CN107073387B - 可用于从气态混合物中去除酸性气体的2-二甲氨基-2-羟甲基-1,3-丙二醇的水溶液 - Google Patents

可用于从气态混合物中去除酸性气体的2-二甲氨基-2-羟甲基-1,3-丙二醇的水溶液 Download PDF

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Abstract

本发明涉及显示出低挥发性的烷醇胺水溶液，该烷醇胺水溶液包含可用于从气态混合物中去除酸性气体的2‑二甲氨基‑2‑羟甲基‑1,3‑丙二醇。所述烷醇胺水溶液可进一步包含酸或成酸化合物、另一氨基化合物、活化剂、物理溶剂或一种或多种用于盖尔液体处理实践中的其它化合物中的一种或多种。另外，本发明涉及用于从气态混合物中去除酸性气体，优选地硫化氢的方法，该方法包含使气态混合物与所述烷醇胺水溶液接触的步骤。气态混合物的实例包括天然气、合成气、尾气和炼厂气。

Description

可用于从气态混合物中去除酸性气体的2-二甲氨基-2-羟甲 基-1,3-丙二醇的水溶液
技术领域
本发明涉及包含烷醇胺，具体地说2-二甲氨基-2-羟甲基-1,3-丙二醇的水溶液的组合物，以及用于使用所述水性组合物用于从包含酸性气体的气态混合物中去除酸性气体(如CO2、COS以及优选地H2S)的方法。
背景技术
来源于天然气蓄池、石油或煤的液体和气态两者的流体流通常含有大量酸性气体，例如二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)、二氧化硫(SO2)、二硫化碳(CS2)、氰化氢(HCN)、硫化羰(COS)或硫醇作为杂质。所述流体流包括天然气、炼厂气、来自页岩热解的烃气体、合成气、液化天然气及其类似物。
溶解于水中的包括烷醇胺的液体胺吸收剂很可能是用于去除酸性气体的最常见吸收剂。商业上，胺净化通常涉及使含有流体流的酸性气体与一种或多种简单的胺(例如，单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、甲基二乙醇胺(MDEA)、三乙醇胺(TEA)和其异构体，或2-(2-氨基乙氧基)乙醇(有时称为二甘醇胺或DGA))的水溶液接触，如USP 4,336,233；4,997,630；5,877,386；和6,337,059以及WO 2013188367中所公开。可替代地，EP 0134948公开了将酸与选中的碱性材料如MDEA混合，以提供增强的酸性气体去除。
从液体天然气流中去除酸性气体通常发生在液-液接触设备中，然而，对于气态流中酸性气体的去除发生在气-液接触设备中，通常循环吸附技术如变压吸附(PSA)和变温吸附(TSA)使用液体吸收剂。液-液分离存在气-液分离未遇到的独特问题，反之亦然。由于溶解性造成的胺的损失在液-液分离方法中是特殊问题，但与气-液分离方法不相关。另一方面，由于挥发性造成的胺的损失在气-液分离方法中可以是特殊问题，而在液-液分离中不相关。事实上，可用于液-液分离的具有低溶解度的胺可不一定具有对于气-液分离所期望的低挥发性。
通常，在气-液方法中，在吸收塔中于低温和高压下，胺水溶液逆流地接触包含酸性气体的气态混合物。循环吸着方法需要高的气-液交换率、在吸附和再生步骤之间大的液体存量转移，和用于胺溶液再生的高能量需求。此类方法在循环的吸附和解吸附(再生)部分之间的气流中需要大的温度差。在常规水性胺净化方法中，对于酸性气体摄取需要相对较低的温度，例如小于50℃，而对于解吸附需要增大到高于约100℃的温度，例如120℃或更高。在高于100℃的温度下需要再生大量的溶液的情况下，通常用于气-液分离方法的许多胺由于在变温方法中的挥发而遭受显著的氨损失。
