DE102015004342A1 - Method for absorbing CO2 from a gas mixture - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absorption von CO2 aus Gasmischungen, das insbesondere bei der Aufbereitung von Biogas zu Bioerdgas, aber auch beispielsweise bei der Aufbereitung von Verbrennungsgasen oder anderen CO2-haltigen Gasgemischen Anwendung finden kann. Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, physikalisch selektiv wirkende Absorptionsmedien zur Abtrennung von CO2 aus Biogas bzw. Rauchgasen zu finden, die eine hohe CO2-Aufnahmekapazität haben, keine geringen Temperaturniveaus für die Absorption von CO2 erfordern und nicht toxisch sind. Die technische Aufgabe wird dadurch gelöst, dass Isopropylidenglycerin (4-Hydroxymethyl-2,2-dimethyl-1,3-dioxolan) und/oder Glycerinformal (4-Hydroxymethyl-1,3-dioxolan) und/oder Glycerincarbonat (4-Hydroxymethyl-1,3-dioxolan-2-on) im Absorptionsprozess als Absorptionsmedium eingesetzt werden.The invention relates to a method for the absorption of CO2 from gas mixtures, which can be used in particular in the treatment of biogas to biogas, but also for example in the treatment of combustion gases or other CO2-containing gas mixtures. The invention has for its object to find physically selective absorption media for the separation of CO2 from biogas or flue gases, which have a high CO2 absorption capacity, do not require low temperature levels for the absorption of CO2 and are not toxic. The technical object is achieved in that Isopropylidenglycerin (4-hydroxymethyl-2,2-dimethyl-1,3-dioxolane) and / or glycerol formal (4-hydroxymethyl-1,3-dioxolane) and / or glycerol carbonate (4-hydroxymethyl 1,3-dioxolan-2-one) are used as absorption medium in the absorption process.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absorption von CO2 aus Gasmischungen, das insbesondere bei der Aufbereitung von Biogas zu Bioerdgas, aber auch beispielsweise bei der Aufbereitung von Verbrennungsgasen oder anderen CO2-haltigen Gasgemischen Anwendung finden kann.The invention relates to a process for the absorption of CO 2 from gas mixtures, which can find application especially in the treatment of biogas to biogas, but also, for example, in the treatment of combustion gases or other CO 2 -containing gas mixtures.
Die absorptive Abtrennung von CO2 aus CO2-haltigen Gasströmen wie beispielsweise Biogas, Erdgas oder Verbrennungsgasen der fossilen Energiegewinnung erfolgt bisher entweder durch chemische Absorption oder durch physikalische Absorption. Im industriellen Maßstab werden zur chemischen Absorption üblicherweise wässrige Lösungen von Alkanolaminen als Absorptionsmedium eingesetzt. Das beladene Absorptionsmedium wird durch Erwärmung, Entspannung auf einen niedrigeren Druck oder durch Ausstrippen regeneriert, wobei das CO2 desorbiert wird. Nach dem Regenerationsprozess wird das Absorptionsmedium erneut im Kreislauf eingesetzt. Diese Verfahren sind in
Die physikalische CO2-Absorption läuft bevorzugt bei erhöhtem Druck ab. Dadurch wird die Aufnahmekapazität des Lösungsmittels für CO2 erhöht. In Tabelle 1 sind industriell relevante physikalische Absorptionsverfahren zur CO2-Abtrennung, wie in
Nachteilig bei den Absorptionsverfahren sind Auswirkungen auf die Umwelt durch Lösungsmittelverluste infolge der erforderlichen hohen Dampfdrücke der teils toxischen Lösungsmittel. Des Weiteren sind teilweise geringe Temperaturniveaus unterhalb der Umgebungstemperatur für die Absorption des CO2 nötig, was einen hohen Energieeintrag erfordert. Tabelle 1: Industriell eingesetzte Lösungsmittel für die physikalische CO2-Absorption
Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, physikalisch selektiv wirkende Absorptionsmedien zur Abtrennung von CO2 aus Biogas bzw. Rauchgasen zu finden, die eine hohe CO2-Aufnahmekapazität haben, keine geringen Temperaturniveaus für die Absorption von CO2 erfordern und nicht toxisch sind.The invention has for its object to find physically selective absorption media for the separation of CO 2 from biogas or flue gases, which have a high CO 2 uptake capacity, do not require low temperature levels for the absorption of CO 2 and are not toxic.
