BRPI1013080B1

BRPI1013080B1 - Método para recuperação de um ou mais produtos químicos absorventes de co2 e dispositivo regenerador para um absorvente líquido de co2

Info

Publication number: BRPI1013080B1
Application number: BRPI1013080-2A
Authority: BR
Inventors: Woodhouse Simon; Bade Otto Morten; Haaland Anne-Helene; Gorset Oddvar; Berg Bjorn Magnus
Original assignee: Aker Solutions As
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2020-10-06
Also published as: CA2762270C; US20120125196A1; JP5658243B2; AU2010257485A1; CA2762270A1; EA201190329A1; AU2010257485B2; EP2445611A1; EA019856B1; CN102458610B; JP2012529364A; WO2010142716A1; EP2445611B1; BRPI1013080A2; CN102458610A; NO20092229L; US8808429B2; PL2445611T3

Abstract

método para recuperação de absorvente de co; e um dispositivo de recuperação a presente invenção está correlacionada a um método para recuperação de produtos químicos absorventes de cos, a partir de um absorvente pobre aquoso de co2 que deixa uma coluna de regeneração (8), onde o absorvente pobre (30) ? retirado e flasheado (31) para gerar um vapor que é comprimido (34) ¢ retornado para a coluna de regeneração na forma de gás de extração (37), onde uma parte do absorvente pobre (20) é retirada e introduzida dentro de um dispositivo de recuperação (21), no qual o absorvente pobre é levado à ebulição para gerar uma fase gasosa (23) que é retirada retornada para a coluna de regeneração como absorvente recuperado, e uma fase liquida contendo impurezas (24), em que a fase gasosa que é retirada do dispositivo de recuperação é comprimida (34) junto com a parte de vapor (33) proveniente do flasheamento do absorvente pobre, para gerar uma pressão no dispositivo de recuperação que é mais baixa que a pressão da coluna de regeneração. o método descreve ainda uma caldeira de reaquecimento (11) para a execução do mesmo.

Description

Campo Técnico

A presente invenção está correlacionada ao campo de absorção de CO2. Mais particularmente, a invenção está correlacionada ao campo técnico de remoção de sais estáveis ao calor e outros produtos de decomposição de um absorvente de amina.

Mais especificamente, a presente invenção está correlacionada a um método para remoção de sais estáveis ao calor e outros produtos de decomposição de um absorvente de amina e a um dispositivo para execução do método.

Antecedentes da Técnica

A presente invenção se refere a um método secundário de um método anteriormente conhecido para absorção de CO2, como, por exemplo, as instalações descritas como parte do estado da técnica no Pedido de Patente WO 2008/06379 A, do presente Requerente (AKER CLEAN CARBON AS), depositado em 29.05.2008.

Diferentes absorventes são usados e/ou propostos no processo para absorver CO2. A seleção do absorvente, tipicamente, irá se basear no custo de energia, custo de construção, e limite de emissão. Os absorventes, tipicamente, são soluções aquosas de um ou mais produtos químicos de absorção de CO2. Típicos produtos químicos de absorção de CO2 usados nos absorventes de CO2 atualmente usados incluem as aminas e os carbonatos. Aminas típicas são, por exemplo, MEA, DEA, AMP, MDEA, MMEA, AEP e piperazina. Muitos desses absorventes se decompõem lentamente durante o processo de absorção. As soluções de amina se decompõem mediante reação com oxigênio, dióxido de carbono, compostos de enxofre, óxidos nitrosos e outras impurezas encontradas no gás de exaustão. Os produtos de reação incluem os sais estáveis ao calor e outros produtos de decomposição. A decomposição da amina resulta em uma reduzida concentração ativa de amina, pelo que, consequentemente, reduz a eficiência do processo. Uma contínua produção de amina pode ser exigida para substituição da amina decomposta.

Além dos produtos químicos de absorção de CO2, o absorvente pode incluir outros diferentes compostos químicos. Os compostos químicos adicionais podem incluir antiespumantes, inibidores de corrosão, etc.

A concentração dos produtos de decomposição na solução de amina deve ser limitada. Os produtos de decomposição são normalmente corrosivos e reduzem a eficiência do sistema. Tipicamente, uma concentração máxima de produtos de decomposição é estabelecida entre 2% e 10%.

O processo de separação de impurezas, solvente decomposto e sais estáveis ao calor do absorvente, que pode ser proporcionado em ciclos de absorção/dessorção, é normalmente referido como um processo de recuperação do absorvente.

Existem diversos métodos para remoção de produtos de decomposição do sistema de amina. Tipicamente, uma corrente lateral é retirada do sistema de amina e enviada para um sistema de purificação. O sistema de purificação remove alguns dos produtos de decomposição e a amina purificada é retomada para o sistema de amina. Esses sistemas podem operar continuamente, de modo semi-contínuo ou de modo em batelada. Métodos e tecnologias típicas usadas para purificação incluem recuperação térmica, adsorção, membranas trocadoras de ions e eletrodiálise.

Em um sistema de recuperação térmica, uma fração, tipicamente, 0,5 a 5% de absorvente pobre e quente que deixa o dispositivo regenerador, é sangrada e adicionalmente aquecida em um dispositivo de recuperação. Preferivelmente, álcali é injetado dentro do dispositivo de recuperação. O álcali é adicionado para liberar e recuperar a amina molecular dos sais estáveis ao calor. No dispositivo de recuperação o absorvente é ainda aquecido para evaporar a amina juntamente com vapor. A amina e vapor evaporados são retirados e introduzidos em um dispositivo de extração ou coluna de regeneração, no referido ciclo de absorção/dessorção da instalação de recuperação.

