ITRM20110110A1 - Metodo di cattura selettivo della co2 - Google Patents

Description

“METODO DI CATTURA SELETTIVO DELLA CO2â€

La presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo di cattura selettivo della CO2.

Per ovvie problematiche di carattere ambientale, la cattura dell’anidride carbonica (CO2) presente negli effluenti gassosi prodotti dai grandi impianti di combustione à ̈ un tema di particolare importanza ed attualità. Nello specifico, allo scopo di limitare drasticamente l’emissione di CO2in atmosfera, à ̈ sempre più sentita l’esigenza di introdurre degli efficienti sistemi di cattura da inserire sia negli impianti di nuova costruzione sia negli impianti già esistenti. Come può risultare ovvio ad un tecnico del ramo, per soddisfare quest’ultima esigenza i sistemi di cattura della CO2devono poter essere integrabili sugli impianti già operativi senza per questo richiedere grandi interventi strutturali.

Allo scopo di limitarne i costi di gestione, un'altra prerogativa che i sistemi di cattura della CO2devono poter avere à ̈ relativa alla possibilità di rilasciare la CO2in maniera semplice e di poter utilizzare ciclicamente il mezzo assorbente. Inoltre, il sistema di cattura della CO2utilizzato deve poter soddisfare i requisiti legati alla sicurezza del procedimento che incorpora ed alla tossicità delle sostanze utilizzate.

Fino ad oggi, i sistemi utilizzati hanno riguardato dei sorbenti (solidi o liquidi) atti a legare chimicamente la CO2per poi rilasciarla in opportune condizioni.

I sorbenti liquidi più utilizzati sono quelli che comprendono i composti appartenenti alla classe delle alcanol-ammine. Un esempio à ̈ rappresentato dalla monoetanol-ammina (MEA) la quale fu introdotta negli anni ’30 del XX secolo e che per molti anni à ̈ stato il solvente maggiormente utilizzato per assorbire la CO2. Migliori prestazioni sono state successivamente raggiunte dalla introduzione delle ammine secondarie e terziarie, come la metil-dietil-ammina (MDEA) introdotta attorno agli anni ’70 del XX secolo. Questa tipologia di sorbenti prevede un meccanismo di cattura della CO2definito da una o più reazioni reversibili della CO2stessa con il gruppo amminico e la formazione di carbonati, bicarbonati e carbammati. La reversibilità di queste reazioni garantisce il desorbimento della CO2che sarà inviata allo stoccaggio. Tuttavia, per le suddette reazioni il recupero della CO2non può essere completo a causa della formazione di prodotti di decomposizione delle ammine a causa soprattutto di reazioni di ossidazione e di degradazione termica. Inoltre, la volatilità delle ammine rende critiche tutte le operazioni di movimentazione e trasferimento del sorbente. In particolare, si à ̈ constatato che i sorbenti appartenenti alla classe delle alcanol-ammine dopo pochi cicli di esercizio perdono di efficacia e, quindi, richiedono un notevole consumo di materiale.

Per quanto riguarda i sorbenti solidi vanno menzionati gli ossidi metallici, i quali garantiscono la cattura della CO2grazie alla formazione di carbonati. Gli ossidi più usati sono quelli di zinco e di calcio. Per questi ossidi le temperature di assorbimento e desorbimento sono notevolmente più elevate (800-1000°C) rispetto a quelle utilizzate per le ammine. Inoltre, tali sorbenti, soffrono lo svantaggio di non essere selettivi alla CO2ma di comportare la cattura contemporanea di H2S (o in generale dei mercaptani) richiedendo, così, la necessaria introduzione di opportuni sistemi di separazione durante la fase di desorbimento per permettere lo stoccaggio della CO2ed il contemporaneo abbattimento dei composti solforati.

Come può sembrare ovvio da quanto sopra riportato, a conoscenza della richiedente i sistemi di cattura della CO2sino ad oggi realizzati non soddisfano le esigenze sopra riportate e qui di seguito elencate:

- essere altamente selettivo;

- essere facilmente integrabili in impianti già esistenti;

- rilasciare la CO2in maniera il più possibile semplice e completa senza per questo richiedere temperature particolarmente elevate;

- utilizzare ciclicamente il mezzo assorbente senza che lo stesso si consumi; e

- utilizzare un mezzo assorbente a bassa tossicità. Era quindi sentita l’esigenza di disporre di un sistema di cattura della CO2che fosse selettivo, che non richiedesse una elevata energia di esercizio, che garantisse un completo recupero della CO2catturata, che garantisse un completo riutilizzo dell’agente di assorbimento della CO2e che garantisse elevati livelli di sicurezza.

