BRPI1007899A2 - Absorção de co2 de misturas de gás usando uma solução aquosa de 4-amino-2,2,6,6-tetrametil piperidina - Google Patents
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Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ABSORÇÃO DE CO2 DE MISTURAS DE GÁS USANDO UMA SOLUÇÃO AQUOSA DE 4-AMINO-2,2,6,6-TETRAMETIL PIPERIDINA".
Campo Técnico
5 A presente invenção refere-se a um método para a absorção de
CO2 de uma mistura de gás e também ao meio de absorção e um dispositivo para realizar o método.
A absorção de CO2 de uma mistura de gás é de particular inte- resse para a remoção de dióxido de carbono dos gases de combustão, es- 10 pecialmente para a redução da emissão de dióxido de carbono, que é consi- derado como sendo a causa principal do que é conhecido como o efeito es- tufa, dos processos da central de energia elétrica. Além do mais, o dióxido de carbono é requerido para alguns processos e usando o método de acordo com a invenção, o dióxido de carbono pode ser provido como matéria prima 15 alimentícia para esses processos.
Estado da Técnica
Na escala industrial, as soluções aquosas de alcanolaminas são tipicamente usadas como meio de absorção para a absorção de CO2 de uma mistura de gás. O meio de absorção carregado é regenerado por aqueci- 20 mento, expansão para uma pressão mais baixa ou extração, após o que o dióxido de carbono é dessorvido. Depois do processo de regeneração, o meio de absorção pode ser reusado. Estes métodos são descritos, por exemplo, em Rolker, J.; Arlt, W.; "Abtrennung von Kohlendioxid aus Rauch- gasen mittels Absorption" [Elimination of carbon dioxide from flue gases by 25 means of absorption] in Chemie Ingenieur Technik 2006, 78, páginas 416 a 424.
Esses métodos têm a desvantagem de que, para a eliminação do CO2 por absorção, e subsequente dessorção, uma quantidade relativa- mente grande de energia é requerida e que durante a dessorção somente 30 um tanto do CO2 absorvido é dessorvido novamente, portanto em um ciclo de absorção e dessorção a fração da alcanolamina usada para a absorção de CO2 é baixa. Além disso, os meios de absorção usados são altamente corrosivos e são sujeitos a uma degradação oxidativa interferindo na absor- ção de CO2 da mistura de gás contendo oxigênio.
US 7.419.646 descreve um método para a desacidificação de gases de exaustão que usam um meio de absorção que, durante a absorção 5 do gás acídico, formam duas fases que podem ser separadas uma da outra. Com um composto reativo para a absorção de um gás acídico, na coluna 6, inter alia, é feito menção de 4-amino-2,2,6,6-tetrametilpiperidina. Para a absorção de CO2, US 7.419.646 descreve, na coluna 3, linhas 22 a 32, o uso de N,N,N',N',N"-pentametildietilenotriamina, N,N,N',N',N"-pentametildipropile- 10 notriamina, N,N-bi(2,2-dietoxietil)metilamina e N,N-dimetildipropilenotriamina como compostos reativos para absorção. O método de US 7.419.646 tem a desvantagem de que os aparelhos adicionais são requeridos para separar as duas fases que resultam da absorção.
DD 266 799 descreve um método para a purificação de 4-amino- 2,2,6,6-tetrametilpiperidina em que o CO2 é introduzido em uma solução de 4-amino-2,2,6,6-tetrametilpiperidina em água e acetona e o sal que é precipi- tado é repartido novamente para CO2 e 4-amino-2,2,6,6-tetrametilpiperidina aquecendo ele para 90 a 200°C.
O uso de líquidos iônicos para a absorção de CO2 é descrito em X. Zhang et al., "Screening of ionic Iiquids to Capture CO2 by COSMO-RS and Experiments", AIChE Journal, Vol. 54, páginas 2171 a 2728.
Descrição da Invenção
Descobriu-se supreendentemente agora que as desvantagens dos métodos conhecidos podem ser evitadas pelo uso de 4-amino-2,2,6,6- tetrametilpiperidinas para a absorção de CO2, em que a 4-amino- 2,2,6,6-tetrametilpiperidina pode ser substituída por uma ou duas porções de alquila no grupo 4-amino.
