EP2720778A1 - Method for absorption of co2 from a gas mixture - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for the absorption of CO2 from a gas mixture, in particular from a
- Alkanolamines used as absorption medium used as absorption medium.
- loaded absorption medium is regenerated by heating, releasing to a lower pressure or stripping, whereby the carbon dioxide is desorbed.
- the absorption medium can be reused.
- These methods are described, for example, in Rolker, J .; Arlt, W .; "Separation of carbon dioxide from flue gases by absorption” in Chemie Ingenieurtechnik 2006, 78, pages 416 to 424 and in Kohl, A.L .; Nielsen, R. B., "Gas Purification", 5th ed., Gulf Publishing,
- Compound is separated by extraction.
- a reactive compound for absorbing an acidic gas inter alia 4-amino-2, 2, 6, 6-tetramethylpiperidine is called.
- WO 2010/089257 describes a process for the absorption of CO2 from a gas mixture with an absorption medium comprising water and a 4-amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidine
- amine may be alkylated at the 4-amino group.
- WO 2010/089257 describes the addition of solvents, such as sulfolane or ionic liquids, in order to keep the absorption medium in a single phase and to achieve a higher absorption capacity for CO 2. There is therefore still a need for one
- the invention therefore provides a process for absorbing CO 2 from a gas mixture by contacting the gas mixture at an initial partial pressure of CO 2 of from 0.01 to 0.6 bar with an absorption medium comprising water and an amine of the formula (I)
- R is an n-alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms, wherein the absorption medium comprises no amine having more than two nitrogen atoms.
- Absorbent medium comprises water and an amine of formula (I) wherein R is an n-alkyl radical of 1 to 4 carbon atoms.
- R can therefore be a methyl radical, an ethyl radical, an n-propyl radical or an n-butyl radical.
- R is an n-propyl radical or an n-butyl radical, more preferably an n-butyl radical.
- Amines of the formula (I) can be
- Triacetonamin by reductive amination ie by reaction of triacetoneamine with an amine of Formula RH 2 and hydrogen are prepared in the presence of a hydrogenation catalyst.
- Absorbent medium preferably comprises 10 to 50 wt .-%, particularly preferably 15 to 30 wt .-% of amines of the formula (I).
- the absorption medium may, in addition to water and amines of the formula (I), one or more physical
- Solvents may be up to 50 wt .-%. Suitable physical solvents are sulfolane,
- aliphatic acid amides such as N-formylmorpholine
- N-acetylmorpholine N-alkylpyrrolidones, in particular
- N-methyl-2-pyrrolidone or N-alkylpiperidones, as well
- Diethylene glycol, triethylene glycol and polyethylene glycols and their alkyl ethers in particular
- Diethylene glycol monobutyl ether Preferably contains
- the absorption medium can additionally contain
- Additives such as corrosion inhibitors, wetting additives and defoamers have.
- corrosion inhibitors it is possible in the absorption medium to use all substances which are known to the person skilled in the art for the absorption of CO 2 using alkanolamines as suitable corrosion inhibitors, in particular the corrosion inhibitors described in US Pat. No. 4,714,597.
- the amount of corrosion inhibitors can in the inventive
- wetting-demanding additive are preferably from WO 2010/089257 page 11, line 18 to page 13, line 7th known nonionic surfactants, zwitterionic surfactants and cationic surfactants.
- Defoamers which can be used in the absorption medium are all substances which are suitable for the person skilled in the art for the absorption of CO2 using alkanolamines
- a CO2-containing gas mixture is brought into contact with the absorption medium at an initial partial pressure of CO 2 of from 0.01 to 0.6 bar.
- the initial partial pressure of CO2 in the gas mixture is from 0.05 to 0.6 bar, more preferably from 0.1 to 0.5 bar, and most preferably from 0.1 to 0.2 bar.
- the total pressure of the gas mixture is preferably in the range of 0.8 to 10 bar, more preferably 0.9 to 5 bar.
- the gas mixture can be a natural gas, a methane-containing biogas from a fermentation, composting or
- Wastewater treatment plant a combustion exhaust gas, an exhaust gas from a calcination reaction, such as the burning of lime or the production of cement, a residual gas from a
- the gas mixture is preferably a combustion exhaust gas or a gas mixture from the fermentation or composting of biomass, particularly preferably a combustion exhaust gas, for example from a power plant.
- the gas mixture can be more acidic in addition to CO2
- Combustion exhaust gas is preferably desulfurized beforehand, ie SO 2 is extracted from the gas mixture with a desulfurization process known from the prior art,
- the gas mixture preferably has a content of CO 2 before being brought into contact with the absorption medium
- Range of 0.1 to 50% by volume more preferably in the range of 1 to 20% by volume, and most preferably in the range of 10 to 20% by volume.
- the gas mixture may contain oxygen in addition to CO 2 , preferably in a proportion of 0.1 to
- Any apparatus suitable for contacting a gaseous phase with a liquid phase may be used in the method of the present invention to contact the gas mixture with the absorption medium.
- membrane contactors for example, membrane contactors, radial flow scrubber, jet scrubber, venturi scrubber, rotary scrubber packed columns, packed columns or tray columns. Particular preference is given to absorption columns in the
- the absorption of CO 2 is preferably carried out at a temperature of the absorption medium in the range of 10 to 80 ° C, particularly preferably 20 to 50 ° C.
- the temperature of the absorption medium in the range of 10 to 80 ° C, particularly preferably 20 to 50 ° C.
- Absorption medium particularly preferably 30 to 60 ° C when entering the column and 35 to 70 ° C when leaving the column.
- CO2 absorbed in the absorption medium is desorbed again by increasing the temperature and / or reducing the pressure, and the absorption medium is used again for the absorption of CO2 after this desorption of CO2.
- Desorption is preferably carried out by increasing the
- CO2 can be separated from the gas mixture completely or partially and separated from others
- Components of the gas mixture can be obtained.
