WO2005087349A1 - Verfahren zum entfernen von kohlendioxid aus gasströmen mit niedrigen kohlendioxid-partialdrücken - Google Patents

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WO2005087349A1
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carbon dioxide
absorbent
gas stream
activator
methylpiperazine
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PCT/EP2005/002498
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Norbert Asprion
Iven Clausen
Ute Lichtfers
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Basf Aktiengesellschaft
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1493—Selection of liquid materials for use as absorbents
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Definitions

  • the present invention relates to a process for removing carbon dioxide from gas streams having low carbon dioxide partial pressures, in particular for removing carbon dioxide from flue gases.
  • aqueous solutions of organic bases e.g. As aikanolamine, used as an absorbent.
  • organic bases e.g. As aikanolamine
  • the absorbent can be regenerated by heating, releasing to a lower pressure or stripping, whereby the ionic products react back to sour gases and / or the acid gases are stripped off by means of steam. After the regeneration process, the absorbent can be reused.
  • Flue gases have very low carbon dioxide partial pressures since they are typically generated at a pressure near atmospheric and typically contain from 3 to 13% by volume of carbon dioxide.
  • the absorbent In order to achieve effective removal of carbon dioxide, the absorbent must have a high sour gas affinity, which usually means that the carbon dioxide absorption is highly exothermic. On the other hand, the high amount of absorption reaction enthalpy causes an increased energy expenditure in the regeneration of the absorbent.
  • EP-A 558 019 describes a process for removing carbon dioxide from combustion gases, in which the gas is reacted at atmospheric pressure with an aqueous solution of a sterically hindered amine, such as 2-amino-2-methyl-1-propanol, 2- (methylamino) - ethanol, 2- (ethylamino) ethanol, 2- (diethylamino) ethanol and 2- (2-hydroxyethyl) piperidine.
  • a sterically hindered amine such as 2-amino-2-methyl-1-propanol, 2- (methylamino) - ethanol, 2- (ethylamino) ethanol, 2- (diethylamino) ethanol and 2- (2-hydroxyethyl) piperidine.
  • EP-A 558 019 also describes a process in which the gas is heated at atmospheric pressure with an aqueous solution of an amine such as 2-amino-2-methyl-1,3-propanediol, 2-amino-2-methyl-1-propanol, 2-amino-2-ethyl-1,3-propanediol, t-butyldiethanolamine and 2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol, and an activator such as piperazine, piperidine, morpholine, glycine, 2-methylaminoethanol, 2- Piperidineethanol and 2-ethylaminoethanol.
  • an amine such as 2-amino-2-methyl-1,3-propanediol, 2-amino-2-methyl-1-propanol, 2-amino-2-ethyl-1,3-propanediol, t-butyldiethanolamine and 2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propane
  • EP-A 879 631 discloses a process for removing carbon dioxide from combustion gases, wherein the gas is treated at atmospheric pressure with an aqueous solution of one of a secondary and a tertiary amine.
  • EP-A 647 462 describes a process for the removal of carbon dioxide from combustion gases, in which the gas at atmospheric pressure with an aqueous solution of a tertiary alkanolamine and an activator, such as diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine; 2,2-Dimethyl-1,3-diaminopropane, hexamethylenediamine, 1,4-diaminobutane, 3,3-iminotrispropylamine, tris (2-aminoethyl) amine, N- (2-aminoethyl) piperazine, 2- (aminoethyl) ethanol, 2- (methylamino) ethanol, 2- (n-butylamino) ethanol.
  • an activator such as diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine; 2,2-Dimethyl-1,3-diaminopropane, hexamethylenediamine, 1,4-d
  • the object is achieved by a method for removing carbon dioxide from a gas stream in which the partial pressure of carbon dioxide in the gas stream less than 200 mbar, usually 20 to 150 mbar, bringing the gas stream with a liquid absorbent in contact, the one aqueous solution
  • the object is also achieved by a method for removing carbon dioxide from a gas stream in which the partial pressure of the carbon dioxide in the gas stream is less than 200 mbar, bringing the gas stream with a liquid absorbent in contact, which is an aqueous solution
  • tertiary aliphatic amine A is characterized by a reaction enthalpy ⁇ R H of the protonation reaction
  • the amine compound has the general formula
  • R a, R b, R a 'and R b' are independently selected from Ci-Ce alkyl groups, C 2 -C 6 - hydroxyalkyl groups or -C 6 -alkoxy-C 2 -C 6 alkyl groups are selected for X and a C 2 -C 6 -alkylene group, -X 1 -NR-X 2 - or -X 1 -OX 2 -, wherein X 1 and X 2 are independently C 2 -C 6 alkylene and R is a CrC ⁇ Alkyl group.
  • R a , R b , R a ' and R b' are independently methyl or ethyl.
  • X is preferably a C 2 -C 3 -alkylene group, -X 1 -NR-X 2 - or -X 1 -OX 2 -, in which X 1 and X 2 independently of one another represent C 2 -C 3 -alkylene groups and R represents a CC 2 alkyl group.
  • Particularly preferred amine compounds are NNN'.N'-tetramethylethylenediamine, NN-diethyl-N'.N'-dimethylethylenediamine, NNN'.N'-tetraethylethylenediamine, NNN'.N'-tetramethyl-1,3-propanediamine and NN N'.N'-tetraethylm .s-propanediamine and bis (dimethylaminoethyl) ether.
  • the activator is preferably selected from
  • activators are piperazine, 2-methylpiperazine, N-methylpiperazine, homopiperazine, piperidine and morpholine and 3-methylaminopropylamine.
  • component (A) it is also possible to use mixtures of different amine compounds or, as component (B), mixtures of different activators.
  • the amine compound preferably has a pK a value (measured at 25 ° C., 1 mol / l) of 9 to 11, in particular 9.3 to 10.5. In the case of polybasic amines, at least one pK a value is within the stated range.
  • the amine compounds used according to the invention are characterized by an amount of the reaction enthalpy ⁇ RH of the protonation reaction
  • reaction enthalpy ⁇ R H of the protonation reaction for methyldiethanolamine is about -35 kJ / mol.
  • reaction enthalpy ⁇ R H can be estimated from the pK values at different temperatures using the following equation with a good approximation:
  • amines having a relatively high amount of the reaction enthalpy ⁇ R H are suitable for the inventive method amines having a relatively high amount of the reaction enthalpy ⁇ R H. This is probably due to the fact that the temperature dependence of the equilibrium constant of the protonation reaction is proportional to the reaction enthalpy ⁇ H R. When amines with high reaction enthalpy ⁇ R H is the temperature dependence of the location is marked the protonation equilibrium stronger. Since the regeneration of the absorbent takes place at a higher temperature than the absorption step, it is possible to provide absorbents which, in the absorption step, allow effective removal of carbon dioxide even at low carbon dioxide partial pressures but can be regenerated with relatively little use of energy.