虽然上述胺化合物在从气体和/或液体混合物中去除酸性气体时是有效的，但是它们各自具有降低它们的普遍用途的局限性。特别地，期望的是具有由于挥发性造成的损失减少的水性胺组合物，其在从气态混合物中以商业上可行的容量去除酸性气体特别是H2S时是高效的。
发明内容
本发明为此类烷醇胺水溶液组合物，和用于使用所述组合物从包含酸性气体的气体混合物中，优选地从包含硫化氢的气态混合物中去除酸性气体的方法，其中烷醇胺显示出由于挥发性造成的损失减少。所述组合物包含2-二甲氨基-2-羟甲基-1,3-丙二醇(DMTA)，优选地，以烷醇胺水溶液的总重量计，呈0.1重量％到75重量％的量。其中，使用所述烷醇胺水溶液组合物的方法可用于通过与包含所述酸性气体，优选地包含硫化氢的气态混合物接触而去除酸性气体，优选地选择性地去除硫化氢，其中形成贫乏酸性气体气态混合物和负载的酸性气体烷醇胺溶液。
在本发明的一个实施例中，烷醇胺水溶液可任选地包含酸或成酸材料，如有机或无机酸，其pKa为8或更小，优选地7或更小，更优选地6或更小，优选地为磷酸、硫酸、硼酸、甲酸或盐酸，当存在时，以烷醇胺水溶液的总重量计，酸或成酸材料以0.1重量％到25重量％的量存在。
在本发明的一个实施例中，烷醇胺水溶液不包含任何另外的(一种或多种)氨基化合物。
在本发明的另一个实施例中，烷醇胺水溶液进一步任选地包含一种或多种另外的氨基化合物，当存在时，优选地以0.1重量％到75重量％的量，优选的另外的氨基化合物可包含单乙醇胺(MEA)；三(2-羟乙基)胺(TEA)；三(2-羟丙基)胺(三异丙醇)；三丁醇胺；双(2-羟乙基)甲胺(MDEA)；2-二乙基氨基乙醇(DEEA)；2-二甲基氨基乙醇(DMEA)；3-二甲氨基-1-丙醇；3-二乙氨基-1-丙醇；2-二异丙基氨基乙醇(DIEA)；N,N-双(2-羟丙基)甲胺(MDIPA)；N,N'-双(2-羟基乙基)哌嗪(DiHEP))；二乙醇胺(DEA)；2-(叔-丁氨基)乙醇；2-(叔-丁氨基乙氧基)乙醇；2-氨基-2-甲基丙醇(AMP)；2-(2-氨基-乙氧基)乙醇；或1-羟基乙基-4-吡啶基哌嗪化合物，进一步优选的氨基化合物可包含一个或多个叔氨基。
在本发明的另一个实施例中，2-二甲氨基-2-羟甲基-1,3-丙二醇的水溶液进一步包含促进全部酸性气体吸附的活化剂化合物。优选地，活化剂可为哌嗪、羟乙基哌嗪、二乙醇胺、N-甲基氨基乙醇、2-甲基哌嗪、N-甲基哌嗪、2-甲基-2-氨基丙醇、单乙醇胺、2-羟甲基-2-甲基氨基丙烷-1,3-二醇和2-氨基-2-羟甲基丙烷-1,3-二醇。当存在时，活化剂化合物优选地以1重量％到20重量％的量存在。
在本发明的另一个实施例中，2-二甲氨基-2-羟甲基-1,3-丙二醇的水溶液可进一步任选地包含物理溶剂，优选地选自环四亚甲基砜、聚乙二醇的二甲基醚、1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2(1H)-嘧啶酮、N-甲酰基吗啉、N-乙酰基吗啉、三乙二醇单甲醚、甘油、单乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、甲醇、乙醇或其混合物，并且优选地以1重量％到75重量％的量存在。
在本发明的方法的一个实施例中，烷醇胺水溶液的温度等于或大于40℉。
