ES2470668T3 - Absorción de CO2 a partir de unas mezclas gaseosas usando unas soluciones acuosas de 4-amino-2,2,6,6-tetrametil-piperidina - Google Patents

Absorción de CO2 a partir de unas mezclas gaseosas usando unas soluciones acuosas de 4-amino-2,2,6,6-tetrametil-piperidina Download PDF

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Abstract

Medio de absorción para la absorción de CO2 a partir de una mezcla gaseosa, que comprende agua, sulfolano y por lo menos una amina de la fórmula (I)**Fórmula** en la que R1 y R2 son, independientemente uno de otro, hidrógeno o un radical alquilo.

Description

Absorci�n de CO2 a partir de unas mezclas gaseosas usando unas soluciones acuosas de 4-amino-2,2,6,6tetrametil-piperidina
Sector técnico
El invento se refiere a un procedimiento para la absorción de CO2 a partir de una mezcla gaseosa, as� como a unos medios de absorción y a un dispositivo para la realización del procedimiento.
La absorción de CO2 a partir de una mezcla gaseosa presenta un interés especial para la eliminación de di�xido de carbono a partir de gases de humos, sobre todo para una disminución de la emisión de di�xido de carbono, que es considerada como la causa principal para el denominado efecto de invernadero, a partir de procesos realizados en centrales energéticas. Además de esto, para algunos procesos se necesita di�xido de carbono y con el procedimiento conforme al invento se puede poner a disposición CO2 como un educto (producto de partida) para estos procedimientos.
Estado de la técnica
A la escala industrial, para la absorción de CO2 a partir de una mezcla gaseosa se emplean usualmente unas soluciones acuosas de alcanolaminas como medio de absorción. El medio de absorción cargado es regenerado mediante calentamiento, descompresión a una presión más baja o separación por arrastre, siendo desorbido el di�xido de carbono. Después del proceso de regeneración, el medio de absorción puede ser utilizado de nuevo. Estos procedimientos han sido descritos, por ejemplo, en la cita bibliográfica de Rolker, J.; Arlt, W.; "Abtrennung von Kohlendioxid aus Rauchgasen mittels Absorption" (Separación de di�xido de carbono a partir de gases de humos mediante absorción" en Chemie Ingenieur Technik 2006, 78, páginas 416 hasta 424.
Estos procedimientos tienen la desventaja de que para la separación de CO2 mediante una absorción y una subsiguiente desorci�n se necesita relativamente mucha cantidad de energía, y de que en el caso de la desorci�n solamente es desorbida de nuevo una parte del CO2 absorbido, de tal manera que en un ciclo constituido a base de una absorción y una desorci�n, es pequeña la proporción de la alcanolamina aprovechada para la absorción de CO2. Además de esto, los medios de absorción utilizados son fuertemente corrosivos y est�n sujetos a una perturbadora degradación por oxidación al realizar la absorción de CO2 a partir de unas mezclas gaseosas que contienen oxígeno.
El documento de patente de los EE.UU. US 7.419.646 describe un procedimiento para la desacidificaci�n de gases de escape, en el que se utiliza un medio de absorción, que en el caso de la absorción del gas de carácter ácido forma dos fases separables una de otra. Como compuesto reactivo para la absorción de un gas de carácter ácido, en la columna 6 se menciona, entre otros compuestos, la 4-amino-2,2,6,6-tetrametil-piperidina. Para la absorción de CO2, el documento US 7.419.646, en la columna 3, líneas 22 hasta 32, divulga la utilización de N,N,N',N',N''-pentametil-dietilentriamina, N,N,N',N',N''-pentametil-dipropilentriamina, N,N-bis(2,2-dietoxi-etil)metilamina y N,N-dimetil-dipropilentriamina como un compuesto reactivo para la absorción. El procedimiento del documento US 7.419.646 tiene la desventaja de que son necesarios unos equipos adicionales para la separación de las dos fases que resultan al realizar la absorción.
Tambi�n los documentos de patentes francesas FR 2 898 284 y FR 2 900 841 describen unos procedimientos para la desacidificaci�n de gases de escape, en cuyos casos se utiliza 4-amino-2,2,6,6-tetrametil-piperidina como un compuesto reactivo.
El documento de patente de la República Democrática Alemana DD 266 799 describe un procedimiento para la purificación de 4-amino-2,2,6,6-tetrametil-piperidina, en cuyo caso se introduce CO2 en una solución de 4-amino2,2,6,6-tetrametil-piperidina en agua y acetona, y la sal precipitada se descompone de nuevo por un calentamiento a 90 hasta 200�C para dar CO2 y 4-amino-2,2,6,6-tetrametil-piperidina.
