BRPI0620441A2 - método para a recuperação de dióxido de carbono a partir de um gás contendo dióxido de carbono - Google Patents
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Abstract
MéTODO PARA A RECUPERAçãO DE DIóXIDO DE CARBONO A PARTIR DE UM GáS CONTENDO DIóXIDO DE CARBONO. Dióxido de carbono é recuperado na forma concentrada de uma corrente de alimentação de gás contendo oxigénio mediante a absorção de dióxido de carbono e oxigênio em uma solução de amina que também contém um outro componente orgânico, remoção do oxigênio e recuperação do dióxido de carbono do absorvente.
Description
"MÉTODO PARA A RECUPERAÇÃO DE DIÓXIDO DE CARBONO A PARTIR DE UM GÁS CONTENDO DIÓXIDO DE CARBONO"
Campo da Invenção
Esta invenção diz respeito de uma forma geral à recuperação de dióxido de carbono e, mais particularmente, à recuperação de dióxido de carbono de uma mistura de alimentação que também contém oxigênio.
Fundamentos da Invenção
O dióxido de carbono é produzido a partir de correntes de alimentação com alta pureza de CO2 (cujo termo como aqui usado significa tendo um teor de dióxido de carbono de > 95%), onde tais correntes são disponíveis, usando a tecnologia de destilação. Exemplos de tais fontes incluem amônia e gases extraídos da usina de hidrogênio, fontes de fermentação e gases de ocorrência natural em reservatórios ricos de CO2. Tipicamente, o CO2 líquido é produzido em uma usina central e depois transportado aos usuários que podem estar a centenas de milhas de distância, desse modo incorrendo em custos elevados de transporte. A escassez de fontes com altas concentrações dióxido de carbono e a sua distância dos compradores fornece motivação para recuperar o CO2 de fontes de baixa concentração, que são geralmente disponíveis mais próximas dos locais de compra. Exemplos predominantes de tais fontes são gases de combustão, que tipicamente contêm de 3 a 25% de CO2 dependendo das quantidades de combustível e excesso de ar usadas para combustão.
Para produzir correntes de produto com concentração elevada de CO2 de fontes tendo concentrações de CO2 relativamente mais baixas, a concentração de CO2 no gás de alimentação necessita ser aumentada significativamente para criar uma corrente de concentração mais elevada que possa ser enviada para uma unidade de destilação. Uma variedade de tecnologias - incluindo membranas, separação por adsorção (PSA, VPSA, TSA), absorção física e absorção química - pode ser usada para aumentar a pureza do CO2. A economia (capital e custos de operação) do esquema total depende da pureza do mecanismo alimentador, das especificações de pureza do produto e recuperação obtida. Para as membranas, separações por adsorção e absorção física, o custo para obter uma certa pureza de produto elevada é uma forte função da pureza do mecanismo alimentador. Por outro lado, a absorção química fornece um meio conveniente de diretamente obter vapor de CO2 com pureza elevada (>95%) em uma etapa única porque os custos desta tecnologia são relativamente insensíveis ao teor de CO2 na alimentação. Este vapor pode ser usado como está ou usado com o mecanismo alimentador em uma usina de liquefação de CO2.
A absorção química pode ser executada através do uso de alcanolaminas assim como sais de carbonato tais como carbonato de potássio quente. No entanto, quando se usa sais de carbonato, é necessário para a pressão parcial de CO2 ser pelo menos de 15 psia (103,4 kPa abs) para ter qualquer recuperação significativa.Visto que os gases de combustão são tipicamente disponíveis na pressão atmosférica, e a pressão parcial do CO2 nos gases de combustão varia de cerca de 0,5 a 2 psia (3,45 a 13,8 kPa abs.), o uso de absorção química com sais de carbonato deve requerer compressão do gás de alimentação. Isto é altamente destrutivo por causa da significativa energia despendida na compressão do nitrogênio que também está presente. Por outro lado, existem alcanolaminas que podem fornecer níveis de recuperação adequados de CO2 de fontes pobres em pressão atmosférica.
Assim, para a recuperação de vapor de CO2 com pureza elevada (>95%) de fontes tais como gases de combustão, a absorção química com aminas é preferível.
