WO2010004118A1 - Solution absorbante contenant un inhibiteur de dégradation de la famille des dithiophosphates et méthode pour limiter la dégradation d'une solution absorbante - Google Patents

Solution absorbante contenant un inhibiteur de dégradation de la famille des dithiophosphates et méthode pour limiter la dégradation d'une solution absorbante Download PDF

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degradation
salt
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diethyldithiophosphate
absorbent solution
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Bruno Delfort
Pierre-Louis Carrette
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Ifp
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    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
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    • C09K15/04Anti-oxidant compositions; Compositions inhibiting chemical change containing organic compounds
    • C09K15/32Anti-oxidant compositions; Compositions inhibiting chemical change containing organic compounds containing two or more of boron, silicon, phosphorus, selenium, tellurium or a metal
    • C09K15/322Anti-oxidant compositions; Compositions inhibiting chemical change containing organic compounds containing two or more of boron, silicon, phosphorus, selenium, tellurium or a metal containing only phosphorus
    • C09K15/324Anti-oxidant compositions; Compositions inhibiting chemical change containing organic compounds containing two or more of boron, silicon, phosphorus, selenium, tellurium or a metal containing only phosphorus containing phosphorus and sulfur
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456Removing acid components
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
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    • B01D53/14Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1493Selection of liquid materials for use as absorbents

Definitions

  • the present invention relates to the field of the deacidification of a gaseous effluent. More specifically, the present invention provides compounds for reducing the degradation of an absorbent solution used to absorb the acidic compounds contained in a gaseous effluent, the absorbent solution comprising amines in aqueous solution.
  • the deacidification of gaseous effluents is generally carried out by washing with an absorbent solution.
  • the absorbent solution makes it possible to absorb the acid compounds present in the gaseous effluent (H 2 S, mercaptans, CO 2 , COS, SO 2 , CS 2 ).
  • the amines can be degraded by oxygen forming acids such as, for example, formic acid, acetic acid or else oxalic acid in the amine solutions.
  • oxygen forming acids such as, for example, formic acid, acetic acid or else oxalic acid in the amine solutions.
  • HSS Heat Stable Sait
  • HSAS Heat Stable Amine Sait
  • the degraded solution is characterized by: a decrease in the absorption of the acidic compounds of the charge relative to a fresh solution of amine, an increase in the density of the absorbing solution, as well as its viscosity, which can lead to a loss of performance, the formation of more volatile amines polluting the treated gas and the acid gas from the regeneration step: ammonia, methylamine, dimethylamine and trimethylamine for example according to the nature of the amine used, an accumulation of degradation products in the absorbent solution which may cause the need for treatment of the degraded solution, possible foaming problems due to degradation products.
  • the degradation of the absorbing solution therefore penalizes the performance and the proper functioning of the gas deacidification units.
  • degradation inhibiting agents compounds whose role is to prevent or limit the degradation of amino compounds, in particular the degradation caused by the oxidation phenomena. These compounds are commonly referred to as degradation inhibiting agents.
  • the main known modes of action of the degradation-inhibiting agents are, depending on their nature, a reduction-type reaction and / or a capture, trapping and / or stabilization of the radicals formed in the absorbent solution in order to limit or prevent or interrupting reactions, including chain reactions, degradation.
  • the patents US 5686016 and US 7056482 cite additives used to limit the degradation of absorbent solutions used respectively for the deacidification of natural gas and for the capture of CO 2 .
  • the present invention proposes a family of degradation inhibiting agents which makes it possible in particular to reduce the degradation of an absorbent solution used for the absorption of acidic compounds contained in a gaseous effluent, the absorbent solution comprising compounds amines in aqueous solution.
  • the absorbent solution according to the invention for absorbing the acidic compounds of a gaseous effluent, comprises: a) at least one amine, b) water, c) at least one degradation inhibiting compound for limiting the degradation of said amine, the degradation inhibitor compound having the general formula:
  • n is between 1 and 4, wherein X is selected from the group containing:
  • an alkaline element an alkaline earth element, a monovalent metal, a multivalent metal, an ammonium,
  • R 1, R 2, R 3 and R 4 being a hydrocarbon group containing from 1 to 20 carbon atoms.
  • At least one of the radicals X, R 1, R 2, R 3 and R 4 may be a hydrocarbon group containing between 1 and 20 carbon atoms and containing, in addition, at least one heteroatom.
  • the metal M can be chosen from the group containing: Zn, Pb, Sb, Sn, Mo, Mn, Ti, Fe and Bi.
  • the absorbent solution may comprise between 10% and 80% by weight of amine, between 10% and 90% of water and between 5 ppm and 5% by weight of degradation inhibiting compound.
  • the degradation inhibiting compound may be chosen from the group containing: sodium di (2-ethylhexyl) phosphodithioate, thiomolybdyl di (2-ethylhexyl) phosphodithioate, acid
  • O. O'-diethyldithiophosphoric acid the sodium salt of O.O'-diethyldithiophosphate, the potassium salt of O.O'-diethyldithiophosphate, the ammonium salt of O.O'-diethyldithiophosphate, O.O. dimethyldithiophosphoric acid, the sodium salt of O.O'-dimethyldithiophosphate, the potassium salt of O, O'-dimethyldithiophosphate, the ammonium salt of
  • O, O'-dimethyldithiophosphate and the zinc salt of O.O'-dimethyldithiophosphate are examples of organic compounds.