La utilización de unos líquidos iónicos para la absorción de CO2 ha sido descrita en la cita de X. Zhang y colaboradores, "Screening of ionic Liquids to Capture CO2 by COSMO-RS and Experiments" (Tamizado de líquidos iónicos para capturar CO2 mediante COSMO-RS y experimentos), AIChE Journal, tomo 54, páginas 2.171 hasta
2.728.
Descripci�n del invento
Se encontr� por fin, de modo sorprendente, que las desventajas de los procedimientos conocidos se pueden evitar mediante la utilización de 4-amino-2,2,6,6-tetrametil-piperidinas para la absorción de CO2, pudiendo la 4-amino2,2,6,6-tetrametil-piperidina estar sustituida junto al grupo 4-amino con uno o dos radicales alquilo.
Por lo tanto, es objeto del invento un procedimiento para la absorción de CO2 a partir de una mezcla gaseosa mediante una puesta en contacto de la mezcla gaseosa con un medio de absorción, que comprende agua, sulfolano y por lo menos una amina de la fórmula (I)
, en la que R1y R2 son, independientemente uno de otro, hidrógeno o un radical alquilo.
Adem�s de ello, es un objeto del invento un medio de absorción, que comprende una amina de la fórmula (I), agua y sulfolano.
Adem�s de esto, también es un objeto del invento un dispositivo para la separación de CO2 a partir de una mezcla gaseosa, que comprende una unidad de absorción, una unidad de desorci�n y un medio de absorción conducido en circuito, que comprende agua, sulfolano y una amina de la fórmula (I).
En el caso del procedimiento conforme al invento, la absorción de CO2 se efectúa mediante puesta en contacto de una mezcla gaseosa con un medio de absorción, que comprende agua, sulfolano y por lo menos una amina de la
, en la que R1y R2 son, independientemente uno de otro, hidrógeno o un radical alquilo.
El procedimiento conforme al invento se puede llevar a cabo en principio con cualquier mezcla gaseosa, que contenga CO2, en particular con unos gases de escape de combustión; unos gases de escape procedentes de procesos biológicos, tales como compostajes, fermentaciones o los realizados en instalaciones de clarificación; unos gases de escape procedentes de procesos de calcinación, tales como una calcinación de cal y la producción de cemento; unos gases residuales procedentes de procesos realizados en altos hornos para la producción de hierro; as� como unos gases residuales procedentes de procedimientos químicos, tales como unos gases de escape procedentes de la producción de negro de carbono o de la producción de hidrógeno mediante reformación con vapor de agua. De manera preferida, la mezcla gaseosa es un gas de escape de combustión, de manera especialmente preferida un gas de escape de combustión, que contiene de 1 a 60 % en volumen de CO2, en particular de 2 a 20 % en volumen de CO2. En una forma especialmente preferida de realización, la mezcla gaseosa es un gas de escape de combustión procedente de un proceso realizado en una central energética, en particular un gas de escape de combustión desulfurado procedente de un proceso realizado en una central energética. En la forma especialmente preferida de realización con un gas de escape de combustión desulfurado, procedente de un proceso realizado en una central energética, se pueden utilizar todos los procedimientos de desulfuraci�n que son conocidos para procesos realizados en centrales energéticas, de manera preferida un lavado de gases con una lechada de cal o según el procedimiento de Wellmann y Lord.
En el procedimiento conforme al invento, el medio de absorción comprende por lo menos una amina de la fórmula (I), en la que R1y R2 son, independientemente uno de otro, hidrógeno o un radical alquilo. Unos radicales alquilo preferidos son unos radicales alquilo con uno hasta tres átomos de carbono, en particular unos radicales metilo. En una forma especialmente preferida de realización, R1y R2 son hidrógeno.
Las aminas de la fórmula (I) se pueden preparar a partir de una triacetonamina usual en el comercio mediante una aminaci�n en condiciones reductoras, es decir mediante una reacción de triacetonamina con una amina de la fórmula R1R2NH e hidrógeno en presencia de un catalizador de hidrogenación. Unos procedimientos para la aminaci�n en condiciones reductoras de triacetonamina son conocidos por un experto en la especialidad a partir del
estado de la técnica, por ejemplo para la preparación de la amina de la fórmula (I) con R1, R2 = H a partir del documento EP 0 033 529.
