WO2025062000A1 - Process and apparatus for continuously recovering carbon dioxide from a carbon-dioxide-containing gas atmosphere - Google Patents
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Definitions
- Low-temperature processes which are typically carried out at a desorption temperature of approximately 100°C, predominantly utilize short-chain, solid-bound amines such as monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), or methyldiethanolamine (MDEA) as sorbents.
- MEA monoethanolamine
- DEA diethanolamine
- MDEA methyldiethanolamine
- the low desorption temperature of approximately 100°C is typically achieved by setting a negative pressure in the desorption unit (hereinafter referred to as the desorber), which severely limits its installation space. Since adsorption and desorption are separated only temporally and not spatially, this also affects the absorption unit (hereinafter referred to as the absorber).
- the high-temperature processes are based on the use of aqueous alkali or alkaline earth metal hydroxide solutions as sorbents and can therefore be designed as continuous processes.
- the use of aqueous alkali or alkaline earth metal hydroxide solutions requires desorption temperatures of up to 900°C.
- natural gas is usually burned, which leads to the release of new carbon dioxide.
- the desorption cycle which involves several chemical conversion processes, is technically complex and cost-intensive, and that, in contrast to low-temperature processes, no waste heat from low-temperature processes such as electrolysis or methanation can be incorporated.
- the object underlying the present invention was to provide a process and a device for the continuous recovery of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas atmosphere, which at least partially overcomes the disadvantages of the prior art.
- the process should be particularly energy-efficient and cost-effective by combining the advantages of known low-temperature processes with the advantages of known high-temperature processes.
- EP 2700440 A2 and DE 102004053 167 A1 each disclose a method and a system for the continuous recovery of carbon dioxide from a flue gas stream generated by the combustion of fuel.
- the methods comprise an absorption step, which comprises continuously contacting the flue gas stream with a liquid sorbent in a countercurrent manner, whereby the liquid sorbent absorbs carbon dioxide and forms a carbon dioxide-laden liquid sorbent and a carbon dioxide-depleted flue gas stream, and a desorption step comprising continuously heating the carbon dioxide-laden liquid sorbent, whereby the carbon dioxide-laden liquid sorbent desorbs carbon dioxide and regenerates the liquid sorbent.
- an absorption step comprising continuously contacting a carbon dioxide-containing gas stream with a liquid sorbent in a countercurrent or cross-current manner at ambient temperature and under atmospheric pressure, whereby the liquid sorbent absorbs carbon dioxide and forms a carbon dioxide-laden liquid sorbent and a carbon dioxide-depleted gas stream;
- the liquid sorbent used in the present invention is a sorbent comprising polyethyleneimine (PEI) as an essential component.
- PEI polyethyleneimine
- Polyethylenimines are polymers formally obtained by polymerizing ethyleneimine (aziridine) and containing a large number of amino groups. Due to their strongly basic properties, polyethyleneimines are usually present as polycations, which makes them highly soluble in water and other protic solvents. At the same time, polyethyleneimines generally have a number-average molecular weight of at least several thousand g/mol, resulting in a relatively low vapor pressure. This represents a significant advantage over the short-chain amines known, for example, from flue gas scrubbing, since high air volume flows are required for the direct recovery of carbon dioxide from ambient air.
- the number-average molecular weight of the polyethyleneimine is not particularly limited, but is preferably in a range from 1000 to 200,000 g/mol, more preferably 2500 to 150,000 g/mol, and most preferably 5000 to 100,000 g/mol, as determined by gel permeation chromatography.
- Suitable polyethyleneimines are known in the art and are commercially available from Alfa Aesar, Sigma-Aldrich and TCI Chemical, among others.
- the concentration of polyethyleneimine in the liquid sorbent is usually in a range from 5 to 35 wt.%, and preferably in a range from 10 to 25 wt.%, based on the total weight of the liquid sorbent.
- the process according to the invention can be operated continuously without any problems and without any special technical effort.
