Способ очистки газовых потоков от диоксида углерода

Способ очистки газовых потоков от диоксида углерода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области газохимии и может быть использовано для очистки газовых потоков от кислых примесей, в частности, углекислого газа.

Уровень техники

В основе предлагаемого способа удаления CO₂ из газовых потоков лежит процесс так называемой поташной очистки с применением аминов в качестве активаторов.

Процесс поташной очистки в общем случае состоит из двух основных стадий, а именно стадии сорбции углекислого газа поташным раствором и последующей стадии десорбции CO₂, поглощенного абсорбентом.

В качестве абсорбентов, как правило, применяют водные карбонатные растворы, активированные добавками алканоламинов и/или полиаминов. Среди алканоламинов наиболее распространенными и часто используемыми в промышленных процессах являются моноэтаноламин (МЭА), диэтаноламин (ДЭА), триэтаноламин (ТЭА), метилдиэтаноламин (МДЭА). В качестве полиаминов наиболее интересными являются пиперазин и достаточно большое число его производных, например, N-(2-гидроксизтил)пиперазин, N,N′-бис-(2-гидроксиэтил)-пиперазин, N-(2-аминоэтил)пиперазин и другие соединения данного класса, а также некоторые производные этилен-1,2-диамина. Известно применение и других веществ аминовой и алканоламинов природы, а также использование их смесей в качестве агентов, улучшающих процесс поташной очистки газовых потоков.

Из патентно-научной литературы, в которой обсуждается получение и изучение всевозможных абсорбентов и абсорбционных составов для улавливания CO₂, а также способов их применения, известно большое число технических решений. Среди них известны нанесение карбоната калия на специально подготовленный оксид алюминия, патент RU 2244586; использование добавки морфолина в смеси пиперазина, N-метилдиэтаноламина (МДЭА) и водного K₂CO₃, патент RU 2244587; разбиение абсорбции на 2 стадии с использованием первичного амина на первой стадии и смеси вторичного и третичного амина на второй стадии, патент RU 2252063; использование пиперазина и его производных в водном растворе K₂CO₃ (KHCO₃, K₂S, КОН), патент RU 2378039; использование смеси алканоламина с тиоалканолами в воде, патент RU 2397011; использование пиперазина и его производных в водной смеси с N-этилдиэтаноламином, патент RU 2402373; использование водной смеси МЭА с МДЭА, патент RU 2412745, патент US 4,971,718; использование водных смесей алканоламинов с (СН₃-СН(ОН)-CH₂)_x-NH_(2-x)-CH₂-CH₂-NH_(2-y)-(СН₂-СН(ОН)-СН₃)_y или (НО-СН₂-СН₂)_x-NH_(2-x)-CH₂-CH₂-NH_(2-y)-(СН₂-СН₂-ОН)_y, где х=1-2, y=0-1, патент RU 2416458, патент RU 2417823; использование водных смесей PZ с алканоламинами различной природы, в том числе с добавлением солей щелочных металлов (заявка ЕР 0224348, патент US 4,336,233, также опубликованный как СА 1090098, FR 2332049, NL 7612855, NL 188391, JP 52063171, GB 1560905, ES 453391, DE 2551717, CS 219323, BE 848483, AT 365942); патент RU 2417824, патент RU 2418618, патент RU 2423170; использование полиэтиленаминов, нанесенных на неорганический носитель, патент RU 2420352; использование водных смесей алканолэтилендиаминов 20-30% масс. (моноизопропанол-этилендиамин, диизопропанолэтилендиамин, моноэтанол-этилендиамин, диэтанолэтилендиамин) с диэтиленгликолем 65-75% масс., патент RU 2430771; использование водной смеси бутиламиноэтанола или 2-этиламиноэтанола 30-55% масс. с двумя аминосодержащими соединениями 1-30% масс. (PZ, МЭА, 1-(2-аминоэтил)пиперазин, 2-амино-2-метилпропанол, метилпиперазин, гидроксиэтил-пиперазин, и др.), патент RU 2446861; использование водной смеси МДЭА с N-метилмоноэтаноламином (ММЭА, патент US 5,246,619; использование водных растворов R₁R₂NCH₂CH(ОН)СН₂ОН, патент US 5,736,115; использование водной смеси МДЭА с H₂NCH₂CH₂OCH₂CH₂OH US 5,861,051; использование аминосилоксанов, заявка US 2011/0308390 А1; использование водной смеси пиперазина с К₂СО₃, заявка US 2012/0043501.

Карбонат калия и другие растворители обычно содержат в качестве промоторов ДЭА или другие реакционноспособные амины. Эти амины предусматриваются в каталитических количествах и используются для улучшения характеристик поглощения растворителя. Патенты, описывающие эти растворители и способы, включают в себя следующие источники: патент US 4,336,233, также опубликованный как СА 1090098, FR 2332049, NL 7612855, NL 188391, JP 52063171, GB 1560905, ES 453391, DE 2551717, CS 219323, BE 848483, AT 365942; патент US 4,094,967; патент US 4,112; патент US 4,217,237; А патент US 4,581,209; патент US 5,853,680; патент US 6,036,931; патент US 6,337,059; и патент US 6,416,568.

