MX2008008168A - Recuperacion de dioxido de carbono a partir de gas de combustion y similares. - Google Patents
Recuperacion de dioxido de carbono a partir de gas de combustion y similares.Info
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Abstract
El dióxido de carbono es recuperado en forma concentrada de una corriente de alimentación de gas que también contiene oxigeno en una solución de amina que también contiene otro compuesto orgánico, removiendo oxigeno y recuperando dióxido de carbono de un adsorbente.
Description
RECUPERACION DE DIOXIDO DE CARBONO A PARTIR DE GAS DE COMBUSTION Y SIMILARES
Campo de la Invención Esta invención se refiere generalmente a la recuperación de dióxido de carbono y, más particularmente, a la recuperación de dióxido de carbono de una mezcla de alimentación que también contiene oxígeno. Antecedentes de la Invención El dióxido de carbono es producido de las corrientes de alimentación con alta pureza de C02 (cuyo término en la presente significa que tiene un contenido de dióxido de carbono de = 95%), donde tales corrientes están disponibles, usando tecnología de destilación. Los ejemplos de tales fuentes incluyen gases en plantas de amoníaco e hidrógeno, fuentes de fermentación y gases que ocurren naturalmente en pozos ricos de C02. Normalmente, el C02 líquido es producido en una planta central y después es transportado a los usuarios que podrían estar a centenares de millas, de tal modo incurren en altos costos de transportación. La falta de fuentes con altas concentraciones de dióxido de carbono y su distancia de los clientes proporciona la motivación para recuperar el C02 de las fuentes de concentración baja, que están generalmente disponibles más cerca de los sitios del cliente. Los ejemplos predominantes de tales fuentes son los gases de combustión, que contienen normalmente 3-25% de C02
dependiendo de las cantidades de combustible y exceso de aire usados para la combustión. Para producir corrientes de producto de alta concentración de C02 de las fuentes que tienen concentraciones relativamente más bajas de C02, la concentración de C02 en el gas de alimentación necesita ser mejorada significativamente para crear una corriente de concentración más alta que puede enviarse a una unidad de destilación. Una variedad de tecnologías — incluyendo membranas (PSA, VPSA. TSA), separación absorbente, absorción física y absorción química; pueden utilizarse para mejorar la pureza del C02. La economía (capital y costos de operación) del esquema total depende de la pureza de la alimentación, de las especificaciones de la pureza del producto y de la recuperación obtenida. Para las membranas, las separaciones absorbentes y la absorción física, el costo para obtener cierta pureza alta del producto es una función importante de la pureza de alimentación. Por otra parte, la absorción química proporciona un medio conveniente de obtener directamente el vapor de C02 de alta pureza (> 95 %) en una sola etapa debido a los costos de esta tecnología que son relativamente insensibles al contenido de alimentación de C02. Este vapor puede utilizarse es sus estado original o utilizarlo como alimentación para una planta de licuado de C02. La absorción química puede realizarse a través del uso de alcanolaminas así como sales de carbonato tales como carbonato
de potasio caliente. Sin embargo, al usar las sales de carbonato, es necesario que la presión parcial de C02 sea de por lo menos 15 psia para tener cualquier recuperación significativa. Puesto que los gases de combustión están normalmente disponibles a presión atmosférica, y la presión parcial de C02 en gases de combustión varía de aproximadamente 0.5 a 3 psia, el uso de. la absorción química con sales de carbonato requeriría la compresión del gas de alimentación. Esto es altamente inútil debido a la significante energía gastada en la compresión de nitrógeno que también está presente. Por otra parte, existen alcanolaminas que pueden proporcionar niveles adecuados de recuperación de C02 de fuentes pobres a presión atmosférica. Así para la recuperación de vapor de C02 (> 95 %) de alta pureza de fuentes tales como gases de combustión, se prefiere la absorción química con aminas. Las etapas importantes en el proceso de absorción química son la absorción de C02 del gas de combustión en una solución de amina a una temperatura relativamente baja (aproximadamente de 100°F), calentando la solución de amina rica en C02 resultante a aproximadamente 220°F, y posteriormente la disolución de C02 de la solución rica a temperaturas de aproximadamente 240°F usando vapor. El vapor consumido en la etapa de regeneración es el componente de costo más dominante, normalmente cuenta con aproximadamente 75% de los gastos de operación. Tres factores conducen principalmente el índice de consumo de vapor:
el calor de la reacción de C02 con amina, calor sensible requerido para calentar la solución absorbente rica en C02 a la temperatura deseada en la sección de regeneración, y el calor latente requerido para evaporar un poco de agua en el evaporador que proporciona la fuerza de impulso para disolver el C02 del absorbente rico en C02 que entra en el extractor. Así, sigue siendo necesarios los procesos que usan la absorción y la disolución para recuperar el dióxido de carbono de las fuentes de concentración baja del mismo, en las cuales se reduce el consumo de vapor por unidad de dióxido de carbono recuperada. Normalmente, los gases de combustión contienen cantidades significantes de oxígeno (>2%), que pueden causar la degradación de la amina y de otros componentes del absorbente. Los subproductos de degradación conducen a problemas de corrosión así como causan el deterioro significativo en el funcionamiento total, tal como una disminución en la recuperación del C02. Así, también permanece una necesidad de procesos para la recuperación de dióxido de carbono que combinan los aspectos mencionados anteriormente del consumo reducido de vapor con la degradación reducida inducida por oxígeno del absorbente. Breve Descripción de la Invención La presente invención comprende un método para la recuperación de dióxido de carbono que incluye las etapas de:
(A) hacer pasar un gas de alimentación que comprende dióxido de carbono y oxígeno en contacto a contracorriente con una solución absorbente que comprende agua, un componente de amina, y un componente orgánico seleccionado del grupo que consiste de alcanoles C!-Cs, etilenglicol, etilenglicol, monoetiléter de etilenglicol, dietilenglicol, propilenglicol, dipropilenglicol, polietilenglicoles y éteres de polietilenglicol de fórmula R4-0-(C2H40)n-R5 en donde n es 3 a 12, R4 es hidrógeno o metilo, R5 es hidrógeno o metilo, o R4 es fenilo y R5 es hidrógeno, polipropilenglicoles y éteres de polipropileno de a fórmula R6-0-(C3H60)p-R7 en donde n es 3 a 6, R6 es hidrógeno o metilo, R7 es hidrógeno o metilo, o R6 es fenilo y R7 es hidrógeno, acetamida que está sin sustituir o está N-sustituida con uno o dos grupos alquilo que contienen 1 ó 2 átomos de carbono, glicerol, sulfolano, dimetilsulfoxido, y mezclas de los mismos, y la transferencia de dióxido de carbono y oxígeno del gas en la solución absorbente para obtener una solución absorbente que contiene dióxido de carbono y oxígeno; (B) separar el oxígeno del dióxido de carbono y el oxígeno que contiene la solución absorbente para obtener una solución absorbente que contiene dióxido de carbono sin oxígeno; (C) calentar la solución absorbente que contiene dióxido de carbono sin contenido de oxígeno para obtener una solución absorbente calentada que contiene dióxido de carbono sin contenido de oxígeno; y
(D) separar la solución absorbente calentada que contiene dióxido de carbono sin contenido de oxígeno para obtener una corriente rica en dióxido de carbono y una solución absorbente regenerada . En una modalidad preferida, la solución absorbente regenerada obtenida en la etapa (D) es reciclada en la etapa (A) para comprender por lo menos una porción de la solución absorbente con la cual el gas de alimentación hace contacto en la etapa (A). Según lo utilizado en la presente, el término "columna de absorción" significa un dispositivo de transferencia de masa que permite que un solvente conveniente, es decir un absorbente, absorba selectivamente el absorbato de un fluido que contiene uno o más de otros componentes. Según lo utilizado en la presente, el término "columna de disolución" significa un dispositivo de transferencia de masa en donde un componente tal como el absorbato se separa del absorbente, generalmente a través de la aplicación de energía. Según lo utilizado en la presente el término "gas de barrido de oxígeno" significa un gas que tiene una concentración de oxígeno menor de 2 por ciento mol, preferiblemente menor de 0.5 por ciento mol, y que puede utilizarse para diluir adicionalmente el oxígeno disuelto de un fluido. Según lo utilizado en la presente, el término "porción superior" y "porción inferior" significa las secciones de una
columna respectiva arriba y debajo del punto medio de la columna. Según lo utilizado en la presente, el término "intercambio de calor indirecto" significa llevar dos fluidos a una relación de intercambio de calor sin ningún contacto o entremezclado físrco de fluidos entre sí. Breve Descripción del Dibujo La figura 1 es una representación esquemática de una modalidad de la invención. Descripción Detallada de la Invención Con referencia a la figura, la mezcla de gas de alimentación 1, que normalmente se ha enfriado y tratado por la reducción de partículas y de otras impurezas tal como óxidos de sulfuro (SOx) y óxidos de nitrógeno (NOx), se hace pasar al compresor o soplador 2 en donde se comprime a una presión generalmente dentro del intervalo de 14.7 a 30 libras por pulgada . cuadrada absoluta (psia). La mezcla de gas de alimentación 1 contiene generalmente de 2 a 5 por ciento mol de dióxido de carbono como el absórbate y tiene normalmente una concentración de dióxido de carbono dentro del intervalo de 3 a 25 por ciento mol. La mezcla de gas de alimentación 1 también contiene oxígeno en una concentración generalmente dentro del intervalo de menos de 1 a aproximadamente 18 por ciento mol. La mezcla de gas de alimentación 1 también puede contener uno o más de otros componentes tal como restos de hidrocarburos, nitrógeno,
