Un procedimiento para recuperar dióxido de carbono, que comprende

(A) proporcionar una corriente de alimentación gaseosa que comprende dióxido de carbono,

en donde la presión de dicha corriente de alimentación es de hasta 0,21 MPa;

(B) absorber preferentemente dióxido de carbono de dicha corriente de alimentación en un fluido absorbente líquido que comprende un absorbente de amina orgánica para formar una corriente de absorbente líquido enriquecido en dióxido de carbono;

(C) en cualquier secuencia o simultáneamente, presurizar dicha corriente de absorbente líquido enriquecido en dióxido de carbono a una presión suficiente para permitir que la corriente alcance la parte superior del purificador en la etapa (D) a una presión de 0,24 MPa o mayor, y calentar la corriente de absorbente líquido enriquecido en dióxido de carbono para obtener una corriente de absorbente líquido enriquecido en dióxido de carbono calentada; y

(D) retirar dióxido de carbono de dicha corriente de absorbente líquido enriquecido en dióxido de carbono en un purificador que funciona a una presión de 0,24 MPa o mayor y recuperar de dicho purificador una corriente de producto gaseosa de dióxido de carbono que tiene una presión de 0,24 MPa o mayor

Recuperación de dióxido de carbono a presión elevada.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a la recuperación de dióxido de carbono de corrientes gaseosas que lo contienen.

Antecedentes de la invención

Convencionalmente, se produce CO₂ líquido comercial a partir de corrientes de alimentación con alto contenido en CO₂ (>95%) usando tecnología de destilación. Los ejemplos de tales fuentes incluyen gases de salida de plantas productoras de amoniaco e hidrógeno, fuentes de fermentación y gases de aparición natural en pozos ricos en CO₂. Por regla general, se produce CO₂ líquido en una planta central y después se transporta a usuarios que podrían estar a cientos de kilómetros de distancia; incurriendo de este modo en altos costes de transporte. La falta de fuentes de alta calidad y su distancia de los clientes proporciona una motivación para recuperar CO₂ a partir de fuentes de baja concentración, que están disponibles, de manera general, más cerca de los lugares donde están los clientes. Los ejemplos predominantes de tales fuentes son los gases de combustión, que contienen por regla general 3 - 30% de CO₂, dependiendo del combustible y el aire en exceso usados en la combustión.

Para producir CO₂ líquido comercial a partir de tales fuentes, la concentración de CO₂ en el gas de alimentación necesita primero ser aumentada de manera significativa y enviada después a una unidad de destilación. Se pueden usar diversas tecnologías, que incluyen membranas, separación adsortiva (p.ej., adsorción por cambio de presión ("PSA", por sus siglas en inglés), adsorción por cambio de presión mediante vacío ("VPSA") y adsorción por cambio de temperatura ("TSA")), absorción física y absorción química, para aumentar la pureza del CO₂. La economía (costes de capital y de operación) del esquema global depende de la pureza de la alimentación, las especificaciones de pureza del producto y la recuperación obtenida. Para las membranas, las separaciones adsortivas y la absorción física, el coste para obtener una pureza de producto alta dada es función en gran medida de la pureza de la alimentación. Por otra parte, la absorción química proporciona un medio conveniente de obtener directamente vapor de CO₂ de alta pureza (>95%) en una sola etapa, porque los costes de esta tecnología son relativamente insensibles al contenido en CO₂ de la alimentación. Este vapor se puede usar tal como está para aplicaciones en el sitio de separación del CO₂, o ser comprimido adicionalmente para su recuperación corriente abajo, como CO₂ líquido comercial, o para desecho/secuestro.

La absorción química se puede realizar mediante el uso de alcanolaminas, así como de sales de carbonato tales como carbonato de potasio caliente. Sin embargo, cuando se usan sales de carbonato, es necesario que la presión parcial del CO₂ sea al menos 0,10 MPa para tener alguna recuperación significativa. Dado que los gases de combustión están disponibles por regla general a presión atmosférica, el uso de absorción química con sales de carbonato requeriría la compresión del gas de alimentación. Esto es sumamente costoso, debido a la significativa energía gastada en la compresión del nitrógeno. Por otra parte, existen alcanolaminas que pueden proporcionar niveles adecuados de recuperación de CO₂ a partir de fuentes poco concentradas a presión atmosférica. Por tanto, para la recuperación de vapor de CO₂ de alta pureza (>95%) a partir de fuentes tales como gases de combustión, la absorción química con alcanolaminas sería la elección preferida. La presión del vapor rico en CO₂ recuperado de tal proceso de absorción está, de manera general, alrededor de 0,10 - 0,21 MPa. Se necesitará típicamente una compresión del gas para el uso, procesado o desecho posterior.

