气体转移的过程中，与所述酸性气体反应的溶剂的组分。所述经分离的酸性气体18可以依据使用者的目的进行处理或者收集。所述剩余部分16再生成为所述贫气相14的一部分。所述贫气相14包含再生的胺，或许还有一种或多种溶剂的组分，经过或不经过进一步处理，被循环回收至吸收单元10以重复使用。
如图1所示，来自分离单元20的吸收剂的剩余部分4和来自再生单元30的贫气相14在混合器40内一同混合。然后，将生成的吸收剂3循环回收至吸收单元10以重复使用。依据本发明的其他实施方案，所述吸收剂的剩余部分4和贫气相14可不必首先一同混合，可分别被循环回收至吸收单元10以重复使用。
虽然未在图1中展示，鉴于现有公开，除所述吸收剂3的经循环回收的组分外，本领域技术人员可以添加额外的一种或多种所述吸收剂3的组分，以补偿在脱酸工艺过程中损失的一种或多种组分。
图2展示了本发明的另一个特定实施方案。在此流程中，所述吸收单元10、分离单元20和再生单元30被组装与一个单一塔100内部。富气吸收剂凭借重力从所述吸收单元下移至分离单元20，用于分离浓缩胺相和吸收剂的剩余部分4。分离之后，所述浓缩胺相凭借重力下移至所述再生单元30，在所述再生单元30内，得到再生的酸性气体18和贫气相14。进一步地，所述吸收剂的剩余部分4和贫气相14下移至混合器40，并在所述混合器40内混合得到所述吸收剂3。所述吸收剂3被泵回至吸收单元10，在所述吸收单元10内与气体混合物1形成接触，开始另一个循环。
依据本发明的其他实施方案，所述吸收剂的剩余部分4和贫气相14可不必首先一同混合，可各自被泵回至所述吸收单元10内以再使用。
同样，除所述吸收剂3的经循环回收的组分外，可以添加额外的一种或多种所述吸收剂3的组分，以补偿在脱酸工艺过程中损失的一种或多种组分。
在此实施方案中，由于将液体从吸收单元10转移至再生单元30不需要抽运能，因此可达到进一步节能的目的。
依据本发明的实施方案，现存发电厂的排气通道(stack)或其他类型的设备可被改造或转化成吸收单元。根据本发明的实施方案，所述排气通道(stack)亦可被改造成或转化成包括吸收单元、分离单元和再生单元的单一塔。
以下实施例用于举例说明本发明，但绝不是要限制本发明的使用范围。
实施例1
所述吸收剂由体积比20％的胺(一乙醇胺即MEA)和体积比80％的溶剂(异辛醇)组成。在25～45℃，1atm条件下，在搅拌吸收单元(stirringcellabsorptionunit)内，将吸收剂与包含有酸性气体(二氧化碳)的气体混合物接触。吸收剂内的一乙醇胺(MEA)自发浓缩成浓缩胺相，所述浓缩胺相包含MEA以及MEA和CO2的反应产物。
吸收之后，凭借重力沉淀所述吸收剂，以将浓缩胺相从吸收剂的剩余部分中分离。分离之后，所述吸收剂的剩余部分包含有大部分异辛醇、或许还有部分MEA和被吸收的CO2，被循环回收至吸收单元以重复使用。在所述浓缩胺相中，全部MEA(包括未经化学改性的MEA以及MEA和CO2的反应产物)的浓度大约为体积比70％。
将所述经分离的浓缩胺相转移至再生器，并通过加热所述浓缩胺相的方法对所述浓缩胺相进行处理以获得再生的MEA和CO2。将再生的MEA与吸收剂的剩余部分混合。将所述混合物循环回收至搅拌吸收单元以完成循环。
收集再生工艺流程释放的CO2。
实施例2
本实施例展示通过碳酸盐水溶液吸收CO2。
一种由碳酸盐水溶液组成的吸收剂。在50℃，1atm条件下，在搅拌吸收单元内，将所述吸收剂与包含有酸性气体(二氧化碳)的气体混合物接触。
在吸收过程中，碳酸盐在水溶液中与CO2反应生成碳酸氢盐。吸收之后，将所述吸收剂冷却至25℃并将所述碳酸氢盐结晶。将碳酸氢盐固相从吸收剂中分离。然后将所述碳酸氢盐固相转移至再生单元部分，并通过加热所述碳酸氢盐固相的方法对所述碳酸氢盐固相进行处理以获得再生的碳酸盐和CO2。将再生的碳酸盐溶解于水溶液中并循环回收至搅拌吸收单元以完成循环。
