ES2272216T3 - Praxair technology, inc. - Google Patents

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ES2272216T3 ES00112424T ES00112424T ES2272216T3 ES 2272216 T3 ES2272216 T3 ES 2272216T3 ES 00112424 T ES00112424 T ES 00112424T ES 00112424 T ES00112424 T ES 00112424T ES 2272216 T3 ES2272216 T3 ES 2272216T3
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Abstract

Un método para recuperar materia absorbida a partir de una alimentación que contiene oxígeno, que comprende: (A) proveer una alimentación que comprende oxígeno y materia absorbida en contacto de transferencia de masa con absorbente que comprende al menos una alcanolamina, y hacer pasar oxígeno y materia absorbida de la alimentación al absorbente para obtener absorbente cargado con materia absorbida, que contiene oxígeno disuelto; (B) calentar el absorbente cargado con materia absorbida para obtener absorbente cargado con materia absorbida calentado; (C) eliminar al menos algo del oxígeno disuelto del absorbente cargado con materia absorbida para obtener absorbente cargado con materia absorbida, empobrecido en oxígeno; y (D) calentar más el absorbente cargado con materia absorbida empobrecido en oxígeno y, después de esto, recuperar la materia absorbida del absorbente.

Description

Método para recuperar absorbato de una alimentación que contiene oxígeno.
Campo técnico
Esta invención se refiere de manera general a la recuperación de dióxido de carbono usando un absorbente de alcanolamina.
Antecedentes de la técnica
El dióxido de carbono tiene un gran número de usos. Por ejemplo, el dióxido de carbono se usa para carbonatar bebidas, para enfriar, congelar y empaquetar pescado y marisco, carne, aves, productos cocinados, frutas y verduras, y para aumentar la vida en almacén de productos lácteos. Es un componente ambiental importante en el tratamiento industrial de aguas de proceso y residuales como sustituto del ácido sulfúrico para controlar los niveles de pH. Otros usos incluyen el tratamiento de agua potable, un pesticida favorable al medio ambiente y un aditivo para la atmósfera de invernaderos para mejorar el crecimiento de verduras.
Generalmente, el dióxido de carbono es producido mediante la purificación de una corriente residual que es un subproducto de un procedimiento químico orgánico o inorgánico. La corriente residual, que comprende una concentración elevada de dióxido de carbono, es condensada y purificada en múltiples operaciones y, luego, es destilada para producir el dióxido de carbono con calidad de producto.
A medida que la demanda de dióxido de carbono continúa aumentando, se están usando fuentes alternativas de dióxido de carbono para suministrar alimentación de dióxido de carbono bruto al sistema de purificación. Tales alimentaciones alternativas tienen una concentración de dióxido de carbono mucho menor y, por este motivo, es necesario mejorar su calidad, es decir, debe aumentarse la concentración de dióxido de carbono, antes de que pueda producirse con eficacia el dióxido de carbono con calidad de producto. Estas alimentaciones alternativas con concentraciones de dióxido de carbono mucho menores se denominarán alimentaciones pobres. Un ejemplo de una alimentación pobre de este tipo son los gases de combustión que podrían provenir de una fuente de chimenea tales como los que podrían proceder de una caldera, un motor de combustión interna, una turbina de gas o una calera.
El aumento de la concentración del dióxido de carbono en una alimentación puede llevarse a cabo de diversas maneras. Un método preferido particularmente es la absorción química de dióxido de carbono a partir de una alimentación de dióxido de carbono bruto en un absorbente a base de alcanolamina. El absorbente cargado con dióxido de carbono resultante es sometido, luego, a separación en producto de dióxido de carbono para recuperación y absorbente que contiene alcanolamina, que, típicamente, es reciclado para reutilizarlo dentro del sistema de recuperación.