在本发明的另一个实施例中，该方法进一步包含以下步骤，从烷醇胺水溶液中部分地去除酸性气体，以形成酸性气体贫乏的烷醇胺水溶液，其可回收并且用于所述接触步骤，优选地通过流汽提实现酸性气体的部分去除。
附图说明
图1示出根据本发明的酸性气体去除方法的工艺流程图。
图2为在清洁气体混合物中的H2S浓度与用于DMTA、DGA、MDEA和DEA/DMTA与DEA/MDEA的混合物的吸收剂循环速率的曲线图。
图3示出用于确定烷醇胺的挥发性曲线的计算方案。
图4为在120℉时的DMTA、DEA、MDEA、DGA和MEA的40wt％溶液的挥发性曲线的曲线图。
具体实施方式
在一个实施例中，本发明为包含可用于从气体混合物中去除酸性气体的2-二甲氨基-2-羟甲基-1,3-丙二醇(有时被称作二甲基三胺，DMTA)的烷醇胺水溶液组合物，其中烷醇胺显示出由于挥发性造成的损失减少。
在另一个实施例中，本发明为用于通过与包含2-二甲氨基-2-羟甲基-1,3-丙二醇的烷醇胺水溶液接触，从包含所述酸性气体的气体混合物中去除酸性气体，优选地选择性地去除硫化氢的方法。
用于从本发明的气体混合物中去除酸性气体的烷醇胺水溶液包含2-二甲氨基-2-羟甲基-1,3-丙二醇，和任选地以烷醇胺水溶液的总重量计，呈0重量％到25重量％的量的酸或成酸材料。
本发明的烷醇胺水溶液含有2-二甲氨基-2-羟甲基-1,3-丙二醇，其呈等于或大于0.1重量％，优选地等于或大于5重量％，更优选地等于或大于10重量％，并且甚至更优选地等于或大于20重量％的量，其中重量％以水溶液的总重量计。本发明的烷醇胺水溶液含有2-二甲氨基-2-羟甲基-1,3-丙二醇，其呈等于或小于75重量％，优选地等于或小于65重量％，更优选地等于或小于55重量％，并且甚至更优选地等于或小于50重量％的量，其中重量％以水溶液的总重量计。
可以用于本发明的合适的酸或成酸材料的特征可以为强酸，其包括任何有机或无机酸，其pKa为8或更小，优选地7或更小，更优选地6或更小。可使用的酸包括磷酸(其是优选的因为其具有低腐蚀作用)、亚磷酸(phosphorus acid)、硼酸、盐酸、硫酸、硼酸、亚硫酸、亚硝酸、焦磷酸和亚碲酸(telurous acid)。作为合适的酸还包括有机酸如乙酸、甲酸、己二酸、苯甲酸、正丁酸、氯乙酸、柠檬酸、戊二酸、乳酸、丙二酸、草酸、邻苯二甲酸、丁二酸和邻甲苯甲酸。此外，可使用能够在与水接触时形成酸的成酸材料。由此类成酸材料形成的可用于本发明的酸的pKa为8或更小，优选地7或更小，并且更优选地6或更小。合适的成酸材料为二氧化硫。
如果存在于本发明的烷醇胺水溶液中，那么酸和/或成酸材料以等于或大于0.1重量％，优选地等于或大于0.5重量％，更优选地等于或大于1重量％的量存在，其中重量％以水溶液的总重量计。如果存在于本发明的烷醇胺水溶液中，那么酸和/或成酸材料以等于或小于25重量％，优选地等于或小于10重量％，更优选地等于或小于5重量％，并且甚至更优选地等于或小于2.5重量％的量存在，其中重量％以水溶液的总重量计。
本发明的水性烷醇胺组合物可任选地含有一种或多种另外的氨基化合物，以烷醇胺水溶液的总重量计，其呈0重量％到75重量％的量。优选地，另外的氨基化合物为单乙醇胺(MEA)；三(2-羟乙基)胺(三乙醇胺，TEA)；三(2-羟丙基)胺(三异丙醇)；三丁醇胺；双(2-羟乙基)甲胺(甲基二乙醇胺，MDEA)；2-二乙基氨基乙醇(二乙基乙醇胺，DEEA)；2-二甲基氨基乙醇(二甲基乙醇胺，DMEA)；3-二甲氨基-1-丙醇；3-二乙氨基-1-丙醇；2-二异丙基氨基乙醇(DIEA)；N,N-双(2-羟丙基)甲胺(甲基二异丙醇胺，MDIPA)；N,N'-双(2-羟乙基)哌嗪(二羟乙基哌嗪，DiHEP))；二乙醇胺(DEA)；2-(叔-丁氨基)乙醇；2-(叔-丁氨基乙氧基)乙醇；2-氨基-2-甲基丙醇(AMP)；2-(2-氨基-乙氧基)乙醇；或1-羟基乙基-4-吡啶基哌嗪化合物。