As etapas essenciais no processo de absorção química são a absorção de CO2 do gás de combustão em uma solução de amina em uma temperatura relativamente baixa (ao redor de 100 0F (38°C)), aquecimento da solução de amina rica em CO2 resultante para perto de 220 0F (104°C), e subseqüentemente extração do CO2 da solução rica em temperaturas ao redor de 240 °F (116 °C) usando vapor. O vapor consumido na etapa de regeneração é o componente de custo mais dominante, tipicamente sendo responsável por quase 75% do custo de operação. Três fatores principalmente conduzem a taxa de consumo de vapor: o calor da reação de CO2 com a amina, o calor sensível requerido para aquecer a solução absorvente rica em CO2 para a temperatura desejada na seção de regeneração, e o calor latente requerido para evaporar um pouco de água no refervedor que fornece a força motora para a extração de CO2 do absorvente rico em CO2 que entra no extrator.
Assim, permanece uma necessidade para processos que empregam a absorção e extração para recuperar dióxido de carbono de fontes de concentração baixa deste, em que o consumo de vapor per unidade de dióxido de carbono recuperada é reduzido.
Tipicamente, os gases de combustão contêm quantidades significativas de oxigênio (> 2%), que podem causar degradação da(s) amina(s) e outros componentes do absorvente. Os subprodutos de degradação levam aos problemas de corrosão assim como causam deterioração significativa no desempenho total, tal como uma queda na recuperação de CO2. Assim, também permanece uma necessidade para processos de recuperação de dióxido de carbono que combinem o consumo de vapor reduzido anteriormente mencionado com a degradação induzida por oxigênio reduzida do absorvente.
Breve Sumário da Invenção
A presente invenção compreende um método para a recuperação de dióxido de carbono incluindo as etapas de:
(A) passar um gás de alimentação compreendendo dióxido de carbono e oxigênio em contato contra-corrente com uma solução absorvente que compreende água, um componente de amina, e um componente orgânico selecionado do grupo consistindo de alcanóis C1-C3, etileno glicol, éter etileno glicol monometílico, dietileno glicol, propileno glicol, dipropileno glicol, polietileno glicóis e éteres de polietileno glicol da fórmula R4 -O- (C2H4O)n- R5 em que n é de 3 a 12, R4 é hidrogênio ou metila, R5 é hidrogênio ou metila, ou R4 é fenila e R5 é hidrogênio, polipropileno glicóis e éteres de polipropileno glicol da fórmula R6 -O- (C3H6O)p -R7 em que n é de 3 a 6, R6 é hidrogênio ou metila, R7 é hidrogênio ou metila, ou R6 é fenila e R7 é hidrogênio, acetamida que é não substituída ou N-substituída com um ou dois grupo de alquila contendo 1 ou 2 átomos de carbono, glicerol, sulfolano, dimetilsulfóxido, e misturas destes, e transferir dióxido de carbono e oxigênio de dito gás em dita solução absorvente para obter uma solução absorvente contendo dióxido de carbono e oxigênio;
(B) separar o oxigênio da solução absorvente contendo dióxido de carbono e oxigênio para obter uma solução absorvente contendo dióxido de carbono exaurido de oxigênio;
(C) aquecer a solução absorvente contendo dióxido de carbono exaurido de oxigênio para obter uma solução absorvente aquecida contendo dióxido de carbono exaurido de oxigênio; e
(D) separar o dióxido de carbono da solução absorvente aquecida contendo dióxido de carbono exaurido de oxigênio para obter uma corrente rica em dióxido de carbono e uma solução absorvente regenerada.
Em uma forma de realização preferida, a solução absorvente regenerada obtida na etapa (D) é reciclada na etapa (A) para compreender pelo menos uma parte da solução absorvente com a qual o gás de alimentação é colocado em contato na etapa (A).
Como aqui usado, o termo "coluna de absorção" significa um dispositivo de transferência de massa que permite um solvente adequado, isto é, absorvente, seletivamente absorva o absorbato de um fluido contendo um ou mais de outros componentes.
Como aqui usado, o termo "coluna de extração" significa um dispositivo de transferência de massa em que um componente tal como o absorbato é separado do absorvente, geralmente através da aplicação de energia.
Como aqui usado o termo "gás de lavagem de oxigênio" significa um gás que possui uma concentração de oxigênio menor do que 2 porcento molar, preferivelmente menos do que 0,5 porcento molar, e que pode ser usado para extrair o oxigênio dissolvido a partir de um líquido.
Como aqui usado, os termos "parte superior" e "parte inferior" significam aquelas seções de uma coluna respectivamente acima e abaixo do ponto central da coluna.
