BRPI0718959B1 - Método para regeneração de um absorvente rico tendo absorvido CO2 e regenerador para um absorvente líquido para CO2 - Google Patents

Método para regeneração de um absorvente rico tendo absorvido CO2 e regenerador para um absorvente líquido para CO2 Download PDF

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Description

(54) Título: MÉTODO PARA REGENERAÇÃO DE UM ABSORVENTE RICO TENDO ABSORVIDO CO2 E REGENERADOR PARA UM ABSORVENTE LÍQUIDO PARA CO2 (51) Int.CI.: B01D 53/14; C01B 32/50 (52) CPC: B01D 53/1425,B01D 53/1475,C01B 32/50 (30) Prioridade Unionista: 24/11/2006 NO 2006 5413 (73) Titular(es): AKER CLEAN CARBON AS (72) Inventor(es): SIMON WOODHOUSE
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MÉTODO PARA REGENERAÇÃO DE UM ABSORVENTE RICO TENDO ABSORVIDO CO2 E REGENERADOR PARA UM ABSORVENTE LÍQUIDO PARA
CO2
Campo Técnico da Invenção [001] A presente invenção se refere ao campo de captura de CO2 de uma mistura gasosa. Mais especificamente, a presente invenção se refere à captura de CO2 de um gás contendo CO2, tal como um gás de combustão proveniente da combustão de material carbonáceo ou de outros processos de liberação de CO2. Mais especificamente, a presente invenção se refere a um método e instalação aperfeiçoados para regeneração de um absorvente de CO2, em um método e instalação para capturar CO2.
Antecedentes da Invenção [002] A contínua e crescente combustão de combustíveis fósseis, tais como carvão, petróleo e gás natural, durante os últimos séculos resultou em um aumento na concentração de CO2 na atmosfera. A crescente concentração de CO2 tem provocado preocupação devido ao efeito estufa causado pelo CO2. O efeito estufa é suspeito de já ter provocado, pelo menos, algumas mudanças no clima, que têm sido observadas nas últimas décadas e, em conformidade com os modelos de simulação, suspeito de provocar mudanças ainda mais potencialmente dramáticas no clima do planeta terra.
[003] Este fato tem chamado a atenção dos cientistas, ambientalistas e políticos de todo o mundo,
para estabilizar ou mesmo reduzir a descarga de CO2 da
combustão de combustíveis fósseis para a atmosfera. A
estabilização ou mesmo a redução da descarga de CO2 na
atmosfera proveniente da combustão de combustíveis fósseis
pode ser conseguida mediante captura e segura deposição do CO2 proveniente de gases de exaustão de usinas de energia
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2/17 térmica e outras instalações, onde o combustível fóssil é queimado.
[004] O CO2 capturado pode ser injetado em formações subterrâneas, tais como formações aquíferas, poços de petróleo para intensificar a recuperação de petróleo ou em poços exauridos de petróleo e gás para deposição. Os testes indicam que o CO2 permanece na formação subterrânea por milhares de anos e não é liberado para a atmosfera.
[005] A captura de CO2 de um gás por meio de absorção é um procedimento bem conhecido e tem sido utilizado há décadas, por exemplo, para remoção de CO2 (e outros gases ácidos) de gás natural produzido em campos de produção de gás. Os absorventes usados ou sugeridos pelo estado da técnica têm sido diferentes soluções aquosas alcalinas, como, por exemplo, carbonato de potássio, ver a Patente U.S. No. 4.160.810, e diferentes aminas, ver, por exemplo, as Patentes U.S. Nos. 4.112.051, 4.397.660 e
5.061.465. A separação de CO2 dos gases de exaustão de usinas de energia térmica por meio de uma solução de amina é conhecida, por exemplo, da Patente U.S. No. 4.942.734.
[006] Um fato comum para essas soluções de captura de CO2 é que a mistura gasosa a ser separada é introduzida em contracorrente ao absorvente aquoso na coluna de absorção. O gás que deixa a coluna de absorção é CO2 exaurido (ou gás ácido exaurido), enquanto o CO2 (ou outro gás ácido) deixa a coluna de absorção junto com o absorvente. O absorvente é regenerado na coluna de regeneração e retornado para a coluna de absorção. A amina é regenerada pela extração da solução de amina com vapor na coluna de regeneração. O vapor é gerado no refervedor, na base da coluna.