A invenção desta maneira se refere a um método para a absor- ção de CO2 de uma mistura de gás contatando a mistura de gás com um meio de absorção que compreende água e pelo menos uma amina de fór- mula (I) (I) H em que R1 e R2 independentemente um do outro são hidrogênio ou um porção de alquila.
A invenção também se refere a um meio de absorção que compre- ende uma amina de fórmula (I), água e sulfolano, e também um meio de absor- ção que compreende uma amina de fórmula (I), água e um líquido iônico.
A invenção ainda se refere a um dispositivo para separar CO2 de uma mistura de gás, o dito dispositivo compreendendo uma unidade de ab- sorção, uma unidade de dessorção e meio de absorção circulatório que compreende água e uma amina de fórmula (I).
No método de acordo com a invenção, a absorção de CO2 é rea- lizada contatando uma mistura de gás com um meio de absorção que com- preende água e pelo menos uma amina de fórmula (I)
NR1R2
em que R1 e R2 independentemente um do outro são hidrogênio ou uma porção de alquila.
O método de acordo com a invenção pode em princípio ser rea- lizado usando qualquer mistura de gás que contém CO2, em particular com gases de exaustão de combustão; gases de exaustão de processos biológi- cos tais como processos de adubar, fermentações ou centrais de tratamento de água de esgoto; gases de exaustão de processos de calcinação tais co- mo queima de cal e produção de cimento; gases residuais de fornalha de blasto de produção de ferro; e também gases residuais de processos quími- cos, tais como gases de exaustão de produção de negro-de-fumo ou produ- ção de hidrogênio por reforma a vapor. Preferivelmente, a mistura de gás é um gás de exaustão de combustão, particularmente preferivelmente um gás de exaustão de combustão que contém de 1 a 60% em volume de CO2, em 5 particular de 2 a 20% em volume de CO2. Em uma modalidade particular- mente preferida, a mistura de gás é um gás de exaustão de combustão de um processo de central de eletricidade, em particular um gás de exaustão de combustão dessulfurizado de um processo de central de eletricidade. Na modalidade particularmente preferida usando um gás de exaustão de com- 10 bustão dessulfurizado de um processo de central de eletricidade, uso pode ser feito de todos os métodos de dessulfurização conhecidos para processos de central de eletricidade, preferivelmente gás purificado com leite de cal ou de acordo com o método de Wellmann-Lord.
No método de acordo com a invenção, o meio de absorção 15 compreende pelo menos uma amina de fórmula (I), em que R1 e R2 inde- pendentemente um do outro são hidrogênio ou uma porção de alquila. Por- ções de alquila preferidas são porções de alquila tendo um a três átomos de carbono, em particular porções de metila. Em uma modalidade particular- mente preferida, R1 e R2 são hidrogênio.
Aminas de fórmula (I) podem ser produzidas de triacetonamina
comercialmente disponível por aminação redutora, isto é, reagindo a triace- tonamina com uma amina da fórmula R1R2NH e hidrogênio na presença de um catalisador de hidrogenação. Métodos para a aminação redutora de tria- cetonamina são conhecidos daqueles versados na técnica da técnica anteri- 25 or, por exemplo da EP 0 033 529 para a produção da amina de fórmula (I) em que R1, R2 = H.
No método de acordo com a invenção, o meio de absorção tam- bém compreende água em adição para pelo menos uma amina de fórmula (I). Preferivelmente, a proporção em peso de água para aminas de fórmula 30 (I) no meio de absorção é na faixa de 10:1 a 1:10, particularmente preferi- velmente na faixa de 5:1 a 1:1, e em particular na faixa de 4:1 a 2:1. O meio de absorção preferivelmente compreende pelo menos 5% em peso de ami- nas de fórmula (I), particularmente preferivelmente pelo menos 10% em pe- so, e em particular pelo menos 25% em peso.
Para o método de acordo com a invenção, todos os aparelhos a- propriados para contatar uma fase de gás com uma fase líquida podem ser usados para contatar a mistura de gás com o meio de absorção. Preferivel- mente, purificadores de gás ou colunas de absorção conhecidas da técnica anterior são usados, por exemplo, os que fazem contato de membrana, purifi- cadores de fluxo radial, purificadores a jato, purificadores Venturi, purificado- res de aspersão rotativa, colunas de leito acondicionado, colunas de acondi- cionamento e colunas de bandeja. Particularmente preferivelmente, é feito uso de colunas de absorção no modo de operação de fluxo contra corrente.