  • the amine may be selected from the group containing: N, N, N ', N', N "-pentamethylethylenetriamine, piperazine, monoethanolamine, diethanolamine, methyldiethanolamine, diisopropanolamine, diglycolamine, a salt of glycine and a salt of taurine.
  • the amine may be monoethanolamine and in this case the degradation inhibiting compound may be selected from the potassium salt of O, O'-diethyldithiophosphate and the ammonium salt of O.O'-diethyldithiophosphate.
  • the invention also proposes a process for absorbing acidic compounds contained in a gaseous effluent in which the gaseous effluent is brought into contact with an aqueous solution containing at least one amine, and in which the degradation of said amine is monitored by introducing the at least one degradation inhibiting compound in said solution, said at least one degradation inhibiting compound having the general formula:
  • n is between 1 and 4, wherein X is selected from the group containing:
  • an alkaline element an alkaline earth element, a monovalent metal, a multivalent metal, an ammonium,
  • each of the radicals R 1 , R 2, R 3 and R 4 being a hydrocarbon group containing between 1 and 20 carbon atoms
  • the aqueous solution can be used to absorb acidic compounds contained in one of the effluents of the group containing the natural gas, the combustion fumes, the synthesis gases, the refinery gases, tail gas from the Claus process, biomass fermentation gas, cement gas and incinerator fumes.
  • a degradation inhibiting compound selected from the group containing: sodium di (2-ethylhexyl) phosphodithioate, thiomolybdyl di (2-ethylhexyl) phosphodithioate, O, O'-diethyldithiophosphoric acid may be added to the aqueous solution, the sodium salt of O, O'-diéthyldithiophosphate, potassium salt of O, O'-diéthyldithiophosphate, the ammonium salt of O 1 diéthyldithiophosphate O'-, O, O'-dimethyldithiophosphoric the acid, the salt of O, O'-dimethyldithiophosphate, the potassium salt of O, O'-dimethyldithiophosphate, the ammonium salt of
  • O, O'-dimethyldithiophosphate and the zinc salt of O, O'-dimethyldithiophosphate are examples of organic compounds.
  • the degradation inhibiting agents according to the invention are sulfur-containing organic compounds defined by the general formula:
  • n is between 1 and 4 and preferably between 1 and 2.
  • the value of n is consistent with the definition of X in accordance with the rules of chemistry.
  • n is greater than 1, the pattern is repeated n times, the radicals R 1 and R 2 may be identical or different from one pattern to another.
  • X is selected from the group containing: 1) a hydrogen atom,
  • hydrocarbon group containing 1 to 20 carbon atoms and preferably 1 to 6 carbon atoms, the hydrocarbon group may contain one or more heteroatoms,
  • an alkaline element an alkaline earth element, a monovalent metal, a multivalent metal, a broadly defined ammonium such as the product of the protonation or the quaternization of a molecule containing at least one nitrogen atom,
  • M can be Zn
  • Each of the radicals R 1 R 2, R 3 and R 4 is a hydrocarbon group containing between 1 and 20 carbon atoms and preferably between 1 and 6 carbon atoms, the hydrocarbon group may contain one or more heteroatoms.
  • the absorbent solutions according to the invention can be used to deacidify the following gaseous effluents: natural gas, synthesis gases, combustion fumes, refinery gases, gases obtained at the bottom of the Claus process, the gases of fermentation of biomass, cement gas, incinerator fumes.
  • gaseous effluents contain one or more of the following acidic compounds: CO 2 , 1 1 H 2 S, mercaptans, COS 1 of SO 2 , NO 2 , CS 2 .
  • the combustion fumes are produced in particular by the combustion of hydrocarbons, biogas, coal in a boiler or for a combustion gas turbine, for example for the purpose of producing electricity.
  • These fumes can comprise between 50% and 80% of nitrogen, between 5% and 20% of carbon dioxide, between 1% and 10% of oxygen.
  • the implementation of an absorbent solution for deacidifying a gaseous effluent is generally carried out by performing an absorption step followed by a regeneration step.
  • the absorption step consists of contacting the gaseous effluent with the absorbing solution.
  • the organic compounds having an amine function of the absorbent solution react with the acidic compounds contained in the effluent so as to obtain a gaseous effluent depleted of acidic compounds and an absorbent solution enriched in acidic compounds.
  • the regeneration step includes heating and, optionally, relaxing at least a portion of the enriched absorbent solution. in acidic compounds to release the acidic compounds in gaseous form.
  • the regenerated absorbent solution that is to say depleted in acidic compounds is recycled to the absorption step.
  • the absorbent solution according to the invention comprises organic compounds in aqueous solution.
  • the organic compounds are amines, that is to say that they comprise at least one amine function.
  • the organic compounds may be in variable concentration, for example between 10% and 80% by weight, preferably between 20% and 60% by weight, in the aqueous solution.
  • the absorbent solution may contain between 10% and 90% water.
  • organic compounds are amines such as N, N, N ', N I, N "-pentaméthyléthylènetriamine or piperazine.
  • the piperazine is used for the treatment of natural gas and for the decarbonation of flue gases.
