转化双(羟基乙基乙氧基)-脲为dga的方法
1.相关专利的交叉引用
2.本技术要求2020年4月1日提交的美国临时申请no.63/003,664和2020年4月2日提交的美国临时申请no.63/003,959的优选权。
所述申请在这里作为参考引入。
3.关于联邦政府赞助研究或开发的声明
4.不适用
技术领域
5.本发明主要涉及回收系统和应用所述回收系统用于转化双(羟基乙基乙氧基)-脲为2-2-氨基乙氧基乙醇的方法。
背景技术：
6.用于移除酸性气体组分的气体处理方法通常应用胺基组合物作为溶剂。在这些方法中应用的工艺单元使胺基组合物循环并与酸性气体组分接触，从而使胺与酸性气体组分发生化学反应。然后对胺基组合物进行再生，释放酸性气体组分，并将胺返回再次利用。在这种方法中通常应用的一种胺为2-2-氨基乙氧基乙醇，其作为
试剂(huntsman petrochemical llc)商购。多年来，在气体处理应用中二甘醇胺的使用已被证明是非常有价值的，尤其是在要求苛刻的服务中。
7.在一些气体处理应用中，二甘醇胺与酸性气体组分co2和cos按如下所示反应，形成双(羟基乙基乙氧基)-脲，通常称为bheeu：
8.试剂+co2←→
bheeu+h2o反应(1)
9.2试剂+cos
→
bheeu+h2s反应(2)
10.其中试剂具有通式hoch2ch2och2ch
2-nh2和bheeu具有通式hoch2ch2och2ch
2-nh-(c＝o)-nh-ch2ch2och2ch2oh。在气体处理过程中应用二甘醇胺的早期历史中，曾经发现反应(1)是可逆的，通过应用热、时间和水可以将bheeu转化回二甘醇胺。
11.因此，虽然发现在某些情况下bheeu的形成是可逆的，但在再沸器中的通常温度下，通常不认为反应是可逆的，因此，在应用二甘醇胺的气体处理方法的历史设计中包括可以在低压(lp)和约360℉的温度下操作的釜式热回收器。
12.参考图1，所示的工艺流程图描述了这种常规lp热回收器。lp热回收系统按如下过程操作：
13.(1)利用通常约1atm表压的操作压力将固定热量输入系统中；
14.(2)通过向
容器中加入胺基组合物来保持容器内的
流体液位；
15.(3)通过加水控制容器内的温度；
16.(4)允许在上述温度和压力下在容器内蒸发的组分(即胺、水、co2气体)离开容器顶部；和
17.(5)定期清除容器中残留的未沸腾组分。
18.大多数应用二甘醇胺的基础气体处理方法均设计有这种类型的lp热回收器。已经
发现lp热回收器可以提供几种工艺好处，包括从bheeu中移除固体、移除热稳定盐、移除重油和聚合物以及回收二甘醇胺。
19.最近，应用二甘醇胺的回收系统已经开始在更高的压力下操作，以减少水和胺的蒸发量，同时仍为bheeu形成逆转提供足够的温度。这种设计于2010年在lrgcc进行了展示，呈现了该技术最初几种应用的结果。基于尝试保持离开釜式回收容器的一定蒸气流量估算操作压力(即关键是在操作压力下一部分co2会释放，从而有助于推动bheeu转化回二甘醇胺)。但试图确定该压力顶多只是一种估计，操作人员面临着尝试维持和有效操作该系统的艰巨任务。令这一问题更加复杂的是，日常操作并非“完全恒定”，胺基组合物的组成在整个操作过程中会随着水的移除或添加而发生变化。因此，维持估算的操作压力所需的能量也随着这些组成的变化而变化。在一些情况下，操作压力设定得过高，co2不会蒸发，因此阻碍了bheeu的逆反应。图2和2a描述了用于这种类型的回收器系统设计的工艺流程，其中应用简单的压力控制系统维持在操作过程中回收容器内的流体温度。该系统按如下过程操作：
20.(1)设定进入容器的固定流体流量；
21.(2)通过控制热量输入来保持容器内的流体温度；
22.(3)应用压力控制阀将操作压力控制在所需的设定点(通常例如约130psig)；和
23.(4)通过液位控制阀保持容器内的流体液位。离开容器的蒸气量是可变的，并基于系统对系统内的流体流动、热量输入和压力的反应而变化。