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3/17 [007] A Figura 1 e o texto anexo do documento de patente WO 2004/080573 descrevem um processo de regeneração sob baixa pressão para um absorvente de CO2, em que o absorvente é extraído em uma coluna de regeneração através de fluxo em contracorrente de vapor. A pressão na coluna é indicada como sendo de cerca de 0,15 atm, ou cerca de 0,15 bar, e a temperatura na base da coluna de regeneração é de cerca de 55°C, diminuindo na direção do topo da coluna. A pressão da mistura gasosa de CO2 e vapor retirado no topo da coluna de regeneração é aumentada para a pressão atmosférica através de compressão em múltilpos estágios, com refrigeração e separação da água entre os estágios. A refrigeração é efetuada mediante troca de calor contra um absorvente pobre para produzir vapor de baixa pressão, para a extração na coluna de regeneração.
[008] Esse processo de regeneração em condições subatmosféricas pode ser eficaz para absorventes de carbonato. Os absorventes de amina, entretanto, necessitam de temperaturas mais altas para que a extração do CO2 ocorra de modo satisfatório. Além disso, o método de regeneração sob baixa pressão eleva os custos de construção e de operação da parte de regeneração da instalação em questão. Primeiramente, o abaixamento da pressão resulta na exigência de uma coluna de regeneração mais volumosa, aumentando dramaticamente o custo de construção. Em segundo lugar, a compressão do gás que é retirado do topo da coluna de regeneração, proveniente da pressão da coluna para a pressão atmosférica, é consumidora de energia. O custo de energia para compressão de um gás de 0,15 bar para 1 bar corresponde, aproximadamente, à compressão de um gás de 1 bar para 7 bar. A baixa temperatura de operação do dispositivo de extração possibilita, entretanto, uma simples e efetiva compressão desse gás.
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4/17 [009] Muito embora a redução de pressão na coluna de regeneração permita uma simples e vantajosa recompressão do vapor para integração de energia, as vantagens extraídas da integração de energia são menores que as desvantagens devido ao custo adicional. Além disso, o processo não seria possível de operar eficientemente, conforme mencionado acima, para outros absorventes diferentes dos carbonatos, como no caso das normalmente mais preferidas aminas.
[0010] Conforme ilustrado acima, o CO2 como tal é bem conhecido na técnica. Entretanto, existe uma necessidade de diversos aperfeiçoamentos no processo de captura de CO2 para tornar as usinas de energia térmica, isentas de CO2 ou com baixa emissão de CO2, economicamente rentáveis.
[0011] As instalações para captura de CO2 são relativamente grandes, complexas e de construção onerosa. Portanto, é desejado reduzir o tamanho, complexidade e custo das instalações.
[0012] A captura do CO2 é realizada à custa da eficiência de uma usina de energia termelétrica que utiliza combustível fóssil, de modo que a produção de energia elétrica e/ou do calor de alta temperatura de uma usina de energia termelétrica é reduzido. A eficiência reduzida comparada com uma instalação tradicional torna essas instalações menos rentáveis. Portanto, são procurados aperfeiçoamentos na eficiência, isto é, a redução do custo de energia no processo de captura de CO2.
[0013] Os absorventes atualmente preferidos são soluções aquosas de diferentes aminas. As aminas comumente usadas são as alcanolaminas, tais como, por exemplo, dietanolamina, monometiletanolamina, aminoetiletanolamina, 2-(metilamino)etanol, MDEA, assim como outras aminas
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5/17 conhecidas pelos versados na técnica. A absorção de CO2 para os absorventes de amina é uma reação exotérmica reversível. Consequentemente, o calor tem de ser suprido para a coluna de regeneração para reverter a absorção e liberar o CO2.
[0014] O calor suprido à coluna de regeneração, de acordo com o estado da técnica, é suprido no refervedor, onde o absorvente é aquecido a uma temperatura, tipicamente, de cerca de 120 a 130°C, sob uma pressão normal de operação para esses dispositivos de extração de cerca de 1,5 bar ou 0,5 bar. O absorvente no refervedor pode ser aquecido por uma fonte elétrica de calor, porém, mais comumente, mediante um meio térmico, como, por exemplo, um vapor de alta temperatura. O refervedor é a principal consumidora da energia térmica de temperatura média no ciclo de absorção/dessorção para a captura do CO2. Uma redução na demanda de energia térmica de temperatura média iria melhorar a economia do processo de captura de CO2.