- the process according to the invention achieves a significant advantage of known low-temperature processes, namely that of a low desorption temperature of carbon dioxide. This allows the absorption and desorption steps to be spatially separated from one another and individually adapted to the respective conditions. This is important because an absorber used in the absorption step must be as large as possible due to the high gas volume flow, while a desorber used in the desorption step should be as small as possible with a view to reducing energy consumption.
- standard pressure refers to the air pressure prevailing at the respective location during implementation of the process. If the process is carried out at sea level, for example, the standard pressure is 1013.25 hPa or approximately 1 bar. If the process is carried out at 1000 m above sea level, the standard pressure drops to 891 hPa.
- Adequate absorption of carbon dioxide during the absorption step is achieved by bringing the carbon dioxide-containing gas stream into contact with the liquid sorbent using the countercurrent or crosscurrent principle (see Fig. 8).
- a countercurrent absorber offers numerous advantages over a crosscurrent absorber. These advantages include higher absorption efficiency, as the carbon dioxide-containing gas stream to be purified and the liquid sorbent flow in opposite directions, thus creating a maximum concentration difference within the absorber, and the concentration difference is the driving force for the absorption reaction. Further advantages include better mass transfer (since the continuous collision of the carbon dioxide-containing gas stream and the liquid sorbent over the entire length of the absorber continually creates new phase interfaces between gas and liquid), a lower risk of channeling, and easier aerosol separation.
- a demister can be used, for example, within the scope of the process according to the invention, whereby such a demister can easily drip downwards when the countercurrent principle is applied.
- a slow flow of the carbon dioxide-containing gas stream through the absorber is aimed for.
- the latter implies a reduction of the Flow velocity, which is why the inflow area of the absorber ultimately has to be enlarged and, when the counterflow principle is used, a larger area is required.
- a cross-flow absorber offers the advantage of better use of floor space compared to a counterflow absorber, since the inflow area can be extended vertically.
- a generally cylindrical counterflow absorber develops into a rather flat and rectangular cross-flow absorber, which can better utilize natural air movement due to its orientation in the prevailing wind direction than a counterflow absorber.
- the absorption step it is therefore preferred according to the invention for the absorption step to comprise the continuous contacting of the carbon dioxide-containing gas stream with the liquid sorbent using the cross-flow principle, even though the use of a cross-flow absorber at first glance entails disadvantages compared to the use of a counterflow absorber.
- a device designed to carry out the process according to the invention therefore comprises at least one absorber, one desorber, one feed line for a carbon dioxide-containing gas stream, one feed line for a liquid solvent, one A supply line for a liquid sorbent, a discharge line for a carbon dioxide-depleted gas stream, a discharge line for a carbon dioxide-laden liquid sorbent, and a carbon dioxide discharge line.
- this comprises the continuous contacting of the carbon dioxide-containing gas stream with the liquid sorbent using the cross-flow principle.
- a cross-flow absorber designed as a wall module solves the problem of the high floor space requirement of a counter-flow absorber, new challenges arise in connection with gas conveyance and particle separation. For example, to convey the carbon dioxide-containing gas stream upstream of the packing and to separate unwanted particles downstream of the packing, the entire inflow area of a cross-flow absorber must be covered, which requires a high use of material and components.
- the absorption step of the process according to the invention particularly comprises Preferably, in addition, the carbon dioxide-depleted gas stream is discharged in a direction substantially perpendicular to the flow direction of the carbon dioxide-containing gas stream during absorption and in a direction opposite to the flow direction of the liquid sorbent during absorption.
- the carbon dioxide-depleted gas stream be sucked out of the absorber in a suitable manner.
- the absorber can be configured such that it is uniformly supplied with carbon dioxide-containing gas over its entire surface area (i.e., the carbon dioxide-containing gas is sucked in over the entire surface area) and simultaneously enables efficient removal of the carbon dioxide-depleted gas.
- this is preferably achieved by the means for discharging the carbon dioxide-depleted gas stream from the absorber comprising a gas channel and a fan connected to the gas channel, the gas channel being spatially arranged around the longitudinal axis of the absorber, and the gas channel being surrounded by the means for continuously contacting the carbon dioxide-containing gas stream with the liquid aqueous sorbent in a cross-flow manner.