monóxido de carbono, vapor de agua, óxidos de sulfuro, óxidos de nitrógeno y partículas. Una mezcla de gas de alimentación preferida es el gas de combustión, que se entiende es el gas obtenido en la combustión completa o parcial del material de hidrocarburo o carbohidrato con aire, oxígeno, o cualquier otra alimentación gaseosa que contenga oxígeno. La mezcla de gas.de alimentación comprimida 3 se hace pasar desde el soplador 2 dentro de la porción inferior de la columna de absorción 4 que es operada a una temperatura generalmente dentro del intervalo de 40 a 45°C en la parte superior de la columna y a una temperatura generalmente dentro del intervalo de 50 a 60°C en la parte inferior de la columna. La columna de absorción normalmente opera a una presión atmosférica de 1.5 atmósferas. El absorbente 6 se hace pasar a la porción superior de la columna de absorción 4. El absorbente 6 comprende agua, por lo menos una amina según lo definido en la presente, y un componente orgánico que es definido en la presente. Las aminas útiles en la invención son compuestos simples, y mezclas de compuestos, que conforman la fórmula NR1R2R3, en donde R1 es hidroxietilo, hidroxiisopropilo, u hidroxi-n-propilo, R2 es hidrógeno, hidroxietilo, hidroxiisopropilo, o hidroxi-n-propilo, y R3 es hidrógeno, metilo, etilo, hidroxietilo, hidroxiisopropilo, o hidroxi-n-propilo; o en donde R1 es 2-(2'-hidroxietoxi)-etilo, es decir, HO-CH2CH2OCH2CH2- y R2 y R3 son hidrógeno. Los
ejemplos preferidos de aminas que pueden usarse en el fluido absorbente 6 en la práctica de esta invención son monoetanolamina (también referida como "MEA"), dietanolamina, diisopropanolamina, metildietanolamina (también referida como "MDEA") y trietanolamina. Las concentraciones de la amina en el absorbente 6 están normalmente dentro del intervalo de 5 a 80 por ciento en peso, y preferiblemente de 10 a 50 por ciento en peso. Por ejemplo, una concentración preferida de monoetanolamina para uso en el fluido absorbente en la práctica de esta invención es de 5 a 25 por ciento en peso, más preferiblemente una concentración de 10 a 15 por ciento en peso. El absorbente 6 también contiene un componente orgánico además del componente de amina. El componente orgánico es uno o más de: alcanoles C 1 -C3, etilenglicol, monoetiléter de etilenglicol, d i et i I en g I icol , propilenglicol, dipropilenglicol, polietilenglicol o éter de polietilenglicol de a fórmula R4-0-(C2H40)n-R5 en donde n es 3 a 12, R4 es hidrógeno o metilo, R5 es hidrógeno o metilo, o R4 es fenilo y R5 es hidrógeno, polipropilenglicol o éter de polipropilenglicol de fórmula R6-0-(C3H460)p-R7 en donde n es 3 a 6, R6 es hidrógeno o metilo, R7 es hidrógeno o metilo, o R6 es fenilo y R7 es hidrógeno, acetamida está sin sustituir o N-sustituida con uno o dos grupos alquilo que contienen 1 o 2 átomos de carbono, glicerol, sulfolano, dimetilsulfóxido, y mezclas de los mismos. El
componente orgánico es soluble en agua, y líquido a condiciones estándares de 25°C a presión atmosférica. Los ejemplos de componentes orgánicos convenientes incluyen metanol, etanol, monoetiléter de etilenglicol, monofeniléter de d ieti leng licol , dimetilacetamida, y acetamida de N-etilo. Otros componentes orgánicos preferidos incluyen glicoles, éteres de glicol, los ya mencionados polietilenglicoles y éteres de los mismos, los ya mencionados anteriormente polipropilenglicoles y éteres de los mismos, glicerol y sulfolano. El componente orgánico y la cantidad del mismo son elegidos para satisfacer varios factores. Un factor primario es reducir las contribuciones de la solución absorbente del calor sensible y latente para requerimientos globales de vapor en la sección de regeneración. El calor latente se reduce a través de la reducción de la cantidad relativa de agua que necesita vaporizarse en la columna de disolución. Un factor relacionado es disminuir la capacidad de calor de la solución absorbente. Preferiblemente, la capacidad de calor deberá disminuirse por lo menos 10%, que se determina comparando la capacidad de calor de una solución que comprende agua más una o más aminas, pero ningún componente orgánico según lo definido en la presente, con la capacidad de calor de una solución idéntica que contiene la misma cantidad de las mismas una o más aminas, excepto que la parte de agua es sustituida con el componente orgánico. Normalmente el componente orgánico se elige a modo
