Agente de absorción y procedimiento para eliminar gases ácidos de flujos de gas, en particular de gases de humo.

Agente de absorción para gases ácidos que contiene

(A) una oligoamina de la fórmula general (I)

en donde

R1 designa un alquilo C1 a C3,

R2 designa hidrógeno o un alquilo C1 a C3,

n es igual a 2 hasta 6, y

p es igual a 1 hasta 3; y

(B) un derivado de piperazina de la fórmula general (II)

en donde

Ra designa hidrógeno, alquilo C1 a C3, -CH2CH2OH ó -(CH2)mNH2, donde

m es igual a 1 hasta 3; y

Rb designa hidrógeno, alquilo C1 a C3 ó -(CH2)nNH2 donde n es igual a 1 hasta 3, Rc designa hidrógeno, alquilo C1 aC3 ó -(CH2)oNH2, donde o es igual de 1 a 3, Rd designa hidrógeno, alquilo C1 a C3 ó -(CH2)pNH2, donde p es igual de1 a 3, y

Re designa hidrógeno, alquilo C1 a C3 ó (CH2)qNH2, donde q es igual de 1 a 3, en donde la proporción en peso deoligoamina (A) con respecto al derivado de piperazina (B)

m[oligoamina (A) / m[derivado de piperazina (B)]

asciende de 0,2 a 25.

Agente de absorción y procedimiento para eliminar gases ácidos de flujos de gas, en particular de gases de humo La presente invención hace referencia a un agente de absorción para gases ácidos que contiene oligoamina (A) y un derivado de piperazina (B) , donde la proporción en peso de oligoamina (A) con respecto al derivado de piperazina (B) se ubica entre 0, 2 y 25. Asimismo, la presente invención hace referencia a un procedimiento para eliminar gases ácidos de un flujo de gas al poner en contacto el flujo de gas, a una presión de 0, 05 a 10 MPa abs, con un agente de absorción acuoso que es mantenido a una temperatura de 20 a 80ºC.

La eliminación de gases ácidos, como por ejemplo CO2, H2S, SO2, COS, CS2, HCN o mercaptanos de flujos de fluido, como gas natural, gas de refinería, gas de síntesis, es importante por varias razones diferentes. Por ejemplo, el dióxido de carbono debe ser eliminado del gas natural, puesto que una elevada concentración de dióxido de carbono reduce el valor calorífico del gas. Además, el dióxido de carbono en combinación con la humedad que con frecuencia es arrastrada en los flujos de fluido, puede producir corrosión en tuberías y griferías. A su vez, también el contenido de compuestos de azufre en el gas natural debe ser reducido a través de medidas de tratamiento adecuadas, ya que los compuestos de azufre forman ácidos en el agua que es arrastrada frecuentemente por el gas natural, produciendo así un efecto corrosivo. Para transportar el gas natural en un gasoducto, por tanto, deben respetarse los valores límite predeterminados de las impurezas que contienen azufre. Además, gran cantidad de compuestos de azufre son ya mefíticos en concentraciones reducidas y, principalmente el dióxido de azufre, son tóxicos.

La eliminación de dióxido de carbono de los gases de escape de combustión, así como de los gases de humo, es deseable en particular para reducir la emisión de dióxido de carbono, lo cual se considera como la causa principal del así llamado efecto invernadero. Por lo general, los gases de humo presentan una presión parcial de dióxido de carbono de 10 a 500 hPa. Generalmente éstos se producen a una presión próxima a la presión atmosférica. Para lograr una eliminación efectiva del dióxido de carbono, el agente de absorción debe presentar una afinidad elevada con respecto al dióxido de carbono. Una afinidad elevada con respecto al dióxido de carbono implica, por otra parte, que durante la regeneración del agente de absorción, el dióxido de carbono por lo general no es expulsado por completo y que el agente de absorción presenta una carga residual de dióxido de carbono. Como capacidad de circulación se dispone sólo de la diferencia entre la posibilidad de carga máxima del agente de absorción y de la carga residual del agente de absorción regenerado.

En la solicitud US 4, 336, 233 se describe un agente de absorción comprobado particularmente en la práctica para eliminar gases ácidos, por ejemplo de gas de síntesis, gas natural o biogas. Dicho agente consiste en una solución acuosa de metildietanolamina.

(MDEA) y piperazina como activador para aumentar la velocidad de absorción. El agente de absorción descrito contiene de 1, 5 a 4, 5 Mol/L de metildietanolamina y de 0, 05 a 0, 8 Mol/L de piperazina.