- a large phase interface is also advantageous, for which random packings or packings are generally used in combination with spray nozzles or distribution channels. While spray nozzles consume a great deal of energy due to the upstream pressure, distribution channels tend to result in an inhomogeneous distribution of the scrubbing liquid.
- the desorption step can comprise the continuous heating of the carbon dioxide-laden liquid sorbent to a temperature higher than ambient temperature.
- the desorption step comprises the continuous heating of the carbon dioxide-laden liquid sorbent to a temperature higher than ambient temperature
- providing the temperature higher than ambient temperature preferably comprises the transfer of thermal energy from the liquid sorbent of the desorption step to the carbon dioxide-laden liquid sorbent of the absorption step.
- a device configured to carry out the method according to the invention therefore further comprises, in addition to the aforementioned components, a means connected to the absorber and the desorber for transferring thermal energy from the absorber to the desorber, wherein the means is preferably a high-temperature heat pump.
- providing the carbon dioxide partial pressure reduced compared to normal pressure preferably comprises reducing the absolute pressure and/or mixing the carbon dioxide-laden liquid sorbent with at least one stripping gas, with the simultaneous reduction of the absolute pressure and mixing of the carbon dioxide-laden liquid sorbent with at least one stripping gas being considered particularly preferred.
- a device configured to carry out the method according to the invention consequently comprises a desorber which, in addition to the aforementioned components, further comprises means for reducing the absolute pressure and/or means for mixing the carbon dioxide-laden liquid sorbent with at least one stripping gas.
- the absolute pressure By reducing the absolute pressure or setting a negative pressure specific to the respective location, the temperature required for evaporation of the liquid sorbent can be lowered, thus reducing the energy required for the desorption step. This allows, among other things, high-temperature heat pumps to be used as a heat source. Since the generation of negative pressure also consumes energy, the absolute pressure is preferably selected such that an energetic optimum is achieved between the energy required for a pressure reduction and the energy saved by a temperature reduction.
- Stripping gases which are suitable for use in the process according to the invention and which are fed into a device configured to carry out the process according to the invention via a line connected to a second inlet opening of the desorber Stripping gas feed lines that can be introduced into the desorber are known in the art and include, among others, air, steam, hydrogen, and nitrogen.
- the stripping gas is preferably steam, hydrogen, nitrogen, or a mixture thereof, the advantage of using steam being that the water contained in the product gas stream can be condensed out without great difficulty.
- a disadvantage is the high enthalpy of vaporization required to heat the liquid sorbent and to generate steam from liquid water.
- the process according to the invention particularly preferably furthermore enables the transfer of thermal energy from the product gas stream of the desorption step to the liquid sorbent of the absorption step and/or to liquid water, which is to be fed to the carbon dioxide-laden liquid sorbent in the form of steam as stripping gas during the desorption step.
- a device configured to carry out the method according to the invention therefore further comprises, in addition to the aforementioned components, a means connected to the carbon dioxide discharge line and the liquid sorbent feed line for transferring thermal energy from the product gas stream to the liquid sorbent (to be fed to the absorber), and/or a means connected to the carbon dioxide discharge line and the stripping gas feed line for transferring thermal energy from the product gas stream to liquid water, wherein the means is preferably a high-temperature heat pump. If hydrogen or nitrogen is used as the stripping gas, the thermal energy required to generate steam is reduced.
- the appropriate ratio of carbon dioxide and stripping gas in particular hydrogen
- the appropriate ratio of carbon dioxide and stripping gas can be set in advance depending on the type of downstream process, which significantly reduces the technical effort required for purifying the product gas stream.
- a device configured to carry out the method according to the invention comprises In addition to the aforementioned components, the device therefore further comprises a means connected to the carbon dioxide discharge line and the stripping gas supply line for at least partially separating stripping gas from the desorbed carbon dioxide, wherein the means is preferably a membrane.
