WO2010139616A1 - Verfahren, absorptionsmedium und vorrichtung zur absorption von co2 aus gasmischungen - Google Patents

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Wolfgang Benesch
Hermann Winkler
Jens Reich
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Definitions

  • the invention relates to a method for the absorption of CO 2 from a gas mixture, as well as an absorption medium and an apparatus for carrying out the method.
  • the absorption of CO 2 from a gas mixture is of particular interest for the removal of carbon dioxide from flue gases, especially for a reduction of the CO 2
  • CO 2 is required for some processes and with the process according to the invention, CO 2 can be provided as starting material for these processes.
  • aqueous solutions of alkanolamines are usually used as the absorption medium for the absorption of CO 2 from a gas mixture.
  • the loaded absorption medium is regenerated by heating, depressurizing to a lower pressure or stripping, desorbing the carbon dioxide. After the regeneration process, the absorption medium can be reused.
  • the invention therefore relates to a process for the absorption of CO 2 from a gas mixture by contacting the gas mixture with an absorption medium comprising water and 2, 3-dihydro-2, 2, 4, 6-tetramethylpyridine.
  • the invention also provides an absorption medium comprising water, 2,3-dihydro-2, 2, 4, 6-tetramethylpyridine and at least one organic solvent in a homogeneous phase.
  • the invention also relates to a device for separating CO 2 from a gas mixture, comprising an absorption unit, a desorption unit and a circulating absorption medium, the water, 2, 3-dihydro-2, 2, 4, 6-tetramethylpyridine and comprising at least one homogeneous phase organic solvent.
  • absorption of CO 2 is accomplished by contacting a gas mixture with an absorption medium comprising water and 2,3-dihydro-2,2,4,6-tetramethylpyridine.
  • an absorption medium comprising water and 2,3-dihydro-2,2,4,6-tetramethylpyridine.
  • 2,3-Dihydro-2,2,4,6-tetramethylpyridine can be prepared from acetone and ammonia by the methods described in US Pat. Nos. 2,516,625 and 4,701,530.
  • the absorption medium may also contain one or more tautomers of 2, 3-dihydro-2, 2,4, 6-tetramethylpyridine, in particular 2, 5-dihydro-2 , 2,4,6-tetramethylpyridine, 1, 2-dihydro-2,2,4,6-tetramethylpyridine and 1,2,3,4-tetrahydro-2,2,6-trimethyl-4-methylene-pyridine.
  • the absorption medium preferably additionally comprises at least one water-miscible organic solvent in addition to water and 2,3-dihydro-2,2,6,6-tetramethylpyridine.
  • a water-miscible organic solvent denotes a solvent which dissolves to at least 10% by weight in water or which dissolves at least 10% by weight of water in the solvent.
  • Particularly preferred are water-miscible organic solvents which have no miscibility with water and are miscible in any ratio with water.
  • the absorption medium which comprises water, 2,3-dihydro-2,2,4,6-tetramethylpyridine and at least one water-miscible organic solvent, is single-phase.
  • the one-phase nature of the absorption medium can be determined by a suitable choice of the water-miscible organic solvents, as well as by a suitable choice of the proportions of water, 2, 3-dihydro-2,2,4,6-tetramethylpyridine and Water-miscible organic solvent can be achieved.
  • Embodiments with an absorption medium which comprises water, 2,3-dihydro-2,2,4,6-tetramethylpyridine and at least one water-miscible organic solvent in which the absorption medium is present in single-phase after the absorption of CO 2 are also preferred.
  • the single - phase nature of the absorption medium after CO 2 absorption can be influenced by the same factors as the single - phase nature of CO 2
  • Absorption medium before absorption and can be additionally influenced by the choice of the temperature and the pressure during the contacting of the gas mixture with the absorption medium.
  • the inventive method can be carried out in principle with any gas mixture containing CO2, in particular with combustion exhaust gases; Waste gases from biological processes such as composting, fermentation or sewage treatment plants; Exhaust gases from calcination processes, such as lime burning and cement production; Residual gases from blast furnace processes of iron production; Residual gases from chemical processes, such as exhaust gas from soot production or hydrogen production by steam reforming; CO 2 -containing natural gas and biogas; Synthesis gas; and CO 2 -containing gas streams in refinery processes.
  • combustion exhaust gases Waste gases from biological processes such as composting, fermentation or sewage treatment plants
  • Exhaust gases from calcination processes such as lime burning and cement production
  • Residual gases from blast furnace processes of iron production Residual gases from chemical processes, such as exhaust gas from soot production or hydrogen production by steam reforming
  • CO 2 -containing natural gas and biogas Synthesis gas
  • Synthesis gas Synthesis gas
  • CO 2 -containing gas streams in refinery processes.
  • the gas mixture is a combustion exhaust gas, more preferably a combustion exhaust gas containing from 1 to 60 vol .-% CO 2 , in particular from 2 to 20 vol .-% CO 2 .
  • the gas mixture is a combustion exhaust gas from a
  • Power plant process in particular a desulphurised combustion exhaust gas from a power plant process.
  • a desulphurised combustion exhaust gas from a power plant process all may be for power plant processes known desulfurization be used, preferably a gas scrubber with lime, with aqueous ammonia by the Walther method or by the Wellmann Lord method.
  • desulfurization be used, preferably a gas scrubber with lime, with aqueous ammonia by the Walther method or by the Wellmann Lord method.
  • the absorption of CO 2 from a gas mixture containing less than 10% by volume of O 2 , more preferably less than 6% by volume, of O 2 is preferably carried out in the process according to the invention.
  • the gas mixture is a natural gas or a biogas which contains, in addition to CO 2 as the main constituent methane, wherein the total amount of CO 2 and methane is preferably more than 50 vol .-% and in particular more than 80 vol .-%.
  • the absorption of CO 2 preferably at a temperature of the absorbing medium is in the range of 0 to 70 0 C, particularly preferably 20 to 6O 0 C is performed.
  • the temperature of the absorption medium is particularly preferably 30 to 6O 0 C when entering the column and 35 to 70 0 C when exiting the column.
  • the absorption of CO2 is preferably carried out at a pressure of the gas mixture in the range from 0.8 to 50 bar, more preferably 0.9 to 30 bar. In a particularly preferred embodiment, the absorption in a Total pressure of the gas mixture in the range of 0.8 to 1.5 bar, in particular 0.9 to 1.1 bar performed. This particularly preferred embodiment allows the absorption of CO2 from the combustion exhaust gas of a power plant without compression of the combustion exhaust gas.