O dispositivo de recuperação é normalmente uma unidade tipo caldeira, sendo tipicamente aquecido por vapor. Normalmente, o dispositivo de recuperação opera na mesma pressão do dispositivo de extração, de modo que os vapores gerados no dispositivo de recuperação podem ser alimentados diretamente no dispositivo de extração. Uma quantidade considerável de calor é exigida pelo dispositivo de recuperação, entretanto, esse calor não é perdido do sistema, na medida em que o vapor é retornado para o dispositivo de extração. Componentes e sais de alto ponto de ebulição se dispõem no dispositivo de recuperação. Quando a concentração desses componentes aumenta, o ponto de ebulição da mistura aumenta e, consequentemente, a temperatura de operação do dispositivo de recuperação também aumenta. O fluido no dispositivo de recuperação é removido em um dreno e enviado para descarte.

O documento de patente EP 1967250 A (MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD), depositado em 17.01.2008, se refere a um sistema de recuperação de CO2, e a um método para remoção de partículas sólidas para uso no sistema. O método para remoção de partículas sólidas compreende uma unidade de filtração, para remoção de partículas sólidas do solvente pobre circulante. O material retido no(s) filtro(s) é removido através de lavagem com água de lavagem de retorno. A água de lavagem de retorno incluindo as partículasremovidas dos filtros é depois introduzida dentro de um evaporador, onde a dispersão de partículas na água de lavagem de retorno é aquecida até evaporar qualquer amina livre e vapor, que são introduzidos dentro da coluna de regeneração como gás de extração, e a suspensão restante mais concentrada no evaporador é retirada e introduzida dentro de um dispositivo de recuperação, onde as partículas são ainda concentradas mediante aquecimento e geração de vapor, que é retirado e introduzido dentro da coluna de regeneração como gás de extração. A adicional suspensão concentrada é removida do dispositivo de recuperação para ser depositada. Não existe nenhuma indicação no referido documento EP 1967250 sobre flasheamento do absorvente pobre ou diminuição da pressão no dispositivo de recuperação, para melhorar a recuperação. A questão da necessidade de reduzir a pressão e, desse modo, a temperatura, no dispositivo de recuperação não é discutida.

A recuperação térmica na pressão de operação do dispositivo de extração não é uma opção para as aminas que possuem uma alta temperatura de ebulição. As temperaturas exigidas para recuperar essas aminas irão resultar em velocidades de decomposição bastante altas dentro do dispositivo de recuperação. A operação do dispositivo de recuperação sob alta temperatura irá resultar na escamação da área de transferência de calor, aumento de decomposição de amina no dispositivo de recuperação e possível produção de produtos de decomposição gasosa, que são retornados para o dispositivo de extração.

Portanto, é vantajoso operar o dispositivo de recuperação sob temperaturas mais baixas. O método mais comum de reduzir a temperatura de operação do dispositivo de recuperação é reduzir a pressão operacional do dispositivo de recuperação. Este método é normalmente chamado de recuperação a vácuo. Uma adicional vantagem da recuperação sob baixa temperatura é que pode ser usado um meio de aquecimento com temperatura mais baixa. Os meios de aquecimento com temperatura baixa, normalmente, apresentam um menor custo que os meios de aquecimento com temperatura mais alta.

A Patente U.S. No. 5.389.208 A (CANADIAN CHEMICAL RECLAIMING, LTD), de 14.02.1995, descreve um processo para resuperação e/ou concentração de soluções aquosas de produtos químicos, tais como, alcanolaminas, usadas para remoção de componentes ácidos em gás natural. Uma combinação de temperatura e vácuo é usada para evaporar a água e/ou a alcanolamina, para reciclar para o processo de absorção.

A recuperação sob baixa pressão ou vácuo exige a introdução de um sistema de compressor ou um sistema de bomba de vácuo. Os sistemas de bomba de vácuo envolvem uma maior condensação de vapor e, portanto, não são eficientes do ponto de vista de energia. O uso de um compressor irá consideravelmente reduzir o consumo de energia, entretanto, o custo de capital associado com um compressor dedicado, normalmente, exclui essa opção.

Consequentemente, existe uma necessidade para um método e um dispositivo para recuperação a vácuo ou sob baixa pressão, tendo uma reduzida exigência de energia, se comparado ao uso de uma bomba de vácuo, mas onde o custo de capital da solução é menor que o da instalação de um compressor dedicado.

Divulgação da Invenção

De acordo com um primeiro aspecto, a presente invenção está correlacionada a um método para recuperação de um ou mais produtos químicos de absorção de CO2, de um absorvente pobre aquoso de CO2, que deixa uma coluna de regeneração na qual o CO2 foi liberado ou dessorvido do absorvente de CO2, em que o CO2 liberado é retirado do topo da coluna de regeneração para posterior tratamento, e o absorvente pobre ou esgotado de CO2 é coletado no fundo da coluna de regeneração e retirado da mesma, onde pelo menos uma parte do absorvente pobre que deixa a coluna de regeneração é introduzida dentro de um refervedor, onde o absorvente é aquecido para gerar vapor e absorvente vaporizado, o qual é introduzido dentro da coluna de regeneração como gás de extração, em que o absorvente pobre é retirado e flasheado (vaporizado instantaneamente) para gerar vapor, que é comprimido e retomado para a coluna de regeneração como gás de extração, e uma fase liquida que é retornada para uma coluna de absorção, e onde uma parte do absorvente pobre é retirada e introduzida dentro de um dispositivo de recuperação, no qual o absorvente pobre é levado à ebulição, para gerar uma fase gasosa que é retirada e retornada para dentro da coluna de regeneração na forma de um absorvente recuperado, e uma fase líquida contendo impurezas, sais estáveis ao calor e produtos de decomposição provenientes dos produtos químicos de absorção e de outros produtos químicos, em que a fase gasosa que é retirada do dispositivo de recuperação é comprimida junto com a parte de vapor proveniente do flasheamento do absorvente pobre, de modo a gerar uma pressão no dispositivo de recuperação que é mais baixa que a pressão da coluna de regeneração.