- desorption can also be achieved by stripping the CO2 laden absorption medium with an inert gas, such as air or nitrogen.
- Absorption medium may be added to water before reuse for absorption if necessary.
- Desorption it is possible to use all apparatus known from the prior art for the desorption of a gas from a liquid. Desorption is preferably carried out in a desorption column.
- the desorption of CO2 can also be carried out in one or more flash evaporation stages.
- the desorption is preferably carried out at a temperature in the range of 30 to 180 ° C.
- the desorption of CO2 is preferably carried out at a temperature of the absorption medium in the range of 50 to 180 ° C, particularly preferably 80 to 150 ° C.
- the temperature during the desorption is preferably at least 20 ° C., more preferably at least 50 ° C, above the temperature at the
- Absorbent medium has a high absorption capacity for CO2 at a sufficiently high for a technical application absorption rate and is present in the process according to the invention as a homogeneous solution without the precipitation of a solid occurs upon absorption of CO2, the inventive method can be used in simple systems and achieved thereby an improved absorption capacity for CO2 compared to ethanolamine.
- the desorption is carried out by stripping with an inert gas, such as air or nitrogen, in a desorption column. Stripping in the desorption column is preferably carried out at a temperature of
- composition of the absorption medium is selected so that in a
- the CO 2 stroke and the relative absorption rate 150 g of absorption medium were placed in a thermostatable container with a reflux condenser which was mounted and cooled to 3 ° C. After heating to 40 ° C or 100 ° C, a gas mixture of 14 vol% CO2, 80% by volume of nitrogen and 6% by volume of oxygen was passed through the absorption medium via a frit on the container bottom at a flow rate of 59 1 / h the CO 2 concentration in the gas stream leaving the reflux condenser over the
- Absorption medium determined. The so determined
- Example 2 when charged with CO2 at 40 ° C, precipitation of the carbamate salt of TAD (4-amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidine) occurred.
- TAD 4-amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidine
- TAD 4-amino-2, 2, 6, 6-tetramethylpiperidine
- Me-TAD 4-methylamino-2, 2, 6, 6-tetramethylpiperidine
- Pr-TAD 4- (n-propylamino) -2,2,6,6-tetramethylpiperidine
- Bu-TAD 4- (n-butylamino) -2,2,6,6-tetramethylpiperidine
- Example 2 With the working medium of Example 2, an experiment was also carried out in which 250 g of working medium at 40 ° C was placed in a thermostated 500 ml autoclave and evacuated after CO2 pressure controlled to the
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Abstract
A method for absorption of CO2 from a gas mixture by contacting the gas mixture at an initial partial pressure of CO2 of 0.01 to 0.6 bar with an absorption medium comprising water and an amine of the formula (I), where R is an n‑alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms, may be operated without precipitation of a solid during the absorption of CO2.
Description
Verfahren zur Absorption von CO2 aus einer Gasmischung Process for absorbing CO 2 from a gas mixture
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absorption von CO2 aus einer Gasmischung, insbesondere aus einem The invention relates to a method for the absorption of CO2 from a gas mixture, in particular from a
Verbrennungsabgas . In zahlreichen industriellen und chemischen Prozessen treten Gasströme auf, die einen unerwünschten Gehalt von CO2 aufweisen, dessen Gehalt für die weitere Verarbeitung, für den Transport oder für die Vermeidung von CO2 - Emissionen verringert werden muss. Combustion exhaust gas. Numerous industrial and chemical processes produce gas streams that have an undesirable level of CO2, the content of which must be reduced for further processing, transportation or avoidance of CO2 emissions.
Im industriellen Maßstab werden zur Absorption von CO2 aus einer Gasmischung üblicherweise wässrige Lösungen von On an industrial scale, for the absorption of CO2 from a gas mixture, usually aqueous solutions of
Alkanolaminen als Absorptionsmedium eingesetzt. Das Alkanolamines used as absorption medium. The
beladene Absorptionsmedium wird durch Erwärmen, Entspannen auf einen niedrigeren Druck oder Strippen regeneriert, wobei das Kohlendioxid desorbiert wird. Nach dem loaded absorption medium is regenerated by heating, releasing to a lower pressure or stripping, whereby the carbon dioxide is desorbed. After this
Regenerationsprozess kann das Absorptionsmedium wieder verwendet werden. Diese Verfahren sind zum Beispiel in Rolker, J.; Arlt, W.; „Abtrennung von Kohlendioxid aus Rauchgasen mittels Absorption" in Chemie Ingenieur Technik 2006, 78, Seiten 416 bis 424 sowie in Kohl, A. L . ; Nielsen, R. B., „Gas Purification" , 5. Aufl., Gulf Publishing, Regeneration process, the absorption medium can be reused. These methods are described, for example, in Rolker, J .; Arlt, W .; "Separation of carbon dioxide from flue gases by absorption" in Chemie Ingenieur Technik 2006, 78, pages 416 to 424 and in Kohl, A.L .; Nielsen, R. B., "Gas Purification", 5th ed., Gulf Publishing,
Houston 1997 beschrieben. Houston 1997 described.
Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass zur However, these methods have the disadvantage that the
Abtrennung von CO2 durch Absorption und nachfolgende Separation of CO2 by absorption and subsequent
Desorption relativ viel Energie benötigt wird und dass bei der Desorption nur ein Teil des absorbierten CO2 wieder desorbiert wird, so dass in einem Zyklus aus Absorption und Desorption die Kapazität des Absorptionsmediums nicht ausreichend ist. US 7,419,646 beschreibt ein Verfahren zur Entsäuerung von Abgasen, bei dem ein Absorptionsmedium verwendet wird, das bei der Absorption des sauren Gases zwei voneinander trennbare Phasen ausbildet. Als reaktive Verbindung zur
Absorption eines sauren Gases wird in Spalte 6 unter anderem 4-Amino-2 , 2 , 6, 6-tetramethylpiperidin genannt. Das Verfahren von US 7,419,646 hat den Nachteil, dass Desorption requires a relatively large amount of energy, and desorbs only part of the absorbed CO2, so that in one cycle of absorption and desorption, the capacity of the absorption medium is insufficient. No. 7,419,646 describes a process for the deacidification of waste gases, in which an absorption medium is used which forms two separable phases upon absorption of the acidic gas. As a reactive compound to Absorption of an acidic gas is mentioned in column 6 inter alia 4-amino-2, 2, 6, 6-tetramethylpiperidine. The method of US Pat. No. 7,419,646 has the disadvantage that
zusätzliche Apparate für die Trennung der bei der additional apparatus for the separation of the
Absorption anfallenden zwei Phasen erforderlich sind. Absorption incurred two phases are required.
US 2009/0199709 beschreibt ein ähnliches Verfahren, bei dem nach Absorption des sauren Gases durch Erhitzen des beladenen Absorptionsmediums zwei voneinander trennbare Phasen ausgebildet und voneinander getrennt werden. Auch hier wird als geeignete reaktive Verbindung zur Absorption eines sauren Gases anderem 4-Amino- 2,2, 6, 6-tetramethylpiperidin genannt . US 2009/0199709 describes a similar process in which, after absorption of the acidic gas by heating the loaded absorption medium, two separable phases are formed and separated from one another. Again, as a suitable reactive compound for absorbing an acidic gas, other 4-amino-2,2,2,6-tetramethylpiperidine is mentioned.
FR 2900841 und US 2007/0286783 beschreiben Verfahren zur Entsäuerung von Abgasen, bei denen aus dem beladenen FR 2900841 and US 2007/0286783 describe processes for the deacidification of exhaust gases, in which from the loaded
Absorptionsmedium die mit CO2 umgesetzte reaktive Absorption medium reacted with CO2 reactive
Verbindung durch Extraktion abgetrennt wird. Als reaktive Verbindung zur Absorption eines sauren Gases wird unter anderem 4-Amino-2 , 2 , 6, 6-tetramethylpiperidin genannt. Compound is separated by extraction. As a reactive compound for absorbing an acidic gas, inter alia 4-amino-2, 2, 6, 6-tetramethylpiperidine is called.
WO 2010/089257 beschreibt ein Verfahren zur Absorption von CO2 aus einer Gasmischung mit einem Absorptionsmedium, das Wasser und ein 4-Amino-2 , 2 , 6, 6-tetramethylpiperidin WO 2010/089257 describes a process for the absorption of CO2 from a gas mixture with an absorption medium comprising water and a 4-amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidine
umfasst, wobei das Amin an der 4-Aminogruppe alkyliert sein kann. Bei Absorptionsmedien, die 4-Amino-2 , 2 , 6, 6- tetramethylpiperidin als Absorptionsmittel enthalten, kommt es allerdings bei der Absorption von CO2 leicht zur wherein the amine may be alkylated at the 4-amino group. Absorption media containing 4-amino-2, 2, 6, 6-tetramethylpiperidine as an absorbent, however, readily absorb CO2
Ausfällung des Carbamatsalzes . WO 2010/089257 beschreibt den Zusatz von Lösungsmitteln, wie Sulfolan oder ionischen Flüssigkeiten, um das Absorptionsmedium einphasig zu halten und eine höhere Absorptionskapazität für CO2 zu erzielen. Es besteht deshalb weiterhin ein Bedarf nach einem Precipitation of the carbamate salt. WO 2010/089257 describes the addition of solvents, such as sulfolane or ionic liquids, in order to keep the absorption medium in a single phase and to achieve a higher absorption capacity for CO 2. There is therefore still a need for one
Verfahren zur Absorption von CO2 aus einer Gasmischung, das sich zur Absorption von CO2 aus Verbrennungsabgasen eignet und mit dem sich eine hohe Absorptionskapazität für CO2 erreichen lässt, wobei sich im Verfahren auch ohne Zusatz
eines Lösungsmittels eine Trennung in zwei flüssige Phasen oder die Ausfällung eines Feststoffs bei der Absorption von CO2 vermeiden lässt. Method of absorbing CO2 from a gas mixture suitable for the absorption of CO2 from combustion exhaust gases and with which a high absorption capacity for CO2 can be achieved, whereby in the process also without addition a solvent can be a separation into two liquid phases or the precipitation of a solid in the absorption of CO2 avoided.
Es wurde nun gefunden, dass sich diese Aufgabe lösen lässt indem als reaktive Verbindung zur Absorption von CO2 ein 4-Amino-2 , 2 , 6, 6-tetramethylpiperidin mit einem Methyl-, Ethyl-, n-Propyl- oder n-Butylsubstituenten an der It has now been found that this object can be achieved by reacting as reactive compound for the absorption of CO2, a 4-amino-2, 2, 6, 6-tetramethylpiperidine with a methyl, ethyl, n-propyl or n-butyl substituent of the
4-Aminogruppe eingesetzt wird und der C02-Partialdruck der eingesetzten Gasmischung im Bereich von 0,01 bis 0,6 bar gehalten wird. 4-amino group is used and the CO 2 partial pressure of the gas mixture used in the range of 0.01 to 0.6 bar is maintained.
Gegenstand der Erfindung ist deshalb ein Verfahren zur Absorption von CO2 aus einer Gasmischung durch in Kontakt bringen der Gasmischung bei einem anfänglichen Partialdruck von CO2 von 0,01 bis 0,6 bar mit einem Absorptionsmedium umfassend Wasser und ein Amin der Formel (I) The invention therefore provides a process for absorbing CO 2 from a gas mixture by contacting the gas mixture at an initial partial pressure of CO 2 of from 0.01 to 0.6 bar with an absorption medium comprising water and an amine of the formula (I)
(I)
worin R ein n-Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, wobei das Absorptionsmedium kein Amin mit mehr als zwei Stickstoffatomen umfasst. (I) wherein R is an n-alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms, wherein the absorption medium comprises no amine having more than two nitrogen atoms.
