BR112012009818B1

BR112012009818B1 - método para recuperar dióxido de carbono (co2) de uma corrente de gás

Info

Publication number: BR112012009818B1
Application number: BR112012009818-7A
Authority: BR
Inventors: Grigorrii Lev Soloveichik; Benjamin Rue Wood; Robert James Perry; Sarah Elizabeth Genovese
Original assignee: Air Products And Chemicals, Inc.
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2021-05-04
Also published as: BR112012009818A2; US8647413B2; AU2010313723A1; JP5726198B2; EP2493592A1; AU2010313723B2; US20110100217A1; JP2013509293A; CN102665859A; CN102665859B; WO2011053390A1

Abstract

MÉTODO PARA RECUPERAR DIÓXIDO DE CARBONO (CO 2 ) DE UMA CORRENTE DE GÁS E APARELHO PARA RECUPERAR DIÓXIDO DE CARBONO (CO 2 ) DE UMA CORRENTE DE GÁS Trata-se de um método para recuperar dióxido de carbono (CO2) de uma corrente de gás. O método inclui a etapa de reagir CO2 na corrente de gás com gotículas finas de um absorvente líquido, com a finalidade de formar um material sólido ao qual o CO2 é ligado. O material sólido é, então, transportado para um sítio de desorção, onde é aquecido, para liberar gás CO2 substancialmente puro. O gás CO2 pode, então, ser coletado e usado ou transportado de qualquer maneira desejada. Um aparelho relacionado para recuperar dióxido de carbono (CO2) de uma corrente de gás também é revelado na presente invenção.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] Esta invenção refere-se geralmente a processos para capturar dióxido de carbono (CO2) a partir de correntes de gás que contêm uma mistura de constituintes.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A emissão de dióxido de carbono na atmosfera de fontes industriais tais como estações de força é considerada, no presente, como sendo uma causa principal do “efeito estufa”, que contribui para o aquecimento global. Em resposta, são feitos esforços tremendos para reduzir as emissões de CO2. Muitos processos diferentes foram desenvolvidos na tentativa de realizar essa tarefa. Os exemplos incluem permeação de membrana inorgânica e polimérica; remoção de CO2 por adsorventes tais como peneiras moleculares; separação criogênica; e depuração com um solvente que é quimicamente reativo com CO2, ou que tem uma afinidade física com gás.

[003] Uma técnica tem recebido muita atenção para remover CO2 de correntes de gás de chaminé, por exemplo, gás de exaustão produzido em estações de força. Nessa técnica, a monoetanolamina aquosa (MEA) ou aminas impedidas como metildietanolamina (MDEA) e 2-amino-2-metil-1-propanol (AMP) são empregadas como os solventes em um processo de regeneração do tipo absorção/remoção. A técnica tem sido usada comercialmente para captura de CO2 de estações de força alimentadas por carvão e turbinas de gás.

[004] Existem certamente vantagens consideráveis inerentes nos processos de absorção baseados em MEA e amina. Entretanto, inúmeras deficiências podem estar prevenindo a adoção mais ampla desse tipo de tecnologia. Por exemplo, o processo pode resultar algumas vezes em aumentos consideráveis na viscosidade do absorvente líquido, que podem ocasionar entupimento de tubulações. Para evitar esse problema, a concentração de MEA e outras aminas é, algumas vezes, mantida em um nível relativamente baixo, por exemplo, abaixo de cerca de 30% em peso no caso de MEA. Entretanto, as concentrações inferiores podem reduzir consideravelmente a capacidade de absorção, em comparação à capacidade teórica do absorvente puro.

[005] Além disso, o consumo de energia no processo de MEA pode ser muito alto, devido consideravelmente em parte à necessidade por aquecimento e evaporação do solvente (por exemplo, água). Por exemplo, o processo pode consumir cerca de 10 a 30% do vapor gerado em um boiler que é aquecido pela combustão de um combustível fóssil. Adicionalmente, os sistemas de absorção á base de MEA podem não ter a estabilidade térmica de longo prazo, na presença de oxigênio, em ambientes em que as temperaturas de regeneração alcançam tipicamente pelo menos cerca de 120°C.

[006] Desvantagens adicionais podem resultar do fato de que o absorvente líquido que é enriquecido com CO2 no processo de MEA ou amina impedida pode conter ainda uma quantidade substancial de amina livre e solvente (usualmente água). A amina e água são movidas na fase de vapor sob dessorção térmica, mas podem ocasionar a corrosão e outra degradação no equipamento em questão. Para abordar esse questão, os materiais de corrosão de equipamento especializados podem ser usados para os equipamentos, mas isso pode, por sua vez, aumentar os custos de capital para a estação. Em alguns casos, os inibidores de corrosão podem ser adicionados, mas o uso desses aditivos especializados também pode aumentar os custos operacionais. Além disso, a oxidação dos absorventes de MEA ou amina impedida pode acidificar alguns dos solventes presentes. Além dos problemas de corrosão que podem ser resultados, isso pode diminuir a alcalinidade disponível para captura de CO2, reduzindo, por meio disso, a eficiência do processo.