  • the concentration of the amine compound is 20 to 60 wt .-%, preferably 25 to 50 wt .-%, and the concentration of the activator 1 to 10 wt .-%, preferably 2 to 8 wt .-%, based on the total weight of absorbent.
  • the amines are used in the form of their aqueous solutions.
  • the solutions may additionally contain physical solvents, the z. B. are selected from cyclotetramethylenesulfone (sulfolane) and its derivatives, aliphatic acid amides (acetylmorpholine, N-formylmorpholine), N-alkylated pyrrolidones and corresponding piperidones such as N-methylpyrrolidone (NMP), propylene carbonate, methanol, dialkyl ethers of polyethylene glycols and mixtures thereof.
  • the absorbent according to the invention may contain further functional constituents, such as stabilizers, in particular antioxidants, cf. z. For example, DE 102004011427.
  • the gas stream is generally a gas stream formed in the following manner:
  • the oxidation can occur under flame appearance, d. H. as conventional combustion, or as oxidation without flames, z. B. in the form of a catalytic oxidation or partial oxidation, are performed.
  • Organic substances which are subjected to combustion are usually fossil fuels such as coal, natural gas, petroleum, gasoline, diesel, raffinates or kerosene, biodiesel or waste containing organic substances.
  • Starting materials of the catalytic (partial) oxidation are z. As methanol or methane, which can be converted to formic acid or formaldehyde.
  • Waste materials that undergo oxidation, composting or storage are typically household waste, plastic waste or packaging waste.
  • the combustion of organic substances usually takes place in conventional incinerators with air.
  • the composting and storage of organic substances containing waste materials is generally carried out in landfills.
  • the exhaust gas or the exhaust air of such systems can advantageously be treated by the method according to the invention.
  • Bacterial decomposition occurs e.g. in usual biogas plants.
  • the exhaust air of such systems can be advantageously treated by the method according to the invention.
  • the process is also suitable for treating the exhaust gases of fuel cells or chemical synthesis plants that use (partial) oxidation of organic substances.
  • the method of the invention can of course also be applied to unburned fossil gases, such as natural gas, for. B. so-called coal seam gases, d. H. Gases produced in the production of coal; which are collected and compressed to treat.
  • unburned fossil gases such as natural gas
  • coal seam gases d. H. Gases produced in the production of coal; which are collected and compressed to treat.
  • these gas streams contain less than 50 mg / m 3 of sulfur dioxide under normal conditions.
  • the starting gases can either have the pressure which corresponds approximately to the pressure of the ambient air, ie z. B. normal pressure or a pressure which deviates from normal pressure by up to 1 bar.
  • Devices suitable for carrying out the process according to the invention comprise at least one washing column, for.
  • packing, packing and tray columns, and / or other absorbers such as membrane contactors, Radialstrom scrubber, jet scrubber, Venturi scrubber and rotary scrubber.
  • absorbers such as membrane contactors, Radialstrom scrubber, jet scrubber, Venturi scrubber and rotary scrubber.
  • the treatment of the gas stream with the absorbent is preferably carried out in a wash column in countercurrent.
  • the gas stream is generally fed to the lower region and the absorbent into the upper region of the column.
  • washing columns made of plastic, such as polyolefins or polytetrafluoroethylene, or washing columns whose inner surface is wholly or partly lined with plastic or rubber.
  • membrane contactors with plastic housing are suitable.
  • the temperature of the absorbent in the absorption step is generally about 30 to 70 ° C, using a column, for example, 30 to 60 ° C at the top of the column and 40 to 70 ° C at the bottom of the column. It becomes a lean acid gas constituent, d. H. obtained a depleted in these components product gas (Beigas) and loaded with acidic gas components absorbent.
  • the loaded absorbent is regenerated by
  • the loaded absorbent is heated for regeneration and the released carbon dioxide is z. B. separated in a desorption column. Before the regenerated absorbent is reintroduced into the absorber, it is cooled to a suitable absorption temperature. In order to utilize the energy contained in the hot regenerated absorbent, it is preferred to preheat the loaded absorbent from the absorber by heat exchange with the hot regenerated absorbent. Due to the heat exchange, the loaded absorbent is brought to a higher temperature, so that in the regeneration step, a lower energy input is required. By the heat exchange can already partial regeneration of the loaded absorbent to release carbon dioxide.
  • the obtained gas-liquid-mixed-phase stream is passed into a phase separation vessel, from which the carbon dioxide is withdrawn; the liquid phase is passed to the desorption column for complete regeneration of the absorbent.
  • the released in the desorption column carbon dioxide is then compressed and z. B. fed to a pressure tank or sequestration.
  • a higher pressure e.g. B. 2 to 10 bar, preferably 2.5 to 5 bar perform.
  • the loaded absorbent is for this purpose compressed by means of a pump to the regeneration pressure and introduced into the desorption column.
  • the carbon dioxide accumulates in this way at a higher pressure level.
  • the pressure difference to the pressure level of the pressure tank is lower and one can possibly save a compression level.
  • a higher pressure during the regeneration causes a higher regeneration temperature. At higher regeneration temperature, a lower residual loading of the absorbent can be achieved.
  • the regeneration temperature is usually limited only by the thermal stability of the absorbent.
  • the flue gas Prior to the absorption treatment according to the invention, the flue gas is preferably subjected to a wash with an aqueous liquid, in particular with water, in order to cool the flue gas and to moisten it (quenching).
  • aqueous liquid in particular with water
  • dusts or gaseous impurities such as sulfur dioxide can be removed.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an apparatus suitable for carrying out the method according to the invention.
  • a suitably pretreated, carbon dioxide-containing combustion gas in an absorber 3 is brought into contact with the regenerated absorption medium which is supplied via the absorption medium line 5 via a feed line 1.
  • the absorbent removes carbon dioxide by absorption from the combustion gas;
  • a low-carbon clean gas is obtained via an exhaust pipe 7.
  • the absorber 3 may above the Absorptionsffeneintritts backwash floors or backwash sections, which are preferably equipped with packs (not shown), where separated by means of water or condensate entrained absorbent from the CO 2 -depleted gas.
  • the Liquid on the backwash tray is suitably recycled via an external cooler.
  • the carbon dioxide-laden absorbent is fed to a desorption column 13.
  • the loaded absorbent is heated and regenerated by means of a (not shown) Aufgenesisers.
  • the carbon dioxide liberated in the process leaves the desorption column 13 via the exhaust gas line 15.