En el procedimiento conforme al invento, adicionalmente a por lo menos una amina de la fórmula (I), el medio de absorción comprende también agua. De manera preferida, en el medio de absorción la relación ponderal del agua a las aminas de la fórmula (I) se sitúa en el intervalo de 10:1 a 1:10, de manera especialmente preferida en el intervalo de 5:1 a 1:1 y en particular en el intervalo de 4:1 a 2:1. El medio de absorción comprende de manera preferida por lo menos 5 % en peso de las aminas de la fórmula (I), de manera especialmente preferida por lo menos 10 % en peso y en particular por lo menos 25 % en peso.
Para el procedimiento conforme al invento se pueden utilizar todos los equipos adecuados para la puesta en contacto de una fase gaseosa con una fase líquida, con el fin de poner en contacto a la mezcla gaseosa con el medio de absorción. De manera preferida, se utilizan unos dispositivos lavadores de gases o unas columnas de absorción conocidos/as a partir del estado de la técnica, por ejemplo, aparatos contactadores de membranas, aparatos lavadores de corrientes radiales, aparatos lavadores de chorros, aparatos lavadores de Venturi, aparatos lavadores rotatorios por atomizaci�n, columnas de cuerpos de relleno, columnas con empaquetaduras y columnas de platos.
De manera especialmente preferida se utilizan unas columnas de absorción en la modalidad de funcionamiento en contracorriente.
En el procedimiento conforme al invento, la absorción de CO2 se lleva a cabo de manera preferida a una temperatura del medio de absorción que est� situada en el intervalo de 0 a 70�C, de manera especialmente preferida en el de 20 a 50�C. En el caso de la utilización de una columna de absorción en la modalidad de funcionamiento en contracorriente, la temperatura del medio de absorción es. de manera especialmente preferida, de 30 a 60�C a la entrada en la columna y de 35 a 70�C a la salida de la columna.
La absorción de CO2 se lleva a cabo de manera preferida a una presión de la mezcla gaseosa que est� situada en el intervalo de 0,8 a 50 bares, de manera especialmente preferida en el de 0,9 a 30 bares. En una forma especialmente preferida de realización, la absorción se lleva a cabo a una presión total de la mezcla gaseosa que est� situada en el intervalo de 0,8 a 1,5 bares, en particular de 0,9 a 1,1 bares. Esta forma especialmente preferida de realización hace posible la absorción de CO2 a partir del gas de escape de combustión de una central energética sin compresión del gas de escape de combustión.
En el procedimiento conforme al invento, el medio de absorción puede contener, adicionalmente al agua, al sulfolano y a la por lo menos una amina de la fórmula (I), todavía uno o varios disolventes.
Un medio de absorción conforme al invento comprende, adicionalmente al agua y a la por lo menos una amina de la fórmula (I) todavía el sulfolano, n� de CAS 126-33-0, de manera preferida con una proporción de sulfolano de por lo menos 5 % en peso, de manera especialmente preferida de por lo menos 10 % en peso y en particular de por lo menos 25 % en peso. La relación ponderal del agua al sulfolano se sitúa en el caso de un tal medio de absorción, de manera preferida en el intervalo de 10:1 a 1:1, de manera especialmente preferida en el intervalo de 5:1 a 2:1. La relación ponderal del sulfolano a las aminas de la fórmula (I) se sitúa de manera preferida en el intervalo de 3:1 a 1:3, de manera especialmente preferida de 2:1 a 1:2.
El medio de absorción conforme al invento puede comprender, adicionalmente al agua, al sulfolano y a la por lo menos una amina de la fórmula (I), un líquido iónico, de manera preferida con una proporción de líquido iónico de por lo menos 5 % en peso, de manera especialmente preferida de por lo menos 10 % en peso y en particular de por lo menos 25 % en peso. La relación ponderal del agua al líquido iónico se sitúa, en el caso de un tal medio de absorción, de manera preferida en el intervalo de 10:1 a 1:1, de manera especialmente preferida en el intervalo de
5:1 a 2:1. La relación ponderal del líquido iónico a las aminas de la fórmula (I) se sitúa de manera preferida en el intervalo de 3:1 a 1:10, de manera especialmente preferida de 2:1 a 1:5.