- the product gas stream obtained in the desorption step can, for example, be fed to a downstream condensate separator and/or a downstream membrane (if hydrogen or nitrogen is used as the stripping gas), wherein the stripping gas is separated from desorbed carbon dioxide and pumped back to the desorber via appropriately configured lines.
- a downstream condensate separator and/or a downstream membrane if hydrogen or nitrogen is used as the stripping gas
- the stripping gas is separated from desorbed carbon dioxide and pumped back to the desorber via appropriately configured lines.
- the desorption step of the method according to the invention preferably further comprises providing the carbon dioxide-laden liquid sorbent as a film with a film thickness of less than 3 mm, and particularly preferably less than 1 mm.
- a device configured to carry out the method according to the invention consequently comprises a desorber which, in addition to the aforementioned components, further comprises a means for providing the carbon dioxide-laden liquid sorbent as a film with a film thickness of less than 1 mm, wherein the means is preferably a thin-film evaporator.
- the process according to the invention may comprise one or more additional steps, such as a filtration step, a pre-washing step, a gas conditioning step, and a control step.
- the process according to the invention preferably further comprises a Filtration step, which comprises filtering the carbon dioxide-containing gas stream prior to the absorption step.
- a device configured to carry out the method according to the invention in addition to the aforementioned components, further comprises a means for filtering the carbon dioxide-containing gas stream, which means is connected to the supply line for a carbon dioxide-containing gas stream and the first inlet opening of the absorber.
- the means is preferably a dust or pollen filter, which prevents the entry of coarse contaminants into the scrubbing liquid.
- the process according to the invention preferably further comprises a pre-washing step, which involves pre-washing the carbon dioxide-containing gas stream with water before the absorption step, wherein the water is preferably decalcified water.
- DI water demineralized water
- a device configured to carry out the method according to the invention therefore further comprises, in addition to the aforementioned components, a means for pre-washing the carbon dioxide-containing gas stream with water, which means is connected to the supply line for a carbon dioxide-containing gas stream and the first inlet opening of the absorber or is integrated into the absorber.
- the means is preferably a gas pre-washer. The gas pre-wash achieves both a reduction in the amount of deionized water required and an additional filter function, and can be maintained by cyclical replacement of the washing liquid.
- the process according to the invention can alternatively comprise a gas conditioning step, which comprises recovering liquid solvent from the carbon dioxide-depleted gas stream after the desorption step and humidifying the carbon dioxide-containing gas stream with the recovered liquid solvent before the absorption step.
- a A device configured to carry out the method according to the invention in addition to the components mentioned above, therefore further comprises a means connected to the supply line for a carbon dioxide-containing gas stream and the discharge line for a carbon dioxide-depleted gas stream for recovering liquid solvent from the carbon dioxide-depleted gas stream and for humidifying the carbon dioxide-containing gas stream with the recovered liquid solvent, wherein the means is preferably a sorption wheel.
- a sorption wheel If the supply air and the exhaust air of the absorber are connected to one another via a sorption wheel or a rotary dehumidifier, moisture as well as heat can be transferred, since the sorption wheel is coated with a hygroscopic material such as silica gel or zeolite. Compared to the use of a gas pre-scrubber described above, a sorption wheel also offers the advantage that not only the amount of deionized water used but also the overall water consumption of the device can be reduced.
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Abstract
Description
Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Gasatmosphäre Method and device for the continuous extraction of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas atmosphere
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Gasatmosphäre. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Gasatmosphäre, welches leicht skalierbar ist und besonders energieeffizient und kostengünstig durchgeführt werden kann, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. The invention generally relates to a method and a device for the continuous extraction of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas atmosphere. In particular, the invention relates to a method for the continuous extraction of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas atmosphere, which is easily scalable and can be carried out in a particularly energy-efficient and cost-effective manner, as well as to a device for carrying out this method.