24.对于这种设计，已经认识到流体的温度会发生显著变化，这会影响操作期间使用的能量量，导致运行不稳定。该温度变化还减少了回收的二甘醇胺量(例如当温度变化至低于所需的操作温度时)、增加了由于不可逆热降解而导致的二甘醇胺损失(例如当温度变化至高于所需的操作温度时)。因此，仍然需要增加二甘醇胺回收量同时减少回收过程中二甘醇胺损失的系统和方法，并且需要改进系统操作过程中的温度稳定性和能量需求的系统和方法。
技术实现要素：
25.本发明提供一种用于回收一种或多种胺试剂的方法，所述方法包括：通过使固定量(例如体积)的蒸气输出物流离开回收容器同时允许回收容器内的压力发生变化，控制回收容器内的流体温度，其中所述流体包含一种或多种降解产物，所述降解产物由一种或多种胺试剂与一种或多种酸性气体组分反应形成，和所述蒸气包含co2和胺试剂。在一个特定的实施方案中，所述胺试剂包括二甘醇胺和所述降解产物包括bheeu。在其它实施方案中，控制回收容器内的流体温度，从而其维持在所需温度(例如约360℉)或所需温度范围(例如约355-385℉)的约5％(例如3％、2％、1％、0.75％、0.5％或0.2％)以内。
26.本发明还提供一种用于回收一种或多种胺试剂的系统，所述系统包括：(i)包含流体的回收容器，其中所述流体包含一种或多种降解产物，所述降解产物由一种或多种胺试剂与一种或多种酸性气体组分反应形成；(ii)蒸汽输入子系统，设计用于向回收容器中的所述流体提供能量；(iii)流体输入子系统，设计用于向回收容器提供所述流体；(iv)液位控制子系统，设计用于控制回收容器内流体的量，和(v)蒸气输出子系统，设计用于控制离开容器的蒸气量(例如体积)，其中通过固定离开容器的蒸气量(例如体积)同时允许回收容器内的压力发生变化来维持回收容器内流体的温度在所需温度或温度范围内。
27.因此，这里公开的系统和方法可以用于将由一种或多种胺试剂可逆形成的任何降解产物转化为回收的、可再次利用的胺试剂。除了二甘醇胺以外，这种胺试剂可以包括但不限于单乙醇胺(mea)、二乙醇胺(dea)、二异丙醇胺(dipa)、三乙醇胺(tea)、甲基二乙醇胺(mdea)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(amp)、哌嗪(pz)和它们的组合物。这里公开的系统和方法可以用于燃烧后捕集、气体脱硫或其中降解产物由胺试剂与酸性气体组分反应形成且胺试剂的损失是不希望的任何其它过程。
附图说明
28.图1描述了常规低压(lp)热回收系统的工艺流程图；
29.图2描述了应用压力控制系统的常规回收系统的工艺流程图；
30.图2a描述了图2所示常规回收系统的蒸气出口控制系统(i区)的放大视图；
31.图3描述了按照本发明实施方案的应用蒸气出口控制系统的回收系统的工艺流程图；
32.图3a描述了图3的回收系统的蒸气出口控制系统(ii区)的放大视图；和
33.图4和5的图线描述了在不同重量百分比下离开回收器的相对蒸气量与回收系统的相对操作压力之间的关系。
具体实施方式
34.如下术语应该具有如下含义：
35.术语“包含”及其衍生说法不用于排除任何附加组分、步骤或过程的存在，不管其是否在这里公开。为了避免任何疑义，除非另有说明，否则这里通过应用术语“包含”描述的所有组合物均可以包括任何附加的添加剂或化合物。与之相比，如果在这里出现术语“基本由
…
组成”，则由任何后续引述范围内排除了任何其它组分、步骤或过程，但对操作性不重要的那些除外；而如果应用术语“由
…
组成”，则排除了没有具体描述或列出的任何组分、步骤或过程。除非另有说明，否则术语“或”指所列各元素以及它们的任意组合。
36.在这里不定冠词用于指冠词语法主体的一个或多个(即至少一个)。例如，“一种胺试剂”指一种胺试剂或多种胺试剂。短语“在一个实施方案中”、“按照一个实施方案”等通常指短语后面的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方案中，并且可以包括在本发明的多个实施方案中。重要的是，这种短语不必指同一方面。如果说明书声称某一组分或特征“可以”、“可能”、“会”或“有可能”被包括或具有某一特性，则该特定组分或特征不必然被包括或具有所述特征。