No método de acordo com a invenção, a absorção de CO2 é pre- ferivelmente realizada a uma temperatura do meio de absorção na faixa de 0 a 70°C, particularmente preferivelmente 20 a 50°C. Quando uma coluna de absorção é usada no modo de operação de fluxo contra a corrente, a tempe- ratura do meio de absorção é particularmente preferivelmente 30 a 60°C na entrada da coluna e 35 a 70°C na saída da coluna.
A absorção de CO2 é preferivelmente realizada a uma pressão da mistura de gás na faixa de 80 a 5000 KPa (0,8 a 50 bar), particularmente preferivelmente 90 a 3000 KPa (0,9 a 30 bar). Em uma modalidade particu- larmente preferida, a absorção é realizada em uma pressão total da mistura de gás na faixa de 80 a 150 KPa (0,8 a 1,5 bar), em particular 90 a 110 KPa (0,9 a 1,1 bar). Esta modalidade particularmente preferida permite a absor- ção de CO2 do gás de exaustão de combustão de uma central de eletricida- de sem compressão do gás de exaustão de combustão.
No método de acordo com a invenção, o meio de absorção pode ainda conter um ou mais solventes em adição a água e pelo menos uma amina de fórmula (I).
Preferivelmente, um meio de absorção de acordo com a inven- ção, ainda compreende sulfolano, CAS No. 126-33-0, em adição a água e pelo menos uma amina de fórmula (I), preferivelmente com uma fração de sulfolano de pelo menos 5% em peso, particularmente preferivelmente pelo menos 10% em peso, e em particular pelo menos 25% em peso. A proporção em peso de água para sulfolano em tal meio de absorção é preferivelmente na faixa de 10:1 to 1:1, particularmente preferivelmente na faixa de 5:1 a 2:1. A proporção em peso de sulfolano para aminas de fórmula (I) é preferivelmen- te na faixa de 3:1 a 1:3, particularmente preferivelmente 2:1 a 1:2.
Em uma modalidade adicional, um meio de absorção de acordo com a invenção ainda compreende pelo menos um líquido iônico em adição a água, e pelo menos uma amina de fórmula (I), preferivelmente com uma fração de líquido iônico de pelo menos 5% em peso, particularmente preferi- velmente pelo menos 10% em peso, e em particular pelo menos 25% em peso. A proporção em peso de água para líquido iônico em tal meio de ab- sorção é preferivelmente na faixa de 10:1 a 1:1, particularmente preferivel- mente na faixa de 5:1 a 2:1. A proporção em peso de líquido iônico para a- minas de fórmula (I) é preferivelmente na faixa de 3:1 a 1:10, particularmente preferivelmente 2:1 a 1:5.
Um líquido iônico no significado da invenção é um sal de ânions e cátions ou uma mistura de tais sais, em que o sal ou uma mistura de sais tem um ponto de fusão abaixo de 100°C. Preferivelmente, o líquido iônico consiste em um ou mais Sais de cátions orgânicos com ânions orgânicos ou inorgânicos. Misturas de uma pluralidade de sais tendo cátions orgânicos diferentes e anions idênticos são particularmente preferidos.