  • the desorption column 13 can have backwash or backwash sections, which are preferably equipped with packings (not shown) above the absorption inlet, where absorbent carried by water or condensate is separated from the released CO 2 .
  • a heat exchanger with head distributor or capacitor may be provided.
  • the regenerated absorption medium is subsequently fed back to the absorption column 3 by means of a pump 17 via a heat exchanger 19.
  • MAPA 3-methylaminopropylamine Niax: 1-dimethylamino-2-dimethylaminoethoxyethane
  • Example 1 CO 2 mass transfer rate The mass transfer rate was determined in a laminar jet chamber with water vapor-saturated CO 2 at 1 bar and 50 ° C. or 70 ° C., blast chamber diameter 0.94 mm, jet length 1 to 8 cm, volume flow rate of the absorbent 1.8 ml / s Gas volume in normal cubic meters per surface of the absorbent, pressure and time indicated (Nm 3 / m 2 / bar / h).
  • the amount of carbon dioxide dissolved in the liquid phase was calculated after gas space correction of the gas phase.
  • the equilibrium measurements for the system CO 2 / MDEA / MAPA / water were carried out in the pressure range> 1 bar with a high-pressure equilibrium cell, in the pressure range ⁇ 1 bar the measurements were carried out with the aid of headspace chromatography.
  • the equilibrium data for the CO 2 / MDEA / piperazine / water system were determined using the Pitzer electrolyte approach (Kenneth S. Pitzer, Activity Coefficients in Electrolyte Solutions 2nd ed., CRC-Press, 1991, Chapt. 3, Ion Interaction Approach: Theory and Data Correlation; the parameters were adjusted to measured data).
  • the temperature in the absorber sump is 40 ° C.
  • the temperature in the desorber sump is 120 ° C.
  • the capacity of the absorbent was (i) calculated from the load (mol CO 2 per kg solution) at the intersection of the 40 ° equilibrium curve with the line of the constant feed gas CO 2 partial pressure of 13 kPa (loaded solution at the absorber sump in equilibrium). ; and (ii) from the intersection of the 120 ° equilibrium curve with the line of constant CO 2 partial pressure of 5 kPa (regenerated solution at desorber bottom in equilibrium).
  • the difference between the two loadings is the circulation capacity of the respective solvent.
  • a large capacity means that less solvent has to be circulated and thus the apparatuses such as pumps, heat exchangers and also the pipelines can be dimensioned smaller. Furthermore, the circulating amount also influences the energy required for regeneration.
  • Another measure of the application properties of an absorbent is the slope of the working line in the McCabe-Thiele diagram (or pX diagram) of the desorber.
  • the working line lies in the Usually very close to the equilibrium line, so that the slope of the equilibrium curve can be approximated to the slope of the working line.
  • a smaller amount of stripping steam is required to regenerate an absorbent having a large slope of the equilibrium curve.
  • the energy required to generate the stripping steam contributes significantly to the overall energy demand of the CO 2 absorption process.
  • the reciprocal of the slope is directly proportional to the required amount of steam per kilogram of absorbent. Dividing the reciprocal by the capacity of the absorbent, we obtain a comparison value that allows a relative statement of the amount of steam required per absorbed amount of CO 2 directly.
  • absorbers with a tertiary amine whose reaction enthalpy ⁇ R H of the protonation reaction is greater than that of methyldiethanolamine have a higher capacity and require a lower amount of steam for regeneration.

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Entfernen von Kohlendioxid aus einem Gasstrom, in dem der Partialdruck des Kohlendioxids im Gasstrom weniger als 200 mbar beträgt, wobei man den Gasstrom mit einem flüssigen Absorptionsmittel in Kontakt bringt, das eine wässrige Lösung (A) einer Aminverbindung mit wenigstens zwei tertiären Aminogruppen im Molekül und (B) eines Aktivators, der unter primären und sekundären Aminen ausgewählt ist, oder (A) eines tertiären aliphatischen Amins, dessen Reaktionsenthalpie ΔRH seiner Protonierung die größer ist als diejenige von Methyldiethanolamin, und (B) eines Aktivators, der unter 3-Methylaminopropylamin, Piperazin, 2-Methylpiperazin, N-Methylpiperazin, Homopiperazin, Piperidin und Morpholin ausgewählt ist, umfasst. Das Verfahren eignet sich besonders zur Behandlung von Rauchgasen. Die Erfindung betrifft auch ein Absorptionsmittel.

Description

Verfahren zum Entfernen von Kohlendioxid aus Gasströmen mit niedrigen Kohlendi- oxid-Partialdrücken
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Kohlendioxid aus Gasströmen mit niedrigen Kohlendioxid-Partialdrücken, insbesondere zum Entfernen von Kohlendioxid aus Rauchgasen.
Die Entfernung von Kohlendioxid aus Rauchgasen ist aus verschiedenen Gründen wünschenswert, insbesondere aber zur Verminderung der Emission von Kohlendioxid, die als Hauptursache für den so genannten Treibhauseffekt angesehen wird.
Im industriellen Maßstab werden zur Entfernung von Sauergasen, wie Kohlendioxid, aus Fluidströmen häufig wässrige Lösungen organischer Basen, z. B. Aikanolamine, als Absorptionsmittel eingesetzt. Beim Lösen von Sauergasen bilden sich dabei aus der Base und den Sauergasbestandteilen ionische Produkte. Das Absorptionsmittel kann durch Erwärmen, Entspannen auf einen niedrigeren Druck oder Strippen regeneriert werden, wobei die ionischen Produkte zu Sauergasen zurück reagieren und/oder die Sauergase mittels Dampf abgestrippt werden. Nach dem Regenerationsprozess kann das Absorptionsmittel wiederverwendet werden.
Rauchgase weisen sehr geringe Kohlendioxid-Partialdrücke auf, da sie in der Regel bei einem Druck nahe dem Atmosphärendruck anfallen und typischerweise 3 bis 13 Vol.-% Kohlendioxid enthalten. Um eine wirksame Entfernung von Kohlendioxid zu erreichen, muss das Absorptionsmittel eine hohe Sauergas-Affinität aufweisen, was in der Regel bedeutet, dass die Kohlendioxid-Absorption stark exotherm verläuft. Andererseits bedingt der hohe Betrag der Absorptionsreaktionsenthalpie einen erhöhten Energieaufwand bei der Regeneration des Absorptionsmittels.