A menudo, la alimentación de dióxido de carbono bruto contiene niveles significativos de oxígeno que pueden causar degradación de las alcanolaminas, lo que reduce su utilidad en el sistema de recuperación y, también, causa problemas de corrosión en el sistema. Tal oxígeno podría provenir de la propia alimentación y/o de pérdidas en el equipo, o de fluidos de nuevo aporte. Los expertos en la técnica han enfocado este problema de una de dos maneras. En un método, se añaden inhibidores químicos al fluido absorbedor para protegerlo contra la degradación al inhibir la oxidación de las alcanolaminas. En otro método, se añade una sustancia combustible a la alimentación de dióxido de carbón bruto para su combustión con el oxígeno en una reacción de combustión catalítica. Aunque ambos métodos son efectivos, ambos están caracterizados por gastos de inversión elevados y, además, son complicados de llevar a la práctica.
Por consiguiente, es un objeto de esta invención proporcionar un método que pueda recuperar de manera más efectiva dióxido de carbono u otra materia absorbida a partir de una alimentación que contiene oxígeno usando un absorbente basado en alcanolamina para mejorar la calidad de la alimentación.
Compendio de la invención
El objeto anterior y otros objetos, que resultarán evidentes a un experto de la técnica tras una lectura de esta descripción, se logran mediante la presente invención, un aspecto de la cual es:
un método para recuperar materia absorbida a partir de una alimentación que contiene oxígeno, que comprende:
(A) proveer una alimentación que comprende oxígeno y materia absorbida en contacto de transferencia de masa con absorbente que comprende al menos una alcanolamina, y hacer pasar oxígeno y materia absorbida de la alimentación al absorbente para obtener absorbente cargado con materia absorbida que contiene oxígeno disuelto;
(B) calentar el absorbente cargado con materia absorbida para obtener absorbente cargado con materia absorbida calentado;
(C) eliminar al menos algo del oxígeno disuelto del absorbente cargado con materia absorbida para obtener absorbente cargado con materia absorbida empobrecido en oxígeno; y
(D) calentar más el absorbente cargado con materia absorbida empobrecido en oxígeno y, después de esto, recuperar la materia absorbida del absorbente.
Según se usa en este documento, la expresión "columna de absorción" significa un dispositivo de transferencia de masa que permite que un disolvente adecuado, esto es, un absorbente, absorba selectivamente la materia absorbida de un fluido que contiene uno o más de otros componentes.
Según se usa en este documento, la expresión "dispositivo de separación" significa un dispositivo de transferencia de masa, tal como una columna, en el que un componente, tal como una materia absorbida, se separa del absorbente, generalmente por medio de la aplicación de energía.
Según se usa en este documento, la expresión "alimentación pobre" significa un fluido que tiene una concentración de dióxido de carbono menor del 50 por ciento en moles.
Según se usa en este documento, las expresiones "parte superior" y "parte inferior" significan las secciones de una columna por encima y por debajo, respectivamente, del punto medio de la columna.
Según se usa en este documento, la expresión "intercambio de calor indirecto" significa el hecho de poner dos fluidos en relación de intercambio de calor sin contacto físico ni entremezcla de un fluido con el otro.
Según se usa en este documento, el término "inhibidor" significa una sustancia química o una mezcla de sustancias químicas que inhibe o disminuye la velocidad de una reacción. Por ejemplo, el carbonato de cobre en combinación con uno o más de dihidroxietilglicina, permanganato de metal alcalino, tiocianato de metal alcalino, óxidos de níquel o de bismuto con o sin carbonato de metal alcalino, inhiben la degradación oxidativa de una alcanolamina.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una representación esquemática de una realización preferida particularmente de la invención en la que el separador de oxígeno comprende un depósito de vaporización súbita y una bomba de vacío.
La figura 2 es una representación esquemática de otra realización preferida particularmente de la invención en la que el separador de oxígeno comprende una columna de separación.
Descripción detallada
Esta invención comprende el descubrimiento de que, cuando se calienta parcialmente un absorbente a base de alcanolamina cargado con dióxido de carbono, la eliminación de oxígeno puede realizarse sin producirse degradación de la alcanolamina ni requerir inhibidores, y el calentamiento adicional subsiguiente puede preparar el fluido para una separación efectiva, permitiendo una recuperación de dióxido de carbono efectiva y a coste menor y, también, la producción de absorbente de alcanolamina de elevada calidad que puede ser recuperado y reutilizado.
