Procedimiento de extracción de CO2 de una corriente gaseosa, que comprende:

poner en contacto una corriente gaseosa con una solución, formándose la solución por combinación de por lo menos:

piperazina que presenta una concentración de amina de por lo menos 3, 0 equivalentes/kg de agua, una sal alcalina que presenta una concentración de por lo menos 3, 0 equivalentes/kg de agua, y agua;

en el que la relación de equivalentes de sal alcalina con respecto a equivalentes de piperazina es de 0, 8 - 1, 3;

extrayendo la puesta en contacto el CO2 de la corriente gaseosa; y

regenerar la solución.

Mezclas de sal alcalina/poliamina para la extracción del dióxido de carbono en corrientes de gas.

Antecedentes de la invención

La presente solicitud reivindica prioridad de la solicitud de patente provisional US nº de serie 60/460.532, presentada el 4 de abril de 2003, y la incorpora como referencia. Más particularmente, se refiere a una variedad de composiciones y procedimientos para su utilización en la extracción del CO2 en corrientes gaseosas.

Los efectos de las emisiones de CO2 sobre el clima del planeta están impulsando la necesidad de desarrollar tecnologías rentables para la captura del CO2 en la combustión de combustibles fósiles y otras fuentes puntuales. Los amplios programas que ya se han puesto en marcha están empezando a demostrar la viabilidad técnica y económica de confinar el CO2 mediante estrategias como la inyección en depósitos subterráneos (Bergman, P. D., E. M. Winter y Z-Y. Chen, “Disposal of Power Plant CO2 in Depleted Oil and Gas Reservoirs in Texas”, presentado en la Third International Conference on Carbon Dioxide Renoval, Cambridge, Massachusetts, Estados Unidos, 9 a 11 de septiembre de 1996) y su almacenamiento en las profundidades oceánicas (Fujioka, Y. y otros, “Cost Comparison of Various CO2 Ocean Disposal Options”, presentado en la Third International Conference on Carbon Dioxide Renoval, Cambridge, Massachusetts, Estados Unidos, 9 a 11 de septiembre de 1996) .

El CO2 se emite en grandes cantidades durante la combustión de combustibles en fuentes móviles y fijas. La captura/secuestro de CO2 será más eficaz si se aplica a grandes fuentes fijas. Las mayores fuentes individuales de CO2 son las centrales térmicas convencionales de carbón, responsables de entre el 30 y el 40% de las emisiones de CO2 en los Estados Unidos. La tecnología desarrollada para estas fuentes debería ser aplicable a la captura de CO2 en calderas de gas y de petróleo, en centrales de ciclo combinado, en la gasificación del carbón y en las plantas de hidrógeno. La absorción/separación es adecuada para las calderas nuevas y para las existentes. En concreto, se puede utilizar en las calderas de carbón existentes, especialmente si ya disponen de lavadores para la reducción del SO2. Sin embargo, este proceso puede resultar costoso, lo que puede hacer aumentar el coste de la electricidad en un 50%. Por consiguiente, resultan deseables las mejoras tecnológicas que reduzcan los costes de operación.

Es bien conocida la utilización de disolventes orgánicos o soluciones acuosas de disolventes orgánicos para el proceso de absorción/separación. La absorción/separación con alcanolaminas es una tecnología probada y eficaz para la captura de CO2 en un gas. La primera generación de esta tecnología utiliza soluciones acuosas de monoetanolamina (MEA) . El consumo de energía de este sistema es elevado, habitualmente de entre el 15 y el 30% de la producción de la central eléctrica (Herzog, H., E. Drake y E. Adams, “CO2 Capture, Reuse, and Storage Technologies for Mitigating Global Climate Change”, estudio final, nº de orden del DOE DEAF22- 96PC01257, 1997) . Los avances en esta tecnología han dado a conocer otros disolventes alcanolamínicos para el tratamiento del CO2 en diversas industrias. La monoetanolamina (MEA) , la dietanolamina (DEA) y la amina impedida AMP se utilizan individualmente en una solución acuosa. Entre las mezclas habituales de disolventes se incluyen una solución de metildietanolamina (MDEA) promovida por piperazina u otras aminas secundarias.