Como aqui usado, o termo "troca térmica indireta" significa a colocação de dois fluido na relação de troca de calor sem qualquer contato físico ou a intermistura de dois fluidos um com o outro. Breve Descrição dos Desenhos
A Figura 1 é uma representação esquemática de uma forma de realização da invenção. Descrição Detalhada da Invenção
Referindo-se à Figura, a mistura de gás de alimentação 1, que tipicamente foi esfriada e tratada para a redução dos particulados e outras impurezas tais como óxidos de enxofre (SOx) e óxidos de nitrogênio (NOx), é passada para o compressor ou ventoinha 2 em que é comprimida em uma pressão geralmente dentro da faixa de 14,7 a 30 libras por polegada quadrada absoluta (psia) (101,3 a 206,8 kPa abs). A mistura de gás de alimentação 1 geralmente contém de 2 a 50 porcento molar de dióxido de carbono como o absorbato, e tipicamente possui uma concentração de dióxido de carbono dentro da faixa de 3 a 25 porcento molar. A mistura de gás de alimentação 1 também contém oxigênio em uma concentração geralmente dentro da faixa de menos do que 1 a cerca de 18 porcento molar. A mistura de gás de alimentação 1 pode também conter um ou mais de outros componentes tais como traços de hidrocarboneto, nitrogênio, monóxido de carbono, vapor de água, óxidos de enxofre, óxidos de nitrogênio e particulados. Uma mistura de gás de alimentação preferível é o gás de combustão, pelo qual significa o gás obtido após a combustão completa ou parcial de material de hidrocarboneto ou carboidrato com ar, oxigênio, ou qualquer outro alimento gasoso que contenha oxigênio.
A mistura de gás de alimentação comprimida 3 é passada da ventoinha 2 para dentro da parte inferior da coluna de absorção 4 que está operando em uma temperatura geralmente dentro da faixa de 40a 45°C na parte superior da coluna e em uma temperatura geral ente dentro da faixa de 50 a 60°C na parte inferior da coluna. A coluna de absorção tipicamente opera em uma pressão da atmosférica a 1,5 atmosfera.
O absorvente 6 é passado para dentro da parte superior da coluna de absorção 4. O absorvente 6 compreende água, pelo menos uma amina como aqui definido, e um componente orgânico que é aqui definido.
As aminas úteis na invenção são compostos isolados, e misturas de compostos, que se adaptam à fórmula NR1 R2 R3 em que R1 é hidroxietila, hidroxiisopropila, ou hidróxi-n-propila, R é hidrogênio, hidroxietila, hidroxiisopropila, ou hidróxi-n-propila, e R é hidrogênio, metila, etila, hidroxietila, hidroxiisopropila, ou hidróxi-n-propila; ou em que R1 é 2- (2'-hidroxietóxi)-etila, isto é, HO-CH2CH2OCH2CH2- e tanto R2 quanto R3 são hidrogênio. Exemplos preferidos de aminas que podem ser empregados no fluido absorvente 6 na prática desta invenção são monoetanolamina (também referida como "MEA"), dietanolamina, diisopropanolamina, metildietanolamina (também referida como "MDEA") e trietanolamina.
As concentrações da(s) amina(s) no absorvente 6 estão tipicamente dentro da faixa de 5 a 80 porcento em peso, e preferivelmente de 10 a 50 porcento em peso. Por exemplo, uma concentração preferida de monoetanolamina para uso no fluido absorvente na prática desta invenção é de 5 a 25 porcento em peso, mais preferivelmente uma concentração de 10 a 15 porcento em peso.
O absorvente 6 também contém um componente orgânico além do componente de amina. O componente orgânico é um ou mais de: alcanóis C1-C3, etileno glicol, éter etileno glicol monometílico, dietileno glicol, propileno glicol, dipropileno glicol, um polietileno glicol ou éter de polietileno glicol da fórmula R4 -O- (C2H4O)n-R5 em que η é de 3 a 12, R4 é hidrogênio ou metila, R5 é hidrogênio ou metila, ou R4 é fenila e R5 é hidrogênio, polipropileno glicol ou éter de polipropileno glicol da fórmula R6 -O- (C3H46O)p -R7 em que η é de 3 a 6, R6 é hidrogênio ou metila, R7 é hidrogênio ou metila, ou R6 é fenila e R7 é hidrogênio, acetamida que é não substituída ou N-substituída com um ou dois grupo de alquila contendo 1 ou 2 átomos de carbono, glicerol, sulfolano, dimetilsulfóxido, e misturas destes. O componente orgânico é solúvel em água, e líquido em condições padrão de 25 °C na pressão atmosférica.