que la capacidad de calor de la solución absorbente disminuya de aproximadamente 0.9-1 cal/g°C para el absorbente que comprende amina y agua pero sin el componente orgánico, a aproximadamente 0.65-0.9 cal/g°C para el absorbente que comprende amina, agua y el componente orgánico. La elección del componente orgánico particular deberá tomarse en consideración de varios otros factores. Un factor es la inflamabilidad, que es importante donde el absorbente hace contacto con un gas de combustión que contiene cantidades significativas de oxígeno en el absorbente. Por ejemplo, los alcoholes no son componentes orgánicos preferidos donde el gas de alimentación del cual el C02 debe recuperarse contiene suficiente oxígeno para presentar un ambiente altamente oxidante. Otro factor son las consideraciones ambientales, donde la corriente de gas que sale de la parte superior del absorbente 4 es venteado a la atmósfera sin el tratamiento adicional para retirar el componente orgánico o para modificar químicamente éste, por ejemplo por combustión. En tales situaciones, los componentes orgánicos deberán evitarse ya que pueden plantear peligros para la salud o pueden causar olor o degradación atmosférica. Aún otro factor es que el componente orgánico debe ser químicamente compatible con la amina (s) así como con los materiales usados en el sistema con el cual el componente orgánico puede venir hacer contacto, incluyendo no únicamente recipientes, bombas y líneas sino también juntas, sellos, válvulas
y otras partes. También importante en la selección del componente orgánico y de su cantidad es a) mantener la presión de vapor de la solución absorbente en los valores que minimizarán pérdidas de venteado absorbente, b) mantener o aumentar el índice de reacción de la solución absorbente con C02 en el absorbente, y c) reducir cualquier tendencia de la solución absorbente a espuma en el absorbente. La capacidad inferior de calor de la solución absorbente usada en esta invención puede resultar en una temperatura aumentada dentro del absorbente 4. Es por lo tanto necesario ajustar la composición de la solución para no permitir que la temperatura en el absorbente 4 exceda de 85°C y preferiblemente 75°C. También, la solución absorbente con el componente orgánico deberá formularse de modo que su punto de ebullición no llegue a ser tan alto que la dilución necesite ser operada a temperaturas arriba de aproximadamente 130°C en cualquier punto, para evitar la degradación térmica del absorbente de amina en el extractor. Tomando en cuenta todos los factores precedentes, las composiciones de la solución absorbente deberán estar en ros siguientes intervalos. El contenido total de amina deberá ser de 20 a 60 % en peso, y preferiblemente 25 a 50 % en peso. El total del componente orgánico deberá comprender de 10 a 50 % en peso, y preferiblemente de 25 a 40 % en peso. El agua deberá
comprender de 10 a 50 % en peso y preferiblemente 20 a 40 % en peso de la solución absorbente. Algunos ejemplos de las composiciones de soluciones absorbentes típicas que pueden utilizarse de acuerdo con la presente invención son: 30% en peso MEA, 30% en peso de etilenglicol , 40% en peso de agua 30% en peso de MEA, 40% de dietilenglicol, 30% en peso de agua 25% en peso de MEA, 25% en peso M DEA, 30% en peso de dietilenglicol, 20% en peso de agua 30% en peso de MEA, 20% en peso de MDEA, 30% en peso de dietilenglicol, 20% en peso de agua Dentro de la columna de absorción 4 la mezcla de gas de alimentación sube en flujo contracorriente contra el absorbente que fluye hacia abajo. La columna de absorción 4 contiene elementos de transferencia de masa o columna interna tal como empaque estructurado o aleatorio o bandejas. Como el gas de alimentación sube, la mayoría del dióxido de carbono dentro del gas de alimentación, cantidades pequeñas de oxígeno y otras especies tal como nitrógeno, se absorben dentro del líquido absorbente que fluye hacia abajo que resulta en vapor superior sin contenido de dióxido de carbono en la parte superior de la columna 4, y en dióxido de carbono cargado de absorbente que contiene oxígeno disuelto en el fondo de la columna 4. El vapor
superior es retirado de la porción superior de la columna 4 en la corriente 5 y el dióxido de carbono cargado de absorbente es retirado de la porción inferior de la columna 4 en la corriente 7. Un eliminador de niebla puede proporcionarse en la parte superior del absorbente para atrapar amina y/o el componente orgánico que es arrastrado en el gas de venteo absorbente 5, el cual es nitrógeno esencialmente enriquecido. Para ayudar en el retiro de amina y del componente orgánico, un agua de lavado podría utilizarse, ya sea en adición del eliminador de niebla o en vez del eliminador de niebla. El oxígeno disuelto causa eventualmente la degradación de aminas y de algunos componentes orgánicos, de tal modo que conducen a la corrosión y a otras dificultades de operación. El nivel de concentración del oxígeno disuelto en el dióxido de carbono cargado de absorbente es reducido después transportando el dióxido de carbono y oxígeno que contienen la corriente absorbente 7 a una etapa en la cual el oxigeno es retirado de la corriente. La eliminación completa es ideal pero no necesaria. Deberá lograrse la reducción de la concentración de oxígeno a menos de 2 ppm de oxígeno y preferiblemente a menos de 0.5 ppm ríe oxígeno. Una técnica preferida para el retiro de oxígeno es un vacío instantáneo según lo mostrado en la figura. En esta técnica, el dióxido de carbono y oxígeno que contiene la solución absorbente es alimentado a un tanque 102 en el cual la presión