De acordo com um segundo aspecto, a presente invenção se refere a um dispositivo regenerador para um absorvente liquido de CO2, compreendendo uma coluna de regeneração, uma linha de absorvente rico para introdução do absorvente rico na coluna de regeneração, meios de retirada para retirar o absorvente pobre do fundo da coluna de regeneração, um refervedor para aquecer pelo menos uma parte do absorvente retirado, para produzir vapor que é novamente introduzido dentro da coluna de regeneração, uma primeira linha de absorvente pobre, para levar uma segunda porção do absorvente pobre dos mencionados meios de retirada para um dispositivo de flasheamento, uma linha de retirada de vapor, para retirar a fase gasosa do dispositivo de flasheamento, meios de compressão para comprimir a fase gasosa na linha, e uma linha para injetar a fase gasosa comprimida dentro da coluna de regeneração, e uma segunda linha de absorvente pobre para retirada da fase líquida do dispositivo de flasheamento, para retornar o absorvente pobre para um dispositivo de absorção; e uma linha de retirada de gás, para retirada do CO2 e vapor do topo da coluna de regeneração, e meios de separação para separar o gás retirado do topo da coluna de regeneração em uma corrente de CO2 que é exportada do dispositivo regenerador, e água que é reciclada para a coluna de regeneração, caracterizado pelo fato de que o dispositivo regenerador compreende ainda uma linha de recuperação, para retirada de uma porção do absorvente pobre e introdução do absorvente pobre dentro de um dispositivo de recuperação, meios de aquecimento para aquecer o absorvente pobre no dispositivo de recuperação, uma linha de retirada do dispositivo de recuperação, para retirar uma fase gasosa gerada no dispositivo de recuperação e introduzir a dita fase gasosa dentro dos meios de compressão, e uma linha de resíduos de amina para retirada dos resíduos de amina do dispositivo de recuperação devido à deposição.

Breve Descrição dos Desenhos

- A figura 1 representa um esboço de uma instalação de absorção de CO2, de acordo com o estado da técnica; - A figura 2 representa um esboço de uma unidade de recuperação a vácuo, de acordo com o estado da técnica; - A figura 3 representa um esboço de uma primeira modalidade da presente invenção; - A figura 4 representa um esboço de uma segunda modalidade da presente invenção; - A figura 5 representa um esboço de uma terceira modalidade da presente invenção; e - A figura 6 representa um esboço de uma quarta modalidade da presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

A figura 1 representa um esboço de uma instalação de absorção de CO2, de acordo com o estado da técnica. O gás de exaustão proveniente da combustão de combustível carbonáceo entra na instalação de absorção de CO2 através de uma linha de exaustão (1). A temperatura do gás de exaustão que entra na instalação de absorção de CO2 através da linha (1) é normal mente de cerca de 120°C a cerca de 40°C, proporcionando o resfriamento do gás de exaustão, de modo a produzir vapor para diversas finalidades. O gás de exaustão da linha (1), opcionalmente, é introduzido dentro de uma seção de resfriamento (2), na qual o mesmo é saturado com água e resfriado a uma temperatura, por exemplo, de cerca de 3 5°C a cerca de 60°C.

O gás de exaustão resfriado e umidificado é depois introduzido na parte inferior de uma torre de absorção (3), na qual o gás de exaustão circula do fundo para o topo da dita torre de absorção (3), em contracorrente a um absorvente pobre, isto é, um absorvente que teve o CO2 extraído, o qual é introduzido na parte superior da torre de absorção, através de uma linha de absorvente pobre (4). O gás pobre, isto é, gás de exaustão em que é removida uma parte substancial de CO2, é removido através de uma linha de saída de gás (6) no topo da torre de absorção, enquanto o absorvente rico, isto é, o absorvente tendo CO2 absorvido, é removido da torre de absorção através de uma linha de absorvente rico (5).

O absorvente rico é aquecido contra o absorvente pobre, que é retornado para a torre de absorção em um trocador de calor (7), sob uma temperatura, tipicamente, na faixa entre 90 e 110°C, antes de o absorvente rico ser introduzido em uma coluna de regeneração (8).

Na coluna de regeneração (8), o absorvente rico circula descendentemente, em contracorrente ao vapor gerado por aquecimento de algum absorvente num refervedor de recuperação (11). O absorvente pobre deixa a coluna de regeneração através de uma saída de absorvente pobre (10). O absorvente pobre deixa a coluna de regeneração através de uma saída de absorvente pobre (10). Uma parte do absorvente pobre na saída (10) é introduzida no refervedor de regeneração (11), onde é aquecida a uma temperatura tipicamente na faixa entre 115 e 130°C, para produzir absorvente quente, CO2 e vapor, que é novamente introduzido dentro da coluna de regeneração através de uma linha (12). O absorvente pobre no refervedor (11) é tipicamente aquecido por meio de eletricidade, ou por um meio de aquecimento, tal como, vapor. Quando se usa um meio de aquecimento para aquecer o absorvente no refervedor de regeneração (11), o mesmo é introduzido através de uma linha (13) e removido através de uma linha (13 ). O vapor quando usado como meio de aquecimento para o refervedor é normalmente introduzido como um vapor de alta pressão, a uma temperatura na faixa de 130°C a cerca de 140°C, e sai através da linha (13') na forma de vapor condensado, sob a mesma temperatura. Em outras palavras, a energia transferida do meio de aquecimento para o absorvente no refervedor é o calor de condensação do vapor.