Das im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete The used in the process according to the invention
Absorptionsmedium umfasst Wasser und ein Amin der Formel (I), wobei R ein n-Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist. R kann demnach ein Methylrest, ein Ethylrest, ein n-Propylrest oder ein n-Butylrest sein. Vorzugsweise ist R ein n-Propylrest oder ein n-Butylrest, besonders bevorzugt ein n-Butylrest. Amine der Formel (I) können aus Absorbent medium comprises water and an amine of formula (I) wherein R is an n-alkyl radical of 1 to 4 carbon atoms. R can therefore be a methyl radical, an ethyl radical, an n-propyl radical or an n-butyl radical. Preferably, R is an n-propyl radical or an n-butyl radical, more preferably an n-butyl radical. Amines of the formula (I) can be
handelsüblichem Triacetonamin durch reduktive Aminierung, d.h. durch Umsetzung von Triacetonamin mit einem Amin der
Formel R H2 und Wasserstoff in Gegenwart eines Hydrierkatalysators hergestellt werden. Das commercial Triacetonamin by reductive amination, ie by reaction of triacetoneamine with an amine of Formula RH 2 and hydrogen are prepared in the presence of a hydrogenation catalyst. The
Absorptionsmedium umfasst vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 30 Gew.-% Amine der Formel (I) . Das Absorptionsmedium kann zusätzlich zu Wasser und Aminen der Formel (I) noch ein oder mehrere physikalische Absorbent medium preferably comprises 10 to 50 wt .-%, particularly preferably 15 to 30 wt .-% of amines of the formula (I). The absorption medium may, in addition to water and amines of the formula (I), one or more physical
Lösungsmittel enthalten. Der Anteil an physikalischen Solvent included. The proportion of physical
Lösungsmitteln kann dabei bis zu 50 Gew.-% betragen. Als physikalische Lösungsmittel eignen sich Sulfolan, Solvents may be up to 50 wt .-%. Suitable physical solvents are sulfolane,
aliphatische Säureamide, wie N-Formylmorpholin, aliphatic acid amides, such as N-formylmorpholine,
N-Acetylmorpholin, N-Alkylpyrrolidone, insbesondere N-acetylmorpholine, N-alkylpyrrolidones, in particular
N-Methyl-2-pyrrolidon, oder N-Alkylpiperidone, sowie N-methyl-2-pyrrolidone, or N-alkylpiperidones, as well
Diethylenglykol , Triethylenglykol und Polyethylenglykole und deren Alkylether, insbesondere Diethylene glycol, triethylene glycol and polyethylene glycols and their alkyl ethers, in particular
Diethylenglykolmonobutylether . Vorzugsweise enthält dasDiethylene glycol monobutyl ether. Preferably contains
Absorptionsmedium jedoch kein physikalisches Lösungsmittel. Absorption medium, however, no physical solvent.
Das Absorptionsmedium kann zusätzlich noch weitere The absorption medium can additionally
Additive, wie Korrosionsinhibitoren, benetzungsfordernde Additive und Entschäumer aufweisen. Als Korrosionsinhibitoren können im Absorptionsmedium alle Stoffe verwendet werden, die dem Fachmann zur Absorption von CO2 unter Verwendung von Alkanolaminen als geeignete Korrosionsinhibitoren bekannt sind, insbesondere die in US 4,714,597 beschriebenen Korrosionsinhibitoren. Die Menge an Korrosionsinhibitoren kann im erfindungsgemäßen Additives such as corrosion inhibitors, wetting additives and defoamers have. As corrosion inhibitors, it is possible in the absorption medium to use all substances which are known to the person skilled in the art for the absorption of CO 2 using alkanolamines as suitable corrosion inhibitors, in particular the corrosion inhibitors described in US Pat. No. 4,714,597. The amount of corrosion inhibitors can in the inventive
Verfahren deutlich geringer als bei einem üblichen, Process significantly lower than in a conventional,
Ethanolamin enthaltenden Absorptionsmedium gewählt werden, da das im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Ethanolamine-containing absorption medium, since the used in the process according to the invention
Absorptionsmedium gegenüber metallischen Werkstoffen deutlich weniger korrosiv ist als die üblicherweise Absorbent medium compared to metallic materials is much less corrosive than the usual
verwendeten Ethanolamin enthaltenden Absorptionsmedien. used ethanolamine-containing absorption media.
Als benetzungsforderndes Additiv werden vorzugsweise die aus WO 2010/089257 Seite 11, Zeile 18 bis Seite 13, Zeile 7
bekannten nichtionischen Tenside, zwitterionischen Tenside und kationischen Tenside verwendet. As wetting-demanding additive are preferably from WO 2010/089257 page 11, line 18 to page 13, line 7th known nonionic surfactants, zwitterionic surfactants and cationic surfactants.