La invención será descrita con mayor detalle haciendo referencia a los dibujos. Haciendo referencia, ahora, a la figura 1, gas 1 de alimentación pobre, que, típicamente, ha sido enfriado y tratado para reducir su contenido de materiales en partículas y otras impurezas tales como óxidos de azufre (SOx) y óxidos de nitrógeno (NOx), se hace pasar a un compresor o soplante 2 en el que se comprime a una presión, generalmente, en el margen de desde 101,3 a 206,8 kPa (14,7 a 30 libras por pulgada cuadrada absolutas (psia)). El gas 1 de alimentación pobre contiene menos del 50 por ciento en moles de dióxido de carbono como materia absorbida, y, típicamente, tiene una concentración de dióxido de carbono dentro del margen de desde 3 a 25 por ciento en moles. El gas 1 de alimentación pobre contiene, también, oxígeno en una concentración, generalmente, dentro del margen de desde menos del 1 por ciento en moles a alrededor del 18 por ciento en moles. El gas 1 de alimentación pobre puede contener, también, uno u más de otros componentes tales como trazas de hidrocarburos, nitrógeno, monóxido de carbono, vapor de agua, óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno y materiales en partículas.
Se hace pasar gas 3 de alimentación pobre comprimido desde un soplante 2 a la parte inferior de la columna 4 de absorción que está operando a una temperatura, generalmente, dentro del margen de 40 a 45ºC en la parte superior de la columna y a una temperatura generalmente dentro del margen de desde 50 a 60ºC en el fondo de la columna. Típicamente, se hace pasar absorbente 6 a la parte superior de la columna 4 de absorción. El absorbente 6 es un fluido que comprende, al menos, una especie de alcanolamina, que pueden ser alcanolaminas primarias y/o secundarias. Ejemplos de alcanolaminas que pueden emplearse en el absorbente 6 en la práctica de esta invención son monoetanolamina, dietanolamina, diisopropanolamina, metildietanolamina y trietanolamina. Generalmente, las alcanolaminas se emplean como una solución acuosa. La concentración de la o de las alcanolaminas, en el absorbente 6 estará dentro del margen de desde 5 a 80 por ciento en peso, y, preferiblemente, de desde 10 a 50 por ciento en peso. Una alcanolamina primaria preferida para uso en el fluido absorbente, en la práctica de esta invención, es la monoetanolamina, preferiblemente en una concentración dentro del margen de desde 5 a 25 por ciento en peso, más preferiblemente en una concentración dentro del margen de desde 10 a 15 por ciento en peso. Las alcanolaminas secundarias preferidas para uso en el fluido absorbente, en la práctica de esta invención, son la dietanolamina y la diisopropanolamina.
Dentro de la columna 4 de absorción, el gas de alimentación pobre asciende en flujo en contracorriente frente al absorbente en flujo descendente. La columna 4 de absorción contiene elementos interiores de la columna o de transferencia de masa, tales como bandejas o materiales de relleno dispuestos al azar o estructurados. A medida que el gas de alimentación asciende, la mayor parte del dióxido de carbono en el gas de alimentación, oxígeno, y pequeñas cantidades de otras especies tales como nitrógeno, se absorben en el absorbente que fluye hacia abajo, lo que da lugar a vapor superior empobrecido en dióxido de carbono en la parte superior de la columna 4, y a absorbente cargado con dióxido de carbono que contiene oxígeno disuelto, en el fondo de la columna 4. El vapor superior es retirado de la parte superior de la columna 4 en una corriente 5 y el absorbente cargado con dióxido de carbono es retirado de la parte inferior de la columna 4 en una corriente 7.