Technischer Hintergrund Technical background
Fossile Energieträger, welche bislang die Grundlage des weltweiten Energie- und Wirtschaftssystems bilden, sind für eine stetig steigende Konzentration an Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre verantwortlich - und damit auch für den Klimawandel. Vor diesem Hintergrund müssen zukünftige Emissionen vermieden und eine Netto-Null-Emissionsstrategie auf den Weg gebracht werden. Zu diesem Zweck wurde u.a. das Direct air capture (DAC)- Verfahren entwickelt, bei welchem es sich um ein Verfahren zur direkten Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus Umgebungsluft unter Verwendung eines geeigneten Sorbens handelt und welches in der Regel einen Absorptionsschritt und einen Desorptionsschritt umfasst. Das auf diese Weise gewonnene Kohlenstoffdioxid kann entweder chemisch (Lösungsmittel, Harnstoff, Kunststoffe, etc.), physikalisch (Karbonisierung, Konservierung, Kältemittel, etc.) oder als eFuel weiter verwertet bzw. durch Sequestrierung dem Kreislauf entzogen werden. Die hohe internationale Relevanz und das steigende Interesse an der DAC-Technologie spiegelt sich unter anderem auch in der Literatur wider, wie z.B. aus einem Bericht der Internationalen Energieagentur (IEA) aus dem Jahr 2022 hervorgeht (“Direct Air Capture: A key technology for net zero“). Fossil fuels, which have so far formed the basis of the global energy and economic system, are responsible for a steadily increasing concentration of carbon dioxide in the atmosphere – and thus also for climate change. Against this backdrop, future emissions must be avoided and a net-zero emissions strategy implemented. For this purpose, the direct air capture (DAC) process, among others, has been developed. This process involves the direct extraction of carbon dioxide from ambient air using a suitable sorbent and typically comprises an absorption and a desorption step. The carbon dioxide extracted in this way can be further utilized either chemically (solvents, urea, plastics, etc.), physically (carbonization, preservation, refrigerants, etc.), or as eFuel, or removed from the cycle through sequestration. The high international relevance and increasing interest in DAC technology is also reflected in the literature, as shown, for example, in a 2022 report by the International Energy Agency (IEA) (“Direct Air Capture: A key technology for net zero”).
Die große Herausforderung bei der direkten Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus Umgebungsluft liegt einerseits in der geringen Konzentration des Kohlenstoffdioxids von ca. 415 ppm, was zu hohen Luftvolumenströmen und damit verbundenen hohen Energieeinsätzen im Rahmen des Absorptionsschritts führt. Insbesondere werden für eine effiziente Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus Umgebungsluft Gasvolumenströme benötigt, welche deutlich höher sind als die bei einer Rauchgaswäsche realisierten Gasvolumenströme. Bei der Auswahl geeigneter Abscheideverfahren ist daher zu beachten, dass der Luftvolumenstrom möglichst keine Zustandsänderung, wie z.B. Temperatur- oder Druckänderungen, erfährt. Darüber hinaus resultiert aus der geringen Kohlenstoff di oxidkonzentrati on die Forderung nach einem Sorbens, welches eine möglichst hohe Selektivität gegenüber Kohlenstoffdioxid besitzt und trotz der hohen Luftvolumenströme nicht aus einem für das DAC-Verfahren konfigurierten System in die Umwelt ausgetragen wird. Andererseits muss auch der Energieeinsatz im Rahmen des Desorptionsschritts im Auge behalten werden, nachdem die Desorption von Kohlenstoffdioxid vergleichsweise energieintensiv ist und Strom oder Wärme auf unterschiedlichen Temperatumiveaus benötigt. The major challenge in the direct extraction of carbon dioxide from ambient air lies, on the one hand, in the low concentration of carbon dioxide of approx. 415 ppm, which leads to high air volume flows and the associated high energy consumption during the absorption step. In particular, the efficient recovery of carbon dioxide from ambient air requires gas volume flows that are significantly higher than those achieved with flue gas scrubbing. When selecting suitable separation processes, it is therefore important to ensure that the air volume flow does not experience any changes in state, such as temperature or pressure changes. Furthermore, the low carbon dioxide concentration results in the need for a sorbent that has the highest possible selectivity for carbon dioxide and that, despite the high air volume flows, is not discharged into the environment from a system configured for the DAC process. On the other hand, the energy consumption during the desorption step must also be taken into account, as the desorption of carbon dioxide is comparatively energy-intensive and requires electricity or heat at different temperature levels.
