NO322132B1 - Forbedret sammensetning og fremgangsmate for syregassbehandling - Google Patents

Description

Dialkyletere av polyalkylenglykoler er velkjente innenfor gassbehandlings-fagområdet som oppløsningsmiddel for sure gasser slik som karbondioksid (CO2), hydrogensulfid (H2S), karbonylsulfider (COS), karbondisulfid (CS2), merkaptaner og lignende. Typiske av de tallrike beskrivelsene av slike oppløsningsmidler innenfor fagområdet er US-patent nr. 3.737.392, 3.824.766, 3.837.143, 4.044.100, 4.581.154 og 4.946.620 blant andre.

I henhold til disse referansene, er det velkjent at dialkyletrene av polyalkylenglykoler, og særlig til foreliggende formål, dimetyletere, omfatter blandinger av polyalkylen-addukter som typisk er i området fra 1 til 9 enheter av den etylenoksidavledede delen, -(C2H4O)-. US-patent nr. 4.581.154 er særlig informativ når det gjelder dette. Denne referansen beskriver en bellkurve-fordeling av -(C2H4O)- homologer, med en topp ved 50 vekt-% av 3-homologen og et maksimalt innhold av 40 vekt-% av 4-homologen. Denne referansen beskriver videre at den mest foretrukne sammensetningen, i det minste til lavtemperaturanvendelse, har en fordeling av 3- og 4-homologer ved 33 vekt-% hver.

US 3,362,133 beskriver en prosess for å fjerne hydrogensulfid fra gassblandinger som inneholder H2S og C02. Prosessen involverer bruken av flytende oppløsningsmiddel som omfatter en normalt flytende dialkyleter fra en polyalkenglykol for å innvirke på absorpsjon av hovedsakelig alt H2S og en mindre andel av andre gasser. US 3,362,133 tillegger ingen betydning til den spesifikke polyetylenglykoleteren som benyttes. Dokumentet lærer i stedet at blandinger av polyetylenglykoleter er effektive for alle praktiske formål.

Selv om sammensetningene fra kjent teknikk generelt er effektive til deres tilsiktede formål, er de ikke optimale. Mer spesifikt vil det være ønskelig å ha en gassbehandlingssammensetning som skaffer tilveie en forbedret balanse av flyktighet og viskositet, og også forbedre fjerning vs. retensjonsbalansen av minst en nøkkelsur komponent i gassen som blir behandlet. Foreliggende oppfinnelse tilfredsstiller dette behovet.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for behandling av en sur gass som inneholder minst noe karbondioksid med et løsningsmiddel, omfattende at den sure gassen bringes i kontakt med et løsningsmiddel som omfatter en blanding av alkyletere av alkylenoksider innbefattende minst noe tetraetylenglykoldimetyleter ved å tilsette et løsningsmiddel med høy konsentrasjon av tetraetylenglykoldimetyleter for å øke konsentrasjonen av nevnte eter i det eksisterende løsningsmiddel til minst 50 vekt%, og ved en tilstrekkelig mengde for å redusere mengden av karbondioksid som kommer ut av en kontaktinnretning med minst 25%.

Oppfinnelsen anvender en oppløsningssammensetning for fjerning av sure gassholdige urenheter fra gassholdige strømmer som bærer slike urenheter, omfattende en blanding av dimetyletere av polyetylenglykoler med formel CH30(C2H40)XCH3 hvori x er fra 3 til 9 og hvori minst 50 vekt-% av totaldimetyletere x lik 4. Videre fås en sammensetning for fjerning av sure gassholdige urenheter fra gassholdige stemmer som bærer slike urenheter, omfattende en blanding av dimetyletere av polyetylenglykoler med formel CH30{C2H40)XCH3 der x er fra 3 til 6 og der minst 50 vekt-% av totaldimetyletere x lik 4 og ikke mer enn ca. 15 vekt-% av totale dimetyletere i en kombinasjon av 3-moletoksylat og 5-moletoksylat.

Fremgangsmåten for å behandle en gasstrøm som inneholder sure gasser omfatter at man bringer gasstrømmen i kontakt med en sirkulerende oppløsningsstrøm som omfatter minst ca. 1 vekt-% av oppløsningsstrømmen av 4-mol etoksylat av dimetyleter med vesentlig fravær av 3-mol etoksylat av dimetyleter.

