用于氣體分離的物理吸收溶劑和離子液體的混合物的制作方法
【專利說明】用于氣體分離的物理吸收溶劑和離子液體的混合物
[0001] 早期國家申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)要求
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年4月30日提交的美國申請(qǐng)No. 13/873, 804和美國申請(qǐng) No. 13/873,823 的優(yōu)先權(quán)。
[000引發(fā)明背景
[0004] 二氧化碳與氣體混合物如天然氣、煙道氣、合成氣和頁巖氣的分離是工業(yè)上重要 的。二氧化碳的脫除是改進(jìn)天然氣的燃料質(zhì)量或者使用合成氣所必需的。另外，二氧化碳 和水的組合可能對(duì)金屬管道具有腐蝕性，運(yùn)使得C〇2的脫除對(duì)天然氣的輸送而言是必需的。 另外，二氧化碳是需要從煙道氣中俘獲W避免危害環(huán)境的溫室氣體。
[0005] 現(xiàn)有脫除技術(shù)，例如物理吸收溶劑甲醇、N-甲基化咯燒酬、聚乙二醇二甲酸和碳酸 亞丙醋具有許多缺點(diǎn)。運(yùn)些溶劑脫除體系的常見問題是低操作溫度和高操作壓力。另外， 由于料流中的溶劑損失，可能需要流出物洗涂。當(dāng)酸性氣體或其它雜質(zhì)的濃度是非常高的 時(shí)，物理吸收溶劑傾向于與化學(xué)溶劑相比有利。不同于化學(xué)溶劑，物理吸收溶劑是非腐蝕性 的，僅要求碳鋼結(jié)構(gòu)。
[0006] 近年來，發(fā)現(xiàn)一些離子液體用于俘獲二氧化碳。例如，在W0201217183中公開了通 過含有1-乙基-3-甲基1咪挫嶺 (emim)或1-丙基-3-甲基咪挫婦(pmim)的離子液體 與簇酸鹽且在脈謝乙酸鹽或1-下基-3-甲基咪挫攜令化mim)乙酸鹽的存在下化學(xué)吸著而 將二氧化碳從氣流中分離的方法。
[0007] 另外，現(xiàn)有技術(shù)描述了與離子液體組合的胺溶液在除去二氧化碳和其它雜質(zhì)中的 用途扣S2012/0063978Al)。
[0008] 存在用于提純氣體混合物的四類物理吸收溶劑。運(yùn)些包括聚乙二醇二甲酸 值EPG)、甲醇、N-甲基-化咯燒酬（NI巧和碳酸亞丙醋（PC)。
[0009] 聚乙二醇二甲酸值EPG)為用于從氣流中物理吸收H2SXO2和硫醇的聚乙二醇二甲 酸畑3〇也成0)。邸3(其中n為2-9))的混合物。包含DEPG的溶劑由幾家公司許可、生產(chǎn)或 者用于多種工藝中，包括CoastalQiemicalCompany(作為CoastalAGR)、Dow(Selexol)和 UOP(Selexol方法）。其它工藝供應(yīng)商如德國的ClariantGmWl提供類似的溶劑。Clariant 溶劑為W名稱為Genoso-rb?的一族聚乙二醇二烷基酸。DEPG可用于選擇性&S脫除，其 要求汽提、真空汽提或者再沸器?？稍O(shè)置該方法W得到Claus裝置的富&S進(jìn)料W及本體 C〇2脫除。具有深度CO2脫除的選擇性H2S脫除通常要求具有吸收和再生塔的兩階段方法。 &S在第一塔中通過已用蒸汽徹底汽提的貧溶劑除去，而c〇2在第二吸收器中除去。第二階 段溶劑可W用空氣或氮?dú)庠偕鶺用于深度C〇2脫除，或者如果需要本體CO2脫除的話，使用 一系列閃蒸。DEPG還將氣體脫水并除去HCN。與其它溶劑相比，DEPG具有較高的粘度，運(yùn) 降低質(zhì)量傳遞速率和塔板效率并提高填料或塔板需求，在降低的溫度下尤其如此。
[0010] 存在用于酸性氣體脫除的大量甲醇方法，包括Rectisol方法（由Lurgi AG許可） 巧IfpeX.〇l'@(Prosernat)。Rectisol方法為基于有機(jī)物理吸收溶劑的最早商業(yè)方法并且 廣泛用于合成氣體應(yīng)用。該方法在非常低的溫度下操作并且與其它物理吸收溶劑方法相比 是復(fù)雜的。Rectisol方法的主要應(yīng)用是提純衍生自重油和煤氣化的合成氣體，而不是天然 氣處理應(yīng)用。兩階段Kpexol方法可用于天然氣應(yīng)用。Kpex-I除去可冷凝的控和水，且 Kpex-2除去酸性氣體。甲醇在正常工藝條件下具有較高的蒸氣壓力，所W需要深度冷凍 或?qū)Ｓ没厥辗椒╓防止高溶劑損失。通常使用3個(gè)流出物流的水洗W回收甲醇。Rectisol 方法通常在32。F(CTC)W下操作并且可在低至-95°F(-70.5°C)的溫度下操作。該方 法通常在-40°F至-80°F(-40°C至-62°C)下操作。