37.正如这里所应用，术语“约”可以允许数值或范围在一定程度内变化，例如，其可以在所述值或所述范围界限的10％、5％、1％、0.75％、0.5％、0.25％或0.1％以内。
38.术语“胺试剂”指包含胺官能团的化学物质。胺试剂可以为伯胺、仲胺或叔胺或它们的组合。在至少一个实例中，胺试剂可以为环状二胺。在另一个实例中，胺试剂可以为烷醇胺。适用于这里所公开的方法和系统的胺试剂包括但不限于二甘醇胺(dga)、单乙醇胺(mea)、二乙醇胺(dea)、二异丙醇胺(dipa)、三乙醇胺(tea)、甲基二乙醇胺(mdea)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(amp)、哌嗪(pz)和它们的组合物。例如，可以在单个过程(例如气体脱硫工艺)中应用一种或多种胺试剂，从而所述一种或多种胺试剂中每一种的至少一部分用所述
回收系统回收。
39.当指回收时，术语“流体”在这里具有现有技术的常规含义。即“流体”包括至少一定量的一种或多种降解产物，且还可以包括其它溶剂或物质，包括但不限于水。
40.术语“降解产物”指形成胺试剂的化学物质。应理解作为现有技术的术语，降解产物可以包括例如胺试剂与其它物质(酸性气体组分，包括但限于二氧化碳(co2)、羰基硫(cos)、一氧化碳(co)、硫化氢(h2s)和二硫化碳(cs2))的反应产物，以及在胺试剂回收过程中可能形成的热降解副产物。降解产物可以可逆或不可逆地形成。正如这里所应用，包含降解胺试剂的热稳定盐也可以为降解产物。
41.应用术语“操作周期”来指回收系统正在用于由降解产物回收可再次利用的胺试剂的时间段。操作周期可以在回收容器最初填充液体时开始，和在冲洗回收容器以移除在回收容器底部积累的副产物时结束。
42.术语“所需的温度”和“所需的温度范围”指构造回收系统进行操作的预选温度或温度范围。通常，回收系统或其应用方法的所需温度或温度范围取决于所应用的胺试剂。可以选择用于回收系统或方法的所需温度或温度范围，从而将胺试剂的不可逆热降解限制在热降解的阈值速率以下。例如，在一些实施方案中，当系统或方法应用二甘醇胺作为唯一的胺试剂时，所需温度可以为约355-385℉。在至少一个实例中，所需温度范围为约355-365℉。在另一个实例中，所需温度可以为约360℉。在一些实施方案中，将所需温度或温度范围用作回收系统的温度设定点。
43.在这里，本发明提供了一种从流体中回收胺试剂的回收系统，所述回收系统改进了在回收胺试剂时流体的温度稳定性和系统的能量要求。本发明还提供了应用这种系统的方法。所述系统主要包括回收容器、流体输入子系统、蒸汽输入子系统、液位控制子系统和蒸气输出子系统，设计蒸气输出子系统用来控制离开容器的蒸气量(例如体积)，从而维持回收容器内的流体温度。正如本领域技术人员所知，为了维持回收容器中适当的操作条件以回收胺试剂如二甘醇胺，所需的能量由以下几个因素决定，包括但不限于：(i)进入回收容器的流体的组成；(ii)将流体温度提升至操作条件所需的显热，(iii)逆转bheeu反应所需的反应热；(iv)逆转co2/dga反应所需的反应热；和(v)离开回收容器的任何蒸气的气化热。对于进入容器的给定流率，导致能量需求变化的最大变量是离开回收容器的蒸气的气化热。本技术人惊奇地发现，通过控制离开回收容器的蒸气量(例如体积)同时允许压力发生变化，可以在操作周期内保持所需的操作温度(和因此更恒定的热量输入)。由于能量需求主要由温升(显热)和气化能(固定值)决定，与传统系统不同，该系统所需的总能量不会受到压力波动和进料组成的微小变化的严重影响。另外，控制离开回收容器的蒸气量可以改进流体在回收容器内的停留时间，从而提高所回收的胺试剂量。
44.因此，在一些实施方案中，本发明包括用于回收一种或多种胺试剂(例如dga)的方法，所述方法包括：至少部分通过使固定量(例如体积)的蒸气输出物流离开回收容器同时允许回收容器内的压力发生变化，控制回收容器(例如卧式或立式回收容器)内的流体温度，其中所述流体包含一种或多种降解产物(例如bheeu)，所述降解产物由一种或多种胺试剂(例如二甘醇胺)与一种或多种酸性气体组分(例如co2)反应形成，和其中所述蒸气包含co2和胺试剂。
