REGENERACION DE UNA DISOLUCION ACUOSA A PARTIR DE UN PROCESO DE ABSORCION DE GASES ACIDOS MEDIANTE EVAPORACION ULTRARRAPIDA Y SEPARACION DE MULTIPLES FASES.

Procedimiento para eliminar un gas ácido de una corriente gaseosa que contiene el mismo utilizando un equipo de absorción acuosa y separación,

comprendiendo el procedimiento:

(a)hacer pasar la corriente de disolvente rico en gas ácido que sale del equipo de absorción a través de un separador de presión múltiple en el que la corriente de disolvente rico en gas ácido pasa a través de múltiples fases de evaporación ultrarrápida (por ejemplo 70, 72, 74), de tal manera que el vapor obtenido mediante la evaporación ultrarrápida de la corriente de disolvente rico en gas ácido en cada fase de evaporación ultrarrápida separa el gas ácido de la corriente de disolvente rico en gas ácido, dando como resultado una corriente gaseosa rica en gas ácido (81) que sale del separador de presión múltiple y una corriente de disolvente pobre en gas ácido (82) que sale del separador de presión múltiple; en el que el separador de presión múltiple se hace funcionar a múltiples niveles de presión, de tal manera que el vapor obtenido en cada fase de evaporación ultrarrápida se comprime en un compresor (76, 79) y se alimenta a la fase de evaporación ultrarrápida anterior (70, 72) a una mayor presión; y

(b)recircular la corriente de disolvente pobre en gas ácido que sale del separador de presión múltiple en la etapa (a) de vuelta al equipo de absorción por lo menos una vez,

en el que una parte (83) de la corriente del disolvente que sale de la fase de evaporación ultrarrápida (74) que se hace funcionar a la menor presión se recircula a la fase de evaporación ultrarrápida inferior a través de un intercambiador cruzado (84) que suministra calor adicional a la fase de evaporación ultrarrápida que se hace funcionar a la menor presión

Regeneración de una disolución acuosa a partir de un proceso de absorción de gases ácidos mediante evaporación ultrarrápida y separación de múltiples fases.

La presente invención se refiere en general a la eliminación y captura de gases ácidos, tales como dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno y mezclas de los mismos de gases que contienen los mismos a través de procesos de absorción acuosa y separación. Más particularmente, proporciona procedimientos para reducir el consumo de energía de dichos procesos de absorción y separación (en inglés, "stripping").

Un punto de vista común mantenido por un sector significativo de la comunidad ambiental es que el dióxido de carbono liberado al aire desempeña un papel principal en el cambio climático global. Por tanto, iniciativas sobre el cambio climático global tales como el Protocolo de Kyoto han identificado la reducción de la liberación de dióxido de carbono procedente de la combustión de combustibles fósiles y otras fuentes puntuales como medios principales para reducir el cambio climático global. Programas amplios ya puestos en marcha están empezando a demostrar la viabilidad técnica y económica de secuestrar dióxido de carbono mediante enfoques tales como inyección en depósitos subterráneos (véase, Bergman, P.D. et al, "Disposal of Power Plant CO₂ in Depleted Oil and Gas Reservoirs in Texas", presentado en la Tercera Conferencia International sobre Eliminación de Dióxido de Carbono, Cambridge, MA, 9-11 de septiembre de 1996) y la eliminación en el océano profundo (Fujioka, Y. et al., "Cost Comparison of Various CO₂ Ocean Disposal Options", presentado en la Tercera Conferencia International sobre Eliminación de Dióxido de Carbono, Cambridge, MA, 9-11 de septiembre de 1996).

Un procedimiento para reducir la liberación de dióxido de carbono en el ámbito industrial implica eliminar dióxido de carbono de los gases de combustión y otros gases. El dióxido de carbono se emite en grandes cantidades a partir de la combustión de combustibles por fuentes estacionarias y móviles. La captura/el secuestro del dióxido de carbono será mas eficaz si se aplica a grandes fuentes estacionarias. Las mayores fuentes individuales de dióxido de carbono son las centrales eléctricas a carbón convencionales. Estas fuentes representan del 30 al 40% de las emisiones de dióxido de carbono en los Estados Unidos. La tecnología desarrollada para dichas fuentes debe también aplicarse a la captura de CO₂ calderas a gas y petróleo, centrales eléctricas de ciclo combinado, gasificación de carbón y plantas de hidrógeno. La absorción/separación es principalmente una tecnología de tratamiento final y es por tanto adecuada tanto para las calderas existentes como para las nuevas. En particular, puede utilizarse con las calderas a carbón existentes, especialmente si ya presentan lavadores químicos para la reducción de SO₂.

La utilización de procesos de absorción y separación con disolventes acuosos tales como alcanolaminas y carbonato de potasio promovido es una tecnología eficaz conocida para la eliminación y captura del dióxido de carbono de gas de combustión, gas natural, hidrógeno, gas de síntesis y otros gases. Las patentes US nº 4.477.419 y nº 4.152.217, cada una de las cuales se incorpora a la presente memoria como referencia, describen aspectos de esta tecnología. La absorción/separación de alcanolaminas es una tecnología probada y eficaz para la captura de dióxido de carbono de gases. La primera generación de esta tecnología utiliza disoluciones acuosas de monoetanolamina (MEA). Avances en esta tecnología han proporcionado otros disolventes de alcanolamina para el tratamiento de dióxido de carbono en diversas industrias. La monoetanolamina (MEA), dietanolamina (DEA) y las aminas impedidas AMP se utilizan solas en una disolución acuosa. Las combinaciones de disolventes típicas incluyen una disolución de metildietanolamina (MDEA) promovida por piperazina u otras aminas secundarias. Además, los disolventes de carbonato de potasio se promueven comúnmente por DEA u otras aminas reactivas.