  • CO2 absorbed in the absorption medium is desorbed again by increasing the temperature and / or reducing the pressure, and the absorption medium is used again for the absorption of CO2 after this desorption of CO2.
  • desorption may also be performed by stripping the CO2 laden absorption medium with a gas.
  • water may optionally be added to the absorption medium before it is reused for absorption.
  • Desorption it is possible to use all apparatus known from the prior art for the desorption of a gas from a liquid. Desorption is preferably carried out in a desorption column. Alternatively, the desorption of CO 2 can also be carried out in one or more flash evaporation stages.
  • the desorption of CO2 is preferably carried out at a temperature of the absorption medium in the range of 50 to 200 0 C, more preferably 80 to 150 0 C, performed.
  • the temperature at The desorption is preferably at least 20 0 C, more preferably at least 50 0 C, above the temperature during absorption.
  • the desorption of CO2 is preferably carried out at a total pressure in the gas phase in the range of 0.01 to 10 bar, in particular 0.1 to 5 bar.
  • the pressure during the desorption is preferably at least 1.5 bar, particularly preferably at least 4 bar, below the pressure during the absorption.
  • the pressure for the desorption of CO 2 may also be higher than for the absorption of CO 2 .
  • the pressure during the desorption of CO2 is preferably up to 5 bar, more preferably up to 3 bar above the pressure at the absorption of CO 2 .
  • the CO2 separated from the gas mixture can be compressed to a higher pressure than that of the gas mixture without the use of mechanical energy. By a higher pressure during the desorption, the single-phase of the absorption medium can be ensured.
  • the absorption medium according to the invention comprises water, 2, 3-dihydro-2, 2, 4, 6-tetramethylpyridine and at least one organic solvent in a homogeneous phase. Preference is given to using organic solvents which have a boiling point of more than 100 ° C. at 1 bar, more preferably more than 150 ° C. at 1 bar.
  • the absorption medium according to the invention preferably additionally comprises CO2.
  • the absorption medium according to the invention preferably contains water and organic solvent in a weight ratio in the range from 10: 1 to 1: 1, particularly preferably in the range from 5: 1 to 2: 1.
  • the weight ratio of organic solvent to 2, 3-Dihydro-2, 2, 4, 6-tetramethylpyridine is preferably in the range of 3: 1 to 1: 3, more preferably in the range of 2: 1 to 1: 2.
  • Particularly preferred are absorption media comprising 10 to 80% by weight of water, 5 to 50% by weight of 2, 3-dihydro-2,2,4,6-tetramethylpyridine and 5 to 50% by weight of organic solvent.
  • the absorption medium according to the invention contains as organic solvent sulfolane, CAS no. 126-33-0, preferably with a content of sulfolane of at least 5 wt .-%, particularly preferably at least 10 wt .-% and in particular at least 25 wt .-%.
  • the absorption medium according to the invention contains as organic solvent at least one ionic liquid, preferably with a content of ionic liquid of at least 5 wt .-%, particularly preferably at least 10 wt .-% and in particular at least 25 wt .-%.
  • An ionic liquid in the context of the invention is a salt of anions and cations or a mixture of such salts, wherein the salt or the mixture of salts has a melting point of less than 100 0 C.
  • the ionic liquid is one or more salts of organic cations with organic or inorganic anions. Mixtures of several salts with different organic cations and the same anion are particularly preferred.
  • R 1 R 2 R 3 S + (III)
  • R 1 R 2 N + C (NR 3 R 4 ) (NR 5 R 6 ) (IV)
  • R 1 R 2 N + C (NR 3 R 4 ) (XR 5 ) (V) in which
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 are the same or different and are hydrogen, a linear or branched aliphatic or olefinic hydrocarbon radical having 1 to 30 carbon atoms, a cycloaliphatic or cycloolefinic hydrocarbon radical having 5 to 40 carbon atoms, a aromatic hydrocarbon radical having 6 to 40 carbon atoms, an alkylaryl radical having 7 to 40 carbon atoms, a radical represented by one or more groups -O-, -NH-, -NR'-, -O-C (O) -, - (O) CO- , -NH-C (O) -, - (O) C -NH-, - (CH 3 ) NC (O) -, - (O) CN (CH 3 ) -, -S (O 2 ) -O- , -O-S (O 2 ) -, -S (O 2 ) -NH-,
  • R ' is an aliphatic or olefinic hydrocarbon radical having 1 to 30 carbon atoms
  • R 7 is a linear or branched alkylene radical containing 2 to 4 carbon atoms
  • n is from 1 to 200, preferably from 2 to 60,
  • R 8 is hydrogen, a linear or branched aliphatic or olefinic hydrocarbon radical having 1 to 30 carbon atoms, a cycloaliphatic or cycloolefinic hydrocarbon radical having 5 to 40 Carbon atoms, an aromatic hydrocarbon radical having 6 to 40 carbon atoms, an alkylaryl radical having 7 to 40 carbon atoms or a radical -C (O) -R 9 ,
  • R 9 is a linear or branched aliphatic or olefinic hydrocarbon radical having 1 to 30 carbon atoms, a cycloaliphatic or cycloolefinic hydrocarbon radical having 5 to 40 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon radical having 6 to 40 carbon atoms or an alkylaryl radical having 7 to 40 carbon atoms,
  • X is an oxygen atom or a sulfur atom
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 is other than hydrogen.
  • radicals R 1 to R 5 are preferably methyl groups and the radical R 6 is an ethyl group or an n-propyl group.
  • heteroaromatic cations having at least one quaternary nitrogen atom in the ring, which carries a radical R 1 as defined above, preferably substituted on the nitrogen atom derivatives of pyrrole, pyrazole, imidazole, oxazole, isoxazole, thiazole, isothiazole, pyridine, pyrimidine, pyrazine, indole , Quinoline, isoquinoline, cinnoline, quinoxaline or phthalazine.
  • Tetrafluoroborate hexafluorophosphate, nitrate, sulfate, Hydrogen sulfate, phosphate, hydrogen phosphate, dihydrogen phosphate, hydroxide, carbonate, bicarbonate and the halides, preferably chloride.
