АБСОРБЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ СЕРОВОДОРОДА И ДИОКСИДА УГЛЕРОДА

Изобретение относится к области очистки газов от сероводорода и/или диоксида углерода и может быть использовано в газовой, нефтяной и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности.

Известен абсорбент для очистки газов от H₂S и CO₂, содержащий водный раствор алканоламина или смесь алканоламинов (см. US 4368095, B01D 53/14, 1983 г.). В качестве алканоламинов используют соединения, содержащие первичные, вторичные или третичные аминогруппы, например моноэтаноламин (МЭА), диэтаноламин (ДЭА), метилдиэтаноламин (МДЭА). Недостатком известного абсорбента является невысокая эффективность по извлечению кислых компонентов (особенно для третичных аминов), повышенные затраты тепла при регенерации абсорбента (для первичных и вторичных аминов).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является абсорбент для очистки газов от H₂S и CO₂, содержащий водный раствор третичного алканоламина или смесь третичных алканоламинов и активатор (см. US 5348714, C01B 3/20, 1994 г.). В качестве третичного алканоламина используют соединения, содержащие третичные аминогруппы, например метилдиэтаноламин (МДЭА), а в качестве активатора используют производное пиперазина, пиперидина.

Недостатком данного абсорбента является невысокая скорость регенерации насыщенного абсорбента, т.е. повышенные затраты тепловой энергии на десорбцию кислых компонентов.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение скорости регенерации насыщенного абсорбента от кислых компонентов H₂S и CO₂, повышение качества очистки газа при сокращении затрат тепловой энергии.

Данный технический результат достигается за счет того, что абсорбент для очистки газа от H₂S и CO₂, содержащий метилдиэтаноламин, аминоэтилпиперазин и воду, дополнительно содержит метиловый или этиловый эфир диэтиленгликоля при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Сущность изобретения поясняется примерами.

Для испытаний используют образцы метилдиэтаноламина (МДЭА), выпускаемого по ТУ 2423-005-11159873-2000, аминоэтилпиперазина (АЭП) фирмы Akzo Nobel (номер CAS 140-31-8), метиловый эфир диэтиленгликоля (МДЭГ) или этиловый эфир диэтиленгликоля (ЭДЭГ) (ТУ 2422-125-05766801-2003) с массовой долей эфира 99%, растворяя данные реагенты в воде в необходимой концентрации.

Эксперимент по регенерации абсорбента проводят следующим образом.

В колбу объемом 0,25 дм с обратным водяным холодильником заливают по 100 дм³ испытуемого абсорбента, предварительно насыщенного СO₂ до содержания 30 г/л, затем абсорбент нагревают до кипения с подачей через него азота со скоростью 2 л/ч при атмосферном давлении. Через определенные промежутки времени отбирают пробы раствора, в которых определяют остаточное содержание CO₂ объемным методом.

Результаты испытаний по регенерации насыщенных СО₂ абсорбентов различного состава (известного и предлагаемого) приведены в таблице 1. Из таблицы 1 следует, что при подводе одного и того же количества тепла (соответствующих равным промежуткам времени) абсорбенты различного состава регенерируются с разной скоростью.

В качестве известного абсорбента использовали водный раствор, включающий 30 масс.% МДЭА при содержании АЭП 6 или 10 масс.% (поз. 1, 2). Предлагаемый абсорбент включает водный раствор 30-50 масс.% МДЭА, 2-10 масс.% АЭП и добавки метилового или этилового эфира ДЭГ в количестве 2-8 масс.% (поз. 3-9).

Из таблицы 1 следует, что известный абсорбент на основе МДЭА без добавок эфиров обладает невысокой скоростью регенерации, причем остаточное содержание CO₂ в абсорбенте через 15 мин составляет 13,5 г/л, через 30 - мин 7,3 г/л, а через 60 мин - 3,3 г/л.

Предлагаемый абсорбент с добавками МДЭГ (поз. 3-6) и ЭДЭГ (поз. 7-9) регенерируется существенно быстрее, что характеризуется остаточным содержанием CO₂ по сравнению с известным абсорбентом за те же промежутки времени в 2-3 раза меньше.

Эксперименты по очистке газа проводят на опытной установке, включающей абсорбер с нерегулярной насыпной насадкой (10×10 мм), насос подачи абсорбента, тепловой регенератор амина, систему измерения и поддержания температуры, а также расходомеры газа и жидкости. В качестве модельного газа используют природный газ с давлением 50 атм, в который подают кислые компоненты (3,5% CO₂ и 2,5% H₂S). Подачу газа осуществляют со скоростью 10 м³/ч при температуре 22°C в нижнюю часть абсорбционной колонки, подачу абсорбента осуществляют со скоростью 15 л/ч при температуре 50°C наверх абсорбера. Содержание кислых компонентов в исходном и очищенном газе определяют хроматографически по ГОСТ 31371.1-2008. Экспериментальные данные приведены в таблице 2: составы абсорбентов по п. 1 - известного, по пп. 2-5 - предлагаемого.

Из данных таблицы 2 следует, что предлагаемый абсорбент позволяет уменьшить затраты тепла на регенерацию абсорбента при обеспечении требуемого качества очистки газа, либо повысить качество очистки газа от кислых компонентов (при фиксированном расходе тепла).

Эффективная массовая доля МДЭГ или ЭДЭГ составляет от 2 до 8%. Заявляемый интервал содержания эфиров диэтиленгликоля в абсорбенте обусловлен тем, что их массовая доля менее 2% в абсорбенте не изменяет существенно скорости регенерации в сравнении с известным абсорбентом, а увеличение массовой доли более 8% приводит к уменьшению скорости регенерации абсорбента.

Использование предлагаемого абсорбента позволяет уменьшить затраты тепловой энергии на регенерацию до остаточного содержания СO₂, в сравнении с известным абсорбентом на 15-25%. В то же время при одинаковых затратах энергии использование предлагаемого абсорбента, имеющего лучшие характеристики по регенерации, позволяет повысить эффективность очистки газа.