[0015] Um objetivo da presente invenção, portanto, é a obtenção de uma redução no ciclo de trabalho do refervedor e, dessa forma, uma redução na demanda da energia térmica de temperatura média, tal como, o vapor de alta temperatura.
Breve Descrição da Invenção [0016] De acordo com um primeiro aspecto, a presente invenção se refere a um método para regeneração de um absorvente rico tendo absorvido CO2, para proporcionar um absorvente regenerado ou pobre, e CO2, método no qual uma corrente de absorvente rico é introduzida em uma coluna regeneradora, a qual é operada sob pressão igual ou maior que a pressão atmosférica, coluna de regeneração na qual o absorvente circula descendentemente e em contracorrente com
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6/17 o vapor gerado pelo aquecimento do absorvente pobre na base da coluna regeneradora, onde o gás, compreendendo principalmente CO2 liberado e vapor é retirado do topo da coluna e separado, de modo a proporcionar uma corrente de CO2 que é removida, e água condensada que é reciclada dentro da coluna regeneradora e em que o absorvente pobre ou regenerado é retirado da base da coluna, em que o gás que é retirado do topo da coluna regeneradora é comprimido e refrigerado por troca térmica para recuperar o calor, antes da separação do gás em CO2 e água. Ao comprimir a quantidade total de CO2 e vapor retirados do topo antes da separação, o calor do gás que sai da coluna de regeneração é conservado e convertido em calor de temperatura média à custa da energia usada para aumentar a pressão do vapor e elevar a temperatura de condensação do vapor. Esse calor de temperatura média pode depois ser usado para outras finalidades, diferentemente do calor de baixa temperatura que é de nenhum ou de valor limitado para outras finalidades e, normalmente, é liberado como água de refrigeração.
[0017] De acordo com uma modalidade, o gás retirado do topo da coluna de regeneração é comprimido para uma pressão que é de 2 a 5 vezes a pressão operacional da coluna de regeneração antes da separação do gás em CO2 e água. Ao comprimir o gás de 2 a 5 vezes a pressão operacional da coluna de regeneração, a energia térmica total e a temperatura no gás são aumentadas suficientemente para produzir o vapor de temperatura média, mediante troca térmica contra o gás comprimido.
[0018] De acordo com uma modalidade, o gás retirado do topo da coluna de regeneração é comprimido em uma unidade de compressão que compreende dois ou mais estágios de compressão, e em que é introduzida água no gás
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7/17 comprimido entre os estágios de compressão. Diversos estágios de compressão melhoram o controle com a compressão e permitem a refrigeração entre as etapas.
[0019] De acordo com uma modalidade específica, o gás comprimido é refrigerado mediante troca térmica contra a água, para aquecer a água para produzir vapor. A refrigeração através da adição de água no gás comprimido aquecido reduz a temperatura do gás, sem a perda de qualquer energia térmica nos refrigeradores, dessa forma, manterá a energia térmica no gás e reduzirá a perda de calor.
[0020] De acordo com uma modalidade, o vapor gerado pela troca de calor é usado para gerar vapor mediante aquecimento do absorvente pobre na base da coluna regeneradora. O uso do vapor gerado pela troca de calor contra o gás comprimido substituirá o vapor gerado no refervedor, dessa forma, reduzirá o ciclo de atividade da caldeira.
[0021] De acordo com um segundo aspecto, a presente invenção se refere a um método de captura de CO2 de um gás contendo CO2, compreendendo a introdução de um absorvente líquido pobre e do gás contendo CO2 em um absorvedor, no qual o gás contendo CO2 é obrigado a circular em contracorrente em relação ao absorvente pobre, para produzir um absorvente rico e uma corrente de gás exaurida de CO2, liberando o gás exaurido de CO2 para o ambiente, retirando o absorvente rico do absorvedor, em que o absorvente rico é introduzido em uma coluna regeneradora que é operada sob pressão igual ou maior que a pressão atmosférica, coluna de regeneração na qual o absorvente circula descendentemente em contracorrente com o vapor gerado pelo aquecimento do absorvente pobre na base da coluna regeneradora, onde compreendendo
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8/17 principalmente CO2 liberado e vapor é retirado do topo da coluna e separado, de modo a proporcionar uma corrente de CO2 que é removida, e água condensada que é reciclada na coluna regeneradora e em que o absorvente pobre ou regenerado é retirado da base da coluna, em que o gás que é retirado do topo da coluna regeneradora é comprimido e refrigerado por troca térmica para recuperar o calor, antes da separação do gás em CO2 e água. Esse segundo aspecto se refere à inclusão do presente regenerador em um método de captura de CO2 do ambiente, dessa forma, incluindo as vantajosas características dentro da instalação.
