Método para eliminar y recuperar gases ácidos, CO2 y/o H2S, de una mezcla gaseosa en una planta de absorción,

en el que la mezcla gaseosa pasa a través de un absorbente básico en un absorbedor, y en el que el absorbente enriquecido (es decir absorbente con el gas ácido) pasa por un intercambiador de calor, y luego por un dispositivo de desorción en el que el gas ácido es quitado del absorbente enriquecido, caracterizado porque se añaden ácidos orgánicos disueltos en un solvente orgánico a la corriente absorbente enriquecida antes del dispositivo de desorción con el fin de aumentar la liberación de gas ácido al desplazar los equilibrios de gas ácido hacia el lado de gas, y en el que los ácidos orgánicos son separados subsiguientemente del absorbente empobrecido (es decir absorbente después de quitar el gas ácido) como una fase líquida separada, por extracción hacia un solvente orgánico antes de que el absorbente empobrecido sea devuelto al absorbedor.

Método y aparato para la reducción de la energía en procesos de captura de gas ácido

Área de la invención

Las grandes emisiones de gases de efecto invernadero, y en particular CO2, son reconocidas hoy en día como una de las principales causas del calentamiento climático. La absorción es la tecnología que se utiliza con más frecuencia para la eliminación del CO2, pero la eliminación a gran escala de los gases con bajas presiones parciales de CO2 está limitada por consideraciones económicas. La absorción de CO2 y H2S del gas natural, procesa los gases y en particular los gases de escape de, como por ejemplo, centrales eléctricas basadas en combustibles fósiles, plantas de hierro y acero, está asociada con altas necesidades de energía para la regeneración del absorbente.

La presente invención aborda este problema particular ya que introduce un nuevo método y un aparato para reducir las necesidades de energía para la regeneración de absorbentes al añadir un componente que simplifica la regeneración, pero tiene un efecto limitado en el funcionamiento del absorbente.

Tecnología conocida La disposición convencional en una planta de absorción para la eliminación de gases ácidos (por ejemplo CO2 o H2S) de, por ejemplo, gases de escape se da en la figura 1 de forma simplificada. El gas que va a ser tratado 1 entra al fondo del absorbedor y pasa hacia arriba a través del absorbedor A1. El absorbente empobrecido 3 entra en el absorbedor A1 en una posición por encima del interior de la columna y pasa hacia abajo a contracorriente del gas. Un contacto próximo entre las fases y las propiedades del absorbente hace que el gas ácido deje la fase gaseosa y sea absorbido en el absorbente, generalmente en parte provocado por una reacción química exotérmica en la fase líquida. Para limitar las pérdidas de absorbente, el absorbedor puede estar equipado con una sección de lavado con agua en la parte superior, pero esto es irrelevante para la invención.

El gas limpiado 2 deja el absorbedor A1 por la parte superior y el líquido, que ahora está enriquecido con gas ácido 4, deja el absorbedor A1 por el fondo. La solución de absorbente enriquecido 4 se pasa entonces por un intercambiador de calor H1 donde es calentada a una temperatura cercana a la del dispositivo de desorción, y entonces se pasa como corriente 5 al dispositivo de desorción D1.

En el dispositivo de desorción los equilibrios que gobiernan la solución del gas ácido, incluyendo las reacciones químicas, son invertidos por un aumento de la temperatura. El aumento de temperatura se consigue introduciendo un calentamiento directo o indirecto al hervidor R1 del dispositivo de desorción, como se muestra en la figura 1. Después de la inversión del equilibrio y la desorción de los gases ácidos, el absorbente deja el dispositivo de desorción como corriente 7 y como absorbente empobrecido 6 del hervidor R1 que también genera vapor 11 para el dispositivo de desorción. El absorbente empobrecido 6 pasa a través del intercambiador de calor H1 calentando simultáneamente el absorbente enriquecido, antes de que pueda ser enfriado y se dirige de nuevo al absorbedor A1 como corriente 3. El CO2 del dispositivo de desorción, junto con el vapor de agua 8, pasa a un condensador C1 en el que se reduce la temperatura y el agua se condensa y se devuelve al dispositivo de desorción 9. La fase gaseosa que contiene principalmente CO2 10 es el producto.