Un líquido iónico en el sentido del invento es una sal constituida a base de aniones y cationes, o una mezcla de tales sales, teniendo la sal o respectivamente la mezcla de sales un punto de fusión de menos que 100�C. De manera preferida, el líquido iónico se compone de una o varias sales de cationes orgánicos con aniones orgánicos o inorgánicos. Se prefieren especialmente unas mezclas de varias sales con diferentes cationes orgánicos y el mismo ani�n.
Como cationes orgánicos son adecuados en particular unos cationes de las fórmulas generales (II) hasta (VI):
en las que R1, R2, R3, R4, R5 y R6 son iguales o diferentes y significan hidrógeno, un radical hidrocarbilo alif�tico u olef�nico,
5 lineal o ramificado con 1 hasta 30 átomos de carbono, un radical hidrocarbilo cicloalif�tico o cicloolef�nico con 5 hasta 40 átomos de carbono, un radical hidrocarbilo aromático con 6 hasta 40 átomos de carbono, un radical alquilarilo con 7 hasta 40 átomos de carbono, un radical hidrocarbilo alif�tico u olef�nico, lineal o ramificado con 2 hasta 30 átomos de carbono, que est� interrumpido por uno o varios grupos -O-, -NH-, -NR'-, -O-C(O) -, -(O)C-O-, -NH-C(O)-, -(O)C-NH-, -(CH3)N-C (O)-, -(O)C-N(CH3)-, -S(O2)-O-, -O-S(O2)-, -S(O2)-NH-, -NH-S(O2)-, -(SO2)-N(CH3)-� -N(CH3)
10 S(O2)-, un radical hidrocarbilo alif�tico u olef�nico, lineal o ramificado con 1 hasta 30 átomos de carbono, que est� funcionalizado en los extremos con OH, OR', NH2, N(H)R' o N(R')2, o un radical de poli�ter constituido por bloques o estadísticamente, de la fórmula -(R7-O)n-R8, no siendo R5 hidrógeno para los cationes de la fórmula (VI),
R’ es un radical hidrocarbilo alif�tico u olef�nico con 1 hasta 30 átomos de carbono,
15 R7 es un radical alquileno lineal o ramificado, que contiene desde 2 hasta 4 átomos de carbono,
n es un número de 1 a 200, de manera preferida de 2 a 60,
20 R8 es hidrógeno, un radical hidrocarbilo alif�tico u olef�nico, lineal o ramificado, con 1 hasta 30 átomos de carbono, un radical hidrocarbilo cicloalif�tico o cicloolef�nico, con 5 hasta 40 átomos de carbono, un radical hidrocarbilo aromático con 6 hasta 40 átomos de carbono, un radical alquil-arilo con 7 hasta 40 átomos de carbono, o un radical -C(O)-R9,
25 R9 es un radical hidrocarbilo alif�tico u olef�nico, lineal o ramificado con 1 hasta 30 átomos de carbono, un radical hidrocarbilo cicloalif�tico o cicloolef�nico con 5 hasta 40 átomos de carbono, un radical hidrocarbilo aromático con 6 hasta 40 átomos de carbono, o un radical alquil-arilo con 7 hasta 40 átomos de carbono,
X es un átomo de oxígeno o un átomo de azufre, y
30 siendo diferentes de hidrógeno por lo menos uno, y de manera preferida cada uno de los radicales R1, R2, R3, R4, R5 y R6.
Asimismo son adecuados unos cationes de las fórmulas (II) hasta (VI), en las que los radicales R1 hasta R3 forman 35 en común un anillo de 4 a 10 miembros de manera preferida de 5 a 6 miembros.
En los cationes de la fórmula (V), de manera preferida los radicales R1 hasta R5 son unos grupos metilo y el radical R6 es un grupo etilo o un grupo n-propilo.
40 En los cationes de la fórmula (VI), de manera preferida los radicales R1 hasta R4 son unos grupos metilo.
Asimismo son adecuados unos cationes heteroarom�ticos con por lo menos un átomo de nitrógeno cuaternario en el anillo, que lleva un radical R1 definido tal como anteriormente, de manera preferida unos derivados de pirrol, pirazol, imidazol, oxazol, isoxazol, tiazol, isotiazol, piridina, pirimidina, pirazina, indol, quinolina, isoquinolina, cinolina,
45 quinoxalina o ftalazina, que est�n sustituidos junto al átomo de nitrógeno.
Como aniones inorgánicos son adecuados en particular los de tetrafluoroborato, hexafluorofosfato, nitrato, sulfato, hidr�genosulfato, fosfato, hidr�genofosfato, dihidr�genofosfato, hidróxido, carbonato, hidr�genocarbonato y los de halogenuros, de manera preferida de cloruro.
