Procedimiento para la retirada de dióxido de carbono de corrientes de gas con presiones parciales reducidas de dióxido de carbono.

Procedimiento para la retirada de dióxido de carbono de una corriente de gas en la que la presión parcial deldióxido de carbono en la corriente de gas asciende a menos de 20 kPa (200 mbar),

en el que la corriente de gas sepone en contacto con un agente de absorción líquido que comprende una solución acuosa de

(A) un compuesto de amina de fórmula general

RaRbN-X-NRa'Rb'

en la que Ra, Rb, Ra' y Rb' están seleccionados independientemente entre sí de grupos alquilo C1-C6, gruposhidroxialquilo C2-C8 o grupos alcoxi-C1-C6-alquilo-C2-C6 y representando X un grupo alquileno C2-C6 y

(B) un activador que está seleccionado de aminas primarias y secundarias.

Procedimiento para la retirada de dióxido de carbono de corrientes de gas con presiones parciales reducidas de dióxido de carbono La presente invención se refiere a un procedimiento para la retirada de dióxido de carbono de corrientes de gas con presiones parciales reducidas de dióxido de carbono, particularmente para la retirada de dióxido de carbono de gases de humo.

La retirada de dióxido de carbono de gases de humo es deseable por distintos motivos, en particular, sin embargo, parareducir la emisión de dióxido de carbono que se considera la causa principal del denominado efecto invernadero.

A escala industrial con frecuencia se emplean para retirar gases ácidos, tales como dióxido de carbono, de corrientes de fluido soluciones acuosas de bases orgánicas, por ejemplo, alcanolaminas, como agente de absorción. Al disolver gases ácidos, a este respecto, a partir de la base y los constituyentes del gas ácido se forman productos iónicos. El agente de absorción se puede regenerar mediante calentamiento, relajación a una presión menor o arrastre, reaccionando los productos iónicos de vuelta dando gases ácidos y/o arrastrándose los gases ácidos mediante vapor. Después del procedimiento de regeneración se puede volver a usar el agente de absorción.

Los gases de humo presentan presiones parciales de dióxido de carbono muy reducidas, ya que, por norma general, se producen a una presión próxima a la presión atmosférica y contienen típicamente del 3 al 13 % en volumen de dióxido de carbono. Para conseguir una retirada eficaz de dióxido de carbono, el agente de absorción tiene que presentar una elevada afinidad por gas ácido, lo que, por norma general, significa que la absorción de dióxido de carbono se desarrolla de forma muy exotérmica. Por otro lado, la elevada cantidad de la entalpía de la reacción de absorción causa un mayor gasto energético durante la regeneración del agente de absorción.

Por tanto, Dan G. Chapel y col. en su conferencia "Recover y of CO2 from Flue Gases: Commercial Trends" (presentada en el encuentro anual de la Canadian Society of Chemical Engineers, 4-6. octubre, 1999, Saskatoon, Saskatchewan, Canadá) , recomiendan seleccionar para la minimización de la energía de regeneración requerida un agente de absorción con una entalpía de reacción relativamente baja.

La invención se basa en el objetivo de especificar un procedimiento que permita una retirada sustancial de dióxido de carbono de corrientes de gas con presiones parciales reducidas de dióxido de carbono y en el que sea posible la regeneración del agente de absorción con un gasto energético comparativamente reducido.

El documento EP-A 558 019 describe un procedimiento para la retirada de dióxido de carbono de gases de combustión en el que se trata el gas a presión atmosférica con una solución acuosa de una amina estéricamente impedida, tal como 2-amino-2-metil-1-propanol, 2- (metilamino) -etanol, 2- (etilamino) -etanol, 2- (dietilamino) -etanol y 2 (2-hidroxietil) -piperidina. Además, el documento EP-A 558 019 describe un procedimiento en el que se trata el gas a presión atmosférica con una solución acuosa de una amina, tal como 2-amino-2-metil-1, 3-propanodiol, 2-amino-2metil-1-propanol, 2-amino-2-etil-1, 3-propanodiol, t-butildietanolamina y 2-amino-2-hidroximetil-1, 3-propanodiol y un activador tal como piperazina, piperidina, morfolina, glicina, 2-metilaminoetanol, 2-piperidinaetanol y 2etilaminoetanol.

El documento EP-A 879 631 desvela un procedimiento para la retirada de dióxido de carbono de gases de combustión en el que se trata el gas a presión atmosférica con una solución acuosa de una amina secundaria y una terciaria.

