DE102006036228A1 - Verfahren zum Abtrennen von CO2 aus Gasgemischen - Google Patents

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Yudy Halim Tan
Zhang Xiao Hui
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von CO<SUB>2</SUB> aus einem Gasstrom, wobei in einem zweiten Schritt das CO<SUB>2</SUB> von dem CO<SUB>2</SUB>-absorbierenden Mittel mittels einer Phasentrennung abgetrennt ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen von CO2 aus Gasgemischen sowie eine entsprechende Vorrichtung hierfür.
  • Die Abtrennung von CO2 aus Gasgemischen, etwa dem Abgas von Kraftwerken, ist unter anderem aus der DE 10 2004 011428 A1 sowie dem darin zitierten Stand der Technik bekannt.
  • Hierbei wird das Gasgemisch mit einer CO2-absorbierenden Komponente, meist eine wässrige Aminlösung versetzt, wobei sich entweder Carbaminsäuren oder Amin-carbonate bzw. Hydrocarbonate bilden. Anschließend wird das CO2 aus diesen Verbindungen wieder freigesetzt.
  • Jedoch erfordern sämtliche diese Verfahren nach dem Stand der Technik aufwendige, insbesondere energieaufwendige Schritte zur endgültigen Freisetzung, da eine Freisetzung des CO2 aus den CO2-Absorbens-Verbindungen (seien sie nun salzhaltig oder kovalent) nicht ohne weiteres erfolgt. Hierzu werden in der DE 10 2004 011428 A1 Schritte wie Erwärmen oder Strippen vorgeschlagen; diese Schritte sind jedoch aufwendig und vermindern somit das Potential der Abtrennverfahren deutlich.
  • Es stellt sich somit die Aufgabe, ein Abtrennverfahren von CO2 aus Gasgemischen zu finden, welches eine einfachere und insbesondere weniger energieintensive Freisetzung des CO2 erlaubt.
  • Ein solches Verfahren wird durch Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Demgemäß wird ein Verfahren zum Abtrennen von CO2 aus einem Gasgemisch und/oder Gasstrom, insbesondere einem Abgasstrom von Kraftwerken oder Synthesegasen vorgeschlagen, umfassend die Schritte:
    • a) Inkontaktbringen des Gasgemisches und/oder Gasstroms mit mindestens einem CO2-absorbierenden Mittel, welches ggf. in wässriger Lösung oder Suspension vorliegen kann;
    • b) Zumindest teilweises Abtrennen des mindestens einen CO2-absorbierenden Mittels und Herbeiführen einer Phasentrennung in eine wässrige sowie eine nicht-wäßrige Phase, wobei sich das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel nach der Phasentrennung zumindest vorwiegend in der nichtwässrigen Phase aufhält; sowie
    • c) ein zumindest vorwiegendes Überführen des CO2 in die wässrige Phase, wobei Schritt c) teilweise oder vollständig zeitgleich mit Schritt b) erfolgen kann.
  • Es hat sich herausgestellt, dass durch ein solches Verfahren bei den meisten Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung zumindest einer oder mehrere der folgenden Vorteile erzielt werden kann:
    • – Dadurch, dass mittels der Phasentrennung das CO2 im wesentlichen vom CO2-absorbierenden Mittel (bzw. den Mitteln) getrennt ist, kann die endgültige Freisetzung des CO2 wesentlich einfacher und schneller erfolgen. Es hat sich für eine Reihe von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung herausgestellt, dass ein wesentlicher Teil des CO2 direkt nach dem Überführen in die wässrige Phase aus dieser unmittelbar gasförmig entweicht.
    • – Für eine große Vielzahl von Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass die Schritte b) und c) bei moderaten Temperaturen und Bedingungen, wie sie ohnehin z.B. bei Kraftwerken oder chemischen großtechnischen Prozessen vorherrschen, durchgeführt werden können.
    • – Da die Phasentrennung durch eine geringe Temperaturänderung ausgelöst werden kann, reicht bei einigen Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung schon die Abwärme von Kraftwerken für die Regeneration des Lösungsmittels einsetzen. Bisher mußte hochwertige Wärme in Form vom Dampf für die CO2-Freisetzung verwendet werden.