Habitualmente, el carbonato de potasio y otros disolventes son promovidos por DEA u otras aminas reactivas. Estas aminas se proporcionan en cantidades catalíticas y se utilizan para mejorar las características de absorción del disolvente. Entre las patentes que describen estos disolventes y procedimientos se incluyen las patentes US nº 4.094.957, nº 4.112.050, nº 4.217.237, nº 4.336.233, nº 4.581.209, nº 5.853.680, nº 6.036.931, nº 6.337, 059 y nº

6.416.568.

En la patente US nº 4.336.233, que da a conocer un sistema disolvente que combina MDEA y piperazina como acelerador de la absorción, se indica que la piperazina puede utilizarse sola en un sistema acuoso. De modo similar, la patente US nº 6.337.059 da a conocer un sistema disolvente con una concentración mayor de 1 M de piperazina y MDEA, en el que una mayor concentración de piperazina mejora el rendimiento de la absorción del disolvente. Sin embargo, no se pueden utilizar concentraciones de piperazina mayores de aproximadamente 1, 3 M debido a que la piperazina precipita en la solución. Además, la piperazina es muy volátil, lo que limita el uso práctico de este disolvente.

La patente US nº 6.436.174 da a conocer un sistema disolvente en el que se pueden utilizar determinadas concentraciones de un heterociclo de nitrógeno, tal como la piperazina, en combinación con un alcohol monohídrico o polihídrico. Dicha patente pone de manifiesto que, habitualmente, la solubilidad del heterociclo de nitrógeno en presencia de un alcohol monohídrico o polihídrico es significativamente superior a la solubilidad del heterociclo de nitrógeno solo. Sin embargo, la patente US nº 6.436.174 no describe que un sistema disolvente con una concentración elevada de una sal alcalina aumenta la solubilidad de una poliamina, y no indica intervalos adecuados de los componentes disolventes que resulten eficaces para obtener un disolvente que pueda extraer eficazmente el CO2 en una corriente de gas.

Sería ventajoso dar a conocer un disolvente orgánico para extraer el CO2 en corrientes gaseosas que tenga velocidades de reacción más elevadas, una volatilidad aceptable y un calor de absorción bajo, lo que permitiría reducir el coste del proceso de absorción/separación. También sería ventajoso dar a conocer un disolvente que se aproxime más a una absorción y separación reversibles, lo que resultaría particularmente ventajoso en los procesos con elevadas concentraciones de CO2.

Las formas de realización de la presente invención se refieren a un procedimiento de extracción del CO2 en una corriente gaseosa, que incluye: poner en contacto una corriente gaseosa con una solución, formándose dicha solución por combinación, por lo menos, de: piperazina con una concentración de amina de por lo menos 3, 0 equivalentes/kg de agua, una sal alcalina con una concentración de por lo menos 3, 0 equivalentes/kg de agua, en el que la relación de equivalentes de sal alcalina con respecto a equivalentes de piperazina es de 0, 8 - 1, 3; y agua, por el que el contacto elimina el CO2 de la corriente gaseosa; y la regeneración de la solución.

En otra forma de realización, se da a conocer una composición, formándose la misma por combinación de: piperazina con una concentración de amina de por lo menos 3, 0 equivalentes/kg de agua; y una sal de potasio con una concentración de por lo menos 3, 0 equivalentes/kg de agua, y agua, en el que la relación de equivalentes de sal alcalina con respecto a equivalentes del derivado de piperazina es de 0, 8 - 1, 3. La sal de potasio puede ser una sal alcalina de potasio, tal como carbonato de potasio, bicarbonato de potasio, bisulfuro de potasio o hidróxido de potasio. La relación de equivalentes de sal alcalina con respecto a equivalentes del derivado de piperazina es de 0, 8 - 1, 3, preferentemente de 0, 9 - 1, 1. Las concentraciones de derivado de piperazina y sal alcalina están comprendidas preferentemente entre 3, 0 y 8, 0 equivalentes/kg de H2O, o entre 4, 0 y 6, 0 equivalentes/kg de H2O. En una forma de realización, la concentración del derivado de piperazina es de aproximadamente 5, 0 equivalentes/kg de H2O y la concentración de sal alcalina es de aproximadamente 5, 0 equivalentes/kg de H2O. La composición puede comprender además un antioxidante, un inhibidor de la corrosión, un adyuvante de floculación o una mezcla de los mismos.

