ES2697300B2

ES2697300B2 - Composicion acuosa para la separacion de co2 y/o gases acidos

Info

Publication number: ES2697300B2
Application number: ES201730955A
Authority: ES
Inventors: Borrero Fernando Vega; Rubia Benito Navarrete; Fernandez Jose Antonio Camino; Palacio Mercedes Cano; Galeano Vicente Jesus Cortes; Penuela Sara Camino; Lopez Jaime Garrido
Original assignee: Universidad de Sevilla
Current assignee: Universidad de Sevilla
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2017-07-21
Publication date: 2019-05-24
Anticipated expiration: 2037-07-21
Also published as: WO2019016418A1; EP3656459A4; ES2697300A1; EP3656459A1

Description

DESCRIPCION

Composicion acuosa para la separacion de CO2 y/o gases acidos

La presente invention se refiere a una composicion acuosa y a su uso en la separacion de CO2 y/o gases acidos mediante un sistema de separacion de CO2 segun un proceso la absorcion qulmica regenerativa basada en un ajuste optimizado de la capacidad clclica de trabajo del absorbente y un control optimizado de las condiciones de operation de las corrientes de entrada al regenerador, principalmente en terminos de temperatura y reparto de caudales de alimentation al equipo. Por tanto, la presente invencion se encuentra encuadrada en el area de la tecnologla ambiental y de procesos qulmicos. En particular, se engloba en el sector de la captura de CO2 y/o gases acidos procedentes de fuentes estacionarias de emision procedentes de instalaciones de combustion industrial, pero es aplicable a otros procesos industriales donde se requiera una separacion de CO2 y/o gases acidos de cualquier corriente de proceso compuesta por una mezcla de gases.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

El proceso de separacion de gases acidos de una corriente gaseosa mediante absorcion qulmica regenerativa ha sido empleado desde los anos 30 del siglo pasado en numerosos procesos industriales, como el tratamiento de gas de slntesis. En los ultimos anos, estos procesos han despertado un gran interes a nivel industrial gracias a la posibilidad de ser empleados dentro de las tecnologlas de captura y almacenamiento de CO2 (WO1995/021683 A1).

El esquema general del proceso de separacion de CO2 mediante absorcion qulmica fue patentado por R. R. Bottoms (US1783901A). Dicha invencion describe un sistema compuesto por un absorbedor, en el que los gases a tratar se ponen en contacto, en contracorriente, con una solution absorbente que separa los gases acidos (CO2, H2S y SO2) de la corriente principal mediante disolucion y reaction qulmica, y un regenerador, donde las condiciones operativas son opuestas al absorbedor, separandose el compuesto acido del absorbente, quedando este disponible para su reincorporacion al proceso de absorcion. Numerosos absorbentes han sido propuestos para ser empleados en este proceso, siendo la mayorla compuestos de base amlnica: monoetanolamina (MEA), trietanolamina (TEA), metildietanolamina (MDEA), diisopropanolamina (DIPA) y diglicolamina (DGA) fueron los primeros compuestos usados en solution acuosa para separar gases acidos de forma selectiva en corrientes de proceso. Estos compuestos deblan ser diluidos en solucion acuosa debido a que generan importantes problemas de corrosion. A partir de los anos 50, diversas companlas qulmicas como DOW, BASF o UOP desarrollaron formulaciones propias en propiedad industrial de mezclas absorbentes en las que se inclulan, ademas de los absorbentes comunes, inhibidores de la corrosion, antiespumantes, buffers y promotores, los cuales potenciaron las capacidades operativas de estas unidades gracias a un aumento significativo de las concentraciones de absorbente en la solucion acuosa. Los principales problemas asociados al uso de absorbentes qulmicos para la separation de CO2 consisten en el elevado consumo energetico asociado a la regeneracion del absorbente, las emisiones de absorbente y derivados, debido a su alta volatilidad y/o arrastre de la fase gas, y en la degradation que sufre el mismo debido a mecanismos oxidativos y termicos que ocurre durante el proceso de absorcion de CO2 y regeneration del absorbente.

La aplicacion de procesos de absorcion qulmica de CO2 para separarlo de los gases de combustion procedentes de la combustion de combustibles fosiles y/o procesos industriales requiere un desarrollo de mezclas absorbentes especlficamente formuladas para operar en estas condiciones operativas. Estas mezclas absorbentes pretenden optimizar las prestaciones de los absorbentes tradicionales en terminos de capacidad de carga (mol de CO2 por mol de absorbente), resistencia a la degradacion, baja volatilidad, cinetica rapida y baja entalpla de solubilidad de CO2 y puedan operar de forma optimizada para cada caso.