El principal obstáculo para adoptar esta tecnología para uso a nivel mundial para por ejemplo eliminación de CO2 a gran escala, es la energía necesaria para la regeneración del absorbente en el dispositivo de desorción. Por ejemplo, la tecnología convencional, como el proceso de Fluor Econamine utilizará normalmente aproximadamente 3850 MJ de energía por tonelada de CO2 eliminada para la absorción de CO2 del escape de una central eléctrica de carbón quemado (S. Reddy et al. 2ª conferencia nacional de medidas para Captura de Carbono (Carbon Sequestration) , págs. 1-11, Alexandria EE.UU, Ma 2003) . Se han hecho mejoras en estos procesos y se reivindica que el proceso Fluor Econamine Plus tiene unos requisitos de energía de regeneración de aproximadamente 3250 MJ/t. de CO2 eliminada, (S. Reddy et al. 2ª conferencia nacional de medidas para Captura de Carbono, págs. 1-11, Alexandria EE.UU., Ma 2003) . También Mitsubishi ha desarrollado nuevos procesos y su nuevo absorbente KS1 se reivindica como que necesita aproximadamente 3250 MJ/t. de CO2 eliminada, (S. Reddy et al. 2ª conferencia nacional de medidas para Captura de Carbono, págs. 1-11, Alexandria EE.UU., Ma 2003 y Mimura et. al. Gestión de Conversión de Energía (Energy Convers. Mgmt.) 36 (1995) , págs. 397-400 y Comunicaciones de Energía Química (Chem. Eng. Comm.) , 170 (1998) , págs. 245-260) .

Sin embargo, estas reducciones del requisito de energía no son suficientes para que la absorción sea aceptada como una tecnología viable para, por ejemplo, eliminación de CO2 de gases de escape. No se puede dar un número exacto de la reducción necesaria en el requisito de energía de regeneración, pero se cree que el intervalo 1500-1800 MJ/t. de CO2 eliminada podría ser aceptable.

Se sabe que los ácidos orgánicos pueden formarse como productos de la degradación cuando se utilizan aminas como absorbentes en el proceso. Este es el caso también para la mayoría de los sistemas en los que se añaden inhibidores de la degradación dado que éstos no son totalmente inmunes a la oxidación. Cuando hay presentes trazas de oxígeno, las aminas como la MEA reaccionarán con este para formar por ejemplo glicina, ácido glicólico y ácido oxálico. (Estos compuestos pueden interaccionar aún más consigo mismos para formar otros productos de degradación) . (ref.: Leci y Goldthorpe.; Gestión de Conversión de Energía (Energy Convers. Mgmt.) 33, 5-8, 477485, 1992) . Estos y otros ácidos se acumulan en la solución y circulan por el absorbedor y por el dispositivo de desorción. Estos ácidos desplazan las curvas de equilibrio para absorción y desorción de gas ácido, pero el efecto total puede ser positivo ya que se puede obtener una pequeña reducción en los requisitos de energía. Esta manera de funcionar tiene la desventaja de que los ácidos, que desplazan las curvas de equilibrio, están presentes en todo el proceso. De este modo no pueden estar presentes en concentraciones grandes, y será necesaria una recuperación de absorbente con regularidad para eliminar estos ácidos y otros productos de degradación tales como sales estables al calor.

Se sabe que las soluciones saladas ácidas, por ejemplo adipato de sodio, pueden usarse con concentración alta en la sección del dispositivo de desorción y la sal ácida puede ser eliminada del circuito por precipitación (ref.: O. Erga, Ind. Eng. Chem. Fundam., 25 (1986) , págs. 692-695) en un proceso para la eliminación de SO2 de humos En este proceso, la solución empobrecida es calentada y el solvente evaporado. De esta manera, puede conseguirse la supersaturación de una sal ácida adípica y la precipitación tiene como resultado una concentración más baja del absorbente. Esto mejora la absorción.

El documento GB 484 714 A describe un proceso para eliminar SO2 de gases de escape utilizando una solución de bisufito-sulfito. Este se comercializa ahora como el denominado proceso de Wellman-Lord con sodio como catión.

El documento US 20040253159 A1 describe un proceso para recuperar CO2 de una corriente de gas con un absorbente regenerado que comprende por lo menos absorbente de amina terciaria y un inhibidor de la oxidación.