[007] Um outro exemplo de um processo de captura de CO2 pós- combustão comercial usa soluções aquosas de carbonato de potássio promovido por piperazina (K2CO3). Entretanto, esse processo é frequentemente muito intenso em relação à energia e pode ser economicamente inferior ao processo de MEA. Ainda um outro exemplo envolve o uso de amônia resfriada. Nesse caso, os sistemas de resfriamento intensivos em energia são usualmente necessários para tal sistema, e os riscos associados à liberação de amônia não intencional podem ser inaceitáveis.

[008] Em vista dessas considerações, novos métodos para tratar correntes de gás que contêm CO2 seriam bem-vindos na técnica. Os novos processos devem remover de modo eficaz alguma porção de CO2 da corrente de gás, sob condições que são economicamente viáveis em algumas instalações industriais. Além disso, os processos devem ser compatíveis com sistemas relacionados, por exemplo, sistemas de geração de energia com base em gaseificação, combustão e similares.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[009] Uma realização dessa invenção é direcionada a um método para recuperar dióxido de carbono (CO2) de uma corrente de gás. O método compreende as seguintes etapas: a) reagir CO2 na corrente de gás com gotículas finas de um absorvente líquido, com a finalidade de formar um material sólido ao qual o CO2 é ligado; b) transportar o material sólido para um sítio de dessorção; c) aquecer o material sólido no sítio de dessorção, para liberar gás CO2 substancialmente puro; e d) coletar o gás CO2.

[010] Uma outra realização da invenção é direcionada a um aparelho para recuperar dióxido de carbono (CO2) de uma corrente de gás. O aparelho compreende: (i) uma câmara de reação adequada para reagir o gás CO2 com um reagente; com a finalidade de formar um material sólido ao qual o CO2 é ligado; (ii) um sítio de dessorção, para aquecer o material sólido para liberar o gás CO2 e para regenerar o reagente; e (iii) um mecanismo de transporte para transportar o material sólido da câmara de reação para o sítio de dessorção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[011] A Figura 1 é uma vista esquemática de um aparelho exemplificativo para recuperar CO2 a partir de uma corrente de gás.

[012] A Figura 2 é uma vista esquemática de um outro aparelho para recuperar CO2 a partir de uma corrente de gás.

[013] A Figura 3 é uma vista esquemática de um outro aparelho exemplificativo para recuperar CO2 a partir de uma corrente de gás.

[014] A Figura 4 é um diagrama esquemático de um aparelho de teste para reagir CO2 e um reagente.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[015] As faixas composicionais reveladas no presente documento são inclusivas e combináveis (por exemplo, faixas de “até cerca de 25% em peso”, ou, mais especificamente, “cerca de 5% em peso a cerca de 20% em peso”, são inclusivas dos pontos finais e todos os valores intermediários das faixas). Os níveis de peso são fornecidos com base no peso de toda a composição, salvo se especificado de outro modo; e as razões também são fornecidas em uma base de peso. Além disso, o termo “combinação” é inclusivo de mesclas, misturas, ligas, produtos de reação e similares. Adicionalmente, os termos “primeiro,” “segundo,” e similares, na presente invenção não denotam qualquer ordem, quantidade ou importância, mas, em vez disso, são usados para distinguir um elemento de outro. Os termos “um” e “uma” na presente invenção não denotam uma limitação de quantidade, mas, em vez disso, denotam a presença de pelo menos um dos itens mencionados. O modificador “cerca de” usado juntamente com uma quantidade é inclusivo do valor estabelecido, e tem o significado pelo contexto, (por exemplo, inclui o grau de erro associado à medição da quantidade particular). O sufixo “(s)” conforme usado na presente invenção se destina a incluir tanto o singular quanto o plural do termo que isso modifica, incluindo assim um ou mais daqueles termos (por exemplo, “o composto” pode incluir um ou mais compostos, salvo se especificado de outro modo). A referência por todo o relatório descritivo a “uma (1) realização”, “uma outra realização”, “uma realização”, e outras, significa que um elemento particular (por exemplo, recurso, estrutura e/ou característica) descrito juntamente com a realização é incluído em pelo menos uma realização descrita na presente invenção, e pode ou não pode estar presente em outras realizações. Além disso, deve ficar entendido que os recursos inventivos descritos podem ser combinados de qualquer maneira adequada nas várias realizações.

[016] Conforme descrito adicionalmente na presente invenção, o dióxido de carbono está presente em uma ampla variedade de correntes de gás que podem ser tratadas de acordo com as realizações dessa invenção. Os exemplos não limitantes incluem correntes de gás originadas de um processo de combustão; um processo de gaseificação; a aterro sanitário; uma fornalha (por exemplo, alto-forno ou fornalha de redução química); um gerador de vapor; um boiler; e combinações dos mesmos. Em algumas realizações, a corrente de gás CO2 é uma corrente de chaminé se originam em uma estação de força alimentada por carvão. Em outras realizações, a corrente de gás CO2 se origina em uma estação de gaseificação de carvão, exemplificada por uma usina de ciclo combinado de gaseificação integrado (IGCC). Além do CO2, a corrente de chaminé pode incluir inúmeros outros constituintes, tais como oxigênio, nitrogênio, argônio, monóxido de carbono, compostos de nitrogênio e oxigênio, compostos de enxofre (por exemplo, dióxido de enxofre, sulfeto de carbonila); partículas de ferrugem e vapor de água.