Als Entschäumer können im Absorptionsmedium alle Stoffe verwendet werden, die dem Fachmann zur Absorption von CO2 unter Verwendung von Alkanolaminen als geeignete Defoamers which can be used in the absorption medium are all substances which are suitable for the person skilled in the art for the absorption of CO2 using alkanolamines
Entschäumer bekannt sind. Defoamers are known.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird eine CO2 enthaltende Gasmischung bei einem anfänglichen Partialdruck von CO2 von 0,01 bis 0,6 bar mit dem Absorptionsmedium in Kontakt gebracht. Vorzugsweise beträgt der anfängliche Partialdruck von CO2 in der Gasmischung von 0,05 bis 0,6 bar, besonders bevorzugt von 0,1 bis 0,5 bar und am meisten bevorzugt von 0,1 bis 0,2 bar. Der Gesamtdruck der Gasmischung liegt vorzugsweise im Bereich von 0,8 bis 10 bar, besonders bevorzugt 0,9 bis 5 bar. In the process according to the invention, a CO2-containing gas mixture is brought into contact with the absorption medium at an initial partial pressure of CO 2 of from 0.01 to 0.6 bar. Preferably, the initial partial pressure of CO2 in the gas mixture is from 0.05 to 0.6 bar, more preferably from 0.1 to 0.5 bar, and most preferably from 0.1 to 0.2 bar. The total pressure of the gas mixture is preferably in the range of 0.8 to 10 bar, more preferably 0.9 to 5 bar.
Die Gasmischung kann ein Erdgas, ein Methan enthaltendes Biogas aus einer Fermentation, Kompostierung oder The gas mixture can be a natural gas, a methane-containing biogas from a fermentation, composting or
Kläranlage, ein Verbrennungsabgas, ein Abgas aus einer Kalzinierungsreaktion, wie dem Brennen von Kalk oder der Herstellung von Zement, ein Restgas aus einem Wastewater treatment plant, a combustion exhaust gas, an exhaust gas from a calcination reaction, such as the burning of lime or the production of cement, a residual gas from a
Hochofenprozess zur Eisenherstellung oder eine aus einer chemischen Umsetzung resultierende Gasmischung, wie Blast furnace process for the production of iron or a resulting from a chemical reaction gas mixture, such as
beispielsweise ein Kohlenmonoxid und Wasserstoff for example, a carbon monoxide and hydrogen
enthaltendes Synthesegas oder ein Reaktionsgas einer containing synthesis gas or a reaction gas of a
Wasserstoffherstellung durch Dampfreformieren sein. Be hydrogen production by steam reforming.
Vorzugsweise ist die Gasmischung ein Verbrennungsabgas oder eine Gasmischung aus der Vergärung oder Kompostierung von Biomasse, besonders bevorzugt ein Verbrennungsabgas, zum Beispiel aus einem Kraftwerk. Die Gasmischung kann zusätzlich zu CO2 noch weitere saure The gas mixture is preferably a combustion exhaust gas or a gas mixture from the fermentation or composting of biomass, particularly preferably a combustion exhaust gas, for example from a power plant. The gas mixture can be more acidic in addition to CO2
Gase enthalten, wie beispielsweise COS, H2S, CH3SH oder S O2 . In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Gases such as COS, H 2 S, CH 3 SH or S O2. In a preferred embodiment, the
Gasmischung zusätzlich zu CO2 noch H2 S . Ein Gas mixture in addition to CO2 still H2 S. One
Verbrennungsabgas wird vorzugsweise vorher entschwefelt,
d.h. SO2 wird aus der Gasmischung mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Entschwefelungsverfahren, Combustion exhaust gas is preferably desulfurized beforehand, ie SO 2 is extracted from the gas mixture with a desulfurization process known from the prior art,
vorzugsweise durch eine Gaswäsche mit Kalkmilch, entfernt, bevor das erfindungsgemäße Absorptionsverfahren preferably by washing with lime milk, before the absorption process according to the invention
durchgeführt wird. is carried out.
Die Gasmischung weist vor dem in Kontakt bringen mit dem Absorptionsmedium vorzugsweise einen Gehalt an CO2 im The gas mixture preferably has a content of CO 2 before being brought into contact with the absorption medium
Bereich von 0,1 bis 50 Vol-% auf, besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 20 Vol-% und am meisten bevorzugt im Bereich von 10 bis 20 Vol-%. Range of 0.1 to 50% by volume, more preferably in the range of 1 to 20% by volume, and most preferably in the range of 10 to 20% by volume.
Die Gasmischung kann zusätzlich zu CO2 noch Sauerstoff enthalten, vorzugsweise mit einem Anteil von 0,1 bis The gas mixture may contain oxygen in addition to CO 2 , preferably in a proportion of 0.1 to
25 Vol-% und besonders bevorzugt mit einem Anteil von 0, 1 bis 10 Vol-%. Für das erfindungsgemäße Verfahren können alle zum in Kontakt bringen einer Gasphase mit einer Flüssigphase geeigneten Apparate verwendet werden, um die Gasmischung mit dem Absorptionsmedium in Kontakt zu bringen. 25% by volume, and more preferably in a proportion of 0.1 to 10% by volume. Any apparatus suitable for contacting a gaseous phase with a liquid phase may be used in the method of the present invention to contact the gas mixture with the absorption medium.