La absorción de gases es un proceso en el que los componentes solubles de una mezcla de gases se disuelven en un líquido. La separación es esencialmente lo inverso de la absorción, ya que implica la transferencia de componentes volátiles de una mezcla líquida a un gas. En un proceso de eliminación de dióxido de carbono típico, se utiliza la absorción para eliminar dióxido de carbono de un gas de combustión, y posteriormente se utiliza la separación para regenerar el disolvente y capturar el dióxido de carbono contenido en el disolvente. Una vez que se elimina el dióxido de carbono de los gases de combustión y otros gases, puede capturarse y comprimirse para su utilización en un número de aplicaciones, incluyendo secuestro, producción de metanol y la recuperación terciaria de petróleo.

El procedimiento convencional de utilizar procesos de absorción/separación para eliminar el dióxido de carbono de corrientes gaseosas se describe en la patente US nº 4.384.875, que se incorpora a la presente memoria como referencia. En la fase de absorción, el gas que va a tratarse, que contiene el dióxido de carbono que va a eliminarse, se pone en contacto, en una columna de absorción, con el absorbente elegido en condiciones de presión y temperatura de manera que la disolución de absorbente elimina prácticamente todo el dióxido de carbono. El gas purificado sale por la parte superior de la columna de absorción y, si es necesario, se dirige entonces hacia un lavador químico que emplea hidróxido de sodio, en el que se eliminan las últimas trazas de dióxido de carbono. En la parte inferior de la columna de absorción, la disolución de absorbente que contiene dióxido de carbono (también denominada "disolvente rico") se extrae y se somete a un proceso de separación para liberarla del dióxido de carbono y regenerar sus propiedades absorbentes.

Para efectuar la regeneración de la disolución de absorbente, el disolvente rico extraído de la parte inferior de la columna de absorción se introduce en la mitad superior de una columna de separación, y el disolvente rico se mantiene en su punto de ebullición a presión en esta columna. El calor necesario para mantener el punto de ebullición se proporciona rehirviendo la disolución de absorbente contenida en la columna de separación. El proceso de rehervido se efectúa mediante intercambio de calor indirecto entre parte de la disolución que va a regenerarse que se encuentra en la mitad inferior de la columna de separación y un fluido caliente a temperatura apropiada, generalmente vapor de agua saturado. En el transcurso de la regeneración, el dióxido de carbono contenido en el disolvente rico que va a regenerarse mantenido en su punto de ebullición se libera y se separa mediante los vapores de la disolución de absorbente. El vapor que contiene el dióxido de carbono separado sale por la parte superior de la columna de separación y se hace pasar a través de un sistema condensador que devuelve a la columna de separación la fase líquida resultante de la condensación de los vapores de la disolución de absorbente que sale de la columna de separación con el dióxido de carbono gaseoso. En la parte inferior de la columna de separación, la disolución de absorbente regenerada caliente (también denominada "disolvente pobre") se extrae y se recircula a la columna de absorción tras haber utilizado parte del contenido de calor de la disolución para calentar, mediante intercambio de calor indirecto, el disolvente rico que va a regenerarse, antes de su introducción en la columna de separación.

En la absorción/separación simple tal como se pone en práctica normalmente en el campo, el disolvente rico acuoso se regenera a 100-120ºC en un separador simple, de contracorriente, con rehervidor, que se hace funcionar a una única presión, que es habitualmente de 1-2 atm. La alimentación de disolvente rico se precalienta mediante intercambio cruzado con el producto de disolvente pobre caliente dentro del intervalo de 5-30ºC con respecto a las partes inferiores del separador. El vapor de sobrecarga se enfría para condensar agua, que devuelve como reflujo al separador de contracorriente. Cuando se utiliza para el secuestro del dióxido de carbono y otras aplicaciones, el producto de dióxido de carbono se comprime hasta 100-150 atm.

Un problema principal con el proceso de absorción/separación existente descrito anteriormente es que requiere mucha energía, y esto se debe en gran parte a que el calor necesario para el rehervidor térmico es significativo....

1. Procedimiento para eliminar un gas ácido de una corriente gaseosa que contiene el mismo utilizando un equipo de absorción acuosa y separación, comprendiendo el procedimiento:

en el que una parte (83) de la corriente del disolvente que sale de la fase de evaporación ultrarrápida (74) que se hace funcionar a la menor presión se recircula a la fase de evaporación ultrarrápida inferior a través de un intercambiador cruzado (84) que suministra calor adicional a la fase de evaporación ultrarrápida que se hace funcionar a la menor presión.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que una o más de las fases del separador de presión múltiple es un contactor de contracorriente.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que una o más de las fases del separador de presión múltiple es un contactor de corriente paralela.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que una o más de las fases del separador de presión múltiple es un contactor mixto.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la corriente gaseosa comprende gas de combustión, gas natural, gas hidrógeno o gas de síntesis.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el gas ácido comprende dióxido de carbono.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el gas ácido comprende sulfuro de hidrógeno.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el disolvente es una amina acuosa, una alcanolamina acuosa o mezclas de las mismas.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el disolvente es un carbonato de potasio acuoso promovido por amina.

10. Equipo para separar un gas ácido de una corriente de disolvente rico en gas ácido, que comprende:

11. Equipo según la reivindicación 10, en el que cada fase de la columna de separación es un contactor de contracorriente.

12. Equipo según la reivindicación 10, en el que una o más de las fases de la columna de separación es un contactor de corriente paralela.

13. Equipo según la reivindicación 10, en el que una o más de las fases de la columna de separación es un contactor mixto.