en el espacio principal sobre la solución absorbente es mantenida sub-atmosférica, generalmente dentro del intervalo de 2 a 12 psia y preferiblemente dentro del intervalo de 2.5 a 6 psia, por operación de la bomba de vacío 104. Esta condición retira oxígeno y otros gases disueltos de la solución y fuera de la porción superior del tanque 102 vía la línea 103. El oxígeno puede también retirarse haciendo contacto con la solución con un gas por barrido de oxígeno en un dispositivo de transferencia de masa conveniente tal como una columna empacada, dispositivo de aspersión, o contactor de membrana en lugar de o en adición al tanque 102, pero preferiblemente localizado en el esquema de proceso donde está localizado el tanque 102. El equipo y metodología útil para la eliminación de oxígeno se describen en la Patente Norteamericana No..6,174,506 y Patente Norteamericana No. 6,165,433. Los ejemplos de gases por barrido de oxígeno útiles incluyen gases sin o muy poco oxígeno, por ejemplo nitrógeno, vapor de dióxido de carbono que sale de la sección de regeneración, o dióxido de carbono del tanque de almacenamiento. Es un aspecto importante de esta invención que la corriente 7 que comprende fluido no experimente ningún calentamiento entre su retiro de la columna de absorción 4 y su tratamiento para retirar oxígeno, o se caliente (en auxiliar de la técnica de retiro de oxígeno) pero no tanto que la temperatura de la corriente 7 exceda 160°F (71°C).
El dióxido de carbono resultante que contiene absorbente sin contenido de oxígeno, normalmente contiene menos de 2 ppm y de oxígeno y preferiblemente menos de 0.5 ppm de oxígeno, se retira de la porción inferior del tanque 102 en la corriente 105, pasado a la bomba líquida 8 y desde allí en la corriente 9 a y a través del intercambiador de calor 10 en donde es calentado por intercambio de calor indirecto a una temperatura generalmente dentro del intervalo de 90 a 120°C, preferiblemente de 100 a 110°C. El dióxido de carbono calentado que contiene absorbente es pasado del intercambiador de calor 10 en la corriente 11 en la porción superior de la columna de disolución 12, la cual opera a una temperatura normalmente dentro del intervalo de 100 a 110°C en la parte superior de la columna y en una temperatura normalmente dentro del intervalo de 119 a 125°C en el inferior de la columna. Mientras que el dióxido de carbono calentado cargado de absorbente fluye hacia abajo a través de la columna de disolución 12 sobre los elementos de transferencia de masa que pueden ser bandejas o empaque estructurado o aleatorio, el dióxido de carbono dentro del absorbente es diluido del absorbente dentro del vapor que fluye en forma ascendente, qxie es generalmente vapor, para producir la corriente de vapor superior rica en dióxido de carbono y dióxido de carbono sin contenido de líquido absorbente. La corriente de vapor superior rica en dióxido de carbono 13
es retirada de la porción superior de la columna de dilución 12 y pasada a través del condensador de reflujo 47 en donde es condensado parcialmente. La corriente bifásica resultante 14 es pasada al tambor de reflujo o separador de fase 15 en donde es separado en gas rico en dióxido de carbono y en condensado. El gas rico de dióxido de carbono es retirado del separador de fase 15 en la corriente 16 y recuperado como fluido de producto de dióxido de carbono que tiene una concentración de dióxido de carbono generalmente dentro del intervalo de 95 a 99.9 por ciento mol en una base seca. Por "recuperado" según lo utilizado en la presente significa recuperado como último producto o separado por cualquier razón tal como disposición, uso adicional, procesamiento o secuestro adicional. El dióxido de carbono (corriente 16 en la figura) es generalmente de alta pureza (> 98%). Dependiendo del uso deseado del dióxido de carbono, puede utilizarse sin la purificación adicional, y despu-és de la purificación adicional si es necesario (tal como cuando el uso deseado es adicional a la bebida o a otro producto comestible). Alternativamente, esta corriente puede alimentarse a una unidad de licuado para la producción de líquido C02 El condensado, que comprende principalmente agua, amina (s) y el componente orgánico, es retirado del separador de fase 15 en la corriente 17. Preferiblemente, esta corriente es pasada a través de la bomba líquida 18 y es alimentada como corriente 19 en la porción superior de la columna de dilución 12. Sin