优选的另外的氨基化合物包含一个或多个叔氨基。
优选地，另外的氨基化合物具有一个或多个位阻氨基。
包含2-二甲氨基-2-羟甲基-1,3-丙二醇、1-羟乙基-4-吡啶基哌嗪化合物和具有一个或多个位阻氨基的胺的烷醇胺水溶液特别适合于去除H2S。
如果存在，那么以烷醇胺水溶液的总重量计，在烷醇胺水溶液中一种或多种任选的氨基化合物的量可独立介于等于或大于0.1重量％，优选地等于或大于1重量％，更优选地等于或大于5重量％范围内。如果存在，那么以烷醇胺水溶液的总重量计，在烷醇胺水溶液中一种或多种任选的氨基化合物的量可独立介于等于或小于75重量％，优选地等于或小于50重量％，更优选地等于或小于25重量％范围内。
在本发明的一个实施例中，烷醇胺水溶液不包含任何另外的(一种或多种)氨基化合物。
本发明的水性烷醇胺组合物可任选地含有促进全部酸性气体吸附的活化剂化合物，以烷醇胺水溶液的总重量计，所述活化剂化合物呈0重量％到20重量％的量。优选地，活化剂化合物为哌嗪、羟基乙基哌嗪、二乙醇胺、N-甲基氨基乙醇、2-甲基哌嗪、N-甲基哌嗪、2-甲基-2-氨基丙醇、单乙醇胺、2-羟甲基-2-甲氨基丙烷-1,3-二醇和2-氨基-2-羟甲基丙烷-1,3-二醇。当存在时，活化剂化合物应优选地呈1重量％到20重量％的量。如果存在，那么活化剂化合物以等于或大于1重量％，优选地等于或大于2重量％，并且更优选地等于或大于3重量％的全部烷醇胺水溶液的量存在。如果存在，那么活化剂化合物以等于或小于20重量％，优选小于15重量％，并且更优选地小于12重量％的烷醇胺水溶液的量存在。
在本发明的一个实施例中，唯一的另外氨基化合物，烷醇胺水溶液包含以上本文所列的一种或多种活化剂化合物，优选地为哌嗪或哌嗪化合物。
在优选实施例中，为了从含有硫化氢的气体混合物中选择性去除硫化氢，在本发明的组合物和方法的烷醇胺水溶液中不存在另外的氨基化合物。换言之，2-二甲氨基-2-羟甲基-1,3-丙二醇为在本发明的烷醇胺水溶液中唯一的氨基化合物。
为了去除酸性气体，优选地来自气态混合物的H2S，与待处理的气体接触的烷醇胺水溶液的温度等于或大于40℉，优选地等于或大于60℉，更优选地等于或大于70℉，并且甚至更优选地等于或大于80℉。
除了酸或成酸化合物、另外的氨基化合物、活化剂之外，烷醇胺水溶液可包含用于以下熟知实践的气-液处理中的一种或多种其它化合物。可任选地提供的例示性化合物包括(但不限于)以下中的一种或多种：消泡剂；包括二醇和其单醚或单酯以及双醚或双酯、脂族酰胺、N-烷基化吡咯烷酮、砜和亚砜的物理溶剂；抗氧化剂；缓蚀剂；成膜剂；螯合剂如金属；pH调节剂如碱性化合物。这些任选的组分的量不是决定性的，但可以下已知实践的有效量设置。
除了酸或成酸化合物、另外的氨基化合物、活化剂、任选的用于流体处理的一种或多种其它化合物之外，以烷醇胺水溶液的总重量计，烷醇胺水溶液可包含呈0重量％到75重量％的量物理溶剂。优选地溶剂如环四亚甲基砜(可以商品名SULFOLANE获得)、聚乙二醇的二甲基醚(可以商品名SELEXOL从陶氏化学公司(Dow Chemical Company)获得)，和三乙二醇单甲醚(可以商品名TGME或METHOXYTRIGLYCOL从陶氏化学公司(Dow Chemical Company)获得)、1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2(1H)-嘧啶酮、N-甲酰基吗啉、N-乙酰基吗啉、甘油、乙二醇(例如，单乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇等)、醇(例如，甲醇、乙醇等)或其混合物。