Vorzugsweise werden aus dem Stand der Technik bekannte Gaswäscher oder Absorptionskolonnen verwendet, Preference is given to using gas scrubbers or absorption columns known from the prior art,
beispielsweise Membrankontaktoren, Radialstromwäscher, Strahlwäscher, Venturi-Wäscher, Rotations-Sprühwäscher Füllkörperkolonnen, Packungskolonnen oder Bodenkolonnen. Besonders bevorzugt werden Absorptionskolonnen im For example, membrane contactors, radial flow scrubber, jet scrubber, venturi scrubber, rotary scrubber packed columns, packed columns or tray columns. Particular preference is given to absorption columns in the
Gegenstrombetrieb verwendet. Countercurrent operation used.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die Absorption von CO2 vorzugsweise bei einer Temperatur des Absorptionsmediums im Bereich von 10 bis 80°C, besonders bevorzugt 20 bis 50°C, durchgeführt. Bei Verwendung einer Absorptionskolonne im Gegenstrombetrieb beträgt die Temperatur des In the method according to the invention, the absorption of CO 2 is preferably carried out at a temperature of the absorption medium in the range of 10 to 80 ° C, particularly preferably 20 to 50 ° C. When using an absorption column in countercurrent operation, the temperature of
Absorptionsmediums besonders bevorzugt 30 bis 60°C beim Eintritt in die Kolonne und 35 bis 70°C beim Austritt aus der Kolonne.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Absorptionsmedium absorbiertes CO2 durch Erhöhen der Temperatur und/oder Verringern des Drucks wieder desorbiert und das Absorptionsmedium nach dieser Desorption von CO2 wieder zur Absorption von CO2 verwendet. Vorzugsweise erfolgt die Desorption durch Erhöhen der Absorption medium particularly preferably 30 to 60 ° C when entering the column and 35 to 70 ° C when leaving the column. In a preferred embodiment of the method according to the invention, CO2 absorbed in the absorption medium is desorbed again by increasing the temperature and / or reducing the pressure, and the absorption medium is used again for the absorption of CO2 after this desorption of CO2. Desorption is preferably carried out by increasing the
Temperatur. Durch einen solchen zyklischen Prozess aus Absorption und Desorption kann CO2 aus der Gasmischung ganz oder teilweise abgetrennt und getrennt von anderen Temperature. By such a cyclic process of absorption and desorption, CO2 can be separated from the gas mixture completely or partially and separated from others
Komponenten der Gasmischung erhalten werden. Components of the gas mixture can be obtained.
Alternativ zum Erhöhen der Temperatur oder dem Verringern des Drucks oder zusätzlich zu einer Temperaturerhöhung und/oder Druckverringerung kann auch eine Desorption durch Strippen des mit CO2 beladenen Absorptionsmediums mit einem inerten Gas, wie zum Beispiel Luft oder Stickstoff, As an alternative to increasing the temperature or decreasing the pressure, or in addition to increasing and / or decreasing the pressure, desorption can also be achieved by stripping the CO2 laden absorption medium with an inert gas, such as air or nitrogen.
durchgeführt werden. be performed.
Wenn bei der Desorption von CO2 zusätzlich auch Wasser aus dem Absorptionsmedium entfernt wird, kann dem If water is also removed from the absorption medium during the desorption of CO2, the
Absorptionsmedium vor der Wiederverwendung zur Absorption gegebenenfalls noch Wasser zugesetzt werden. Absorption medium may be added to water before reuse for absorption if necessary.
Für die Desorption können alle Apparate verwendet werden, die aus dem Stand der Technik zur Desorption eines Gases aus einer Flüssigkeit bekannt sind. Vorzugsweise wird die Desorption in einer Desorptionskolonne durchgeführt. For the desorption, it is possible to use all apparatus known from the prior art for the desorption of a gas from a liquid. Desorption is preferably carried out in a desorption column.
Alternativ kann die Desorption von CO2 auch in einer oder mehreren Flash-Verdampfungsstufen durchgeführt werden. Alternatively, the desorption of CO2 can also be carried out in one or more flash evaporation stages.
Die Desorption wird vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 30 bis 180°C durchgeführt. Bei einer Desorption durch Erhöhen der Temperatur wird die Desorption von CO2 vorzugsweise bei einer Temperatur des Absorptionsmediums im Bereich von 50 bis 180°C, besonders bevorzugt 80 bis 150°C, durchgeführt. Die Temperatur bei der Desorption liegt dabei vorzugsweise mindestens 20 °C, besonders bevorzugt
mindestens 50 °C, oberhalb der Temperatur bei der The desorption is preferably carried out at a temperature in the range of 30 to 180 ° C. In a desorption by increasing the temperature, the desorption of CO2 is preferably carried out at a temperature of the absorption medium in the range of 50 to 180 ° C, particularly preferably 80 to 150 ° C. The temperature during the desorption is preferably at least 20 ° C., more preferably at least 50 ° C, above the temperature at the
Absorption . Absorption.
Da das im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete As used in the process according to the invention
Absorptionsmedium eine hohe Absorptionskapazität für CO2 bei einer für eine technische Anwendung ausreichend hohen Absorptionsrate aufweist und im erfindungsgemäßen Verfahren als homogene Lösung vorliegt, ohne dass es bei Absorption von CO2 zur Ausfällung eines Feststoffs kommt, kann das erfindungsgemäße Verfahren in einfach aufgebauten Anlagen eingesetzt werden und erreicht dabei eine im Vergleich zu Ethanolamin verbesserte Absorptionsleistung für CO2 . Absorbent medium has a high absorption capacity for CO2 at a sufficiently high for a technical application absorption rate and is present in the process according to the invention as a homogeneous solution without the precipitation of a solid occurs upon absorption of CO2, the inventive method can be used in simple systems and achieved thereby an improved absorption capacity for CO2 compared to ethanolamine.
Gleichzeitig wird im Vergleich zu Ethanolamin wesentlich weniger Energie zur Desorption von CO2 benötigt. At the same time, much less energy is needed to desorb CO2 than ethanolamine.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Desorption durch Strippen mit einem Inertgas, wie beispielsweise Luft oder Stickstoff, in einer Desorptionskolonne . Das Strippen in der Desorptionskolonne erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur des In a preferred embodiment of the process according to the invention, the desorption is carried out by stripping with an inert gas, such as air or nitrogen, in a desorption column. Stripping in the desorption column is preferably carried out at a temperature of
Absorptionsmediums im Bereich von 60 bis 100°C. Durch das Strippen kann mit geringem Energiebedarf ein niedriger Restgehalt des Absorptionsmediums an CO2 nach Desorption erreicht werden. Absorption medium in the range of 60 to 100 ° C. By stripping a low residual content of the absorption medium of CO2 after desorption can be achieved with low energy consumption.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Zusammensetzung des Absorptionsmediums so gewählt, dass bei einer In a further embodiment, the composition of the absorption medium is selected so that in a
Temperaturanhebung zur Desorption eine Entmischung des mit CO2 beladenen Absorptionsmittels in eine wässrige Temperature increase for desorption a demixing of the CO2-loaded absorbent in an aqueous
C02~reiche und eine organische C02~arme flüssige Phase erfolgt. Dies ermöglicht eine Regenerierung bei niedrigeren Temperaturen und eine Einsparung von Energie bei der C02 ~ rich and an organic C02 ~ poor liquid phase takes place. This allows regeneration at lower temperatures and energy savings
Regenerierung, indem nur die C02~reiche Phase regeneriert wird und die C02~arme direkt in die Absorption Regeneration by regenerating only the C02-rich phase and the C02-poor directly into the absorption
zurückgeführt wird. In diesen Fällen kann bereits ein energetisch günstiger Flash ausreichend sein, um das mit CO2 beladene Absorptionsmittel zu regenerieren.