    • – Da eine Verdampfung des gesamten Lösungsmittelstromes bei der Regeneration entfällt, lassen sich für eine große Vielzahl von Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung auch geringere Wärmemengen bzw. kleinere Apparate zur CO2-Freisetzung erwarten.
    • – Durch die geringere Regenerationstemperaturen und Trennung der wässrigen und organischen Phasen kann man für eine große Vielzahl von Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung mit verminderten Korrosionsphänomenen rechnen.
  • Unter dem Term „Zumindest teilweises Abtrennen des mindestens einen CO2-absorbierenden Mittels" wird insbesondere verstanden, dass ≥ 50%, bevorzugt ≥ 70% des mindestens einen CO2-absorbierenden Mittels (welches ggf. als wässrige Lösung oder Suspension vorliegen kann) nach dem Inkontaktbringen mit dem Gasgemisch und/oder Gasstrom abgetrennt, insbesondere in einen von dem Gasgemisch und/oder Gasstrom abgetrennten Behälter überführt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das gesamte CO2-absorbierenden Mittel (bzw. ggf. die wässrige Lösung oder Suspension, welche das CO2-absorbierenden Mittel enthält) abgetrennt.
  • Nach der Phasentrennung in Schritt b) hält sich erfindungsgemäß das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel nach der Phasentrennung zumindest vorwiegend in der nichtwässrigen Phase auf. Unter „zumindest vorwiegend" wird dabei insbesondere ≥ 70%, bevorzugt ≥ 80%, noch bevorzugt ≥ 90%, ferner bevorzugt ≥ 95% sowie am meisten bevorzugt ≥ 99% verstanden; gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine vollständige Phasentrennung des CO2-absorbierende Mittels von der wässrigen Phase.
  • In Schritt c) – welcher teilweise oder auch vollständig zeitgleich mit Schritt b) erfolgen kann – wird das CO2 zumindest vorwiegend in die wässrige Phase überführt. Unter „zumindest vorwiegend" wird dabei insbesondere ≥ 70%, bevorzugt ≥ 80%, noch bevorzugt ≥ 90%, ferner bevorzugt ≥ 95% sowie am meisten bevorzugt ≥ 99% verstanden; gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine vollständige Überführung des CO2 in die wässrige Phase. Es sei darauf hingewiesen, dass bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das CO2 unmittelbar oder sogar simultan mit der Überführung in die wässrige Phase und/oder der Trennung von dem CO2 absorbierenden Mittel – welche durch die Phasentrennung erfolgt – gasförmig entweichen kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Phasentrennung in Schritt b) durch Veränderung der Temperatur herbeigeführt. Dies hat sich für viele Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als gangbarer und praktikabler Weg zur Ausführung der vorliegenden Erfindung herausgestellt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Phasentrennung in Schritt b) durch Veränderung der Temperatur um ≥ 10 °C herbeigeführt. Dabei kann „Veränderung" je nach konkreter Anwendung sowohl eine Verringerung wie auch Erhöhung der Temperatur bedeuten. Bevorzugt erfolgt die Phasentrennung in Schritt b) durch Erhöhung der Temperatur um ≥ 10 °C.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Phasentrennung in Schritt b) durch Veränderung der Temperatur um ≥ 20 °C, noch bevorzugt ≥ 25 °C herbeigeführt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Phasentrennung in Schritt b) bei einer Temperatur von ≥ 60 °C bis ≤ 100 °C herbeigeführt. Dies hat sich insbesondere bei Prozessen, welche im Kraftwerksbereich spielen, als vorteilhaft herausgestellt, da dann die Abwärme des Kraftwerks für die Herbeiführung der Phasentrennung benutzt werden kann. Bevorzugt wird die Phasentrennung in Schritt b) bei einer Temperatur von ≥ 65 °C bis ≤ 80 °C herbeigeführt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel ein Amin.