  • R a OS ⁇ 3 ⁇ , R a SO “, R a OPO 3 2" (R 3 O) are 3 2 PO 2 ", R a PO 3 2", R a COO ", R a 0" , (R 3 CO) 2 N “ , (R a SO 2 ) 2 N “ , NCN “ , R b 3 PF 3 - and R b BF 3 -, wherein R a is a linear or branched aliphatic hydrocarbon radical having 1 to 30 carbon atoms , a cycloaliphatic hydrocarbon radical having 5 to 40 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon radical having 6 to 40
  • the ionic liquid comprises one or more 1,3-dialkylimidazolium salts, the alkyl groups being particularly preferably selected independently of one another from methyl, ethyl, n-propyl, n-butyl and n-hexyl.
  • R 1 is an alkyl radical of 1 to 20 carbon atoms
  • R 2 is an alkyl radical of 1 to 4 carbon atoms
  • R 4 is an alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms or a radical (CH 2 CHRO) n -H where n
  • the absorption medium may contain additives, preferably corrosion inhibitors and / or wetting-promoting additives, in addition to the components already mentioned.
  • corrosion inhibitors in the process according to the invention it is possible to use all substances which are known to the person skilled in the art for processes for the absorption of CO 2 using alkanolamines as suitable corrosion inhibitors, in particular the corrosion inhibitors described in US Pat. No. 4,714,597.
  • wetting-demanding additive are preferably one or more surfactants from the group of nonionic
  • Surfactants zwitterionic surfactants and cationic surfactants used.
  • Suitable nonionic surfactants are alkylamine alkoxylates, amidoamines, alkanolamides, alkylphosphine oxides, alkyl-N-glucamides, alkylglucosides, bile acids, alkylalkoxylates, sorbitan esters, sorbitan ester ethoxylates, fatty alcohols, fatty acid ethoxylates, ester ethoxylates and polyethersiloxanes.
  • Suitable zwitterionic surfactants are betaines, alkylglycines, sultaines, amphopropionates, amphoacetates, tertiary amine oxides and silicobetaines.
  • Suitable cationic surfactants are quaternary ammonium salts having one or two substituents of 8 to 20 carbon atoms, especially corresponding tetraalkylammonium salts, alkylpyridinium salts, esterquats, diamidoamine quats, imidazolinium quats, alkoxyalkyl quats, benzyl quats and silicone quats.
  • the wetting-requiring additive comprises one or more nonionic surfactants of the general formula R (OCH 2 CHR ') m OH with m of 4 to 40, where R is an alkyl radical having 8 to 20 carbon atoms, an alkylaryl radical having 8 to 20
  • the wetting-requiring additive comprises a polyether-polysiloxane
  • A is a bivalent radical of the formula - [CH 2 CHR 3 -O] r -,
  • B is a bivalent radical of the formula - [Si (CH 3 ) 2 -O] s -,
  • Z is a divalent linear or branched alkylene radical having 2 to 20 carbon atoms and preferably - (CH 2 ) 3 -,
  • n 1 to 30,
  • radicals R 1 are radicals of the general formula -ZOAR 2 and the remaining radicals R 1 are methyl,
  • R 2 is hydrogen or an aliphatic or olefinic alkyl radical or acyl radical having 1 to 20 carbon atoms
  • R 3 is hydrogen or methyl.
  • the wetting-requiring additives are already known to the person skilled in the art as additives for aqueous solutions and can be prepared by processes known from the prior art.
  • a device according to the invention for the separation of CO 2 from a gas mixture comprises an absorption unit, a desorption unit and a recirculated absorption medium according to the invention.
  • the absorption unit of the device according to the invention is the apparatus described above for absorption in a method according to the invention.
  • the desorption unit of the device according to the invention is the apparatus described above for desorption in a method according to the invention.
  • the device according to the invention comprises an absorption unit and a desorption unit, as are known to those skilled in devices for the separation of CO 2 from a gas mixture using an alkanolamine.
  • the process according to the invention and the absorption media according to the invention enable a higher degree of loading of the absorption medium by the use of 2, 3-dihydro-2,2,6,6-tetramethylpyridine in the absorption medium compared to the known processes and absorption media, in particular compared to the alkanolamines used industrially CO2 in the absorption at low temperatures, the degree of loading in the sense of Invention refers to the molar ratio of CO2 to amine in the absorption medium.
  • the absorption medium of the process of the invention is less corrosive and exhibits a higher rate of chemisorption for CO2 than absorption media containing alkanolamines.
  • an improved carbon dioxide wherein the carbon dioxide in the meaning of the invention, the difference between the degree of loading of the absorption medium with CO2 after the absorption of CO2 and the degree of loading of the absorption medium with CO2 after the desorption of CO2.
  • absorption media according to the invention which in addition to water and 2, 3-dihydro-2, 2, 4, 6-tetramethylpyridine still contain at least one ionic liquid, the desorption of CO 2 can be carried out at higher temperatures and / or lower pressures, without In the desorption, a loss of solvent or by the evaporation of water to a precipitation of solid or a phase separation of the absorbent comes.
  • Example 1 was repeated with a mixture of 30 wt .-% monoethanolamine (MEA) and 70 wt .-% water

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Abstract

CO2 wird aus einer Gasmischung absorbiert durch in Kontakt bringen der Gasmischung mit einem Absorptionsmedium, das Wasser und 2,3-Dihydro-2,2,4,6-tetramethylpyridin umfasst. Erfindungsgemäße Absorptionsmedien umfassen Wasser, 2,3-Dihydro-2,2,4,6-tetramethylpyridin und mindestens ein organisches Lösungsmittel in homogener Phase. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abtrennung von CO2 aus einer Gasmischung umfasst eine Absorptionseinheit, eine Desorptionseinheit und ein im Kreislauf geführtes erfindungsgemäßes Absorptionsmedium.

Description

Verfahren, Absorptionsmedium und Vorrichtung zur Absorption von CO2 aus Gasmischungen
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absorption von CO2 aus einer Gasmischung, sowie ein Absorptionsmedium und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Absorption von CO2 aus einer Gasmischung ist von besonderem Interesse für die Entfernung von Kohlendioxid aus Rauchgasen, vor allem für eine Verminderung der
Emission von Kohlendioxid, die als Hauptursache für den so genannten Treibhauseffekt angesehen wird, aus Kraftwerksprozessen. Ebenso ist eine Absorption von CO2 von Interesse zur Entfernung von CO2 aus Erdgas, Biogas, Synthesegas oder Cθ2-haltigen Gasströmen in Raffinerien.
Außerdem wird für einige Prozesse Kohlendioxid benötigt und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann für diese Verfahren CO2 als Edukt bereit gestellt werden.