  • the organic compounds may also be alkanolamines such as monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), methyldiethanolamine (MDEA), diisopropanolamine (DIPA) or diglycolamine.
  • MDEA and DEA are commonly used for deacidification of natural gas.
  • MEA is more particularly used for the decarbonation of combustion fumes.
  • the organic compounds may also be amino acid salts such as glycine or taurine salts which are used in particular for the capture of CO 2 in the combustion fumes.
  • the absorbent solution according to the invention may contain compounds which physically absorb at least partially one or more acidic compounds of the gaseous effluent.
  • the absorbent solution may comprise between 5% and 50% by weight of absorbent compounds of a physical nature such as methanol, sulfolane or N-formyl morpholine.
  • the following degradation inhibiting agents are preferably used: sodium di (2-ethylhexyl) phosphodithioate, thiomolybdyl di (2-ethylhexyl) phosphodithioate, the acid
  • O, O'-diethyldithiophosphoric acid also called O.O'-diethyldithiophosphate, the sodium salt of O.O'-diethyldithiophosphate, the potassium salt of O.O'-diethyldithiophosphate, the ammonium salt of O.O.
  • diethyldithiophosphate, O, O'-dimethyldithiophosphoric acid also named O, O'-dimethyldithiophosphate, the sodium salt of O, O'-dimethyldithiophosphate, the potassium salt of O.O'-dimethyldithiophosphate, the ammonium salt O, O'-dimethyldithiophosphate, the zinc salt of O.O'-dimethyldithiophosphate.
  • the potassium salt of O.O'-diethyldithiophosphate and the ammonium salt of O.O'-diethyldithiophosphate are examples of the following excellent degradation inhibitors: the potassium salt of O.O'-diethyldithiophosphate and the ammonium salt of O.O'-diethyldithiophosphate.
  • the degradation inhibiting agents listed in the preceding paragraph are particularly well suited to the prevention of amine degradation in aqueous solution implemented in a process for capturing CO 2 contained in combustion fumes.
  • one of the following compounds may preferably be used: potassium O.O'-diethyldithiophosphate and the ammonium salt of O.O'-diethyldithiophosphate.
  • the absorbent solution according to the invention comprises an amount of degradation inhibiting agents defined by the general formula described above.
  • the absorbent solution may comprise one or more different degradation inhibiting agents corresponding to said general formula.
  • the degradation inhibiting agents according to the invention can be combined with other degradation inhibitor compounds of different chemical families.
  • the absorbent solution comprises between 5 ppm and 5% by weight of degradation inhibiting agents according to the invention, preferably from 50 ppm to 2% by weight, and an excellent content of degradation inhibiting agents in the solution being between 100 ppm and 1% by weight.
  • the degradation tests of an amine in aqueous solution are carried out according to the following procedure.
  • amine solution 30% by weight in deionized water 100 ml of amine solution 30% by weight in deionized water are placed in a glass reactor surmounted by a condenser to prevent the evaporation of water.
  • the degradation inhibiting agent incorporated in the aqueous amine solution is varied.
  • the reactor is heated to 80 ° C. in an electric heating block.
  • the solution is stirred at 1200 rpm by a magnetic bar.
  • the presence of counter-blades prevents the formation of a vortex.
  • 7 Nl / h of atmospheric air that is to say of unpurified ambient air, are brought into contact with the solution by means of a dip tube for 7 days at atmospheric pressure. An ion chromatographic analysis of the thus degraded solution is then carried out.
  • the analytical method uses an anion exchange column, potash eluent and conductimetric detection. This analysis makes it possible to quantify the acetate, oxalate and formate ions, which are the species generally followed by those skilled in the art, since they bear witness to the degree of degradation of the amine.
  • the ppm contents of these different anions are given in the table below in the case of a solution of 30% by weight aqueous monoethanolamine (MEA) without a degradation inhibitor, with 1% by weight of a degradation inhibitor. conventional (hydroquinone) and with 1% by weight of the potassium salt of O, O'-diethyldithiophosphate and 1% by weight of the ammonium salt of O, O'-diethyldithiophosphate.
  • ND value not determined because below the detection limit of the analytical method for a given dilution of the sample analyzed.

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Abstract

La dégradation d'une solution absorbante comportant des composés organiques munis d'une fonction aminé en solution aqueuse est sensiblement réduite en présence d'une faible quantité d'agents inhibiteurs de dégradation de la famille des dithiophosphates définis par la formule générale (I). La solution absorbante est mise en oeuvre pour désacidifier un effluent gazeux.

Description

SOLUTION ABSORBANTE CONTENANT UN INHIBITEUR DE DÉGRADATION DE LA FAMILLE DES
DITHIOPHOSPHATES ET MÉTHODE POUR LIMITER LA DÉGRADATION DΌNE SOLUTION ABSORBANTE
La présente invention concerne le domaine de la désacidification d'un effluent gazeux. Plus précisément la présente invention propose des composés pour réduire la dégradation d'une solution absorbante mise en oeuvre pour absorber les composés acides contenus dans un effluent gazeux, la solution absorbante comportant des aminés en solution aqueuse.
