Regeneración de absorbentes mejorada.

Un procedimiento de regeneración de un absorbente rico que tiene CO2 absorbido,

para dar un absorbente regenerado,o pobre, y CO2, en cuyo procedimiento una corriente de absorbente rico se introduce en una columna regeneradora (8)que opera a presión atmosférica o superior, en cuya columna de regeneración (8) el absorbente circula hacia abajo, y acontracorriente, con vapor generado calentando absorbente pobre en la base de la columna regeneradora (8),en el que el gas, que comprende principalmente CO2 liberado y vapor, se extrae de la cabeza de la columna (8) y sesepara para dar una corriente de CO2 que se elimina y agua condensada que se recircula a la columna regeneradora (8),y en el que el absorbente pobre, o regenerado, se extrae de la base de la columna (8),

en el que el gas que se extrae de la cabeza de la columna regeneradora (8) se comprime y se enfría por intercambio decalor para recuperar el calor, antes de la separación del gas en CO2 y agua,

caracterizado porque el gas extraído de la cabeza de la columna de regeneración (8) se comprime en una unidad decompresión (200) que comprende dos o más etapas de compresión (21, 21', 21''), y en el que el agua se introduce en elgas comprimido entre las etapas de compresión.

Regeneración de absorbentes mejorada

Campo técnico

La presente invención se refiere al campo de la captura de CO2 de una mezcla de gases. Más específicamente, la presente invención se refiere a la captura de CO2 de un gas que contiene CO2, tal como gas de combustión de la combustión de material carbonáceo o de otros procedimientos que liberan CO2. Lo más específicamente, la presente invención se refiere a un procedimiento mejorado y planta para la regeneración de un absorbente de CO2 en un procedimiento y planta para la captura de CO2.

Antecedentes La combustión continuamente creciente de combustible fósil, tal como carbón, gas natural y petróleo, durante los últimos siglos ha producido un aumento en la concentración de CO2 en la atmósfera. La creciente concentración de CO2 ha provocado una preocupación debido al efecto invernadero producido por CO2. Se sospecha que el efecto invernadero ya ha provocado al menos algunos de los cambios en el clima que se han observado durante las últimas décadas, y se sospecha según modelos de simulación que producirá incluso más cambios y cambios posiblemente drásticos en el clima del planeta tierra.

Esto ha provocado una llamada a la acción de los científicos, ecologistas y políticos en todo el mundo para estabilizar o incluso reducir la descarga de CO2 de la combustión de combustible fósil a la atmósfera. Una estabilización o incluso reducción de la descarga de CO2 a la atmósfera de la combustión de combustible fósil puede lograrse por la captura y depósito seguro de CO2 del gas de escape de centrales térmicas y otras plantas en la que se quema combustible fósil.

El CO2 capturado puede inyectarse en formaciones subterráneas tales como acuíferos, pozos de petróleo para la recuperación potenciada de petróleo o en pozos de petróleo y gas agotados para deposición. Las pruebas indican que el CO2 queda en la formación subterránea durante miles de años y no se libera a la atmósfera.

La captura de CO2 de un gas por medio de absorción es muy conocida y se ha usado durante décadas, por ejemplo, para la eliminación de CO2 (y otros gases ácidos) de gas natural producido en yacimientos de gas. Los absorbentes usados o sugeridos en la técnica anterior han sido diferentes disoluciones alcalinas acuosas tales como carbonato de potasio, véase, por ejemplo, el documento US 4.160.810, y diferentes aminas, véanse, por ejemplo, los documentos US 4.112.051, US 4.397.660 y US 5.061.465. La separación de CO2 de gas de escape de centrales térmicas por medio de una disolución de amina, se conoce, por ejemplo, del documento US 4.942.734.

Común a estas disoluciones de captura de CO2 es que la mezcla de gases a separar se introduce a contracorriente al absorbente acuoso en una columna absorbedora. El gas que abandona la columna absorbedora está agotado en CO2 (o agotado en gas ácido) , mientras que el CO2 (u otro gas ácido) abandona la columna absorbedora junto con el absorbente. El absorbente se regenera en la columna regeneradora y se devuelve a la columna absorbedora. La amina se regenera extrayendo la disolución de amina con vapor en la columna de regeneración. El vapor se genera en el evaporador en la base de la columna.

La Figura 1 y el texto adjunto del documento WO 2004/080573 describen un procedimiento de regeneración a baja presión para un absorbente de CO2, en el que el absorbente es extraído en una columna de regeneración por flujo a contracorriente de vapor. Se indica que la presión en la columna es aproximadamente 0, 15 atm, o aproximadamente 0, 15 bar, y la temperatura en el fondo de la columna de regeneración es aproximadamente 55 ºC y decreciendo hacia la cabeza de la columna. La presión de la mezcla gaseosa de CO2 y vapor extraída en la cabeza de la columna de regeneración se aumenta a la presión atmosférica mediante una compresión de múltiples etapas con enfriamiento y separación de agua entre las etapas. El enfriamiento se efectúa por intercambio de calor contra absorbente pobre para producir vapor a baja presión para la extracción en la columna de regeneración.