En una forma de realización de la presente invención, la piperazina tiene una concentración de amina de por lo menos 5, 1 equivalentes/kg de agua, y la sal alcalina tiene una concentración de por lo menos 5, 1 equivalentes/kg de agua. La concentración de poliamina y la concentración de sal alcalina son de por lo menos 3, 0, preferentemente de por lo menos 3, 5, 4, 0, 4, 5, 5, 0, 5, 5, 6, 0, 6, 5, 7, 0, 7, 5 u 8, 0 equivalentes/kg de agua. Preferentemente, las concentraciones son de por lo menos 5, 5, 6, 0 o 6, 5 equivalentes/kg de agua. Preferentemente, la concentración de poliamina y la concentración de sal alcalina son aproximadamente iguales; las concentraciones pueden ser de aproximadamente... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de extracción de CO2 de una corriente gaseosa, que comprende:

poner en contacto una corriente gaseosa con una solución, formándose la solución por combinación de por lo menos: piperazina que presenta una concentración de amina de por lo menos 3, 0 equivalentes/kg de agua, una sal alcalina que presenta una concentración de por lo menos 3, 0 equivalentes/kg de agua, y agua; en el que la relación de equivalentes de sal alcalina con respecto a equivalentes de piperazina es de 0, 8 - 1, 3; extrayendo la puesta en contacto el CO2 de la corriente gaseosa; y regenerar la solución.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la solución contiene menos del 1% de un alcohol monohídrico o polihídrico.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que no se añade ningún alcohol a la solución.

4. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que la concentración de piperazina y la concentración de sal alcalina son de por lo menos 2, 3 m.

5. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que la relación de equivalentes de sal alcalina con respecto a equivalentes de piperazina es de 0, 9 - 1, 1.

6. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, que comprende además aplicar un sistema de lavado con agua, en el que dicho sistema de lavado con agua recoge la poliamina de la corriente gaseosa tratada.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la piperazina presenta una concentración de amina de por lo menos 5, 1 equivalentes/kg de agua, y

la sal alcalina presenta una concentración de por lo menos 5, 1 equivalentes/kg de agua.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que la concentración de piperazina y la concentración de sal alcalina son de por lo menos 5, 5 equivalentes/kg de agua.

9. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la solución se forma por combinación de por lo menos: piperazina que presenta una concentración de amina de 3, 0 - 10, 0 equivalentes/kg de agua; una sal alcalina que presenta una concentración de 3, 0 - 10, 0 equivalentes/kg de agua, y agua; en el que la concentración de la piperazina y la concentración de la sal alcalina son aproximadamente iguales.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la sal alcalina es carbonato de potasio, carbonato de sodio, carbonato de litio, una sal de bicarbonato, una sal de bisulfuro o una sal de hidróxido.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la corriente gaseosa se pone en contacto con la solución a una temperatura de aproximadamente 25ºC -120ºC.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la solución comprende además un aditivo.

13. Composición, que comprende: piperazina que presenta una concentración de por lo menos 3, 0 equivalentes/kg de agua; una sal de potasio que presenta una concentración de por lo menos 3, 0 equivalentes/kg de agua, y agua, en la que la relación de equivalentes de sal de potasio con respecto a equivalentes de piperazina es de 0, 8 - 1, 3.

14. Composición según la reivindicación 13, en la que la sal de potasio es carbonato de potasio, bicarbonato de potasio, bisulfuro de potasio o hidróxido de potasio.

15. Composición según la reivindicación 13, en la que la relación de equivalentes de sal alcalina con respecto a equivalentes de piperazina es de 0, 9 - 1, 1.

16. Composición según la reivindicación 13, en la que la concentración de piperazina es de por lo menos 5, 1 equivalentes/kg de H2O y la concentración de sal de potasio es de aproximadamente 5, 1 equivalentes/kg de H2O.

17. Composición según la reivindicación 13, que comprende además un agente antiespumante, un antioxidante, un inhibidor de la corrosión, un adyuvante de floculación o una mezcla de los mismos.