O aquecimento da coluna a partir do fundo proporciona um gradiente de temperatura em estado constante, do fundo para o topo da coluna, onde a temperatura no topo é 10°C a 50°C inferior à temperatura da base, dependendo do modelo da coluna presente. Em uma coluna de regeneração típica, a temperatura no fundo da coluna é de cerca de 120°C e a temperatura no topo da coluna é 10°C a 50°C mais baixa que a temperatura no fundo da coluna.

O absorvente pobre na linha (10) que não é introduzido dentro do refervedor de regeneração, é reciclado de volta para a coluna de absorção (3) através da linha (4) e resfriado no trocador de calor (7) contra o absorvente rico na linha (5). No trocador de calor (7), o absorvente rico relativamente frio é aquecido contra o absorvente pobre relativamente quente, deixando o dispositivo de extração a uma temperatura de cerca de 120°C. Dependendo do dimensionamento e da construção da instalação presentes, a temperatura da amina rica que deixa o trocador de calor (7) para o dispositivo de extração de amina pode ser de cerca de 90°C a cerca de 110°C. O CO2 liberado do absorvente e o vapor de água é retirado da coluna de regeneração (8) através de uma linha de retirada de gás (9). O gás na linha de retirada de gás (9) é resfriado em um dispositivo condensador de refluxo (14), para condensar a água que é separada do gás restante, que compreende principalmente CO2, em um separador de CO2 (15). O gás CO2 e alguma porção de vapor de água restante são removidos do separador de CO2 (15) através de uma linha de CO2 (16), para posterior tratamento, tal como, secagem, compressão e deposição. A água condensada no separador de CO2 é retirada através de uma linha (17) e bombeada de volta para o topo da coluna de regeneração (8) por meio de uma bomba (18).

Uma linha de recuperação (20) é conectada à linha (10) para retirada de uma porção da amina pobre na linha (10). A amina pobre na linha de recuperação (20) é introduzida dentro de um dispositivo de recuperação (21), onde a amina é aquecida por meio de uma adequada fonte de calor, tal como, por exemplo, eletricidade ou vapor. Quando é usado vapor como fonte de calor, o vapor quente é introduzido em uma serpentina de aquecimento, no refervedor de uma linha de vapor (22). O vapor condensado é retirado através de uma linha de retirada de vapor (22'). Um produto alcalino é preferivelmente proporcionado para injeção dentro do dispositivo de recuperação, através de uma linha de produto alcalino (27).

A amina e a água são evaporadas no dispositivo de recuperação de modo a proporcionar uma mistura de amina gasosa, CO2 e vapor, que é retirada através de uma linha de retirada (23) do dispositivo de recuperação. A mistura de amina gasosa, CO2 e vapor é introduzida na coluna de regeneração (8) como um gás de extração. Uma pasta fluida de amina, água, sais insolúveis e solúveis e outros produtos químicos é coletada no fundo do dispositivo de recuperação e removida através de uma linha de resíduo de amina (24) para descarte ou manipulação de resíduo.

Normalmente, a coluna de regeneração ou dispositivo de extração é operado sob uma pressão ligeiramente acima da pressão atmosférica, tal como, de cerca de 1,1 bar abs a cerca de 5 bar abs. Tipicamente, a pressão na coluna de regeneração é de 1,5 a 2,5 bar absoluto (bar abs).

A pressão no refervedor é normalmente a mesma pressão que do dispositivo de extração ou ligeiramente superior, tal como, 0,1 a 1,0 bar. O dispositivo de recuperação é normalmente operado, praticamente, na mesma pressão do refervedor.

O dispositivo de recuperação pode ser operado continuamente para recuperar a amina e retirar a amina e sais decompostos em um estado contínuo, ou de um modo descontínuo, para remover os mesmos indesejados ingredientes, de acordo com a necessidade em questão.

A figura 2 ilustra uma modalidade alternativa, também, de acordo com o estado da técnica, em que um compressor (25) é disposto entre o dispositivo de recuperação (21) e a coluna de regeneração (8), para comprimir a mistura gasosa na linha (23). O compressor (25) retira ativamente gás do dispositivo de recuperação, para gerar uma pressão reduzida no mesmo. O gás pressurizado proveniente do compressor (25) deixa o compressor em uma linha (26) e é introduzido dentro da coluna de regeneração como um gás. A principal vantagem desse modelo é que o calor usado para vaporizar o líquido no dispositivo de recuperação não é perdido. O vapor é alimentado ao dispositivo de extração e o calor é recuperado.

A principal razão para o uso de uma baixa pressão de recuperação é reduzir a temperatura e, desse modo, reduzir a decomposição da amina ao calor no dispositivo de recuperação. Algumas aminas de alto ponto de ebulição não podem ser recuperadas na mesma pressão operacional do dispositivo de extração, na medida em que a velocidade de decomposição é demasiadamente alta na temperatura de ebulição. Além disso, a operação do dispositivo de recuperação sob pressão reduzida reduz a temperatura exigida para o meio de aquecimento, por exemplo, vapor. Isso normalmente reduz o custo do calor.

