Authors: Schubert, Stephan
Title: Untersuchungen zur Anwendung immobilisierter Aktivatoren bei der Absorption von CO2 mit wässrigen Methyldiethanolamin-Lösungen
Language (ISO): de
Abstract: Zur Entfernung größerer CO2 - Mengen aus Erd- oder Synthesegas werden heutzutage auf-grund ihrer hohen Beladungsfähigkeit und vergleichsweise guten Regenerationseigenschaften bevorzugt Wäschen mit dem tertiären Methyldiethanolamin (MDEA) verwendet. Zur Steige-rung der erzielbaren Reinheiten werden den MDEA-Lösungen dabei geringe Mengen an pri-mären oder sekundären Aminen zugesetzt, die die CO2 - Aufnahme im Absorber durch eine Carbamatbildung deutlich beschleunigen. Die Zugabe dieser so genannten Aktivatoren führt jedoch nachteilig zu einer höheren Korrosivität der MDEA-Lösungen insbesondere in den heißen Teilen des Desorbers. Zudem müssen diese Aktivatoren im Waschmittelkreislauf thermisch regeneriert werden, womit sich der Wärmebedarf bei der Regeneration des Wasch-mittels gegenüber dem einer reinen MDEA-Lösung erhöht.Vor diesem Hintergrund ergibt sich die Überlegung, die chemischen Aktivatoren gezielt im Absorber zurückzuhalten - d.h. zu immobilisieren -, so dass diese einerseits zur Leistungsstei-gerung beim Absorptionsvorgang zu Verfügung stehen, andererseits jedoch die negativen Begleiterscheinungen in den anderen Anlagenteilen verhindert werden.Ziel der vorliegenden Arbeit ist es zu untersuchen, ob sich die Absorption von CO2 mit einer wässrigen Methyldiethanolamin(MDEA)-Lösung durch immobilisierte Aktivatoren in ähnli-cher Weise steigern lässt, wie dies durch Zugabe flüssiger Aktivatoren in Form primärer bzw. sekundärer Amine der Fall ist. Auf Grundlage von experimentellen Untersuchungen zur Cha-rakterisierung und Quantifizierung der bei dieser kombinierten Ab- und Adsorption ablaufen-den Stofftransport- und Reaktionsschritte kann gezeigt werden, dass eine Intensivierung der Absorption von CO2 mit einer wässrigen MDEA-Lösung für den Fall, dass die Adsorption durch die immobilisierten primären Amine als Parallelreaktion in der flüssigen Phase stattfin-det jedoch prinzipiell nicht möglich ist, da die die Adsorption von gelöstem CO2 durch immo-bilisierte Aktivatoren deutlich langsamer erfolgt, als die Bindung von gelöstem CO2 durch eine Flüssigphasenreaktion mit MDEA.Auf Grundlage der Untersuchungen lässt sich jedoch ein alternatives Verfahrenskonzept zur Entfernung von CO2 aus einem Gasgemisch in einem dreiphasigen System ableiten, bei dem das CO2 zunächst durch eine schnelle Gasphasenadsorption mit immobilisierten primären Aminen direkt aus dem Gasstrom heraus gebunden und anschließend durch Abgabe an eine überfließende MDEA-Lösung aus dem System entfernt wird.Ein solch hybrides Ad- / Absorptionsverfahren würde die wesentlichen Vorteile der ursprüng-lichen Verfahrensidee, ein geringer Energieverbrauch bei der Regeneration sowie eine geringe Korrosivität der verwendeten MDEA-Lösung, aufgreifen und gleichzeitig eine hohe Reinheit des zu behandelnden Gases ermöglichen.
These days, because of its high loading and relatively good regeneration properties, the pre-ferred method of removing larger quantities of CO2 from natural gas and synthesis gas is washing with tertiary methyldiethanolamine (MDEA). To increase the achievable levels of purity, small amounts of primary or secondary amines are added to the MDEA solutions, which considerably accelerate CO2 absorption in the absorber by forming carbamate. How-ever, one disadvantage of adding these so-called activators is that they increase the corrosive-ness of the MDEA solutions, especially in the hot parts of the desorber. In addition to this, these activators must be thermally regenerated in the washing agent cycle, which increases the heat requirements for regenerating the washing agent compared to a pure MDEA solution.Against this background, it was considered whether it would be possible to specifically retain the chemical activators in the absorber � in other words, to immobilize them - so that, on the one hand, they are available to improve performance during the absorption process and, on the other, negative concomitant phenomena in other parts of the system are prevented.The objective of this study is to examine whether the absorption of CO2 with an aqueous methyldiethanolamine (MDEA) solution can be increased with immobilized activators in a similar way to the addition of liquid activators in the form of primary or secondary amines. On the basis of experiments to characterize and quantify the substance transport and reaction stages that take place in this combined absorption and adsorption process it can be demon-strated that, in principle, intensification of CO2 absorption with an aqueous MDEA solution is not possible when adsorption by immobilized primary amines takes place as a parallel reac-tion in the liquid phase, since adsorption of dissolved CO2 by immobilized activators is much slower than bonding of dissolved CO2 via a liquid phase reaction with MDEA.However, on the basis of the investigation it was discovered that it is possible to derive an alternative process concept to remove CO2 from a gas mixture in a three-phase system in which the CO2 is bonded directly from the gas flow by rapid gas phase adsorption with im-mobilized primary amines and is then removed from the system by releasing it to an MDEA solution flowing over the top.A hybrid adsorption/absorption process such as this would provide the main advantages of the original process idea, reduce energy consumption for regeneration and reduce the corrosive-ness of the MDEA solution and also enable a high level of purity in the gases being treated.
Subject Headings: Kohlenstoffdioxid
Absorption
Methyldiethanolamin
Immobilisierte Aktivatoren
Carbon dioxide
Absorption
Methydiethanolamine
Immobilized activators
URI: http://hdl.handle.net/2003/21462
http://dx.doi.org/10.17877/DE290R-15664
Issue Date: 2005-06-07
Provenance: Universität Dortmund
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