La désacidification des effluents gazeux, tels que par exemple le gaz naturel et les fumées de combustion, est généralement réalisée par lavage par une solution absorbante. La solution absorbante permet d'absorber les composés acides présents dans l'effluent gazeux (H2S, mercaptans, CO2, COS, SO2, CS2).
La désacidification de ces effluents, notamment la décarbonatation et la désulfuration, impose des contraintes spécifiques à la solution absorbante, en particulier une stabilité thermique et chimique notamment face aux impuretés de l'effluent, à savoir essentiellement l'oxygène, les SOx et les NOx.
Les solutions absorbantes les plus utilisées aujourd'hui sont les solutions aqueuses d'alcanolamines. On peut citer le document FR 2 820 430 qui propose des procédés de désacidification d'effluents gazeux.
Toutefois, il est bien connu de l'homme de l'art que ces aminés présentent l'inconvénient de se dégrader dans les conditions de mise en oeuvre.
En particulier, les aminés peuvent être dégradées par l'oxygène formant des acides tels que par exemple l'acide formique, l'acide acétique ou encore l'acide oxalique dans les solutions d'aminés.
Ces acides réagissent avec les aminés suivant une réaction acide base pour former des sels, appelés « Heat Stable Sait » (HSS) ou « Heat Stable Aminé Sait » (HSAS). Ces acides sont des acides plus forts que l'acide carbonique (formé par la réaction du CO2 avec l'eau). Les sels qu'ils forment par réaction avec les aminés ne sont donc pas régénérés dans la colonne de régénération dans les conditions normales de fonctionnement des unités, et s'accumulent dans l'unité.
Dans le cas du captage du CO2 dans les fumées issues d'unités industrielles ou de production d'électricité ou d'énergie en général, les phénomènes de dégradation de la solution absorbante aux aminés sont accrus par la présence d'une quantité massive d'oxygène dans la charge à traiter pouvant aller jusqu'à 5% en volume en général. Dans le cas de fumées issues de cycle combiné au gaz naturel, la teneur volumique d'oxygène dans les fumées peut atteindre 15%.
La solution dégradée se caractérise par : une baisse de l'absorption des composés acides de la charge par rapport à une solution fraîche d'aminé, une augmentation de la densité de la solution absorbante, ainsi que de sa viscosité, pouvant entraîner une perte de performance, la formation d'aminés plus volatiles polluant le gaz traité et le gaz acide issu de l'étape de régénération : ammoniac, méthylamine, diméthylamine et triméthylamine par exemple selon la nature de l'aminé utilisée, une accumulation de produits de dégradation dans la solution absorbante qui peut entraîner la nécessité d'un traitement de la solution dégradée, d'éventuels problèmes de moussage dus aux produits de dégradation. La dégradation de la solution absorbante pénalise donc les performances et le bon fonctionnement des unités de désacidification des gaz.
Pour pallier le problème de dégradation, à défaut de pouvoir limiter ou supprimer la présence d'oxygène dans la solution absorbante, on ajoute, dans la solution absorbante, des composés dont le rôle est de prévenir ou limiter les phénomènes de dégradation des composés aminés, notamment la dégradation engendrée par les phénomènes d'oxydation. Ces composés sont couramment nommés agents inhibiteurs de dégradation. Les principaux modes d'action connus des agent inhibiteurs de dégradation consistent selon leur nature en une réaction de type réduction et/ou en un captage, un piégeage et/ou une stabilisation des radicaux formés dans la solution absorbante afin de limiter ou d'empêcher ou d'interrompre les réactions, notamment les réactions en chaîne, de dégradation. Les brevets US 5686016 et US 7056482 citent des additifs utilisés pour limiter la dégradation de solutions absorbantes utilisées respectivement pour la désacidification du gaz naturel et pour le captage du CO2.
De manière générale, la présente invention propose une famille d'agents inhibiteurs de dégradation qui permet notamment de réduire la dégradation d'une solution absorbante mise en oeuvre pour l'absorption de composés acides contenus dans un effluent gazeux, la solution absorbante comportant des composés aminés en solution aqueuse.
La solution absorbante selon l'invention, pour absorber les composés acides d'un effluent gazeux, comporte : a) au moins une aminé, b) de l'eau, c) au moins un composé inhibiteur de dégradation pour limiter la dégradation de ladite aminé, le composé inhibiteur de dégradation ayant pour formule générale :
Figure imgf000004_0001
dans laquelle n est compris entre 1 et 4, dans laquelle X est choisi parmi le groupe contenant :
1 ) un atome d'hydrogène,
2) un groupement hydrocarboné renfermant 1 à 20 atomes de carbone,
3) un élément alcalin, un élément alcalino-terreux, un métal monovalent, un métal multivalent, un ammonium,
4) un groupement :
Figure imgf000004_0002
avec y compris entre 0 à 3 et n étant égal à 1 dans ce cas, 5) un cation répondant à la formule MaObSc dans lequel M est un métal et avec a, b et c étant tels que la charge positive de M3ObS0 soit égale à
la charge négative de
Figure imgf000005_0001
et chacun des radicaux Ri, R2, R3 et R4 étant un groupement hydrocarboné contenant entre 1 et 20 atomes de carbone.
Selon l'invention, au moins un des radicaux X, Ri, R2, R3 et R4 peut être un groupement hydrocarboné renfermant entre 1 et 20 atomes de carbone et contenant, en outre, au moins un hétéroatome.