Este procedimiento de regeneración sub-atmosférica puede ser eficaz para absorbentes de carbonato. Sin embargo, los absorbentes de amina necesitan mayores temperaturas para que tenga lugar en absoluto la extracción de CO2. La regeneración a baja presión añade adicionalmente coste tanto a la construcción como a la operación de la parte de regeneración de una planta tal. En primer lugar, el reducir la presión produce la demanda de columna de regeneración más voluminosa, aumentando el coste de construcción espectacularmente. En segundo lugar, la compresión del gas que se extrae de la cabeza de la columna de regeneración de la presión de la columna a la presión atmosférica consume energía. El coste de energía para la compresión de un gas de 0, 15 bar absolutos a 1 bar se corresponde aproximadamente con la compresión de un gas de 1 bar absolutos a 7 bar absolutos. La baja temperatura de operación de los productos de cabeza del extractor permite, sin embargo, compresión simple y eficaz de este gas.

Aún cuando la reducción de la presión en la columna de regeneración permita una recompresión de vapor simple y

ventajosa para la integración de energía, las ventajas extraídas de la integración de energía son más pequeñas que las desventajas debidas al coste adicional. Adicionalmente, no sería posible operar eficazmente el procedimiento, como se ha mencionado anteriormente, para otros absorbentes distintos de carbonatos, y tampoco para las aminas frecuentemente más preferidas.

Como se ilustra anteriormente, el CO2 como tal es muy conocido en la técnica. Sin embargo, existe la necesidad de varias mejoras en el procedimiento de captura de CO2 para hacer económicamente rentables centrales térmicas libres de emisiones de CO2 o de bajas emisiones de CO2.

Las plantas para la captura de CO2 son construcciones relativamente grandes, complejas y caras. Por tanto, se desea reducir el tamaño, la complejidad y el coste de las plantas.

La captura de CO2 se lleva a cabo a costa de la eficiencia de una central termoeléctrica que utiliza combustible fósil, de manera que se reduce la salida de energía eléctrica y/o calor de alta temperatura de una central termoeléctrica. La eficiencia reducida en comparación con una planta tradicional hace estas instalaciones menos rentables. Por tanto, se buscan mejoras en la eficiencia, es decir, reducir el coste de energía en el procedimiento de captura de CO2.

Los absorbentes actualmente preferidos son disoluciones acuosas de diferentes aminas. Las aminas comúnmente usadas son alcanolaminas tales como, por ejemplo, dietanolamina, monometiletanolamina, aminoetiletanolamina, 2 (metilamino) etanol, MDEA, además de otras aminas conocidas por expertos en la materia. La absorción de CO2 a los absorbentes de amina es una reacción exotérmica reversible. Por consiguiente, el calor tiene que suministrarse a la columna regeneradora para invertir la absorción y liberar el CO2.

El calor suministrado a la columna regeneradora según el estado de la materia se suministra en el evaporador cuando el absorbente se calienta a una temperatura normalmente de aproximadamente 120 a 130 ºC, a una presión de operación normal para tales extractores de aproximadamente 1, 5 bar absolutos o 0, 5 bar manométricos. El absorbente en el evaporador puede calentarse por una fuente de calor eléctrica, pero lo más comúnmente por un medio de calor tal como, por ejemplo, vapor a alta temperatura. El evaporador es el principal consumidor de energía térmica de temperatura media en el ciclo de absorción / desorción para la captura de CO2. Una reducción en la demanda de energía térmica de temperatura media mejoraría la economía del procedimiento de captura de CO2.

El documento DE 36 27 777 A1 describe un procedimiento para la regeneración de un absorbente rico para gases ácidos, del tipo anteriormente descrito, en el que el vapor y CO2 extraídos de la columna de regeneración se comprimen y la mezcla de gases comprimida se usa para producir vapor que se introduce en la columna de separación (Fig. 2) .

El documento DE 37 38 913 A1 describe la compresión del vapor y CO2 extraídos de la columna de regeneración antes de hacer hervir vigorosamente, para Así, un objetivo para la presente invención es obtener una reducción en el rendimiento del evaporador, y así una reducción en la demanda de energía térmica de temperatura media, tal como vapor de temperatura alta.