O custo para reduzir a pressão no dispositivo de recuperação e comprimir a mistura gasosa é, entretanto, relativamente alto. O custo de investimento do compressor é significativo, comparado ao custo de um sistema de bomba a vácuo. Normalmente, o procedimento de recuperação não é um processo contínuo e, portanto, a perda de calor em base anual do uso de um sistema de bomba a vácuo é tão pequena que o tempo de retorno de investimento para se investir em um sistema de compressor será demasiadamente longo.

A pressão em um dispositivo de recuperação sob baixa pressão é dependente do CO2 absorvente a ser recuperado. A pressão, tipicamente, é regulada, de modo que o ponto de ebulição do absorvente fica abaixo da temperatura de decomposição dos ingredientes no absorvente. Tipicamente, a pressão será de cerca de 1,5 bar abs a cerca de 0,3 bar abs.

A figura 3 mostra uma modalidade de uma instalação de regeneração, de acordo com a presente invenção, para regeneração de um absorvente. A modalidade da figura 3 é baseada em uma das modalidades do acima mencionado documento de patente WO 2008/063079.

A pressão de operação da coluna de regeneração (8), conforme descrito com referência às figuras 1 ou 2, é, tipicamente, de cerca de 1,5 a cerca de 2,5 bar abs.

O absorvente pobre que deixa a coluna de regeneração (8) na linha (10) é dividido em três correntes, uma primeira corrente que é introduzida dentro do refervedor (11), conforme descrito acima, uma segunda corrente em uma linha (30) que é vaporizada instantaneamente através de uma válvula e vaso de vaporização instantânea (31) e (32), respectivamente, e uma terceira corrente que é introduzida dentro de um dispositivo de recuperação (21), através da linha (20). Um produto alcalino é preferivelmente injetado dentro do dispositivo de recuperação através de uma linha de produto alcalino (27).

O refervedor (11) na presente modalidade corresponde ao refervedor descrita acima.

No vaso de vaporização instantânea (32) (também chamado de vaso de flasheamento), o absorvente pobre é vaporizado instantaneamente (flasheado), proporcionando uma fase gasosa e uma fase líquida. A fase gasosa compreende principalmente vapor e CO2, que foram removidos do absorvente pobre mediante flasheamento, e ainda alguma amina. A fase líquida compreende o absorvente pobre que é ainda “mais pobre” após o flasheamento, devido à remoção de alguma quantidade de CO2 por meio do dito flasheamento. O flasheamento também reduz as temperaturas do gás e do líquido no vaso de flasheamento. A fase gasosa no vaso de flasheamento (32) é retirada através de uma linha (33) e depois é comprimida em um compressor (34), proporcionando um vapor comprimido, quente e insaturado, contendo CO2, na linha (35). O vapor na linha (35) é depois resfriado e saturado com água em um esfriador de vapor (36), no qual a água é introduzida através de uma linha (38) e misturada com o vapor da linha (35). O resultante vapor de água saturada do dom esfriador de vapor (36) é depois retornado e injetado dentro do dispositivo de extração (8) através de uma linha (37). A água introduzida dentro do esfriador de vapor pode de modo conveniente ser uma parte da água que é condensada no separador (15).

Na modalidade ilustrada, a água na linha (38) é retirada da linha (17), convenientemente, depois da bomba (18). O esfriador de vapor (36), entretanto, é uma característica opcional e o sistema pode ser operado sem um sistema de esfriador de vapor, onde a corrente quente é alimentada diretamente ao dispositivo de extração.

A temperatura reduzida do absorvente pobre devido ao flasheamento na válvula de vaporização instantânea (31) resulta no abaixamento da temperatura do absorvente na linha (4). O meio rico que deixa o trocador de calor (7) pode, portanto, ter uma temperatura que é inferior à temperatura desejada para introdução na coluna de regeneração (8). Um opcional trocador de calor (40), aquecido por um meio de aquecimento de baixa temperatura na linha (41), pode, portanto, ser proporcionado para aquecer o absorvente rico à temperatura desejada. O meio de aquecimento de baixa temperatura que entra no trocador de calor (40) através da linha (41) pode, por exemplo, ser o meio de aquecimento que deixa o refervedor (11) através da linha (13 ). O meio de aquecimento introduzido dentro do refervedor na linha (13) é preferivelmente vapor, enquanto o meio de aquecimento que deixa o refervedor na linha (13 ) é água condensada.

Ao se comprimir o vapor na linha (33), se aumenta a temperatura e a pressão do vapor, produzindo-se calor insaturado quente. O absorvente pode ser decomposto por uma temperatura superior a cerca de 130°C. A água adicionada ao esfriador de vapor (36) garante que o vapor que é introduzido na coluna de regeneração na linha (37) é um vapor saturado tendo uma temperatura na faixa de 110-140°C.

O termo “vapor” conforme usado na presente descrição e nas reivindicações anexas, quando apropriado, é também idealizado de incluir vapor que inclui outros gases, tais como, por exemplo, CO2 e amina vaporizada.