如果存在，那么以烷醇胺水溶液的总重量计，在烷醇胺水溶液中物理溶剂的量可以等于或大于1重量％，优选地等于或大于5重量％，更优选地等于或大于10重量％的量存在。如果存在，那么以溶液的总重量计，在烷醇胺水溶液中物理溶剂的量可以等于或小于75重量％，优选地等于或小于65重量％，更优选地等于或小于50重量％的量存在。
本文中阐述的本发明在石化和能量工业中具有极大应用。例如，本发明可用于石油精炼厂中气流的处理、酸气的处理、煤蒸气的处理、有害烟道排放物的处理、填埋厂气体的处理以及出于人类安全性处理有害排放物的一系列新的装置。
待通过本发明的烷醇胺水溶液和方法处理的气态流含有酸性气体混合物，其可包括以下中一种或多种：H2S、CO2、N2、CH4、C2H6、C3H8、H2、CO、H2O、COS、HCN、NH3、O2和硫醇。通常此类气体混合物发现于燃烧气体、炼厂气、城镇煤气、天然气、合成气、尾气、水煤气、丙烷、丙烯、重烃气体等中。当获得气态混合物时，例如从页岩石油蒸馏气体、煤或重油的气化(其中重残油空气/蒸气或氧气/蒸气热转化成较低分子量液体和气体)获得，或在硫厂尾气净化操作中获得，本文中的烷醇胺水溶液尤其有效。
本发明的方法优选地用于任选地在一种或多种其它酸性气体杂质(例如CO2、N2、CH4、C2H6、C3H8、H2、CO、H2O、COS、HCN、NH3、O2和/或硫醇)存在下从包含H2S的气流中去除H2S。然而，本发明可用于从包含H2S以及CO2、SO2、CS2、HCN、COS和/或硫醇中的一种或多种的气流中去除H2S以及CO2、N2、CH4、C2H6、C3H8、H2、CO、H2O、COS、HCN、NH3、O2和/或硫醇中的一种或多种。
本发明的吸附步骤通常包括在任何合适的接触容器中使气态混合物与烷醇胺水溶液接触，对于表示吸附方法的实例参见USP 5,736,115和6,337,059，参见图1。在此类方法中，气态混合物(含有酸性气体，例如H2S和任选地CO2和/或从其中待去除H2S的其它杂质)可使用常规装置与烷醇胺水溶液紧密接触，该常规装置为如塔或填充有例如环或筛板的容器或鼓泡反应器。
在实践本发明的典型模式中，通过使气态混合物进料到吸附塔的下部部分中同时将新鲜烷醇胺水溶液进料到塔的上部区域中来进行吸附步骤。大部分从如H2S的酸性气体中释放的流体流从塔的上部部分(有时被称作处理或清洁气体)中出来，并且含有吸收的H2S和其它杂质的负载的烷醇胺水溶液在塔底部附近或在该处离开塔。优选地，在吸附步骤期间吸收剂组合物的入口温度等于或大于40℉，优选地在40℉到210℉，并且更优选地70℉到150℉范围内。压力可大幅变化；吸收器中可接受的压力在5磅/平方英寸(psi)与2,000psi之间，优选地20psi到1,500psi，且最优选地为25psi到1,000psi。分压较低的气态混合物(如在热转化过程中遇到的那些)在相同吸附条件下与分压较高的气态混合物(如页岩石油蒸馏气体)相比将需要较少烷醇胺水溶液。
用于该过程的酸性气体如H2S去除阶段的典型程序包含：在至少40℉的温度下并且在至少0.3尺/秒(ft/sec，以“起作用”或充气的塔板表面计)的气体速度下，在含有多个塔板的塔中，经由含有H2S和CO2的气态混合物与氨基化合物的烷醇胺水溶液的逆流接触而吸收酸性气体，根据气体的操作压力，所述盘式塔具有少于40个接触塔板，其中例如，通常采用4到16个塔板。
