一種從酸性氣流中除去CO2及硫化物的溶劑及其應用的製作方法與工藝
2023-05-29 07:34:31 1
本發明涉及氣體淨化領域，尤其是氣體脫CO2及硫化物領域，具體為一種從酸性氣流中除去CO2及硫化物的溶劑及其應用，該溶劑能用於天然氣、合成氣、煉廠氣、液化石油氣等酸性氣流脫CO2及硫化物。
背景技術：
工業氣體中通常含有CO2、H2S和COS、各種硫醇、硫醚等有害雜質，在進一步利用前，必須將這些二氧化碳及硫化物雜質脫除乾淨。到目前為止，應用於氣體脫硫脫碳的技術已不下上百種，最常見的是酸性氣流與有機溶劑（或有機溶劑的水溶液）在氣體淨化裝置中接觸，通過有機溶劑（或有機溶劑的水溶液）對氣體中的CO2、硫化物進行脫除，已經有大量文獻進行了相應的報導。總體而言，用於氣體脫CO2及硫化物的淨化溶劑主要有物理溶劑、化學溶劑兩種。物理溶劑主要依靠物理吸收，典型的物理溶劑有環丁碸和它的衍生物、直鏈醯胺、NMP（N-甲基吡咯烷酮）、N-烷基吡咯烷酮、甲醇以及聚乙烯醇二烷基醚的混合物。而化學溶劑則是基於化學反應，使酸性氣生成易移去的化合物，從而達到脫除CO2、硫化物的目的。舉例來說，工業上最常用的化學藥劑是醇胺，因為生成的鹽容易分解或者容易被蒸汽汽提，胺因此可以循環使用。從氣流中除去酸性成分比較好的胺主要包括：乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、三乙醇胺（TEA）、二異丙醇胺（DIPA）、胺基乙氧基乙醇（AEE）、甲基二乙醇胺（MDEA）以及添加了各種活化劑的MDEA。對於化工領域而言，如何進一步提高酸性氣流中CO2及硫化物的脫除深度，一直是人們研究的熱點。
技術實現要素：
本發明的發明目的在於：針對上述存在的問題，提供一種從酸性氣流中除去CO2及硫化物的溶劑及其應用。本發明的溶劑能夠用於從酸性氣體中除去CO2、硫化物，其以複合胺作為主吸收劑，同時輔以環丁碸和二甘醇組成的活化劑，通過組分之間的相互協同配合，能夠有效提高CO2和硫化物脫除率。與傳統的脫硫方法相比，本發明能深度脫除H2S、CO2、COS、硫醇等酸性物質，從而減少了處理工序，從而具有更高的經濟價值。同時，本發明的溶劑還具有可再生、成本低等優點，對於降低酸性氣體的處理成本具有重要意義。為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案：一種從酸性氣流中除去CO2及硫化物的溶劑，包括如下重量百分比的組分：複合胺20～60%；活化劑1～10%；水餘量；所述活化劑由環丁碸和二甘醇組成；所述複合胺為N-甲基二乙醇胺。所述活化劑中，環丁碸和二甘醇的重量比為1：10~10:1。所述複合胺的重量百分比為30～50%。所述N-甲基二乙醇胺的重量百分比為35～45%。還包括添加劑，所述添加劑為腐蝕抑制劑、消泡劑、阻垢劑中的一種或多種。包括如下重量百分比的組分：複合胺20～60%；活化劑1～10%；添加劑0.01～5%；水餘量。前述從酸性氣流中除去CO2及硫化物的溶劑的應用，包括如下步驟：溶劑與酸性氣流逆流接觸，去除酸性氣流中的CO2及硫化物。前述從酸性氣流中除去CO2及硫化物的溶劑的應用，包括如下步驟：將溶劑分成多股，使溶劑從上至下與酸性氣流進行多次逆流接觸，去除酸性氣流中的CO2及硫化物。前述從酸性氣流中除去CO2及硫化物的溶劑的應用，包括如下步驟：（1）除雜：將溶劑與酸性氣流逆流接觸，去除酸性氣流中的CO2及硫化物，分別得除雜後的氣流和富酸性氣體的溶劑；（2）溶劑再生：將富酸性氣體的溶劑進行減壓，其中的雜質氣體溢出，得再生溶劑，將再生溶劑返回步驟1中進行除雜。所述步驟2中，首先將富酸性氣體的溶劑進行閃蒸，閃蒸後的富酸性氣體的溶劑再進行減壓再生，得再生溶劑，將再生溶劑返回步驟1中進行除雜。所述步驟1中，富酸性氣體的溶劑採用透平方式回收其中的能量。本發明提供一種從酸性氣流中除去CO2及硫化物的溶劑及其應用。本發明的溶劑能夠用於從酸性氣體中除去CO2、硫化物(包括H2S及有機硫)，可用於天然氣、合成氣、煉廠氣、液化石油氣等酸性氣體。通過該溶劑與氣流的接觸，去除酸性氣流中的CO2和硫化物。本發明的溶劑以複合胺作為主吸收劑，同時輔以環丁碸和二甘醇組成的活化劑，通過組分之間的相互協同配合，能夠有效提高CO2和硫化物脫除率。通過對比實驗可以看出，單獨採用MDEA，或者採用MDEA+環丁碸，或者採用MDEA+二甘醇，這三者的效果遠不及本發明的溶劑。這是由於本發明的組分之間具有較好的協同作用，通過組分的有機配合，取得了顯著優於常規胺法的效果。實施例中的對比實驗證明，較常規胺法相比，採用本發明的溶劑具有較高的CO2和硫化物脫除率，能夠有效減少了後處理工序。對化工領域而言，處理工序的減少，意味著生產成本的降低，以及原料消耗的減少，這也進一步降低了汙染物產生的可能性，具有顯著的經濟效益和社會效益。