应当领会到，在不偏离本发明理念范围的情况下，本领域的技术人员可以对以上描述的实施方案作出改变。因此，应当理解到，本发明并不限于所披露的特定实施方案，而是要覆盖在所附的权利要求所定义的本发明的主旨和范围之内的变型和修改。

Claims (22)

1.一种用于含有酸性气体的气体混合物脱酸的方法，其特征在于，所述方法包括：
将所述气体混合物与吸收单元中的吸收剂接触，所述吸收剂包含以初始浓度溶解在溶剂中的胺；
令所述吸收剂吸收酸性气体形成浓缩胺相，所述浓缩胺相可从吸收剂的剩余部分中机械分离，所述浓缩胺相包含浓度高于初始浓度的浓缩胺和被吸收的酸性气体，其中浓缩胺包括胺或者其化学改性物，被吸收的酸性气体包括酸性气体或者其化学改性物，其中浓缩胺相包括胺和胺与酸性气体之间的化学反应后产生的反应产物；
将所述浓缩胺相从所述吸收剂的剩余部分中分离；
将所述吸收剂的剩余部分循环回收至吸收单元；
将所述浓缩胺相送至再生单元，以得到酸性气体和所述浓缩胺；并且，
将经过再生的浓缩胺循环回收至吸收单元。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸性气体选自如包括如下物质的组：二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、硫化氢(H2S)、氧硫化碳(COS)、二硫化碳(CS2)、硫醇类(RSH)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、氟化物、盐酸、氢氟酸及其组合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述胺选自如包括如下物质的组：单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、乙醇胺类、异丙醇胺类、亚乙基胺类、烷基-烷烃醇胺类、甲基二乙醇胺、哌啶、二丁胺、二异丙胺，及其组合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂包括一种或多种选自包括如下物质的组的组分：胺、氨基酸、氨基酸盐、酰胺、碱盐、碱土盐、铵盐、尿素、碱金属磷酸盐、碳酸盐、硼酸盐、酸性亚磷酸盐、亚磷酸盐、亚膦酸盐、次磷酸盐、膦酸盐、酸性磷酸盐、焦亚磷酸盐、碳酸氢盐、偏硼酸盐、二硼酸盐、四硼酸盐、五硼酸盐、醇、乙二醇、烷烃、不饱和碳氢化合物、醚、酯、醛、酮、乙二醇醚、碳酸亚烃酯、碳酸二烷基酯、环丁砜、离子液体、聚合物、有机硅溶剂、有机氟溶剂、水、包含一种或多种盐的水溶液，所述盐选自碱盐、铵盐、烷醇胺盐、碱土盐中的一种，及其衍生物。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述溶剂包括C8-C12的醇、十甲基四硅氧烷或者十甲基四硅氧烯。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸收剂包括至少一种胺，所述胺选自包括如下物质的组：单乙醇胺、二乙醇胺、哌啶、二丁胺，或二异丙胺、三乙醇胺、乙醇胺类、异丙醇胺类、亚乙基胺类、烷基-烷烃醇胺类和甲基二乙醇胺，并且，所述胺溶解于溶剂中，所述溶剂包括如下物质中的至少一种：C8-C12的醇、乙二醇、乙二醇醚、十甲基四硅氧烷以及十甲基四硅氧烯。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸收单元是吸收器、膜接触器以及能够提供气、液接触的任何等价设备。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相比于由胺单独吸收酸性气体的吸收率，所述溶剂增加酸性气体吸入吸收剂内的吸收率。