Ao comprimir o vapor na linha (33) e, desse modo, adicionar calor, o vapor de baixa temperatura e baixa pressão na linha (33) é convertido em um vapor de média temperatura e pode ser alimentado diretamente ao dispositivo de extração. O vapor na linha (37) substitui o vapor do refervedor na linha (12) e, consequentemente, reduz a tarefa do refervedor. Além disso, o calor de baixa temperatura do refervedor pode encontrar uso no trocador de calor (40). Em uma instalação de acordo com o estado da técnica, o meio de aquecimento de baixa temperatura, tal como, o vapor condensado que deixa o refervedor, é resfriado contra água em um trocador de calor, e retomado para um refervedor para geração de vapor de média temperatura, que é retomado para o refervedor.

A terceira corrente de absorvente pobre é retirada através da linha (20) e introduzida dentro do dispositivo de recuperação, conforme descrito acima com referência às figuras 1 e 2. A linha de retirada (23) do dispositivo de recuperação é conectada à linha (33). Consequentemente, o gás na linha (23) é introduzido dentro do compressor (23), juntamente com a fase gasosa do vaso de flasheamento (32). A retirada da fase gasosa do dispositivo de recuperação por meio do compressor (34) resulta em uma pressão reduzida no dispositivo de recuperação e, consequentemente, uma temperatura de ebulição reduzida do líquido no dispositivo de recuperação.

A pressão no dispositivo de recuperação deve ser, pelo menos, 0,2 bar ou, pelo menos, 0,3 bar, mais preferivelmente, mais que 0,5 bar, ou, mais ainda preferivelmente, mais que 0,7 bar abaixo da pressão da coluna de regeneração. Ao mesmo tempo, a pressão no dispositivo de recuperação deve ser inferior a 1,5 bar abs. Dependendo da pressão operacional na coluna de regeneração, a configuração da figura 3 permite a obtenção de uma pressão no dispositivo de recuperação de cerca de 0,7 a 1,5 bar abs.

A tarefa do compressor (34), quando em uso para criação de baixa pressão no vaso de flasheamento (32) e no dispositivo de recuperação (21) é ligeiramente maior que a tarefa de somente criação de uma baixa pressão no vaso de flasheamento (32). Ao usar somente um compressor para obtenção de baixa pressão em ambas as linhas (33) e (23), se reduz de forma substancial o custo com relação a uma solução tendo um compressor para a linha (23) e outro compressor para a linha (33). Os fluxos nas linhas (30) e (20) podem ser ajustados por meio das válvulas nas linhas (20), (23) e (30) (não mostrado), além da válvula de flasheamento (31). O custo do aumento de tamanho do compressor de vapor (34) é mínimo.

A principal vantagem desse modelo é que se elimina a necessidade de uma bomba a vácuo associada a um condensador. O sistema de bomba a vácuo e condensador condensa quase todo o vapor do dispositivo de recuperação e, conseqüentemente, uma grande quantidade de energia é perdida para o meio de resfriamento. Nesse modelo, nenhum vapor é condensado e muito pouca energia é perdida. Os sistemas de bomba a vácuo são de baixo custo e, portanto, constituem o método padrão de manutenção de baixa pressão. O dispositivo de recuperação, frequentemente, não é processado de modo contínuo, isso significando que é difícil justificar o alto custo de capital de um compressor dedicado para reduzir a pressão do dispositivo de recuperação.

De acordo com essa modalidade da presente invenção, não se dispõe de nenhum compressor dedicado para reduzir a pressão no dispositivo de recuperação. De acordo com a invenção, o compressor será posto em operação de modo contínuo, e será usado para reduzir a pressão no vaso de flasheamento (32) e comprimir o gás flasheado, além de reduzir a pressão no dispositivo de recuperação. Mesmo que o dispositivo de recuperação seja operado de modo descontinuo, o custo adicional do projeto do compressor para operação com ambas as fontes de gás é mínimo.

Uma linha de produto alcalino (27), preferivelmente, é proporcionada para injeção de uma solução alcalina dentro do dispositivo de recuperação. Soluções alcalinas preferidas são soluções aquosas de um ou mais hidróxidos de metais alcalinos e/ou hidróxidos de metais alcalino terrosos. Uma solução alcalina especialmente preferida como solução aquosa é uma solução de hidróxido de sódio.

A solução alcalina é adicionada para liberar e recuperar a amina molecular de sais estáveis ao calor. A quantidade de solução alcalina a ser adicionada é baseada na concentração dos sais estáveis ao calor presentes na solução de amina e na estequiometria da reação.

A figura 4 ilustra uma modalidade alternativa da presente invenção. Essa modalidade difere da modalidade da figura 3 pela introdução de um compressor ou ventilador (43) na linha (23), para reduzir ainda mais a pressão no dispositivo de recuperação. Essa configuração torna possível operar o dispositivo de recuperação sob uma pressão mais baixa que a do flasheamento da amina pobre no vaso (32). O compressor adicional (43) pode ser usado durante todo o processo de recuperação, ou apenas no final de um ciclo de recuperação, para aumentar a evaporação e concentrar a suspensão de partículas sólidas em água, que deverão ser removidas através da linha (24), para que sejam depositadas. O compressor (43) aumenta a pressão do gás no dispositivo de recuperação para a mesma pressão da entrada do compressor (34). Esse modelo apresenta as vantagens da modalidade da invenção descritas com referência à figura 3, em que nenhuma quantidade de calor é perdida do sistema e ainda se reduz o consumo de energia. O custo do compressor (43) é baixo, quando considerado com a comparação do custo de um compressor para aumentar a pressão do gás até o valor da pressão da coluna de regeneração.