В патенте US 4,336,233, также опубликованный как СА 1090098, FR 2332049, NL 7612855, NL 188391, JP 52063171, GB 1560905, ES 453391, DE 2551717, CS 219323, BE 848483, AT 365942, который предусматривает систему растворителей, объединяющую МДЭА и пиперазин в качестве ускорителя поглощения, отмечается, что пиперазин может использоваться и сам по себе, в водной системе. Подобным же образом в патенте US 6,337,059 предлагается использовать систему растворителей с концентрацией пиперазина и МДЭА более чем 1 М, где повышенные концентрации пиперазина улучшают характеристики поглощения растворителя. Однако концентрация пиперазина, большая, чем 1,3 М, не используется, поскольку пиперазин выпадает из раствора в осадок в виде производных карбаматов. В дополнение к этому пиперазин является относительно летучим, что также может ограничивать его применимость в качестве единственного активатора.

Патент US 6,436,174 предлагает использовать систему растворителей, в которой определенные концентрации азотного гетероцикла, такого как пиперазин, могут использоваться в сочетании с одноатомным или многоатомным спиртом. При этом, в указанном патенте раскрывается, что растворимость азотного гетероцикла в присутствии одноатомного или многоатомного спирта, как правило, является значительно более высокой, чем растворимость одного лишь азотного гетероцикла.

В патенте RU 2244587 описан абсорбент CO₂, представляющий собой водный раствор, содержащий N-метилдиэтаноламин, пиперазин, карбонат калия и морфолин. Данное решение может быть применено для глубокой очистки газов от CO₂, в частности, при производстве водорода и аммиака. Согласно описанию патента RU 2244587, описанное в нем решение решает задачу снижения равновесного давления, а также увеличения скорость адсорбции углекислого газа (до 0,1 моля CO₂ на моль третичного амина) при низких степенях карбонизации без существенной деградации N-метилдиэтаноламина. Способ отличается от известных применением морфолина при следующем содержании компонентов в водном растворе (мас. %): N-метилдиэтаноламин, 35÷45; пиперазин, 2÷10; карбонат калия, 0,5÷3,0; морфолин, 0,1÷4,0. Однако недостатком данного способа, по всей видимости, является достаточно сложный компонентный состав абсорбирующего раствора, что наряду с различающейся летучестью его компонентов делает достаточно сложным поддержание постоянства состава абсорбента в процессе его промышленной эксплуатации. Более того, поточный количественный анализ каждого из компонентов при совместном присутствии с другими веществами, как аминовой природы, так и с карбонатной неорганической солью, будет являться малоразрешимой задачей для большинства промышленных объектов.

Патент RU 2402373 раскрывает способ рекуперации диоксида углерода, включающий стадию абсорбции CO₂ из газового потока абсорбирующим раствором и стадию регенерации абсорбирующей жидкости, обогащенной двуокисью углерода. Абсорбирующая жидкость представляет собой водный раствор амина, содержащий третичный алифатический аминоспирт и 0,5-20 мас. % промотора абсорбции диоксида углерода. Третичный алифатический аминоспирт может представлять собой N-этилдиэтаноламин, 2-(диметиламино)-этанол, 2-(диэтиламино)-этанол, 3-(диметиламино)-1-пропанол, 3-(диэтиламино)-1-пропанол, 1-(диметиламино)-2-пропанол, 2-(диизопропиламино)-этанол и другие соединения данного класса. В качестве промотора абсорбции двуокиси углерода используют пиперазин, 2-метилпиперазин, N-метилпиперазин, N-этилпиперазин, N-гидроксиэтилпиперазин, 1-(2-аминоэтил)пиперазин, пиперидин и морфолин. Основным недостатком данного изобретения, потенциально способным повлиять на широкую практическую применимость, может служить сравнительно большой расход азотсодержащих компонентов в условиях предлагаемых концентраций. Также в случае применения водных растворов с относительно большими концентрациями азотсодержащих веществ при осуществлении очистки газовых потоков от CO₂ может наблюдаться выпадение этих веществ в виде соответствующих производных карбаматов.

Патент RU 2418618 раскрывает способ приготовления смеси для получения абсорбента для удаления кислых газов из потоков жидкостей. Смеси имеют низкую температуру затвердевания и состоят по меньшей мере из одного алканоламина, пиперазина и воды. Общее содержание аминов в смеси - более 65% масс. Массовое соотношение алканоламина и пиперазина в смеси составляет от 1:7 до 28:1. Данный способ описывает лишь подготовительную стадию, не раскрывая особенностей процесса самой очистки газовых потоков от кислых примесей.

В патенте RU 2423170 описана абсорбирующая жидкость для улавливания CO₂ и H₂S, представляющая собой водный раствор смеси двух аминовых компонентов, первый из которых может являться аминоспиртом общей формулы R₁R₂N-C_xH_y-OH, общей формулы R₁R₂N-C_xH_y-СООН или общей формулы R₁R₂N-C_xH_y-NR₃R₄, где х в связующей группе C_xH_y может быть равен от 1 до 5, а заместители R₁, R₂, R₃, R₄ представляют собой C_iH_jO_kN_l (где i=0÷10, j=1-21, k=0÷5, l=0÷5). Этому широкому кругу азотсодержащих соединений удовлетворят такие часто применяемые для абсорбции CO₂ вещества, как моноэтаноламин, диэтаноламин и др. В качестве второго компонента абсорбирующей жидкости также заявлен очень широкий круг азотсодержащих соединений, как циклического, так и нециклического строения, например, всевозможные соединения пиперазина, этилендиамина, другие полиамины. Общее содержание аминовых компонентов в абсорбирующей жидкости может лежать в пределах от 30 до 90% масс. Основным отличием данного изобретения от настоящего способа является применение водных растворов аминов без применения солей щелочных металлов.

В заявке на патент RU 2010127268 описана улучшенная промотором система на основе охлажденного аммиака и способ удаления CO₂ из потока дымового газа. В качестве промотора авторами заявки используется ферментная система, содержащая пиперазин. Одним из возможных недостатков данного способа является проблема получения ферментной системы постоянного состава и сложности, связанные с реализацией поточного количественного анализа компонентов абсорбента.