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述吸收剂吸收酸性气体形成富气吸收剂后，所述富气吸收剂凭借重力从吸收单元下移至分离单元。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述分离步骤之后，所述浓缩胺相凭借重力从分离单元向下移至再生单元。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括再生方法，所述再生方法选自由如下方法构成的组：热分解法、气提法、汽提法、真空法、蒸馏法、通过膜接触器进行处理、全蒸发、压差法、微波法，及以上方法的组合。
12.一种用于含有酸性气体的气体混合物脱酸的系统，其特征在于，所述系统包括：
吸收单元，所述吸收单元用于使气体混合物与吸收剂相接触，所述吸收剂包含以初始浓度溶解在溶剂中的胺，所述吸收剂吸收酸性气体以形成浓缩胺相，所述浓缩胺相可从吸收剂的剩余部分中机械分离，所述浓缩胺相包含浓度高于初始浓度的浓缩胺和被吸收的酸性气体，所述浓缩胺包括胺或者其化学改性物，所述被吸收的酸性气体包括酸性气体或者其化学改性物，其中浓缩胺相包括胺和胺与酸性气体之间的化学反应后产生的反应产物；
分离单元，所述分离单元用于将所述浓缩胺相从所述吸收剂的剩余部分中的分离；和
再生单元，所述再生单元用于所述浓缩胺相的再生，以获得所述酸性气体和浓缩胺。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述分离单元设置于低于所述吸收单元的位置，从而使所述吸收剂吸收酸性气体形成富气吸收剂后，所述富气吸收剂凭借重力从吸收单元下移至分离单元。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述吸收单元、分离单元和再生单元设置于单一塔中，在所述单一塔中，所述分离单元设置于低于所述吸收单元的位置，所述再生单元设置于低于所述分离单元的位置，从而使所述吸收剂吸收酸性气体之后，所述富气吸收剂凭借重力从吸收单元下移至分离单元，在分离步骤之后，所述浓缩胺相凭借重力从分离单元向下移至再生单元。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述单一塔是由现存发电厂或其他类型的设备中的排气通道改造或转化而成。
16.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述吸收单元是由现存发电厂或其他类型的设备中的排气通道改造或转化而成。
17.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述再生单元设置于低于所述分离单元的位置，从而使分离步骤之后，所述浓缩胺相凭借重力从分离单元向下移至再生单元。
18.一种用于含有酸性气体的气体混合物脱酸的方法，其特征在于，所述方法包括：
将气体混合物与吸收单元中的吸收剂接触，所述吸收剂包含以初始浓度溶解在溶剂中的物质，所述物质选自如下的组：氨基酸盐、酰胺、碱盐、碱土盐、铵盐、尿素、碱金属磷酸盐、碳酸盐、硼酸盐、酸性亚磷酸盐、亚磷酸盐、亚膦酸盐、次磷酸盐、膦酸盐、酸性磷酸盐、焦亚磷酸盐、碳酸氢盐、偏硼酸盐、二硼酸盐、四硼酸盐、五硼酸盐，及其组合物；
令所述吸收剂吸收酸性气体以形成物质浓缩相，所述物质浓缩相可从吸收剂的剩余部分中机械分离，并且所述物质浓缩相包含浓度高于初始浓度的浓缩物质和被吸收的酸性气体，所述浓缩物质包括该物质或者其化学改性物，所述被吸收的酸性气体包括酸性气体或者其化学改性物，其中物质浓缩相包括所述物质和所述物质与酸性气体之间的化学反应后产生的反应产物；
将所述物质浓缩相从吸收剂的剩余部分中分离；
将吸收剂的剩余部分循环回收至吸收单元；
将所述物质浓缩相送至再生单元，以得到所述酸性气体所述浓缩物质；并且