Dan G. Chapel et al. empfehlen daher in ihrem Vortrag "Recovery of CO2 from Flue Gases: Commercial Trends" (vorgetragen beim Jahrestreffen der Canadian Society of Chemical Engineers, 4-6. Oktober, 1999, Saskatoon, Saskatchewan, Kanada), zur Minimierung der erforderlichen Regenerationsenergie ein Absorptionsmittel mit relativ niedriger Reaktionsenthalpie auszuwählen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren anzugeben, das eine weitgehende Entfernung von Kohlendioxid aus Gasströmen mit niedrigem Kohlendioxid- Partialdrücken gestattet und bei dem die Regeneration des Absorptionsmittels mit ver- gleichsweise geringem Energieaufwand möglich ist. Die EP-A 558 019 beschreibt ein Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid aus Verbrennungsgasen, bei dem das Gas bei Atmosphärendruck mit einer wässrigen Lösung eines sterisch gehinderten Amins, wie 2-Amino-2-methyl-1-propanol, 2-(Methylamino)- ethanol, 2-(Ethylamino)-ethanol, 2-(Diethylamino)-ethanol und 2-(2-Hydroxyethyl)- piperidin, behandelt wird. Die EP-A 558 019 beschreibt außerdem ein Verfahren, bei dem das Gas bei Atmosphärendruck mit einer wässrigen Lösung eines Amins wie 2- Amino-2-methyl-1 ,3-propandiol, 2-Amino-2-methyl-1-propanol, 2-Amino-2-ethyl-1 ,3- propandiol, t-Butyldiethanolamin und 2-Amino-2-hydroxymethyl-1 ,3-propandiol, und eines Aktivators wie Piperazin, Piperidin, Morpholin, Glycin, 2-Methylaminoethanol, 2- Piperidinethanol und 2-Ethylaminoethanol, behandelt wird.
Die EP-A 879 631 offenbart ein Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid aus Verbrennungsgasen, bei dem das Gas bei Atmosphärendruck mit einer wässrigen Lösung eines eines sekundären und eines tertiären Amins behandelt wird.
Die EP-A 647 462 beschreibt ein Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid aus Verbrennungsgasen, bei dem das Gas bei Atmosphärendruck mit einer wässrigen Lösung eines tertiären Alkanolamins und eines Aktivators, wie Diethylentriamin, Triethylen- tetramin, Tetraethylenpentamin; 2,2-Dimethyl-1 ,3-diaminopropan, Hexamethylen- diamin, 1 ,4-Diaminobutan, 3,3-lminotrispropylamin, Tris(2-aminoethyl)amin, N-(2- Aminoethyl)piperazin, 2-(Aminoethyl)ethanol, 2-(Methylamino)ethanol, 2-(n-Butyl- amino)ethanol, behandelt wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Entfernen von Kohlendioxid aus einem Gasstrom, in dem der Partialdruck des Kohlendioxids im Gasstrom weniger als 200 mbar, meist 20 bis 150 mbar, beträgt, wobei man den Gasstrom mit einem flüssigen Absorptionsmittel in Kontakt bringt, das eine wässrige Lösung
(A) einer Aminverbindung mit wenigstens zwei tertiären Aminogruppen im
Molekül und
(B) eines Aktivators, der unter primären und sekundären Aminen ausgewählt ist, umfasst.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zum Entfernen von Kohlendioxid aus einem Gasstrom, in dem der Partialdruck des Kohlendioxids im Gasstrom weniger als 200 mbar beträgt, wobei man den Gasstrom mit einem flüssigen Absorptionsmittel in Kontakt bringt, das eine wässrige Lösung
(A) eines tertiären aliphatischen Amins und (B) eines Aktivators, der unter 3-Methylaminopropylamin, Piperazin, 2-
Methylpiperazin, N-Methylpiperazin, Homopiperazin, Piperidin und Morpholin ausgewählt ist, umfasst,
wobei das tertiäre aliphatische Amin A gekennzeichnet ist durch eine Reaktionsenthalpie ΔRH der Protonierungsreaktion
A + H+ → AH+
die größer ist als diejenige von Methyldiethanolamin.
Vorzugsweise weist die Aminverbindung die allgemeine Formel
RaR N-X-NRaRb*
auf, worin Ra, Rb, Ra' und Rb' unabhängig voneinander unter Ci-Ce-Alkylgruppen, C2-C6- Hydroxyalkylgruppen oder CrC6-Alkoxy-C2-C6-alkylgruppen ausgewählt sind und X für eine C2-C6-Alkylengruppe, -X1-NR-X2- oder -X1-O-X2- steht, worin X1 und X2 unabhängig voneinander für C2-C6-Alkylengruppen stehen und R für eine CrCβ-Alkylgruppe steht.
In bevorzugten Ausführungsformen stehen Ra, Rb, Ra' und Rb' unabhängig voneinander für Methyl oder Ethyl.
X steht vorzugsweise für eine C2-C3-Alkylengruppe, -X1-NR-X2- oder -X1-O-X2-, worin X1 und X2 unabhängig voneinander für C2-C3-Alkylengruppen stehen und R für eine C C2-Alkylgruppe steht.
Besonders bevorzugte Aminverbindungen sind N.N.N'.N'-Tetramethylethylendiamin, N.N-Diethyl-N'.N'-dimethylethylendiamin, N.N.N'.N'-Tetraethylethylendiamin, N.N.N'.N'- Tetramethyl-1 ,3-propandiamin und N.N.N'.N'-TetraethyM .S-propandiamin sowie Bis(dimethylaminoethyl)ether.
Der Aktivator ist bevorzugt ausgewählt unter
a) 5- oder 6-gliedrigen gesättigten Heterocyclen mit wenigstens einer NH-Gruppe im Ring, die ein oder zwei weitere, unter Stickstoff und Sauerstoff ausgewählte Hetero- atome im Ring enthalten können, oder
b) Verbindungen der Formel R1-NH-R2-NH2, worin R1 für C C6-Alkyl steht und R2 für C2-C6-Alkylen steht.
Beispiele bevorzugter Aktivatoren sind Piperazin, 2-Methylpiperazin, N-Methylpiperazin, Homopiperazin, Piperidin und Morpholin sowie 3-Methylaminopropylamin. Als Komponente (A) können auch Gemische verschiedener Aminverbindungen bzw. als Komponente (B) Gemische verschiedener Aktivatoren verwendet werden. Vorzugsweise weist die Aminverbindung einen pKa-Wert (gemessen bei 25 °C; 1 mol/l) von 9 bis 11 , insbesondere 9,3 bis 10,5, auf. Bei mehrbasischen Aminen liegt wenigstens ein pKa-Wert im angegebenen Bereich.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Aminverbindungen sind gekennzeichnet durch ei- nen Betrag der Reaktionsenthalpie ΔRH der Protonierungsreaktion
A + H+ → AH+
(worin A für das tertiäre aliphatische Amin steht), der größer ist als derjenige von Me- thyldiethanolamin (bei 25 °C, 1013 mbar). Die Reaktionsenthalpie ΔRH der Protonierungsreaktion für Methyldiethanolamin beträgt etwa - 35 kJ/mol.