  • Unter „Amin" wird insbesondere jede Komponente der Form R1R2R3N verstanden, wobei R1, R2 und R3 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe Wasserstoff, Alkyl, langkettige Alkyl, Alkenyl, Alkoxy, langkettige Alkyl, Alkylpiperidyl, langkettige Alkoxy, Cycloalkyl, Aryl, Arylen, Halogenalkyl.
  • Allgemeine Gruppendefinition: Innerhalb der Beschreibung und den Ansprüchen werden allgemeine Gruppen, wie z.B: Alkyl, Alkoxy, Aryl etc. beansprucht und beschrieben. Wenn nicht anders beschrieben, werden bevorzugt die folgenden Gruppen innerhalb der allgemein beschriebenen Gruppen im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet:
    Alkyl: primäre, sekundäre oder tertiäre lineare, iso, sekundäre, tertiäre, verzweigte oder Polyalkylreste der Länge C1-C12, insbesondere C5-C12, C1-C10 und/oder C2-C10
    langkettige Alkyle: lineare und verzweigte C5-C20 Alkyle, insbesondere C10-C15
    Alkenyl: primäre, sekundäre oder tertiäre lineare, iso, sekundäre, tertiäre, verzweigte oder Polyalkenylreste der Länge C5-C12, insbesondere C5-C12, C1-C10 und/oder C2-C10
    Cycloalkyl: C3-C9-Cycloalkyl, insbesondere C4-C8-Cycloalkyl und C6-C9-Cycloalkyl
    Alkylpiperidyl: Mono, Di- oder polyalkylsubstituierte Piperidyl-Reste, wobei die Verzweigung über das Stickstoff-Atom oder eines der Kohlenstoffatome erfolgen kann.
    Alkoxy: primäre, sekundäre oder tertiäre lineare, iso, sekundäre, tertiäre, verzweigte oder Polyalkoxyreste der Länge C5-C12, insbesondere C5-C12, C1-C10 und/oder C2-C10
    langkettig Alkoxy: lineare und verzweigte C5-C20 Alkoxy, insbesondere C10-C15
    Aryl: ausgewählt aus Aromaten mit einem Molekulargewicht unter 300 Da
    Arylene: ausgewählt aus der Gruppe enthaltend: 1,2-Phenylen; 1,3-Phenylen; 1,4-Phenylen; 1,2-Naphtalenylen; 1,3-Naphtalenylen; 1,4-Naphtalenylen; 2,3-Naphtalenylen; 1-Hydroxy-2,3-phenylen; 1-Hydroxy-2,4-phenylen; 1-Hydroxy-2,5-phenylen; and 1-Hydroxy-2,6-phenylen,
    Halogenalkyl: ausgewählt aus der Gruppe enthaltend mono, di, tri-, poly and perhalogenierte primäre, sekundäre oder tertiäre lineare, iso, sekundäre, tertiäre, verzweigte oder Polyalkylreste der Länge C5-C12
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel mindestens ein sekundäres und/oder mindestens ein tertiäres Amin.
  • Unter „sekundäres Amin" wird insbesondere eine Verbindung R1R2NH verstanden, wobei R1, R2 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe Alkyl, langkettige Alkyl, Alkenyl, Alkoxy, langkettige Alkoxy, Cycloalkyl, Aryl, Arylen, Halogenalkyl, Alkylpiperidyl.
  • Unter „tertiäres Amin" wird insbesondere eine Verbindung R1R2R3N verstanden, wobei R1, R2 und R3 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe Alkyl, langkettige Alkyl, Alkenyl, Alkoxy, langkettige Alkoxy, Cycloalkyl, Aryl, Arylen, Halogenalkyl, Alkylpiperidyl.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel einen Siedepunkt von ≥ 100 °C.
  • Für den Fall, dass das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel eine Mischung von Komponenten ist, wird dabei insbesondere verstanden, dass jede der Komponenten und/oder die Mischung der Komponenten einen Siedepunkt von ≥ 100 °C aufweist; bevorzugt weist sowohl jede der Komponenten wie auch die Mischung der Komponenten einen Siedepunkt von ≥ 100 °C auf.