В заявках на патенты RU 2010128899 и RU 2010128904 приведена система и способ регенерации раствора обогащенного абсорбента, включающего химический растворитель, выбранный из группы, содержащей моноэтаноламин, диэтаноламин, диизопропаноламин, N-метилэтаноламин, триэтаноламин, N-метилдиэтаноламин, пиперазин, N-метилпиперазин, N-гидроксиэтилпиперазин, 2-амино-2-метил-1-пропанол, 2-(2-аминоэтокси)этанол, 2-(2-трет-бутиламино-пропокси)этанол, 2-(2-трет-бутиламино-этокси)этанол, 2-(2-трет-амиламино-этокси)этанол, 2-(2-изопропиламинопропокси)этанол или 2-(2-(1-метил-1-этилпропиламино)-этокси)этанол. Также абсорбент может содержать аммиак. Отличие данного решения состоит в применении растворов, не содержащих солей щелочных металлов.

В заявке RU 2010149297 описан абсорбирующий раствор для очистки газовых потоков от кислых газов, состоящий из активного состава и среды для его растворения, где активный состав представляет собой смесь по меньшей мере двух компонент А и В, а его концентрация составляет от 5 до 50% от общего веса раствора. Компонента А представляет собой соединение, содержащее как минимум одну пептидную связь -NH-C(O)-, а компонента В представляет собой какую-либо аминокислоту либо сульфоаминокислоту. Смесь дополнительно может содержать (поли)алкил-, (поли)фенилзамещенный либо незамещенный пиперазин. Основным отличием данного способа является применение раствора, основными действующими веществами в котором являются пептиды и аминокислоты. Более того, способ не предполагает применения поташных растворов.

Авторы решения, описанного в US 4336233, показывают перспективность и эффективность способа для улавливания двуокиси углерода из газовых потоков за счет использования водных растворов смеси какого-либо алканоламина, например, диэтаноламина, и полиамина, в частности, пиперазина. При этом, в описании патента US 4336233 присутствует упоминание об использовании водных растворов, содержащих соль щелочного металла. Тем не менее, в примерах авторы указанного решения не приводят информации об использовании в качестве абсорбирующей системы водных растворов аминов, содержащих также соль щелочного металла. Также в описании указанного решения нет конкретных данных о расходовании каждого из компонентов данных растворов для улавливания CO₂ либо данных об уносе аминов из системы в процессе длительной промышленной эксплуатации.

Наиболее близким по своей сути к заявляемому в настоящей заявке способу очистки газовых потоков от углекислого газа является подход, изложенный в патенте RU 2378039. В указанном документе описано использование всевозможных композиций полиамин/щелочная соль для удаления углекислого газа из газовых потоков. В роли полиаминов также выступают пиперазин и его разнообразные производные, такие как аминоэтилпиперазин, гидроксиэтилпиперазин, 3-(3-пирролидил)пиперидин, 2-(3-пирролидил)пиперазин, 3-(3-пиперидил)-пиперидин, 3-(2-пиперазинил)пиперидин или 2-(2-пиперазинил)пиперазин. Также авторами заявлено использование в качестве полиаминов этилендиамина, диметилэтилендиамина, пиразолидина, имидазолидина, 2-(2-пирролидил)пирролидина, 2-(2-имидазолидил)-имидазолидина. Под щелочной солью понимают, главным образом, карбонат лития, натрия или калия, бикарбонатную соль. При этом компоненты абсорбента используются в следующих концентрациях: соль щелочного металла - 3,6-5 М, полиамин - 0,6-3,6 М.

Существенным недостатком указанного способа является использование больших количеств полиамина наряду с высокой концентрацией соли щелочного металла в абсорбенте. Это в свою очередь приведет к большим потерям амина в случае реализации такого способа в промышленных масштабах. Кроме того, высокая концентрация полиамина и соли щелочного металла может привести к кристаллизации абсорбента в технологических узлах промышленного оборудования, в которых температура ниже рабочих температур колонн абсорбции и десорбции, например в трубопроводах.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является разработка технологичного и эффективного способа очистки газовых потоков от присутствующих в них кислых примесей, таких как диоксид углерода, сероводород и др. Газовый поток, который может быть очищен заявленным способом, может представлять собой природный газ, топочный газ, контактный газ, газообразный водород, отходящие технологические газы и др.

Технический результат заключается в стабильном снижении содержания CO₂ в очищаемом газовом потоке наряду с сохранением качественных характеристик абсорбента в процессе его длительной промышленной эксплуатации.

Основное отличие предлагаемого способа от предлагаемых ранее решений заключается в периодической подпитке системы легколетучим полиамином, что позволяет, с одной стороны, достигать меньшего содержания двуокиси углерода в газовом потоке по сравнению с применением только алканоламина в качестве активатора поташной очистки, с другой стороны, постоянное присутствие в системе более легколетучего полиамина позволяет существенно снизить унос из абсорбента менее летучего активатора, в качестве которого применяется алканоламин.

Основными стадиями процесса являются сорбция CO₂ из потока очищаемого газа посредством приведения потока очищаемого газа в контакт с потоком абсорбента, представляющим собой водный раствор, содержащий, по меньшей мере, одну соль, по меньшей мере, одного щелочного металла, по меньшей мере, один алканоламин, и, по меньшей мере, один легколетучий полиамин, имеющий температуру кипения не менее, чем на 100°C ниже, чем температура кипения используемого алканоламина, и получение тем самым потока очищенного газа, в котором концентрация CO₂ снижена по сравнению с исходным газом, и потока абсорбента, насыщенного CO₂, и десорбция поглощенного CO₂.