La aplicacion de la absorcion qulmica en procesos de captura de CO2 ha derivado en nuevas formulaciones de absorbentes basadas en mezclas de aminas primarias/secundarias con aminas terciarias o sales como el carbonato potasico, de modo que dispongan de una funcionalidad intermedia entre sus componentes, as! como el uso de aminas impedidas estericamente que faciliten la liberation del CO2 absorbido mediante la formation de enlaces debilitados por la presencia de grandes grupos funcionales en las proximidades de los grupos amino. El uso de aminas con impedimento esterico fue inicialmente propuesto por Sartori et. al. (US4112050A). Existen numerosas patentes que tienen como base 2-amino-2-metil-1-propanol, 2metilaminoetanol, 2-etilaminoetanol y 2-piperidina etanol como amina impedida (US6036931A). Otros absorbentes innovadores son los denominados llquidos ionicos, las sales de aminoacidos con elevados puntos de fusion, alta viscosidad y baja cinetica, aun en estudio a escala laboratorio (Galan Sanchez, L. M., G Meindersma, A Dehaan. 2007, Chemical Engineering Research and Design 85: 31-39).

Tambien se ha propuesto el uso de mezclas de piperacina (PZ) y derivados con distintos tipos de absorbentes de baja cinetica de absorcion. El uso de PZ como absorbente (CA2651265A1) ha sido propuesto principalmente como promotor de mezclas de absorbentes de cinetica lenta como piperacina y monodiethanolamina (MDEA) (US2009/0211446A1), piperacina y carbonato potasico (US4581209A), piperacina y alcoholes (US8388855B2). Todas ellas mostraron excelentes resultados en comparacion con MEA 30%p/p, solventando a su vez los problemas asociados a problemas de solubilidad la piperacina en solucion acuosa.

Por otro lado, se han desarrollado a lo largo de los ultimos anos numerosas configuraciones del proceso basico con el objetivo de optimizar el proceso global de separation de CO2 y, en particular, reducir de forma significativa el consumo energetico asociado principalmente a la regeneration del absorbente. Se han propuesto distintas variantes sobre la disposition tradicional del absorbedor, (US8192530B2) y modificaciones sobre el regenerador, como por ejemplo, aprovechamiento energetico del calor sensible de la corriente de salida del regenerador (US4798910A), precalentamiento de los condensados a la entrada del regenerador (W02007/107004A1), evaporation parcial de la amina pobre a la salida del regenerador de modo que se minimice el aporte energetico total al reboiler de la unidad de regeneracion (W02008/063079A2), presurizacion de la section superior del regenerador para disminuir el ratio agua/C02 en la corriente de stripping de la unidad de regeneracion (W02008/063082A2). Muchas de ellas han conducido a importantes reducciones energeticas en la regeneracion del absorbente en comparacion con la disposicion tradicional.

La aparicion de nuevas configuraciones del proceso de separacion de C02 y/o gases acidos requiere del uso de absorbentes especlficamente disenados que permitan un amplio rango de operation y una maximization de las prestaciones de cada una de las nuevas tecnologlas. De ese modo, se podran obtener importantes reducciones de consumo energetico del proceso global de captura de CO2.

Por tanto, seria deseable disponer de un sistema absorbente capaz de separar CO2 y/o gases acidos de una corriente de gas que minimice los requerimientos energeticos de proceso de regeneracion del absorbente.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

En un primer aspecto, la presente invencion se refiere a una composicion acuosa absorbente de CO2 y/o gases acidos que comprende:

i. una diamina de estructura dclica de formula (I):

donde:

R1 es un grupo C1-4 alquilo sustituido por un grupo -NH2; y

R2 es H o un grupo C1-4 alquilo opcionalmente sustituido por un grupo -NH2; ii. una amina de formula (II):

donde:

n representa de 0 a 10;

iii. una amina primaria de estructura lineal o ramificada, una amina secundaria de estructura lineal, ramificada o dclica; o una amina dclica de formula (III):

donde:

X represents H, -NR3 o -CR4R5; y

cada R3, R4 y R5 independientemente representan H o C1-4alquilo; y

iv. agua.

El componente (i) de la composition definida actua como soporte de capacidad de carga de CO2.

El componente (ii) de la composicion definida que reduce el calor de absorcion de CO2 global del sistema y, por tanto, disminuye el calor necesario para la regeneration del absorbente.

El componente (iii) de la composicion definida es un promotor que aumenta la cinetica del proceso de absorcion del CO2.

En otra realization la invention se refiere a la composicion definida anteriormente donde R2 es H o un grupo C1-4 alquilo, y preferiblemente donde R2 es H.

En otra realizacion la invencion se refiere a la composicion definida anteriormente, donde (i) es 1-(2-aminoetil)-piperazina.

En otra realizacion la invencion se refiere a la composicion definida anteriormente, donde (ii) es metildietanolamina.

En otra realizacion la invencion se refiere a la composicion definida anteriormente, donde (iii) es una amina clclica de formula (III).