Oggetto della presente invenzione à ̈ un metodo di cattura della CO2, comprendente una fase di assorbimento della CO2in cui una soluzione liquida comprendente una sostanza atta a legare la CO2mediante una reazione chimica viene fatta attraversare da una miscela gassosa, e una successiva fase di desorbimento della CO2, in cui detta reazione chimica viene indotta a procedere in senso inverso liberando la CO2precedentemente assorbita; il detto metodo essendo caratterizzato dal fatto che la detta sostanza atta a legare la CO2à ̈ la resorcina e che la detta soluzione ha un pH basico.

Preferibilmente, la detta soluzione liquida comprende un solvente scelto nel gruppo tra acqua, alcool o alcossialcol.

Preferibilmente, la detta soluzione liquida comprende resorcina in una concentrazione molare compresa tra 0,2 e 10.

Preferibilmente, la detta fase di assorbimento avviene ad una temperatura compresa tra 80°C e 150°C.

Preferibilmente, la detta fase di assorbimento avviene in presenza di una pressione parziale di CO2uguale o maggiore di 2 bar.

Preferibilmente, la fase di desorbimento avviene ad una temperatura uguale o maggiore di 100°C.

Preferibilmente, la CO2legata alla resorcina viene fatta precipitare come acido carbossilico.

Un ulteriore oggetto della presente invenzione à ̈ l’uso della resorcina come agente atto a legare selettivamente la CO2in un sistema di cattura della CO2.

Un ulteriore oggetto della presente invenzione à ̈ un gruppo di cattura della CO2atto a realizzare il metodo oggetto della presente invenzione.

Per una migliore comprensione dell’invenzione à ̈ riportata di seguito una forma di realizzazione a puro titolo illustrativo e non limitativo con l'ausilio della figura del disegno annesso, in cui à ̈ illustrato in forma schematica un gruppo per la verifica del metodo di cattura della CO2secondo la presente invenzione.

Nella figura viene indicato nel suo complesso con 1 un gruppo di cattura della CO2. Il gruppo 1 comprende un contenitore cilindrico 2 in pyrex, nel quale viene alloggiata una soluzione acquosa di NaOH, un reattore cilindrico 3 di acciaio inox, dentro il quale à ̈ alloggiato il contenitore cilindrico 2, e un forno tubolare 4 riscaldato elettricamente, dentro il quale à ̈ alloggiato il reattore cilindrico 3.

Dentro il reattore cilindrico 3 opera un manometro 5 atto a misurarne la pressione gassosa all’interno e una termocoppia 6 atto a misurare la temperatura della soluzione acquosa.

Il gruppo 1 comprende una linea di immissione del gas 7 realizzata in teflon e alimentata sia con CO2 sia con N2. La linea di immissione del gas 7 pesca all’interno della soluzione acquosa nel contenitore cilindrico 2.

Il gruppo 1 comprende, inoltre, una linea di prelievo del gas 8 anch’essa realizzata in teflon e presentante una prima estremità affacciantesi all’interno del reattore cilindrico 3 e una seconda estremità connessa ad un gascromatografo 9.

La linea di prelievo 8 comprendente in successione dalla prima alla seconda estremità una prima diramazione 10 che termina all’interno di una soluzione acquosa di Ba(OH)2e una seconda diramazione 11 che termina sopra la superficie della soluzione acquosa di Ba(OH)2. Sulla linea di prelievo 8 à ̈ prevista una prima valvola 12 disposta tra la prima estremità e la prima diramazione 10 e una seconda valvola 13 disposta tra la prima diramazione 10 e la seconda diramazione 11. Inoltre, sia la prima diramazione 10 sia la seconda diramazione 11 comprendono una rispettiva valvola 14 e 15.

Con il gruppo 1 à ̈ stato testato il metodo oggetto della presente invenzione verificando l’efficacia di cattura della CO2rilevando la presenza della CO2stessa sia attraverso l’analisi gascromatografica sia attraverso la quantificazione del precipitato BaCO3formatosi per reazione tra CO2e Ba(OH)2.

Di seguito sono riportati i parametri con cui à ̈ stato testato il metodo oggetto della presente invenzione. A tale riguardo, à ̈ importante specificare che i parametri usati sono serviti al solo scopo di verificare la fattibilità del metodo oggetto della presente invenzione e non l’ottimizzazione delle sua efficienza.