Таким образом, заявленное изобретение касается способа очистки газового потока, включающего стадии, на которых:

а) предоставляют газовый поток, содержащий углекислый газ;

б) предоставляют поток абсорбента, содержащего, по меньшей мере, одну соль, по меньшей мере, одного щелочного металла или гидроксид, по меньшей мере, одного щелочного металла и, по меньшей мере, один полиамин;

в) приводят в контакт указанные газовый поток и поток абсорбента в условиях, достаточных для обеспечения абсорбции углекислого газа, содержащегося в указанном газовом потоке, указанным абсорбентом;

г) разделяют очищенный газовый поток и поток абсорбента, насыщенного углекислым газом;

д) осуществляют регенерацию абсорбента посредством десорбции углекислого газа;

е) рециркулируют поток регенерированного абсорбента на стадию б),

отличающийся тем, что поток абсорбента, используемый на стадии б), дополнительно содержит, по меньшей мере, один алканоламин, причем полиамин, содержащийся в абсорбенте, имеет температуру кипения не менее чем на 100°C ниже, чем температура кипения используемого алканоламина, и при этом абсорбент периодически подпитывают указанным полиамином.

Для реализации способа могут применяться установки любой конструкции, приемлемые для осуществления процесса поташной очистки, такие как раскрытые, например, в WO 2007093615, RU 2369428.

Принципиальная схема типичной установки поташной очистки, пригодной для осуществления заявленного способа, показана в общем виде на Фигуре 1.

Согласно настоящему способу абсорбирующий раствор содержит воду, как минимум одну соль щелочного металла, как минимум одно соединение класса алканоламинов и как минимум одно соединение класса полиаминов. Необязательно, абсорбент может содержать и другие вспомогательные вещества, например, ингибиторы коррозии, антивспенивающие агенты и т.д.

В качестве солей щелочных металлов возможно, хотя и не ограничиваясь приведенным далее списком, использовать карбонат калия, гидрокарбонат калия, карбонат натрия, карбонат натрия, карбонат лития, гидрокарбонат лития, смеси двух и более солей указанных соединений. Предпочтительным является применение карбоната и/или гидрокарбоната калия. При этом внесение данных соединений в абсорбент может осуществляться как за счет добавления этих солей в систему в твердом виде либо в виде водных растворов, так и за счет подпитки абсорбента гидроксидом щелочного металла, который в результате контакта с углекислым газом образует соответствующую соль щелочного металла, например, гидроксидом калия, гидроксидом натрия, гидроксидом лития или их смесью. В данном варианте предпочтительным является использование гидроксида калия.

Общая концентрация солей щелочных металлов или гидроксидов щелочных металлов в абсорбенте может находиться в интервале от 10 до 40 мас. %, в других вариантах осуществления концентрация щелочных металлов в абсорбенте может находиться в интервале от 10 до 35 мас. %, или в интервале от 10 до 30 мас. %, или в интервале от 10 до 2 5 мас. %, или в интервале от 10 до 20 мас. %, или в интервале от 10 до 15 мас. %, или в интервале от 15 до 35 мас. %, или в интервале от 15 до 30 мас. %, или в интервале от 15 до 25 мас. %, или в интервале от 15 до 20 мас. %, или в интервале от 20 до 35 мас. %, или в интервале от 20 до 30 мас. %, или в интервале от 20 до 25 мас. %, однако предпочтительной является концентрация, лежащая в пределах от 15 до 30 мас. %, наиболее предпочтительной является концентрация в пределах от 20 до 25 мас. % или в пределах от 24 до 25 мас. %. Повышение концентрации солей выше указанных пределов будет приводить к нарушению гомогенности абсорбента. В свою очередь, понижение концентрации солей ниже указанных пределов приведет к существенному снижению эффективности процесса очистки.

В качестве алканоламина предпочтительно применение диэтаноламина (ДЭА), моноэтаноламина (МЭА), триэтаноламина (ТЭА), метилдиэтаноламина (МДЭА), однако наиболее предпочтительным является использование диэтаноламина или метилдиэтаноламина вследствие сочетания наиболее высокой активности с наименее выраженной коррозионной активностью.

В качестве легколетучего полиамина можно использовать полиамины, имеющие температуру кипения не менее чем на 100°C ниже, чем температура кипения используемого алканоламина такие как пиперазин, этилендиамин, N-метилпиперазин, N-этилпиперазин, 3,5-диметилпиперазин, 3,6-диметилпиперазин, имидазолидин, пиразолидин и др., предпочтительно незамещенный пиперазин.

Содержание аминов в абсорбенте подбирается таким образом, чтобы их количество было достаточным для обеспечения наиболее эффективного протекания процесса очистки, но не превышало количеств, при котором будет слишком сильно выражен их унос из абсорбента с газовым потоком.