En otra realizacion la invencion se refiere a la composicion definida anteriormente, donde (iii) es una amina clclica de formula (III) donde:

X representa -NR3 o -CR4R5; y

cada R3, R4 y R5 independientemente representan H o C1-4alquilo.

En otra realization la invention se refiere a la composition definida anteriormente, donde (iii) es una amina clclica de formula (III) donde:

X representa -NR3; y

R3 representa H o C1-4alquilo.

X representa -CR4R5; y

cada R4 y R5 independientemente representan H o C1-4alquilo.

X representa H; y

cada R3, R4 y R5 independientemente representan H o C1-4alquilo.

En otra realizacion la invencion se refiere a la composicion definida anteriormente, donde (iii) es piperidina o monometilamina.

En otra realizacion la invencion se refiere a la composicion definida anteriormente, donde:

(i) es un compuesto de formula (I), y preferiblemente 1-(2-aminoetil)-piperazina; (ii) es una amina de formula (II), y preferiblemente metildietanolamina; y

(iii) es una amina primaria de estructura lineal o ramificada, una amina secundaria de estructura lineal, ramificada o clclica o una amina clclica de formula (III), y preferiblemente piperidina o monometilamina.

En otra realizacion la invencion se refiere a la composicion definida anteriormente, donde (i) se encuentra en una concentration de al menos un 5% p/p en solution, preferiblemente en una concentracion de entre el 10% p/p y el 50% p/p en solucion, y mas preferiblemente en una concentracion del 25% p/p en solucion.

En otra realizacion la invencion se refiere a la composicion definida anteriormente, donde (ii) se encuentra en una concentration de al menos un 1% p/p en solution, preferiblemente en una concentration de entre el 3% p/p y el 30% p/p en solution, y mas preferiblemente en una concentration del 5% p/p en solution.

En otra realization la invention se refiere a la composition definida anteriormente, donde (iii) se encuentra en una concentration de al menos un 0,01% p/p en solution, preferiblemente en una concentration de entre el 1% p/p y el 15% p/p en solution, y mas preferiblemente en una concentracion del 5% p/p en solucion.

En otra realization la invention se refiere a la composition definida anteriormente, donde:

(i) es un compuesto de formula (I), y preferiblemente 1-(2-aminoetil)-piperazina, donde (i) se encuentra en una concentration de al menos un 5% p/p en solucion, preferiblemente en una concentracion de entre el 10% p/p y el 50% p/p en solucion, y mas preferiblemente en una concentracion del 25% p/p en solution;

(ii) es un compuesto de formula (II), y preferiblemente metildietanolamina, donde (ii) se encuentra en una concentration de al menos un 1% p/p en solution, preferiblemente en una concentration de entre el 3% p/p y el 30% p/p en solution, y mas preferiblemente en una concentration del 5% p/p en solution; y (iii) es es una amina primaria de estructura lineal o ramificada, una amina secundaria de estructura lineal, ramificada o clclica o una amina clclica de formula (III), y preferiblemente monometilamina o piperidina, donde (iii) se encuentra en una concentration de al menos un 0,01% p/p en solution, preferiblemente en una concentration de entre el 1% p/p y el 15% p/p en solution, y mas preferiblemente en una concentration del 5% p/p en solution.

En otra realization la invention se refiere a la composition definida anteriormente, que ademas comprende uno o mas agentes coadyuvantes, anti-espumantes, inhibidores de la corrosion, inhibidores de la degradation oxidativa y mezclas de los mismos.

La cantidad presente en la composition de la invention de los agentes coadyuvantes, anti-espumantes, inhibidores de la corrosion e inhibidores de la degradation oxidativa sera la adecuada para un experto en la materia para una correcta funcionalidad y operatividad del absorbente en un proceso de separation de CO2 y/o gases acidos mediante absorcion quimica basada en un ajuste optimizado de la capacidad ciclica de trabajo del absorbente y un control optimizado de las condiciones de operation de las corrientes de entrada al regenerador, principalmente en terminos de temperatura y reparto de caudales de alimentation al equipo.

Ejemplos de estos aditivos se pueden seleccionar, sin limitarse a anhldrido arsenioso, acidos de selenio o telurio, protidos, aminoacidos, como glicina, oxidos de vanadio o cromatos, entre otros. Todos estos aditivos se pueden encontrar en la composition en cantidades adecuadas para una correcta funcionalidad y operatividad del absorbente en un proceso de separation de CO2 mediante la absorcion quimica descrita en la presente invention, cantidades conocidas por un experto en la materia.

Otro aspecto de la invencion se refiere al uso de la composicion definida anteriormente para la absorcion de gases acidos, y preferiblemente donde los gases acidos comprenden CO2.

Otro aspecto de la invencion se refiere al uso de la composicion definida anteriormente para la absorcion de gases acidos mediante un sistema de separacion de CO2 mediante absorcion quimica basado en un ajuste optimizado de la capacidad ciclica de trabajo del absorbente y un control optimizado de las condiciones de operacion de las corrientes de entrada al regenerador, principalmente en terminos de temperatura y reparto de caudales de alimentacion al equipo, y preferiblemente donde los gases acidos comprenden CO2.