embargo, la bomba 18 es innecesaria si el condensado puede fluir por gravedad a la columna de dilución. Alternativamente, esta corriente puede reintroducirse en el proceso en algún otra parte, por ejemplo en la corriente 20. La amina que contiene absorbente restante y componente orgánico y agua se retira de la porción inferior de la columna de dilución 12 en la corriente 20. Preferiblemente, este absorbente se recicla para comprender por lo menos una porción de la corriente 6 alimentada a la columna de absorción 4. Antes que, preferiblemente, la corriente 20 es pasada al evaporador 21 en donde es calentada por intercambio de calor indirecto a una temperatura normalmente dentro del intervalo de 119 a 125°C. En la modalidad de la invención ilustrada en la figura, el evaporador 21 es conducido por el vapor saturado 48 a una presión de 28 libras por pulgada cuadrada (psig) o más alto, el cual es retirado del evaporador 21 en la corriente 49. El calentamiento del absorbente que contiene amina y que contiene componente orgánico en el evaporador 21 dirige un poco de agua que es pasada como vapor en la corriente 22 del evaporador 21 en la porción inferior de la columna de dilución 12 en donde sirve como el vapor que fluye en forma ascendente antes mencionado. El absorbente que contiene amina y que contiene componente orgánico resultante es retirado del evaporador 21 en la corriente líquida 23. Según lo requerido, es decir,
continuamente o intermitentemente, una porción 24 de la corriente 23 es alimentada en el recuperador 25 donde este líquido es vaporizado. La adición de ceniza de sodio o sosa cáustica al recuperador 25 facilita la precipitación de cualquier degradación de subproductos y sales de amina estables calientes. La corriente 27 representa la disposición de cualquier degradación de subproductos y sales de amina estables calientes. La solución de amina vaporizada 26 puede reintroducirse en la columna de dilución 12 según lo mostrado en la figura. Puede también enfriarse y mezclarse directamente con la corriente 6 que entra en la parte superior de la columna de absorción 4. También, en vez del recuperador 25 mostrado en la figura, otros métodos de purificación tales como intercambio de ión o electrodiálisis podrían usarse. La porción restante 28 del absorbente que contiene amina calentada y que contienen componente orgánico 23 es pasado a la bomba solvente 35 y de allí en la corriente 29 y a través del intercambiador de calor 10 en donde sirve para llevar a cabo el calentamiento antes mencionado del dióxido de carbono que contiene absorbente y del cual emerge como absorbente enfriado 34. La corriente 34 es enfriada pasando a través del enfriador 37 a una temperatura de aproximadamente 40°C para formar la corriente absorbente adicionalmente enfriada 38. Una porción 40 de la corriente 38 es separada y pasada a través del filtro mecánico 41, de allí como corriente 42 a través del filtro del lecho
de carbono 43, y desde allí como corriente 44 a través del filtro mecánico 45, para el retiro de impurezas, sólidos, subproductos de degradación y sales de amina estables calientes. La corriente purificada resultante 46 se recombina con la corriente 39 la cual es el remanente de la corriente 38 para formar la corriente 55. El tanque de almacenamiento 30 contiene la composición de amina, la cual mientras es requerida es retirada del tanque de almacenamiento 30 en la corriente 31 y bombeada por la bomba líquida 32 como la corriente 33 en la corriente 55. Cuando es utilizada una segunda amina, el tanque de almacenamiento 50 contiene la composición para la segunda amina. La segunda amina es retirada del tanque de almacenamiento 50 en la corriente 51 y es bombeada por la bomba líquida 52 como corriente 53 en la corriente 55. Alternativamente, los compuestos de amina pueden premezclarse, y sostenerse en y dispensarse desde, pero en un tanque de almacenamiento. Las terceras y adicionales aminas pueden almacenarse en y dispensarse desde los tanques de almacenamiento adicional y tercero. El tanque de almacenamiento 60 contiene agua acumulada, la cual mientras es requerida es retirada del tanque de almacenamiento 60 en la corriente 61 y bombeada por la bomba líquida 62 como corriente 63 en la corriente 55. El tanque de almacenamiento 70 contiene acumulado para el componente orgánico, el cual mientras es requerido es retirado del tanque de almacenamiento 70 en la corriente 71 y bombeado por la bomba líquida 72 como corriente
73 en la corriente 55 para formar la corriente 6. La práctica de la presente invención produce varias ventajas significativas. En particular, menos energía se requiere, por unidad de dióxido de carbono tratado, para el calentamiento y evaporización que son inherentes en el proceso. Esto se cree que es debido a la cantidad más baja de energía requerida para evaporar el componente orgánico y la cantidad disminuida de agua presente que necesite evaporarse. También, el índice de circulación de las soluciones absorbentes que contienen el componente orgánico de la presente invención puede seguir siendo el mismo que el índice de circulación de la solución absorbente sin el componente orgánico.