50 Como aniones orgánicos son adecuados en particular RaOSO3-, RaSO3-, RaOPO32-, (RaO)2PO2-, RaPO32-, RaCOO-,
-
RaO-, (RaCO)2N-, (RaSO2)2N-, NCN-, Rb3PF3 y Rb3BF3-, siendo Ra un radical hidrocarbilo alif�tico, lineal o ramificado, con 1 hasta 30 átomos de carbono, un radical hidrocarbilo cicloalif�tico con 5 hasta 40 átomos de carbono, un radical hidrocarbilo aromático con 6 hasta 40 átomos de carbono, un radical alquil-arilo con 7 hasta 40 átomos de
carbono o un radical perfluoroalquilo lineal o ramificado con 1 hasta 30 átomos de carbono, y Rb es un radical perfluoroalquilo con 1 hasta 30 átomos de carbono, de manera preferida con 1 hasta 3 átomos de carbono.
En una forma preferida de realización, el líquido iónico comprende una o varias sales de 1,3-dialquil-imidazolio, estando escogidos los grupos alquilo de manera especialmente preferida, independientemente unos de otros, entre metilo, etilo, n-propilo, n-butilo y n-hexilo.
En otra forma preferida de realización, el líquido iónico comprende una o varias sales cuaternarias de amonio con un ani�n monovalente y unos cationes de la fórmula general (II) en la que R1 es un radical alquilo con 1 hasta 20 átomos de carbono, R2 es un radical alquilo con 1 hasta 4 átomos de carbono, R3 es un radical (CH2CHRO)n-H con n de 1 a 200 y R = H �CH3 y R4 es un radical alquilo con 1 hasta 4 átomos de carbono o un radical (CH2CHRO)n-H con n de 1 a 200 y R = H � CH3.
Unos procedimientos para la preparación de los líquidos iónicos son conocidos por un experto en la especialidad a partir del estado de la técnica.
En el procedimiento conforme al invento se utilizan de manera preferida los medios de absorción conformes al invento que se han descrito anteriormente.
En el procedimiento conforme al invento, el medio de absorción puede contener, adicionalmente a los componentes ya mencionados, todavía unos aditivos, de manera preferida unos agentes inhibidores de la corrosión y/o unos aditivos favorecedores de la mojadura.
Como agentes inhibidores de la corrosión se pueden utilizar en el procedimiento conforme al invento todas las sustancias, que son conocidas por un experto en la especialidad para unos procedimientos destinados a la absorción de CO2 mediando utilización de alcanolaminas, como adecuados agentes inhibidores de la corrosión, en particular los agentes inhibidores de la corrosión que se describen en el documento US 4.714.597.
Como un aditivo favorecedor de la mojadura se utilizan de manera preferida uno o varios agentes tensioactivos escogidos entre el conjunto formado por los agentes tensioactivos no iónicos, los agentes tensioactivos iónicos híbridos y los agentes tensioactivos cati�nicos.
Unos adecuados agentes tensioactivos no iónicos son unos compuestos alcoxilados de alquil-aminas, amidoaminas, alcanolamidas, óxidos de alquil-fosfinas, alquil-N-glucamidas, alquil-gluc�sidos, ácidos biliares, compuestos alcoxilados de alquilo, ésteres de sorbit�n, compuestos etoxilados de ésteres de sorbit�n, alcoholes grasos, compuestos etoxilados de ácidos grasos, compuestos etoxilados de ésteres y poli�ter-siloxanos.
Unos adecuados agentes tensioactivos iónicos híbridos son unas/os beta�nas, alquil-glicinas, sulta�nas, anfopropionatos, anfoacetatos, óxidos de aminas terciarias y silico-beta�nas.
Unos adecuados agentes tensioactivos cati�nicos son unas sales cuaternarias de amonio con uno o dos sustituyentes que tienen desde 8 hasta 20 átomos de carbono, en particular unas correspondientes sales de tetraalquil-amonio, sales de alquil-piridinio, éster-quates (= radicales cuaternarios), diamido-amina-quates, imidazolio-quates, alcoxi-alquil-quates, bencil-quates y silicona-quates.
En una forma preferida de realización, el aditivo favorecedor de la mojadura comprende uno o varios agentes tensioactivos no iónicos de la fórmula general R(OCH2CHR')mOH con m de 4 a 40, en la que R es un radical alquilo con 8 hasta 20 átomos de carbono, un radical alquil-arilo con 8 hasta 20 átomos de carbono o un radical de poli(óxido de propileno) con 3 hasta 40 unidades de óxido de propileno, y R' es metilo o de manera preferida hidrógeno.