A lo largo de la invencion el termino "amina primaria” se refiere a un compuesto que comprende el gupo -NH3 donde uno de los atomos de hidrogeno del grupo esta sustituido por otro grupo, como por ejemplo, C1-4 alquilo (alcanolamina primaria). Las aminas primarias de la invencion pueden ser lineales o ramificadas. Ejemplos incluyen entre otros monoetanolamina, metilamina, etilamina, 2-metilpropilamina, propilamina y butilamina.

"Amina secundaria” se refiere a un compuesto que comprende el grupo -NH3 donde dos de los atomos de hidrogeno del grupo estan sustituidos por otro grupo, como por ejemplo, C1-4 alquilo (alcanolamina secundaria). Las aminas secundarias de la invencion pueden ser lineales, ramificadas o clclicas. Ejemplos incluyen entre otros dietanolamina, dimetilamina, diglicoamina, dietilamina, metiletilamina, 1 -butyl-1 -(2-metilpropil)amina, piperidina, piperacina y 1-(2-aminoetil)piperacina.

"Amina terciaria”, se refiere a un compuesto que comprende el grupo -NH3 donde los tres atomos de hidrogeno del grupo estan sustituidos por otro grupo, como por ejemplo, C1-4 alquilo (alcanolamina terciaria). Las aminas terciarias de la invention pueden ser lineales, ramificadas o clclicas. Ejemplos incluyen trietanolamina, metildietanolamina

"Poliamina”, se refiere a un compuesto que contiene 2 o mas grupos -NH3 donde alguno de los atomos de hidrogeno del grupo estan sustituidos por otro grupo, como por ejemplo, C1-4 alquilo. Las poliaminas de esta invencion pueden ser lineales, ramificadas o clclicas. Ejemplos incluyen isoforondiamina y tetrametiletilendiamina.

"Sal alcalina”, definir e incorporar como ejemplo carbonato potasico, carbonato calcico, carbonato sodico.

"C1-4 alquilo” significa como grupo o parte de un grupo, significa un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada que contiene de 1 a 4 atomos de C e incluye los grupos metilo, etilo, propilo, isopropilo, butilo, isobutilo, sec-butilo y tert-butilo.

Por "gas acido” nos referimos en la presente invencion a cualquiera de los siguientes: CO2, H2S y SO2, o sus mezclas, preferiblemente el gas acido a separar en el procedimiento de la presente invencion es CO2.

La aplicacion de este procedimiento de captura de CO2 puede ser para gases o corrientes gaseosas procedentes de fuentes estacionarias de combustion, como sistemas de production electrica, cementeras, refinerlas de petroleo o siderurgia, y ademas se puede extender a una corriente de gas procedente de cualquier proceso industrial donde se requiera de la separation de CO2 y/o gases acidos, como por ejemplo la produccion de gas de slntesis. El proceso de separacion de CO2 en una corriente de gas bajo estas condiciones se ve altamente favorecido cuando el CO2 presenta una elevada concentration de CO2.

As! pues, la presente invencion proporciona una nueva composition absorbente formulada para capturar CO2 y/o un gas acido de una corriente gaseosa mediante absorcion quimica regenerativa, y de manera particular mediante absorcion quimica regenerativa operada en una configuracion alternativa al sistema tradicional de separacion de CO2 de una corriente de gases mediante absorcion quimica, basado en la optimizacion de la capacidad dclica de operacion del absorbente empleado mediante una particular disposicion de las corrientes que intervienen en el proceso de absorcion-desorcion de CO2 y un control muy exhaustivo de las condiciones de operacion de las corrientes de entrada al regenerador, principalmente en terminos de temperatura y reparto de caudales de alimentacion al equipo. Este procedimiento de separacion de CO2 y/o gases acidos basado en la absorcion quimica regenerativa esta descrito en la solicitud de patente espanola P201600519 “Procedimiento y sistema de separacion de CO2 basado en absorcion quimica” (ver ejemplo 1 y FIGs 1 a 3), el cual puede comprender las siguientes etapas:

a) absorcion del CO2 procedente de una corriente gaseosa a tratar a una temperatura preferiblemente inferior a 60°C y una presion comprendida en un rango de entre 1 y 1,5 bar, mediante la puesta en contacto en un absorbedor de dicha corriente con una solucion absorbente a la que se va a retener el CO2;

b) recirculacion de hasta un 75% de la corriente que comprende la solucion de absorbente rica en CO2 procedente de la etapa a) al lecho inferior del sistema de absorcion. La operacion bajo estas condiciones permite ajustar de manera optimizada el rango de capacidad dclica de trabajo del absorbente durante la operacion;

c) desorcion del CO2 en un regenerador de la corriente que comprende la solucion absorbente rica en CO2 procedente de la etapa a) no recirculada a la etapa b) a una temperatura de entre 80°C y 120°C, una presion de entre 1,5 y 5 bar y un caudal de arrastre de vapor de entre 10 y 90% en volumen respecto al caudal de CO2 desorbido, donde dicha corriente se divide al menos en dos corrientes mediante un tren de intercambiadores de calor, previamente a la entrada del regenerador;

d) recuperacion de la solucion absorbente resultante de la etapa c) al absorbedor de la etapa a).