En la solicitud EP-A 0 879 631 se describe un procedimiento para eliminar dióxido de carbono de un gas de combustión al poner en contacto el gas de combustión, a presión atmosférica, con una solución acuosa de aminas. La solución de aminas contiene una amina secundaria y una amina terciaria, respectivamente en una concentración de 10 a 45 % en peso.

La solicitud US 6, 165, 433 hace referencia a la eliminación de dióxido de carbono de un flujo de gas, cuya presión parcial del dióxido de carbono asciende a 10 psia (689 hPa) o menos, utilizando un agente de absorción que contiene agua, de 5 a 35 % en peso de una amina rápida y de 5 a 50 % en peso de una amina lenta. Son aminas rápidas la monoetanolamina, dietanolamina, piperazina y diisopropanolamina. Son aminas lentas la metildietanolamina, trietanolamina y aminas esteáricamente impedidas como 2-amino-2-metil-1-propanol.

La solicitud WO 2005/087, 350 revela un procedimiento para eliminar dióxido de carbono de gases de humo con un agente de absorción que comprende una amina alifática terciaria y un activador como 3-metilaminopropilamina. La amina alifática terciaria tiene que presentar una entalpía de la reacción LRH de la reacción de protonación que sea mayor que aquella de la metildietanolamina. El agente de absorción contiene de 20 a 60 % en peso de amina alifática terciaria y de 1 a 10 % en peso de activador.

Es frecuente el uso de alcanolaminas para eliminar dióxido de carbono de gases de humo.

En la solicitud WO 02/007, 862 se describen un procedimiento y un agente de absorción para eliminar gases ácidos de un flujo de fluido. El agente de absorción contiene una alcanolamina alifática terciaria y un activador como 3metilaminopropilamina. No se hace referencia al tratamiento de flujos de fluido con presiones parciales reducidas del dióxido de carbono.

En la solicitud WO 2007/144, 372 se describe un procedimiento para eliminar dióxido de carbono de gases de humo al ponerlo en contacto con una solución acuosa de una alcanolamina alifática terciaria y de una N-alquil-diamina especificada en detalle. Como alcanolaminas alifáticas terciarias preferentes se mencionan la metildietanolamina, metildiisopropanolamina y butil-dietanolamina. Como activador preferente se considera en particular la 3metilaminopropilamina.

En especial en los procedimientos realizados a gran escala para la eliminación de dióxido de carbono de gases de humo como agente de absorción se utiliza preferentemente monoetanolamina (MEA) . Por ejemplo, Satish Reddy y otros de Fluor Corporation, en un resumen sobre la Second National Conference on Carbon Sequestration del National Energy Technology Laborator y / Department of Energy, Alexandria, VA, U.S.A., organizado del 5 al 8 de mayo de 2003, titulado"Fluor’s Econamine FG PlusSM Technology - An enhanced aminebased CO2 capture process", describen la eliminación de dióxido de carbono de gases de humo con un agente de absorción que contiene monoetanolamina y un inhibidor interno. Este último suprime la degeneración de monoetanolamina debido a la presencia de oxígeno y, al mismo tiempo, protege a la instalación de la corrosión. Este procedimiento, desde el momento de su publicación, fue aplicado ya en 23 instalaciones operadas de forma comercial.

Las tecnologías basadas en monoetanolamina se caracterizan por una elevada reactividad entre la amina y el dióxido de carbono. Sin embargo, la elevada reactividad es acompañada de una elevada entalpía de reacción y de una elevada demanda de energía para la regeneración. Otras alcanolaminas, como por ejemplo la dietanolamina o la metildietanolamina, que para la regeneración presentan una demanda reducida de energía, debido a su cinética de reacción más lenta entre el dióxido de carbono y la amina, son adecuadas para esta tarea de separación sólo de forma limitada.

En la solicitud WO 99/004, 885 se indica la eliminación de gases de humo de un flujo de gas al ponerlo en contacto con una solución acuosa de una oligoamina especificada en detalle con una concentración de 20 a 60 % en peso que, de forma preferente, contiene como activador un compuesto de metal alcalino o una mono-o diamina alifática o cicloalifática. Como activadores se mencionan en particular el hidróxido de sodio, hidrogenocarbonato de sodio, diamina de trietileno, diciclohexilamina, n-etil-ciclohexilamina y N, N-dimetil-ciclohexilamina. La desventaja de la utilización de hidróxido de sodio y de hidrogenocarbonato de sodio como activador reside en la demanda de energía marcadamente elevada durante la regeneración. La desventaja de la utilización de diamina de trietileno reside en su cinética de reacción lenta que implica un tiempo de espera prolongado, así como una superficie mayor de intercambio durante la absorción. La desventaja de la utilización de diciclohexilamina, n-etil-ciclohexilamina y N, Ndimetil-ciclohexilamina reside en su limitada capacidad de mezcla con el agua, lo cual reduce la flexibilidad en cuanto a la adecuación del contenido de activador.