Slik det ble anvendt her er begrepene "gass", "syregass" og lignende til hensikt å referere til naturgass, hydrokarbongass, syngass, dampreformer-typegasser, og en hvilken som helst annen gass som inneholder sure, gassholdige patenter som skal bli fjernet ved behandling av et oppløsningsmiddel. Uttrykket "hovedsakelig fravær" slik det her blir anvendt har til hensikt å referere til en konsentrasjon som ikke har noen kommersiell betydelig effekt på mulighet for oppløsningsblandingen å fjerne karbondioksid under operasjonsbetingelser som blir benyttet.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en forbedring i forhold til kjent teknikk. Ved økende konsentrasjon av 4-mol etoksylat av dimetyleter som er tilstede i oppløsningsmidlet som ble anvendt til å behandle en sur gass, særlig en sur gass som inneholder karbondioksid. Slik det blir illustrert i eksemplene, er det uventet funnet at 4-mol etoksylatet av dimetyleter er unik effektiv i å beholde karbondioksid, dvs. redusere mengden av karbondioksid som kommer ut av kontaktinnretningen. Foreliggende oppfinnelse er således særlig nyttig i kommersielle operasjoner der separasjonen og gjenvinning av karbondioksid er økonomisk fordelaktig og karbondioksid "utslipp" blir derfor ønskelig minimalisert. En slik kommersiell operasjon vil innbefatte f.eks. et ammoniakk-anlegg der karbondioksid som blir separert i kontaktinnretningen kan bli fjernet fra alkyleteralkoksylatoppløsningsmidlet og gjenvunnet for salg, anvendt i ureaproduksjon og lignende.

Ifølge foreliggende oppfinnelse har det blitt oppdaget at ren 4-mol etoksylat av dimetyleter (dvs. tetraetylenglykoldimetyleter) har ypperlige egenskaper for fjerning av sure gasser, særlig CO2 fra metan, naturgass, syngass og hydro-karbongasser generelt. Dens kombinasjon av ypperlig affinitet for de sure gassene, lav viskositet og lavt damptrykk, gjør den velegnet til enhver av de andre homologene i seriene for anvendelse i syregassbehandling. Ved å sammenligne er trietylenglykoldimetyleter relativt flyktig (relativt høyt damptrykk) og blir derfor raskt tapt med produktene som kommer ut av syregasskontakt-innretningen. På den annen side er pentaetylenglykol-dimetyleter og høyere homologer uønsket viskøse, og resulterer i forskjellige problemer ved reparasjon og gjenvinning nedstrøms for kontaktinnretningen.

Det er foretrukket at tetraetylenglykoldimetyleteren er tilstede i en konsentrasjon på minst 50 vekt-%, mer å foretrekke minst 60%, og mest å foretrekke minst 80 vekt-%.

Det har blitt funnet særlig ønsket å begrense fordelingen av etylenoksid-homologer til 3 til 6-mol addukter, slik at 4-mol adduktet hovedsakelig dominerer sammensetningen. Mer spesifikt er det ønskelig at den kombinerte konsentrasjonen av 3-mol, 5-mol og 6-mol etoksylathomologene utgjør ikke mer enn 15%, fortrinnsvis ikke mer enn 10 vekt-% av total dimetyleterblandingen. Det er særlig fordelaktig at 3-mol homologen utgjør ikke mer enn 2%, mer å foretrekke ikke mer enn 1 vekt-% av totaldimetyleterblandingen.

For oppstarting av behandlingsfasilitetene, er det ønskelig at et oppløsnings-middel med så høy tetraetylenglykoldimetyleter som mulig blir anvendt. Det er relativt effektivt å tilsette et oppløsningsmiddel som har høyt innhold av tetraetylenglykoldimetyleter til det for-eksisterende oppløsningsmidlet i operasjonsfasilitetene for å heve gjennomsnittlig konsentrasjon av tetraetylenglykoldimetyleter. Det er meget ønskelig å heve sirkulasjonskonsentrasjon av tetraetylenglykoldimetyleteren til minst ca. 50 vekt-%. Der konsentrasjon av tilgrensende homologer er begrenset som angitt over kan en betydelig fordelaktig effekt bli observert ved konsentrasjoner av 4-mol adduktet ved nivåer som er mye lavere enn 50 vekt-%. I vesentlig fravær av 3-mol adduktet, kan en fordelaktig effekt sees ved konsentrasjoner av 4-mol adduktet ned til så lavt som ca. 1 vekt-%, selv om konsentrasjon av 4-mol adduktet fortrinnsvis er minst 60 vekt-% av oppløsningsblandingen. I en ideell sammensetning kan opptil 100 vekt-% av oppløsningsmidlet være tetraetylenglykoldimetyleter. Det har imidlertid blitt funnet at selv relativt små økninger i konsentrasjon av tetraetylenglykol-dimetyleter er overraskende effektiv i redusering av mengden CO2 som blir tapt ved utløpet av kontaktinnretningen. Det har på tilsvarende måte overraskende blitt funnet at ved økning av konsentrasjon av sirkulerende tetraetylenglykoldimetyleter, kan sirkuleringshastigheten hovedsakelig reduseres mens man fremdeles betydelig reduserer mengden av CO2 som blir tapt. Disse fakta blir illustrert i eksemplene under.

Eksempler

Følgende eksempler illustrerer forskjellige anvendelser av oppfinnelsen.

Eksemplene blir kjørt i to separate ammoniakksynteseanlegg som allerede ble anvendt for syregassbehandling av kommersielt tilgjengelig oppløsningsmiddel omfattende en blanding av dimetyleter av polyetylenoksid som har følgende tilnærmede sammensetning ved vektprosent av den angitte etoksylat-homologen: 7% av 3-mol, 22% av 4-mol, 29% av 5-mol, 23% av 6-mol og det gjenværende som omfatter høyere homologer. Gjennomsnittlig molekylvekt var ca. 270, og dens gjennomsnittlige homologtall var 5.