15 g di resorcina sono stati sciolti in 55 ml di una soluzione acquosa 4,55 M di NaOH. La soluzione à ̈ stata mantenuta ad una temperatura di 120°C e à ̈ stata insufflata attraverso la linea di immissione 7 un gas ad una pressione totale di 5 bar comprendente una pressione parziale di 3 bar di CO2. La reazione di assorbimento à ̈ stata protratta per 24 minuti.

La reazione di assorbimento viene interrotta bloccando il flusso di CO2nella soluzione e sostituendolo con una miscela gassosa in cui il flusso di N2à ̈ di 50 sccm. In questo modo viene innescata la reazione di desorbimento la quale à ̈ condotta ad una temperatura di soli 112°C al fine di verificare se anche a temperature così basse fosse possibile recuperare la CO2precedentemente assorbita.

La quantità di CO2assorbita à ̈ stata calcolata sia mediante il gascromatografo misurando la diversa composizione del gas (CO2/N2) prima e dopo il passaggio attraverso la soluzione comprendente la resorcina, sia mediante la quantificazione del precipitato BaCO3formatosi per reazione tra CO2e Ba(OH)2.

Attraverso l’apertura e la chiusura delle valvole 12 – 15 à ̈ stato possibile selezionare la metodologia di misura.

Dalle misure effettuate si à ̈ verificato che, senza ottimizzare i parametri di processo quali la pressione o la temperatura, la reazione di assorbimento à ̈ proceduta con una efficienza (moli di CO2assorbite rispetto alle moli di CO2insufflate in soluzione) pari al 15,5% e una capacità di carico (moli di CO2assorbite rispetto alle moli di resorcina presenti in soluzione) del 39,5%.

I dati sopra riportati dimostrano che il metodo oggetto della presente invenzione ha le capacità di intrappolare selettivamente la CO2assorbendola da una miscela gassosa e rilasciandola per un suo immagazzinamento e successivo riutilizzo. A tale riguardo va considerato che la CO2ha un interesse applicativo in molteplici settori tecnologici e che, quindi, la possibilità di isolarla per poi immagazzinarla può avere un sicuro interesse economico.

Il metodo oggetto della presente invenzione soddisfa tutte le prerogative necessarie sopra riportate. Nello specifico à ̈ selettivo, risulta facilmente integrabili in impianti già esistenti, utilizza basse temperatura sia per la fase di assorbimento che per la fase di desorbimento, utilizza un agente deputato a legare la CO2che si rigenera ciclicamente e che presenta una bassa tossicità. Relativamente a quest’ultimo aspetto va sottolineato che da un confronto delle ammine comunemente utilizzate per la cattura della CO2, quali MEA, MDEA, MMEA e DMMEA, e la resorcina quest’ultima risulta sicuramente più sicura in termini di tossicità infatti la resorcina rispetto alle ammine sopra riportate presenta una temperatura di ebollizione più bassa, un punto di infiammabilità più elevato nonché valori più favorevoli in termini di TWA, STEL e LD50.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di cattura della CO2, comprendente una fase di assorbimento della CO2in cui una soluzione liquida comprendente una sostanza atta a legare la CO2mediante una reazione chimica viene fatta attraversare da una miscela gassosa, e una successiva fase di desorbimento della CO2, in cui detta reazione chimica viene indotta a procedere in senso inverso liberando la CO2precedentemente assorbita; il detto metodo essendo caratterizzato dal fatto che la detta sostanza atta a legare la CO2Ã ̈ la resorcina e che la detta soluzione ha un pH basico.
2. 2. Metodo di cattura della CO2secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la detta soluzione liquida comprende un solvente scelto nel gruppo tra acqua, alcool o alcossi-alcol.
3. 3. Metodo di cattura della CO2secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la detta soluzione comprende resorcina in una concentrazione molare compresa tra 0,2 e 10.
4. 4. Metodo di cattura della CO2secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la detta fase di assorbimento avviene ad una temperatura compresa tra 80°C e 150°C.
5. 5. Metodo di cattura della CO2secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la detta fase di assorbimento avviene in presenza di una pressione parziale di CO2uguale o maggiore di 2 bar.
6. 6. Metodo di cattura della CO2secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la fase di desorbimento avviene ad una temperatura uguale o maggiore di 100°C.
7. 7. Metodo di cattura della CO2secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la CO2legata alla resorcina viene fatta precipitare come acido carbossilico.
8. 8. Uso della resorcina come agente atto a legare selettivamente la CO2in un sistema di cattura della CO2.
9. 9. Gruppo di cattura della CO2atto a realizzare il metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7.