ES2301394B2 - Uso de disoluciones acuosas de glucosamina para la eliminacion de dioxido de carbono (co2) y otros gases acidos. - Google Patents
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Abstract
Uso de disoluciones acuosas de glucosamina para
la eliminación de dióxido de carbono (CO_{2}) y otros gases
ácidos, neutralizando el medio ácido mediante la adición de medio
básico, permitiendo la eliminación en equipos de contacto
gas-líquido de una corriente gaseosa, mediante un
proceso de absorción acompañada de reacción química.
Description
Uso de disoluciones acuosas de glucosamina para
la eliminación de dióxido de carbono (CO_{2}) y otros gases
ácidos.
Uso de disoluciones acuosas de glucosamina para
la eliminación de dióxido de carbono y otros gases ácidos (SH_{2}
y SO_{2}) mediante reacción química que consiste en un proceso de
absorción acompañado de reacción química.
Los procesos de absorción siguen siendo una
herramienta muy poderosa e importante en la separación, eliminación
y purificación de corrientes gaseosas (Idem, R. et al..
Pilot Plant Studies of the CO_{2} Capture Performance of Aqueous
MEA and Mixed MEA/MDEA Solvents at the University of Regina
CO_{2} Capture Technology Development Plant and the Boundary Dam
CO_{2} Capture Demonstration Plant. Industrial and Engineering
Chemistry. 45 (2006) 2414-2420. De todas
maneras, estos procesos cada vez están sometidos a mayores
requerimientos, tanto sobre la eficacia de eliminación o secuestro,
como sobre los aspectos medioambientales.
La absorción se define como el proceso en el
cual uno o más componentes se transfiere de una fase gas a una
líquida. La operación de absorción puede ser clasificada, en base a
la naturaleza de la interacción entre el absorbente y el absorbato,
en dos tipos: (a) absorción física, en la cual el componente
absorbido es el más soluble en la fase líquida y (b) absorción
química, la cual se caracteriza por el desarrollo de una reacción
química entre componentes gaseosos que son absorbidos y un
componente de la fase líquida, para dar lugar a uno o más
productos.
La eliminación o separación de gases ácidos, más
concretamente de dióxido de carbono de corrientes gaseosas, tiene
gran aplicación e importancia en las industrias petroquímica y de
gas natural. Además, las tendencias y normativas actuales inducen
desarrollar procesos o técnicas de control y eliminación de CO_{2}
como objetivo fundamental para evitar el calentamiento global del
planeta.
En el tipo de industrias y procesos
anteriormente comentados, son ampliamente utilizadas disoluciones
acuosas de aminas, predominantemente monoetanolamina (MEA),
dietanolamina (DEA) y metildietanolamina (MDEA)
(C-H. Liao, M.-H. Li. Kinetics of absorption of
carbon dioxide into aqueous solutions of monoethanolamine +
N-methyldiethanolamine. Chemical Engineering
Science 57 (2002) 4569 - 4582). También la mezcla de estas
aminas parece ser una posibilidad interesante debido a ciertos
efectos exaltadores de la reacción química de estos compuestos con
el dióxido de carbono, pero aun no están siendo aplicadas
industrialmente (J. Xiao, C.-W. Li, M.-H. Li. Kinetics of
absorption of carbón dioxide into aqueous solutions of
2-amino-2-methyl-1-propanol
+ monoethanolamine. Chemical Engineering Science 55 (2000)
161-175). Los problemas principales que acompañan a
esta metodología están relacionados con la gran cantidad de energía
que hay que aportar, pero sobre todo la naturaleza de los compuestos
empleados, ya que provocan procesos de corrosión sobre los equipos
industriales, e implican elevadas medidas de seguridad en la
operación y, posteriormente a ésta, adoptar estrategias de
eliminación de residuos.
Otra metodología utilizada para la separación de
dióxido de carbono es el empleo de disoluciones acuosas alcalinas,
como por ejemplo de carbonato sódico o potásico.
En la presente solicitud de patente se propone
un absorbente con novedosa aplicación para la
eliminación/separa-
ción de dióxido de carbono mediante el empleo de disoluciones acuosas de glucosamina que aportan ventajas medioambientales, de manejo y operación respecto a las tecnologías actuales, y que no disminuye la velocidad de eliminación de dióxido de carbono.
ción de dióxido de carbono mediante el empleo de disoluciones acuosas de glucosamina que aportan ventajas medioambientales, de manejo y operación respecto a las tecnologías actuales, y que no disminuye la velocidad de eliminación de dióxido de carbono.
Las principales ventajas de este procedimiento
para la eliminación/separación de dióxido de carbono están
relacionadas, en primer lugar, con los principios de la química
verde, en la cual se emplean sistemas medioambientalmente más
beneficiosos; y, en segundo lugar, respecto a la seguridad en todos
los procedimientos a nivel industrial.