A partir de esta configuracion basica el procedimiento propone en primer lugar la incorporation de una llnea de recirculation dirigida al absorbedor que constituye una derivation de la salida de la solution absorbente rica en CO2, que es parcialmente reconducida al absorbedor al objeto de optimizar la capacidad de absorcion de CO2 del absorbente empleado. En segundo lugar el procedimiento incorpora un particular tren de intercambiadores de calor que aparte de acondicionar termicamente la solution rica en CO2 la divide en al menos dos corrientes que son introducidas en el regenerador en zonas situadas a distintas alturas, estratificando la alimentation al regenerador, lo que provoca una disminucion del perfil de temperaturas del regenerador.

Este proceso de absorcion qulmica permite una operation eficaz del regenerador en un nivel termico inferior a los propuestos en modos de operation tradicionales y, por ende, reduce significativamente el consumo especlfico asociado a la regeneration del absorbente. Con ello, se consigue trabajar con una mayor carga o concentration de CO2 en el absorbente regenerado y, de este modo, desplazar la capacidad clclica de operation del mismo hacia zonas donde el consumo energetico asociado a la desorcion del CO2 sea menor. Asimismo la disminucion obtenida en el perfil de temperaturas del regenerador reduce la velocidad de degradation del absorbente asociado a mecanismos termicos.

La mezcla de absorbentes tiene como objetivo optimizar las prestaciones de esta configuration debido a una mayor capacidad de carga del mismo, de modo que sea posible un mejor ajuste de las condiciones operativas y, por lo tanto, se requiera un menor caudal de solution absorbente y un menor consumo energetico en el proceso global de captura.

La composition absorbente de la presente invention esta caracterizada por una elevada capacidad de carga y flexibilidad de operation que maximiza las prestaciones del proceso absorcion-desorcion con una importante reduction del consumo energetico en comparacion con una misma operation de la unidad de captura de CO2 usando monoetanolamina al 30% p/p como absorbente (MEA 30% p/p, absorbente de referencia).

El procedimiento de separation de gases acidos, en particular de CO2, mediante absorcion qulmica se basa en una optimization de la capacidad clclica de carga en operation del absorbente, entendida como la diferencia entre la carga de CO2 de la composition absorbente rica a la salida del absorbedor y de la composition absorbente pobre a la salida del regenerador, de modo que se minimicen los requerimientos energeticos en el reboiler asociados al proceso de regeneration del absorbente.

El desplazamiento de la capacidad clclica de carga de CO2 en operacion del absorbente permite una operacion en una region de menor entalpla de solubilidad de CO2, por lo que, se obtiene una disminucion del consumo energetico en el regenerador en comparacion con una operacion convencional. La optimization de la capacidad clclica de carga se realiza mediante el ajuste del grado de regeneracion requerido por el absorbente. Este ajuste se consigue introduciendo la corriente de composicion absorbente rica en CO2 obtenida a la salida del absorbedor a diferentes alturas del regenerador y/o mediante el ajuste de la temperatura de las corrientes de composicion absorbente rica en CO2 a la entrada del regenerador.

Esta configuration del proceso de absorcion regenerativa de CO2 concluye con la re introduction de la corriente pobre en CO2 a la salida del regenerador en el absorbedor, para producir nuevamente la absorcion del CO2 y/o gases acidos, quedando estos retenidos en el seno del absorbente. Para producir un aumento de la carga de CO2 del absorbente durante el proceso de absorcion, parte de la corriente cargada de CO2 a la salida del absorbedor es parcialmente recirculada tras enfriamiento previo. Con ello se consigue un aumento de la carga global de CO2 del absorbente a la salida del absorbedor. La operacion bajo estas condiciones permite ajustar de manera optimizada el rango de capacidad clclica de trabajo del absorbente durante la operacion. De este modo, este procedimiento ha permitido reducir significativamente el consumo especlfico asociado a la regeneracion del absorbente en comparacion con una configuracion convencional del sistema de absorcion.