在气态混合物与烷醇胺水溶液接触之后，其变成H2S和其它杂质饱和或部分饱和，溶液可至少部分地再生，使得其可再循环回到吸收器。如同吸附一样，再生可在单一液相中进行。来自烷醇胺水溶液的酸性气体的再生或解吸附可通过以下常规方式实现：加热、膨胀、用惰性流体汽提或其组合，例如溶液减压或温度增加到所吸收的酸性气体骤沸的点，或通过在容器的上部部分使溶液通过与吸收步骤中所用的构造类似的容器，且使惰性气体(如空气或氮气或优选地蒸气)向上通过容器。溶液在再生步骤期间的温度应在120℉到340℉范围内且优选地170℉到300℉，并且再生时溶液的压力应在0.5psi到100psi，优选地1psi到50psi范围内。烷醇胺水溶液在清洁至少一部分吸收的酸性气体之后可再循环回到吸收容器。可视需要添加补充吸收剂。
本发明的组合物和方法的优点中的一个是由于DMTA具有较低挥发性，所以在该方法期间损失较少，并且因此需要较少的补充吸收剂。
在优选的再生技术中，将富集酸性气体(即，富集H2S)的烷醇胺水溶液传送到再生器，在再生器中汽提吸收的组分，例如通过可使溶液沸腾生成的蒸气。骤沸桶和汽提器中的压力通常是1psi到50psi，优选地15psi到30psi，且温度通常在120℉到340℉，优选地170℉到270℉范围内。当然，汽提器和骤沸温度将取决于汽提器压力；因此在15psi到30psi汽提器压力下，在解吸附期间的温度将为170℉到250℉。对待再生的溶液的加热可非常适合地通过用低压蒸气间接加热的方式实现。然而，也可使用直接注入蒸气。所得酸性气体贫乏，特别是硫化氢贫乏的烷醇胺水溶液可用于接触含有酸性气体的气态混合物。
优选地，清洁气体含有等于或小于10ppm H2S，满足一些环境规定，更优选等于或小于4ppm H2S，满足典型管道规格。
在本发明的一个实施例中，该方法为变压吸附(PSA)方法。在本发明方法的另一实施例中，该方法为变温吸附(TSA)方法。本发明的优选实施例涉及连续地或以连续法形式执行本发明的方法。然而，该方法可逐批或半连续地执行。所使用方法类型的选择应由条件、所用设备、气态流的类型和量以及本领域普通技术人员基于本文中公开内容清楚的其它因素确定。
实例
实例1到实例15为胺吸收剂水溶液，其包含50重量份的一种或多种烷醇胺、50重量份去离子水和任选地1重量份酸，重量份是以胺吸收剂水溶液的总重量计。包含含有5％H2S、2％CO2和93％N2的合成混合物的气流(其中％为体积％)在中试规模吸收器中处理以去除H2S和CO2。对于每一胺吸收剂水溶液，以三种不同的流速来处理气流。
对于实例使用的烷醇胺的物理特征在表1中列出。
表1
MEA DGA MDEA DEA DMTA
pKa 9.5 9.4 8.7 8.9 9.1
在庚烷中的相对溶解度 0.06 0.2 1 0.001 0.008
沸点，℉ 171 221 247 268 335
实例1到实例15的组成、方法参数和残余H2S和CO2含量在表2中列出。在表2中：
“MEA”为可从陶氏化学公司购得的98％单乙醇胺；
“DGA”为从奥德里奇(Aldrich)购得的98％2-氨基乙氧基乙醇；
“DEA”为可从陶氏化学公司购得的98％二乙醇胺；
“MDEA”为可从陶氏化学公司购得的98％甲基二乙醇胺；
“DMTA”为以下“《国际有机制备和程序》(Organic Preparations and ProceduresInternational)；1981，13(2)，第126-129页”产生的98％二甲基三胺；以及