Mediante introdução do compressor (43), a pressão no dispositivo de recuperação (21) pode ser ainda mais reduzida na modalidade descrita com referência afigura 3, quando uma baixa pressão é necessária para evitar a decomposição do absorvente, ao mesmo tempo em que se obtém uma efetiva evaporação. A modalidade mostrada na figura 4 torna possível se obter uma pressão no dispositivo de recuperação de 0,3 bar abs ou menos, tal como, cerca de 0,1 bar abs, dependendo da pressão operacional da coluna de regeneração e das exigências do processo e do absorvente usado. A diferença de pressão entre a coluna de regeneração (8) e o dispositivo de recuperação (21) pode, nessa modalidade, ser preferivelmente maior que 0,7 bar, como, por exemplo, 1,0 bar ou mais, tal como, 1,5 bar ou mesmo 2,0 bar.

A figura 5 mostra uma modalidade alternativa da modalidade ilustrada na figura 4, onde o compressor ou ventilador (43) é substituído por uma unidade de ejetor ou Venturi (44). Uma linha de propelente (45) conectada a uma fonte de gás pressurizado é proporcionada, para introduzir o gás de propulsão dentro do Venturi (44). Tipicamente, o gás de propulsão será vapor. O vapor irá se misturar com os outros vapores do dispositivo de recuperação e entrar no dispositivo de extração. As unidades de Venturi ou ejetor apresentam baixa eficiência de compressão. Portanto, normalmente, não é econômico ou efetivo em termos de energia, processar o ejetor continuamente. Entretanto, frequentemente é necessário operar o dispositivo de recuperação sob baixas temperaturas, no final do ciclo de recuperação. O ejetor proporciona uma alternativa de baixo custo em relação a um compressor.

A figura 6 ilustra uma adicional modalidade da recuperação a vácuo mostrada na figura 3. A mistura gasosa na linha de retirada (23) do dispositivo de recuperação é resfriada por meio de um dispositivo resfriador (46), proporcionando uma corrente de água condensada e amina, que é separada em um vaso de separação (47), proporcionando uma fase líquida que é retirada através de uma linha de retirada de líquido (52) através de uma bomba (51) e, depois, retornada para o processo, por exemplo, no sistema de amina pobre. A fase gasosa no vaso de separação (47) é retirada através de uma linha (48). Uma bomba de vácuo (49) é provida na linha (48) para aumentar a pressão do gás presente, antes que o gás seja introduzido na linha (33) para ser comprimido, conforme descrito acima. Uma linha direta (50) é proporcionada da linha (23) para a linha (33). Freqüentemente, é necessário operar o dispositivo de recuperação sob pressões reduzidas no final do ciclo de recuperação. As figuras 4 e 5 apresentam exemplos de como isso pode ser obtido. A figura 6 proporciona outro exemplo. Sob operação normal, o dispositivo resfriador, o vaso de separação e a bomba de vácuo serão dispensados. O dispositivo de recuperação irá operar na mesma pressão da entrada do compressor. No final do ciclo, o sistema de bomba de vácuo será usado para reduzir ainda mais a pressão e completar o processo de recuperação. A desvantagem principal de se usar um condensador e uma bomba de vácuo é que ocorre uma grande perda de calor (energia) no meio de resfriamento. Ao se operar sem o dispositivo resfriador na maior parte do ciclo, o calor é conservado, muito embora, o calor seja perdido no final do ciclo.

A pressão preferida no dispositivo de recuperação é dependente dos compostos, por exemplo, aminas e alcanolaminas, que são incluídos no absorvente a ser recuperado. Dependendo dos compostos presentes, a pressão no dispositivo de recuperação pode ser tão alta quanto 1,5 bar abs, e se a coluna de regeneração estiver operando com pressões ainda mais altas, tão baixa quanto cerca de 0,1 bar abs. A escolha da configuração da instalação depende da diferença de pressão exigida da coluna de regeneração para o dispositivo de recuperação. Se a diferença de pressão entre a coluna de regeneração e o dispositivo de recuperação não for demasiadamente alta, tal como, cerca de 1,0 bar, ou menor que isso, tal como, 0,5 bar, 0,3 bar ou 0,2 bar, a modalidade descrita com referência à figura 23 é preferida, na medida em que proporciona a solução mais simples e menos dispendiosa. Se for exigida uma maior diferença de pressão, a modalidade de acordo com as figuras 4 ou 5 são as configurações escolhidas. A modalidade da figura 6 permite a mais alta diferença de pressão.

A invenção é descrita com referência ao uso de uma solução aquosa de uma amina ou uma mistura de aminas como um absorvente de CO2. Entretanto, o especialista versado na técnica irá entender que a invenção é também aplicável com outros absorventes conhecidos, sugeridos ou posteriormente desenvolvidos. Consequentemente, a invenção não é limitada ao uso de aminas como absorventes. As aminas presentemente preferidas, a serem usadas em conexão com a presente invenção são, entretanto, as aminas que foram mencionadas na parte introdutória da presente descrição.

O especialista versado na técnica irá entender que uma opcional disposição para a linha (20) é conectar a linha (20) à linha (4), para retirada do absorvente pobre após o flasheamento, para o dispositivo de recuperação.

Além disso, todas as figuras mostram um refervedor do tipo termo- sifonado. A invenção é também importante para outros tipos de refervedor, incluindo as caldeiras de reaquecimento tipo tacho. As figuras e a descrição mostram a amina pobre entrando no dispositivo de recuperação diretamente a partir do dispositivo de extração.

A invenção é também importante quando a amina pobre é alimentada a partir do tambor de flasheamento para o dispositivo de recuperação.