Históricamente, las alcanolaminas han encontrado un uso ampliamente extendido para la absorción de CO₂ en procedimientos tales como la purificación del gas natural y la producción de hidrógeno. Como indica la bibliografía (Kohl y Nielsen, "Gas Purification", 5ª edición (1997), págs. 115-117, 123-125, 144-149), el gas de alimentación está típicamente en un exceso de 1,4 MPa y el vapor rico en CO₂ se obtiene típicamente a presiones de 0,10 - 0,21 MPa. La patente de EE.UU. 5.853.680 describe un procedimiento para la retirada de dióxido de carbono de gas natural a alta presión (>2,9 MPa). No hay bombeo del líquido de alcanolamina rico en CO₂. Llevando a cabo la etapa de regeneración sin despresurización significativa, el procedimiento descrito facilita la recuperación de una corriente de vapor rico en CO₂ a presiones de 0,97 MPa o superiores.

La patente de EE.UU. 6.146.603 describe un procedimiento para recuperar dióxido de carbono usando un fluido absorbente de alcanolamina, en el que el absorbente cargado es calentado en un procedimiento de calentamiento en dos etapas antes de la separación del absorbato del absorbente.

Sin embargo, existe aún una necesidad de un procedimiento más eficaz que pueda recuperar directamente dióxido de carbono a alta presión a partir de corrientes de fuentes a baja presión.

Breve compendio de la invención

Un aspecto de la presente invención es un procedimiento para recuperar dióxido de carbono, que comprende (A) proporcionar una corriente de alimentación gaseosa que comprende dióxido de carbono, en donde la presión de dicha corriente de alimentación es de hasta 0,21 MPa; (B) absorber preferentemente el dióxido de carbono de dicha corriente de alimentación en un fluido absorbente líquido que comprende un absorbente de amina orgánica, para formar una corriente de absorbente líquido enriquecido en dióxido de carbono; (C) en cualquier secuencia o simultáneamente, presurizar dicha corriente de absorbente líquido enriquecido en dióxido de carbono hasta una presión suficiente para permitir que la corriente alcance la parte superior del purificador en la etapa (D) a una presión de 0,24 MPa o superior, y calentar la corriente de absorbente líquido enriquecido en dióxido de carbono para obtener una corriente de absorbente líquido enriquecido en dióxido de carbono calentada; y (D) retirar el dióxido de carbono de dicha corriente de absorbente líquido enriquecido en dióxido de carbono en un purificador que funciona a una presión de 0,24 MPa o superior y recuperar de dicho purificador una corriente de producto gaseosa de dióxido de carbono que tiene una presión de 0,24 MPa o superior. En algunas realizaciones preferidas, la presión en el purificador, y la presión de la corriente de producto gaseosa de dióxido de carbono, es de hasta 0,48 MPa.

En otros aspectos de este procedimiento, el fluido absorbente líquido purificado extraído del purificador se recicla a la etapa (B).

Breve descripción del dibujo

La Figura 1 es un diagrama de flujo que muestra una realización de la presente invención.

Descripción detallada de la invención

La siguiente descripción se refiere a la Figura 1, que representa un diagrama de flujo de un procedimiento de absorción basado en alcanolamina mejorado de la presente invención para la recuperación de CO₂ a alta presión de una corriente de baja presión tal como un gas de combustión. Son posibles ciertas variaciones en el diagrama de flujo y el equipo usado. Además, los valores de temperatura y presión incluidos en la siguiente descripción son simplemente indicativos de las condiciones de funcionamiento típicas.

La corriente 1 de alimentación gaseosa comprende una corriente que contiene dióxido de carbono. Por regla general, la corriente 1 de alimentación también contiene nitrógeno y oxígeno. El contenido en dióxido de carbono es, de manera general, de hasta 30% (siendo todos los porcentajes en la presente memoria tantos por ciento en volumen, a menos que se indique de otro modo) y es típicamente de 3 a 30% en volumen, que es típico para el gas de combustión. Usualmente, la corriente 1 de alimentación ha sido enfriada de manera adecuada, y pretratada para la retirada de partículas e impurezas tales como SOx y NOx. La corriente de alimentación es alimentada al ventilador 2, el cual la dirige a través de la tubería 3 al absorbedor 4, donde la corriente de alimentación es puesta en contacto (preferiblemente, a contracorriente) con un fluido absorbente líquido para el dióxido de carbono.

El fluido absorbente...

1. Un procedimiento para recuperar dióxido de carbono, que comprende

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además recuperar el fluido absorbente líquido purificado del purificador en la etapa (D) y reciclar dicho fluido a la etapa (B).

3. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que la corriente de alimentación gaseosa tiene un contenido en dióxido de carbono menor que 30% en volumen.

4. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho fluido absorbente líquido comprende monoetanolamina.

5. Un procedimiento según la reivindicación 4, en el que el absorbente líquido enriquecido en dióxido de carbono en la etapa (C) es presurizado suficientemente para que alcance la parte superior del purificador a una presión de 0,28 a 0,38 MPa, y el purificador en la etapa (D) funciona a una presión entre 0,28 y 0,38 MPa.

6. Un procedimiento según la reivindicación 2, en el que dicha corriente de absorbente líquido enriquecido en dióxido de carbono formada en la etapa (B) es calentada por intercambio de calor en la etapa (D) con dicho fluido absorbente líquido purificado antes de que dicha corriente de absorbente líquido enriquecido en dióxido de carbono sea alimentada a la etapa (D).