  • Ein solcher Siedepunkt gewährleistet eine gute Phasentrennung für eine Vielzahl von Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung. Bevorzugt besitzt das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel einen Siedepunkt von ≥ 110 °C, noch bevorzugt ≥ 120 °C.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel einen pKs Wert von ≥ 7,5 und ≤ 11.
  • Für den Fall, dass das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel eine Mischung von Komponenten ist, wird dabei insbesondere verstanden, dass jede der Komponenten und/oder die Mischung der Komponenten einen pKs von ≥ 7,5 und ≤ 11 aufweist; bevorzugt weist sowohl jede der Komponenten wie auch die Mischung der Komponenten einen pKs von ≥ 7,5 und ≤ 11 auf.
  • Es hat sich herausgestellt, dass diese Komponenten innerhalb einer breiten Spanne von Anwendungen besonders gut für den Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren geeignet sind; oftmals liegt insbesondere die Ausbeute in Schritt a) – Bindung des CO2 an das CO2-absorbierende Mittel – besonders hoch.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel einen pKs Wert von ≥ 8 und ≤ 10,5, noch bevorzugt ≥ 9 und ≤ 10.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel bei 25 °C eine Dichte von ≥ 0,7 und ≤ 1,1 g/mL.
  • Für den Fall, dass das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel eine Mischung von Komponenten ist, wird dabei insbesondere verstanden, dass jede der Komponenten und/oder die Mischung der Komponenten bei 25°C eine Dichte von ≥ 0,7 und ≤ 1,1 g/mL aufweist; bevorzugt weist sowohl jede der Komponenten wie auch die Mischung der bei 25°C eine Dichte von ≥ 0,7 und ≤ 1,1 auf.
  • Eine solche Dichteeinstellung hat sich ebenfalls bei vielen Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als positiv für die Phasentrennung erwiesen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel bei der Absorptionstemperatur (= die Temperatur, bei der Schritt a) durchgeführt wird) eine Löslichkeit in Wasser von ≥ 0,1 M und ≤ 5 M.
  • Für den Fall, dass das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel eine Mischung von Komponenten ist, wird dabei insbesondere verstanden, dass jede der Komponenten und/oder die Mischung der Komponenten bei der Absorptionstemperatur eine Löslichkeit in Wasser von ≥ 0,1 M und ≤ 5 M aufweist; bevorzugt weist sowohl jede der Komponenten wie auch die Mischung der bei der Absorptionstemperatur eine Löslichkeit in Wasser von ≥ 0,1 und ≤ 5 M auf.
  • Komponenten mit solchen Löslichkeitseigenschaften haben sich in der Praxis ebenfalls bei vielen Anwendungen als nützlich erwiesen, da dann in Schritt a) auch eine hochkonzentrierte wässrige Lösung der CO2-absorbierenden Mittel eingesetzt werden kann.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel bei der Absorptionstemperatur eine Löslichkeit in Wasser von ≥ 0,2 M und ≤ 4,5 M, noch bevorzugt ≥ 1 M und ≤ 4 M.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel bei der Regenerationstemperatur (= die Temperatur, die zur Herbeiführung der Phasentrennung eingestellt wird) eine Löslichkeit in Wasser von ≥ 0,001 M und ≤ 0,3 M.
  • Für den Fall, dass das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel eine Mischung von Komponenten ist, wird dabei insbesondere verstanden, dass jede der Komponenten und/oder die Mischung der Komponenten bei der Regenerationstemperatur eine Löslichkeit in Wasser von ≥ 0,001 M und ≤ 0,3 M aufweist; bevorzugt weist sowohl jede der Komponenten wie auch die Mischung der bei 60 °C eine Löslichkeit in Wasser von ≥ 0,001 M und ≤ 0,3 M auf.