Stand der Technik
Im industriellen Maßstab werden zur Absorption von CO2 aus einer Gasmischung üblicherweise wässrige Lösungen von Alkanolaminen als Absorptionsmedium eingesetzt. Das beladene Absorptionsmedium wird durch Erwärmen, Entspannen auf einen niedrigeren Druck oder Strippen regeneriert, wobei das Kohlendioxid desorbiert wird. Nach dem Regenerationsprozess kann das Absorptionsmedium wieder verwendet werden. Diese Verfahren sind zum Beispiel in Rolker, J.; ArIt, W.; „Abtrennung von Kohlendioxid aus Rauchgasen mittels Absorption" in Chemie Ingenieur Technik 2006, 78, Seiten 416 bis 424 beschrieben. Diese Verfahren haben den Nachteil, dass zur Abtrennung von CO2 durch Absorption und nachfolgende Desorption relativ viel Energie benötigt wird und dass bei der Desorption nur ein Teil des absorbierten CO2 wieder desorbiert wird, so dass in einem Zyklus aus Absorption und Desorption der Anteil des zur Absorption von CO2 genutzten Alkanolamins gering ist. Darüber hinaus sind die verwendeten Absorptionsmedien stark korrosiv.
Die Verwendung von ionischen Flüssigkeiten zur Absorption von CO2 ist in X. Zhang et al . , „Screening of ionic Liquids to Capture CO2 by COSMO-RS and Experiments", AIChE Journal, Vol. 54, Seiten 2171 bis 2728 beschrieben.
Beschreibung der Erfindung
Es wurde nun überraschend gefunden, dass sich die Nachteile der bekannten Verfahren durch die Verwendung von 2 , 3-Dihydro-2 , 2 , 4 , 6-tetramethylpyridin zur Absorption von CO2 aus einer Gasmischung vermeiden lassen.
Gegenstand der Erfindung ist deshalb ein Verfahren zur Absorption von CO2 aus einer Gasmischung durch in Kontakt bringen der Gasmischung mit einem Absorptionsmedium, das Wasser und 2, 3-Dihydro-2, 2, 4, 6-tetramethylpyridin umfasst.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Absorptionsmedium, das Wasser, 2,3-Dihydro- 2 , 2 , 4 , 6-tetramethylpyridin und mindestens ein organisches Lösungsmittel in homogener Phase umfasst.
Gegenstand der Erfindung ist darüber hinaus auch eine Vorrichtung zur Abtrennung von CO2 aus einer Gasmischung, umfassend eine Absorptionseinheit, eine Desorptionseinheit und ein im Kreislauf geführtes Absorptionsmedium, das Wasser, 2, 3-Dihydro-2, 2, 4, 6-tetramethylpyridin und mindestens ein organisches Lösungsmittel in homogener Phase umfasst .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Absorption von CO2 durch in Kontakt Bringen einer Gasmischung mit einem Absorptionsmedium, das Wasser und 2,3-Dihydro- 2, 2, 4, 6-tetramethylpyridin umfasst. 2,3-Dihydro- 2 , 2 , 4 , 6-tetramethylpyridin kann nach den in US 2,516,625 und US 4,701,530 beschriebenen Verfahren aus Aceton und Ammoniak hergestellt werden.
Neben 2, 3-Dihydro-2, 2, 4, 6-tetramethylpyridin kann das Absorptionsmedium auch ein oder mehrere Tautomere von 2, 3-Dihydro-2, 2,4, 6-tetramethylpyridin enthalten, insbesondere 2, 5-Dihydro-2, 2,4, 6-tetramethylpyridin, 1, 2-Dihydro-2, 2, 4, 6-tetramethylpyridin und 1,2,3,4- Tetrahydro-2 , 2 , 6-trimethyl-4-methylenpyridin .
Vorzugsweise umfasst im erfindungsgemäßen Verfahren das Absorptionsmedium zusätzlich zu Wasser und 2,3-Dihydro- 2, 2, 4, 6-tetramethylpyridin noch mindestens ein mit Wasser mischbares organisches Lösungsmittel. Im Sinne der Erfindung bezeichnet der Begriff eines mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittels ein Lösungsmittel, dass sich zu mindestens 10 Gew.-% in Wasser löst oder das mindestens 10 Gew.-% Wasser im Lösungsmittel löst. Besonders bevorzugt sind mit Wasser mischbare organische Lösungsmittel, die keine Mischungslücke mit Wasser aufweisen und in jedem Verhältnis mit Wasser mischbar sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Absorptionsmedium, das Wasser, 2,3-Dihydro- 2 , 2 , 4 , 6-tetramethylpyridin und mindestens ein mit Wasser mischbares organisches Lösungsmittel umfasst, einphasig. Die Einphasigkeit des Absorptionsmediums kann durch eine geeignete Wahl der mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel, sowie durch eine geeignete Wahl der Anteile an Wasser, 2, 3-Dihydro-2, 2, 4, 6-tetramethylpyridin und mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel erreicht werden .
Ebenfalls bevorzugt sind Ausführungsformen mit einem Absorptionsmedium, das Wasser, 2,3-Dihydro- 2 , 2 , 4 , 6-tetramethylpyridin und mindestens ein mit Wasser mischbares organisches Lösungsmittel umfasst, bei denen das Absorptionsmedium nach der Absorption von CO2 einphasig vorliegt. Die Einphasigkeit des Absorptionsmediums nach der Absorption von CO2 kann mit den gleichen Faktoren beeinflusst werden, wie die Einphasigkeit des
Absorptionsmediums vor der Absorption und kann zusätzlich noch durch die Wahl der Temperatur und des Drucks während des in Kontakt Bringens der Gasmischung mit dem Absorptionsmedium beeinflusst werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann prinzipiell mit jeder Gasmischung durchgeführt werden, die CO2 enthält, insbesondere mit Verbrennungsabgasen; Abgasen aus biologischen Prozessen wie Kompostierungen, Fermentationen oder Kläranlagen; Abgasen aus Kalzinierprozessen, wie Kalkbrennen und der Zementherstellung; Restgasen aus Hochofenprozessen der Eisenherstellung; Restgasen aus chemischen Verfahren, wie Abgasen der Russherstellung oder der Wasserstoffherstellung durch Dampfreformierung; Cθ2-haltigem Erdgas und Biogas; Synthesegas; sowie CO2-haltigen Gasströmen in Raffinerieprozessen.