[017] Uma variedade de absorventes líquidos pode ser reagida com o dióxido de carbono. Em geral, qualquer absorvente líquido de CO2 que pode ser convertido para um sólido através da reação com dióxido de carbono pode ser usado para executar o processo descrito na presente invenção. Alguns dos absorventes líquidos são descritos nas seguintes referências: “Reversible Gelation of Polyetilenoimide Solutions Using CO2”, Kitchens et al, AIChE Annual Meeting, San Francisco, CA, EUA, 2006 (p. 520f de antecedentes); e “Reversible, Room-Temperatura Chiral Ionic Liquids. Amidinium Carbamates Derived From Amidines and Aliphatic Primary Amines with Carbon Dioxide”, Yamada et al, Chem. Mater., 19, (5), 967 a 969 (2007).

[018] Usualmente, o absorvente líquido compreende pelo menos um material de amina. Vários compostos de amina (o termo conforme usado na presente invenção inclui também materiais poliméricos) são adequados. Muitos se enquadram nas seguintes classes: aminas alifáticas primarias, secundárias e terciárias, e poliaminas; poliiminas (por exemplo, polialquilenoiminas); aminas cíclicos, compostos de amidina; aminas impedidas; compostos de amino-siloxano; aminoácidos; e combinações dos mesmos. Os exemplos não limitantes desses materiais são observados abaixo.

[019] As aminas e poliaminas alifáticas exemplificativas são cicloexil amina, etilenodiamina, dietilenotriamina, trietilenotetramina, tetraetilenopentamina e similares. Além disso, os materiais tais como as aminas substituídas, por exemplo, alcanolaminas, também podem ser usados.

[020] As poliiminas exemplificativas são as polialquilenoiminas. Muitos desses materiais são obtidos pela polimerização de uma ou mais alquilenoiminas, tais como etilenoimina, propilenoimina e 1,2- butilenoimina. Em algumas realizações, uma poliimina preferencial é polietilenimina.

[021] As aminas cíclicas preferenciais incluem piperidina, piperazina e compostos baseados em piridina tal como 4- aminopiridina. Vários compostos biciclos também podem ser usados, tal como 1,5-diazabiciclo[4.3.0]non-5-eno (DBN) ou 1,8- diazabiciclo[5.4.0]undec-7-eno (DBU).

[022] Inúmeros compostos de amidina e guanidina também podem ser usados. A maioria das amidinas se conforma à estrutura geral

[023] em que cada grupo R, individualmente, pode ser hidrogênio ou um grupo alquila inferior. Muitos dos compostos de amidina são considerados por serem derivados de oxoácido. (Quando o oxoácido parental é um ácido carboxílico, a amidina resultante é uma carboxamidina). Alguns dos compostos de amidina são descritos nas patentes US4.162.280 (Kranz) e US4.129.739 (Tracy et al). Cada uma dessas referências é incorporada na presente invenção a título de referência. Os exemplos não limitantes das amidinas incluem formamidina

.

[024] As guanidinas são um grupo de compostos orgânicos com a estrutura geral

, em que cada grupo “R” pode, independentemente, ser hidrogênio ou um grupo alquila. Os exemplos não limitantes das guanidinas incluem 1,1,3,3- tetrametilguanidina ((Me2)N)2C=NH).

[025] Os compostos de amina impedida que podem ser usados como o absorvente líquido também são conhecidos na técnica. Alguns desses compostos são descritos na patente US4.405.579 (Sartori et al) e US6.117.995 (Zedda et al), bem como o pedido EP 0588175B1 (Yoshida et al). Cada uma dessas referências é incorporada na presente invenção a título de referência. Os exemplos não limitantes incluem derivados de piperidina substituída por polialquila, tal como 2,2,6,6-tetrametil piperidina. Outros exemplos incluem 2,2,6,6- tetrametil piperidina; terc-butilamina; cicloexildiamina; 2-(dimetilamino)- etanol; 2-(dietilamino)-etanol; 2-(etilmetilamino)-etanol; 1- (dimetilamino)-etanol; 1-(dietilamino)-etanol; 1-(etilmetilamino)-etanol; 2-(diisopropilamino)-etanol; 1-(dietilamino)-2-propanol; 3-(dietilamino)- 1-propanol; e combinações dos mesmos.

[026] As composições de amino-siloxano também são conhecidas na técnica. Vários tipos desses compostos são descrito nas patentes US5.939.574 (Schilling, Jr., et al) e US4.487.883 (Homan), que são incorporadas na presente invenção a título de referência. Os técnicos no assunto serão capazes de determinar quais amino-silixoxanos particulares são capazes de reagir com CO2 gasoso para formar o material sólido, conforme descrito na presente invenção. Alguns dos amino-siloxanos que são uteis para essa invenção são descritos em um pedido de patente pendente de Perry et al; S.N. US12/512.105, depositado em 30 de julho de 2009, que é incorporado na presente invenção a título de referência. Uma variedade de amino- siloxanos é descrita na revelação mencionada. Os exemplos não limitantes de amino-siloxanos adequados incluem composições que compreendem a estrutura química (I)

[027] em que R é a grupo alquila C1-C6, que pode ser linear ou ramificado; e que pode conter pelo menos um grupo hidróxi; R1 é independentemente em cada ocorrência alquila ou arila C1-C8; R2 é R1 ou RNR3R4, em que R3 e R4 são independentemente uma ligação, hidrogênio ou alquila C1-C8 (linear ou ramificado).