同時，本發明的溶劑可再生並循環使用，具有使用成本低、對環境影響小的優點，對於降低酸性氣體的處理成本具有重要意義。本發明溶劑的使用方法簡單，可採用逆流接觸的方式，即：使氣流中的CO2和硫化物通過與本發明溶劑接觸而被除去。吸收過程可以採用一次吸收，也可採用多次連續進行，後者可以使用多股的溶劑從塔底至塔頂按溫度依次降低的順序進行氣液接觸。溶劑與酸性氣流逆流接觸後，酸性氣流中的CO2及硫化物被脫除，得除雜後的氣體，同時溶劑變成富酸性氣體的溶劑。富酸性氣體的溶劑液通過減壓實現再生，其可以通過節流閥來實現。富酸性氣體溶劑中含有的能量可以通過透平來回收。同時，在減壓再生之前，還可採用一次或多次閃蒸，除掉酸氣。本發明組分之間具有良好的協同作用，CO2及硫化物的脫除率顯著高於常規胺法，能有效減少了後處理工序，對於降低酸性氣體的處理周期和處理成本具有重要意義。具體實施方式本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書中公開的任一特徵，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。實施例1分別稱取44kgMDEA（N-甲基二乙醇胺）、5kg環丁碸、4kg二甘醇、47kg水，混合均勻，即得溶劑。實施例2（1）製備溶劑分別稱取38kgMDEA（N-甲基二乙醇胺）、6kg環丁碸、3kg二甘醇、53kg水，混合均勻，即得溶劑。（2）測定配置原料氣，原料氣中含5%的CO2、1%的H2S。配製好的原料氣進入吸收塔底部，並與塔頂進入的溶液逆流接觸，原料氣中的酸氣被吸收，淨化後的氣體從塔頂出來，進入氣液分離器回收所夾帶的液滴後放空。經測定，淨化後的氣體中，CO2含量為47ppmv，H2S含量為3ppmv，有機硫脫除率為82.9%。實施例3（1）製備溶劑分別稱取30kgMDEA、5kg環丁碸、5kg二甘醇、55kg水，混合均勻，即得溶劑。（2）測定配置原料氣，原料氣中含5%的CO2、1%的H2S。配製好的原料氣進入吸收塔底部，並與塔頂進入的溶液逆流接觸，原料氣中的酸氣被吸收，淨化後的氣體從塔頂出來，進入氣液分離器回收所夾帶的液滴後放空。經測定，淨化後的氣體中，CO2含量為50ppmv，H2S含量為3ppmv，有機硫脫除率為82.6%。實施例4（1）製備溶劑分別稱取47kgMDEA、3kg環丁碸、2kg二甘醇、48kg水，混合均勻，即得溶劑。（2）測定配置原料氣，原料氣中含5%的CO2、1%的H2S。配製好的原料氣進入吸收塔底部，並與塔頂進入的溶液逆流接觸，原料氣中的酸氣被吸收，淨化後的氣體從塔頂出來，進入氣液分離器回收所夾帶的液滴後放空。經測定，淨化後的氣體中，CO2含量為45ppmv，H2S含量為3ppmv，有機硫脫除率為83.50%。實施例5（1）製備溶劑分別稱取55kgMDEA（N-甲基二乙醇胺）、3kg環丁碸、1kg二甘醇、41kg水，混合均勻，即得溶劑。（2）測定配置原料氣，原料氣中含5%的CO2、1%的H2S。配製好的原料氣進入吸收塔底部，並與塔頂進入的溶液逆流接觸，原料氣中的酸氣被吸收，淨化後的氣體從塔頂出來，進入氣液分離器回收所夾帶的液滴後放空。經測定，淨化後的氣體中，CO2含量為44ppmv，H2S含量為3ppmv，有機硫脫除率為83.10%。對比實驗在試驗裝置上對具體吸收劑的操作性能進行直接測試。試驗用的吸收塔內徑為40mm，內裝Φ25不鏽鋼矩鞍環，再生塔內徑50mm，內裝Φ25不鏽鋼矩鞍環，再生塔底部裝有再沸器。配製好的原料氣（該原料氣中含5%的CO2、1%的H2S）進入吸收塔底部，並與塔頂進入的溶液逆流接觸，原料氣中的酸氣被吸收，淨化後的氣體從塔頂出來，進入氣液分離器回收所夾帶的液滴後放空。吸收了酸氣的富酸性氣體溶劑從吸收塔塔底引出至再生塔頂部，並在再生塔中與上升的蒸汽逆流接觸而獲得再生。再生得到的貧液經冷卻後送入吸收塔頂進行吸收。從再生塔頂出來的氣體進入再生氣冷卻器，將氣體中的水蒸氣回收，再生氣經分離後放空。在原料氣一定的前提下，對不同吸收溶劑劑的操作性能進行測試，測試結果如表1所示。表1不同吸收溶劑的操作性能表1中：MDEA50%是指該溶劑含有50%wt的MDEA、50%wt的水；MDEA47%+環丁碸5%是指該溶劑含有47%wt的MDEA、5%wt的環丁碸和48%wt的水；MDEA47%+二甘醇5%是指該溶劑含有47%wt的MDEA、5%wt的二甘醇和48%wt的水；MDEA44%+環丁碸5%+二甘醇4%為本發明實施例1製備的溶劑。表1的測定數據表明：本發明的溶劑對CO2和硫化物有明顯較高的脫除率。本發明並不局限於前述的具體實施方式。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特徵或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。