Die Reaktionsenthalpie ΔRH lässt sich nach der folgenden Gleichung mit guter Näherung aus den pK-Werten bei unterschiedlichen Temperaturen abschätzen:
ΔRH * R*(pK1-pK2)/(1/T1-1 T2)*ln(10)
Eine Zusammenstellung der nach der obigen Gleichung berechneten ΔRH-Werte verschiedener tertiärer Amine findet sich in der nachstehenden Tabelle:
Figure imgf000005_0001
Figure imgf000006_0001
Überraschenderweise eignen sich für das erfindungsgemäße Verfahren Amine mit einem relativ hohen Betrag der Reaktionsenthalpie ΔRH. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass die Temperaturabhängigkeit der Gleichgewichtskonstanten der Protonierungsreaktion proportional zur Reaktionsenthalpie ΔRH ist. Bei Aminen mit hoher Reaktionsenthalpie ΔRH ist die Temperaturabhängigkeit der Lage des Protonie- rungsgleichgewichts stärker ausgeprägt. Da die Regeneration des Absorptionsmittels bei höherer Temperatur erfolgt als der Absorptionsschritt, gelingt die Bereitstellung von Absorptionsmitteln, die im Absorptionsschritt eine wirksame Entfernung von Kohlendioxid selbst bei geringen Kohlendioxid-Partialdrücken erlauben, aber mit relativ geringem Energieeinsatz regeneriert werden können.
Üblicherweise beträgt die Konzentration der Aminverbindung 20 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 25 bis 50 Gew.-%, und die Konzentration des Aktivators 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 8 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Absorptionsmittels.
Die Amine werden in Form ihrer wässrigen Lösungen eingesetzt. Die Lösungen können zusätzlich physikalische Lösungsmittel enthalten, die z. B. ausgewählt sind unter Cyclotetramethylensulfon (Sulfolan) und dessen Derivaten, aliphatischen Säureamiden (Acetylmorpholin, N-Formylmorpholin), N-alkylierten Pyrrolidonen und entsprechenden Piperidonen, wie N-Methylpyrrolidon (NMP), Propylencarbonat, Methanol, Dialkylethern von Polyethylenglykolen und Gemischen davon. Das erfindungsgemäße Absorptionsmittel kann weitere funktioneile Bestandteile enthalten, wie Stabilisatoren, insbesondere Antioxidantien, vgl. z. B. die DE 102004011427.
Sofern vorhanden, werden beim erfindungsgemäßen Verfahren neben Kohlendioxid üblicherweise auch andere Sauergase, wie z. B. H2S, SO2, CS2, HCN, COS, NO2, HCI, Disulfide oder Mercaptane, aus dem Gasstrom entfernt.
Bei dem Gasstrom handelt es sich im Allgemeinen um einen Gasstrom, der auf folgende Weise gebildet wird:
a) Oxidation organischer Substanzen z. B. Rauchgase (flue gas), b) Kompostierung und Lagerung organische Substanzen enthaltender Abfallstoffe, oder c) bakterielle Zersetzung organischer Substanzen.
Die Oxidation kann unter Flammenerscheinung, d. h. als herkömmliche Verbrennung, oder als Oxidation ohne Flammenerscheinung, z. B. in Form einer katalytischen Oxidation oder Partialoxidation, durchgeführt werden. Organische Substanzen, die der Verbrennung unterworfen werden, sind üblicherweise fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdgas, Erdöl, Benzin, Diesel, Raffinate oder Kerosin, Biodiesel oder Abfallstoffe mit einem Gehalt an organischen Substanzen. Ausgangsstoffe der katalytischen (Partial-) Oxidation sind z. B. Methanol oder Methan, das zu Ameisensäure oder Formaldehyd umgesetzt werden kann.
Abfallstoffe, die der Oxidation, der Kompostierung oder Lagerung unterzogen werden, sind typischerweise Hausmüll, Kunststoffabfälle oder Verpackungsmüll.
Die Verbrennung der organische Substanzen erfolgt meistens in üblichen Verbrennungsanlagen mit Luft. Die Kompostierung und Lagerung organischer Substanzen enthaltender Abfallstoffe erfolgt im Allgemeinen auf Mülldeponien. Das Abgas bzw. die Abluft derartiger Anlagen kann vorteilhaft nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden.
Als organische Substanzen für bakterielle Zersetzung werden üblicherweise Stalldung, Stroh, Jauche, Klärschlamm, Fermentationsrückstände und dergleichen verwendet. Die bakterielle Zersetzung erfolgt z.B. in üblichen Biogasanlagen. Die Abluft derartiger Anlagen kann vorteilhaft nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden.
Das Verfahren eignet sich auch zur Behandlung der Abgase von Brennstoffzellen oder chemischer Syntheseanlagen, die sich einer (Partial-) Oxidation organischer Substan- zen bedienen.
Daneben kann das erfindungsgemäße Verfahren natürlich auch angewendet werden, um unverbrannte fossile Gase, wie Erdgas, z. B. so genannte Coal-seam-Gase, d. h. bei der Förderung von Kohle anfallende Gase; die gesammelt und komprimiert werden, zu behandeln.
Im Allgemeinen enthalten diese Gasströme bei Normalbedingungen weniger als 50 mg/m3 Schwefeldioxid. Die Ausgangsgase können entweder den Druck aufweisen, der etwa dem Druck der Umgebungsluft entspricht, also z. B. Normaldruck oder einen Druck der vom Normaldruck um bis zu 1 bar abweicht.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtungen umfassen wenigstens eine Waschkolonne, z. B. Füllkörper, Packungs- und Bodenkolonnen, und/oder andere Absorber wie Membrankontaktoren, Radialstromwäscher, Strahlwäscher, Venturi-Wäscher und Rotations-Sprühwäscher. Die Behandlung des Gasstroms mit dem Absorptionsmittel erfolgt dabei bevorzugt in einer Waschkolonne im Gegenstrom. Der Gasstrom wird dabei im Allgemeinen in den unteren Bereich und das Absorptionsmittel in den oberen Bereich der Kolonne eingespeist.
Geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind auch Waschkolonnen aus Kunststoff, wie Polyolefinen oder Polytetrafluorethylen, oder Waschkolon- nen, deren innere Oberfläche ganz oder teilweise mit Kunststoff oder Gummi ausgekleidet ist. Weiterhin eignen sich Membrankontaktoren mit Kunststoffgehäuse.