  • Komponenten mit solchen Löslichkeitseigenschaften haben sich in der Praxis ebenfalls bei vielen Anwendungen als nützlich erwiesen, da dann bei Schritt b) so gut wie kein CO2-absorbierendes Mittel in die wässrige Phase überführt wird bzw. dort verbleibt.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel bei der Regenerationstemperatur eine Löslichkeit in Wasser von ≥ 0,01 M und ≤ 0,1 M.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel mindestens ein sekundäres und mindestens ein tertiäres Amin. Solche Komponentenmischungen haben sich in sofern bei vielen Anwendungen als nützlich erwiesen, da sekundäre Amine oftmals eine schnelle – aber reversible – Bindungskinetik an das CO2 aufweisen, während tertiäre Amine zwar häufig weniger schnell mit CO2 reagieren, die Bindung (welche meist salzartig über Hydrogencarbonate der ungefähren Struktur R3NH+ HCO3 – erfolgt) aber dann meist so wenig reversibel ist, dass unter den Bedindungen des Schrittes a) häufig keine Rückreaktion erfolgt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt das Verhältnis des mindestens einen sekundären Amins zu dem mindestens einen tertiären Amin von ≥ 1:0,5 und ≤ 1:30. Dies hat sich für viele Anwendungen als praktikabel erwiesen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt das Verhältnis des mindestens einen sekundären Amins zu dem mindestens einen tertiären Amin von ≥ 1:1 und ≤ 1:20, noch bevorzugt ≥ 1:2 und ≤ 1:10.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel mindestens ein sekundäres Amin mit einer Absorptionsrate von ≥ 10–6 und ≤ 10–4 kmol m–2 s–1. Dies hat sich für viele Anwendungen als praktikabel erwiesen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel mindestens ein sekundäres Amin mit einer Absorptionsrate von ≥ 5·10–5 und ≤ 10–4 kmol m–2 s, noch bevorzugt von ≥ 10–5 und ≤ 10–4 kmol m–2 s–1.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel mindestens ein tertiäres Amin mit einer Absorptionsrate von ≥ 10–7 und ≤ 10–5 kmol m–2 s–1 bei Absorptionstemperatur. Dies hat sich für viele Anwendungen als praktikabel erwiesen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel mindestens ein tertiäres Amin mit einer Absorptionsrate von ≥ 5·10-6 und ≤10–5 kmol m–2 s–1 bei Absorptionstemperatur, noch bevorzugt von ≥ 10–6 und ≤ 10–5 kmol m–2 s–1.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel mindestens ein primäres Amin ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Pentylamin, Hexylamin, Heptylamin, Octylamin, Cyclohexylamin, 2-Methylcyclohexylamin, 2-Methylbutylamin, 2-Aminopentan, 2-Aminoheptan, 2-Aminohexan, 2-Aminooctan, 2-Aminononan, 3-Methoxypropylamin, 2-Methyl-1,5-diaminopentan, Geranylamin, 2-Ethyl-1-hexylamin, 6-Methyl-2-heptylamin, Cyclooctylamin, Anilin, N-Phenylethylendiamin, 2-Phenylethylamin, N,N-Dimethyl-4-Cyclooctene-1-amine
    sowie Mischungen davon
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel mindestens ein sekundäres Amin umfasst ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Dipropylamin, N-Ethylbutylamin, Dibutylamin, Diisopropylamin, Dicyclohexylamin, Bis(2-Ethylhexyl)amin, Bis(Alpha-methylbenzyl)amin, Bis-(1,3-Dimethylbutyl)amin, Diallylamin, Bis[(s)-1-phenylethyl]amin, Di-sek-butylamin, 2,2,6,6-Tetramethylpiperidin, N-Methylcyclohexylamin, Benzyl-tert-butylamin, Bis(2-Ethylhexyl)amin, 4-tert-Butylcyclohexylamin
    sowie Mischungen davon
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel mindestens ein tertiäres Amin umfasst ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Triethylamine, 2-(Diethylamino)-ethanol, Tripropylamin, Tributylamin, N,N-Dimethylcyclohexylamin, Dimethyloctylamin, Dimethyl-(1-methyl-heptyl)-amin, Dimethylallylamin, N-Ethyldiisopropylamin, Tris(2-ethylhexyl)amin, Bis-(2-cyclohexyloxy-ethyl)-methyl-amine, Bis-(2-(2,4-Diethyl-octyloxy)-ehyl)-methyl-amine, (2-(2-Dimethylamino-ethoxy)-ethyl)-dimethyl-amine, N-Isopropylethylendiamin, N-Methylendiamin, N,N-Dimethylethylendiamin, N,N-Dibutyltrimethylendiamin, Tris[2-(isopropylamino)ethyl]amin, Tris[2-(methylamino)ethyl]amin