[0011] &S和COS在甲醇中的溶解度高于在DEPG中的。Rectisol的復(fù)雜流程圖和將溶 劑冷凍的需要可能在較高資本和操作成本方面是不利的。在低溫下冷凍的提供要求許多功 率。然而，該缺點(diǎn)可通過與其它物理吸收溶劑方法相比相當(dāng)?shù)亟档虲〇2脫除的溶劑流速而 被超越。物理吸收溶劑中的酸性氣體溶解度在溫度降低時(shí)明顯提高。低溫還通過降低產(chǎn)物 流中甲醇的蒸氣壓力而降低溶劑損失。如果要將&S從氣體中除去，同時(shí)c〇2保留在處理氣 體中，則DEPG和NMP比甲醇更加合適。
[0012] 使用NMP(N-甲基-2-化咯燒酬）的化risol方法是LurgiAG許可的。關(guān)于該 溶劑使用的流程圖類似于關(guān)于DEPG使用的那些。該方法可在環(huán)境溫度下或者隨著冷凍至 5°F(-15°C)而操作。NMP具有與DEPG或PC相比較高的蒸氣壓力，并且發(fā)許可證者推薦將 處理氣體和丟棄的酸性氣體水洗用于溶劑回收。顯然，如果使用水洗，則NMP不能用于同時(shí) 氣體脫水。一般而言，如果化risol方法在亞環(huán)境溫度下操作，則不需要用水的NMP回收。 報(bào)告了NMP具有此處認(rèn)為所有物理吸收溶劑對(duì)&S與％相比的最高選擇性。COS不能與 &S-樣可溶，但它通過NMP溶劑水解。由于對(duì)&S的高選擇性，Purisol方法特別好地適于 提純用于燃?xì)廨啓C(jī)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC)系統(tǒng)的高壓高C〇2合成氣體。
[0013] 使用碳酸亞丙醋（PC)的FluorSolvent方法由FluorDaniel,Inc.許可并20世 紀(jì)五十年代末開始使用。PC作為JeFFSOL?PC溶劑得到并且在處理合成氣中是特別有 利的。當(dāng)存在很少或者不存在&S且c〇2脫除是重要的時(shí)，PC與其它溶劑相比具有優(yōu)點(diǎn)。PC 具有待提純氣體：天然氣中的輕質(zhì)控和合成氣體中的氨氣的較低溶解度。該較低溶解度導(dǎo) 致關(guān)于在中間壓力下將氣體從富溶劑中閃蒸出來的較低循環(huán)氣體壓縮需求和c〇2排出氣流 中較低的控?fù)p失。
[0014] 離子液體能夠增溶或者與極性分子反應(yīng)。離子液體包含陽離子和陰離子并且在工 藝溫度或者工藝溫度W下為液體。離子液體在特征上是不易燃、不可降解、粘性、熱穩(wěn)定的 且具有低蒸氣壓力。運(yùn)些特征中的許多是對(duì)現(xiàn)有二氧化碳脫除技術(shù)問題的解決方法。盡管 離子液體的許多特征是有利的，離子液體的高粘度可能是挑戰(zhàn)性的?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)可將離子液 體W多種重量百分?jǐn)?shù)加入物理吸收溶劑中W減輕粘度問題并改進(jìn)溶劑的性能。
[0015] 附圖簡(jiǎn)述
[0016] 附圖顯示使用物理吸收溶劑作為對(duì)照W及物理吸收溶劑與離子液體的混合物的 等溫線。
[0017] 發(fā)明描述
[0018] 本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案設(shè)及包含離子液體和物理吸收溶劑的組合物。可使用的物理 吸收溶劑包括但不限于丙二醇二甲酸、N-甲基-2-化咯燒酬、甲醇、碳酸亞丙醋、聚（丙二 醇）二甲酸（PPGDME)、聚（丙二醇）二乙酸醋（PPGDAc)、具有線性或支化C4單體的聚（下 二醇）二乙酸醋（PBGDAc)、聚（二甲基硅氧烷HPDM巧、全氣聚酸（PFP巧、甘油S乙酸醋 (GTA)、丙酬、乙酸甲醋、1，4-二巧壤,燒、乙酸2-甲氧基乙醋、2-硝基丙烷、n，n-二甲基乙酷 胺、乙酷丙酬、1-硝基丙烷、異辛燒、乙酸2-(2-下氧基乙氧基）乙醋、n-甲酯基嗎嘟、乙酸 2-下氧基乙醋和n-叔下基甲酯胺。優(yōu)選物理吸收溶劑為丙二醇二甲酸、N-甲基-2-化咯 燒酬、甲醇和碳酸亞丙醋。離子液體的陽離子可選自但不限于W下：錠、鱗、咪挫輸、化挫 雜、化晚餐會(huì)、化咯燒猶、梳、贓晚錫、己內(nèi)酷錠（caprolactamium)、脈雜和嗎晰繪。離子 液體的陰離子可選自但不限于