El documento EP-A 647 462 describe un procedimiento para la retirada de dióxido de carbono de gases de combustión en el que se trata el gas a presión atmosférica con una solución acuosa de una alcanolamina terciaria y un activador, tal como dietilentriamina, trietilentetramina, tetraetilenpentamina; 2, 2-dimetil-1, 3-diaminopropano, hexametilendiamina, 1, 4-diaminobutano, 3, 3-iminotrispropilamina, tris (2-aminoetil) amina, N- (2-aminoetil) piperazina, 2- (aminoetil) etanol, 2- (metilamino) etanol, 2- (n-butilamino) etanol.

También se describe un procedimiento similar en el documento US-A-2004/0036055.

El objetivo se alcanza mediante un procedimiento para la retirada de dióxido de carbono de una corriente de gas en la que la presión parcial del dióxido de carbono en la corriente de gas asciende a menos de 20 kPa (200 mbar) , la mayoría de las veces es de 2 a 15 kPa (de 20 a 150 mbar) , en el que se pone en contacto la corriente de gas con un agente de absorción líquido que comprende una solución acuosa de (A) un compuesto de amina de fórmula general

RaRbN-X-NRa'Rb'

en la que Ra, Rb, Ra' y Rb' están seleccionados independientemente entre sí de grupos alquilo C1-C6, grupos hidroxialquilo C2-C6 o grupos alcoxi-C1-C6-alquilo-C2-C6 y representando X un grupo alquileno C2-C6 y

(B) un activador que está seleccionado de aminas primarias y secundarias.

En formas de realización preferentes, Ra, Rb, Ra' y Rb' representan, independientemente entre sí, metilo o etilo.

X representa, preferentemente, un grupo alquileno C2-C3, -X1-NR-X2- o -X1-O-X2-, en los que X1 y X2 representan, independientemente entre sí, grupos alquileno C1-C3.

Son compuestos de amina particularmente preferidos N, N, N', N'-tetrametiletilendiamina, N, N-dietil-N', N'dimetiletilendiamina, N, N, N', N'-tetraetiletilendiamina, N, N, N', N'-tetrametil-1, 3-propandiamina y N, N, N', N'-tetraetil-1, 3propandiamina.

El activador se selecciona preferentemente de a) heterociclos saturados de 5 o 6 miembros con al menos un grupo NH en el anillo que pueden contener uno o dos heteroátomos adicionales seleccionados de nitrógeno y oxígeno en el anillo o b) compuestos de fórmula R1-NH-R2-NH2, en la que R1 representa alquilo C1-C6 y R2 alquileno C2-C6.

Son ejemplos de activadores preferentes piperazina, 2-metilpiperazina, N-metil-piperazina, homopiperazina, piperidina y morfolina así como 3-metilaminopropilamina. Como componente (A) se pueden usar también mezclas de distintos compuestos de amina o como componente (B) , mezclas de distintos activadores.

Preferentemente, el compuesto de amina presenta un valor de pKa (medido a 25 ºC; 1 mol/l) de 9 a 11, particularmente de 9, 3 a 10, 5. En aminas polibásicas, al menos un valor de pKa se encuentra en el intervalo indicado.

Los compuestos de amina empleados de acuerdo con la invención están caracterizados por una magnitud de la entalpía de reacción ΔRH de la reacción de protonación A + H+→ AH+

(en la que A representa la amina alifática terciaria) que es mayor que la de la metildietanolamina (a 25 ºC, 101, 3 kPa (1013 mbar) ) . La entalpía de reacción ΔRH de la reacción de protonación para la metildietanolamina asciende aproximadamente a -35 kJ/mol.

La entalpía de reacción ΔRH se puede estimar según la siguiente ecuación con una buena aproximación a partir de los valores de pK a diferentes temperaturas:

Se encuentra una compilación de los valores de ΔRH calculados según la anterior ecuación de distintas aminas terciarias en la siguiente tabla:

Amina pK1 (T1) pK2 (T2) Entalpía de reacción -ΔRH / kJ/mol

N-metildietanolamina (MDEA) 8, 52 (298 K) 7, 87 (333 K) 35

N, N-dietiletanolamina (DEEA) 9, 76 (293 K) 8, 71 (333 K) 49

N, N-dimetiletanolamina (DMEA) 9, 23 (293 K) 8, 36 (333 K) 41

2-diisopropilaminoetanol (DIEA) 10, 14 (293 K) 9, 13 (333 K) 47

N, N, N', N'-tetrametilpropandiamina (TMPDA) 9, 8 (298 K) 9, 1 (333 K) 38

N, N, N', N'-tetraetilpropandiamina (TEPDA) 10, 5 (298 K) 9, 7 (333 K) 43

1-dimetilamino-2-dimetilaminoetoxietano (Niax) 8, 9 (298 K) 8, 2 (333 K) 38

N, N-dimetil-N', N'-dietiletilendiamina (DMDEEDA) 9, 6 (298 K) 8, 9 (333 K) 38

Sorprendentemente, para el procedimiento de acuerdo con la invención son adecuadas aminas con una magnitud relativamente elevada de la entalpía de reacción ΔRH. Esto probablemente se debe a que la dependencia de la temperatura de las constantes de equilibrio de la reacción de protonación es proporcional a la entalpía de la reacción ΔRH. En caso de aminas con una elevada entalpía de reacción ΔRH, la dependencia de la temperatura de la ubicación del equilibrio de la protonación es más pronunciada. Ya que la regeneración del agente de absorción se realiza a mayor temperatura que la etapa de absorción, se logra la facilitación de agentes de absorción que en la etapa de absorción permiten una retirada eficaz de dióxido de carbono incluso a presiones... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la retirada de dióxido de carbono de una corriente de gas en la que la presión parcial del dióxido de carbono en la corriente de gas asciende a menos de 20 kPa (200 mbar) , en el que la corriente de gas se pone en contacto con un agente de absorción líquido que comprende una solución acuosa de (A) un compuesto de amina de fórmula general

RaRbN-X-NRa'Rb'

en la que Ra, Rb, Ra' y Rb' están seleccionados independientemente entre sí de grupos alquilo C1-C6, grupos hidroxialquilo C2-C8 o grupos alcoxi-C1-C6-alquilo-C2-C6 y representando X un grupo alquileno C2-C6 y

(B) un activador que está seleccionado de aminas primarias y secundarias.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el compuesto de amina se selecciona de N, N, N', N'tetrametiletilendiamina, N, N-dietil-N', N'-dimetiletilendiamina, N, N, N', N'-tetraetiletilendiamina, N, N, N', N'-tetrametil-1, 3propandiamina y N, N, N', N'-tetraetil-1, 3-propandiamina.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el activador se selecciona de

a) heterociclos saturados de 5 o 6 miembros con al menos un grupo NH en el anillo o b) compuestos de fórmula R1-NH-R2-NH2, en la que R1 representa alquilo C1-C6 y R2 alquileno C2-C6.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el activador se selecciona de piperazina, 2metilpiperazina, N-metilpiperazina, homopiperazina, piperidina y morfolina.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el activador es 3-metilaminopropilamina.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que la concentración del compuesto de amina es del 20 al 60 % en peso y la concentración del activador del 1 al 10 % en peso con respecto al peso total del agente de absorción.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que la corriente de gas procede

a) de la oxidación de sustancias orgánicas, b) del compostaje o almacenamiento de sustancias de desecho que contienen sustancias orgánicas o c) de la descomposición bacteriana de sustancias orgánicas.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el agente de absorción cargado se regenera mediante

a) calentamiento, b) relajación de la presión, c) arrastre con un fluido inerte

o una combinación de dos o todas estas medidas.

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el agente de absorción cargado se regenera mediante calentamiento a una presión de 200 a 1000 kPa (de 2 a 10 bar) .

10. Agente de absorción para retirar dióxido de carbono de una corriente de gas que comprende una solución acuosa de

(A) un compuesto de amina de fórmula general

RaRbN-X-NRa'Rb'

en la que Ra, Rb, Ra' y Rb' están seleccionados independientemente entre sí de grupos alquilo C1-C6, grupos hidroxialquilo C2-C6 o grupos alcoxi-C1-C6-alquilo-C2-C6 y representando X un grupo alquileno C2-C6 y

(B) un activador que está seleccionado de aminas primarias y secundarias.

11. Agente de absorción de acuerdo con la reivindicación 10, estando seleccionada la amina alifática terciaria de N, N, N', N'-tetrametiletilendiamina, N, N-dietil-N', N'-dimetiletilendiamina, N, N, N', N'-tetraetiletilendiamina, N, N, N', N'tetrametil-1, 3-propandiamina y N, N, N', N'-tetraetil-1, 3-propandiamina.