45.下面参考图3和3a，其中给出了本发明的示例性回收系统100的工艺流程图。这种
回收系统可以用作目前世界各地运行的许多气体脱硫系统的一部分。在系统100中要从中回收胺试剂的流体包含在容器108中。在操作期间，为了将流体加热到所需的操作温度，应用蒸汽输入子系统112将蒸汽输入容器108。蒸汽流过子系统112进入容器108，在此处与容器108中的流体间接接触。蒸汽输入子系统112可以包括一个或多个管束，蒸汽通过管束流动，而管束与容器108中的流体接触。替代地，可以将蒸汽直接输入容器。设计蒸汽输入子系统112以在操作周期内提供恒定的蒸汽输入。基于回收系统所需的温度或温度范围预先确定蒸汽流率和蒸汽温度。在一些实施方案中，可以通过本领域熟练技术人员已知的其它方法将流体加热，例如但不限于通过应用热油或直接燃烧加热器。
46.通过流体输入子系统104为容器108提供流体。流体输入子系统104包括流量指示和控制器102a和控制阀102b，它们一起控制流过子系统进入容器108的流体的量。
47.容器108内的流体液位通过液位控制子系统118控制。液位控制子系统118包括控制阀119a和液位控制器119b，它们一起维持容器108内的流体液位。
48.容器108内的流体温度通过蒸气输出子系统110来控制(即在所需的温度或温度范围下保持稳定)。蒸气输出子系统110包括出口111、流量指示和控制器109a及控制阀109b，它们一起控制从容器108出口111离开并流过可变蒸气输出系统110的包含co2和胺试剂的蒸气量(即体积)。正如由图3可以看出，通过蒸汽输入子系统112的蒸汽流量、通过流体输入子系统104的流体流量以及操作压力均独立于蒸气输出子系统110。通过使主要热量输入需求(显热和气化热)为更恒定的变量，控制离开容器108的蒸气量(例如体积)以辅助稳定回收系统100，从而允许操作周期内更稳定的操作和更少的波动。
49.在操作周期内回收系统100的整个操作中，蒸汽输入恒定地加热容器108中的流体，操作压力变化，蒸气输出子系统110通过固定离开容器108的蒸气量(例如体积)而控制流体的温度，而流体输入子系统104和液位控制子系统118保持容器108内的流体液位。在至少一个实例中，由于容器108内温度升高，形成水、co2和胺试剂的蒸气，并通过蒸气输出系统110的出口111离开容器108。出口111位于容器108顶部，从而允许蒸气自然逸出。出口120位于容器108底部，从而允许剩余的流体返回回收系统100。不同于常规的lp回收系统，回收系统100连续操作，因此容器108不需要倾倒/冲洗，从而消除了废物，也不需要操作员干预。
50.容器108按卧式容器描述。因此，在一些实施方案中，应用卧式容器。替代地，在一些实施方案中，可以应用立式容器。除了主回收容器108外，在回收系统100中可以包括一个或多个辅助容器。在一些实施方案中，容器108为常规的卧式釜式回收器。可以应用具有一定长径比(l/d比)的容器。例如，容器108的l/d比可以为约2-5、约1-4、约2-6、小于约5、小于约4、小于约3或小于约2。回收容器108可以在正压下操作，如上所述所述正压在操作周期内可以变化。
51.按照另一个实施方案，提供一种方法，其包括：在操作周期内将离开回收容器的蒸气体积控制在固定量，同时允许回收容器内的压力变化，从而控制回收容器内包含一种或多种胺试剂的流体的温度处在所需的温度或所需的温度范围内，由此抑制操作周期内一种或多种胺试剂的热降解(例如其中所述的所需温度或所需温度范围基于一种或多种胺试剂中至少一种的热降解温度确定)。在一些实施方案中，控制温度，从而使其保持在所需温度或所需温度范围的约5％(例如约3％、2％、1％、0.75％、0.5％或0.2％)以内。在这里所公开的系统和方法的一些实施方案中，所述一种或多种胺试剂包括二甘醇胺，和在操作周期内
离开容器的蒸气量固定，以维持温度为约355-385℉(例如约355-365℉、约358-362℉)。在这里公开的系统和方法的一些实施方案中，温度维持为约360℉(例如360℉的约0.75％、0.5％或0.2％)以内。