Cátions orgânicos apropriados são, em particular, cátions das fórmulas gerais (II) a (VI):
R1R2R3R4N+ (II)
R1R2R3R4P+ (III)
R1R2R3S+ (IV)
R1R2N+=C(NR3R4)(NR5Re) (V) R1R2N+=C(NR3R4)(XRs) (VI)
em que
R1, R2, R3, R4, R5, R6 são idênticos ou diferentes e são hidrogê-
nio, uma porção de hidrocarboneto alifático ou olefínico linear ou ramificada tendo 1 a 30 átomos de carbono, uma porção de hidrocarboneto ciclolefínico ou cicloalifático tendo 5 a 40 átomos de carbono, uma porção de hidrocarbo- neto aromático tendo 6 a 40 átomos de carbono, uma porção de alquilarila tendo 7 a 40 átomos de carbono, uma porção de hidrocarboneto alifático ou olefínico linear ou ramificada, que é interrompida por um ou mais grupos -O-, -NH-, -NR'-, -O-C(O)-, -(O)C-O-, -NH-C(O)-, -(O)C-NH-, -(CH3)N-C(O)-, -(O)C-N(CH3)-, -S(O2)-O-, -O-S(O2)-, -S(O2)-NH-, -NH-S(O2)-, -S(O2)-N(CH3)- ou -N(CH3)-S(O2)-, e tendo 2 a 30 átomos de carbono, uma porção de hidro- carboneto alifático ou olefínico linear ou ramificada que é funcionalizada na posição de terminal por OH, OR', NH2, N(H)R' ou N(R')2 e tendo 1 a 30 áto- mos de carbono, ou uma porção de poliéter da fórmula -(R7-O)n-R8 que é formada em bloco ou aleatoriamente, em que R5 não é hidrogênio para cá- tions da fórmula (VI),
R' é uma porção de hidrocarboneto olefínico ou alifático tendo 1 a 30 átomos de carbono, R7 é uma porção de alquileno linear ou ramificada contendo 2 a
4 átomos de carbono,
η é de 1 a 200, preferivelmente 2 a 60,
R8 é hidrogênio, a porção de hidrocarboneto olefínico ou alifática linear ou ramificada tendo 1 a 30 átomos de carbono, uma porção de hidro- carboneto ciclo-olefínico ou cicloalifático tendo 5 a 40 átomos de carbono, uma porção de hidrocarboneto aromático tendo 6 a 40 átomos de carbono, uma porção de alquilarila tendo 7 a 40 átomos de carbono ou uma porção de -C(O)-R9,
R9 é uma porção de hidrocarboneto alifático ou olefínico linear ou ramificada tendo 1 a 30 átomos de carbono, uma porção de hidrocarbo- neto cicloalifático ou ciclo-olefínico tendo 5 a 40 átomos de carbono, uma porção de hidrocarboneto aromático tendo 6 a 40 átomos de carbono ou uma porção de alquilarila tendo 7 a 40 átomos de carbono,
X é um átomo de oxigênio ou um átomo de enxofre, e em que pelo menos um, e preferivelmente cada uma das por-
ções R1, R2, R3, R4, R5 e R6 seja diferente de hidrogênio.
Da mesma maneira apropriados são cátions das fórmulas (II) a (VI) em que as porções R1 e R3 juntas formam um anel de 4- a 10- elemen- tos, preferivelmente um anel de 5- a 6- elementos.
Nos cátions da fórmula (V), as porções R1 a R5 são preferivel- mente grupos metila, e a porção R6 é preferivelmente um grupo etila ou um grupo n-propila.
Nos cátions da fórmula (VI), as porções R1 a R4 são preferivel- mente grupos metila.
Da mesma maneira apropriados são cátions heteroaromáticos tendo pelo menos um átomo de nitrogênio quaternário no anel que porta uma porção R1 como definido acima, preferivelmente derivados de pirrol, pirazol, imidazol, oxazol, isoxazol, tiazol, isotiazol, piridina, pirimidina, pirazi- na, indol, quinolina, isoquinolina, cinolina, quinoxalina ou ftalazina que são substituídos no átomo de nitrogênio.
Ânions inorgânicos apropriados são, em particular, tetrafluoro- borato, hexafluorofafato, nitrato, sulfato, hidrogenossulfato, fosfato, hidroge- nofosfato, di-hidrogêniofosfato, hidróxido, carbonato, hidrogenocarbonato e haletos, preferivelmente cloreto.
Ânions orgânicos apropriados são, em particular, RaOSO3", Ra" SO3", RaOPO32", (RaO)2PO2", RaPO32", RaCOO', RaO", (RaCO)2N", (RaSO2)2N", NCN", Rb3PF3- e RbBF3-, em que Ra é uma porção de hidrocarboneto alifático linear ou ramificada tendo 1 a 30 átomos de carbono, uma porção de hidro- carboneto cicloalifático tendo 5 a 40 átomos de carbono, uma porção de hi- drocarboneto aromático tendo 6 a 40 átomos de carbono, uma porção de alquilarila tendo 7 a 40 átomos de carbono ou uma porção de perfluoroalqui- Ia linear ou ramificada tendo 1 a 30 átomos de carbono, e Rb é uma porção de perfluoroalquila tendo 1 a 30 átomos de carbono, preferivelmente 1 a 3 átomos de carbono.