[028] Um exemplo ilustrativo específico de um composto de amino-siloxano é fornecido abaixo como composto (Ia), em que “Me” é um grupo metila:

[029] O pedido de Perry et al descreve métodos para preparar também vários compostos de amino-siloxano.

[030] A identidade do material sólido que é formado pela reação do absorvente líquido com o CO2 irá depender em grande parte do absorvente líquido específico que é usado. No caso de absorventes de amina, o material sólido irá depender da identidade da amina. Em muitos casos, o material sólido compreende um composto de carbamato ou bicarbonato, ou uma combinação dos mesmos.

[031] A reação do absorvente líquido com o composto de amina pode ser executada in em qualquer câmara ou confinamento de grande escala. O tipo particular de câmara não é crítico para essa invenção, desde que permita o contato suficiente entre o CO2 e o absorvente líquido. Dessa forma, o confinamento pode ser na forma de uma torre de absorção, uma torre de parede molhada, uma torre de aspersão, ou um depurador venturi, opcionalmente equipado com um separador de arraste. Além disso, embora uma câmara vertical seja revelada nas figuras discutidas abaixo, uma câmara horizontalmente orientada pode alternativamente ser usada.

[032] Como um exemplo, os depuradores Venturi são conhecidos na técnica e incluem tipicamente pelo menos três seções: uma seção convergente, uma seção de gargalo e uma seção divergente. Uma corrente de gás de entrada pode entrar na seção convergente, e conforme a área diminui, a velocidade do gás aumenta. Os líquidos são usualmente introduzidos no gargalo, ou na entrada da seção convergente. Em um cenário típico, o gás de entrada é forçado a se mover em velocidades muito altas na seção de gargalo pequena, cisalhando a matéria líquida das paredes do vaso. Essa ação pode produzir um grande número de gotículas muito minúsculas, que podem reagir com a corrente de gás de entrada. Como um exemplo não limitantes, os sistemas venturi são descritos na patente US5.279.646 (Schwab), que é incorporada na presente invenção a título de referência.

[033] Em algumas realizações dessa invenção, o uso de uma torre de aspersão é preferencial. As torres de aspersão e as torres de absorção são bem conhecidas na técnica e descritas em muitas referências. Diversas ilustrações incluem patentes US7.368.602 (Sakai et al); US5.206.002 (Skelley et al); e US4.114.813 (Suga), todas as quais são incorporadas na presente invenção a título de referência.

[034] A Figura 1 é uma descrição não limitante simplificada de um aparelho 10 para executar o processo de acordo com as realizações dessa invenção. O absorvente líquido 12 é direcionado a partir de qualquer fonte adequada (não mostrado) na torre de aspersão 14, através de pelo menos um conduto 16. O ponto de suprimento para o absorvente é usualmente localizado em uma região superior 15 da torre de aspersão 14, para assegurar a formação de gotícula fina do absorvente, conforme descrito abaixo, e para fornecer tempo de contato suficiente com o CO2. O ponto de suprimento para o absorvente também pode ser localizado acima ou na parte estreita (gargalo) de um depurador venturi. O meio de atomização de absorvente 18 é empregado para dispersar o absorvente em gotículas.

[035] Uma variedade de mecanismos de atomização convencionais pode ser usada, tal como atomização por aspersão. Por exemplo, o ar ou algum outro gás atomizante pode ser suprido a partir de um tubo de bocal 20 para o interior 22 da torre 14. O mecanismo de atomização será tipicamente localizado próximo à saída do conduto 16 no interior torre, e mais de um tubo de bocal poderia também ser usado. Em algumas realizações, muitos bocais podem ser colocados ao longo da torre em diferentes alturas, para maximizar o número das gotículas de absorvente. Além disso, o atomizador 18 poderia, de fato, ser incorporado em uma porção do conduto 16.

[036] O tamanho selecionado para as gotículas de absorvente líquido irá depender de vários fatores, tais como a composição do absorvente; a reatividade do material absorvente com gás CO2; e o tipo e o projeto da câmara de absorção. Em geral, as gotículas devem ser pequenas o suficiente para fornecer coletivamente uma área de superfície máxima para contato com o CO2. Dessa maneira, uma proporção relativamente alta do CO2 pode ser removida da corrente de gás. Além disso, o tamanho de gotícula relativamente pequena irá ajudar a assegurar que as partículas de gotícula sejam menos propensas a “pegajosidade”, que poderia, de outro modo, impede o movimento e a suspensão das gotículas. Entretanto, as gotículas devem ser grandes o suficiente para fornecer uma massa suficiente para formação de partícula sólida, conforme descrito abaixo, e para impedir que as partículas sólidas formadas seja executadas da torre. Como um exemplo não limitante para um absorvente à base de amina usado em uma torre de aspersão, o diâmetro médio das gotículas é usualmente não maior que cerca de 1.000 micra e, tipicamente, na faixa de cerca de 500 micra a cerca de 1.000 micra. Em uma outra realização, quando um depurador venturi é usado, o diâmetro médio das gotículas é tipicamente na faixa de cerca de 10 micra a cerca de 100 micra.