Exemplos de componentes orgânicos adequados incluem metanol, etanol, o éter monometílico de etileno glicol, o éter monofenílico de dietileno glicol, dimetil acetamida, e N-etil acetamida. Outros componentes orgânicos preferidos incluem glicóis, éteres glicólicos, os polietileno glicóis anteriormente mencionados e seus éteres, os polipropileno glicóis anteriormente mencionados e seus éteres, glicerol e sulfolano.
O componente orgânico e a sua quantidade são selecionados de modo a satisfazer vários fatores. Um fator principal é reduzir as contribuições de solução absorvente de calor sensível e latente nos requisitos totais de vapor na seção de regeneração. O calor latente é reduzido através da redução da quantidade relativa de água que necessita ser vaporizada na coluna de extração. Um fator relacionado é diminuir a capacidade térmica da solução absorvente. Preferivelmente, a capacidade térmica deve ser diminuída em pelo menos 10%, determinada mediante a comparação da capacidade térmica de uma solução que compreende água acrescida de uma ou mais aminas, mas nenhum componente orgânico como aqui definido, com a capacidade térmica de uma solução idêntica contendo a mesma quantidade das mesmas uma ou mais aminas exceto que parte da água é substituída com o componente orgânico. Tipicamente, o componente orgânico é selecionado de modo que a capacidade térmica da solução absorvente diminui de cerca de 0,9 a 1 cal/g 0C com relação ao absorvente que compreende amina(s) e água mas sem o componente orgânico, a cerca de 0,65 a 0,9 cal/g 0C com relação ao absorvente que compreende amina(s), água e componente orgânico.
A seleção do componente orgânico particular deve levar em consideração vários outros fatores. Um fator é a inflamabilidade, que é importante onde o absorvente entra em contato com um gás de combustão contendo quantidades significativas de oxigênio no absorvente. Por exemplo, os álcoois não são componentes orgânicos preferidos onde o gás de alimentação do qual o CO2 deve ser recuperado contém bastante oxigênio para apresentar um ambiente altamente oxidante. Um outro fator é as considerações ambientais, onde a corrente de gás que deixa a parte superior do absorvente 4 é ventilado para a atmosfera sem outro tratamento para remover o componente orgânico ou para quimicamente modificá-lo, por exemplo, mediante a sua combustão. Em tais situações, os componentes orgânicos devem ser evitados os quais podem apresentar risco para a saúde ou os quais podem causar odor ou degradação atmosférica. Mais um outro fator é que o componente orgânico seria quimicamente compatível com a(s) amina(s) assim como com materiais empregados no sistema com o qual o componente orgânico pode entrar em contato, incluindo não apenas vasos, bombas e linhas, mas também juntas de vedação, lacres, válvulas e outras partes.
Também importante na seleção do componente orgânico e sua(s) quantidade(s) é a) manter a pressão de vapor da solução absorvente em válvulas que minimizariam as perdas de exaustão do absorvente, b) manter ou aumentar a taxa de reação da solução absorvente com CO2 no absorvente, e c) reduzir qualquer tendência da solução absorvente espumar no absorvente.
A capacidade térmica mais baixa da solução absorvente usada nesta invenção pode resultar em uma temperatura aumentada dentro do absorvente 4. É portanto necessário ajustar a composição da solução de modo a não deixar a temperatura no absorvente 4 exceder a 85°C e preferivelmente 75°C. Da mesma forma, a solução absorvente com o componente orgânico deve ser formulada de modo que seu ponto de ebulição não venha a ser tão elevada que o extrator necessite ser operado em temperaturas acima de cerca de 130°C em qualquer ponto, para evitar a degradação térmica do absorvente de amina no extrator.
Levando em conta todos os fatores anteriores, as composições da solução absorvente devem estar nas seguintes faixas. O teor de amina total deve ser de 20 a 60% em peso, e preferivelmente de 25 a 50% em peso. O total do componente orgânico deve compreender de 10 a 50% em peso, e preferivelmente de 25 a 40% em peso. A água deve compreender de 10 a 50% em peso e preferivelmente de 20 a 40% em peso da solução absorvente.