Vorzugsweise ist die Gasmischung ein Verbrennungsabgas, besonders bevorzugt ein Verbrennungsabgas, das von 1 bis 60 Vol.-% CO2, insbesondere von 2 bis 20 Vol.-% CO2 enthält. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Gasmischung ein Verbrennungsabgas aus einem
Kraftwerksprozess, insbesondere ein entschwefeltes Verbrennungsabgas aus einem Kraftwerksprozess . In der besonders bevorzugten Ausführungsform mit einem entschwefelten Verbrennungsabgas aus einem Kraftwerksprozess können alle für Kraftwerksprozesse bekannten Entschwefelungsverfahren verwendet werden, vorzugsweise eine Gaswäsche mit Kalkmilch, mit wässrigem Ammoniak nach dem Walther-Verfahren oder nach dem Wellmann- Lord-Verfahren. Vorzugsweise erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahren die Absorption von CO2 aus einer Gasmischung, die weniger als 10 Vol.-% O2, besonders bevorzugt weniger als 6 Vol.-% O2 enthält.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Gasmischung ein Erdgas oder ein Biogas, das neben CO2 als Hauptbestandteil Methan enthält, wobei die Gesamtmenge an CO2 und Methan vorzugsweise mehr als 50 Vol.-% und insbesondere mehr als 80 Vol.-% beträgt.
Um die Gasmischung mit dem Absorptionsmedium in Kontakt zu bringen können für das erfindungsgemäße Verfahren alle zum in Kontakt bringen einer Gasphase mit einer Flüssigphase geeigneten Apparate verwendet werden. Vorzugsweise werden aus dem Stand der Technik bekannte Gaswäscher oder Absorptionskolonnen verwendet, beispielsweise Membrankontaktoren, Radialstromwäscher, Strahlwäscher, Venturi-Wäscher, Rotations-Sprühwäscher Füllkörperkolonnen, Packungskolonnen und Bodenkolonnen. Besonders bevorzugt werden Absorptionskolonnen im Gegenstrombetrieb verwendet.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die Absorption von CO2 vorzugsweise bei einer Temperatur des Absorptionsmediums im Bereich von 0 bis 700C, besonders bevorzugt 20 bis 6O0C, durchgeführt. Bei Verwendung einer Absorptionskolonne im Gegenstrombetrieb beträgt die Temperatur des Absorptionsmediums besonders bevorzugt 30 bis 6O0C beim Eintritt in die Kolonne und 35 bis 700C beim Austritt aus der Kolonne.
Die Absorption von CO2 wird vorzugsweise bei einem Druck der Gasmischung im Bereich von 0,8 bis 50 bar, besonders bevorzugt 0,9 bis 30 bar, durchgeführt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Absorption bei einem Gesamtdruck der Gasmischung im Bereich von 0,8 bis 1,5 bar, insbesondere 0,9 bis 1,1 bar, durchgeführt. Diese besonders bevorzugte Ausführungsform ermöglicht die Absorption von CO2 aus dem Verbrennungsabgas eines Kraftwerks ohne Verdichtung des Verbrennungsabgases.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Absorptionsmedium absorbiertes CO2 durch Erhöhen der Temperatur und/oder Verringern des Drucks wieder desorbiert und das Absorptionsmedium nach dieser Desorption von CO2 wieder zur Absorption von CO2 verwendet. Durch einen solchen zyklischen Prozess aus Absorption und Desorption kann CO2 aus der Gasmischung ganz oder teilweise abgetrennt und getrennt von anderen Komponenten der Gasmischung erhalten werden.
Alternativ zum Erhöhen der Temperatur oder dem Verringern des Drucks oder zusätzlich zu einer Temperaturerhöhung und/oder Druckverringerung kann auch eine Desorption durch Strippen des mit CO2 beladenen Absorptionsmediums mit einem Gas durchgeführt werden.
Wenn bei der Desorption von CO2 zusätzlich auch Wasser aus dem Absorptionsmedium entfernt wird, kann dem Absorptionsmedium vor der Wiederverwendung zur Absorption gegebenenfalls noch Wasser zugesetzt werden.
Für die Desorption können alle Apparate verwendet werden, die aus dem Stand der Technik zur Desorption eines Gases aus einer Flüssigkeit bekannt sind. Vorzugsweise wird die Desorption in einer Desorptionskolonne durchgeführt. Alternativ kann die Desorption von CO2 auch in einer oder mehreren Flash-Verdampfungsstufen durchgeführt werden.
Bei einer Desorption durch Erhöhen der Temperatur wird die Desorption von CO2 vorzugsweise bei einer Temperatur des Absorptionsmediums im Bereich von 50 bis 2000C, besonders bevorzugt 80 bis 1500C, durchgeführt. Die Temperatur bei der Desorption liegt dabei vorzugsweise mindestens 20 0C, besonders bevorzugt mindestens 50 0C, oberhalb der Temperatur bei der Absorption.
Bei einer Desorption durch Verringern des Drucks wird die Desorption von CO2 vorzugsweise bei einem Gesamtdruck in der Gasphase im Bereich von 0,01 bis 10 bar, insbesondere 0,1 bis 5 bar, durchgeführt. Der Druck bei der Desorption liegt dabei vorzugsweise mindestens 1,5 bar, besonders bevorzugt mindestens 4 bar, unterhalb des Drucks bei der Absorption.
Bei einer Desorption durch Erhöhen der Temperatur kann der Druck bei der Desorption von CO2 auch höher sein als bei der Absorption von CO2. Bei dieser Ausführungsform liegt der Druck bei der Desorption von CO2 vorzugsweise bis zu 5 bar, besonders bevorzugt bis zu 3 bar oberhalb des Drucks bei der Absorption von CO2. Mit dieser Ausführungsform kann das aus der Gasmischung abgetrennte CO2 ohne Einsatz von mechanischer Energie auf einen höheren Druck als den der Gasmischung verdichtet werden. Durch einen höheren Druck bei der Desorption kann die Einphasigkeit des Absorptionsmediums gewährleistet werden.
Das erfindungsgemäße Absorptionsmedium umfasst Wasser, 2 , 3-Dihydro-2 , 2 , 4 , 6-tetramethylpyridin und mindestens ein organisches Lösungsmittel in homogener Phase. Bevorzugt werden organische Lösungsmittel verwendet, die einen Siedepunkt von mehr als 1000C bei 1 bar, besonders bevorzugt mehr als 1500C bei 1 bar, aufweisen. Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Absorptionsmedium zusätzlich noch CO2.