Em uma modalidade preferida, o líquido iônico compreende um ou mais sais de 1,3-dialquilimidazol, em que os grupos alquila particularmen- te preferivelmente independentemente um do outro são selecionados de me- tila, etila, n-propila, n-butila e n-hexila.
Em uma modalidade adicional preferida, o líquido iônico com- preende um ou mais sais de amônio quaternário com um ânion monovalente e cátions da fórmula geral (II) em que
R1 é uma porção de alquila tendo 1 a 20 átomos de carbono, R2 é uma porção de alquila tendo 1 a 4 átomos de carbono, R3 é uma porção (CH2CHRO)n-H em que η é dei a 200 e R = H ou CH3 e R4 é uma porção de alquila tendo 1 a 4 átomos de carbono ou uma porção (CH2CHRO)n-H em que η é de 1 a 200 e R = H ou é CH3.
Métodos para a produção de líquidos iônicos são conhecidos daqueles versados na técnica da técnica anterior. Em adição à água e pelo menos uma amina de fórmula (I), o
meio de absorção de acordo com a invenção pode compreender ambos, um líquido iônico e sulfolano.
No método de acordo com a invenção, preferivelmente os meios de absorção descritos acima de acordo com invenção são usados. No método de acordo com a invenção o meio de absorção pode
conter, em adição aos componentes mencionados acima, também aditivos, preferivelmente inibidores de corrosão e/ou aditivos que promovem umede- cimento.
Inibidores de corrosão que podem ser usados no método de acordo com a invenção são todos substâncias que são conhecidas daqueles versados na técnica como inibidores de corrosão apropriados para métodos para a absorção de CO2 usando alcanolaminas, em particular os inibidores de corrosão descritos na US 4.714.597.
Aditivos que promovem umidificação que são usados são prefe- rivelmente um ou mais tensoativos do grupo dos tensoativos não iônicos, tensoativos zwitteriônicos e tensoativos catiônicos.
Tensoativos não iônicos apropriados são alcoxilatos de alquila- mina, amidoaminas, alcanolamidas, óxidos de alquilfosfina, alquil- N-glucamidas, glucosídeos de alquila, ácidos de bile, alcoxilatos de alquila, sorbitano ésteres, etoxilatos de sorbitano éster, alcoóis graxos, ácidos gra- xos etoxilados, etoxilatos de éster e siloxanos de poliéter.
Tensoativos zwitteriônicos apropriados são betaínas, alquil- glicinas, sultaínas, anfopropionatos, anfoacetatos, óxidos de aminas terciá- rias e silicobetairias.
Tensoativos catiônicos apropriados são sais de amônio quater- nário tendo um ou dois substituintes tendo 8 a 20 átomos de carbono, em particular sais de tetraalquilamônio quaternário, sais de alquilpiridínio, éster quats, diamidoamina quats, imidazolínio quats, alcoxialquila quats, benzila quats e silicone quats.
Em uma modalidade preferida, o aditivo que promove umidifica- ção compreende um ou mais tensoativos não iônicos da fórmula geral R(OCH2CHR')mOH com m de 4 a 40, em que R é uma porção de alquila ten- do 8 a 20 átomos de carbono, uma porção de alquilarila tendo 8 a 20 átomos de carbono ou uma porção de oxido de polipropileno tendo 3 a 40 unidades de óxido de propileno e R' é metila, ou preferivelmente hidrogênio.