Die nachfolgenden Beispiele verdeutlichen die Erfindung, ohne jedoch den Gegenstand der Erfindung zu beschränken. is returned. In these cases, an energetically favorable flash may already be sufficient to regenerate the CO2-laden absorbent. The following examples illustrate the invention, but without limiting the scope of the invention.
Beispiele Die untersuchten Absorptionsmedien sind in Tabelle 1 zusammengestellt . EXAMPLES The absorption media investigated are summarized in Table 1.
Zur Bestimmung der C02~Beladung, des C02~Hubs und der relativen Absorptionsrate wurden 150 g Absorptionsmedium in einem thermostatisierbaren Behälter mit aufgesetztem und auf 3°C gekühltem Rückflusskühler vorgelegt. Nach Aufheizen auf 40°C bzw. 100°C wurde über eine Fritte am Behälterboden eine Gasmischung aus 14 Vol-% CO2 , 80 Vol-% Stickstoff und 6 Vol-% Sauerstoff mit einer Flussrate von 59 1/h durch das Absorptionsmedium geleitet und die C02-Konzentration im aus dem Rückflusskühler austretenden Gasstrom über die To determine the CO 2 loading, the CO 2 stroke and the relative absorption rate, 150 g of absorption medium were placed in a thermostatable container with a reflux condenser which was mounted and cooled to 3 ° C. After heating to 40 ° C or 100 ° C, a gas mixture of 14 vol% CO2, 80% by volume of nitrogen and 6% by volume of oxygen was passed through the absorption medium via a frit on the container bottom at a flow rate of 59 1 / h the CO 2 concentration in the gas stream leaving the reflux condenser over the
IR-Absorption mit einem C02-Analysator bestimmt. Durch Integration der Differenz des C02~Gehalts im eingeleiteten Gasstrom und im austretenden Gasstrom wurde die IR absorption determined with a C02 analyzer. By integration of the difference of the C02 content in the introduced gas stream and in the exiting gas stream, the
aufgenommene C02~Menge ermittelt und die recorded C02 ~ amount and the
Gleichgewichtsbeladung des Absorptionsmediums mit CO2 berechnet. Der C02~Hub wurde als Differenz der bei 40 °C und 100 °C aufgenommenen C02~Mengen berechnet. Aus der Steigung der Kurve der C02-Konzentration im austretenden Gasstrom für den Konzentrationsanstieg von 1 Vol-% auf 12 Vol-% wurde eine relative Absorptionsrate von CO2 im Equilibrium loading of the absorption medium calculated with CO2. The CO 2 stroke was calculated as the difference between the CO 2 levels recorded at 40 ° C and 100 ° C. From the slope of the curve of C02 concentration in the exiting gas stream for the concentration increase from 1% by volume to 12% by volume, a relative absorption rate of CO2 in the
Absorptionsmedium bestimmt. Die so bestimmten Absorption medium determined. The so determined
Gleichgewichtsbeladungen bei 40 und 100°C in mol CO2 / mol Amin, der C02~Hub in mol CO2 / kg Absorptionsmedium und die auf Beispiel 1 mit 100 % bezogene relative Absorptionsrate von CO2 sind in Tabelle 1 angeführt. Equilibrium loadings at 40 and 100 ° C. in mol CO 2 / mol amine, the CO 2 lift in mol CO 2 / kg absorption medium and the CO 2 relative absorption rate of CO 2 given in Example 1 are listed in Table 1.
In Beispiel 2 kam es bei der Beladung mit CO2 bei 40°C zur Ausfällung des Carbamatsalzes von TAD (4-Amino- 2,2,6, 6-tetramethylpiperidin) .
Tabelle 1 In Example 2, when charged with CO2 at 40 ° C, precipitation of the carbamate salt of TAD (4-amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidine) occurred. Table 1
* nicht erfindungsgemäß * not according to the invention
** beim Begasen fiel Feststoff ** when gassing fell solid
MEA: Ethanolamin MEA: ethanolamine
TAD: 4-Amino-2 , 2 , 6, 6-tetramethylpiperidin TAD: 4-amino-2, 2, 6, 6-tetramethylpiperidine
Me-TAD: 4 -Methylamino-2 , 2, 6, 6-tetramethylpiperidin Me-TAD: 4-methylamino-2, 2, 6, 6-tetramethylpiperidine
Pr-TAD: 4- (n-Propylamino) -2,2,6, 6-tetramethylpiperidinPr-TAD: 4- (n-propylamino) -2,2,6,6-tetramethylpiperidine
Bu-TAD: 4- (n-Butylamino) -2,2,6, 6-tetramethylpiperidin Bu-TAD: 4- (n-butylamino) -2,2,6,6-tetramethylpiperidine
Die bei einem C02-Partialdruck von 0,14 bar durchgeführten Beispiele zeigen, dass sich mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren ein höherer C02~Hub erzielen lässt, als bei The examples carried out at a C0 2 partial pressure of 0.14 bar show that with the inventive Method to achieve a higher C02 ~ stroke, than at
Verfahren, die Ethanolamin oder TAD zur Absorption Process containing ethanolamine or TAD for absorption
einsetzen . deploy .