Respecto al primer aspecto, el medioambiental,
comentar que los sistemas actualmente empleados tienen ciertas
deficiencias medioambientalmente hablando, sobre todo en el caso de
la posterior eliminación de las disoluciones de aminas, las cuales
requieren procedimientos más exhaustivos y costosos para su
eliminación/degradación.
Respecto a la segunda ventaja, la cual incide en
la seguridad, se relaciona con la información mostrada en la Tabla
1, en la cual se listan las características de distintas aminas
empleadas frecuentemente en procesos industriales de
eliminación/separación de dióxido de carbono en relación a sus
fichas de seguridad y la comparación con el compuesto aminado
propuesto. Como se puede observar, la glucosamina no muestra ningún
peligro, así como tampoco existe ninguna frase de riesgo o de
seguridad que deba ser tenida en cuenta, lo cual disminuye costes
en distintos aspectos: seguridad, transporte, equipamiento, etc.,
en relación a sistemas más problemáticos respecto al uso de
sustancias mas complicadas en su manipulación y que requieren
medidas extraordinarias. Asimismo, esto aporta un factor importante
sobre la tranquilidad de los trabajadores y su seguridad laboral.
Esto no sucede en el caso de aminas comúnmente empleadas para la
separación de dióxido de carbono y gases ácidos, como las que se
muestran en la Tabla 1, ya que como se puede ver, deben ser tenidas
en cuenta distintas consideraciones de riesgo, dentro de las cuales
se encuentran efectos nocivos al contacto con la piel, ojos,
ingestión o daños severos a la salud por exposición prolongada, y
respecto a la seguridad, como por ejemplo, el uso de prendas
adecuadas para manos, ojos y cara.
Todas las ventajas anteriormente comentadas,
tienen gran importancia, porque son ventajas a mayores, debido a
que las disoluciones acuosas de glucosamina muestran velocidades de
eliminación de dióxido de carbono de igual o incluso ligeramente
mayores que las disoluciones de aminas empleadas en la actualidad
para estos procesos a nivel industrial.
Los estudios llevados a cabo para realizar los
experimentos que demuestran la validez de la invención se han
desarrollado en dos equipos concretos, pero las disoluciones
acuosas de glucosamina provocan la eliminación de gases ácidos en
cualquiera de los equipos que pongan en contacto la fase gas con la
líquida (disoluciones acuosas de glucosamina) empleados en
industria y en investigación. En este caso, el primer equipo
empleado consiste en una célula de agitación (Figura 1), en el cual
se han realizado estudios previos fijando el área de intercambio
entre las dos fases. El segundo equipo en el que se probó la
eficacia de las disoluciones acuosas de glucosamina para la
eliminación de gases ácidos, consiste en un equipo de absorción de
tipo industrial, que ha sido concretamente una columna de burbujeo
(Figura 2). Este equipo se ha empleado con el fin de analizar como
se comportan las disoluciones absorbentes objeto de la invención en
un equipo similar a los empleados industrialmente.
La célula de agitación consistió en un reactor
cilíndrico (diámetro = 12 cm; altura = 20 cm) de vidrio, con una
capacidad de 300 mL, y dotado de agitación magnética. Dicho reactor
ha sido termostatizado mediante su conexión a un
termostato-criostato, lo cual ha permitido realizar
experimentos a distinta temperatura. Los estudios en este equipo
pretendieron determinar la velocidad de eliminación de dióxido de
carbono en los instantes iniciales (método de las velocidades
iniciales), por lo que se alimentó una cantidad inicial conocida de
dióxido de carbono y se monitorizó el consumo de dióxido de carbono
a lo largo del tiempo.
El otro equipo empleado (Figura 2), equipo
industrial a nivel planta piloto, ha consistido en una columna de
burbujeo de tipo cilíndrica (diámetro = 7 cm; altura = 150 cm). En
este caso, el modo en el que se ha operado ha sido cargando 2,4
litros de disolución de amina y posteriormente alimentando
continuamente una corriente de dióxido de carbono y analizando la
cantidad de gas absorbido (eliminado). La fase gas se ha alimentado
a través de un difusor de un solo orificio que ha permitido la
formación de burbujas de los gases ácidos en el seno de la fase
líquida.
Ambos equipos estaban dotados de
medidores-controladores de caudal para gases
(Brooks Instruments 5850S), con los que se consiguió por un lado
alimentar un caudal constante de corriente gaseosa a la columna de
burbujeo y además hacer un seguimiento temporal de la corriente de
salida de tal manera que se pudiese conocer a que velocidad se
producía la eliminación de gases ácidos mediante la absorción con
reacción química en las disoluciones acuosas de glucosamina.
Asimismo, la presión de la fase gas ha sido determinada mediante
medidores de presión TESTO 520 antes de entrar en el reactor y a la
salida de éste.
Los equipos anteriormente expuestos han
permitido realizar procesos de eliminación en un amplio rango de
variables de operación (caudal de gas, concentración de
glucosamina, presión y temperatura). Concretamente, la concentración
de glucosamina empleada ha sido como máximo de 0,4
mol\cdotL^{-1}.