Em uma modalidade preferida adicional, o aditivo que promove umidificação compreende um copolímero de poliéter-polissiloxano que con- tém mais de 10% em peso de unidades de [Si(CH3)2O] e mais de 10% em peso de unidades de [CH2CHR-O] em que R é hidrogênio ou metila. Particu- lar preferência é dada aos copolímeros de poliéter-polissiloxano das fórmu- las gerais (VII) a (IX): (CH3)3Si-0-[SiR1(CH3)-0]n-Si(CH3)3 (VII)
R20-Ap-[B-A]m-Aq-R2 (VIII)
R20-[A-Z]p-[B-Si(CH3)2-Z-0-A-Z]m-B-Si(CH3)2[Z-0-A]q0i.qR2 (IX) em que
A é uma porção divalente da fórmula -[CH2CHR3-0]r, B é uma porção divalente da fórmula -[Si(CH3)2-0]s-,
Z é uma porção de alquileno divalente linear ou ramificada tendo 2 a 20 átomos de carbono, e é preferivelmente -(CH2)3-, η = 1 a 30, m = 2 a 100, p, q = OouI, r = 2 a 100, s = 2a 100, de 1 a 5 das porções R1 são porções da fórmula geral -Z-O-A-R2 e as porções restantes R1 são metila,
R2 é hidrogênio ou uma porção de alquila alifática ou olefínica ou porção de acila tendo 1 a 20 átomos de carbono e R3 é hidrogênio ou metila.
Os aditivos que promovem umidificação são já conhecidos da- queles versados na técnica, a partir da técnica anterior, como aditivos para soluções aquosas e podem ser produzidos pelos métodos conhecidos a par- tir da técnica anterior. No método de acordo com a invenção, temperatura e pressão na
absorção e também a composição do meio de absorção são preferivelmente escolhidos de tal maneira que o meio de absorção está presente como uma fase após a absorção de CO2, isto é, a absorção de CO2 no meio de absor- ção não leva à precipitação de um sólido ou separação de uma segunda fase líquida. Esta modalidade preferida do método de acordo com a inven- ção não requer quaisquer aparelhos adicionais para a separação de fase e pode ser realizada em dispositivos conhecidos a partir da técnica anterior para a absorção de CO2 usando alcanolaminas.
Em uma modalidade preferida do método de acordo com a in- venção, CO2 absorvido no meio de absorção é dessorvido novamente au- mentando a temperatura e/ou diminuindo a pressão e o meio de absorção após esta dessorção de CO2 é reusado para a absorção de CO2. Por meio de tal processo cíclilco de absorção e dessorção, CO2 pode ser separado, no todo ou em parte, da mistura de gás e obtido separadamente de outros componentes da mistura de gás.
Alternativamente a aumentar a temperatura ou diminuir a pres- são, ou em adição a um aumento de temperatura e/ou redução da pressão, a dessorção pode também ser realizada extraindo meio de absorção do CO2- carregado com um gás. Se, na dessorção de CO2, água é adicionalmente removida do
meio de absorção, a água pode também ser opcionalmente adicionada ao meio de absorção antes de reusar para absorção. Todos os aparelhos conhecidos a partir da técnica anterior para dessorção de um gás de um líquido podem ser usados para a dessorção. Preferivelmente, a dessorção é realizada em uma coluna de dessorção. Alternativamente, a dessorção de CO2 pode também ser realizada em um ou mais estágios de evaporação instantânea.
No caso de dessorção pela elevação da temperatura, a dessor- ção de CO2 é preferivelmente realizada a uma temperatura do meio de absorção na faixa de 50 a 200°C, particularmente preferivelmente 80 a 150°C. A temperatura na dessorção neste caso é preferivelmente pelo me- nos 20°C, particularmente preferivelmente pelo menos 50°C, acima da tem- peratura na absorção.
No caso de dessorção pela redução da pressão, a dessorção de CO2 é preferivelmente realizada a uma pressão total, na fase de gás, na fai- xa de 1a 1000 KPa (0,01 a 10 bar), em particular 10 a 500 KPa KPa(0,1 a 5 bar). A pressão na dessorção, neste caso, é preferivelmente pelo menos 150 KPa (1,5 bar), particularmente preferivelmente pelo menos 400 KPa (4 bar), abaixo da temperatura na absorção.