Die Temperatur des Absorptionsmittels beträgt im Absorptionsschritt im Allgemeinen etwa 30 bis 70°C, bei Verwendung einer Kolonne beispielsweise 30 bis 60°C am Kopf der Kolonne und 40 bis 70°C am Boden der Kolonne. Es wird ein an sauren Gasbestanteilen armes, d. h. ein an diesen Bestandteilen abgereichertes Produktgas (Beigas) und ein mit sauren Gasbestandteilen beladenes Absorptionsmittel erhalten.
Im Allgemeinen regeneriert man das beladene Absorptionsmittel durch
a) Erwärmung, z. B. auf 70 bis 110 °C, b) Entspannung, c) Strippen mit einem inerten Fluid
oder eine Kombination zweier oder aller dieser Maßnahmen.
In der Regel wird das beladene Absorptionsmittel zur Regeneration erwärmt und das freigesetzte Kohlendioxid wird z. B. in einer Desorptionskolonne abgetrennt. Bevor das regenerierte Absorptionsmittel wieder in den Absorber eingeführt wird, wird es auf eine geeignete Absorptionstemperatur abgekühlt. Um die im heißen regenerierten Absorptionsmittel enthaltene Energie auszunutzen, ist es bevorzugt, das beladene Absorptionsmittel aus dem Absorber durch Wärmetausch mit dem heißen regenerierten Absorptionsmittel vorzuerwärmen. Durch den Wärmetausch wird das beladene Absorptionsmittel auf eine höhere Temperatur gebracht, so dass im Regenerationsschritt ein geringerer Energieeinsatz erforderlich ist. Durch den Wärmetausch kann auch bereits eine teilweise Regenerierung des beladenen Absorptionsmittels unter Freisetzung von Kohlendioxid erfolgen. Der erhaltene gas-flüssig-gemischtphasige Strom wird in ein Phasentrenngefäß geleitet, aus dem das Kohlendioxid abgezogen wird; die Flüssigphase wird zur vollständigen Regeneration des Absorptionsmittels in die Desorptions- kolonne geleitet.
Vielfach wird das in der Desorptionskolonne freigesetzte Kohlendioxid anschließend verdichtet und z. B. einem Drucktank oder einer Sequestrierung zugeführt. In diesen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Regeneration des Absorptionsmittels bei einem hö- heren Druck, z. B. 2 bis 10 bar, vorzugsweise 2,5 bis 5 bar durchzuführen. Das beladene Absorptionsmittel wird hierzu mittels einer Pumpe auf den Regenerationsdruck verdichtet und in die Desorptionskolonne eingebracht. Das Kohlendioxid fällt auf diese Weise auf einem höheren Druckniveau an. Die Druckdifferenz zum Druckniveau des Drucktanks ist geringer und man kann unter Umständen eine Kompressionsstufe ein- sparen. Ein höherer Druck bei der Regeneration bedingt eine höhere Regenerationstemperatur. Bei höherer Regenerationstemperatur kann eine geringere Restbeladung des Absorptionsmittel erreicht werden. Die Regenerationstemperatur ist in der Regel nur durch die thermische Stabilität des Absorptionsmittels begrenzt.
Vor der erfindungsgemäßen Absorptionsmittel-Behandlung wird das Rauchgas vorzugsweise einer Wäsche mit einer wässrigen Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser, unterzogen, um das Rauchgas abzukühlen und zu befeuchten (quenchen). Bei der Wäsche können auch Stäube oder gasförmige Verunreinigungen wie Schwefeldioxid entfernt werden.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figur näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Anlage.
Gemäß Fig. 1 wird über eine Zuleitung 1 ein geeignet vorbehandeltes, Kohlendioxid enthaltendes Verbrennungsgas in einem Absorber 3 mit dem regenerierten Absorptionsmittel, das über die Absorptionsmittelleitung 5 zugeführt wird, im Gegenstrom in Kontakt gebracht. Das Absorptionsmittel entfernt Kohlendioxid durch Absorption aus dem Verbrennungsgas; dabei wird über eine Abgasleitung 7 ein an Kohlendioxid armes Reingas gewonnen. Der Absorber 3 kann oberhalb des Absorptionsmitteleintritts Rückwasch böden oder Rückwaschsektionen, die vorzugsweise mit Packungen ausgerüstet sind, aufweisen (nicht dargestellt), wo mit Hilfe von Wasser oder Kondensat mitgeführtes Absorptionsmittel aus dem CO2-abgereicherten Gas abgetrennt wird. Die Flüssigkeit auf dem Rückwaschboden wird geeigneterweise über einen externen Kühler recycliert.
Über eine Absorptionsmittelleitung 9 und ein Drosselventil 11 wird das mit Kohlendioxid beladene Absorptionsmittel einer Desorptionskolonne 13 zugeleitet. Im unteren Teil der Desorptionskolonne 13 wird das beladene Absorptionsmittel mittels eines (nicht dargestellten) Aufheizers erwärmt und regeneriert. Das dabei freigesetzte Kohlendioxid ver- lässt die Desorptionskolonne 13 über die Abgasleitung 15. Die Desorptionskolonne 13 kann oberhalb des Absorptionsmitteleintritts Rückwaschböden oder Rückwaschsektio- nen, die vorzugsweise mit Packungen ausgerüstet sind, aufweisen (nicht dargestellt), wo mit Hilfe von Wasser oder Kondensat mitgeführtes Absorptionsmittel aus dem freigesetzten CO2 abgetrennt wird. In der Leitung 15 kann ein Wärmetauscher mit Kopfverteiler oder Kondensator vorgesehen sein. Das regenerierte Absorptionsmittel wird anschließend mittels einer Pumpe 17 über einen Wärmetauscher 19 der Absorptions- kolonne 3 wieder zugeführt. Um die Akkumulierung von absorbierten Substanzen, die bei der Regenerierung nicht oder unvollständig ausgetrieben werden, oder von Zersetzungsprodukten im Absorptionsmittel zu vermeiden, kann man einen Teilstrom des aus der Desorptionskolonne 13 abgezogenen Absorptionsmittels einem Verdampfer zuführen, in dem schwerflüchtige Neben- und Zersetzungsprodukte als Rückstand anfallen und das reine Absorptionsmittel als Brüden abgezogen wird. Die kondensierten Brüden werden wieder dem Absorptionsmittelkreislauf zugeführt. Zweckmäßigerweise kann man dem Teilstrom eine Base, wie Kaliumhydroxid, zusetzen, welches z. B. mit Sulfatoder Chloridionen schwerflüchtige Salze bildet, die zusammen mit dem Verdampferrückstand dem System entzogen werden.