[0022] De acordo com um terceiro aspecto, a presente invenção se refere a um regenerador para um absorvente líquido para CO2, compreendendo uma coluna regeneradora operada sob pressão igual ou maior que a pressão atmosférica, uma linha de absorvente rico para introdução do absorvente rico na coluna regeneradora, meios de retirada para retirar o absorvente pobre da base da coluna regeneradora, um refervedor para aquecimento de uma porção do absorvente retirado antes da reintrodução na coluna regeneradora para produção de vapor, uma linha de absorvente pobre para reciclar uma porção do absorvente retirado pelos meios de retirada para um absorvedor, uma linha de retirada de gás para retirar CO2 e vapor do topo da coluna regeneradora, e meios de separação para separar o gás retirado do topo da coluna regeneradora em uma corrente de CO2 que é exportada do regenerador, e água que é reciclada para a coluna regeneradora, compreendendo ainda uma unidade de compressão de vapor para comprimir CO2 e vapor a uma pressão de 2 a 10 bars, provida entre a coluna regeneradora e os meios de separação. Ao comprimir a quantidade total de CO2 e vapor retirados do topo antes da separação, o calor do gás que sai da coluna de regeneração
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9/17 é conservado e convertido em calor de temperatura média à custa da energia usada para aumentar a pressão do vapor e elevar a temperatura de condensação do vapor. A elevação da temperatura de condensação do vapor possibilita que o calor seja recuperado sob temperaturas mais altas. 0 resultado é que a perda de energia no processo total é reduzida.
[0023] De acordo com uma primeira modalidade, a unidade de compressão é uma unidade de compressão de múltiplos estágios, compreendendo dois ou mais estágios de compressão. O uso de diversos estágios de compressão possibilita a refrigeração entre cada estágio. Isso aumenta a eficiência e reduz a temperatura de projeto do sistema de compressão.
[0024] De acordo com uma segunda modalidade, são providos meios de injeção de água para injetar água no CO2 comprimido e água entre os compressores. A refrigeração entre estágios é normalmente realizada por meio de trocadores de calor e um meio de refrigeração. O meio de refrigeração remove o calor do sistema. A refrigeração mediante injeção de vapor não remove a energia do sistema e aumenta a quantidade de calor que pode ser recuperada.
[0025] De acordo com uma quarta modalidade, a presente invenção se refere a uma instalação para captura de CO2 a partir de um gás contendo CO2, compreendendo meios para introduzir um absorvente liquido pobre e o gás contendo CO2 em um absorvedor, no qual o absorvente e o gás contendo CO2 são obrigados a circular em contracorrente para produzir um fluxo de gás exaurido de CO2 e um absorvente rico, meios para liberar o fluxo de gás exaurido de CO2 para o ambiente, meios para retirar o absorvente rico do absorvedor e para introduzir o absorvente rico em um regenerador, o regenerador compreendendo um regenerador para um absorvente liquido para CO2, compreendendo uma
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10/17 coluna regeneradora operada sob uma pressão igual ou maior que a pressão atmosférica, uma linha de absorvente rico para introdução do absorvente rico na coluna regeneradora, meios de retirada para retirar o absorvente pobre da base da coluna regeneradora, um refervedor para aquecer uma porção do absorvente retirado antes da reintrodução na coluna regeneradora para produção de vapor, uma linha de absorvente pobre para reciclagem de uma porção do absorvente retirado pelos meios de retirada para um absorvedor, uma linha de retirada de gás para retirar o CO2 e vapor do topo da coluna regeneradora, e meios de separação para separar o gás retirado do topo da coluna regeneradora em uma corrente de CO2 que é exportada do regenerador, e água que é reciclada para a coluna regeneradora, compreendendo ainda uma unidade de compressão de vapor para compressão do CO2 e do vapor a uma pressão de 2 a 10 bars, provida entre a coluna regeneradora e os meios de separação. Essa quarta modalidade se refere a uma instalação de captura de CO2 incorporando o regenerador acima e proporciona, dessa forma, as mesmas vantagens para a instalação de captura completa.