Содержание алканоламинов в абсорбенте может быть варьировано от 0,01 до 5 мас. %, в некоторых вариантах осуществления содержание алканоламинов может составлять от 0,01 до 4,5 мас. %, или от 0,01 до 4,0 мас. %, или от 0,01 до 3,5 мас. % или, от 0,01 до 3,0 мас. %, или от 0,01 до 2,5 мас. %, или от 0,01 до 2,0 мас. %, или от 0,01 до 1,5 мас. %, или от 0,01 до 1,0 мас. %, или от 0,01 до 0,5 мас. %, или от 0,01 до 0,1 мас. %, или от 0,1 до 5,0 мас. %, или от 0,1 до 4,5 мас. %, или от 0,1 до 4,0 мас. %, или от 0,1 до 3,5 мас. %, или от 0,1 до 3,0 мас. %, или от 0,1 до 2,5 мас. %, или от 0,1 до 2,0 мас. %, или от 0,1 до 1,5 мас. %, или от 0, 1 до 1,0 мас. %, или от 0,1 до 0,5 мас. %, или от 0,5 до 5,0 мас. %, или от 0,5 до 4,5 мас. %, или от 0,5 до 4,0 мас. %, или от 0,5 до 3,5 мас. %, или от 0,5 до 3,0 мас. %, или от 0,5 до 2,5 мас. %, или от 0,5 до 2,0 мас. %, или от 0,5 до 1,5 мас. %, или от 0,5 до 1,0 мас. %, или от 1,0 до 5,0 мас. %, или от 1,0 до 4,5 мас. %, или от 1,0 до 4,0 мас. %, или от 1,0 до 3,5 мас. %, или от 1,0 до 3,0 мас. %, или от 1,0 до 2,5 мас. %, или от 1,0 до 2,0 мас. %, или от 1,0 до 1,5 мас. %, или от 1,5 до 5,0 мас. %, или от 1,5 до 4,5 мас. %, или от 1,5 до 4,0 мас. %, или от 1,5 до 3,5 мас. %, или от 1,5 до 3,0 мас. %, или от 1,5 до 2,5 мас. %, или от 1,5 до 2,0 мас. %, или от 2,0 до 5,0 мас. %, или от 2,0 до 4,5 мас. %, или от 2,0 до 4,0 мас. %, или от 2,0 до 3,5 мас. %, или от 2,0 до 3,0 мас. %, или от 2,0 до 2,5 мас. %, или от 2,5 до 5,0 мас. %, или от 2,5 до 4,5 мас. %, или от 2,5 до 4,0 мас. %, или от 2,5 до 3,5 мас. %, или от 2,5 до 3,0 мас. %, или от 3,0 до 5,0 мас. %, или от 3,0 до 4,5 мас. %, или от 3,0 до 4,0 мас. %, или от 3,0 до 3,5 мас. %, или от 3,5 до 5,0 мас. %, или от 3,5 до 4,5 мас. %, или от 3,5 до 4,0 мас. %, или от 4,0 до 5,0 мас. %, или от 4,0 до 4,5 мас. %, или от 4,5 до 5,0 мас. %, предпочтительная концентрация лежит в пределах от 0,1 до 2,5 мас. %, наиболее предпочтительно от 0,5 до 2 мас. %.

Содержание высоколетучих полиаминов в системе может лежать в пределах от 0,01 до 5 мас. %, в некоторых вариантах осуществления содержание легколетучих полиаминов может составлять от 0,01 до 4,5 мас. %, или от 0,01 до 4,0 мас. %, или от 0,01 до 3,5 мас. % или, от 0,01 до 3,0 мас. %, или от 0,01 до 2,5 мас. %, или от 0,01 до 2,0 мас. %, или от 0,01 до 1,5 мас. %, или от 0,01 до 1,0 мас. %, или от 0,01 до 0,5 мас. %, или от 0,01 до 0,1 мас. %, или от 0,1 до 5,0 мас. %, или от 0,1 до 4,5 мас. %, или от 0,1 до 4,0 мас. %, или от 0,1 до 3,5 мас. %, или от 0,1 до 3,0 мас. %, или от 0,1 до 2,5 мас. %, или от 0,1 до 2,0 мас. %, или от 0,1 до 1,5 мас. %, или от 0, 1 до 1,0 мас. %, или от 0,1 до 0,5 мас. %, или от 0,5 до 5,0 мас. %, или от 0,5 до 4,5 мас. %, или от 0,5 до 4,0 мас. %, или от 0,5 до 3,5 мас. %, или от 0,5 до 3,0 мас. %, или от 0,5 до 2,5 мас. %, или от 0,5 до 2,0 мас. %, или от 0,5 до 1,5 мас. %, или от 0,5 до 1,0 мас. %, или от 1,0 до 5,0 мас. %, или от 1,0 до 4,5 мас. %, или от 1,0 до 4,0 мас. %, или от 1,0 до 3,5 мас. %, или от 1,0 до 3,0 мас. %, или от 1,0 до 2,5 мас. %, или от 1,0 до 2,0 мас. %, или от 1,0 до 1,5 мас. %, или от 1,5 до 5,0 мас. %, или от 1,5 до 4,5 мас. %, или от 1,5 до 4,0 мас. %, или от 1,5 до 3,5 мас. %, или от 1,5 до 3,0 мас. %, или от 1,5 до 2,5 мас. %, или от 1,5 до 2,0 мас. %, или от 2,0 до 5,0 мас. %, или от 2,0 до 4,5 мас. %, или от 2,0 до 4,0 мас. %, или от 2,0 до 3,5 мас. %, или от 2,0 до 3,0 мас. %, или от 2,0 до 2,5 мас. %, или от 2,5 до 5,0 мас. %, или от 2,5 до 4,5 мас. %, или от 2,5 до 4,0 мас. %, или от 2,5 до 3,5 мас. %, или от 2,5 до 3,0 мас. %, или от 3,0 до 5,0 мас. %, или от 3,0 до 4,5 мас. %, или от 3,0 до 4,0 мас. %, или от 3,0 до 3,5 мас. %, или от 3,5 до 5,0 мас. %, или от 3,5 до 4,5 мас. %, или от 3,5 до 4,0 мас. %, или от 4,0 до 5,0 мас. %, или от 4,0 до 4,5 мас. %, или от 4,5 до 5,0 мас. %, однако предпочтительным является предел содержания от 0,1 до 2,5 мас. %, более предпочтительно от 0,5 до 2 мас. %, наиболее предпочтительно от 0,15 до 2,0 мас. %.