Por tanto otro aspecto de la presente invention se refiere a un procedimiento de separation de gases acidos de una corriente de gas basado en absorcion qulmica, que comprende las siguientes etapas:

a) absorcion de gases acidos procedente de la corriente gaseosa a tratar a una temperatura de entre 40°C y 60°C y una presion en un rango de entre 1 y 1,5 bar, mediante la puesta en contacto en un absorbedor de dicha corriente con una disolucion absorbente en la que se van a retener los gases acidos, donde la disolucion absorbente es una composition absorbente de la presente invention; b) recirculation al absorbedor de hasta un 75% de la corriente que comprende la solution absorbente rica en gas acido procedente de la etapa (a);

c) desorcion del gas acido en un regenerador de la corriente que comprende la solucion absorbente rica en gas acido, preferiblemente CO2, procedente de la etapa (a) no recirculada a la etapa (b) a una temperatura de entre 80°C y 120°C, una presion de entre 1,5 y 5 bar y un caudal de arrastre de vapor de entre 10 y 90% en volumen respecto al caudal de gas acido desorbido, donde dicha corriente se divide al menos en dos corrientes mediante un tren de intercambiadores de calor, previamente a la entrada del regenerador; y

d) recuperation de la solucion absorbente resultante de la etapa (c) al absorbedor de la etapa (a).

En una realization preferida del procedimiento de la invencion el gas acido de la corriente gaseosa a tratar en la etapa (a) se transfiere a la fase llquida donde se disuelve y se enlaza qulmicamente al absorbente.

En una realizacion preferida del procedimiento de la invencion el caudal recirculado de la etapa (b) alcanza entre un 25% y un 75% del total de la solucion rica en gas acido procedente de la etapa (a).

En una realizacion preferida del procedimiento de la invencion la recirculacion de la corriente procedente de la etapa (b) tiene lugar en el lecho inferior del absorbedor de la etapa (a).

En una realizacion preferida del procedimiento de la invencion las corrientes procedentes de la etapa (c) son introducidas en zonas situadas a distintas alturas del regenerador de la etapa (d).

En una realizacion preferida del procedimiento de la invencion, anterior a la etapa (c) se incorpora un tren de intercambiadores de calor, por donde se introduce la corriente que comprende la solucion absorbente rica en gas acido, preferiblemente CO2, procedente de la etapa (a) no recirculada a la etapa (b). Este tren de intercambiadores aparte de acondicionar termicamente la solucion absorbente rica en CO2 la divide en al menos dos corrientes que son introducidas en el regenerador en zonas situadas a distintas alturas, estratificando la alimentacion al regenerador, lo que provoca una disminucion del perfil de temperaturas del regenerador.

La composition absorbente de la presente invention se adecua a este procedimiento de separation de CO2 y/o gases acidos de una corriente de gas. La mejora de las prestaciones del proceso a partir del uso de la composicion absorbente descrita en esta invencion se basa en las siguientes caracterlsticas, las cuales han sido corroboradas en los ejemplos:

a) Elevada capacidad de carga de CO2, expresada como moles de CO2 por mol de absorbente en solution acuosa: Esta caracterlstica le infiere una mejor adaptation a las condiciones operativas impuestas por el procedimiento descrito.

b) Altos ratios cineticos de absorcion de CO2, expresados como caudal masico de CO2 por unidad de tiempo, lo que conduce a una reduction del caudal de absorbente requerido para alcanzar un rendimiento de separacion de CO2 dado y, por tanto, a una disminucion de la inversion, por reduccion del tamano de los equipos y llneas de la unidad de separacion de CO2.

c) Ambas caracterlsticas descritas con anterioridad conllevan un menor requerimiento del ratio L/G en operation para conseguir un rendimiento de separacion de CO2 dado. Ello implica una menor circulation de disolucion de absorbente llquido y, por tanto, un menor consumo en impulsion del absorbente.

d) El uso de la composicion absorbente descrita en esta invencion en el procedimiento de la invencion permite reducir de forma significativa el consumo energetico asociado a la regeneration del absorbente.

A lo largo de la description y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras caracterlsticas tecnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y caracterlsticas de la invencion se desprenderan en parte de la descripcion y en parte de la practica de la invencion. Los siguientes ejemplos y figuras se proporcionan a modo de ilustracion, y no se pretende que sean limitativos de la presente invencion.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

FIG. 1. Evolucion de los ratios de absorcion de CO2 obtenidos en los ensayos en laboratorio

Se representa el ratio de absorcion de CO2 en funcion del tiempo experimental tras la ejecucion de cada ensayo, expresado como mL de CO2 absorbidos por minuto (mL CO2/min). Se representan los ensayos realizados con el nuevo sistema absorbente, utilizando 60% v/v CO2 (amarillo) y 15% v/v CO2 (azul) en la fase gas. En el caso de MEA, se ha representado los ratios de absorcion obtenidos para 60% v/v CO2 (rojo) y 15% v/v CO2 (verde) en la fase gas.