“H3PO4”为从费希尔科技公司(Fisher Scientific)购得的85％邻磷酸。
将胺吸收剂水溶液经由进料管线5引入到图1的中试规模吸收器中，进入到气-液逆流封装床吸收塔2的上部部分中。将气流以10升/分钟的气体流速通过进料管线1引入到塔2的下部部分中。将吸收器压力调整到115psia。在吸收器2顶部处通过管线3排放清洁气体(即，H2S和CO2量减少)，并且残余H2S和CO2含量由气相层析法(GC)分析来确定。负载有H2S和CO2的胺水溶液流向吸收器的下部部分并且经由管线4离开。
管线4中的胺水溶液的压力通过液位控制阀8减小并且经由管线7流到热交换器9，该热交换器9加热负载的水溶液。热富集溶液经由管线10进入再生器12的上部部分。再生器12配备有任意填料，其影响H2S和CO2气体的解吸附。再生器的压力设定在27psia。气体穿过管线13进入到冷凝器14中，在冷凝器14中发生任何残余水和胺的冷却和冷凝。气体进入分离器15，在分离器15中冷凝的液体与气相分离。冷凝水溶液经由泵22通过管线16泵送到再生器12的上部部分。从冷凝中残留的气体通过管线17去除，以便最终收集和/或处置。再生水溶液向下流过再生器12和紧耦合再沸器18。配备有电加热装置的再沸器18气化水溶液的一部分，以驱除任何残余气体。蒸气从再沸器升起且返回到再生器12，其与落下的液体相互混合，并且然后经由管线13引出以便进入方法的冷凝阶段。
表2
Figure BDA0001257512920000101
*非本发明的实例
再生水溶液从再沸器18通过管线19离开且在热交换器20中冷却，并且然后经由泵21通过进料管线5泵送回到吸收器2中。
通过缓慢下调直到再经纯化气体管线3中的H2S的量显示显著增大来确定胺吸收剂水溶液的流动速率。
对于实例1到实例15的结果在图2中所示的曲线图中以图形方式表示。以百万分之一体积(ppmv)为单位的H2S含量相对于以立方厘米/分钟(cc/min)为单位的胺流动速率绘制。
烷醇胺挥发性。
根据图3中描绘的方案计算关于若干代表性烷醇胺的挥发性曲线。将限定的溶剂混合物在120℉的温度下进料到闪蒸罐，并且与足够大量的氮气混合，使蒸气流引出闪蒸。调整氮气到闪蒸容器的摩尔流量，使得离开闪蒸容器的蒸气的摩尔流量与离开闪蒸容器的液体的摩尔流量的比率保持在1×10-4处。离开闪蒸的蒸气为饱和的，并且在蒸气中烷醇胺的摩尔分数可被用作对烷醇胺损失的估计。对于每种烷醇胺，溶剂强度被指定在40wt％，并且闪蒸容器的压力从100kPa变化到10000kPa。Aspen Plus 8.0版用于使用Chen&Evans(1986)的电解质NRTL模型的计算，参见Chen,C.C.,Evans,L.B.，1986，《用于水性电解质体系的过量吉布斯能的局部组成模型》(A local composition model for the excessGibbs energy of aqueous electrolyte systems)，美国化学工程师学会杂志(AIChE J.)32，444-454，doi:10.1002/aic.690320311。
对于MEA、DGA、MDEA、DEA和DMTA的溶剂损失在图4上示出。可以看出，对于每种烷醇胺，损失随着增大压力而减小。另外，结果明确地显示出对于给定压力，挥发性排序为：DMTA<DEA<MDEA<DGA<MEA。
通过顶空分析获得H2S相对于CO2的选择性。