La corriente 7 se hace pasar por la bomba 8 para líquidos y, desde ahí, en una corriente 9 hacia, y a través de, un primer intercambiador de calor 120 en el que es calentada mediante intercambio de calor indirecto a una temperatura generalmente dentro del margen de desde 60 a 90ºC, preferiblemente dentro del margen de desde 75 a 80ºC. El absorbente cargado con dióxido de carbono calentado resultante experimenta desoxigenación. En la realización de la invención ilustrada en la figura 1, la desoxigenación se lleva a cabo mediante descompresión. Absorbente 101 cargado con dióxido de carbono calentado se hace pasar desde el primer intercambiador de calor 120 en una corriente 101 a un depósito 102 de vaporización súbita, donde su presión se reduce desde un valor superior al de la presión atmosférica a una presión inferior a la atmosférica, generalmente dentro del margen de desde 20,7 a 82,7 kPa (3 a 12 psia) y, preferiblemente, dentro del margen de desde 34,5 a 68,9 kPa (5 a 10 psia), haciendo funcionar una bomba de vacío 104. Como consecuencia de esta descompresión, el oxígeno disuelto es liberado desde el absorbente. Generalmente, la descompresión hará que, al menos, el 50 por ciento del oxígeno disuelto en el absorbente 101 sea liberado. El oxígeno liberado se hace salir del depósito 102 de vaporización súbita en una corriente 103, a través de la bomba de vacío 104, y se elimina del sistema en una corriente 105. La despresurización causará que algo del dióxido de carbono se libere junto con oxígeno y otras especies. La corriente puede ser evacuada a la atmósfera, usarse tal como es, o mezclarse con el dióxido de carbono de producto final.
El absorbente resultante cargado con dióxido de carbono empobrecido en oxígeno que contiene, típicamente, menos de 2 ppm de oxígeno y, preferiblemente, menos de 0,5 ppm de oxígeno, es retirado del depósito 102 de vaporización súbita en una corriente 106, se la hace pasar a la bomba 107 para líquidos y, desde allí, en una corriente 108 hasta y a través de un segundo intercambiador de calor 121 en el que se calienta más mediante intercambio indirecto de calor hasta una temperatura generalmente dentro del margen de desde 100 a 110ºC. Dado que el calentamiento adicional tiene lugar después de que la mayor parte o todo el oxígeno haya sido eliminado del absorbente, el absorbente no necesita contener inhibidores para inhibir la degradación oxidativa de las alcanolaminas. El absorbente cargado con materia absorbida empobrecido en oxígeno, calentado adicionalmente, se hace pasar a un sistema de recuperación de materia absorbida para la recuperación de la materia absorbida. En la realización de la invención ilustrada en la figura 1, el absorbente cargado con dióxido de carbono empobrecido en oxígeno, calentado adicionalmente, se hace pasar desde el segundo intercambiador de calor 121 en la corriente 11 a la parte superior de la columna de separación 12 que está operando a una temperatura típicamente dentro del margen de desde 100 a 110ºC en la parte superior de la columna y a una temperatura típicamente dentro del margen de desde 119 a 125ºC en el fondo de la columna. A medida que el absorbente fluye hacia abajo a través de la columna de separación 12 sobre los elementos de transferencia de masa que pueden ser bandejas o materiales de relleno dispuestos al azar o estructurados, el dióxido de carbono del absorbente se separa de la disolución de alcanolamina en forma vapor que fluye hacia arriba, que es, generalmente, vapor de agua, para producir vapor de parte superior de dióxido de carbono y absorbente de alcanolamina restante. El vapor de parte superior de dióxido de carbono se retira de la parte superior de la columna de separación 12 en una corriente 13 y se le hace pasar a través del condensador 47 de reflujo en el que se condensa parcialmente. Una corriente 14 de dos fases resultante se hace pasar al tambor de reflujo o separador 15 de fases en el que se separa en gas de dióxido de carbono y un condensado. El gas de dióxido de carbono es eliminado del separador 15 de fases en una corriente 16 y es recuperado como fluido de producto de dióxido de carbono que tiene una concentración de dióxido de carbono generalmente dentro del margen de desde 95 a 99,9 por ciento en moles sobre una base seca. Mediante el término "recuperado", según se usa en este documento, se quiere significar recuperado como producto final o separado por cualquier razón tal como su eliminación, uso posterior, tratamiento o retirada y almacenamiento posterior. El condensado, que comprende principalmente agua y alcanolamina, es retirado del separador 15 de fases en una corriente 17, se le hace pasar a través de la bomba 18 para líquidos y, como corriente 19, circula
a la parte superior de la columna de separación 12.