Alguns exemplos de composições de soluções absorventes típicas que podem ser usadas de acordo com a presente invenção são:
30% em peso de MEA, 30% em peso de etileno glicol, 40% em peso de água
30% em peso de MEA, 40% em peso de dietileno glicol, 30% em peso de água
25% em peso de MEA, 25% em peso de MDEA, 30% em peso de dietileno glicol, 20% em peso de água
30% em peso de MEA, 20% em peso de MDEA, 30% em peso de dietileno glicol, 20% em peso de água
Dentro da coluna de absorção 4 a mistura de gás de alimentação se elevada em fluxo contra-corrente contra o absorvente em fluxo descendente. A coluna de absorção 4 contém internos de coluna ou elementos de transferência de massa tais como bandejas ou acondicionamento aleatório ou estruturado. Quando o gás de alimentação se eleva, a maioria do dióxido de carbono dentro do gás de alimentação, pequenas quantidades de oxigênio e outras espécies tais como nitrogênio, são absorvidas no líquido absorvente de fluxo descendente resultante em vapor da parte superior exaurido de dióxido de carbono na parte superior da coluna 4, e no absorvente carregado de dióxido de carbono contendo oxigênio dissolvido no fundo da coluna 4. O vapor da parte superior é retirado da parte superior da coluna 4 na corrente 5 e o absorvente carregado de dióxido de carbono é retirado da parte inferior da coluna 4 na corrente 7.
Um eliminador de névoa pode ser fornecido na parte superior do absorvente para capturar a amina e/ou o componente orgânico que é levado consigo no gás de exaustão do absorvente 5, que é essencialmente enriquecido por nitrogênio. Para ajudar na remoção de amina e componente orgânico, uma lavagem com água pode ser usada além do eliminador de névoa ou em lugar do eliminador de névoa.
O oxigênio dissolvido eventualmente causa degradação das aminas e alguns componentes orgânicos, desse modo resultando em corrosão e outras dificuldades de operação. O nível de concentração de oxigênio dissolvido no absorvente carregado com dióxido de carbono é reduzido pelo transporte imediato da corrente de absorvente contendo dióxido de carbono e oxigênio 7 para um estágio em que o oxigênio é removido da corrente.
A eliminação completa é ideal, mas não necessária. A redução da concentração de oxigênio para menos do que 2 ppm de oxigênio e preferivelmente menos do que 0,5 ppm de oxigênio deve ser alcançada. Uma técnica preferida para a remoção de oxigênio é um vácuo instantâneo como mostrado na Figura. Nesta técnica, a solução absorvente contendo dióxido de carbono e oxigênio é alimentada para um tanque 102 em que a pressão no espaço superior sobre a solução absorvente é mantida subatmosférica, geralmente dentro da faixa de 2 a 12 psia (13,8 a 82,7 kPa abs.) e preferivelmente dentro da faixa de 2,5 a 6 psia (17,2 a 41,4 kPa abs.), mediante a operação da bomba de vácuo 104. Esta condição retira oxigênio e outros gases dissolvidos da solução e para fora da parte superior do tanque 102 através da linha 103.
O oxigênio pode também ser removido mediante o contato da solução com um gás de lavagem de oxigênio em um dispositivo de transferência de massa adequado tal como uma coluna acondicionada, um dispositivo de pulverização, ou um comutador de membrana em vez do ou além do tanque 102, mas preferivelmente localizado no esquema de processo onde o tanque 102 está localizado. O equipamento e metodologia úteis para a remoção de oxigênio são descritos na Patente U.S. n2 6.174.506 e Patente U.S. n2 6.165.433. Exemplos de gases de lavagem de oxigênio incluem gases sem ou muito pouco oxigênio, por exemplo, nitrogênio, vapor de dióxido de carbono que deixa a seção de regeneração, ou dióxido de carbono do tanque de armazenagem.
E um aspecto importante desta invenção que a corrente 7 que compreende o fluido ou não passa por nenhum aquecimento entre a sua retirada da coluna de absorção 4 e seu tratamento para remover oxigênio, ou é aquecida (no auxílio da técnica de remoção de oxigênio) mas não tanto que a temperatura da corrente 7 exceda 160°F (71°C).