En otra forma preferida de realización, el aditivo favorecedor de la mojadura comprende un copol�mero de un poli�ter y un polisiloxano, que contiene más de 10 % en peso de unidades de [Si(CH3)2O] y más de 10 % en peso de unidades de [CH2CHR-O], en las que R es hidrógeno o metilo. Se prefieren especialmente unos copol�meros de
en las que
A es un radical divalente de la fórmula -[CH2CHR3-O]r-,
B es un radical divalente de la fórmula -[Si (CH3)2 -O]s-,
Z es un radical alquileno divalente, lineal o ramificado, con 2 hasta 20 átomos de carbono y de manera preferida es -(CH2)3-,
n = 1 hasta 30,
m = 2 hasta 100,
p, q = 0 �1,
r = 2 hasta 100,
s = 2 hasta 100,
de 1 a 5 de los radicales R1 son unos radicales de la fórmula general -Z-O-A-R2 y los radicales R1 restantes son metilo,
R2 es hidrógeno o un radical alquilo o un radical acilo alif�tico u olef�nico con 1 hasta 20 átomos de carbono, y
R3 es hidrógeno o metilo.
Los aditivos favorecedores de la mojadura ya son conocidos por un experto en la especialidad a partir del estado de la técnica como aditivos para soluciones acuosas y pueden ser producidos según unos procedimientos conocidos a partir del estado de la técnica.
En el procedimiento conforme al invento, la temperatura y la presión en la absorción as� como la composición del medio de absorción se escogen preferiblemente de tal manera que el medio de absorción se presente, después de la absorción de CO2, en forma monofásica, es decir que la absorción de CO2 en el medio de absorción no conduzca a la precipitación de un material sólido ni a la separación de una segunda fase líquida. Esta forma preferida de realización del procedimiento conforme al invento no requiere ningún equipo adicional para realizar una separación de fases, y se puede llevar a cabo en los dispositivos conocidos a partir del estado de la técnica para la absorción de CO2 con alcanolaminas.
En una forma preferida de realización del procedimiento conforme al invento, el CO2 absorbido en el medio de absorción es desorbido de nuevo mediante una elevación de la temperatura y/o una disminución de la presión, y el medio de absorción, después de esta desorci�n de CO2, puede ser utilizado de nuevo para la absorción de CO2. Mediante un proceso cíclico de este tipo constituido a base de una absorción y una desorci�n, el CO2 se puede separar total o parcialmente a partir de la mezcla gaseosa, y se puede obtener por separado de otros componentes de la mezcla gaseosa.
Alternativamente a la elevación de la temperatura o a la disminución de la presión, o adicionalmente a una elevación de la temperatura y/o una disminución de la presión, se puede llevar a cabo también una desorci�n mediante separación por arrastre con un gas del medio de absorción cargado con CO2.
Cuando, en el caso de la desorci�n de CO2, se elimine adicionalmente también agua desde el medio de absorción, entonces, antes de la utilización renovada para la absorción, al medio de absorción se le puede añadir eventualmente todavía agua.
Para la desorci�n se pueden utilizar todos los equipos que son conocidos a partir del estado de la técnica para la desorci�n de un gas desde un líquido. De manera preferida, la desorci�n se lleva a cabo en una columna de desorci�n. Alternativamente, la desorci�n de CO2 se puede llevar a cabo también en una o varias etapas de evaporación súbita.
En el caso de una desorci�n mediante una elevación de la temperatura, la desorci�n de CO2 se lleva a cabo de manera preferida a una temperatura del medio de absorción situada en el intervalo de 50 a 200�C, de manera especialmente preferida de 80 a 150�C. La temperatura en el caso de la desorci�n se sitúa en este caso de manera preferida en por lo menos 20�C, de manera especialmente preferida en por lo menos 50�C, por encima de la temperatura al realizar la absorción.
En el caso de una desorci�n mediante disminución de la presión, la desorci�n de CO2 se lleva a cabo de manera preferida a una presión total en la fase gaseosa situada en el intervalo de 0,01 a 10 bares, en particular de 0,1 a 5 bares. La presión al realizar la desorci�n se sitúa en este caso de manera preferida en por lo menos 1,5 bares, de manera especialmente preferida en por lo menos 4 bares, por debajo de la temperatura al realizar la absorción.