El absorbente de alcanolamina restante que, también, contiene agua es retirado de la parte inferior de la columna de separación 12 en una corriente 20 y se le hace pasar a un rehervidor 21 en el que se calienta mediante intercambio indirecto de calor a una temperatura, típicamente, dentro del margen de desde 119 a 125ºC. En la realización de la invención ilustrada en la figura 1, el rehervidor 21 es accionado por vapor de agua saturado 48 a una presión de 294,4 kPa (28 libras por pulgada cuadrada manométricas (psig)) o más, el cual es retirado del rehervidor 21 en una corriente 49. El calentamiento del absorbente de alcanolamina en el rehervidor 21 desprende algo de agua que se hace pasar como vapor de agua en una corriente 22 desde el rehervidor 21 a la parte inferior de la columna de separación 12 en la que sirve como el vapor que fluye hacia arriba, citado anteriormente. El absorbente de alcanolamina resultante es retirado del rehervidor 21 en una corriente 23 de líquido. Una parte 24 de la corriente 23 es alimentada a un recuperador 25 en donde se vaporiza este líquido. La adición de carbonato de sodio o de sosa cáustica al recuperador facilita la precipitación de cualesquiera subproductos de degradación y de las sales de amina estables al calor. Una corriente 27 representa la eliminación de los subproductos de degradación y de las sales de amina estables al calor. La disolución 26 de amina vaporizada se puede volver a introducir en el separador, según se muestra en la figura 1. También se puede enfriar y mezclar directamente con la corriente 6 que entra en la parte superior del absorbedor 4. También, en lugar del recuperador 25 mostrado en la figura 1, se podrían emplear otros métodos de purificación tales como el intercambio de iones o la electrodiálisis.
La parte restante 54 del absorbente 23 de alcanolamina calentado se hace pasar a la bomba 35 para disolventes y, desde allí, en una corriente 29, hacia y a través de un segundo intercambiador de calor 121 en el que sirve para realizar el calentamiento adicional citado anteriormente del absorbente cargado con dióxido de carbono empobrecido en oxígeno. El absorbente 110 de alcanolamina resultante se hace pasar desde el segundo intercambiador de calor 121 hacia y a través del primer intercambiador de calor 120 en el que sirve para realizar el calentamiento mencionado anteriormente del absorbente cargado con dióxido de carbono que contiene oxígeno disuelto, y desde el cual emerge como fluido 34 absorbente de alcanolamina enfriado.
La corriente 34 se enfría mediante su paso a través del refrigerador 37 a una temperatura de 40ºC, aproximadamente, para formar un absorbente 38. Una parte 40 de la corriente 38 se hace pasar a través de un filtro mecánico 41, desde allí, como corriente 42, a través de un filtro 43 de lecho de carbono, y, desde allí, como corriente 44 a través de un filtro mecánico 45 para la eliminación de impurezas, sólidos, subproductos de degradación y sales de amina estables al calor. La corriente purificada 149 resultante se recombina con una corriente 39, que es el resto de la corriente 38, para formar una corriente 55. El depósito de almacenamiento 30 contiene alcanolamina adicional de nuevo aporte. El absorbente de alcanolamina es retirado del depósito de almacenamiento 30 en una corriente 31 y es bombeado por la bomba 32 para líquidos como corriente 33 en una corriente 55. El depósito de almacenamiento 50 contiene agua de nuevo aporte. El agua es retirada del depósito de almacenamiento 50 en una corriente 51 y es bombeada por la bomba para líquidos 52 como corriente 53 en la corriente 55. Las corrientes 33 y 53, junto con la corriente 55, forman la corriente 6 combinada de absorbentes para su paso a la parte superior de la columna de absorción 4 como se ha descrito previamente.
La figura 2 ilustra otra realización de la invención en la que se usa una columna de separación para realizar la desoxigenación del absorbente cargado con dióxido de carbono. Los números de la figura 2 son los mismos que los de la figura 1 para los elementos comunes, y estos elementos comunes no se volverán a describir con detalle.