Es objeto de la presente invención hallar un agente de absorción para gases de humo y un procedimiento para eliminar gases de humo de flujos de fluido, el cual no presente las desventajas mencionadas del estado del arte o sólo las presente en menor medida, y el cual, en particular en comparación con los procedimientos conocidos, utilizando monoetanolamina, permita una mayor capacidad de circulación y una... [Seguir leyendo]

1. Agente de absorción para gases ácidos que contiene (A) una oligoamina de la fórmula general (I)

en donde R1 designa un alquilo C1 a C3, R2 designa hidrógeno o un alquilo C1 a C3, n es igual a 2 hasta 6, y p es igual a 1 hasta 3; y

(B) un derivado de piperazina de la fórmula general (II)

en donde Ra designa hidrógeno, alquilo C1 a C3, -CH2CH2OH ó - (CH2) mNH2, donde m es igual a 1 hasta 3; y

Rb designa hidrógeno, alquilo C1 a C3 ó - (CH2) nNH2 donde n es igual a 1 hasta 3, Rc designa hidrógeno, alquilo C1 a C3 ó - (CH2) oNH2, donde o es igual de 1 a 3, Rd designa hidrógeno, alquilo C1 a C3 ó - (CH2) pNH2, donde p es igual de 1 a 3, y

Re designa hidrógeno, alquilo C1 a C3 ó (CH2) qNH2, donde q es igual de 1 a 3, en donde la proporción en peso de 20 oligoamina (A) con respecto al derivado de piperazina (B) m[oligoamina (A) / m[derivado de piperazina (B) ] asciende de 0, 2 a 25.

2. Agente de absorción para gases ácidos conforme a la reivindicación 1, donde la proporción en peso de oligoamina (A) con respecto al derivado de piperazina (B) 25 m[oligoamina (A) / m[derivado de piperazina (B) ]

asciende de 0, 2 a 4.

3. Agente de absorción para gases ácidos conforme a las reivindicaciones 1 a 2, donde la concentración de oligoamina (A) más el derivado de piperazina (B) , referido a la cantidad total del agente de absorción, asciende de 10 a 60 % en peso.

4. Agente de absorción para gases inertes conforme a las reivindicaciones 1 a 3, donde la concentración de oligoamina (A) , referida a la cantidad total del agente de absorción, se ubica entre 1 y 20 % en peso.

5. Agente de absorción para gases inertes conforme a las reivindicaciones 1 a 4, donde la oligoamina (A) es bis (3dimetilaminopropil) - amina.

6. Agente de absorción para gases inertes conforme a las reivindicaciones 1 a 5, donde el derivado de piperazina (B) es piperazina.

7. Agente de absorción para gases inertes conforme a las reivindicaciones 1 a 6, el cual contiene agua, donde la proporción en peso de la suma de oligoamina (A) más el derivado de piperazina (B) con respecto al agua

{m[oligoamina (A) + m[derivado de piperazina (B) ]} / m[agua]

se ubica entre 0, 1 1 y 1, 5.

8. Procedimiento para eliminar gases ácidos de un flujo de gas al poner en contacto el flujo de gas, a una presión de 0, 05 a 10 MPa abs, con un agente de absorción líquido mantenido a una temperatura de 20 a 80ºC, caracterizado porque como agente de absorción líquido se utiliza un agente de absorción para gases ácidos conforme a la reivindicación 7.

9. Procedimiento conforme a la reivindicación 8, caracterizado porque la eliminación del gas ácido tiene lugar en una columna de lavado operada en flujo a contracorriente, donde en el interior se forma una fase líquida discontinua, en presencia de carbono activo que se encuentra presente en el interior de la columna de lavado.

10. Procedimiento conforme a las reivindicaciones 8 a 9, caracterizado porque se utiliza biogas o gas de humo y el procedimiento se realiza a una presión de 0, 05 a 0, 5 MPa abs.

11. Procedimiento conforme a las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque el flujo de gas contiene de 0, 1 a 21 en volumen de oxígeno.

12. Procedimiento conforme a las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque el gas ácido comprende dióxido de carbono y la concentración de dióxido de carbono en el flujo de gas asciende de 0, 1 a 50 % en volumen.

13. Procedimiento conforme a las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque el agente de absorción que es cargado con dióxido de carbono, después de ser puesto en contacto con el flujo de gas, es regenerado por calentamiento, expansión, por extracción con un fluido inerte, o a través de una combinación de dos o de las tres medidas mencionadas.