52.图4和5描述了在不同重量百分比下闪蒸出回收容器的相对蒸气量与相对操作压力之间的关系。具体而言，相对回收容器内的相对操作压力，监测闪蒸出回收容器的相对蒸气量。
53.虽然上述内容涉及本发明的不同实施方案，但在不偏离基本范围的情况下可以设计本发明的其它和进一步实施方案，所述基本范围由如下权利要求确定。
技术特征：
1.一种用于回收一种或多种胺试剂的方法，所述方法包括：通过使固定量的蒸气输出物流离开回收容器同时允许回收容器内的压力发生变化，控制回收容器内的流体温度，其中所述流体包含一种或多种降解产物，所述降解产物由一种或多种胺试剂与一种或多种酸性气体组分反应形成，和所述蒸气输出物流包含一种或多种胺试剂。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述流体中一种或多种降解产物中至少一种为双(羟基乙基乙氧基)-脲(bheeu)。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种胺试剂选自：2-2-氨基乙氧基乙醇、单乙醇胺(mea)、二乙醇胺(dea)、二异丙醇胺(dipa)、三乙醇胺(tea)、甲基二乙醇胺(mdea)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(amp)、哌嗪(pz)和它们的混合物。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种酸性气体组分选自：二氧化碳(co2)、羰基硫(cos)、一氧化碳(co)、硫化氢(h2s)、二硫化碳(cs2)和它们的组合物。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述蒸气输出物流还包含二氧化碳(co2)。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述流体的温度维持在约355-385℉。7.用于回收一种或多种胺试剂的系统，所述系统包括：包含流体的回收容器，其中所述流体包含一种或多种降解产物，所述降解产物由一种或多种胺试剂与一种或多种酸性气体组分反应形成；蒸汽输入子系统，用于向回收容器中的所述流体提供能量；流体输入子系统，用于控制所述流体进入回收容器的速率：液位控制子系统，用于控制回收容器内的流体液位；和蒸气输出子系统，用于控制离开回收容器的蒸气量；其中通过固定离开回收容器的蒸气量来维持回收容器内所述流体的温度。8.根据权利要求7所述的系统，其中在操作循环的过程中固定离开回收容器的蒸气量。9.根据权利要求7所述的系统，其中将回收容器中所述流体的温度维持在约355-385℉。10.根据权利要求7所述的系统，其中回收容器内的压力改变。11.根据权利要求7所述的系统，其中通过一种或多种胺试剂与一种或多种酸性气体组分的反应产生一种或多种降解产物。12.根据权利要求7所述的系统，其中所述流体中一种或多种降解产物中至少一种为双(羟基乙基乙氧基)-脲(bheeu)。13.根据权利要求7所述的系统，其中所述一种或多种胺试剂选自：2-2-氨基乙氧基乙醇、单乙醇胺(mea)、二乙醇胺(dea)、二异丙醇胺(dipa)、三乙醇胺(tea)、甲基二乙醇胺(mdea)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(amp)、哌嗪(pz)和它们的组合物。14.根据权利要求7所述的系统，其中所述一种或多种酸性气体组分选自：二氧化碳(co2)、羰基硫(cos)、一氧化碳(co)、硫化氢(h2s)、二硫化碳(cs2)和它们的组合物。15.根据权利要求14所述的系统，其中所述蒸气输出物流还包含二氧化碳(co2)。
技术总结
一种回收系统和应用所述回收系统由包含一种或多种降解产物的流体中回收一种或多种胺试剂的方法，所述降解产物由一种或多种酸性气体组分与一种或多种胺试剂反应形成。气体组分与一种或多种胺试剂反应形成。气体组分与一种或多种胺试剂反应形成。
技术研发人员：
P
受保护的技术使用者：
亨斯迈石油化学有限责任公司
技术研发日：
2021.03.31
技术公布日：
2022/11/25