En el caso de una desorci�n mediante elevación de la temperatura, la presión al realizar la desorci�n de CO2 puede ser también más alta que en el caso de la absorción de CO2. En el caso de esta forma de realización, al realizarse la desorci�n de CO2, la presión se sitúa de manera preferida en hasta 5 bares, de manera especialmente preferida en
5 hasta 3 bares, por encima de la presión al realizar la absorción de CO2. Con esta forma de realización, el CO2 separado de la mezcla gaseosa puede ser comprimido sin el empleo de energía mecánica, a una presión más alta que la de la mezcla gaseosa.
Un dispositivo conforme al invento para la separación de CO2 a partir de una mezcla gaseosa comprende una unidad de absorción, una unidad de desorci�n y un medio de absorción conforme al invento conducido en circuito. Como unidad de absorción del dispositivo conforme al invento son adecuados los equipos descritos más arriba para la absorción en un procedimiento conforme al invento. Como unidad de desorci�n del dispositivo conforme al invento son adecuados los equipos descritos más arriba para la desorci�n en un procedimiento conforme al invento. De manera preferida, el dispositivo conforme al invento comprende una unidad de absorción y una unidad de desorci�n,
15 tal como la que es conocida por un experto en la especialidad de dispositivos para la separación de CO2 a partir de una mezcla gaseosa mediando utilización de una alcanolamina.
El procedimiento conforme al invento y los medios de absorción conformes al invento, mediante la utilización de por lo menos una amina de la fórmula (I) en el medio de absorción, en comparación con los procedimientos y los medios de absorción conocidos, en particular en comparación con las alcanolaminas empleadas a escala técnica en la mayoría de los casos, hacen posible un más alto grado de carga del medio de absorción con CO2 en la absorción, designando el grado de carga en el sentido del invento a la relación molar del CO2 a la amina en el medio de absorción. Además de esto, el medio de absorción del procedimiento conforme al invento es menos corrosivo, menos tóxico y muestra una más alta velocidad de quimiosorci�n para CO2, y una más pequeña degradación por 25 oxidación con oxígeno que los medios de absorción que contienen alcanolaminas. En la forma de realización de un proceso cíclico constituido por una absorción y una desorci�n, además de ello, en comparación con los conocidos procedimientos y medios de absorción, en particular en comparación con las alcanolaminas, se consigue una mejorada carrera de di�xido de carbono, designando la carrera de di�xido de carbono en el sentido del invento a la diferencia entre el grado de carga del medio de absorción con CO2 después de la absorción de CO2, y el grado de carga del medio de absorción con CO2 después de la desorci�n de CO2. Estas ventajas hacen posible una absorción más eficaz de CO2 a partir de unas mezclas gaseosas con una pequeña presión parcial de CO2, as� como un empeque�ecimiento de los equipos y un descenso del consumo de energía en comparación con los procedimientos conocidos a partir del estado de la técnica. A causa de la más pequeña corrosividad, en el procedimiento conforme al invento se requiere además menos cantidad de agentes inhibidores de la corrosión que en los procedimientos
35 conocidos.
Los medios de absorción conformes al invento que, adicionalmente al agua y a una amina de la fórmula (I), contienen todavía sulfolano, muestran una carrera de di�xido de carbono mejorada aún más, en particular en el caso de un procedimiento con una desorci�n del CO2 mediante una elevación de la temperatura.
Con unos medios de absorción que, adicionalmente al agua y a una amina de la fórmula (I), contienen todavía por lo menos un líquido iónico, se puede llevar a cabo la desorci�n de CO2 a unas temperaturas más altas y/o a unas presiones más bajas, sin que en la desorci�n se llegue a una pérdida de disolventes, o sin que mediante la evaporación de agua se produzca una precipitación de materiales sólidos o una separación de fases del medio de
45 absorción.
Los siguientes Ejemplos ilustran el invento, pero sin restringir el objeto del invento.
Ejemplos
Ejemplo 1 (Ejemplo comparativo)
En un equipo regulado termost�ticamente y provisto de un dispositivo de regulaci�n de la presión, destinado a la medición de los equilibrios entre gases y líquidos, se dispuso previamente una mezcla de 30 % en peso de 4-amino
55 2,2,6,6-tetrametil-piperidina y de 70 % en peso de agua, a una temperatura constante, y se puso en contacto a una presión constante con di�xido de carbono gaseoso. En cada caso después de haberse alcanzado el estado de equilibrio, se determin� el contenido de CO2 absorbido en el agente de absorción cargado, y a partir de éste, se calcul� el grado de carga como la relación molar del CO2 a la amina en el agente de absorción cargado. Las temperaturas y las presiones investigadas, y los grados de carga determinados para éstas, se han recopilado en la Tabla 1.