FIG. 2. Rendimiento de captura de CO2 obtenidos para cada ratio L/G usando el nuevo sistema absorbente (■ ) y el absorbente de referenda ( A )

Se representa el rendimiento de captura de CO2, definido como la diferencia de caudal masico de CO2 en fase gas entre la salida y la entrada de la unidad de absorcion de CO2. El rendimiento porcentual de captura se expresa en base al caudal masico de CO2 a la entrada de la unidad de absorcion. Este parametro se ha representado en funcion al ratio L/G de cada ensayo, expresado como caudal masico de absorbente en fase llquida (kg/h) frente a caudal masico de gas a tratar (kg/h). Los ensayos realizados usando el nuevo sistema absorbente son representados por (■ ), mientras que los ensayos realizados usando MEA son representados por ( A ).

FIG. 3. Consumo espedfico de la regeneracion del absorbente obtenidos para cada ratio L/G usando el nuevo sistema a bsorbente (■ ) y el abs orbente de referenda ( A )

Se representa el consumo especlfico asociado a la regeneracion del absorbente, expresado en unidades energeticas por unidad de masa de CO2 (GJ/t CO2). Este parametro se ha representado en funcion al ratio L/G de cada ensayo, expresado como caudal masico de absorbente en fase llquida (kg/h) frente a caudal masico de gas a tratar (kg/h). Los ensayos realizados usando el nuevo sistema absorbente son representados por (■ ), mientras que los ensayos realizados usando MEA son representados por ( A ).

EJEMPLOS

A continuation se ilustrara la invention mediante unos ensayos realizados por los inventores, que pone de manifiesto la efectividad del producto de la invention.

Ejemplo 1:

Se han realizado distintas pruebas en un montaje de laboratorio operando en regimen semi-continuo para producir la saturation de una cantidad conocida de solution absorbente. Para ello, se ha dispuesto 250 mL de solucion absorbente en un reactor donde se ha introducido 2 L/min de una corriente de gas de composition conocida hasta saturacion. La temperatura del ensayo ha sido fijada en 50°C. Una vez finalizado el ensayo, se han determinado la carga del absorbente en equilibrio, expresada en moles de CO2 por mol de absorbente, haciendo uso de un analizador de carbono inorganico. La tabla 1 recoge los resultados obtenidos para los ensayos realizados usando el sistema absorbente descrito en esta invencion y su comparativa con el absorbente de referencia (disolucion acuosa de MEA al 30% p/p).

Tabla 1. Resumen carga de absorbente en equilibrio a distintas concentraciones de CO2 en fase gas

El nuevo sistema absorbente permite hasta un 70% mas de capacidad de carga de CO2 en comparacion con el absorbente de referencia. De este modo, el nuevo sistema absorbente presenta una mayor flexibilidad de operation y adaptation al nuevo sistema de separation de CO2 basado en un ajuste optimizado de la capacidad clclica de trabajo del absorbente y un control optimizado de las condiciones de operacion de las corrientes de entrada al regenerador.

Ejemplo 2:

A partir de los ensayos descritos en el ejemplo 1, fue posible determinar los ratios de absorcion medidos en fase gas para cada una de las pruebas realizadas. La Figura 1 resume los resultados obtenidos en estos ensayos, representando la evolution de los ratios de absorcion de CO2 obtenidos en los ensayos en laboratorio.

Los ratios de absorcion aumentan significativamente con un aumento de la concentration de CO2 en la fase gas. Ademas, el nuevo sistema absorbente presenta mayores ratios de absorcion de CO2 que los obtenidos con el absorbente de referencia (disolucion acuosa de MEA al 30% p/p) para una misma concentracion de CO2 en la fase gas, demostrando un mejor comportamiento cinetico en operation segun el nuevo sistema de separation de CO2 basado en un ajuste optimizado de la capacidad clclica de trabajo del absorbente y un control optimizado de las condiciones de operacion de las corrientes de entrada al regenerador.

Ejemplo 3:

Se ha realizado un proceso de separacion de CO2 de una corriente de gas sintetico en una unidad a escala de laboratorio en base a una operacion segun el nuevo sistema de separacion de CO2 basado en un ajuste optimizado de la capacidad clclica de trabajo del absorbente y un control optimizado de las condiciones de operacion de las corrientes de entrada al regenerador, utilizando el nuevo sistema absorbente propuesto en esta invention y MEA 30% p/p como absorbente de referencia. En el ejemplo de realization se ha utilizado un caudal de gas sintetico de 7 L/min, con una composition de 60%v/v CO2, saturada en agua y balanceada con N2. La cantidad total de absorbente utilizada en el sistema ha sido de 2 L. La absorcion de CO2 se realizo a 1 atm y 50°C en una columna de 3 cm de diametro y 2 m de altura usando anillos ceramicos Raschig de 6 mm.