[037] Em continuação da referência à Figura 1, o gás de chaminé 24 é direcionado para a torre de aspersão 14 por qualquer conduto adequado 26. Em algumas realizações (não em todas), o gás de chaminé é direcionado para uma região inferior 28 da torre de aspersão, em relação à região superior 15. Dessa maneira, um fluxo contra-corrente induzido expõe o gás de saída (descrito abaixo) que tem a menor concentração de CO2 para o absorvente mais fresco. Ao mesmo tempo, o gás de entrada com a mais alta concentração de CO2 é exposto à maior parte do absorvente “convertido”. Esse tipo de esquema de fluxo pode permitir que as partículas sólidas resultantes se aglomerem mais prontamente, levando à solidificação mais rápida.

[038] A taxa de fluxo do gás de chaminé que entra na câmara 14 é mantida para fornecer o tempo de permanência necessário para a reação completa, conforme descrito abaixo. A pressão de entrada depende do projeto da câmara de absorção. A queda de pressão para o gás de chaminé que entra na câmara pode ser relativamente pequena no caso de uma torre de aspersão (por exemplo, cerca de 1 polegada (2,54 cm) de água), mas pode ser maior para outros tipos de torres de absorção.

[039] O contato entre as moléculas de gás CO2 e as gotículas de absorvente líquido resulta na formação de partículas sólidas 30, conforme mencionado anteriormente. O CO2 é ligado dentro das partículas. O tamanho, o formato e a densidade das partículas dependem de vários fatores, tais como o tamanho das gotículas iniciais; o teor do absorvente líquido; o tempo de permanência dentro da torre de aspersão ou outro tipo de câmara; e a taxa de fluxo de gás. As partículas 30 devem ser pequenas o suficiente para solidificar para pelo menos uma textura de superfície não pegajosa, mas grandes o suficiente para fornecer uma massa suficiente para transporte eficaz para fora da torre de aspersão 14. Usualmente, as partículas 30 são esféricas ou substancialmente esféricas em formato. Sua densidade média pode variar significativamente, mas está usualmente na faixa de cerca de 1,1 g/cc a cerca de 1,5 g/ cc. O tamanho das partículas pode variar, por exemplo, dependendo da técnica de aspersão inicial usada. Em alguns casos, o tamanho de partícula médio está na faixa de cerca de 1.000 micra a cerca de 2.000 micra.

[040] A formação de partículas sólidas 30 pode remover uma quantidade substancial de CO2 “livre” da corrente de gás, por exemplo, pelo menos cerca de 50% por volume em algumas realizações, e pelo menos cerca de 70% por volume em outras realizações. O gás de chaminé insípido de CO2 remanescente pode, então, ser liberado como um gás de saída, através de qualquer conduto adequado 31. Alternativamente, o gás de chaminé insípido pode ser direcionado para outros locais para tratamento ou uso adicional.

[041] As partículas são, então, transportadas para um sítio de dessorção. Qualquer meio de transporte é possível. Os exemplos não limitantes incluem meios mecânicos; fluxo de gás; meios facilitados por pressão; ou fluxo de gravidade, conforme descrito abaixo. Em referência à Figura 1 exemplificativa, as partículas sólidas 30 pode sair da torre de aspersão 14 através de qualquer abertura prática 32. As partículas podem, então, cair ou ser direcionadas sobre um mecanismo de transporte 34. Qualquer mecanismo de transporte adequado pode ser empregado, por exemplo, qualquer tipo de correia, tubo, condutor ou outro tipo de linha de transporte, que também pode ser equipado com uma ou mais bombas. Em algumas realizações, um condutor de parafuso, por exemplo, parafuso extrusor, pode ser usado de modo eficaz.

[042] Em outras realizações, as partículas podem ser direcionadas para um sítio de dessorção por meio de pressão, por exemplo, com um gás carreador; ou por meio de um vácuo. Os técnicos no assunto de transporte de partícula (por exemplo, pó ou grânulos de resina) são familiarizados com esses tipos de sistemas. Adicionalmente, ainda como uma outra alternativa, a estação de dessorção 36 (descrita abaixo) pode ser posicionada abaixo da torre de aspersão 14. Dessa maneira, as partículas sólidas 30 podem cair simplesmente na estação 36 por gravidade. De fato, a torre de aspersão e a unidade de dessorção poderiam ser seções de uma estrutura como um todo.

[043] A estação ou câmara de dessorção 36 pode compreender qualquer tipo de unidade de dessorção usada para separar compostos voláteis de partículas sólidas. Em geral, a estação de dessorção 36 é um vaso ou tubo que pode fornecer condições de calor e pressão variantes para liberar CO2 das partículas sólidas 30. A estação também inclui um meio para coletar o gás liberado e separar o gás de quaisquer outros constituintes de dessorção, por exemplo, partículas sólidas ou líquidas.