Das erfindungsgemäße Absorptionsmedium enthält Wasser und organisches Lösungsmittel vorzugsweise in einem Gewichtsverhältnis im Bereich von 10:1 bis 1:1, besonders bevorzugt im Bereich von 5:1 bis 2:1. Das Gewichtsverhältnis von organischem Lösungsmittel zu 2 , 3-Dihydro-2 , 2 , 4 , 6-tetramethylpyridin liegt vorzugsweise im Bereich von 3:1 bis 1:3, besonders bevorzugt im Bereich von 2:1 bis 1:2. Besonders bevorzugt sind Absorptionsmedien, die 10 bis 80 Gew.-% Wasser, 5 bis 50 Gew.-% 2, 3-Dihydro-2, 2, 4, 6-tetramethylpyridin und 5 bis 50 Gew.-% organisches Lösungsmittel umfassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das erfindungsgemäße Absorptionsmedium als organisches Lösungsmittel Sulfolan, CAS-Nr. 126-33-0, vorzugsweise mit einem Anteil an Sulfolan von mindestens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 10 Gew.-% und insbesondere mindestens 25 Gew.-%.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das erfindungsgemäße Absorptionsmedium als organisches Lösungsmittel mindestens eine ionische Flüssigkeit, vorzugsweise mit einem Anteil an ionischer Flüssigkeit von mindestens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 10 Gew.-% und insbesondere mindestens 25 Gew.-%.
Eine ionische Flüssigkeit im Sinne der Erfindung ist ein Salz aus Anionen und Kationen oder eine Mischung von solchen Salzen, wobei das Salz bzw. die Mischung von Salzen einen Schmelzpunkt von weniger als 1000C aufweist. Vorzugsweise besteht die ionische Flüssigkeit aus einem oder mehreren Salzen von organischen Kationen mit organischen oder anorganischen Anionen. Mischungen aus mehreren Salzen mit unterschiedlichen organischen Kationen und gleichem Anion sind besonders bevorzugt.
Als organische Kationen eignen sich insbesondere Kationen der allgemeinen Formeln (I) bis (V) :
R1R2R3R4N+ (I)
R1R2R3R4P+ (I)
R1R2R3S+ (III) R1R2N+=C (NR3R4 ) (NR5R6 ) ( IV)
R1R2N+=C (NR3R4 ) (XR5 ) (V) in denen
R1, R2, R3, R4, R5, R6 gleich oder unterschiedlich sind und Wasserstoff, einen linearen oder verzweigten aliphatischen oder olefinischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, einen cycloaliphatischen oder cycloolefinischen Kohlenwasserstoffrest mit 5 bis 40 Kohlenstoffatomen, einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 40 Kohlenstoffatomen, einen Alkylarylrest mit 7 bis 40 Kohlenstoffatomen, einen durch eine oder mehrere Gruppen -0-, -NH-, -NR'-, -0-C(O)-, -(O)C-O-, -NH-C(O)-, -(O)C-NH-, -(CH3)N-C(O)-, -(O)C-N(CH3)-, -S(02)-0-, -0-S(O2)-, -S (O2) -NH-, -NH-S(O2)-, -S (O2) -N (CH3) - oder -N (CH3) -S (O2) -, unterbrochenen linearen oder verzweigten aliphatischen oder olefinischen Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 30 Kohlenstoffatomen, einen endständig durch OH, OR' , NH2, N(H)R' oder N (R' ) 2 funktionalisierten linearen oder verzweigten aliphatischen oder olefinischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen oder einen blockweise oder statistisch aufgebauten Polyetherrest der Formel -(R7-O)n~R8 bedeuten, wobei für Kationen der Formel (V) R5 nicht Wasserstoff ist,
R' ein aliphatischer oder olefinischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen ist,
R7 ein 2 bis 4 Kohlenstoffatome enthaltender linearer oder verzweigter Alkylenrest ist,
n von 1 bis 200, vorzugsweise 2 bis 60, ist,
R8 Wasserstoff, ein linearer oder verzweigter aliphatischer oder olefinischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, ein cycloaliphatischer oder cycloolefinischer Kohlenwasserstoffrest mit 5 bis 40 Kohlenstoffatomen, ein aromatischer Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 40 Kohlenstoffatomen, ein Alkylarylrest mit 7 bis 40 Kohlenstoffatomen oder ein Rest -C(O)-R9 ist,
R9 ein linearer oder verzweigter aliphatischer oder olefinischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, ein cycloaliphatischer oder cycloolefinischer Kohlenwasserstoffrest mit 5 bis 40 Kohlenstoffatomen, ein aromatischer Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 40 Kohlenstoffatomen oder ein Alkylarylrest mit 7 bis 40 Kohlenstoffatomen ist,
X ein Sauerstoffatom oder ein Schwefelatom ist, und
wobei mindestens einer und vorzugsweise jeder der Reste R1, R2, R3, R4, R5 und R6 von Wasserstoff verschieden ist.
Ebenso geeignet sind Kationen der Formeln (I) bis (V), in denen die Reste R1 und R3 zusammen einen 4- bis
10-gliedrigen, vorzugsweise 5- bis 6-gliedrigen, Ring bilden .
In den Kationen der Formel (IV) sind vorzugsweise die Reste R1 bis R5 Methylgruppen und der Rest R6 eine Ethylgruppe oder eine n-Propylgruppe .
In den Kationen der Formel (V) sind vorzugswesie die Reste R1 bis R4 Methylgruppen.
Ebenfalls geeignet sind heteroaromatische Kationen mit mindestens einem quaternären Stickstoffatom im Ring, das einen wie oben definierten Rest R1 trägt, vorzugsweise am Stickstoffatom substituierte Derivate von Pyrrol, Pyrazol, Imidazol, Oxazol, Isoxazol, Thiazol, Isothiazol, Pyridin, Pyrimidin, Pyrazin, Indol, Chinolin, Isochinolin, Cinnolin, Chinoxalin oder Phthalazin.
Als anorganische Anionen eignen sich insbesondere
Tetrafluoroborat, Hexafluorophosphat, Nitrat, Sulfat, Hydrogensulfat, Phosphat, Hydrogenphosphat, Dihydrogenphosphat, Hydroxid, Carbonat, Hydrogencarbonat und die Halogenide, vorzugsweise Chlorid.