La regeneration del absorbente tuvo lugar a una presion de 2 bar en una columna de 3 cm de diametro y 1 m de altura usando un relleno de anillos Raschig de acero inoxidable 316L de 6 mm. La temperatura promedio de operacion en la unidad de regeneracion ha sido de 118°C para los ensayos de MEA 30% p/p y de 117°C para los ensayos del nuevo sistema absorbente propuesto, operando segun el nuevo sistema de separacion de CO2. El ratio L/G ha sido variado para cada absorbente hasta alcanzar un rendimiento de captura del 100%. La Figura 2 muestra los rendimientos de captura de CO2 obtenidos en funcion del ratio L/G empleado en cada ensayo.

Los ensayos realizados demuestran la mayor capacidad de absorcion y flexibilidad de operacion del nuevo sistema absorbente operando segun el nuevo sistema de separacion de CO2 respecto al absorbente de referencia. Los ratios L/G obtenidos son inferiores a los requeridos por el absorbente de referencia para un rendimiento de captura de CO2 definido. En particular, el nuevo sistema absorbente requiere un ratio L/G de 8 mientras que MEA 30% p/p requiere un ratio L/G de 13 en el caso de obtener un rendimiento de captura de CO2 del 90%.

Ejemplo 4:

A partir de los ensayos descritos en el ejemplo anterior, se han obtenido los consumos especlficos asociados a la regeneracion del absorbente para cada ensayo realizado, modificando el ratio L/G. La Figura 3 representa la evolucion de este parametro para cada ensayo realizado, utilizando los dos absorbentes indicados con anterioridad.

Como se demuestra a partir de los resultados indicados en la Figura 3 y en la tabla 2 (resumen), el nuevo sistema absorbente proporciona un menor consumo energetico de la regeneracion del absorbente en una operacion segun el nuevo sistema de separacion de CO2. El nuevo sistema absorbente consigue reducir el consumo energetico hasta un 22% en comparacion con el absorbente de referencia.

Tabla 2. Resumen de consumos energeticos y rendimientos de captura asociados a este obtenidos en una operacion segun el nuevo sistema de separacion de CO2:

Claims

REIVINDICACIONES

1. Composition acuosa absorbente de CO2 y/o gases acidos que comprende:

i. una diamina de estructura ticlica de formula (I):

donde:

R1 es un grupo C1-4 alquilo sustituido por un grupo -NH2; y

donde:

n representa de 0 a 10;

iii. una amina primaria de estructura lineal o ramificada, una amina secundaria de estructura lineal, ramificada o ticlica; o una amina ticlica de formula (III):

donde:

X representa H, -NR3 o -CR4R5; y

cada R3, R4 y R5 independientemente representan H o C1-4alquilo; y

iv. agua.

2. La composition segun la reivindicacion 1, donde el componente (i) es una diamina de estructura dclica de formula (I) donde R2 es H o un grupo C1-4 alquilo.

3. La composicion segun cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, donde (i) es 1-(2-aminoetil)-piperazina.

4. La composicion segun la reivindicacion 3, donde (ii) es metildietanolamina.

5. La composicion segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde (iii) es monometilamina.

6. La composicion segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde (iii) es un compuesto de formula (III).

7. La composicion segun la reivindicacion 6, donde (iii) es piperidina

8. La composicion segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde (i) se encuentra en una concentration de al menos un 5% p/p en solution.

9. La composicion segun la reivindicacion 8, donde (i) se encuentra en una concentracion de entre el 10% p/p y el 50% p/p en solucion.

10. La composicion segun cualquiera de las reivindicaciones 8 o 9, donde (i) se encuentra en una concentracion del 25% p/p en solucion.

11. La composicion segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde (ii) se encuentra en una concentracion de al menos un 1% p/p en solucion.

12. La composicion segun la reivindicacion 11, donde (ii) se encuentra en una concentracion de entre el 3% p/p y el 30% p/p en solucion.

13. La composicion segun cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12, donde (ii) se encuentra en una concentracion del 5% p/p en solucion.

14. La composicion segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, donde (iii) se encuentra en una concentracion de al menos un 0,01% p/p en solucion.

15. La composition segun la revindication 14, donde (iii) se encuentra en una concentration de entre el 1% p/p y el 15% p/p en solution.

16. La composition segun cualquiera de las reivindicaciones 14 o 15, donde (iii) se encuentra en una concentration del 5% p/p en solution.

17. La composition segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, que ademas comprende uno o mas agentes coadyuvantes, anti-espumantes, inhibidores de la corrosion, inhibidores de la degradation oxidativa y mezclas de los mismos.

18. Uso de la composition segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, para la absorcion de gases acidos mediante un sistema de separation de CO2 mediante absorcion qulmica basado en un ajuste optimizado de la capacidad clclica de trabajo del absorbente y un control optimizado de las condiciones de operation de las corrientes de entrada al regenerador, principalmente en terminos de temperatura y reparto de caudales de alimentation al equipo.

19. El uso segun la revindication 18, donde los gases acidos comprenden CO2.