[0026] A expressão fonte de calor de baixa temperatura ou meio térmico de baixa temperatura conforme usada na presente invenção significa uma fonte de calor ou um meio térmico, tal como a água, vapor ou outro meio térmico, tendo uma temperatura de saída de um trocador de calor abaixo de 110°C. A temperatura de saída de um trocador de calor para uma fonte de calor de baixa temperatura pode ser abaixo de 105°C, abaixo de 100°C ou abaixo de 95°C. A temperatura de entrada dentro de um trocador de calor para um meio térmico de baixa temperatura pode ser abaixo de 130°C, tal como abaixo de 125°C.
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11/17 [0027] A expressão calor de temperatura média ou meio térmico de temperatura média, conforme usada na presente descrição significa uma fonte de calor ou meio térmico, tal como, a água, vapor ou outro meio térmico, tendo uma temperatura de saída de um trocador de calor acima de 120°C, tal como acima de 125°C ou acima de 130°C.
Uma fonte de calor ou meio térmico de temperatura média, normalmente, apresenta uma temperatura de entrada para um trocador de calor acima de 125°C, mais preferivelmente, acima de 130°C.
[0028] Um meio térmico de temperatura média pode ser vapor sob uma temperatura acima de 125°C ou acima de 130°C, o qual é condensado em um trocador de calor para produzir água condensada a uma temperatura que é cerca de 1 a 10°C mais baixa que a temperatura de entrada do vapor. Essa água condensada pode depois ser usada como um meio térmico de baixa temperatura para processos que exigem menos temperatura.
[0029] O termo estágios compressores conforme usado na presente descrição e também nas reivindicações significa incluir as unidades físicas compressoras compreendendo dois ou mais estágios compressores, ou compressores fisicamente separados, cada qual constituindo um estágio.
Breve Descrição das Figuras
A Figura 1 é um diagrama esquemático de uma instalação de captura de CO2, de acordo com o estado da técnica; e
A Figura 2 é um diagrama esquemático de uma modalidade da presente parte de regeneração aperfeiçoada de amina de uma instalação de captura de CO2.
Descrição Detalhada da Presente Invenção
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12/17 [0030] A figura 1 ilustra uma instalação de captura de CO2 de acordo com o estado da técnica, em que o gás de exaustão da combustão de combustível carbonáceo entra na instalação de captura de CO2 através de uma linha de exaustão 1. O gás de exaustão na linha 1 é substancialmente refrigerado mediante utilização de energia térmica de alta temperatura, proveniente da combustão para produção de energia elétrica. A temperatura do gás de exaustão que entra na instalação de captura de CO2 através da referida linha, normalmente, é de cerca de 120°C a cerca de 90°C. O gás de exaustão proveniente da linha 1 é introduzido em uma seção de refrigeração, na qual ele é saturado com água e refrigerado a uma temperatura de cerca de 35°C a cerca de 60°C.
[0031] O gás de exaustão refrigerado e umidificado é depois introduzido na parte inferior de uma torre de absorção 3, na qual o gás de exaustão circula da base para o topo da torre de absorção 3 em contracorrente a um absorvente pobre, isto é, o absorvente que é extraído para o CO2, o qual é introduzido na parte superior da torre de absorção, através de uma linha de absorvente pobre 4. O gás pobre, isto é, o gás de exaustão em que uma parte substancial do CO2 é removida, é removido através de uma linha de saída de gás 6 no topo da torre de absorção, enquanto o absorvente rico, isto é, o absorvente tendo absorvido CO2, é removido da torre de absorção através de uma linha de absorvente rico 5.
[0032] O absorvente rico é aquecido contra o absorvente pobre que é retornado para a torre de absorção em um trocador de calor 7 em uma temperatura, tipicamente, na faixa entre 90 e 110°C, antes de o absorvente rico ser introduzido em uma coluna regeneradora 8. Na coluna regeneradora 8, o absorvente rico circula descendentemente
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13/17 e em contracorrente ao vapor gerado pelo aquecimento de alguma porção de absorvente em um refervedor 11. 0 absorvente pobre deixa a coluna regeneradora através de uma saída de absorvente pobre 10. Uma parte do absorvente pobre na saída 10 é introduzida no refervedor 11, onde é aquecido a uma temperatura tipicamente na faixa de 120-130°C, de modo a produzir absorvente quente e vapor que são reintroduzidos na coluna regeneradora através de uma linha 12. O absorvente pobre no refervedor 11 é tipicamente aquecido por meio de eletricidade, ou por um meio de aquecimento, tal como, por exemplo, vapor. Ao utilizar um meio de aquecimento para aquecer o absorvente no refervedor, o mesmo é introduzido através de uma linha 13 e removido através de uma linha 13' . O vapor como meio de aquecimento para o refervedor é normalmente introduzido como um vapor de alta pressão a uma temperatura de cerca de 130-140°C, e sai através da linha 13' na forma de vapor condensado, sob a mesma temperatura. Em outras palavras, a energia transferida do meio térmico para o absorvente no refervedor é o calor de condensação do vapor.