Le métal M peut être choisi parmi le groupe contenant : Zn, Pb, Sb, Sn, Mo, Mn, Ti, Fe et Bi.
La solution absorbante peut comporter entre 10% et 80% poids d'aminé, entre 10% et 90% d'eau et entre 5 ppm et 5% poids de composé inhibiteur de dégradation.
Le composé inhibiteur de dégradation peut être choisi parmi le groupe contenant : le di(2-éthylhexyl)phosphodithioate de sodium, le di(2-éthylhexyl)phosphodithioate de thiomolybdyle, l'acide
O.O'-diéthyldithiophosphorique, le sel de sodium du O.O'-diéthyldithiophosphate, le sel de potassium du O.O'-diéthyldithiophosphate, le sel d'ammonium du O.O'-diéthyldithiophosphate, l'acide O.O'-diméthyldithiophosphorique, le sel de sodium du O.O'-diméthyldithiophosphate, le sel de potassium du O,O'-diméthyldithiophosphate, le sel d'ammonium du
O,O'-diméthyldithiophosphate et le sel de zinc du O.O'-diméthyldithiophosphate.
L'aminé peut être choisie parmi le groupe contenant : la N,N,N',N',N"-pentaméthyléthylènetriamine, la pipérazine, la monoéthanolamine, la diéthanolamine, la méthyldiéthanolamine, la diisopropanolamine, la diglycolamine un sel de la glycine et un sel de la taurine. L'aminé peut être la monoéthanolamine et, dans ce cas, le composé inhibiteur de dégradation peut être choisi parmi le sel de potassium du O,O'-diéthyldithiophosphate et le sel d'ammonium du O.O'-diéthyldithiophosphate.
L'invention propose également un procédé pour absorber des composés acides contenus dans un effluent gazeux dans lequel on met en contact l'effluent gazeux avec une solution aqueuse comportant au moins une aminé, et dans lequel on contrôle la dégradation de ladite aminé en introduisant au moins un composé inhibiteur de dégradation dans ladite solution, ledit au moins un composé inhibiteur de dégradation ayant pour formule générale :
Figure imgf000006_0001
dans laquelle n est compris entre 1 et 4, dans laquelle X est choisi parmi le groupe contenant :
1 ) un atome d'hydrogène,
2) un groupement hydrocarboné renfermant 1 à 20 atomes de carbone,
3) un élément alcalin, un élément alcalino-terreux, un métal monovalent, un métal multivalent, un ammonium,
4) un groupement :
Figure imgf000006_0002
avec y compris entre 0 à 3 et n étant égal à 1 dans ce cas, 5) un cation répondant à la formule MaObSc dans lequel M est un métal et avec a, b et c étant tels que la charge positive de M3ObS0 soit égale à
la charge négative de
Figure imgf000006_0003
et chacun des radicaux Ri1 R2, R3 et R4 étant un groupement hydrocarboné contenant entre 1 et 20 atomes de carbone
Dans le procédé selon l'invention, la solution aqueuse peut être mise en oeuvre pour absorber des composés acides contenus dans l'un des effluents du groupe contenant le gaz naturel, les fumées de combustion, les gaz de synthèse, les gaz de raffinerie, les gaz obtenus en queue du procédé Claus, les gaz de fermentation de biomasse, les gaz de cimenterie et les fumées d'incinérateur.
On peut ajouter dans la solution aqueuse un composé inhibiteur de dégradation choisi parmi le groupe contenant : le di(2-éthylhexyl)phosphodithioate de sodium, le di(2-éthylhexyl)phosphodithioate de thiomolybdyle, l'acide O,O'-diéthyldithiophosphorique, le sel de sodium du O.O'-diéthyldithiophosphate, le sel de potassium du O.O'-diéthyldithiophosphate, le sel d'ammonium du O1O'- diéthyldithiophosphate, l'acide O.O'-diméthyldithiophosphorique, le sel de sodium du O,O'-diméthyldithiophosphate, le sel de potassium du O,O'-diméthyldithiophosphate, le sel d'ammonium du
O,O'-diméthyldithiophosphate et le sel de zinc du O,O'-diméthyldithiophosphate.
Pour limiter la dégradation de la monoéthanolamine en solution aqueuse mise en oeuvre pour capter le CO2 contenu dans des fumées de combustion, on peut ajouter du sel de potassium du O.O'-diéthyldithiophosphate ou du sel d'ammonium du O.O'-diéthyldithiophosphate
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront clairement à la lecture de la description faite ci-après.
Afin de réduire la dégradation d'une solution absorbante, les inventeurs ont montré que la dégradation d'une solution absorbante comportant des composés organiques munis d'une fonction aminé en solution aqueuse est sensiblement réduite en présence d'une faible quantité d'agents inhibiteurs de dégradation décrits ci-après. Les agents inhibiteurs de dégradation selon l'invention sont des composés organiques soufrés définis par la formule générale :
Figure imgf000008_0001
dans laquelle n est compris entre 1 et 4 et de préférence entre 1 et 2. La valeur de n est en accord avec la définition de X dans le respect des règles de la chimie.