Die derzeit bekannten DAC-Verfahren können vornehmlich in Nieder- und Hochtemperaturverfahren differenziert werden. Bei den Niedertemperaturverfahren, welche üblicherweise bei einer Desorptionstemperatur von etwa 100°C durchgeführt werden, überwiegt der Einsatz von kurzkettigen, feststoffgebundenen Aminen wie z.B. Monoethanolamin (MEA), Diethanolamin (DEA) oder Methyldiethanolamin (MDEA) als Sorbens. Die niedrige Desorptionstemperatur von etwa 100°C wird hierbei üblicherweise durch Einstellung eines Unterdrucks in der Desorptionseinheit (nachfolgend als Desorber bezeichnet) realisiert, wodurch deren Bauraum stark begrenzt ist. Da Adsorption und Desorption nur zeitlich und nicht räumlich voneinander getrennt sind, betrifft dies zugleich auch die Absorptionseinheit (nachfolgend als Absorber bezeichnet). Dies hat zur Folge, dass die bekannten Niedertemperaturverfahren ausschließlich diskontinuierlich (d.h. im Batch-Betrieb) durchgeführt werden, was zu erhöhten Materialbelastungen, schwankender Produktgasqualität und einem erhöhten regelungstechnischen Aufwand führt. Eine Skalierung kann lediglich über eine Zusammenschaltung vieler einzelner Module geschehen, was wiederum zu erhöhten Materialkosten führt. Currently known DAC processes can primarily be divided into low- and high-temperature processes. Low-temperature processes, which are typically carried out at a desorption temperature of approximately 100°C, predominantly utilize short-chain, solid-bound amines such as monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), or methyldiethanolamine (MDEA) as sorbents. The low desorption temperature of approximately 100°C is typically achieved by setting a negative pressure in the desorption unit (hereinafter referred to as the desorber), which severely limits its installation space. Since adsorption and desorption are separated only temporally and not spatially, this also affects the absorption unit (hereinafter referred to as the absorber). As a result, known low-temperature processes are exclusively carried out discontinuously (i.e., in batch mode), which leads to increased material stress, fluctuating product gas quality, and increased control engineering complexity. Scaling can only be achieved by interconnecting many individual modules, which in turn leads to increased material costs.
Die Hochtemperaturverfahren basieren auf der Verwendung von wässrigen Alkali- oder Erdalkalimetallhydroxidlösungen als Sorbens, und können daher als kontinuierliche Prozesse konzipiert werden. Allerdings erfordert der Einsatz von wässrigen Alkali- oder Erdalkalimetallhydroxidlösungen Desorptionstemperaturen von bis zu 900°C. Um derart hohe Desorptionstemperaturen zu erzielen, wird in der Regel Erdgas verbrannt, was zur Freisetzung von neuem Kohlenstoffdioxid führt. Weiterhin besteht das Problem, dass der über mehrere chemische Umwandlungsprozesse ablaufende Desorptionskreislauf technisch aufwendig und kostenintensiv ist, und dass, im Gegensatz zu den Niedertemperaturverfahren, keine Abwärmen aus Niedertemperaturprozessen wie z.B. Elektrolyse oder Methanisierung eingebunden werden können. Ein Überblick über momentan gebräuchliche Nieder- und Hochtemperaturverfahren zur Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus Umgebungsluft findet sich u.a. in Viehbahn et al. (Energiewirtsch. Tagesfragen 69(12), 30-33), Fasihi et al. (J. Clean. Prod. 224, 957-980) und Heß et al. (“Nutzung von CO2 aus Luft als Rohstoff für synthetische Kraftstoffe und Chemikalien“, Studie im Auftrag des Ministeriums für Verkehr Baden-Württemberg, Karlsruhe Institute of Technology, Dezember 2020). The high-temperature processes are based on the use of aqueous alkali or alkaline earth metal hydroxide solutions as sorbents and can therefore be designed as continuous processes. However, the use of aqueous alkali or alkaline earth metal hydroxide solutions requires desorption temperatures of up to 900°C. To achieve such high To achieve desorption temperatures, natural gas is usually burned, which leads to the release of new carbon dioxide. Furthermore, there is the problem that the desorption cycle, which involves several chemical conversion processes, is technically complex and cost-intensive, and that, in contrast to low-temperature processes, no waste heat from low-temperature processes such as electrolysis or methanation can be incorporated. An overview of currently used low- and high-temperature processes for extracting carbon dioxide from ambient air can be found, among others, in Viehbahn et al. (Energiewirtsch. Tagesfragen 69(12), 30-33), Fasihi et al. (J. Clean. Prod. 224, 957-980) and Heß et al. (“Use of CO2 from air as a raw material for synthetic fuels and chemicals”, study commissioned by the Ministry of Transport Baden-Württemberg, Karlsruhe Institute of Technology, December 2020).