含有50wt％烷醇胺和50wt％水的溶液负载有含有H2S与CO2的各种比率的约0.5mol/mol的酸性气体混合物，并且然后在40℃和20psig下通过顶空分析研究。对于MDEA的结果在表3中示出，并且对于DMTA的结果在表4中示出。
表3
Figure BDA0001257512920000111
Figure BDA0001257512920000121
*非本发明的实例
表4
Figure BDA0001257512920000122
调配物非常重要的一个特征为H2S相对于CO2的选择性。该选择性可由以下摩尔分数定义：
Figure BDA0001257512920000123
对于MDEA和DMTA，H2S相对于CO2的选择性概括在表5中。
表5
Figure BDA0001257512920000124
*非本发明的实例

Claims (5)

1.一种用于从气体混合物中去除酸性气体的烷醇胺水溶液，所述溶液包含：
(i)2-二甲氨基-2-羟甲基-1,3-丙二醇，其量为0.1重量％到75重量％，
(ii)pKa为8或更小的酸，其中所述酸为磷酸并且以0.1重量％到25重量％的量存在，
和任选地以下中的一种或多种
(iii)另外的氨基化合物，其量为0重量％到75重量％，
(iv)活化剂化合物，其量为0重量％到20重量％，
和
(v)物理溶剂，其量为0重量％到75重量％；
其中重量％是以所述烷醇胺水溶液的总重量计。
2.根据权利要求1所述的烷醇胺水溶液，其中所述溶液用于从包含硫化氢的气体混合物中选择性去除硫化氢，并且其中所述烷醇胺水溶液不包含任何另外的氨基化合物。
3.根据权利要求1所述的烷醇胺水溶液，其中所述另外的氨基化合物(iii)以0.1重量％到75重量％的量存在，并且为单乙醇胺(MEA)；三(2-羟乙基)胺(TEA)；三(2-羟丙基)胺(三异丙醇)；三丁醇胺；双(2-羟乙基)甲胺(MDEA)；2-二乙基氨基乙醇(DEEA)；2-二甲基氨基乙醇(DMEA)；3-二甲氨基-1-丙醇；3-二乙氨基-1-丙醇；2-二异丙基氨基乙醇(DIEA)；N,N-双(2-羟丙基)甲胺(MDIPA)；N,N'-双(2-羟乙基)哌嗪(DiHEP))；二乙醇胺(DEA)；2-(叔-丁氨基)乙醇；2-(叔-丁氨基乙氧基)乙醇；2-氨基-2-甲基丙醇(AMP)；2-(2-氨基-乙氧基)乙醇；或1-羟乙基-4-吡啶基哌嗪化合物。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的烷醇胺水溶液，其中所述活化剂化合物(iv)以1重量％到20重量％的量存在，并且为哌嗪、羟乙基哌嗪、二乙醇胺、N-甲基氨基乙醇、2-甲基哌嗪、N-甲基哌嗪、2-甲基-2-氨基丙醇、单乙醇胺、2-羟甲基-2-甲基氨基丙烷-1,3-二醇和2-氨基-2-羟甲基丙烷-1,3-二醇。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的烷醇胺水溶液，其中所述物理溶剂(v)以1重量％到75重量％的量存在，并且为环四亚甲基砜、聚乙二醇二甲基醚、1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2(1H)-嘧啶酮、N-甲酰基吗啉、N-乙酰基吗啉、三乙二醇单甲醚、甘油、单乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、甲醇、乙醇或其混合物。
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