[0033] O aquecimento da coluna a partir da base proporciona um gradiente de temperatura em estado uniforme, a partir da base para o topo da coluna, onde a temperatura no topo é de 10-50°C mais baixa do que na base, dependendo do projeto da coluna em questão.
[0034] O absorvente pobre na linha 10 que não é introduzido na caldeira de regeneração é reciclado de volta para a coluna de absorção 3 através da linha 4 e refrigerado no trocador de calor 7 contra o absorvente rico na linha 5. No trocador de calor 7, o absorvente rico relativamente frio é aquecido contra o absorvente pobre relativamente quente que sai do dispositivo de extração a uma temperatura de cerca de 120°C. Dependendo do
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14/17 dimensionamento e construção da instalação em questão, a temperatura da amina rica que sai do trocador de calor 7 para o dispositivo de extração de amina pode ser de cerca de 90 a cerca de 110°C.
[0035] A pressão na coluna de regeneração, normalmente, é a pressão atmosférica ou uma pressão mais alta, para obter uma regeneração do absorvente ou extração do CO2 efetiva. A pressão na coluna de regeneração é normalmente de 1,5 bars ou superior a isso. Em uma situação prática, a pressão é normalmente de cerca de 1,5 a cerca de 2,0 bars, porém, pode ultrapassar a esse valor de pressão.
[0036] O CO2 liberado do absorvente, vapor d'água e menores quantidades de absorvente são retirados da coluna regeneradora 8 através de uma linha de retirada de gás 9. O gás na linha de retirada de gás 9 é refrigerado em um condensador de refluxo 14, para condensar a água que é separada do gás restante, compreendendo principalmente CO2 em um separador de CO2 15. O gás CO2 e algum vapor d'água restante são removidos do separador de CO2 15 através de uma linha de CO2 16 para posterior tratamento, tal como secagem, compressão e deposição. A água condensada no separador de CO2 é retirada através de uma linha 17 e bombeada de volta para o topo da coluna de regeneração 8 por meio de uma bomba 18.
[0037] Um versado na técnica entenderá que o vapor d'água retirado através da linha agua condensada removida no separador 15, podem compreender menores quantidades de absorvente. A água e os vapores d'água usados na presente descrição e nas reivindicações são, portanto, idealizados de incluir a água e os vapores d'água que compreendem menores quantidades de absorvente, quando apropriado.
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15/17 [0038] A figura 2 ilustra uma modalidade preferida da presente invenção. Essa modalidade corresponde, principalmente, ao método e instalação descritos com referência à figura 1, exceto em que o gás retirado da coluna de regeneração 8 na linha 9 é diretamente comprimido em uma unidade de compressão 20 sem separação da água antes da etapa de compressão.
[0039] A unidade de compressão, preferivelmente, compreende dois ou mais compressores ou estágios compressores conectados em série 21, 21', 21' ’ mediante linhas de conexão 28. A água de uma linha de suprimento d'água 30 é introduzida no gás comprimido e, dessa forma, aquecido, entre os estágios compressores, nas linhas de conexão 28, através de injetores de água 29, 29' . A água refrigera e satura o gás antes do próximo estágio de compressão.
[0040] O gás é tipicamente comprimido na unidade de compressão 20 a uma pressão, tipicamente, de 2 a 5 vezes maior que a pressão de operação da coluna de regeneração, correspondendo a uma pressão do gás que sai da unidade de compressão de cerca de 2 a cerca de 10 bars. Mais tipicamente, a pressão do gás que sai da unidade de compressão é de cerca de 4 bars a cerca de 8 bars.