Na descrição do estado da técnica e de diferentes modalidades da presente invenção, a descrição dos elementos que são comuns para duas ou mais figuras ou modalidades pode somente ser identificada e especificamente mencionada na sua primeira ocorrência na descrição. Conseqüentemente, todos os elementos em uma figura não são especificamente descritos com relação a essa figura se os elementos forem mencionados na descrição de uma diferente modalidade, e se o elemento e funcionamento do mesmo corresponder à anterior citação do elemento.

Claims

1. Dispositivo regenerador para um absorvente líquido de CO2 compreendendo uma coluna de regeneração (8), uma linha de absorvente rico (5) para introdução do absorvente rico na coluna de regeneração (8), meios de retirada (10) para retirar o absorvente pobre do fundo da coluna de regeneração (8), um refervedor (11) para aquecer pelo menos uma parte do absorvente retirado para produzir vapor que é reintroduzido dentro da coluna de regeneração (8), um dispositivo de “flasheamento” (31, 32) e uma primeira linha de absorvente pobre (30) para levar uma segunda porção do absorvente pobre dos referidos meios de retirada (10) para o dispositivo de “flasheamento” (31, 32), uma linha de retirada de vapor (33) para retirar a fase gasosa do dispositivo de “flasheamento” (31, 32), meios de compressão (34) para comprimir a fase gasosa na linha de retirada de vapor (33), e uma linha (37) para injetar a fase gasosa comprimida dentro da coluna de regeneração, e uma segunda linha de absorvente pobre (4) para retirada da fase líquida do dispositivo de “flasheamento” para retornar o absorvente pobre para um dispositivo de absorção; e uma linha de retirada de gás (9) para retirada de CO2 e vapor do topo da coluna de regeneração (8), e meios de separação (14, 15) para separar o gás retirado do topo da coluna de regeneração em uma corrente de CO2 que é exportada do dispositivo regenerador, e água que é reciclada para a coluna de regeneração (8), caracterizado pelo fato de que compreende ainda um dispositivo de recuperação (21) e uma linha de recuperação (20) para retirada de uma terceira porção do absorvente pobre e introdução do absorvente pobre dentro do dispositivo de recuperação (21), meios de aquecimento (22, 22') para aquecer o absorvente pobre no dispositivo de recuperação (21), uma linha de retirada do dispositivo de recuperação (23) para retirar uma fase gasosa gerada no dispositivo de recuperação (21) e introduzir a dita fase gasosa dentro dos meios de compressão (34), e uma linha de resíduos de amina (24) para retirada dos resíduos de amina do dispositivo de recuperação (21) para deposição.

2. Dispositivo regenerador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é provido um compressor (43) na linha de retirada do dispositivo de recuperação (23) para redução adicional da pressão no dispositivo de recuperação (21).

3. Dispositivo regenerador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma bomba ejetora (44) é disposta na linha de retirada do dispositivo de recuperação (23) para redução adicional da pressão no dispositivo de recuperação (21).

4. Método para recuperação de um ou mais produtos químicos absorventes de CO2 a partir de um absorvente de CO2 aquoso pobre que deixa uma coluna de regeneração (8), na qual o CO2 foi liberado ou dessorvido do absorvente de CO2, e o CO2 liberado é retirado do topo da coluna de regeneração para tratamento posterior, e o absorvente pobre ou esgotado de CO2 é coletado no fundo da coluna de regeneração (8) e retirado desta, a referida coluna de regeneração (8) estando contida no dispositivo regenerador para um absorvente líquido de CO2, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que: - pelo menos uma primeira fração do absorvente pobre que deixa a coluna de regeneração (8) é introduzida dentro de um refervedor (11), onde o absorvente é aquecido para gerar vapor e absorvente vaporizado, o qual é introduzido dentro da coluna de regeneração (8) como gás de extração; - uma segunda porção do absorvente pobre retirado da coluna de regeneração (8) é “flasheada” para gerar um vapor que é comprimido e retornado para a coluna de regeneração (8) como gás de extração, e uma fase líquida que é retornada para a coluna de absorção (3); o método caracterizado pelo fato de que compreende ainda: - uma terceira porção do absorvente pobre retirado da coluna de regeneração (8) é introduzida dentro de um dispositivo de recuperação (21), no qual o absorvente pobre é levado à ebulição para gerar uma fase gasosa, que é retirada e retornada para a coluna de regeneração (8) como absorvente recuperado, e uma fase líquida contendo impurezas, sais estáveis ao calor e produtos de decomposição provenientes dos produtos químicos de absorção e de outros produtos químicos que são retirados do dispositivo de recuperação (21) para deposição; em que a fase gasosa que é retirada do dispositivo de recuperação (21) é comprimida junto com a porção de vapor proveniente do “flasheamento” do absorvente pobre para gerar uma pressão no dispositivo de recuperação (21) que é mais baixa que a pressão na coluna de regeneração (8).

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a pressão no dispositivo de recuperação (21) é adicionalmente reduzida por meio de 5 um dispositivo de sucção para retirada da fase gasosa do dispositivo de recuperação (21).

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de sucção (43) é um sistema de vácuo, um ejetor ou um compressor.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado pelo fato de que a pressão no dispositivo de recuperação (21) é pelo 10 menos 0,2 bar (2xl05 Pa) mais baixa que a pressão na coluna de regeneração (8).

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a pressão no dispositivo de recuperação (21) é pelo menos 0,3 bar (3xl05 Pa) mais baixa que a pressão na coluna de regeneração (8).