Содержание воды в абсорбенте определяется массовым содержанием других компонентов абсорбента и составляет остальное количество, необходимое для обеспечения 100% композиции. В общем случае содержание воды в абсорбенте составляет не менее 60 мас. %.

Температура раствора на стадии его контакта с очищаемым газовым потоком может находиться в пределах от 20 до 120°C, или в пределах от 20 до 115°C, или в пределах от 20 до 110°C, или в пределах от 20 до 105°C, или от 20 до 100°C, или от 20 до 95°C, или от 20 до 90°C, или от 20 до 85°C, или от 20 до 80°C, или от 20 до 75°C, или от 20 до 70°C, или от 20 до 65°C, или от 20 до 60°C, или от 20 до 55°C, или от 20 до 50°C, или от 20 до 45°C, или от 20 до 40°C, или от 20 до 35°C, или от 20 до 30°C, или от 25 до 120°C, или в пределах от 25 до 115°C, от 25 до 110°C, или в пределах от 25 до 105°C, или от 25 до 100°C, или от 25 до 95°C, или от 25 до 90°C, или от 25 до 85°C, или от 25 до 80°C, или от 25 до 75°C, или от 25 до 70°C, или от 25 до 65°C, или от 25 до 60°C, или от 25 до 55°C, или от 25 до 50°C, или от 25 до 45°C, или от 25 до 40°C, или от 25 до 35°C, или от 25 до 30°C, или от 30 до 120°C, или в пределах от 30 до 115°C, от 30 до 110°C, или в пределах от 30 до 105°C, или от 30 до 100°C, или от 30 до 95°C, или от 30 до 90°C, или от 30 до 85°C, или от 30 до 80°C, или от 30 до 75°C, или от 30 до 70°C, или от 30 до 65°C, или от 30 до 60°C, или от 30 до 55°C, или от 30 до 50°C, или от 30 до 45°C, или от 30 до 40°C, или от 30 до 35°C, или от 35 до 120°C, или в пределах от 35 до 115°C, от 35 до 110°C, или в пределах от 35 до 105°C, или от 35 до 100°C, или от 35 до 95°C, или от 35 до 90°C, или от 35 до 85°C, или от 35 до 80°C, или от 35 до 75°C, или от 35 до 70°C, или от 35 до 65°C, или от 35 до 60°C, или от 35 до 55°C, или от 35 до 50°C, или от 35 до 45°C, или от 35 до 40°C, или от 40 до 120°C, или в пределах от 40 до 115°C, от 40 до 110°C, или в пределах от 40 до 105°C, или от 40 до 100°C, или от 40 до 95°C, или от 40 до 90°C, или от 40 до 85°C, или от 40 до 80°C, или от 40 до 75°C, или от 40 до 70°C, или от 40 до 65°C, или от 40 до 60°C, или от 40 до 55°C, или от 40 до 50°C, или от 40 до 45°C, или от 50 до 120°C, или в пределах от 50 до 115°C, от 50 до 110°C, или в пределах от 50 до 105°C, или от 50 до 100°C, или от 50 до 95°C, или от 50 до 90°C, или от 50 до 85°C, или от 50 до 80°C, или от 50 до 75°C, или от 50 до 70°C, или от 50 до 65°C, или от 50 до 60°C, или от 50 до 55°C, или от 55 до 120°C, или в пределах от 55 до 115°C, от 55 до 110°C, или в пределах от 55 до 105°C, или от 55 до 100°C, или от 55 до 95°C, или от 55 до 90°C, или от 55 до 85°C, или от 55 до 80°C, или от 55 до 75°C, или от 55 до 70°C, или от 55 до 65°C, или от 55 до 60°C, или от 60 до 120°C, или в пределах от 60 до 115°C, от 60 до 110°C, или в пределах от 60 до 105°C, или от 60 до 100°C, или от 60 до 95°C, или от 60 до 90°C, или от 60 до 85°C, или от 60 до 80°C, или от 60 до 75°C, или от 60 до 70°C, или от 60 до 65°C, или от 65 до 120°C, или в пределах от 65 до 115°C, от 65 до 110°C, или в пределах от 65 до 105°C, или от 65 до 100°C, или от 65 до 95°C, или от 65 до 90°C, или от 65 до 85°C, или от 65 до 80°C, или от 65 до 75°C, или от 65 до 70°C, или от 70 до 120°C, или в пределах от 70 до 115°C, от 70 до 110°C, или в пределах от 70 до 105°C, или от 70 до 100°C, или от 70 до 95°C, или от 70 до 90°C, или от 70 до 85°C, или от 70 до 80°C, или от 70 до 75°C, или от 75 до 120°C, или в пределах от 75 до 115°C, от 75 до 110°C, или в пределах от 75 до 105°C, или от 75 до 100°C, или от 75 до 95°C, или от 75 до 90°C, или от 75 до 85°C, или от 75 до 80°C, или от 80 до 120°C, или в пределах от 80 до 115°C, от 80 до 110°C, или в пределах от 80 до 105°C, или от 80 до 100°C, или от 80 до 95°C, или от 80 до 90°C, или от 80 до 85°C, или от 85 до 120°C, или в пределах от 85 до 115°C, от 85 до 110°C, или в пределах от 85 до 105°C, или от 85 до 100°C, или от 85 до 95°C, или от 85 до 90°C, или от 90 до 120°C, или в пределах от 90 до 115°C, от 90 до 110°C, или в пределах от 90 до 105°C, или от 90 до 100°C, или от 90 до 95°C, или от 95 до 120°C, или в пределах от 95 до 115°C, от 95 до 110°C, или в пределах от 95 до 105°C, или от 95 до 100°C, или от 100 до 120°C, или в пределах от 100 до 115°C, от 100 до 110°C, или в пределах от 100 до 105°C, или от 105 до 120°C, или в пределах от 105 до 115°C, от 105 до 110°C, или от 110 до 120°C, или в пределах от 110 до 115°C, или от 115 до 120°C предпочтительно от 25 до 100°C, наиболее предпочтительно от 30 до 80°C.