[0041] O gás comprimido e aquecido que sai da unidade de compressão 20 através de uma linha 22 é refrigera em um trocador de calor 23, no qual parte da água e do absorvente são condensados para aquecer um meio térmico em uma linha 32. A corrente na linha 22’ compreendendo condensado e gás é, após isso, adicionalmente refrigerada em um refrigerador 24, antes do condensado e do gás serem separados em um separador 25. A fase gasosa é retirada do separador 25 na linha de CO2 31 para tratamento posterior, tal como compressão, secagem e deposição. A fase
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16/17 líquida no separador 25, compreendendo principalmente água e menores quantidades de absorvente é retirada do separador em uma linha de líquido 27 e, opcionalmente, é controlada por meio de uma válvula 2 6 e recirculada na coluna de regeneração.
[0042] Ao comprimir o gás total retirado da coluna de regeneração compreendendo CO2, vapor d'água e menores quantidades de absorvente, a temperatura de condensação do vapor d'água no gás é elevada. Isso significa que o calor removido para condensar a água pode ser recuperado sob uma elevada temperatura e usado no processo.
[0043] O calor do gás que sai da unidade de compressão 20 na linha 22 pode, por exemplo, ser usado como uma fonte de calor para o refervedor 11. O meio térmico que sai do trocador de calor 23 pode ser usado como pelo menos uma parte do meio térmico de temperatura média que entra no refervedor 11 através da linha 13 ou o trocador de calor 23 é o próprio refervedor 11.
[0044] Um exemplo de instalação para capturar CO2 do gás de exaustão proveniente de uma estação de energia de 400 MW ativada por gás, com remoção de CO2 mediante uso de MEA foi simulada e os dados básicos estimados. De acordo com o modelo simulado, o sistema de remoção de CO2 remove 85% do CO2 presente no gás de exaustão. O sistema padrão demonstrado na figura 1 necessitará de um refervedor regenerador de amina 11 com um ciclo de trabalho de 152 MW. O calor é suprido na forma de vapor saturado, sob pressão de 4 bars e temperatura de 144°C. O vapor condensado sai do refervedor à temperatura de 144°C. Em uma instalação de acordo com o estado da técnica, o condensado é refrigerado e bombeado de volta
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17/17 para a estação de energia para geração de vapor. 0 regenerador de amina opera sob pressão de 1,9 bars.
[0045] De acordo com o modelo de estimulação da presente invenção, o vapor que sai da torre de regeneração é comprimido para 6 bars através de 4 estágios de compressão. Entre cada estágio de compressão, o vapor é refrigerado por meio de injeção de água. O vapor comprimido está a uma temperatura de 144°C e pressão de 6 bars. O vapor é passado para o trocador de calor onde é refrigerado para a temperatura de 133°C. O vapor é depois passado para o condensador para uma refrigeração final para 25°C. O ciclo de atividade do trocador de calor é de 36 MW. Esse calor pode ser usado diretamente no refervedor ou pode ser usado para gerar vapor que pode ser usado no refervedor.
[0046] Todo o dióxido de carbono produzido é comprimido para armazenamento ou descarte. O ciclo de atividade do refervedor é reduzido para 116 MW, uma redução de 36 MW. A unidade compressora de vapor 20 apresenta um ciclo de atividade de 12 MW. No entanto, o ciclo de atividade do compressor de dióxido de carbono é reduzido de 4 MW, o que resulta em um aumento líquido no consumo de energia para compressão de 8 MW.
[0047] Consequentemente, o uso de vapor de compressão para elevar a temperatura de condensação de acordo com a presente invenção torna possível reduzir a exigência de vapor para o regenerador de 152 MW para 116 MW, dessa forma, reduzindo a exigência de vapor do regenerador de 24%. Deve ser observado que o consumo de energia elétrica aumenta de 8 MW.
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Claims (14)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para regeneração de um absorvente rico tendo absorvido CO2, para proporcionar um absorvente regenerado ou pobre e CO2, em cujo método uma corrente de absorvente rico é introduzida em uma coluna regeneradora (8) que é operada em pressão atmosférica ou maior, em cuja coluna de regeneração (8) o absorvente flui para baixo e em contracorrente ao vapor gerado por aquecer o absorvente pobre na base da coluna regeneradora (8), onde um gás compreendendo principalmente CO2 liberado vapor retirado do topo da coluna separado para proporcionar uma corrente de CO2 que é removida e água condensada que é reciclada na coluna regeneradora (8), onde o absorvente pobre ou regenerado é retirado da base da coluna (8), em que o gás que é retirado do topo da coluna regeneradora (8) é comprimido e refrigerado mediante troca de calor para recuperar o calor antes da separação do gás em CO2 e água, caracterizado pelo fato de que o gás retirado do topo da coluna regeneradora (8) é comprimido em uma unidade de compressão (20) compreendendo dois ou mais estágios de compressão (21, 21', 21'') e em que água é introduzida no gás comprimido entre os estágios de compressão.