Beispiele
In den nachstehenden Beispielen werden folgende Abkürzungen verwendet: DMEA: N,N-Dimethylethanolamin
DEEA: N,N-Diethylethanolamin
TMPDA N.N.N'.N'-Tetramethylpropandiamin
MDEA: N-Methyldiethanolamin
MAPA: 3-Methylaminopropylamin Niax: 1-Dimethylamino-2-dimethylaminoethoxyethan
Alle Angaben in % sind gewichtsbezogen.
Beispiel 1 : CO2-Stoffübergangsgeschwindigkeit Die Stoffübergangsgeschwindigkeit wurde in einer Laminarstrahlkammer mit wasser- dampfgesättigtem CO2 bei 1 bar und 50°C bzw. 70°C, Strahlkammerdurchmesser 0,94 mm, Strahllänge 1 bis 8 cm, Volumenstrom des Absorptionsmittels 1 ,8 ml/s bestimmt und wird als Gasvolumen in Normalkubikmeter pro Oberfläche des Absorptionsmittels, Druck und Zeit angegeben (Nm3/m2/bar/h).
Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefasst. Die in der Tabelle angegebene CO2-Stoffübergangsgeschwindigkeit ist auf die CO2- Stoffübergangsgeschwindigkeit eines Vergleichsabsorptionsmittels bezogen, das 35 Gew.-% MDEA und 5 Gew.-% Piperazin enthält.
Tabelle 1 :
Figure imgf000011_0001
Beispiel 2: CO2-Aufnahmekapazität und Regenerations-Energiebedarf
Um die Kapazität verschiedener Absorptionsmittel für die Aufnahme von CO2 zu ermitteln und den Energieverbrauch bei der Regeneration der Absorptionsmittel abzuschät- zen, wurden zunächst Messwerte für die CO2-Beladung bei 40 und 120 °C unter Gleichgewichtsbedingungen bestimmt. Diese Messungen wurden für die Systeme CO2/Niax/MAPA/Wasser; CO2/TMPDA/MAPA/Wasser; CO2/DEEA/MAPA/Wasser; CO2/DMEA/MAPA/Wasser; CO2/Niax/Piperazin/Wasser; CO2/TMPDA/Piperazin/Wasser in einem Glas-Druckgefäß (Volumen = 110cm3 bzw. 230 cm3) durchgeführt, in dem man eine definierte Menge des Absorptionsmittels vorgelegte, evakuierte und bei konstanter Temperatur Kohlendioxid stufenweise über ein definiertes Gasvolumen zudosierte. Die in der Flüssigphase gelöste Menge Kohlendioxid wurde nach Gasraumkorrektur der Gasphase berechnet. Die Gleichgewichtsmessungen für das System CO2/MDEA/MAPA/Wasser wurden im Druckbereich > 1 bar mit einer Hochdruck-Gleichgewichtszelle ausgeführt, im Druckbereich < 1 bar wurden die Messungen mit Hilfe von Headspace-Chromatographie durchgeführt. Die Gleichgewichtsdaten für das System CO2/MDEA/Piperazin/Wasser wurden nach dem Elektrolyt- Ansatz nach Pitzer (Kenneth S. Pitzer, Activity Coefficients in Electrolyte Solutions 2nd ed., CRC-Press, 1991 , Chapt. 3, Ion Interaction Approach: Theory and Data Correlati- on; die Parameter wurden an Messdaten angepasst) berechnet.
Für die Abschätzung der Absorptionsmittel-Kapazität wurden folgende Annahmen ge- macht:
1. Der Absorber wird bei einem Gesamtdruck von einem bar mit einem CO2- haltigen Rauchgas von 0,13 bar CO2-Partialdruck (=13% CO2-Gehalt) beaufschlagt.
2. Im Absorbersumpf herrscht eine Temperatur von 40°C.
3. Bei der Regeneration herrscht im Desorbersumpf eine Temperatur von 120°C.
4. Im Absorbersumpf wird ein Gleichgewichtszustand erreicht, d.h. der Gleich- gewichtspartialdruck ist gleich dem Feedgas-Partialdruck von 13 kPa.
5. Bei der Desorption herrscht ein CO2-Partialdruck von 5 kPa im Desorbersumpf (Die Desorption wird typischerweise bei 200 kPa betrieben. Bei 120°C besitzt reines Wasser einen Partialdruck von etwa 198 kPa. In einer Aminlösung ist der Partialdruck von Wasser etwas geringer, deshalb wird ein CO2- Partialdruck von 5 kPa angenommen).
6. Bei der Desorption wird ein Gleichgewichtszustand erreicht.
Die Kapazität des Absorptionsmittels wurde (i) aus der Beladung (mol CO2 pro kg Lösung) am Schnittpunkt der 40°-Gleichgewichtskurve mit der Linie des konstanten Feed- gas-CO2-Partialdrucks von 13 kPa (beladene Lösung am Absorbersumpf im Gleichgewicht); und (ii) aus dem Schnittpunkt der 120°-Gleichgewichtskurve mit der Linie des konstanten CO2-Partialdrucks von 5 kPa (regenerierte Lösung am Desorbersumpf im Gleichgewicht) ermittelt. Die Differenz beider Beladungen ist die Kreislaufkapazität des jeweiligen Lösungsmittels. Eine große Kapazität bedeutet, dass weniger Lösungsmittel im Kreis gefahren werden muss und damit die Apparate wie z.B. Pumpen, Wärmetauscher aber auch die Rohrleitungen kleiner dimensioniert werden können. Weiterhin beeinflusst die Umlaufmenge auch die zum Regenerieren notwendige Energie.
Ein weiteres Maß für die Anwendungseigenschaften eines Absorptionsmittels ist die Steigung der Arbeitsgeraden im McCabe-Thiele-Diagramm (bzw. p-X-Diagramm) des Desorbers. Für die Verhältnisse im Sumpf des Desorbers liegt die Arbeitsgerade in der Regel sehr nahe bei der Gleichgewichtslinie, so dass die Steigung der Gleichgewichtskurve näherungsweise der Steigung der Arbeitsgerade gleichgesetzt werden kann. Bei konstanter Flüssigkeitsbelastung ist zur Regeneration eines Absorptionsmittels mit einer großen Steigung der Gleichgewichtskurve eine geringere Strippdampfmenge erforderlich. Der Energiebedarf zur Erzeugung des Strippdampfes trägt wesentlich zum Gesamtenergiebedarf des CO2-Absorptionsprozesses bei.