Lorsque n est supérieur à 1 , le motif
Figure imgf000008_0002
est répété n fois, les radicaux Ri et R2 pouvant être identiques ou différents d'un motif à l'autre. Dans laquelle X est choisi parmi le groupe contenant : 1 ) un atome d'hydrogène,
2) un groupement hydrocarboné renfermant 1 à 20 atomes de carbone et de préférence de 1 à 6 atomes de carbone, le groupe hydrocarboné pouvant renfermer un ou plusieurs hétéroatomes,
3) un élément alcalin, un élément alcalino-terreux, un métal monovalent, un métal multivalent, un ammonium défini au sens large comme le produit de la protonation ou de la quatemisation d'une molécule contenant au moins un atome d'azote,
4) un groupement :
Figure imgf000008_0003
avec y compris entre 0 et 3 et n étant égal à 1 dans ce cas.
5) un cation répondant à la formule MaObSc dans lequel M est un métal et a, b et c étant tels que la charge positive de MaObSc soit égale à la charge négative de
Figure imgf000009_0001
Par exemple, M peut être Zn,
Pb, Sb, Sn, Mo, Mn, Ti, Fe, ou Bi.
Chacun des radicaux Ri1 R2, R3 et R4 est un groupement hydrocarboné contenant entre 1 et 20 atomes de carbone et de préférence entre 1 et 6 atomes de carbone, le groupement hydrocarboné pouvant renfermer un ou plusieurs hétéroatomes.
Les solutions absorbantes selon l'invention peuvent être mises en oeuvre pour désacidifier les effluents gazeux suivants : le gaz naturel, les gaz de synthèse, les fumées de combustion, les gaz de raffinerie, les gaz obtenus en queue du procédé Claus, les gaz de fermentation de biomasse, les gaz de cimenterie, les fumées d'incinérateur. Ces effluents gazeux contiennent un ou plusieurs des composés acides suivants : le CO2, 11H2S, des mercaptans, du COS1 du SO2, du NO2, du CS2. Les fumées de combustion sont produites notamment par la combustion d'hydrocarbures, de biogaz, de charbon dans une chaudière ou pour une turbine à gaz de combustion, par exemple dans le but de produire de l'électricité. Ces fumées peuvent comporter entre 50 % et 80 % d'azote, entre 5 % et 20 % de dioxyde de carbone, entre 1 % et 10 % d'oxygène.
La mise en oeuvre d'une solution absorbante pour désacidifier un effluent gazeux est généralement réalisée en effectuant une étape d'absorption suivie d'une étape de régénération. L'étape d'absorption consiste à mettre en contact l'effluent gazeux avec la solution absorbante. Lors du contact, les composés organiques munis d'une fonction aminé de la solution absorbante réagissent avec les composés acides contenus dans l'effluent de manière à obtenir un effluent gazeux appauvri en composés acides et une solution absorbante enrichie en composés acides. L'étape de régénération consiste notamment à chauffer et, éventuellement à détendre, au moins une partie de la solution absorbante enrichie en composés acides afin de libérer les composés acides sous forme gazeuse. La solution absorbante régénérée, c'est-à-dire appauvrie en composés acides est recyclée à l'étape d'absorption.
La solution absorbante selon l'invention comporte des composés organiques en solution aqueuse. De manière générale, les composés organiques sont des aminés, c'est-à-dire qu'ils comportent au moins une fonction aminé. Les composés organiques peuvent être en concentration variable par exemple compris entre 10% et 80% poids, de préférence entre 20% et 60% poids, dans la solution aqueuse. La solution absorbante peut contenir entre 10% et 90% d'eau.
Par exemples les composés organiques sont des aminés tels que la N,N,N',NI,N"-pentaméthyléthylènetriamine ou la pipérazine. Par exemple la pipérazine est utilisée pour le traitement du gaz naturel et pour la décarbonatation des fumées de combustion.
Les composés organiques peuvent également être des alcanolamines telles que la monoéthanolamine (MEA), la diéthanolamine (DEA), la méthyldiéthanolamine (MDEA), la diisopropanolamine (DIPA) ou la diglycolamine. De préférence, la MDEA et la DEA sont couramment utilisées pour la désacidification du gaz naturel. La MEA est plus particulièrement utilisée pour la décarbonatation des fumées de combustion.
Les composés organiques peuvent également être des sels d'acides aminés tels que les sels de la glycine ou de la taurine qui sont notamment mis en oeuvre pour le captage du CO2 dans les fumées de combustion.
En outre, la solution absorbante selon l'invention peut contenir des composés qui absorbent physiquement au moins partiellement un ou plusieurs composés acides de l'effluent gazeux. Par exemple la solution absorbante peut comporter entre 5% et 50% poids de composés absorbants à caractère physique tel que du méthanol, du sulfolane ou de la N-formyl morpholine.