  2. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o absorvente é um absorvente de amina.
  3. 3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a pressão de operação da coluna regeneradora (8) é de 1,5 bars ou maior.
  4. 4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o gás retirado do topo da coluna de regeneração (8) é comprimido
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    2/4 a uma pressão que é de 2 a 5 vezes a pressão de operação da coluna de regeneração (8) antes da separação do gás em CO2 e água.
  5. 5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o gás comprimido é refrigerado mediante troca de calor contra água para aquecer a água para produzir vapor.
  6. 6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o vapor gerado por troca de calor é usado para geração de vapor mediante aquecimento do absorvente pobre na base da coluna regeneradora.
  7. 7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender capturar CO2 de um gás contendo CO2, introduzir um absorvente líquido pobre e o gás contendo CO2 no absorvedor (3), no qual o gás contendo CO2 é forçado a fluir em contracorrente ao absorvente pobre para produzir um absorvente rico e uma corrente de gás exaurido de CO2, liberando o gás exaurido de CO2 nos arredores, retirando o absorvente rico do absorvedor (3), em que o absorvente rico é introduzido na coluna regeneradora (8).
  8. 8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o absorvente é um absorvente de amina.
  9. 9. Método, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a pressão de operação da coluna regeneradora (8) é de 1,5 bars ou maior.
  10. 10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de que o gás retirado do topo da coluna de regeneração (8) é comprimido a uma pressão que é de 2 a 5 vezes a pressão de operação da coluna de regeneração (8) antes da separação do gás em CO2 e água.
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    3/4
  11. 11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 10, caracterizado pelo fato de que o gás comprimido é refrigerado mediante troca de calor contra água para aquecer a água para produzir vapor.
  12. 12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o vapor gerado por troca de calor é usado para geração de vapor mediante aquecimento do absorvente pobre na base da coluna regeneradora.
  13. 13. Regenerador para um absorvente líquido para CO2, para aplicação do método do tipo definido nas reivindicações 1 a 12, compreendendo uma coluna regeneradora (8) operada em pressão atmosférica ou maior, uma linha de absorvente rico (5) para introdução do absorvente rico na coluna regeneradora (8), meios de retirada (10) para retirar o absorvente pobre do fundo da coluna regeneradora (8), um refervedor (11) para aquecer uma porção do absorvente retirado antes da reintrodução na coluna regeneradora (8) para produzir vapor, uma linha de absorvente pobre (4) para reciclar uma porção do absorvente retirado pelos meios de retirada (10) para um absorvedor (3), uma linha de retirada de gás (9) para retirada de CO2 e vapor do topo da coluna regeneradora (8), meios de separação (25) para separar o gás retirado do topo da coluna regeneradora (8) em uma corrente de CO2 que é exportada do regenerador (8) e água que é reciclada para a coluna regeneradora (8), e uma unidade de compressão de vapor (20) para compressão de CO2 e vapor a uma pressão de 2 a 10 bars provida entre a coluna regeneradora (8) e os meios de separação (25) , caracterizado pelo fato de que a unidade de compressão (20) é uma unidade de compressão de múltiplos estágios compreendendo dois ou mais estágios compressores (21, 21', 22’’), em que meios de injeção de
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    4/4 água (29, 29') são providos para injetar água no CO2 comprimido e água entre os estágios compressores.
  14. 14. Regenerador, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de compreender a captura de CO2 de um gás contendo CO2, utilizando meios (4) para introduzir um absorvente líquido pobre e o gás contendo CO2 em um absorvedor (3), no qual o absorvente e o gás contendo CO2 são forçados a fluir em contracorrente para produzir um fluxo de gás exaurido de CO2 e um absorvente rico, meios (6) para liberar o fluxo de gás exaurido de CO2 para os arredores, e meios (5) para retirar o absorvente rico e introduzir o absorvente rico em uma coluna regeneradora (8) .
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    Ζ/Ζ
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B25L Entry of change of name and/or headquarter and transfer of application, patent and certificate of addition of invention: publication cancelled

Free format text: ANULADA A PUBLICACAO CODIGO 25.3 NA RPI NO 2544 DE 08/10/2019 POR TER SIDO INDEVIDA.

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