Haciendo referencia, ahora, a la figura 2, el absorbente 101 cargado con dióxido de carbono calentado se hace pasar desde el intercambiador de calor 120 a la parte superior de un dispositivo 151 de separación de oxígeno, y un gas 152 de barrido de oxígeno se hace pasar a la parte inferior de la columna 151. Una fuente preferida de gas 152 de barrido de oxígeno es una corriente dividida, pequeña, de alrededor del 2 por ciento, de la corriente 16 de producto. El fluido absorbente cargado con dióxido de carbono calentado fluye hacia abajo a través de la columna 151 de división de oxígeno sobre partes interiores de transferencia de masa, tales como bandejas o materiales de relleno dispuestos al azar o estructurados, a contracorriente con el gas de barrido de oxígeno que fluye hacia arriba, y, en el procedimiento, el oxígeno disuelto es separado del absorbente cargado con dióxido de carbono que fluye hacia abajo en el gas de barrido de oxígeno que fluye hacia arriba. El gas de barrido resultante que contiene oxígeno es retirado de la parte superior de la columna 151 en una corriente 150, y el absorbente resultante cargado con dióxido de carbono empobrecido en oxígeno, que contiene, típicamente, menos de 2 ppm de oxígeno y, preferiblemente, menos de 0,5 ppm de oxígeno, es retirado de la parte inferior de la columna 151 y se le hace pasar al segundo intercambiador de calor 121 para tratamiento adicional como se ha descrito previamente junto con la realización ilustrada en la figura 1.
Aunque la invención ha sido descrita con detalle con referencia a ciertas realizaciones preferidas particularmente, los expertos en la técnica reconocerán que existen otras realizaciones de la invención dentro del espíritu y del alcance de las reivindicaciones. Además, el sistema de recuperación a base de alcanolaminas, tolerante al oxígeno, de esta invención puede usarse para la separación de otros compuestos distintos, o además, del dióxido de carbono, tales como sulfuro de hidrógeno o una mezcla de dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno. Una definición rigurosa de tal procedimiento generalizado de recuperación a base de alcanolaminas, tolerante al oxígeno, es:
un método para recuperar materia absorbida a partir de una alimentación que contiene oxígeno, que comprende:
(A) proveer una alimentación que comprende oxígeno y materia absorbida en contacto de transferencia de masa con absorbente que comprende al menos una alcanolamina, y hacer pasar oxígeno y materia absorbida de la alimentación al absorbente para obtener absorbente cargado con materia absorbida que contiene oxígeno disuelto;
(B) calentar el absorbente cargado con materia absorbida para obtener absorbente cargado con materia absorbida calentado;
(C) eliminar al menos algo del oxígeno disuelto del absorbente cargado con materia absorbida para obtener absorbente cargado con materia absorbida, empobrecido en oxígeno; y
(D) calentar más el absorbente cargado con materia absorbida, empobrecido en oxígeno y, después de esto, recuperar la materia absorbida del absorbente.

Claims (5)

1. Un método para recuperar materia absorbida a partir de una alimentación que contiene oxígeno, que comprende:
(A) proveer una alimentación que comprende oxígeno y materia absorbida en contacto de transferencia de masa con absorbente que comprende al menos una alcanolamina, y hacer pasar oxígeno y materia absorbida de la alimentación al absorbente para obtener absorbente cargado con materia absorbida, que contiene oxígeno disuelto;
(B) calentar el absorbente cargado con materia absorbida para obtener absorbente cargado con materia absorbida calentado;
(C) eliminar al menos algo del oxígeno disuelto del absorbente cargado con materia absorbida para obtener absorbente cargado con materia absorbida, empobrecido en oxígeno; y
(D) calentar más el absorbente cargado con materia absorbida empobrecido en oxígeno y, después de esto, recuperar la materia absorbida del absorbente.
2. El método de la reivindicación 1, en el que oxígeno disuelto es eliminado del absorbente cargado con materia absorbida mediante reduciendo la presión del absorbente cargado con materia absorbida y vaporizando súbitamente el oxígeno disuelto.
3. El método de la reivindicación 1, en el que se elimina oxígeno disuelto del absorbente cargado con materia absorbida separando oxígeno del absorbente cargado con materia absorbida en un gas de barrido de oxígeno.
4. El método de la reivindicación 1, en el que la materia absorbida comprende sulfuro de hidrógeno.
5. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que:
(A) dicha alimentación es una alimentación pobre que tiene una concentración de dióxido de carbono de menos del 50 por ciento en moles; y
(B) dicha materia absorbida es dióxido de carbono.
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