ES2543313T3 - Retención de aminas en la separación de gases ácidos por medio de agentes de absorción de amina - Google Patents

Retención de aminas en la separación de gases ácidos por medio de agentes de absorción de amina Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la separación de gases ácidos de un flujo de fluido, en el que a) se trata el flujo de fluido en una zona de absorción con un agente de absorción que comprende una solución acuosa al menos de una amina, b) se conduce el flujo de fluido tratado por al menos dos zonas de lavado y se trata con una fase acuosa no ácida para transferir amina arrastrada y/o productos de descomposición de amina arrastrados al menos parcialmente a la fase acuosa, reciclándose la fase acuosa a través de al menos una zona de lavado y conduciéndose la fase acuosa sin reciclado por al menos una zona de lavado, en el que una primera zona de lavado está dispuesta por encima de la zona de absorción y una segunda zona de lavado está dispuesta por encima de la primera zona de lavado, en el que se recicla la fase acuosa a través de la segunda zona de lavado, se conduce un flujo parcial de la fase acuosa reciclada a través de la segunda zona de lavado por la primera zona de lavado y se combina la fase acuosa que sale de la primera zona de lavado con el agente de absorción en la zona de absorción y se enfría la fase acuosa reciclada a través de la segunda zona de lavado.

Description

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20 y se reconduce al dispositivo de rectificación 16. El dióxido de carbono gaseoso se extrae como flujo 21. El agente de absorción regenerado 22 se reconduce a través del intercambiador de calor 14, la bomba 23, el refrigerador 24 y el conducto 7 de nuevo a la columna de absorción 2.
En la figura 2, los números de referencia iguales tienen el mismo significado que en la figura 1. La columna de absorción 2 presenta dos zonas de lavado 5, 6. El gas empobrecido en gas ácido se lava en la zona de lavado 6 con una fase acuosa que se proporciona a través del conducto 26 por encima de la zona de lavado 6. A continuación, el gas tratado pasa la zona de lavado 5 y se lava con una fase acuosa que se recicla a través de la bomba 8, el refrigerador 9 y el conducto 10. A través del conducto 11 se proporciona agua nueva para la compensación de cantidades de pérdida (agua de reposición) en la zona de lavado 5. La fase líquida en exceso del circuito del agua de lavado no se conduce directamente al circuito de agente de absorción, sino que se proporciona a través del conducto 26 por encima de la zona de lavado 6. La fase acuosa que se desvía de la zona de lavado 6 fluye en el interior de la columna de absorción 2 hacia la zona de absorción 3.
La figura 3 muestra otra forma de realización de la invención. En la figura 3, los números de referencia iguales tienen el mismo significado que en la figura 2. El gas tratado que abandona la columna de absorción 2 se alimenta a través del conducto 33 a una columna de lavado 27 y se lava con una solución acuosa ácida que se recircula por bombeo a través de la bomba 28 y el conducto 29. La solución acuosa ácida extenuada se descarga a través del conducto 32. Se conduce solución acuosa ácida nueva a través del conducto 30. El gas tratado abandona la instalación a través del conducto 31.
Ejemplo comparativo 1
Se usó una instalación de acuerdo con la figura 1. La columna de absorción presentaba un diámetro de 600 mm; como módulos se usaron una empaquetadura estructurada con una superficie específica de 250 m2/m3. Por encima de la entrada del agente de absorción estaba instalada una zona de lavado para el lavado con agua con reciclado y refrigeración. La altura del lecho de la zona de lavado ascendía a 3 m.
Se usó una solución acuosa al 32 % en peso de monoetanolamina como agente de absorción básico, que afluía con 40 ºC. A la columna de absorción se alimentó gas de humo (1563 kg/h) con una temperatura de 40 ºC y un contenido en agua del 3,6 % en volumen y un contenido en CO2 del 14,0 % en volumen. En la instalación se separó el 90 % del CO2 alimentado. La cantidad de agua de lavado recirculada por bombeo ascendía a 5500 kg/h y el agua de lavado se enfrió hasta 41 ºC. De agua de reposición se alimentó a la instalación 34 kg/h. La temperatura del gas por encima de la sección de absorción ascendía a 67 ºC y se enfrió por medio del lavado con agua hasta 41 ºC.
El contenido en monoetanolamina en el agua de lavado se determinó con un cromatógrafo de gases y ascendía al 0,8 % en peso.
Ejemplo 2
Se usó una instalación de acuerdo con la figura 2. Por encima de la entrada del agente de absorción estaba instalada una primera zona de lavado (sin reciclado) con una altura de 4,5 m, por encima de la primera zona de lavado estaba instalada una segunda zona de lavado con una altura de 3 m para el lavado con agua con reciclado y refrigeración.