Zur Bestimmung des C02-Partialdrucks , ab dem es bei der Absorption zur Ausfällung eines Feststoffs kommt, wurde Absorptionsmedium mit der in Tabelle 2 angeführten To determine the CO 2 partial pressure, from which it comes to the precipitation of a solid in the absorption, absorption medium was with that listed in Table 2
Zusammensetzung in einem thermostatisierbaren Behälter mit aufgesetztem und auf 3°C gekühltem Rückflusskühler Composition in a thermostatable container with attached and cooled to 3 ° C reflux condenser
vorgelegt. Nach Aufheizen auf 40 °C wurde über eine Fritte bei 1 bar für 2 h eine Gasmischung aus CO2 und Stickstoff durch das Absorptionsmedium geleitet, wobei Gasmischungen mit 20, 40, 60 und 80 Vol-% CO2 eingesetzt wurden um submitted. After heating to 40 ° C, a gas mixture of CO2 and nitrogen was passed through a frit at 1 bar for 2 h through the absorption medium, gas mixtures were used with 20, 40, 60 and 80% by volume of CO2
C02-Partialdrücke in der zugeführten Gasmischung von 0,2 bis 0,8 bar einzustellen. In Tabelle 2 ist zusammengefasst , in welchen der Versuche ein Ausfallen von Feststoff Adjust C02 partial pressures in the supplied gas mixture from 0.2 to 0.8 bar. In Table 2 is summarized in which of the experiments a precipitation of solid
beobachtet wurde. was observed.
Mit dem Arbeitsmedium von Beispiel 2 wurde außerdem ein Versuch durchgeführt, bei dem in einem thermostatisierten 500 ml Autoklav 250 g Arbeitsmedium bei 40 °C vorgelegt wurde und nach evakuieren CO2 druckgeregelt bis zur With the working medium of Example 2, an experiment was also carried out in which 250 g of working medium at 40 ° C was placed in a thermostated 500 ml autoclave and evacuated after CO2 pressure controlled to the
Sättigung zudosiert wurde, wobei der stufenweise erhöht wurde um C02-Partialdrücke von 75 mbar, 90 mbar und Saturation was added, which was gradually increased by C02 partial pressures of 75 mbar, 90 mbar and
100 mbar einzustellen. Bei einem C02-Partialdruck von 100 mbar. At a CO 2 partial pressure of
100 mbar wurde die Ausfällung von Feststoff beobachtet.
100 mbar, the precipitation of solid was observed.
Tabelle 2 Table 2
*nicht erfindungsgemäß
* not according to the invention
Claims
Patentansprüche : Claims:
Verfahren zur Absorption von CO2 aus einer Gasmischung durch in Kontakt bringen der Gasmischung bei einem anfänglichen Partialdruck von CO2 von 0,01 bis 0,6 bar mit einem Absorptionsmedium umfassend Wasser und ein Amin der Formel (I) Process for absorbing CO 2 from a gas mixture by contacting the gas mixture at an initial partial pressure of CO 2 of 0.01 to 0.6 bar with an absorption medium comprising water and an amine of the formula (I)
(I) worin R ein n-Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, wobei das Absorptionsmedium kein Amin mit mehr als zwei Stickstoffatomen umfasst. (I) wherein R is an n-alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms, wherein the absorption medium comprises no amine having more than two nitrogen atoms.
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass R ein n-Butylrest ist. that R is an n-butyl radical.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 3. The method according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der anfängliche Partialdruck von CO2 in der that the initial partial pressure of CO 2 in the
Gasmischung von 0,1 bis 0,5 bar beträgt. Gas mixture of 0.1 to 0.5 bar.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. The method according to any one of claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der anfängliche Anteil an CO2 in der Gasmischung von 0,1 bis 50 Vol-% beträgt. the initial fraction of CO 2 in the gas mixture is from 0.1 to 50% by volume.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. The method according to any one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Gasmischung von 0,1 bis 25 Vol-% Sauerstoff enthält . that the gas mixture contains from 0.1 to 25% by volume of oxygen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized
dass die Gasmischung ein Verbrennungsabgas ist. the gas mixture is a combustion exhaust gas.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 7. The method according to any one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Gasmischung aus der Vergärung oder that the gas mixture from the fermentation or
Kompostierung von Biomasse stammt. Composting of biomass comes.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 8. The method according to any one of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Absorptionsmedium 10 bis 50 Gew.-% eines Amins der Formel (I) umfasst. the absorption medium comprises from 10 to 50% by weight of an amine of the formula (I).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 9. The method according to any one of claims 1 to 8,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Absorptionsmedium kein Lösungsmittel enthält. the absorption medium contains no solvent.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 10. The method according to any one of claims 1 to 9,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass im Absorptionsmedium absorbiertes CO2 durch Erhöhen der Temperatur und/oder Verringerung des Drucks wieder desorbiert wird und das Absorptionsmedium nach dieser Desorption von CO2 wieder zur Absorption von CO2 that absorbed in the absorption medium CO 2 is desorbed by increasing the temperature and / or reducing the pressure and the absorption medium after this desorption of CO 2 again for the absorption of CO 2
verwendet wird. is used.
11. Verfahren nach Anspruch 10, 11. The method according to claim 10,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Absorption bei einer Temperatur im Bereich von 10 bis 80°C und die Desorption bei einer Temperatur im that the absorption at a temperature in the range of 10 to 80 ° C and the desorption at a temperature in the
Bereich von 30 bis 180°C durchgeführt wird. Range of 30 to 180 ° C is performed.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, 12. The method according to claim 10 or 11,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass mit CO2 beladenes Absorptionsmedium zur Desorption mit einem inerten Gas gestrippt wird. that CO 2 loaded absorption medium is stripped with an inert gas for desorption.
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