[044] As unidades de dessorção são descritas em inúmeras referências. Um exemplo não limitante é a publicação “Remediation Technology Health and Safety Hazards: Thermal deabsortion”, publicada pela Occupational Safety & Health Administration (OSHA); SHIB 02-03-03 (http://www.osha.gov/dts/shib/ shib_02_03_03_tsds9.pdf), que é incorporada na presente invenção a título de referência. Muitas das unidades são mencionadas como “unidades de dessorção térmica”, que são projetadas para operar em temperaturas relativamente baixas, por exemplo, cerca de 93°C a 316°C (200°F a 600°F); ou temperaturas relativamente altas, por exemplo, cerca de 316°C a 538°C (600°F a 1.000°F).

[045] Em termos de temperatura aplicada, as unidades de dessorção térmica são frequentemente agrupadas nos três tipos de processo: unidades aquecidas diretamente, unidades aquecidas indiretamente; e unidades locais, conforme descrito na referência da OSHA. Além disso, a configuração da unidade pode variar, por exemplo, dependendo de qual tipo de material sólido está sendo tratado; e qual temperatura é necessária. Em alguns casos, a unidade de dessorção pode ser operada sob um vácuo ou condições de pressão muito baixa; e/ou condições de pouco oxigênio, para diminuir os requisitos de calor necessários para dessorção. O ajuste das condições atmosféricas também pode fornecer flexibilidade na redução de similaridade de criação de condições perigosas, por exemplo, a formação de produtos perigosos ou condições inflamáveis.

[046] Em geral, a dessorção das partículas sólidas 30 é tipicamente executada pela aquecimento das partículas. Conforme mencionado anteriormente, o regime de tratamento por calor irá depender da composição e do tamanho das partículas sólidas; da quantidade de CO2 ligado nas partículas; condições de pressão dentro da câmara de dessorção 36; e a taxa de reação requerida. A temperatura deve ser alta o suficiente para liberar tanto CO2 quanto possível das partículas sólidas, e é tipicamente pelo menos tão alta quanto a temperatura de decomposição das partículas. Entretanto, a temperatura não deve ser excessivamente alta, isto é, requerendo uso de energia excessivo; ou possivelmente resultando na decomposição para subprodutos que podem ser difíceis de manipular no processo como um todo. Na maioria das realizações em que as partículas sólidas são carbamatos, bicarbonatos ou composições relacionadas, a temperatura de dessorção está usualmente na faixa de cerca de 80°C a cerca de 150°C. Em alguns casos, as condições de pressão interna na câmara 36 podem ser diminuídas para acelerar o processo de dessorção.

[047] Em referência contínua à Figura 1, o gás CO2 substancialmente puro 38 é liberado ou, de outro modo, direcionado para fora da câmara de dessorção 36 por qualquer conduto adequado 40 (ou múltiplos condutos). Em alguns casos, o gás CO2 é comprimido e/ou purificado, para reutilização, ou para transporte para um local para sequestro. Vários usos para o gás CO2 são descritos em inúmeras referências, por exemplo, pedido de patente US2009/0202410 (Kawatra et al), que é incorporado na presente invenção a título de referência.

[048] A etapa de dessorção também funciona para regenerar uma quantidade substancial do absorvente líquido 42. Em algumas realizações, o absorvente líquido pode ser direcionado para instalações de tratamento, armazenamento ou descarte. Entretanto, em realizações preferenciais, o absorvente líquido 42 é direcionado de volta para a torre de aspersão 14, através de um ou mais condutos 44. Uma ou mais bombas 46 podem ser usadas para bombear o absorvente de volta para a torre de aspersão. Entretanto, outras técnicas para mover o absorvente através de tubulação apropriada podem ser previstas pelos técnicos no assunto.

[049] Tipicamente, o absorvente líquido regenerado 42 pode ser adicionado propriamente à torre de aspersão, para reagir com CO2 adicional de uma corrente de gás, formando mais material sólido ligado a CO2 em um processo de ciclo fechado. O absorvente líquido regenerado poderia ser combinado com absorvente líquido “fresco” 12 ou poderia ser adicionado à torre de aspersão 14 como uma alimentação separada, junto com o absorvente 12. Além disso, o absorvente líquido poderia ser combinado com um ou mais solventes, tais como éteres de glicol, por exemplo, glymes (éteres de oligoetilenoglicoldimetilo), éter de trietilenoglicol dimetílico, ou com água, para reduzir a viscosidade do material que entra na câmara de aspersão.

[050] Em alguns casos, o absorvente líquido usado para reação com CO2 tem uma pressão de vapor relativamente alta, e é volátil sob condições atmosféricas típicas. Em outros casos, gotículas pequenas de absorventes regenerado podem ser carregadas para fora do sítio de dessorção com o fluxo de gás. Portanto, pode ser desejável incluir pelo menos uma etapa de condensação no processo. Dessa maneira, o absorvente adicional pode ser recuperado do Gás de chaminé insípido de CO2, resultante após a decomposição do material sólido rico em CO2.