Breve descripción de la invención Según un primer aspecto la presente invención se refiere a un procedimiento para regeneración de un absorbente rico que tiene CO2 absorbido, para... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de regeneración de un absorbente rico que tiene CO2 absorbido, para dar un absorbente regenerado,

o pobre, y CO2, en cuyo procedimiento una corriente de absorbente rico se introduce en una columna regeneradora (8) que opera a presión atmosférica o superior, en cuya columna de regeneración (8) el absorbente circula hacia abajo, y a contracorriente, con vapor generado calentando absorbente pobre en la base de la columna regeneradora (8) ,

en el que el gas, que comprende principalmente CO2 liberado y vapor, se extrae de la cabeza de la columna (8) y se separa para dar una corriente de CO2 que se elimina y agua condensada que se recircula a la columna regeneradora (8) ,

y en el que el absorbente pobre, o regenerado, se extrae de la base de la columna (8) ,

en el que el gas que se extrae de la cabeza de la columna regeneradora (8) se comprime y se enfría por intercambio de calor para recuperar el calor, antes de la separación del gas en CO2 y agua,

caracterizado porque el gas extraído de la cabeza de la columna de regeneración (8) se comprime en una unidad de compresión (200) que comprende dos o más etapas de compresión (21, 21', 21'') , y en el que el agua se introduce en el gas comprimido entre las etapas de compresión

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el absorbente es un absorbente de amina.

3. El procedimiento de la reivindicación 1 ó 2, en el que la presión de operación de la columna regeneradora (8) es 1, 5 bar absolutos o superior.

4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el gas extraído de la cabeza de la columna de regeneración (8) se comprime a una presión que es 2 a 5 veces la presión de operación de la columna de regeneración

(8) antes de la separación del gas en CO2 y agua.

5. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el gas comprimido se enfría por intercambio de calor contra agua para calentar dicha agua para producir vapor.

6. El procedimiento según la reivindicación 5, en el que el vapor generado por intercambio de calor se usa para la generación de vapor calentando absorbente pobre en la base de la columna regeneradora.

7. El procedimiento según la reivindicación 1 que comprende la captura de CO2 de un gas que contiene CO2 en el que un absorbente líquido pobre y el gas que contiene CO2 se introducen en un absorbedor (3) en el que se hace que el gas que contiene CO2 circule a contracorriente al absorbente pobre para producir un absorbente rico y una corriente de gas agotado en CO2, liberando el gas agotado en CO2 a los alrededores, extrayendo el absorbente rico del absorbedor (3) , en el que el absorbente rico se introduce a una columna regeneradora (8) .

8. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que el absorbente es un absorbente de amina.

9. El procedimiento de la reivindicación 7 u 8, en el que la presión de operación de la columna regeneradora (8) es 1, 5 bar absolutos o superior.

10. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que el gas extraído de la cabeza de la columna de regeneración (8) se comprime a una presión que es 2 a 5 veces la presión de operación de la columna de regeneración

(8) antes de la separación del gas en CO2 y agua.

11. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en el que el gas comprimido se enfría por intercambio de calor contra agua para calentar dicha agua para producir vapor.

12. El procedimiento según la reivindicación 11, en el que el vapor generado por intercambio de calor se usa para la generación de vapor calentando el absorbente pobre en la base de la columna regeneradora.

13. Un regenerador para un absorbente líquido para CO2 que comprende una columna regeneradora (8) operada a presión atmosférica o superior, una línea de absorbente rico (5) para la introducción de absorbente rico en la columna regeneradora (8) , medios de extracción (10) para extraer absorbente pobre del fondo de la columna regeneradora (8) , un evaporador (11) para calentar una parte del absorbente extraído antes de la reintroducción en la columna regeneradora (8) para la producción de vapor, una línea de absorbente pobre (4) para recircular una parte del absorbente extraído por los medios de extracción (10) a un absorbedor (3) , una línea de extracción de gas (9) para extraer CO2 y vapor de la cabeza de la columna regeneradora (8) y medios de separación (25) para separar el gas extraído de la cabeza de la columna regeneradora (8) en una corriente de CO2 que es exportada del regenerador (8) y agua que se recircula a la columna regeneradora (8) , y una unidad de compresión de vapor (20) para la compresión del CO2 y vapor a una presión de 2 a 10 bar absolutos, provista entre la columna regeneradora (8) y los medios de separación (20) , en el que la unidad de compresión de vapor (20) es una unidad de compresión de múltiples etapas que comprende dos o más etapas del

compresor (21, 21', 22'') en el que se proporcionan medios de inyección de agua (29, 29') para inyectar agua en el CO2 comprimido y agua entre las etapas del compresor.

14. Una planta para la captura de CO2 de un gas que contiene CO2 que comprende medios (4) para introducir un líquido absorbente pobre y el gas que contiene CO2 en un absorbedor (3) en que se provoca que el absorbente y el gas que contiene CO2 circulen a contracorriente para producir un flujo de gas agotado en CO2 y un absorbente rico, medios (6) para liberar el flujo de gas agotado en CO2 a los alrededores, medios (5) para extraer el absorbente rico y para introducir el absorbente rico en un regenerador (8) según la reivindicación 13.