No caso de dessorção pela elevação da temperatura, a pressão na dessorção de CO2 pode também ser mais elevada do que na absorção de CO2. Nesta modalidade, a pressão na dessorção de CO2 é preferivelmen- te até 150 KPa (5 bar), particularmente preferivelmente até 300 KPa (3 bar), acima da pressão na absorção de CO2. Usando esta modalidade, o CO2 se- parado da mistura de gás pode ser comprimido para uma pressão mais alta do que aquela da mistura de gás sem usar energia mecânica. Um dispositivo de acordo com a invenção para separar CO2 de
uma mistura de gás compreende uma unidade de absorção, uma unidade de dessorção e um meio de absorção circulando de acordo com a invenção. Os aparelhos descritos acima para a absorção em um método de acordo com a invenção são apropriados como unidades de absorção do dispositivo de a- cordo com a invenção. Os aparelhos descritos acima para a dessorção em um método de acordo com a invenção são apropriados como unidades de dessorção do dispositivo de acordo com a invenção. Preferivelmente, o dis- positivo de acordo com a invenção compreende uma unidade de absorção e uma unidade de dessorção como são conhecidas daqueles versados na téc- nica de dispositivos para separar CO2 de uma mistura de gás com um uso de uma alcanolamina.
O método de acordo com a invenção e os meios de absorção de
acordo com a invenção permitem, através do uso de pelo menos uma amina de fórmula (I) no meio de absorção, a um grau mais elevado de carga do meio de absorção com CO2 na absorção, em que o grau de carga no signifi- cado da invenção denota a proporção molar de CO2 para amina no meio de absorção, comparado com os métodos conhecidos e meios de absorção, em particular comparados com as alcanolaminas mais usadas industrialmente. Além do mais, o meio de absorção do método de acordo com a invenção é menos corrosivo, menos tóxicos e mostram uma proporção de absorção química mais alta para CO2 e um esgotamento oxidativo mais baixo com oxigênio do que os meios de absorção que contêm alcanolaminas. Além do mais, na modalidade de um processo cíclico de absorção e dessorção, com- parada com os métodos conhecidos e os meios de absorção, em particular comparada com alcanolaminas, um diferencial de dióxido de carbono melho- rado é alcançado, em que o diferencial de dióxido de carbono no significado da invenção é a diferença entre o grau de carregamento do meio de absor- ção com CO2 depois da absorção de CO2 e o grau de carregamento do meio de absorção com CO2 depois da dessorção de CO2. Essas vantagens permi- tem uma absorção de CO2 mais eficaz da mistura de gás tendo uma pressão parcial de CO2 baixa, e também uma diminuição no tamanho dos aparelhos e uma diminuição do consumo de energia comparado com os métodos co- nhecidos a partir da técnica anterior. Além do mais, por causa da corrosivi- dade mais baixa, uma quantidade inferior de inibidores de corrosão é reque- rida no método de acordo com a invenção dos que nos métodos conhecidos.
Os meios de absorção de acordo com a invenção que, em adi- ção à água e uma amina de fórmula (I), também contêm sulfolano, exibem um diferencial de dióxido de carbono adicionalmente melhorado, em particu- lar em um método tendo dessorção do CO2 pelo aumento de temperatura. Usando meios de absorção de acordo com a invenção que, em adição a água e uma amina de fórmula (I), também contêm pelo menos um líquido iônico, a dessorção de CO2 pode ser realizada a temperaturas mais altas e/ou pressões mais baixas sem uma perda de solvente ou, devido à evaporação da água, uma precipitação de sólido uma separação de fase do meio de absorção ocorrendo na dessorção.
Os exemplos a partir daqui esclarecem a invenção, mas sem li- mitar a matéria da invenção. Exemplos Exemplo 1
Em um aparelho para medir o equilíbrio de gás-líquido que tem termostato e é provido de um controlador de pressão, uma mistura de 30% em peso de 4-amino-2,2,6,6-tetrametilpiperidina e 70% em peso de água foi carregada a uma temperatura constante e colocada em contato com dióxido de carbono gasoso em uma pressão constante, em que a pressão e a tem- peratura eram variadas. Depois de alcançar um estado de equilíbrio, em ca- da caso o conteúdo de CO2 absorvido no meio de absorção carregado foi determinado e o grau de carregamento foi calculado a partir disso como pro- porção molar de CO2 para amina no meio de absorção. As temperaturas e pressões estudadas e os graus de carregamento determinados deste modo são resumidos na Tabela 1. Exemplo 2
Exemplo 1 foi repetido usando uma mistura de 30% em peso de 4-amino-2,2,6,6-tetrametilpiperidina, 35% em peso de sulfolano e 35% em peso de água.