Температура на стадии десорбции поглощенной двуокиси углерода может находиться в пределах от 60 до 150°C, или в пределах от 60 до 145°C, или от 60 до 140°C, или от 60 до 135°C, или от 60 до 130°C, или от 60 до 125°C, или от 60 до 120°C, или в пределах от 60 до 115°C, от 60 до 110°C, или в пределах от 60 до 105°C, или от 60 до 100°C, или от 60 до 95°C, или от 60 до 90°C, или от 60 до 85°C, или от 60 до 80°C, или от 60 до 75°C, или от 60 до 70°C, или от 60 до 65°C, или от 65 до 150°C, или от 65 до 145°C, или от 65 до 140°C, или от 65 до 135°C, или от 65 до 130°C, или от 65 до 125°C, от 65 до 120°C, от 65 до 120°C, или в пределах от 65 до 115°C, от 65 до 110°C, или в пределах от 65 до 105°C, или от 65 до 100°C, или от 65 до 95°C, или от 65 до 90°C, или от 65 до 85°C, или от 65 до 80°C, или от 65 до 75°C, или от 65 до 70°C, или от 70 до 150°C, или от 70 до 145°C, или от 70 до 140°C, или от 70 до 135°C, или от 70 до 130°C, или от 70 до 125°C, или от 70 до 120°C, или в пределах от 70 до 115°C, от 70 до 110°C, или в пределах от 70 до 105°C, или от 70 до 100°C, или от 70 до 95°C, или от 70 до 90°C, или от 70 до 85°C, или от 70 до 80°C, или от 70 до 75°C, или от 75 до 150°C, или от 75 до 145°C, или от 75 до 140°C, или от 75 до 135°C, или от 75 до 130°C, или от 75 до 125°C, или от 75 до 120°C, или в пределах от 75 до 115°C, от 75 до 110°C, или в пределах от 75 до 105°C, или от 75 до 100°C, или от 75 до 95°C, или от 75 до 90°C, или от 75 до 85°C, или от 75 до 80°C, или от 80 до 150°C, или от 80 до 145°C, или от 80 до 140°C, или от 80 до 135°C, или от 80 до 130°C, или от 80 до 125°C, или от 80 до 120°C, или в пределах от 80 до 115°C, от 80 до 110°C, или в пределах от 80 до 105°C, или от 80 до 100°C, или от 80 до 95°C, или от 80 до 90°C, или от 80 до 85°C, или от 85 до 150°C, или от 85 до 145°C, или от 85 до 140°C, или от 85 до 135°C, или от 85 до 130°C, или от 85 до 125°C, или от 85 до 120°C, или в пределах от 85 до 115°C, от 85 до 110°C, или в пределах от 85 до 105°C, или от 85 до 100°C, или от 85 до 95°C, или от 85 до 90°C, или от 90 до 150°C, или от 90 до 145°C, или от 90 до 140°C, или от 90 до 135°C, или от 90 до 130°C, или от 90 до 125°C, или от 90 до 120°C, или в пределах от 90 до 115°C, от 90 до 110°C, или в пределах от 90 до 105°C, или от 90 до 100°C, или от 90 до 95°C, или от 95 до 150°C, или от 95 до 145°C, или от 95 до 140°C, или от 95 до 135°C, или от 95 до 130°C, или от 95 до 125°C, или от 95 до 120°C, или в пределах от 95 до 115°C, от 95 до 110°C, или в пределах от 95 до 105°C, или от 95 до 100°C, или от 100 до 150°C, или от 100 до 145°C, или от 100 до 140°C, или от 100 до 135°C, или от 100 до 130°C, или от 100 до 125°C, или от 100 до 120°C, или в пределах от 100 до 115°C, от 100 до 110°C, или в пределах от 100 до 105°C, или от 105 до 150°C, или от 105 до 145°C, или от 105 до 140°C, или от 105 до 135°C, или от 105 до 130°C, или от 105 до 125°C, или от 105 до 120°C, или в пределах от 105 до 115°C, от 105 до 110°C, или от 110 до 150°C, или от 110 до 145°C, или от 110 до 140°C, или от 110 до 135°C, или от 110 до 130°C, или от 110 до 125°C, или от 110 до 120°C, или в пределах от 110 до 115°C, или от 115 до 150°C, или от 115 до 145°C, или от 115 до 140°C, или от 115 до 135°C, или от 115 до 130°C, или от 115 до 125°C, или от 115 до 120°C, или от 120 до 150°C, или от 120 до 145°C, или от 120 до 140°C, или от 120 до 135°C, или от 120 до 130°C, или от 120 до 125°C, или от 125 до 150°C, или от 125 до 145°C, или от 125 до 140°C, или от 125 до 135°C, или от 125 до 130°C, или от 130 до 150°C, или от 130 до 145°C, или от 130 до 140°C, или от 130 до 135°C, или от 140 до 150°C, или от 140 до 145°C, или от 145 до 150°C, предпочтительно от 80 до 130°C, наиболее предпочтительно от 90 до 120°C.