Als organische Anionen eignen sich insbesondere RaOSθ3~, RaSO3 ", RaOPO3 2", (R3O)2PO2 ", RaPO3 2", RaCOO", Ra0", (R3CO)2N", (RaSO2)2N", NCN", Rb 3PF3- und RbBF3-, wobei Ra ein linearer oder verzweigter aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, ein cycloaliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit 5 bis 40 Kohlenstoffatomen, ein aromatischer Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 40
Kohlenstoffatomen, ein Alkylarylrest mit 7 bis 40 Kohlenstoffatomen oder ein linearer oder verzweigter Perfluoralkylrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen ist und Rb ein Perfluoralkylrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die ionische Flüssigkeit ein oder mehrere 1, 3-Dialkylimidazoliumsalze, wobei die Alkylgruppen besonders bevorzugt unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl und n-Hexyl .
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die ionische Flüssigkeit ein oder mehrere quaternäre Ammoniumsalze mit einem einwertigen Anion und Kationen der allgemeinen Formel (I) worin R1 ein Alkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, R2 ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, R3 ein Rest (CH2CHRO)n-H mit n von 1 bis 200 und R = H oder CH3 und R4 ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder ein Rest (CH2CHRO)n-H mit n von 1 bis 200 und R = H oder CH3 ist .
Verfahren zur Herstellung der ionischen Flüssigkeiten sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt. Im erfindungsgemäßen Verfahren werden bevorzugt die oben beschriebenen erfindungsgemäßen Absorptionsmedien verwendet .
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann das Absorptionsmedium zusätzlich zu den bereits genannten Komponenten noch Additive, vorzugsweise Korrosionsinhibitoren und/oder benetzungsfordernde Additive enthalten.
Als Korrosionsinhibitoren können im erfindungsgemäßen Verfahren alle Stoffe verwendet werden, die dem Fachmann für Verfahren zur Absorption von CO2 unter Verwendung von Alkanolaminen als geeignete Korrosionsinhibitoren bekannt sind, insbesondere die in US 4,714,597 beschriebenen Korrosionsinhibitoren .
Als benetzungsforderndes Addditiv werden vorzugsweise ein oder mehrere Tenside aus der Gruppe der nichtionischen
Tenside, zwitterionischen Tenside und kationischen Tenside verwendet .
Geeignete nichtionische Tenside sind Alkylaminalkoxylate, Amidoamine, Alkanolamide, Alkylphosphinoxide, Alkyl- N-glucamide, Alkylglucoside, Gallensäuren, Alkylalkoxylate, Sorbitanester, Sorbitanesterethoxylate, Fettalkohole, Fettsäureethoxylate, Esterethoxylate und Polyethersiloxane .
Geeignete zwitterionischen Tenside sind Betaine, Alkylglycine, Sultaine, Amphopropionate, Amphoacetate, tertiäre Aminoxide und Silicobetaine .
Geeignete kationische Tenside sind quaternäre Ammoniumsalze mit einem oder zwei Substituenten mit 8 bis 20 Kohlenstoffatomen, insbesondere entsprechende Tetraalkylammoniumsalze, Alkylpyridiniumsalze, Esterquats, Diamidoaminquats, Imidazoliniumquats, Alkoxyalkylquats, Benzylquats und Silikonquats . In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das benetzungsfordernde Additiv ein oder mehrere nichtionische Tenside der allgemeinen Formel R (OCH2CHR' ) mOH mit m von 4 bis 40, worin R ein Alkylrest mit 8 bis 20 Kohlenstoffatomen, ein Alkylarylrest mit 8 bis 20
Kohlenstoffatomen oder ein Polypropylenoxidrest mit 3 bis 40 Propylenoxideinheiten ist und R' Methyl oder vorzugsweise Wasserstoff ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das benetzungsfordernde Additiv ein Polyether-Polysiloxan-
Copolymer das mehr als 10 Gew.-% [Si (CH3) 2O] -Einheiten und mehr als 10 Gew.-% [CH2CHR-O] -Einheiten enthält, in denen R Wasserstoff oder Methyl ist. Besonders bevorzugt sind Polyether-Polysiloxan-Copolymere der allgemeinen Formeln (VI) bis (VIII) :
(CH3)3Si-O- [SiR1 (CH3) -O]n-Si (CH3) 3 (VI)
R2O-Ap- [B-A] m-Aq-R2 (VII)
R2O- [A-Z ]p- [B-Si (CH3)2-Z-O-A-Z]m-B-Si (CH3) 2 [ Z-O-A] qOi_qR2 (VIII)
worin
A ein zweiwertiger Rest der Formel - [CH2CHR3-O] r- ist,
B ein zweiwertiger Rest der Formel - [Si (CH3) 2-O] s- ist,
Z ein zweiwertiger linearer oder verzweigter Alkylenrest mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen und vorzugsweise - (CH2) 3- ist,
n = 1 bis 30 ist,
m = 2 bis 100 ist,
p, q = 0 oder 1 ist,
r = 2 bis 100 ist, s = 2 bi s 1 0 0 i s t ,
von 1 bis 5 der Reste R1 Reste der allgemeinen Formel -Z-O-A-R2 sind und die restlichen Reste R1 Methyl sind,
R2 Wasserstoff oder ein aliphatischer oder olefinischer Alkylrest oder Acylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen ist und
R3 Wasserstoff oder Methyl ist.
Die benetzungsfordernden Additive sind dem Fachmann bereits aus dem Stand der Technik als Additive für wässrige Lösungen bekannt und können nach aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abtrennung von CO2 aus einer Gasmischung umfasst eine Absorptionseinheit, eine Desorptionseinheit und ein im Kreislauf geführtes erfindungsgemäßes Absorptionsmedium. Als Absorptionseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignen sich die oben für die Absorption in einem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Apparate. Als Desorptionseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignen sich die oben für die Desorption in einem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Apparate. Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Absorptionseinheit und eine Desorptionseinheit, wie sie dem Fachmann von Vorrichtungen zur Abtrennung von CO2 aus einer Gasmischung unter Verwendung eines Alkanolamins bekannt sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Absorptionsmedien ermöglichen durch die Verwendung von 2, 3-Dihydro-2, 2, 4, 6-tetramethylpyridin im Absorptionsmedium gegenüber den bekannten Verfahren und Absorptionsmedien, insbesondere gegenüber den technisch meist eingesetzten Alkanolaminen, einen höheren Beladungsgrad des Absorptionsmediums mit CO2 in der Absorption bei niedrigen Temperaturen, wobei der Beladungsgrad im Sinne der Erfindung das molare Verhältnis von CO2 zu Amin im Absorptionsmedium bezeichnet. Darüber hinaus ist das Absorptionsmedium des erfindungsgemäßen Verfahrens weniger korrosiv und zeigt eine höhere Chemisorptionsgeschwindigkeit für CO2 als Absorptionsmedien die Alkanolamine enthalten. In der Ausführungsform eines zyklischen Prozesses aus Absorption und Desorption wird außerdem gegenüber den bekannten Verfahren und Absorptionsmedien, insbesondere gegenüber Alkanolaminen, ein verbesserter Kohlendioxidhub erzielt, wobei der Kohlendioxidhub im Sinne der Erfindung die Differenz zwischen dem Beladungsgrad des Absorptionsmediums mit CO2 nach der Absorption von CO2 und dem Beladungsgrad des Absorptionsmediums mit CO2 nach der Desorption von CO2 bezeichnet. Diese Vorteile ermöglichen eine wirksamere Absorption von CO2 aus Gasmischungen mit geringem CO2- Partialdruck, sowie eine Verkleinerung der Apparate und eine Senkung des Energieverbrauchs gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren. Wegen der geringeren Korrosivität werden im erfindungsgemäßen Verfahren außerdem weniger Korrosionsinhibitoren benötigt als in den bekannten Verfahren .