La cantidad de gas de humo ascendía a 1540 kg/h con un contenido en agua del 3,6 % en volumen y un contenido en CO2 del 14 % en volumen, del que se separa el 90 % como en el ejemplo comparativo 1. El contenido en monoetanolamina en el agente de absorción ascendía al 27 % en peso. Se hicieron recircular en la segunda zona de lavado 5000 kg/h de agua de lavado y se enfriaron hasta 39 ºC. De agua de reposición se alimentaron 28 kg/h a la segunda zona de lavado. Mediante el enfriamiento del gas en la segunda zona de lavado (de 63,5 ºC a 39 ºC) se condensó adicionalmente agua. Un flujo de volumen de 188 kg/h de agua se condujo a la primera zona de lavado.
Con esta configuración no pudo detectarse monoetanolamina en el agua de lavado reciclada por medio del cromatógrafo de gases. El límite de detección ascendía al 0,01 % en peso.
Los distintos contenidos en monoetanolamina en el agua de lavado reciclada están en correlación con contenidos correspondientes de monoetanolamina en el flujo de fluido tratado, es decir el flujo de fluido tratado que abandona la columna de absorción contenía en el ejemplo 2 significativamente menos monoetanolamina que en el ejemplo comparativo 1.
Por medio de un modelo de simulación se realizaron cálculos para las dos configuraciones (ejemplo comparativo 1 y ejemplo 2). La base del modelo de simulación es un modelo termodinámico a base del planteamiento de NRTLelectrolito según Chen et al. (Chen, C.C; Evans, L.B.: A local Composition Model for the Excess Gibbs Energy of Aqueous Electrolyte Solutions, AlChE J. (1986) 32(3), 444), por medio del cual pueden describirse los equilibrios de fases para este sistema. La simulación de los procesos de absorción se describe por medio de un planteamiento basado en la transferencia de sustancias; ciertos detalles con respecto a esto se han descrito por Asprion (Asprion, N.: Nonequilibrium Rate-Based Simulation of Reactive Systems: Simulation Model, Heat Transfer, and Influence of Film Discretization,; Ind. Eng. Chem. Res. (2006) 45(6), 2054-2069).
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Ejemplo comparativo 3
Este ejemplo se basa en la configuración de instalación del ejemplo comparativo 1. La columna de absorción está equipada con una empaquetadura estructurada con una superficie geométrica de 250 m2/m3 y tiene un diámetro de 600 mm. La zona de lavado con reciclado y refrigeración tiene una altura de empaquetadura de 3 m.
La simulación se basa en los siguientes valores: se proporcionan 1540 kg/h de gas de humo con una composición del 14 % en volumen de CO2 y el 3,6 % en volumen de agua, el 5,5 % en volumen de oxígeno y el 76,9 % en volumen de nitrógeno con 40 ºC en la columna de absorción. Allí se separa el 90 % del dióxido de carbono en contracorriente con una solución acuosa al 29,3 % en peso de monoetanolamina. El agente de absorción regenerado afluye con una temperatura de 40 ºC. El agua de lavado reciclada se enfría hasta 40 ºC. De agua de reposición se requieren 38 kg/h. Se calcula con esta configuración un contenido residual de 5 ppm/v de MEA en la salida del lavado con agua.
Ejemplo 4:
Este ejemplo se basa en la configuración de instalación del ejemplo 2. Por encima de la entrada del agente de absorción estaba instalada una primera zona de lavado (sin reciclado) con una altura de 4,5 m, por encima de la primera zona de lavado estaba instalada una segunda zona de lavado con una altura de 3 m para el lavado con agua con reciclado y refrigeración.
En la primera zona de lavado se proporcionan en contracorriente con respecto al gas 209 kg/h de agua de lavado que corresponden a la cantidad del agua de reposición proporcionada en la segunda zona de lavado y del agua condensada mediante el enfriamiento del gas. Con ello se obtiene un contenido en monoetanolamina en el gas que sale de 40 ppb/v. La carga de líquido en la primera zona de lavado asciende a 0,7 m3/(m2h) y se encuentra por consiguiente por encima del límite de desrreticulación de la empaquetadura estructurada (indicaciones de fabricante: 0,2 m3/(m2h); fuente: prospecto de Sulzer).
Ejemplo comparativo 5
En la configuración de instalación del ejemplo 4 se cambian las zonas de lavado. Por encima de la entrada del agente de absorción se encuentra una primera zona de lavado con reciclado y refrigeración con una altura de 3 m, por encima de la primera zona de lavado se encuentra una segunda zona de lavado con una altura de 3 m (sin reciclado). El gas con bajo contenido en CO2 se conduce en primer lugar por la primera zona de lavado y a continuación en contracorriente con respecto al agua de reposición por la segunda zona de lavado. Para la segunda zona de lavado resulta tan sólo una carga de líquido de 0,1 m3/(m2h). Ésta se encuentra por debajo del límite de desrreticulación de la empaquetadura usada y con ello no puede garantizarse una humectación suficiente o una humectación uniforme y por consiguiente una eficacia de separación.
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