O absorvente exaurido de oxigênio contendo dióxido de carbono resultante, tipicamente contendo menos do que 2 ppm de oxigênio e preferivelmente menos do que 0,5 ppm de oxigênio, é retirado da parte mais baixa do tanque 102 na corrente 105, passado para a bomba de líquido 8 e daí na corrente 9 até e através do trocador térmico 10 em que é aquecido pela troca de aquecimento indireto em uma temperatura geralmente dentro da faixa de 90 a 120°C, preferivelmente de 100 a 110°C. O absorvente contendo dióxido de carbono aquecido é passado do trocador térmico 10 na corrente 11 para dentro da parte superior da coluna de extração 12, que opera em uma temperatura tipicamente dentro da faixa de 100 a 110°C na parte superior da coluna e em uma temperatura tipicamente dentro da faixa de 119 a 125°C na parte inferior da coluna. Quando o absorvente carregado de dióxido de carbono aquecido flui de modo descendente através da coluna de extração 12 sobre os elementos de transferência de massa que podem ser bandejas ou acondicionamento aleatório ou estruturado, o dióxido de carbono dentro do absorvente é extraído do absorvente no vapor de fluxo ascendente, que é geralmente vapor, para produzir a corrente de vapor da parte superior rica em dióxido de carbono 13 e líquido absorvente exaurido de dióxido de carbono.
A corrente de vapor da parte superior rica em dióxido de carbono 13 é retirada da parte superior da coluna de extração 12 e passada através do condensador de refluxo 47 em que é parcialmente condensada. A corrente de duas fases resultante 14 é passada para o tambor de refluxo ou separador de fase 15 em que é separada em gás rico em dióxido de carbono e em condensado.
O gás rico em dióxido de carbono é removido do separador de fase 15 na corrente 16 e recuperado como fluido de produto de dióxido de carbono tendo uma concentração de dióxido de carbono geralmente dentro da faixa de 95 a 99,9 porcento molar em uma base seca. Por "recuperado" como aqui usado significa recuperado como produto final ou separado por qualquer razão tal como descarte, outro uso, outro processamento ou seqüestro. O dióxido de carbono (corrente 16 na Figura) é geralmente pureza elevada (>98%). Dependendo do uso desejado para o dióxido de carbono, pode ser usado sem outra purificação, e após outra purificação se necessário (tal como quando o uso desejado for a adição em uma bebida ou outra produto comestível). Alternativamente, esta corrente pode ser alimentada em uma unidade de liquefação para a produção de CO2 líquido.
O condensado, que compreende principalmente água, amina(s) e o componente orgânico, é retirado do separador de fase 15 na corrente 17. Preferivelmente, esta corrente é passada através da bomba líquida 18 e alimentada como a corrente 19 para dentro da parte superior da coluna de extração 12. No entanto, a bomba 18 é desnecessária se o condensado puder fluir pela gravidade para a coluna de extração. Alternativamente, esta corrente pode ser reintroduzida no processo em outro lugar, tal como para dentro da corrente 20.
O absorvente remanescente contendo amina e componente orgânico e água é retirado da parte inferior da coluna de extração 12 na corrente 20. Preferivelmente, este absorvente é reciclado para compreender pelo menos uma parte da corrente 6 alimentado para a coluna de absorção 4. Antes disto, preferivelmente, a corrente 20 é passada pelo refervedor 21 em que é aquecida pela troca térmica indireta em uma temperatura tipicamente dentro da faixa de 119 a 125 ºC. Na forma de realização da invenção ilustrada na Figura, o refervedor 21 é acionado pelo vapor saturado 48 em uma pressão de 28 libras per polegada quadrada manométricas (psig) (193 kPa man.) ou mais elevada, que é retirado do refervedor 21 na corrente 49.
O aquecimento do absorvente contendo amina e contendo componente orgânico no refervedor 21 parte de um pouco de água que é passada como vapor na corrente 22 do refervedor 21 na parte inferior da coluna de extração 12 em que serve como o vapor de fluxo ascendente supracitado.
O absorvente contendo amina e contendo componente orgânico resultante é retirado do refervedor 21 na corrente líquida 23. Como requerido, isto é, contínua ou intermitentemente, uma parte 24 da corrente 23 é alimentada ao regenerador 25 onde este líquido é vaporizado. A adição de carbonato de sódio ou soda cáustica no regenerador 25 facilita a precipitação de quaisquer subprodutos de degradação e sais de amina estáveis ao calor. A corrente 27 representa o descarte de quaisquer subprodutos de degradação e sais de amina estáveis ao calor. A solução de amina vaporizada 26 pode ser reintroduzida na coluna de extração 12 como mostrado na Figura. Pode também ser esfriada e diretamente misturada com a corrente 6 que entra na parte superior da coluna de absorção 4. Da mesma forma, em lugar do regenerador 25 mostrado na Figura, outros métodos de purificação tais como a troca de íon ou eletrodiálise podem ser empregados.