[051] A Figura 2 fornece uma ilustração dessas etapas opcionais, e recursos do aparelho que são idênticos àqueles da Figura 1 não precisam ser especificamente descritos. O gás de chaminé insípido que pode incluir algum absorvente volátil é direcionado para fora da torre de aspersão 14, através de pelo menos um conduto 31, para um condensador 50. O condensador pode ser equipado com qualquer tipo de sistema ou dispositivo refrigerante convencional 52, por exemplo, tubos ou camisas de resfriamento que utilizam uma variedade de fluidos refrigerantes, tal como água.

[052] A passagem do gás de chaminé insípido através do condensador serve para liqueficar o refrigerante residual, enquanto também coalesce quaisquer gotículas liquidas pequenas. O absorvente regenerado 54 pode, então, ser direcionado através de qualquer conduto adequado 56 para um vaso de armazenamento 58. O absorvente 54 pode ser misturado com o absorvente regenerado 42, que também é direcionado para o interior do vaso de armazenamento 58, através do conduto 44. O absorvente regenerado combinado 60 pode, então, ser direcionado para a torre de aspersão 14, para reação adicional com CO2.

[053] Existem alternativas para o processo geral esboçado na Figura 2. Por exemplo, o vaso de armazenamento 58 pode não ser necessário ou podem não precisar acomodar tanto o absorvente regenerado 54 quanto o absorvente regenerado 42. Em outras palavras, uma ou ambas as correntes de absorventes poderiam ser enviadas diretamente para a torre de aspersão 14.

[054] Uma outra realização alternativa é revelada na Figura 3, em que uma unidade de dessorção separada não é necessária. Nesse caso, o condutor de parafuso 34 pode funcionar propriamente como a unidade de dessorção. Por exemplo, o componente 34 pode ser qualquer tipo de uma extrusora, que transportaria partículas sólidas 30 através de todo ou parte de seu comprimento. Conforme conhecimento dos técnicos no assunto, as partículas sólidas podem ser direcionadas através de uma extrusora de muitas maneiras diferentes. Os exemplos não limitantes incluem meios mecânicos tal como bate-estaca; ou outros meios, tais como condições de pressão hidráulica ou vácuo. Em alguns casos, uma verruma de rosca dupla ou simples é acionada por um motor elétrico (ou por um bate-estaca). Os mecanismos para aquecer as partículas sólidas na extrusora, isto é, para a temperatura de dessorção desejada, também são conhecidos na técnica.

[055] Em continuação à referência da Figura 3, o aquecimento das partículas 30 libera dióxido de carbono, que pode ser direcionado para fora da extrusora por quaisquer saídas adequadas 45. O formato, posição e número de saídas mais apropriados podem ser determinados sem experimentação indevida. Como nas outras realizações, o CO2 liberado pode ser direcionado para qualquer local desejado.

[056] O absorvente líquido que é regenerado após a dessorção na extrusora (ou em qualquer outro tipo de condutor de parafuso adequado) pode ser coletado e direcionado para um local desejado. Como um exemplo, o absorvente poderia ser direcionado pelo conduto 47 para suprir conduto 16, para reentrada na torre de aspersão 14. Outras alternativas para o material regenerado são possíveis, conforme observado acima, por exemplo, pré-mistura com absorvente fresco ou transporte direto para a torre de aspersão. Além disso, essa realização, como as outras, pode ser combinada com vários outros recursos revelados na presente invenção. Por exemplo, essa realização poderia empregar o sistema condensador descrito acima em relação à Figura 2.

EXEMPLOS

[057] O exemplo apresentado abaixo pretende ser meramente ilustrativo e não deve ser interpretado como sendo qualquer tipo de limitação sobre o escopo da invenção reivindicada.

[058] Uma coluna de cromatografia feita de vidro fritado foi usada como a câmara de reação 70, revelada na Figura 4. Uma seringa 72 com uma ponta de agulha flexionada foi carregada com um solvente de captura de CO2 (absorvente). Nesse caso, o solvente foi um composto de amino-siloxano chamado de “GAP-0”, que tem a fórmula (NH2C3H6Si(Me)2OSiMe2C3H6NH2), em que “Me” é um grupo metila. O absorvente GAP-0 foi introduzido como uma aspersão líquida fina em uma corrente 74 de gás CO2 que flui através da coluna. (Gotículas de aspersão 76 são ilustradas para uma compreensão geral do processo, mas não pretende ser específica sobre seu tamanho e posição exata na figura).

[059] Conforme o absorvente líquido entrou em contato com as gotículas na corrente de gás, partículas sólidas brancas 78 se formaram prontamente. As partículas sólidas caíram para o fundo da coluna ou ficaram presas parcialmente na parede da coluna, de onde foram facilmente removidas.

[060] A análise do material das partículas sólidas 78 indicou uma conversão do GAP-0 para cerca de 70 a 80% do carbamato correspondente. O aquecimento subsequente do carbamato sólido para cerca de 120°C por dois a três minutos resultou na regeneração do material de absorvente líquido, com nenhuma decomposição aparente do absorvente.