Ejemplo
Se han realizado distintos experimentos de
absorción de dióxido de carbono en distintos líquidos absorbentes
que han consistido en disoluciones acuosas de 0,1
mol\cdotL^{-1} de las distintas aminas.
A diferencia de las otras aminas, en la
preparación de las disoluciones de glucosamina para su uso en los
procesos de eliminación de dióxido de carbono, se hace necesario un
paso previo en el cual se procede a neutralizarlas en el caso de que
este compuesto venga suministrado en forma ácida, como es el caso
de la glucosamina empleada. Para ello se añade la cantidad
necesaria de disolución concentrada de NaOH (1 mol\cdotL^{-1},
por ejemplo) hasta conseguir un pH similar al de las disoluciones
acuosas de las otras aminas (seguimiento mediante un pHmetro).
El proceso de absorción de dióxido de carbono en
las distintas fases líquidas absorbentes se ha realizado en un
equipo industrial a nivel planta piloto, concretamente una columna
de burbujeo cilíndrica con las siguientes características
geométricas (diámetro = 7 cm; altura = 150 cm). El volumen de fase
líquida que se introdujo en la columna fue de 2,4 litros. El gas de
entrada (dióxido de carbono puro 99,995% de pureza), fue alimentado
a la columna por la parte inferior a través de un único orificio de
entrada. El caudal de entrada de fase gas fue de 18
L\cdoth^{-1} que fue controlado y mantenido constante mediante
un controlador másico (Brooks Instruments). La cantidad de dióxido
de carbono absorbido y la velocidad a la cual se producía dicha
absorción fue determinada mediante la medición del caudal de fase
gas de salida, el cual fue determinado mediante otro medidor másico
(Brooks Instruments) y por un medidor de burbuja, con el fin de
asegurar la fiabilidad de la toma de datos experimentales.
Las condiciones de presión y temperatura a lo
largo del experimento fueron de 1 atmósfera y 25ºC.
La Figura 3 muestra los resultados
experimentales obtenidos de velocidad de eliminación de dióxido de
carbono, empleando la columna de burbujeo dentro de la cual se
situaron las disoluciones de las distintas aminas.
Se observan dos resultados de gran interés: (a)
que la disolución de glucosamina elimina dióxido de carbono a una
velocidad igual o mayor en todos los casos que las disoluciones de
las otras aminas, y (b) que la cantidad máxima que es capaz de
eliminar la disolución de glucosamina es también del orden de
magnitud que las otras disoluciones ensayadas.
Figura 1. Equipo de absorción de célula de
agitación para el estudio de procesos de absorción de gases en
líquidos.
Figura 2. Equipo de absorción dotado de una
columna de burbujeo para la eliminación de dióxido de carbono en
disoluciones acuosas de glucosamina.
Figura 3. Velocidad de eliminación de dióxido de
carbono. Comparación de aminas comerciales con disoluciones de
glucosamina. Caudal de gas = 18 L\cdoth^{-1}. (\medcirc) [GA]
= 0,1 mol\cdotL^{-1} (basificada a pH \sim 11 similar al pH
de las otras disoluciones de aminas empleadas en este experimento);
(\medbullet) [MEA] = 0.1 mol\cdotL^{-1}; (\square) [DEA] =
0.1 mol\cdotL^{-1}; (\blacksquare) [MDEA] = 0.1
mol\cdotL^{-1}.
Claims (4)
1. Uso de disoluciones acuosas de glucosamina
para la eliminación de dióxido de carbono (CO_{2}) y otros gases
ácidos (SH_{2} y SO_{2}) mediante reacción química que
comprende un proceso de absorción acompañado de reacción
química.
2. Uso de disoluciones acuosas de glucosamina,
según la reivindicación 1, que comprende una etapa previa de
eliminación de los protones que se encuentran protonando el
compuesto aminado, la glucosamina, mediante la adición de medio
básico, preferentemente hidróxido sódico.
3. Uso de disoluciones acuosas de glucosamina,
según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por
disoluciones acuosas de glucosamina en el rango de concentración de
hasta 0,4 mol\cdotL^{-1}.
4. Uso de disoluciones acuosas de glucosamina,
según las reivindicaciones anteriores, que comprende la reducción
del contenido en dióxido de carbono y otros gases ácidos presentes
en la alimentación a un sistema de contacto
gas-líquido en procesos y emisiones
industriales.
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| ES2054049T3 (es) * | 1988-05-24 | 1994-08-01 | Elf Aquitaine | Liquido absorbente de los gases acidos conteniendo una componente alcanolamina ternaria y un activador de absorcion del co2, aplicacion de dicho liquido absorbente a la desacidificacion de gas conteniendo co2 y eventualmente otros compuestos gaseosos acidos tales como h2s y/o cos |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| GOMEZ-DIAZ D. et al., Carbon dioxide absorption in glucosamine aqueous solutions, Chemical Engineering Journal, 122, 1 septiembre 2006, páginas 81-86. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2301394A1 (es) | 2008-06-16 |
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