A parte remanescente 28 do absorvente contendo amina ou contendo componente orgânico aquecido 23 é passada para a bomba de solvente 35 e a partir desta na corrente 29 e através do trocador térmico 10 em que serve para realizar o aquecimento supracitado do absorvente contendo dióxido de carbono e do qual emerge como absorvente esfriado 34. A corrente 34 é esfriada pela passagem através do refrigerador 37 em uma temperatura de cerca de 40 °C para formar a corrente absorvente esfriada adicional 38. Uma parte 40 da corrente 38 é separada e passada através do filtro mecânico 41, a partir deste como corrente 42 através do filtro de leito de carbono 45, para a remoção de impurezas, sólidos, subprodutos de degradação e sais de amina estáveis térmicos. A corrente purificada resultante 46 é recombinada com a corrente 39 que é o resíduo da corrente 38 para formar a corrente 55.
O tanque de armazenagem 30 contém amina de reposição, a qual como requerido é retirada do tanque de armazenagem 30 na corrente 31 e bombeada pela bomba de líquido 32 como a corrente 33 na corrente 55. Quando uma segunda amina for utilizada, o tanque de armazenagem 50 contém reposição para a segunda amina. A segunda amina é retirada do tanque de armazenagem 50 na corrente 51 e bombeada pela bomba de líquido 52 como corrente 53 dentro da corrente 55. Alternativamente, os compostos de amina podem ser pré-misturados e mantidos em um tanque de armazenagem, e dele dispensados. As terceiras e adicionais aminas podem ser armazenadas em tanques de armazenagem, e deles dispensadas. O tanque de armazenagem 60 contém água de composição, que como requerido é retirada do tanque de armazenagem 60 na corrente 61 e bombeada pela bomba de líquido 62 como corrente 63 na corrente 55. O tanque de armazenagem 70 contém reposição para o componente orgânico, que como requerido é retirado do tanque de armazenagem 70 na corrente 71 e bombeado pela bomba de líquido 72 como corrente 73 na corrente 55 para formar a corrente 6.
A prática da presente invenção proporciona várias vantagens significativas. Em particular, menos energia é requerida, per unidade de dióxido de carbono tratada, para o aquecimento e evaporação que são inerentes no processo. Isto é suposto de ser devido à quantidade mais baixa de energia requerida para evaporar o componente orgânico e a quantidade reduzida de água presente a qual necessita ser evaporada. Também, a taxa de circulação de soluções absorventes contendo o componente orgânico da presente invenção pode permanecer a mesma como a taxa de circulação da solução absorvente sem o componente orgânico.
Como uma ilustração, com respeito ao consumo de vapor durante a regeneração, uma solução com 30% em peso de MEA tipicamente requer ao redor de 4 MMBtu/ ton métrica de CO2 recuperado. Uma solução absorvente com 30% em peso de MEA, 30% em peso de etileno glicol (como o componente orgânico aqui referido), e 40% em peso de água é esperado requerer ao redor de 3,2 MMBtu/ton métrica de CO2 recuperado. Similarmente uma mistura aquosa de 30% em peso de MEA e 20% em peso de MDEA requer ao redor de 3,2 MMBtu/ton métrica de CO2 recuperado. Uma solução absorvente com 30% em peso de MEA, 20% em peso de MDEA, 30% em peso de dietileno glicol (como o componente orgânico aqui referido), 20% em peso de água pode potencialmente diminuir o consumo de vapor ao redor de 2,8 MMBtu/ton métrica de CO2 recuperado. Com respeito à capacidade térmica em uma temperatura ao redor de 93°C, uma solução de 30% em peso de MEA possui uma capacidade térmica de 0,938 cal/g °C enquanto uma solução absorvente com 30% em peso de MEA, 30% em peso de etileno glicol e 40% em peso de água possui um valor correspondente de 0,851 cal/g °C. Uma mistura aquosa de 30% em peso de MEA e 20% em peso de MDEA possui uma capacidade térmica de 0,87 cal/g °C enquanto um absorvente consistindo de 30% em peso de MEA, 20% em peso de MDEA, 30% em peso de dietileno glicol e 20% em peso de água possui um valor correspondente de 0,74 cal/g °C.