[061] A presente invenção foi descrito em termos de algumas realizações específicas. As mesmas se destinam apenas à ilustração e não devem ser interpretadas como sendo limitantes de qualquer modo. Dessa forma, deve ficar entendido que modificações podem ser feitas nisso, as quais estão dentro do escopo da invenção e das reivindicações anexas. Adicionalmente, todas as patentes, pedidos de patente, artigos e textos que são mencionados acima são incorporados na presente invenção a título de referência.

Claims

1. MÉTODO PARA RECUPERAR DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) DE UMA CORRENTE DE GÁS (24), caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: a) reagir CO2 na corrente de gás com gotículas finas de um absorvente líquido (12), com a finalidade de formar um material sólido (30) ao qual o CO2 é ligado; b) transportar o material sólido (30) para um sítio de dessorção (36); c) aquecer o material sólido (30) no sítio de dessorção (36), para liberar gás CO2 substancialmente puro (38); e d) coletar o gás CO2.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a reação do CO2 com as gotículas finas ocorre em uma torre de aspersão (14) ou um depurador venturi.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as gotículas finas são formadas por uma técnica de atomização por aspersão.

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as gotículas finas têm um diâmetro médio não maior que cerca de 1.000 micra.

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as gotículas finas têm um diâmetro médio na faixa de cerca de 500 micra a cerca de 1.000 micra.

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material sólido compreende partículas sólidas, com uma densidade de pelo menos cerca de 1,1 g/cc.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as partículas sólidas têm um tamanho de partícula médio na faixa de cerca de 1.000 micra a cerca de 2.000 micra.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o absorvente líquido (12) compreende pelo menos um composto de amina.

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o composto de amina é selecionado do grupo que consiste em poliiminas; poliaminas; aminas cíclicos; guanidinas; amidinas; aminas impedidas; aminoácidos; compostos de amino-siloxano e combinações dos mesmos.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a poliimina compreende polietilenoimina.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a amina cíclica é selecionada do grupo que consiste em 4-aminopiridina; 1,5-diazabiciclo[4.3.0]mpm-5-eno (DBN); e 1,8-diazabiciclo[5.4.0]undec-7-eno (DBU).

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a amidina compreende formamidina (HC(=NH)NH2).

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a amina impedida é selecionada do grupo que consiste em 2,2,6,6-tetrametil piperidina; terc-butilamina; cicloexildiamina; 2-(dimetilamino)-etanol; 2-(dietilamino)-etanol; 2- (etilmetilamino)-etanol; 1-(dimetilamino)-etanol; 1-(dietilamino)-etanol; 1-(etilmetilamino)-etanol; 2-(diisopropilamino)-etanol; 1-(dietilamino)-2- propanol; 3-(dietilamino)-1-propanol; e combinações dos mesmos.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o composto de amino-siloxano é (NH2C3H6Si(Me)2OSiMe2C3H6NH2), em que “Me” é um grupo metila.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que reação entre o absorvente líquido (12) e o composto de amina resulta na formação de um carbamato, um bicarbonato ou combinações dos mesmos.

16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de aquecimento (c) regenera pelo menos uma porção do absorvente líquido, que é separada do gás CO2 coletado.

17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a etapa de aquecimento (c) é executada em uma câmara adaptada para aplicar calor ao material sólido ao qual o CO2 é ligado; ou em uma extrusora.

18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o absorvente liquido regenerado é direcionado de volta para um sítio de reação para reação com CO2 adicional da corrente de gás, para formar material sólido adicional.

19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o sítio de reação compreende uma torre de aspersão ou um sistema venturi depuração.

20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o absorvente líquido regenerado é direcionado de volta para o sítio de reação por meio de bombeamento ou meio de pressão.

21. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de aquecimento (c) é executada a uma temperatura suficiente para decompor substancialmente o material sólido (30) formado pela reação do CO2 e do absorvente líquido (12).

22. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de reação (a) forma gás de chaminé insípido de CO2.

23. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o gás de chaminé insípido de CO2 contém absorvente líquido volátil, e o absorvente líquido volátil é condensado e direcionado de volta para uma câmara de armazenamento, ou para um sítio de reação para reação com CO2 adicional.

24. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de gás é selecionada do grupo que consiste em um processo de combustão; um processo de gaseificação; um aterro sanitário; uma fornalha; um gerador de vapor; um boiler e combinações dos mesmos.

25. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a fonte da corrente de gás é uma estação de força alimentada por carvão.

26. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gás CO2 substancialmente puro liberado na etapa (c) é sequestrado em um local separado.

27. MÉTODO PARA RECUPERAR DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) DE UMA CORRENTE DE GÁS, caracterizado pelo fato de que se origina em uma estação de força alimentada por carvão ou uma estação de gaseificação, que compreende as seguintes etapas: A) reagir o CO2 com gotículas finas de um absorvente líquido em uma torre de aspersão ou em um lavador venturi, com a finalidade de formar um material sólido ao qual o CO2 é ligado; B) transportar o material sólido para uma câmara de dessorção; C) aquecer o material sólido na câmara de dessorção, para liberar gás CO2 substancialmente puro; e para regenerar pelo menos uma porção do absorvente líquido; D) coletar o gás CO2; e E) direcionar o absorvente líquido regenerado de volta para a torre de aspersão ou lavador venturi.