将再生的浓缩物质循环回收至吸收单元。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述溶剂包括胺、氨基酸、氨基酸盐、酰胺、碱盐、碱土盐、铵盐、尿素、碱金属磷酸盐、碳酸盐、硼酸盐、酸性亚磷酸盐、亚磷酸盐、亚膦酸盐、次磷酸盐、膦酸盐、酸性磷酸盐、焦亚磷酸盐、碳酸氢盐、偏硼酸盐、二硼酸盐、四硼酸盐、五硼酸盐、水、醇、乙二醇、烷烃、不饱和碳氢化合物、醚、酯、醛、酮、乙二醇醚、碳酸亚烃酯、碳酸二烷基酯、环丁砜、离子液体、聚合物、有机硅溶剂、有机氟溶剂，或者包含一种或多种盐的水溶液，所述盐选自如下的组：碱盐、铵盐、烷醇胺盐、碱土盐、磷酸盐、酸性亚磷酸盐、亚磷酸盐、亚膦酸盐、次磷酸盐、膦酸盐、酸性磷酸盐、焦亚磷酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、硼酸盐、偏硼酸盐、二硼酸盐、四硼酸盐和五硼酸盐。
20.一种用于含有酸性气体的气体混合物脱酸的系统，其特征在于，所述系统包括：
吸收单元，所述吸收单元用于使气体混合物与吸收剂相接触，所述吸收剂含有溶解在初始浓度的溶剂中的一种物质，所述物质选自如下的组：氨基酸盐、酰胺、碱盐、碱土盐、铵盐、尿素、碱金属磷酸盐、碳酸盐、硼酸盐、酸性亚磷酸盐、亚磷酸盐、亚膦酸盐、次磷酸盐、膦酸盐、酸性磷酸盐、焦亚磷酸盐、碳酸氢盐、偏硼酸盐、二硼酸盐、四硼酸盐、五硼酸盐，及其组合物；
所述吸收剂吸收酸性气体以形成一种物质浓缩相，所述物质浓缩相可从吸收剂的剩余部分中机械分离，并且所述物质浓缩相包含浓度高于初始浓度的浓缩物质和被吸收的酸性气体，
所述浓缩物质包括该物质或者其化学改性物，所述被吸收的酸性气体包括酸性气体或者其化学改性物；
其中物质浓缩相包括所述物质和所述物质与酸性气体之间的化学反应后产生的反应产物；
分离单元，所述分离单元用于将物质浓缩相从剩余吸收剂中分离；以及
再生单元，所述再生单元用于所述物质浓缩相的再生，以获得所述酸性气体和所述浓缩物质。
21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述溶剂包括水、包含一种或多种盐的水溶液，所述盐选自如下的组：碱盐、铵盐、烷醇胺盐、碱土盐、磷酸盐、酸性亚磷酸盐、亚磷酸盐、亚膦酸盐、次磷酸盐、膦酸盐、酸性磷酸盐、焦亚磷酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、硼酸盐、偏硼酸盐、二硼酸盐、四硼酸盐或五硼酸盐。
22.一种用于含有酸性气体的气体混合物脱酸的方法，其特征在于，所述方法包括：
将气体混合物与吸收单元中的吸收剂接触，所述吸收剂包含以初始浓度溶解在溶剂中的吸收性混合剂，所述吸收性混合剂包括至少一种胺和至少一种物质，所述物质选自如下的组：氨基酸盐、酰胺、碱盐、碱土盐、铵盐、尿素、碱金属磷酸盐、碳酸盐、硼酸盐、酸性亚磷酸盐、亚磷酸盐、亚膦酸盐、次磷酸盐、膦酸盐、酸性磷酸盐、焦亚磷酸盐、碳酸氢盐、偏硼酸盐、二硼酸盐、四硼酸盐、五硼酸盐，及其组合物；
令所述吸收剂吸收酸性气体以形成浓缩吸收性混合剂相，所述浓缩吸收性混合剂相可从吸收剂的剩余部分中机械分离，并且所述浓缩吸收性混合剂相包含浓度高于初始浓度的浓缩吸收性混合剂和被吸收的酸性气体，所述浓缩吸收性混合剂包括至少一种胺或者其化学改性物，并且包括至少一种所述物质或者其化学改性物，所述被吸收的酸性气体包括酸性气体或者其化学改性物；
其中浓缩吸收性混合剂相包括所述吸收性混合剂和所述吸收性混合剂与酸性气体之间的化学反应后产生的反应产物；
将所述浓缩吸收性混合剂相从吸收剂的剩余部分中分离；
将吸收剂的剩余部分循环回收至吸收单元；
将所述浓缩吸收性混合剂相送至再生单元，以得到所述酸性气体和所述浓缩吸收性混合剂；并且
将再生的浓缩吸收性混合剂循环回收至吸收单元。
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