Como una ilustración, con respecto a el consumo del vapor durante la regeneración, 30% en peso. La solución MEA requiere normalmente aproximadamente 4 MMBtu/ton métrica de C02 recuperado. Una solución absorbente con 30% en peso MEA, 30% en peso de etilenglicol (como componente orgánico referido en la presente), y 40% en peso de agua es previsto que requiere aproximadamente 3.2 MMBtu/ton métrica de C02 recuperado. Similarmente una mezcla acuosa de 30% en peso MEA y 20% en peso MDEA requiere aproximadamente 3.2 MMBtu/ton métrica de C02 recuperado. Una solución absorbente con 30% en peso MEA, 20% en peso MDEA, 30% en peso de dietilenglicol (como el componente orgánico referido en la presente), 20% en peso de
agua podría potencialmente bajar el consumo de vapor a aproximadamente 2.8 MMBtu/ton métrica de C02 recuperado. Con respecto a la capacidad de calor a una temperatura de aproximadamente 93°C, una solución MEA de 30% en peso tiene una capacidad de calor de 0.938 cal/g°G mientras que una solución absorbente con 30% en peso MEA, 30% en peso de etilenglicol y 40% en peso de agua tiene un valor correspondiente de 0.851 cal/g°C. Una mezcla acuosa de 30% en peso MEA y 20% en peso MDEA tiene una capacidad de calor de 0.87 cal/g°C mientras que un absorbente que consiste de 30% en peso MEA, 20% en peso MDEA, 30% en peso de dietilenglicol y 20% en peso de agua tiene un valor correspondiente de 0.744 cal/g°C.
Además, algunos componentes orgánicos, tales como etilenglicol, han sido mostrados para aumentar el índice de reacción de la solución absorbente con C02 así como reducir tendencias de espumado. El efecto combinado es un tamaño reducido de absorbente, que reduce finalmente los costos de capital. Un beneficio lateral de reducir el espumado aminora las dificultades operacionales.
En adición, el proceso de la presente invención no requiére la adición de inhibidores de la degradación oxidativa de la amina, debido a que el oxígeno es retirado efectivamente a un nivel en el cual la degradación oxidativa de la amina no es un riesgo.
Claims (18)
1. Método para recuperar el dióxido de carbono de un dióxido de carbono que contiene gas que comprende: (a) pasar un gas de alimentación que comprende dióxido de carbono y oxígeno en contacto contracorriente con una solución absorbente que comprende agua, un componente de aniina, y un componente orgánico seleccionado del grupo que consiste de alcanoles C1 -C3, etilenglicol, éter monometílico de etilenglicol, d ieti le ng I icol , propilenglicol, dipropilenglicol, polietilenglícoles y éteres de polietilenglicol de la fórmula R4-0 (C2H40)n-R5 en donde n es 3 a 12, R4 es hidrógeno o metilo, R5 es hidrógeno o metilo, o R4 es fenilo y R5 es hidrógeno, éteres de poliprolenglicol y polipropilenglicoles dé la fórmula R6 -O- (C3H60)p -R7 en donde n es 3 a 6, R6 es hidrógeno o metilo, R7 es hidrógeno o metilo, o R6 es fenilo y R7 es hidrógeno, acetamida la cual es sin sustituir o N-sustituida con uno o dos grupos alquilo que contienen 1 ó 2 átomos de carbono, glicerol, sulfolano, dimetilsulfoxido, y mezclas de los mismos, y transferencia de dióxido de carbono y oxígeno del gas en la solución absorbente para obtener un dióxido de carbono y oxígeno que contiene la solución absorbente; (B) separar el oxígeno del dióxido de carbono y oxígeno que contiene la solución absorbente para obtener un solución absorbente que contiene dióxido de carbono sin contenido de oxígeno; (C) calentar el solución absorbente que contiene dióxido de carbono sin contenido de oxígeno para obtener un solución absorbente que contiene dióxido de carbono sin contenido de oxígeno; y (D) separar el dióxido de carbono del dióxido de carbono sin contenido de oxígeno calentado que contiene la. solución absorbente para obtener una corriente rica en dióxido de carbono y una solución absorbente regenerada.