Ejemplo 2
Se repitió el Ejemplo 1 con una mezcla de 30 % en peso de 4-amino-2,2,6,6-tetrametil-piperidina, 35 % en peso de 65 sulfolano y 35 % en peso de agua.
Ejemplo 3 (Ejemplo comparativo)
Se repitió el Ejemplo 1 con una mezcla de 30 % en peso de monoetanolamina (MEA) y 70 % en peso de agua.
5 A partir de los grados de carga se establecen las carreras de di�xido de carbono expuestas en la Tabla 2 para una absorción y una desorci�n a 1,5 bares, y una desorci�n mediante una elevación de la temperatura desde 40 hasta 120�C, as� como las carreras de di�xido de carbono expuestas en la Tabla 3 para una absorción y una desorci�n a 120�C, y una desorci�n mediante una disminución de la presión desde 1,5 hasta 0,8 bares.
10 Tabla 1
Ejemplo
Presión [bares] Temperatura [�C] Grado de carga [moles de CO2 / moles de amina]
1*
1,5 40 1,20
1*
3,0 40 1,29
1*
0,8 120 0,35
1*
1,5 120 0,64
2
1,5 40 1,21
2
3,0 40 1,29
2
0,8 120 0,35
2
1,5 120 0,49
3*
1,5 40 0,63
3*
3,0 40 0,70
3*
0,8 120 0,39
3*
1,5 120 0,41
*no es conforme al invento Tabla 2
Ejemplo
Carrera de di�xido de carbono [moles de CO2 / moles de amina]
1*
0,56
2
0,72
3*
0,22
*no es conforme al invento Tabla 3
Ejemplo
Carrera de di�xido de carbono [moles de CO2 / moles de amina]
1*
0,29
2
0,14
3*
0,02
*no es conforme al invento

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Medio de absorción para la absorción de CO2 a partir de una mezcla gaseosa,
    , en la que R1y R2 son, independientemente uno de otro, hidrógeno o un radical alquilo.
  2. 2. Medio de absorción de acuerdo con la reivindicación 1,
    caracterizado por que 10 la relación ponderal del agua al sulfolano se sitúa en el intervalo de 10:1 a 1:1.
  3. 3. Medio de absorción de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la relación ponderal del sulfolano a las aminas de la fórmula (I) se sitúa en el intervalo de 3:1 a 1:3.
  4. 4. Medio de absorción de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 3, caracterizado por que en la fórmula (I) R1y R2 son hidrógeno.
    20 5. Medio de absorción de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 4, caracterizado por que la relación ponderal del agua a las aminas de la fórmula (I) se sitúa en el intervalo de 10:1 a 1:10.
  5. 6. Medio de absorción de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 5,
    25 caracterizado por que él comprende por lo menos 5 % en peso de aminas de la fórmula (I).
  6. 7. Procedimiento para la absorción de CO2 a partir de una mezcla gaseosa mediante una puesta en contacto de la
    mezcla gaseosa con un medio de absorción de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 6. 30
  7. 8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que la mezcla gaseosa es un gas de escape de combustión.
    35 9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, caracterizado por que después de la absorción de CO2, el medio de absorción se presenta en una forma monofásica.
  8. 10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 hasta 9,
    40 caracterizado por que el CO2 absorbido en el medio de absorción es desorbido de nuevo mediante una elevación de la temperatura y/o una disminución de la presión, y, después de esta desorci�n, el medio de absorción se utiliza de nuevo para la absorción de CO2.
    45 11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por que la absorción se lleva a cabo a una temperatura situada en el intervalo de 0 a 70�C, y la desorci�n se lleva a cabo a una temperatura más alta situada en el intervalo de 50 a 200�C.
  9. 12.
    Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, caracterizado por que la absorción se lleva a cabo a una presión situada en el intervalo de 0,8 a 50 bares, y la desorci�n se lleva a cabo a una presión más baja situada en el intervalo de 0,01 a 10 bares.
  10. 13.
    Dispositivo para la separación de CO2 a partir de una mezcla gaseosa, que comprende una unidad de absorción, una unidad de desorci�n y un medio de absorción conducido en circuito, caracterizado por que él comprende un medio de absorción de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 6.
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