Parmi l'ensemble des molécules correspondant à la formule générale décrite ci-dessus, on utilise de préférence les agents inhibiteurs de dégradation suivants : le di(2-éthylhexyl)phosphodithioate de sodium, le di(2-éthylhexyl)phosphodithioate de thiomolybdyle, l'acide
O,O'-diéthyldithiophosphorique aussi nommé O.O'-diéthyldithiophosphate, le sel de sodium du O.O'-diéthyldithiophosphate, le sel de potassium du O.O'-diéthyldithiophosphate, le sel d'ammonium du O.O'-diéthyldithiophosphate, l'acide O,O'-diméthyldithiophosphorique aussi nommé le O,O'- diméthyldithiophosphate, le sel de sodium du O,O'-diméthyldithiophosphate, le sel de potassium du O.O'-diméthyldithiophosphate, le sel d'ammonium du O,O'-diméthyldithiophosphate, le sel de zinc du O.O'-diméthyldithiophosphate. En particulier, parmi la liste de produits précédemment cités, on peut utiliser les excellents inhibiteurs de dégradation suivants : le sel de potassium du O.O'-diéthyldithiophosphate et le sel d'ammonium du O.O'-diéthyldithiophosphate.
Les agents inhibiteurs de dégradation listés au paragraphe précédent sont particulièrement bien adaptés à la prévention de la dégradation d'aminé en solution aqueuse mise en oeuvre dans un procédé de captage du CO2 contenu dans des fumées de combustion.
Pour limiter la dégradation d'une solution absorbante composée d'alcanolamine, en particulier la monoéthanolamine (MEA), en solution aqueuse pour capter le CO2 des fumées de combustion, on peut utiliser de préférence l'un des composés suivants : le sel de potassium du O.O'-diéthyldithiophosphate et le sel d'ammonium du O.O'-diéthyldithiophosphate.
La solution absorbante selon l'invention comporte une quantité d'agents inhibiteurs de dégradation définis par la formule générale décrite ci-dessus. La solution absorbante peut comporter un ou plusieurs agents inhibiteurs de dégradation différents correspondant à ladite formule générale. De plus, dans la solution absorbante, les agents inhibiteurs de dégradation selon l'invention peuvent être associés à d'autres composés inhibiteurs de dégradation de familles chimiques différentes. Selon l'invention, la solution absorbante comporte entre 5 ppm et 5% poids d'agents inhibiteurs de dégradation selon l'invention, de préférence de 50 ppm à 2% poids, et une excellente teneur en agents inhibiteurs de dégradation dans la solution étant comprise entre 100 ppm et 1% poids.
Les exemples présentés ci-après permettent de comparer et d'illustrer les performances des agents inhibiteurs de dégradation selon l'invention, en terme de réduction de la dégradation des aminés en solution aqueuse.
Les essais de dégradation d'une aminé en solution aqueuse sont effectués selon le mode opératoire suivant.
100ml de solution d'aminé 30% poids dans l'eau désionisée sont placés dans un réacteur en verre surmonté d'un condenseur pour éviter l'évaporation de l'eau. Selon les essais, on fait varier l'agent inhibiteur de dégradation incorporé dans la solution aqueuse d'aminé. Le réacteur est chauffé à 800C dans un bloc chauffant électrique. La solution est agitée à 1200 tours par minute par un barreau aimanté. La présence de contre-pales empêche la formation d'un vortex. 7NI/h d'air atmosphérique, c'est-à-dire de l'air ambiant non purifié, sont mis en contact avec la solution à l'aide d'un tube plongeant pendant 7 jours à pression atmosphérique. Une analyse par chromatographie ionique de la solution ainsi dégradée est alors réalisée. La méthode analytique utilise une colonne échangeuse d'anions, un éluant à la potasse et une détection conductimétrique. Cette analyse permet de quantifier les ions acétate, oxalate et formiate qui sont les espèces généralement suivies par l'homme de l'art car elles témoignent du taux de dégradation de l'aminé. Les teneurs en ppm de ces différents anions sont données dans le tableau ci-dessous dans le cas d'une solution de aqueuse de monoéthanolamine (MEA) à 30% en poids sans inhibiteur de dégradation, avec 1 % poids d'un inhibiteur de dégradation classique (l'hydroquinone) et avec 1 % poids du sel potassium du O,O'-diéthyldithiophosphate et 1% poids du sel d'ammonium du O,O'-diéthyldithiophosphate.
Figure imgf000013_0001
ND : valeur non déterminée car inférieure à la limite de détection de la méthode d'analyse pour une dilution donnée de l'échantillon analysé.
Cet exemple comparatif montre que l'utilisation d'un inhibiteur de dégradation classique, l'hydroquinone, aggrave la dégradation de la MEA alors que l'utilisation des inhibiteurs de dégradation selon l'invention permet de limiter fortement la dégradation de la MEA dans les conditions de l'exemple.

Claims

REVENDICATIONS
1) Solution absorbante pour absorber les composés acides d'un effluent gazeux, ladite solution comportant : a) au moins une aminé, b) de l'eau, c) au moins un composé inhibiteur de dégradation pour limiter la dégradation de ladite aminé, le composé inhibiteur de dégradation ayant pour formule générale :
Figure imgf000014_0001
dans laquelle n est compris entre 1 et 4, dans laquelle X est choisi parmi le groupe contenant :
1) un atome d'hydrogène,
2) un groupement hydrocarboné renfermant 1 à 20 atomes de carbone,
3) un élément alcalin, un élément alcalino-terreux, un métal monovalent, un métal multivalent, un ammonium,
4) un groupement :
Figure imgf000014_0002
avec y compris entre 0 à 3 et n étant égal à 1 dans ce cas,
5) un cation répondant à la formule MaObSc dans lequel M est un métal et avec a, b et c étant tels que la charge positive de M3ObS0 soit égale à
la charge négative de
Figure imgf000014_0003
et chacun des radicaux Ri, R2, R3 et R4 étant un groupement hydrocarboné contenant entre 1 et 20 atomes de carbone.