    sowie Mischungen davon
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei Schritt a) eine wässrige Lösung des mindestens eine CO2-absorbierende Mittels mit einer Konzentration von ≥ 1 M und ≤ 5 M eingesetzt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren zusätzlich den Schritt d) Erhitzen der wässrigen Phase, um das CO2 freizusetzen.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der – beispielhaft – ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung 1 verfügt über einen Absorber 10, in dem der Gasstrom (angedeutet durch die Pfeile) mit dem CO2-absorbierende Mittel (welches in der konkreten Ausführungsform eine wässrige Lösung eines sekundären Amins und eines tertiären Amins darstellt) in Kontakt gebracht. Über eine Pumpe 20 wird das CO2-absorbierende Mittel dann in einen ersten Behälter 30 gebracht und mittels eines Wärmetauschers 40 dann so erhitzt, dass im Behälter 50 eine Phasentrennung stattfindet (wie durch „aq" und „org".) angedeutet ist. Um die Phasentrennung noch zu unterstützen oder zu beschleunigen, können hierfür sämtliche dem Fachmann bekannten Vorrichtungen wie Zentrifugen etc. vorhanden sein.
  • Für jeden Fachmann ist selbstverständlich, dass – je nach verwendetem CO2-absorbierenden Mittel sowie sonstigen Bedingungen die Phasen im Behälter 50 auch umgekehrt sein können, d.h. dass sich die organische Phase oben befindet. Auch das Volumenverhältnis ist rein schematisch zu versehen und wird je nach Anwendung deutlich unterschiedlich sein.
  • In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Temperatur im Behälter 50 ca. 70–80 °C. Dies hat zur Folge, dass das CO2 unmittelbar aus der wässrigen Phase entweicht und somit ohne weiteres aufgefangen werden kann. Jedoch können bei anderen Anwendungen gemäß der vorliegenden Erfindung weitere Vorrichtungen vorhanden sein, bei denen z.B. die wässrige Phase abgetrennt und gesondert durch Erhitzen das CO2 ausgetrieben und so aufgefangen wird.
  • Über einen weiteren Wärmetauscher 60 wird die Temperatur wieder erniedrigt und das CO2-absorbierende Mittel sowie die wässrige Phase sammeln sich im Behälter 70, wo wieder eine homogene Phase vorliegt. Dieser ist über eine Pumpe 80 mit dem Absorber 10 verbunden, so dass ein kontinuierlicher Prozess gefahren werden kann.

Claims (21)

  1. Verfahren zum Abtrennen von CO2 aus einem Gasgemisch und/oder Gasstrom, insbesondere einem Abgasstrom von Kraftwerken oder Synthesegasen, umfassend die Schritte a) Inkontaktbringen des Gasgemisches und/oder Gasstroms mit mindestens einem CO2-absorbierenden Mittel, welches ggf. in wässriger Lösung oder Suspension vorliegen kann; b) Zumindest teilweises Abtrennen des mindestens einen CO2-absorbierenden Mittels und Herbeiführen einer Phasentrennung in eine wässrige sowie eine nicht-wäßrige Phase, wobei sich das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel nach der Phasentrennung zumindest vorwiegend in der nichtwässrigen Phase aufhält; sowie c) ein zumindest vorwiegendes Überführen des CO2 in die wässrige Phase, wobei Schritt c) teilweise oder vollständig zeitgleich mit Schritt b) erfolgen kann.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Phasentrennung in Schritt b) durch Veränderung der Temperatur herbeigeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Phasentrennung in Schritt b) durch Veränderung der Temperatur um ≥ 10 °C herbeigeführt wird
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Phasentrennung in Schritt b) bei einer Temperatur von ≥ 60 °C bis ≤ 100 °C herbeigeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel ein Amin umfasst.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel mindestens ein sekundäres und/oder mindestens ein tertiäres Amin umfasst