Mit erfindungsgemäßen Absorptionsmedien, die zusätzlich zu Wasser und 2, 3-Dihydro-2, 2, 4, 6-tetramethylpyridin noch mindestens eine ionische Flüssigkeit enthalten, lässt sich die Desorption von CO2 bei höheren Temperaturen und/oder niedrigeren Drücken durchführen, ohne dass es in der Desorption zu einem Verlust an Lösungsmittel oder durch die Verdampfung von Wasser zu einer Ausfällung von Feststoff oder eine Phasentrennung des Absorptionsmittels kommt.
Die nachfolgenden Beispiele verdeutlichen die Erfindung, ohne jedoch den Gegenstand der Erfindung zu beschränken. Beispiele
Beispiel 1
In einer thermostatisierten und mit einer Druckregelung versehenen Apparatur zur Vermessung von Gas-Flüssig- Gleichgewichten wurde eine Mischung aus 15 Gew.-%
2, 3-Dihydro-2, 2, 4, 6-tetramethylpyridin, 15 Gew.-% SuIfolan und 70 Gew.-% Wasser bei konstanter Temperatur vorgelegt und mit gasförmigem Kohlendioxid bei konstantem Druck in Kontakt gebracht, wobei Druck und Temperatur variiert wurden. Jeweils nach Erreichen des Gleichgewichtszustandes wurde der Gehalt an absorbiertem CO2 in dem beladenen Absorptionsmedium bestimmt und daraus der Beladungsgrad als molares Verhältnis von CO2 zu Amin im beladenen Absorptionsmedium berechnet. Die untersuchten Temperaturen und Drücke und die dafür bestimmten Beladungsgrade sind in Tabelle 1 zusammengefasst . Bei den untersuchten Drücken und Temperaturen war das Absorptionsmedium vor und nach der Absorption von CO2 einphasig und homogen.
Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel)
Beispiel 1 wurde wiederholt mit einer Mischung aus 30 Gew.-% Monoethanolamin (MEA) und 70 Gew.-% Wasser
Aus den Beladungsgraden ergeben sich die in Tabelle 2 angeführten Kohlendioxidhübe für Absorption und Desorption bei 1,5 bar und eine Desorption durch Temperaturerhöhung von 40 auf 1200C sowie die in Tabelle 3 angeführten Kohlendioxidhübe für Absorption und Desorption bei 1200C und eine Desorption durch Druckerniedrigung von 1,5 auf 0,5 bar. Tabel le 1
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*nicht erfindungsgemäß
Tabelle 2
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*nicht erfindungsgemäß Tabelle 3
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cnicht erfindungsgemäß

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Absorption von CO2 aus einer Gasmischung durch in Kontakt bringen der Gasmischung mit einem Absorptionsmedium, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionsmedium Wasser und 2,3-Dihydro- 2,2,4, 6-tetramethylpyridin umfasst .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionsmedium mindestens ein mit Wasser mischbares organisches Lösungsmittel umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionsmedium einphasig ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionsmedium nach der Absorption von CO2 einphasig vorliegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasmischung ein Verbrennungsabgas, ein Erdgas oder ein Biogas ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Absorptionsmedium absorbiertes CO2 durch Erhöhen der Temperatur und/oder Verringern des Drucks wieder desorbiert wird und das Absorptionsmedium nach dieser Desorption von CO2 wieder zur Absorption von CO2 verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorption bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 700C und die Desorption bei einer höheren Temperatur im Bereich von 50 bis 2000C durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorption bei einem Druck im Bereich von 0,8 bis 50 bar und die Desorption bei einem niedrigeren Druck im Bereich von 0,01 bis 10 bar durchgeführt wird.
9. Verwendung von 2, 3-Dihydro-2, 2, 4, 6-tetramethylpyridin zur Absorption von CO2 aus einer Gasmischung.
10. Absorptionsmedium zur Absorption von CO2 aus einer Gasmischung, umfassend Wasser, 2, 3-Dihydro-2, 2, 4, 6-tetramethylpyridin und mindestens ein organisches Lösungsmittel in homogener Phase.
11. Absorptionsmedium nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich CO2 umfasst.
12. Absorptionsmedium nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von Wasser zu organischem Lösungsmittel im Bereich von 10:1 bis 1:1 liegt.
13. Absorptionsmedium nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von organischem
Lösungsmittel zu 2, 3-Dihydro-2, 2, 4, 6-tetramethylpyridin im Bereich von 3:1 bis 1:3 liegt.
14. Absorptionsmedium nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es 10 bis 80 Gew.-% Wasser, 5 bis 50 Gew.-% 2, 3-Dihydro-2, 2, 4, 6-tetramethylpyridin und 5 bis 50 Gew.-% organisches Lösungsmittel umfasst.
15. Absorptionsmedium nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als organisches Lösungsmittel SuIfolan enthält.
16. Absorptionsmedium nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es als organisches Lösungsmittel eine ionische Flüssigkeit enthält.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absorptionsmedium gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16 verwendet wird.
18. Vorrichtung zur Abtrennung von CO2 aus einer Gasmischung, umfassend eine Absorptionseinheit, eine Desorptionseinheit und ein im Kreislauf geführtes Absorptionsmedium, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Absorptionsmedium gemäß einem der Ansprüche
10 bis 16 umfasst.
PCT/EP2010/057389 2009-06-05 2010-05-28 Verfahren, absorptionsmedium und vorrichtung zur absorption von co2 aus gasmischungen Ceased WO2010139616A1 (de)

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