Além disso, alguns componentes orgânicos, tais como etileno glicol, foram mostrados de aumentar a taxa de reação da solução absorvente com CO2 assim como reduzir as tendências de formação de espuma. O efeito combinado é um tamanho de absorvente reduzido, que no final das contas reduz os custos de capital. Um benefício colateral da formação de espuma reduzida é a dificuldade operacional menos importante.
Além disso, o processo da presente invenção não requer a adição de inibidores da degradação oxidativa da amina, porque o oxigênio é eficazmente removido em um nível em que a degradação oxidativa da amina não é um risco.
Claims (10)
1. Método para a recuperação de dióxido de carbono a partir de um gás contendo dióxido de carbono, caracterizado pelo fato de que compreende: (A) passar um gás de alimentação compreendendo dióxido de carbono e oxigênio em contato contra-corrente com uma solução absorvente que compreende água, um componente de amina, e um componente orgânico selecionado do grupo consistindo de alcanóis C1-C3, etileno glicol, éter etileno glicol monometílico, dietileno glicol, propileno glicol, dipropileno glicol, polietileno glicóis e éteres de polietileno glicol da fórmula R4 -O- (C2H40)n- R5 em que η é de 3 a 12, R4 é hidrogênio ou metila, R5 é hidrogênio ou metila, ou R4 é fenila e R5 é hidrogênio, polipropileno glicóis e éteres de polipropileno glicol da fórmula R6 -O- (CsH6O)p -R7 em que η é de 3 a 6, R6 é hidrogênio ou metila, R7 é hidrogênio ou metila, ou R6 é fenila e R7 é hidrogênio, acetamida que é não substituída ou N-substituída com um ou dois grupo de alquila contendo 1 ou 2 átomos de carbono, glicerol, sulfolano, dimetilsulfóxido, e misturas destes, e transferir dióxido de carbono e oxigênio de dito gás em dita solução absorvente para obter uma solução absorvente contendo dióxido de carbono e oxigênio; (B) separar o oxigênio da solução absorvente contendo dióxido de carbono e oxigênio para obter uma solução absorvente contendo dióxido de carbono exaurido de oxigênio; (C) aquecer a solução absorvente contendo dióxido de carbono exaurido de oxigênio para obter uma solução absorvente aquecida contendo dióxido de carbono exaurido de oxigênio; e (D) separar o dióxido de carbono da solução absorvente aquecida contendo dióxido de carbono exaurido de oxigênio para obter uma corrente rica em dióxido de carbono e uma solução absorvente regenerada.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o componente orgânico é selecionado do grupo consistindo de etileno glicol, dietileno glicol, propileno glicol, dipropileno glicol, glicerol, e misturas destes.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dito componente de amina é selecionado do grupo consistindo de compostos da fórmula NR R R em que R é hidroxietila, hidroxiisopropila, ou hidróxi-n-propila, R2 é hidrogênio, hidroxietila, hidroxiisopropila, ou hidróxi-n-propila, e R3 é hidrogênio, metila, etila, hidroxietila, hidroxiisopropila, ou hidróxi-n-propila; ou em que R1 é 2-(2'-hidroxietóxi)- etila e tanto R quanto R são hidrogênio, e misturas destes.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dito componente compreende um ou mais compostos selecionados do grupo consistindo de monoetanolamina, dietanolamina, diisopropanolamina, metildietanolamina e trietanolamina.
5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a solução absorvente contendo dióxido de carbono exaurido de oxigênio é aquecida na etapa (C) mediante a troca térmica indireta com a solução absorvente regenerada que é recuperada na etapa (E).
6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende a separação de oxigênio da solução absorvente contendo dióxido de carbono e oxigênio na etapa (B) mediante a alimentação da solução em um tanque em que a pressão sobre a solução é subatmosférica.
7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende a separação de oxigênio da solução absorvente contendo dióxido de carbono e oxigênio na etapa (B) mediante a passagem de gás de lavagem através da solução.
8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a solução obtida na etapa (A) não é aquecida antes que ela seja submetida à etapa (B).
9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a temperatura da solução obtida na etapa (A) é mantida abaixo de 160°F (71°C) antes que ela seja submetida à etapa (B).
10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a solução absorvente obtida na etapa (D) é reciclada na etapa (A) para compreender pelo menos uma parte da solução absorvente com a qual o gás de alimentação é colocado em contato na etapa (A).
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