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel einen Siedepunkt von ≥ 100 °C besitzt
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel einen pKs Wert von ≥ 7,5 und ≤ 11 besitzt
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel bei 25°C eine Dichte von ≥ 0,7 und ≤ 1,1 g/mL besitzt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel bei der Absorptionstemperatur (= die Temperatur, bei der Schritt a) durchgeführt wird) eine Löslichkeit in Wasser von ≥ 0,1 M und ≤ 5 M.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel der Regenerationstemperatur (= die Temperatur, die zur Herbeiführung der Phasentrennung eingestellt wird) eine Löslichkeit in Wasser von ≥ 0,001 M und ≤ 0,3 M.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel mindestens ein sekundäres und mindestens ein tertiäres Amin umfasst.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Verhältnis des mindestens einen sekundären Amins zu dem mindestens einen tertiären Amin von ≥ 1:0,5 und ≤ 1:30 beträgt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel mindestens ein tertiäres Amin mit einer Absorptionsrate von ≥ 10–7 und ≤ 10–5 kmol m–2 s–1 bei Absorptionstemperatur umfasst.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 wobei das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel mindestens ein tertiäres Amin mit einer Absorptionsrate von ≥ 5·10–6 und ≤ 10–5 kmol m–2 s–1 bei Absorptionstemperatur, noch bevorzugt von ≥ 10–6 und ≤ 10–5 kmol m–2 s–1 umfasst.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel mindestens ein primäres Amin umfasst ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Pentylamin, Hexylamin, Heptylamin, Octylamin, Cyclohexylamin, 2-Methylcyclohexylamin, 2-Methylbutylamin, 2-Aminopentan, 2-Aminoheptan, 2-Aminohexan, 2-Aminooctan, 2-Aminononan, 3-Methoxypropylamin, 2-Methyl-1,5-diaminopentan, Geranylamin, 2-Ethyl-1-hexylamin, 6-Methyl-2-heptylamin, Cyclooctylamin, Anilin, N-Phenylethylendiamin, 2-Phenylethylamin, N,N-Dimethyl-4-Cyclooctene-1-amine, sowie Mischungen davon
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel mindestens ein sekundäres Amin umfasst ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Dipropylamin, N-Ethylbutylamin, Dibutylamin, Diisopropylamin, Dicyclohexylamin, Bis(2-Ethylhexyl)amin, Bis(Alpha-methylbenzyl)amin, Bis-(1,3-Dimethylbutyl)amin, Diallylamin, Bis[(s)-1-phenylethyl]amin, Di-sek-butylamin, 2,2,6,6-Tetramethylpiperidin, N-Methylcyclohexylamin, Benzyl-tert-butylamin, Bis(2-Ethylhexyl)amin, 4-tert-Butylcyclohexylamin sowie Mischungen davon
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das mindestens eine CO2-absorbierende Mittel mindestens ein tertiäres Amin umfasst ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Triethylamine, 2-(Diethylamino)-ethanol, Tripropylamin, Tributylamin, N,N-Dimethylcyclohexylamin, Dimethyloctylamin, Dimethyl-(1-methyl-heptyl)-amin, Dimethylallylamin, N-Ethyldiisopropylamin, Tris(2-ethylhexyl)amin, Bis-(2-cyclohexyloxy-ethyl)-methyl-amine, Bis-(2-(2,4-Diethyl-octyloxy)-ethyl)-methyl-amine, (2-(2-Dimethylamino-ethoxy)-ethyl)-dimethyl-amine, N-Isopropylethylendiamin, N-Methylendiamin, N,N-Dimethylethylendiamin, N,N-Dibutyltrimethylendiamin, Tris[2-(isopropylamino)ethyl]amin, Tris[2-(methylamino)ethyl]amin sowie Mischungen davon
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei bei Schritt a) eine wässrige Lösung des mindestens eine CO2-absorbierende Mittels mit einer Konzentration von ≥ 1 M und ≤ 5 M eingesetzt wird.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, zusätzlich umfassend den Schritt d) Erhitzen der wässrigen Phase, um das CO2 freizusetzen
  21. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der Ansprüche 1 bis 20.
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