2. Método de la reivindicación 1, en donde el componente orgánico es seleccionado de etilenglicol, dietilenglicol, propilenglicol, dipropilenglicol, glicerol, y mezclas de los mismos.
3. Método de la reivindicación 1, en donde el componente de amina es seleccionado del grupo que consiste de los compuestos de la fórmula NR1R2R3 en donde R1 es hidroxietilo, hidroxiisopropilo, u hidroxi-n-propilo, R2 es hidrógeno, hidroxietilo, hidroxiisopropilo, o hidroxi-n-propilo, y R3 es hidrógeno, metilo, etilo, hidroxietilo, hidroxiisopropilo, o hidroxi-n-propilo; o en donde R1 es 2 (2'-hidroxietoxi)-etilo, es decir, HO-CH2CH2OCH2CH2- y R2 y R3 son hidrógeno, y mezclas de los mismos.
4. Método de la reivindicación 1, en donde el componente de amina comprende uno o más compuestos seleccionados del grupo que consiste de monoetanolamina, dietanolamina, diisopropanolamina, metildietanolamina, y trietanolamina.
5. Método de la reivindicación 1, en donde el solución absorbente que contiene dióxido de carbono sin contenido de oxígeno es calentado en la etapa (C) por intercambio de calor indirecto con la solución absorbente regenerada que es recuperada en la etapa (E).
6. Método de la reivindicación 1, que comprende separar el oxígeno del dióxido de carbono y el oxígeno que contiene la solución absorbente en la etapa (B) alimentando la solución a un tanque, en el cual la presión en la solución es sub-atmosférica.
7. Método de la reivindicación 1, que comprende separar el oxígeno del dióxido de carbono y de la solución absorbente que contiene oxígeno en la etapa (B) pasando el gas por barrido a través de la solución.
8. Método de la reivindicación 1, en donde la solución obtenida en la etapa (A) no es calentada antes de ser sometida a la etapa (B).
9. Método de la reivindicación 1, en donde la temperatura de la solución obtenida en la etapa (A) es mantenida debajo de 160°F antes de ser sometida a la etapa (B).
10. Método de la reivindicación 1, en donde la solución absorbente obtenida en la etapa (D) es reciclada a la etapa (A) que comprende por lo menos una porción de la solución absorbente con la cual el gas de alimentación hace contacto con la etapa (A).
11. Método de la reivindicación 10, en donde el componente orgánico es seleccionado del grupo que consiste de, etilenglicol, d ieti leng I icol , propilenglicol, dipropilenglicol, glicerol, y mezclas de los mismos.
12. Método de la reivindicación 10, en donde el componente de amina es seleccionado del grupo que consiste de los compuestos de la fórmula NR1R2R3 en donde R1 es hidroxietilo, hidroxiisopropilo, u hidroxi-n-propilo, R2 es hidrógeno, hidroxietilo, hidroxiisopropilo, o hidroxi-n-propilo, y R3 es hidrógeno, metilo, etilo, hidroxietilo, hidroxiisopropilo, o hidroxi-n-propilo; o en donde R1 es 2 (2'-hidroxietoxi)-etilo, 'es decir, HO-CH2CH2OCH2CH2- y R2 y R3 son hidrógeno, y mezclas de los mismos.
13. Método de la reivindicación 10, en donde el componente de amina comprende uno o más compuestos seleccionados del grupo que consiste de monoetanolamina, dietanolamina, diisopropanolamina, metildietanolamina, y trietanolamina.
14. Método de la reivindicación 10, en donde el dióxido de carbono que no contiene oxígeno que contiene la solución absorbente es calentado en la etapa (C) por intercambio de calor indirecto con la solución absorbente regenerada que es recuperada en la etapa (E).
15. Método de la reivindicación 10, que comprende la separación del dióxido de carbono y oxígeno que contiene la solución absorbente en la etapa (B) alimentando la solución a un tanque en el cual la presión en la solución es sub-atmosférica.
16. Método de la reivindicación 10, que comprende separar ei oxígeno del dióxido de carbono y oxígeno que contiene la solución absorbente en la etapa (B) pasando el gas por barrido a través de la solución.
17. Método de la reivindicación 10, en donde la solución obtenida en la etapa (A) no es calentada antes de ser sometida a la etapa (B).
18. Método de la reivindicación 10, en donde la temperatura de la solución obtenida en la etapa (A) es mantenida abajo de 160°F antes de ser sometida a la etapa (B).
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