Очевидно, что температурный режим на стадиях сорбции и десорбции определяется составом абсорбента, содержанием каждого из компонентов, входящими в его состав, скоростью циркуляции абсорбента, объемом газового потока на очистку от CO₂, а также давлением как на стадиях сорбции, так и десорбции диоксида углерода.

Стадия сорбции предпочтительно проводится при повышенном давлении в пределах до 25 бар (изб.), например, в интервале давлений от 1 до 25 бар (изб.), или 1 до 20 бар (изб.), или от 1 до 15 бар (изб.), или от 1 до 10 бар (изб.), или от 1 до 5 бар (изб.), или от 1 до 2 бар (изб.), или от 2 до 25 бар (изб.), или 2 до 20 бар (изб.), или от 2 до 15 бар (изб.), или от 2 до 10 бар (изб.), или от 2 до 5 бар (изб.), или от 5 до 25 бар (изб.), или 5 до 20 бар (изб.), или от 5 до 15 бар (изб.), или от 5 до 10 бар (изб.), или от 10 до 25 бар (изб.), или 10 до 20 бар (изб.), или от 10 до 15 бар (изб.), или от 15 до 25 бар (изб.), или 15 до 20 бар (изб.), или от 20 до 25 бар (изб.), однако наиболее предпочтительным интервалом является диапазон от 2 до 20 бар (изб.), наиболее предпочтительно от 5 до 15 бар. (изб). Давление на стадии десорбции также может изменяться в достаточно широких пределах, от 0 до 20 бар (изб.), или от 0 до 15 бар (изб.), или от 0 до 10 бар (изб.), или от 0 до 5 бар (изб.), или от 0 до 2 бар (изб.), или 2 до 20 бар (изб.), или от 2 до 15 бар (изб.), или от 2 до 10 бар (изб.), или от 2 до 5 бар (изб.), или 5 до 20 бар (изб.), или от 5 до 15 бар (изб.), или от 5 до 10 бар (изб.), или 10 до 20 бар (изб.), или от 10 до 15 бар (изб.), предпочтительно от 0 до 10 бар (изб.), наиболее предпочтительно от 0 до 5 бар (изб.), однако в общем случае оно должно меньшим, чем на стадии сорбции CO₂.

Как отмечалось выше, присутствие в составе абсорбента легколетучего полиамина с температурой кипения не менее чем на 100°C ниже, чем температура кипения используемого алканоламина и периодическая подпитка абсорбента этим компонентом позволяет в течение длительного времени удерживать в системе менее летучие азотсодержащие компоненты, в частности, диэтаноламин.

Согласно раскрываемому способу, для повышения эффективности поташной очистки газовых потоков от диоксида углерода требуется обеспечить постоянное присутствие пиперазина в циркулирующем абсорбенте. Это достигается за счет периодической подпитки системы данным реагентом. В данном случае унос из системы менее летучего алканоламинового компонента минимизируется и в ряде случаев остается практически неизменным в течение как минимум 1 месяца в условиях постоянной промышленной эксплуатации установки. Также существенно снижается расход соли щелочного металла.

Загрузка полиамина в систему осуществляется таким образом, чтобы состав циркулирующего абсорбента в ходе эксплуатации установки оставался на постоянном уровне. Конкретные расходные нормы зависят от объема очищаемого газового потока, концентрации в нем углекислого газа, состава абсорбента, температурных режимов работы колонн сорбции и десорбции, других параметров работы установки, ее конструкции и могут быть определены специалистом в данной области на основании общих знаний без излишней изобретательской деятельности для каждого конкретного случая.

С целью поддержания более или менее постоянного состава циркулирующего абсорбента и достижения большей эффективности процесса поташной очистки предпочтительной является загрузка полиамина, характеризующегося температурой кипения не менее чем на 100°C ниже, чем температура кипения используемого алканоламина, в систему с периодичностью не менее одного раза в 15 суток, или не менее одного раза в 10 суток, или не менее одного раза в 9 суток, или не менее одного раза в 8 суток, или не менее одного раза в 7 суток, или не менее одного раза в 6 суток, или не менее одного раза в 5 суток, или не менее одного раза в 4 суток, или не менее одного раза в 3 суток, или не менее одного раза в 2 суток, или не менее одного раза в сутки, предпочтительно один раз в 2-10 суток, наиболее предпочтительно один раз в 3-7 суток в количестве, составляющем не менее 1/100-1 м.ч., предпочтительно 1/50-1 м.ч., наиболее предпочтительно 1/20-1/5 м.ч. от массового содержания циркулирующего в системе алканоламина. Конкретные расходные нормы зависят от объема очищаемого газового потока, концентрацией в нем углекислого газа, составом абсорбента, температурными режимами работы колонн сорбции и десорбции, другими параметрами работы установки, ее конструкцией и могут быть определены специалистом в данной области на основании общих знаний без излишней изобретательской деятельности для каждого конкретного случая, исходя из необходимости поддерживать постоянной концентрацию легколетучего полиамина в циркулирующем абсорбенте. Предпочтительно, количество легколетучего полиамина, подлежащее загрузке в систему для подпитки, определяется, исходя из текущего содержания полиамина в абсорбенте таким образом, чтобы поддерживать по существу постоянную изначально заданную концентрацию полиамина в абсорбенте.

Загрузка полиамина в систему может осуществляться любым способом. Например, когда в качестве полиамина используется пиперазин, он может загружаться в виде расплава гидрата пиперазина (содержание основного вещества 60-70 ма