Die technische Aufgabe wird dadurch gelöst, dass Isopropylidenglycerin (4-Hydroxymethyl-2,2-dimethyl-1,3-dioxolan) und/oder Glycerinformal (4-Hydroxymethyl-1,3-dioxolan) und/oder Glycerincarbonat (4-Hydroxymethyl-1,3-dioxolan-2-on) im Absorptionsprozess als Absorptionsmedium eingesetzt werden. Das Absorptionsmedium wird im Gleich- oder im Gegenstrom und vorzugsweise bei erhöhtem Druck mit dem CO2 enthaltenden Gasstrom in einem verfahrenstechnischen Kontaktapparat, wie beispielsweise Kolonnen, Flashbehältern, Membrankontaktoren oder ähnlichen Apparaten, in Kontakt gebracht. Durch geeignete oberflächenvergrößernde Einbauten (Füllkörper oder Packungen, sowie Böden) wird der Stoff-, Energie- und Impulstransport intensiviert, so dass, bedingt durch ein treibendes Potentialgefälle, das CO2 in die aufnehmende Flüssigphase übergeht. Das erfindungsgemäße Absorptionsmittel besitzt die intrinsische Eigenschaft, viel CO2 und wenig CH4 aufnehmen zu können. Zudem lösen sich die Gase schnell im Absorptionsmittel, was geringe Abmaße des für die Absorption verwendeten Kontaktapparates zur Folge hat. Das erfindungsgemäße Absorptionsmittel hat einen geringen Dampfdruck, wodurch u. a. eine sehr gut Regeneration gegeben und der Lösungsmittelverlust im Kreislaufverfahren gering ist. Das Absorptionsmittel ist umweltfreundlich, da es aus ungiftigen, nicht korrosiven biogenen Lösungsmitteln besteht.The technical object is achieved in that Isopropylidenglycerin (4-hydroxymethyl-2,2-dimethyl-1,3-dioxolane) and / or glycerol formal (4-hydroxymethyl-1,3-dioxolane) and / or glycerol carbonate (4-hydroxymethyl 1,3-dioxolan-2-one) are used as absorption medium in the absorption process. The absorption medium is contacted in cocurrent or countercurrent, and preferably at elevated pressure, with the CO 2 -containing gas stream in a process contact apparatus such as columns, flash tanks, membrane contactors or similar apparatus. By means of suitable surface-enlarging internals (packing or packings, as well as trays), the mass, energy and momentum transport is intensified, so that, due to a driving potential gradient, the CO 2 passes into the receiving liquid phase. The absorbent according to the invention has the intrinsic property, much CO 2 and to be able to take up little CH 4 . In addition, the gases dissolve quickly in the absorbent, which has small dimensions of the contact apparatus used for the absorption result. The absorbent according to the invention has a low vapor pressure, which, inter alia, given a very good regeneration and the solvent loss in the circulation process is low. The absorbent is environmentally friendly as it consists of non-toxic, non-corrosive biogenic solvents.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Löslichkeit von CO2 und CH4 in den Lösungsmitteln Isopropylidenglycerin, Glycerinformal und Glycerincarbonat wurden bei 25°C experimentell vermessen und anhand des für die Gaslösung aussagekräftigen Henrykoeffizienten beschrieben. Vergleiche mit dem kommerziell eingesetzten Propylencarbonat zeigen, dass die Selektivität aber auch die Kapazität der untersuchten Lösungsmittel, insbesondere für das Glycerinformal vergleichbar ist. Die experimentellen Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargelegt.The solubility of CO 2 and CH 4 in the solvents isopropylidene glycerol, glycerol formal and glycerol carbonate were measured experimentally at 25 ° C and described on the basis of the meaningful for the gas solution Henry coefficients. Comparisons with the commercially used propylene carbonate show that the selectivity but also the capacity of the investigated solvents, in particular for the glycerol formal is comparable. The experimental results are set forth in Table 2.
Der für die Absorption und Desorption einzustellende Druck- und Temperaturbereich mit diesen Lösungsmitteln entspricht weitestgehend denen der Druckwasserwäsche, einem industriell eingesetzten Verfahren zur Biogasaufbereitung, bei dem Wasser als Lösungsmittel eingesetzt wird. Tabelle 2: Physikalische Eigenschaften der untersuchten Lösungsmittel
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- Rolke, J.; Arlt, W.: „Abtrennung von Kohlendioxid aus Rauchgasen mittels Absorption” in Chemie Ingenieur Technik 2006, 78, S. 416 ff [0002] Rolke, J .; Arlt, W .: "Separation of carbon dioxide from flue gases by means of absorption" in Chemie Ingenieur Technik 2006, 78, p. 416 ff [0002]
- Kohl, A. L.; Nielsen, R. B.: „Gas Purifikation”, 5. Aufl., Gulf Publishing, Housten 1997 [0002] Cabbage, AL; Nielsen, RB: "Gas Purification", 5th ed., Gulf Publishing, Housten 1997 [0002]
- Kohl, A. L.; Nielsen, R. B.: „Gas Purifikation”, 5. Aufl., Gulf Publishing, Housten 1997 [0003] Cabbage, AL; Nielsen, RB: "Gas Purification", 5th ed., Gulf Publishing, Housten 1997 [0003]
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US3502428A (en) * | 1966-10-12 | 1970-03-24 | Lummus Co | Purification of gases |
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Rolke, J.; Arlt, W.: „Abtrennung von Kohlendioxid aus Rauchgasen mittels Absorption" in Chemie Ingenieur Technik 2006, 78, S. 416 ff |
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