I hvert tilfelle ble innløpsgass som skulle bli behandlet innført i bunnen av en absorberer, og et lett oppløsningsmiddel ble innført ved toppen. Innløpsgassen omfattet på molar basis tilnærmet 17% CO2, 0,5% CH4,20% N2, 0,2% CO og 62% H2- Oppløsningsmidlet ble brakt i nærkontakt med den oppstrømmende gassen når oppløsningsmidlet strømmet ned absorbererkolonnen. Syregass-rikt oppløsningsmiddel forlot bunnen av absorbereren og fikk anledning tii å trykk-avlastes ved redusert trykk i en første trykkavlastningstank. Gassen som ble trykkavlastet i dette første trinnet ble resirkulert til innløpsgassen for å maksi-malisere utvinning av hydrogen og øke CO2 renhet i etterfølgende avlastning(er). Oppløsningsmidlet som forlot første trykkavlastningstank inneholdt fremdeles det meste av absorbert CO2. og ble innført i en andre trykkavlastningstank der hovedsakelig all CO2 ble trykkavlastet og fjernet som produkt. Spor av CO2 som var igjen ved oppløsningsmidlet som kom ut av den andre trykkav-lastningstanken ble fjernet i en stripperkolonne, der fullstendig CO2 fjerning ble oppnådd ved å strippe oppløsningsmidlet med luft. (Det er underforstått at oppløsnings-midlet kan bli kokt på nytt når det er ønsket med meget høy syregassgjenvinning, eller meget tynn oppløsning er ønsket for å forbedre gasspesifikasjonene som ble oppnådd). Oppløsningsmidlet som nå har lite CO2» forlater stripperen ved bunnen og ble avkjølt og resirkulert til toppen av absorbereren.

Eksempel 1

En sammensetning av oppfinnelsen ble fremstilt og hadde følgende tilnærmede sammensetning ved vektprosent: 85% dimetyleter av tetraetylenglykol, 1% dimetyleter av trietylenglykol, 8% dimetyleter av pentaetylenglykol, 3% dimetyleter av heksaetylen-glykol, 2% monometyleter av polyetylenglykol, og 1% vann. Denne eksperimentelle sammensetningen ble tilsatt den sirkulerende strømmen av kommersielt oppløsnings-middel i en andel som ga tetraetylen-glykoldimetyleterkonsentrasjon som er vist i kjøring 2. (Kjøring 1 er sammen-lignbar; konsentrasjon av tetraetylenglykoldimetyleter er den som er resultat av anvendelse av kommersielt oppløsningsmiddel selv).

Det er særlig bemerkelsesverdig at uløps CO2 -konsentrasjon ble redusert med nærmere 50%, mens oppløsningsmiddelsirkulasjonshastigheten også ble redusert med nærmere 15%. Dette kan raskt forstås av de som har kunnskap innenfor ammoniakfremstilling at øket produksjon av karbondioksid represen-terer en vesentlig økende besparelse, og at lavere sirkulasjonshastighet overføres til en vesentlig sparing av energikostnadene. Dersom oppløsnings-sirkulasjonen skulle bli opprettholdt konstant og gassgjennom-føringen øket tilsvarende, ville de økonomiske fordelene fremdeles være betydelig høyere.

Eksempel 2

Selv om denne testen ble gjennomført ved et ulikt ammoniakk anlegg i forhold til eksempel 1, var den relevante prosessen tilsvarende. Igjen var kjøring 1 sammenligne, og i kjøring 2 ble en sammensetning ifølge oppfinnelsen, som beskrevet i eksempel 1 blandet inn i den forhåndseksisterende kommersielle oppløsningsstrømmen for å produsere tetraetylenglykoldimetyleter-konsentrasjonen som er vist.

Det er bemerkelsesverdig at økning i sirkulasjonskonsentrasjon av tetraetylenglykoldimetyleter med 4% delpunkter resulterte i en meget betydelig reduksjon av CO2 tap.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for behandling av sur gass som inneholder minst noe karbondioksid med et løsningsmiddel, omfattende at den sure gassen bringes i kontakt med et eksisterende løsningsmiddel som omfatter en blanding av alkyletere fra alkylenoksider som innbefatter minst noe tetraetylenglykoldimetyleter, karakterisert ved å tilsette et løsningsmiddel med høy konsentrasjon av tetraetylenglykoldimetyleter for å øke konsentrasjonen av nevnte eter i det eksisterende løsningsmiddel til minst 50 vekt%, og ved en tilstrekkelig mengde for å redusere mengden av karbondioksid som kommer ut av en kontakt-anordning med minst 25%.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at mengden karbondioksid som kommer ut av kontaktanordningen reduseres samtidig som sirkulasjonshastigheten til løsningsmidlet også reduseres.

3. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående kravene, karakterisert ved at gasstrømmen er fra et anlegg for ammoniakk-syntese.

4. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående kravene, karakterisert ved at kontaktanordningen er en absorber.