Exemplo 3 (exemplo comparativo)
Exemplo 1 foi repetido usando uma mistura de 30% em peso de monoetanolamina (MEA) e 70% em peso de água.
A partir dos graus resultaram os diferenciais de dióxido de car- bono na Tabela 2 para absorção e dessorção a 150 KPa (1,5 bar) e uma dessorção por elevação de temperatura de 40 para 120°C, e os diferenciais de dióxido de carbono listados na Tabela 3 para absorção e dessorção a 120°C e uma dessorção por redução da pressão de 150 para 80 KPa (1,5 para 0,8 bar). Tabela 1
Exemplo Pressão KPa (bar) Temperatura 0C Grau de carregamento mol de C02/mol de amina 1 150 (1,5) 40 1,20 1 300 (3,0) 40 1,29 1 80 (0,8) 120 0,35 1 150 (1,5) 120 0,64 2 150(1,5) 40 1,21 2 300 (3,0) 40 1,29 2 80 (0,8) 120 0,35 2 150 (1,5) 120 0,49 3* 150 (1,5) 40 0,63 3* 300 (3,0) 40 0,70 3* 80 (0,8) 120 0,39 3* 150 (1,5) 120 0,41
*não de acordo com a invenção
Tabela 2
Exemplo Dióxido de carbono diferencial mol de C02/mol de amina 1 0,56 2 0,72 3* 0,22 *não de acordo com a invenção Tabela 3 Exemplo Dióxido de carbono diferencial mol de C02/mol de amina 1 0,29 2 0,14 3* 0,02
*não de acordo com a invenção
Claims (14)
1. Meio de absorção para a absorção de CO2 de uma mistura de gás, caracterizado pelo fato de que compreende água, sulfolano e pelo me- nos uma amina de fórmula (I) <formula>formula see original document page 17</formula> em que R1 e R2 independentemente um do outro são hidrogênio ou uma porção de alquila.
2. Meio de absorção de acordo com a reivindicação 1, caracteri- zado pelo fato de que a proporção de peso de água para sulfolano é na faixa de 10:1 para 1:1.
3. Meio de absorção de acordo com a reivindicação 1 ou 2, ca- racterizado pelo fato de que a proporção de peso de sulfolano para aminas de fórmula (I) é na faixa de 3:1 para 1:3.
4. Meio de absorção de acordo com qualquer uma das reivindi- cações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que, na fórmula (I), R1 e R2 são hi- drogênio.
5. Meio de absorção de acordo com qualquer uma das reivindi- cações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a proporção de peso de água para aminas de fórmula (I) é na faixa de 10:1 a 1:10.
6. Meio de absorção de acordo com qualquer uma das reivindi- cações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos 5%, em peso, de aminas de fórmula (I).
7. Método para absorção de CO2 de uma mistura de gás, carac- terizado pelo fato de que contata-se a mistura de gás com um meio de ab- sorção, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a mistura de gás é um gás de exaustão de combustão.
9. Método de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que o meio de absorção está presente como uma fase depois da absorção de CO2.
10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a9, caracterizado pelo fato de que o CO2 absorvido no meio de absorção é dessorvido pelo aumento da temperatura e/ou diminuição da pressão, e o meio de absorção depois desta dessorção de CO2 é re-usado para a absor- ção de CO2
11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pe- lo fato de que a absorção é realizada a uma temperatura na faixa de 0 a70°C e a dessorção a uma temperatura mais alta na faixa de 50 a 200°C.
12. Meio de absorção de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que a absorção é realizada a uma pressão na fai- xa de 80 a 5000 KPa (0,8 a 50 bar) e a dessorção a uma pressão mais baixa na faixa de 1 a 1000 KPa (0,01 a 10 bar).
13. Dispositivo para separar CO2 de uma mistura de gás, o dito dispositivo compreendendo uma unidade de absorção, uma unidade de des- sorção e um meio de absorção circulante, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo compreende um meio de absorção como definido em qual- quer uma das reivindicações 1 a 6.
14. Invenção, caracterizada por quaisquer de suas concretiza- ções ou categorias de reivindicação englobadas pela matéria inicialmente revelada no pedido de patente ou em seus exemplos aqui apresentados.
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