Zweckmäßigerweise gibt man den Reziprokwert der Steigung an, da dieser direkt proportional zur benötigten Dampfmenge pro Kilogramm Absorptionsmittel ist. Dividiert man den Reziprokwert durch die Kapazität des Absorptionsmittel, so erhält man einen Vergleichswert, der direkt eine relative Aussage über die benötigte Dampfmenge pro absorbierter CO2-Menge ermöglicht.
In der Tabelle 2 sind die Werte der Absorptionsmittel-Kapazität und des Dampfmen- genbedarfs auf das Gemisch von MDEA/Piperazin normiert. In der Tabelle 3 sind die Werte der Absorptionsmittel-Kapazität und des Dampfmengenbedarfs auf das Gemisch von MDEA MAPA normiert.
Man erkennt, dass Absorptionsmittel mit einem tertiären Amin, dessen Reaktions- enthalpie ΔRH der Protonierungsreaktion größer ist als diejenige von Methyldiethano- lamin, eine höhere Kapazität aufweisen und zur Regeneration eine niedrigere Dampfmenge erfordern.
Tabelle 2
Figure imgf000013_0001
Tabelle 3
Figure imgf000013_0002
Figure imgf000014_0001
*Vergleichsbeispiel

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Entfernen von Kohlendioxid aus einem Gasstrom, in dem der Partialdruck des Kohlendioxids im Gasstrom weniger als 200 mbar beträgt, wobei man den Gasstrom mit einem flüssigen Absorptionsmittel in Kontakt bringt, das eine wässrige Lösung
(A) einer Aminverbindung mit wenigstens zwei tertiären Aminogruppen im Molekül und (B) eines Aktivators, der unter primären und sekundären Aminen ausgewählt ist, umfasst.
2. Verfahren zum Entfernen von Kohlendioxid aus einem Gasstrom, in dem der Partialdruck des Kohlendioxids im Gasstrom weniger als 200 mbar beträgt, wobei man den Gasstrom mit einem flüssigen Absorptionsmittel in Kontakt bringt, das eine wässrige Lösung
(A) eines tertiären aliphatischen Amins und (B) eines Aktivators, der unter 3-Methylaminopropylamin, Piperazin, 2-Methyl- piperazin, N-Methylpiperazin, Homopiperazin, Piperidin und Morpholin ausgewählt ist, umfasst, wobei das tertiäre aliphatische Amin A gekennzeichnet ist durch eine Reaktionsenthalpie ΔRH der Protonierungsreaktion
A + H+ → AH+ die größer ist als diejenige von Methyldiethanolamin.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Aminverbindung die allgemeine Formel
RaRbN-X-NRa'Rb' aufweist, worin Ra, Rb, Ra' und Rb' unabhängig voneinander unter C C6-Alkyl- gruppen, C2-C6-Hydroxyalkylgruppen oder C1-C6-Alkoxy-C2-C6-alkylgruppen ausgewählt sind und X für eine C2-C6-Alkylengruppe, -X1-NR-X2- oder -X1-O-X2- steht, worin X1 und X2 unabhängig voneinander für C2-Cβ-Alkylengruppen stehen und R für eine C Ce-Alkylgruppe steht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Aminverbindung unter N.N.N'.N'- Tetramethylethylendiamin, N.N-Diethyl-N'.N'-dimethylethylendiamin, N.N.N'.N'- Tetraethylethylendiamin, N,N,N',N'-Tetramethyl-1 ,3-propandiamin N.N.N'.N'- Tetraethyl-1 ,3-propandiamin und Bis(dimethylaminoethyl)ether ausgewählt ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aktivator ausgewählt ist unter a) 5- oder 6-gliedrigen gesättigten Heterocyclen mit wenigstens einer NH-Gruppe im Ring oder b) Verbindungen der Formel R1-NH-R2-NH2, worin R1 für d-Cβ-Alkyl steht und R2 für C2-C6-Alkylen steht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Aktivator unter Piperazin, 2-Methyl- piperazin, N-Methylpiperazin, Homopiperazin, Piperidin und Morpholin ausgewählt ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei es sich bei dem Aktivator um 3-Methyl- aminopropylamin handelt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konzentration der Aminverbindung 20 bis 60 Gew.-% und die Konzentration des Aktivators 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Absorptionsmittels, beträgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gasstrom a) der Oxidation organischer Substanzen, b) der Kompostierung oder Lagerung organischer Substanzen enthaltender Abfallstoffe, oder c) der bakteriellen Zersetzung organischer Substanzen entstammt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei man das beladene Absorptionsmittel durch a) Erwärmung, b) Entspannung, c) Strippen mit einem inerten Fluid oder eine Kombination zweier oder aller dieser Maßnahmen regeneriert.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei man das beladene Absorptionsmittel durch Erwärmen bei einem Druck von 2 bis 10 bar regeneriert.
12. Absorptionsmittel zum Entfernen von Kohlendioxid aus einem Gasstrom, umfassend eine wässrige Lösung
(A) einer Aminverbindung der Formel RaRbN-X-NRaRb' worin Ra, Rb, Ra' und Rb' unabhängig voneinander unter CrC6-Alkyl- gruppen, C2-C6-Hydroxyalkylgruppen oder Ci-Ce-Alkoxy-C r alkylgruppen ausgewählt sind und X für eine C2-C6-Alkylengruppe, -X1-NR- X2- oder -X1-O-X2-steht, worin X1 und X2 unabhängig voneinander für C2- C6-Alkylengruppen stehen und R für eine CrC6-Alkylgruppe steht, und
(B) eines Aktivators, der unter primären und sekundären Aminen ausgewählt ist.
13. Absorptionsmittel zum Entfernen von Kohlendioxid aus einem Gasstrom, umfassend eine wässrige Lösung
(A) eines tertiären aliphatischen Amins und (B) eines Aktivators, der unter 3-Methylaminopropylamin, Piperazin, 2-Methyl- piperazin, N-Methylpiperazin, Homopiperazin, Piperidin und Morpholin ausgewählt ist, umfasst, wobei das tertiäre aliphatische Amin A gekennzeichnet ist durch eine Reaktionsenthalpie ΔRH der Protonierungsreaktion
A + H+ → AH+ die größer ist als diejenige von Methyldiethanolamin.
14. Absorptionsmittel nach Anspruch 13, wobei das tertiäre aliphatische Amin unter N,N-Diethylethanolamin, N,N-Dimethylethanolamin, 2-Diisopropylaminoethanol, N.N.N'.N'-Tetramethylethylendiamin, N,N-Diethyl-N',N'-dimethylethylendiamin, N.N.N'.N'-Tetraethylethylendiamin, N,N,N',N'-Tetramethyl-1 ,3-propandiamin N,N,N',N'-Tetraethyl-1 ,3-propandiamin und Bis(dimethylaminoethyl)ether ausgewählt ist.
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