Descripción de la invención La presente invención proporciona un método para eliminar y recuperar gases ácidos, CO2 y/o H2S de una mezcla gaseosa en una planta de absorción en la que la mezcla gaseosa pasa a través de un absorbente básico en un absorbedor, y en el que el absorbente enriquecido (es decir absorbente con gas ácido) pasa a través de un intercambiador de calor, y entonces a través de un dispositivo de desorción en el que el gas ácido es quitado del absorbente enriquecido, caracterizado porque se añaden ácidos orgánicos disueltos en un solvente orgánico a la corriente de absorbente enriquecido en o antes del dispositivo de desorción, con el fin de aumentar la liberación de gas ácido al desplazar los equilibrios de gas ácido hacia el lado de gas, y en el que ácidos orgánicos son separados subsiguientemente del absorbente empobrecido (es decir el absorbente después de quitar el gas ácido) como una fase líquida separada, por extracción hasta un solvente orgánico... [Seguir leyendo]

1. Método para eliminar y recuperar gases ácidos, CO2 y/o H2S, de una mezcla gaseosa en una planta de absorción, en el que la mezcla gaseosa pasa a través de un absorbente básico en un absorbedor, y en el que el absorbente enriquecido (es decir absorbente con el gas ácido) pasa por un intercambiador de calor, y luego por un dispositivo de desorción en el que el gas ácido es quitado del absorbente enriquecido, caracterizado porque se añaden ácidos orgánicos disueltos en un solvente orgánico a la corriente absorbente enriquecida antes del dispositivo de desorción con el fin de aumentar la liberación de gas ácido al desplazar los equilibrios de gas ácido hacia el lado de gas, y en el que los ácidos orgánicos son separados subsiguientemente del absorbente empobrecido (es decir absorbente después de quitar el gas ácido) como una fase líquida separada, por extracción hacia un solvente orgánico antes de que el absorbente empobrecido sea devuelto al absorbedor.

2. Método según la reivindicación 1, en el que el ácido orgánico es un ácido nafténico o un ácido carboxílico C1-C18 o una mezcla de ellos.

3. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-2 en el que el ácido orgánico es de tal manera que una mezcla del mismo con absorbente empobrecido formará dos fases separadas después de la liberación del gas ácido, una enriquecida con ácido orgánico y otra enriquecida con absorbente y agua, y las dos fases son separadas.

4. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que el solvente orgánico utilizado para la disolución parcial del ácido orgánico es separado de la corriente de absorbente enriquecido por extracción antes del dispositivo de desorción y devuelto a la corriente de absorbente empobrecido.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que parte del ácido orgánico evaporado en el dispositivo de desorción es separado en un condensador en el que se formarán tres fases.

6. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1-5 en el que el ácido orgánico se utiliza para unirse a los metales pesados y eliminarlos de la solución.

7. Aparato para realizar el método de cualquiera de las reivindicaciones 1-5 que comprende un absorbedor (A1) , un intercambiador de calor (H1) , un dispositivo de desorción (D1) y un hervidor (R1) , caracterizado por

por lo menos un suministro de ácido orgánico (5b, 13, 14a) colocado antes del dispositivo de desorción o antes del intercambiador de calor de flujo transversal, un separador/condensador (S1) colocado en una línea de reciclaje entre el intercambiador de calor y el absorbedor para separar el ácido orgánico (15) del absorbente empobrecido (3b) .

8. Aparato según la reivindicación 7, en el que se incluye un separador elevado (S2) del dispositivo de desorción con el fin de separar las tres fases formadas, y se instalan conductos para el reciclaje de la fase enriquecida con ácido orgánico (14a, 14b, 14c) y una fase enriquecida con agua y el absorbente (9) .

9. Aparato según la reivindicación 7 o la 8, en el que el ácido orgánico (13) es suministrado y es mezclado con el ácido orgánico (15) del separador (S1) poco antes de la entrada de absorbente enriquecido al intercambiador de calor de flujo transversal (H1) .

10. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 7-9, en el que se coloca un separador (S3) entre el intercambiador de calor (H1) y la entrada al dispositivo de desorción (D1) para separar una segunda fase líquida que comprende solvente orgánico con algo de ácido orgánico que va a ser devuelto al absorbente empobrecido antes del intercambiador de calor.

11. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 7-10, en el que un dispositivo (AW1) de lavado de ácido para la eliminación de metales pesados de la fase orgánica se coloca de tal manera que el ácido orgánico que contiene metales puede ser eliminado, lavado y devuelto.