2) Solution absorbante selon la revendication 1 , dans laquelle au moins un des radicaux X, Ri, R2, R3 et R4 est un groupement hydrocarboné renfermant entre 1 et 20 atomes de carbone et contenant, en outre, au moins un hétéroatome.
3) Solution absorbante selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le métal M est choisi parmi le groupe contenant : Zn, Pb, Sb, Sn, Mo, Mn, Ti, Fe et Bi.
4) Solution absorbante selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la solution comporte entre 10% et 80% poids d'aminé, entre 10% et 90% d'eau et entre 5 ppm et 5% poids de composé inhibiteur de dégradation.
5) Solution absorbante selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le composé inhibiteur de dégradation est choisi parmi le groupe contenant : le di(2-éthylhexyl)phosphodithioate de sodium, le di(2-éthylhexyl)phosphodithioate de thiomolybdyle, l'acide O,O'-diéthyldithiophosphorique, le sel de sodium du O,0'-diéthyldithiophosphate, le sel de potassium du O,O'-diéthyldithiophosphate, le sel d'ammonium du O,O'-diéthyldithiophosphate, l'acide O.O'-diméthyldithiophosphorique, le sel de sodium du O.O'-diméthyldithiophosphate, le sel de potassium du O,O'-diméthyldithiophosphate, le sel d'ammonium du O.O'-diméthyldithiophosphate et le sel de zinc du O.O'-diméthyldithiophosphate.
6) Solution absorbante selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'aminé est choisie parmi le groupe contenant : la N,NIN\N\N''-pentaméthyléthylènetriamine, la pipérazine, la monoéthanolamine, la diéthanolamine, la méthyldiéthanolamine, la diisopropanolamine, la diglycolamine un sel de la glycine et un sel de la taurine.
7) Solution absorbante selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'aminé est la monoéthanolamine et dans laquelle le composé inhibiteur de dégradation est choisi parmi le sel de potassium du O,O'-diéthyldithiophosphate et le sel d'ammonium du O.O'-diéthyldithiophosphate.
8) Procédé pour absorber des composés acides contenus dans un effluent gazeux, dans lequel on met en contact l'effluent gazeux avec une solution aqueuse comportant au moins une aminé, et dans lequel on contrôle la dégradation de ladite aminé en introduisant au moins un composé inhibiteur de dégradation dans ladite solution, ledit au moins un composé inhibiteur de dégradation ayant pour formule générale :
Figure imgf000016_0001
dans laquelle n est compris entre 1 et 4, dans laquelle X est choisi parmi le groupe contenant :
1) un atome d'hydrogène,
2) un groupement hydrocarboné renfermant 1 à 20 atomes de carbone,
3) un élément alcalin, un élément alcalino-terreux, un métal monovalent, un métal multivalent, un ammonium,
4) un groupement :
Figure imgf000016_0002
avec y compris entre 0 à 3 et n étant égal à 1 dans ce cas, 5) un cation répondant à la formule MaObSc dans lequel M est un métal et avec a, b et c étant tels que la charge positive de MaObSc soit égale à
la charge négative de
Figure imgf000017_0001
et chacun des radicaux Ri, R2, R3 et R4 étant un groupement hydrocarboné contenant entre 1 et 20 atomes de carbone
9) Procédé selon la revendication 8, dans lequel la solution aqueuse est mise en oeuvre pour absorber des composés acides contenus dans l'un des effluents du groupe contenant le gaz naturel, les fumées de combustion, les gaz de synthèse, les gaz de raffinerie, les gaz obtenus en queue du procédé Claus, les gaz de fermentation de biomasse, les gaz de cimenterie et les fumées d'incinérateur.
10) Procédé selon l'une des revendications 8 et 9, dans lequel on ajoute dans la solution aqueuse au moins un composé inhibiteur de dégradation choisi parmi le groupe contenant : le di(2-éthylhexyl)phosphodithioate de sodium, le di(2-éthylhexyl)phosphodithioate de thiomolybdyle, l'acide O,O'-diéthyldithiophosphorique, le sel de sodium du O,O'-diéthyldithiophosphate, le sel de potassium du O.O'-diéthyldithiophosphate, le sel d'ammonium du 0,0'- diéthyldithiophosphate, l'acide O,O'-diméthyldithiophosphorique, le sel de sodium du O,O'-diméthyldithiophosphate, le sel de potassium du O,O'-diméthyldithiophosphate, le sel d'ammonium du O,O'-diméthyldithiophosphate et le sel de zinc du O.O'-diméthyldithiophosphate.
11) Procédé selon la revendication 8, dans lequel on ajoute du sel de potassium du O.O'-diéthyldithiophosphate ou du sel d'ammonium du O, O1- diéthyldithiophosphate pour limiter la dégradation de la monoéthanolamine en solution aqueuse mise en oeuvre pour capter le CO2 contenu dans des fumées de combustion.
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