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
Zu lösende Probleme Problems to be solved
Wie vorstehend erläutert, besitzen die derzeit bekannten Niedertemperaturverfahren den Nachteil, dass sie nicht kontinuierlich durchgeführt werden können, was zu erhöhten Materialbelastungen, zu einer schwankenden Qualität des gewonnenen Kohlenstoffdioxids, und zu einem erhöhten regelungstechnischen Aufwand führt. Demgegenüber besteht bei den gängigen Hochtemperaturverfahren das Problem, dass hohe Desorptionstemperaturen benötigt werden und keine Abwärme aus Niedertemperaturprozessen genutzt werden kann, was zu hohen Energieeinsätzen, und damit zu einer weiteren Freisetzung von Kohlenstoffdioxid und erhöhten Energiekosten führt. Unter Berücksichtigung dieses Sachverhalts bestand die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Gasatmosphäre bereitzustellen, welche(s) die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise überwindet. Insbesondere sollte das Verfahren besonders energieeffizient und kostengünstig durchgeführt werden können, indem es die Vorteile bekannter Niedertemperaturerfahren mit den Vorteilen bekannter Hochtemperaturverfahren kombiniert. Die Erfindung ist in den Ansprüchen definiert. As explained above, the currently known low-temperature processes have the disadvantage that they cannot be carried out continuously, which leads to increased material stress, fluctuating quality of the recovered carbon dioxide, and increased control engineering effort. In contrast, the common high-temperature processes have the problem that high desorption temperatures are required and no waste heat from low-temperature processes can be utilized, which leads to high energy consumption and thus to further release of carbon dioxide and increased energy costs. Taking this fact into account, the object underlying the present invention was to provide a process and a device for the continuous recovery of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas atmosphere, which at least partially overcomes the disadvantages of the prior art. In particular, the process should be particularly energy-efficient and cost-effective by combining the advantages of known low-temperature processes with the advantages of known high-temperature processes. The invention is defined in the claims.
EP 2700440 A2 und DE 102004053 167 Al offenbaren jeweils ein Verfahren und ein System zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoff di oxid aus einem durch Verbrennung von Brennmaterial erzeugten Rauchgasstrom. Die Verfahren umfassen einen Absorptionsschritt, welcher das kontinuierliche Inkontaktbringen des Rauchgasstroms mit einem flüssigen Sorbens im Gegenstromprinzip umfasst, wobei das flüssige Sorbens Kohlenstoffdioxid absorbiert und ein mit Kohlenstoffdioxid beladenes flüssiges Sorbens sowie ein an Kohlenstoffdioxid abgereicherter Rauchgasstrom gebildet werden, und einen Desorptionsschritt, welcher das kontinuierliche Erwärmen des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens umfasst, wobei das mit Kohlenstoffdioxid beladene flüssige Sorbens Kohlenstoffdioxid desorbiert und das flüssige Sorbens regeneriert wird. Das in EP 2 700 440 A2 verwendete flüssige Sorbens umfasst ein wasserlösliches, aminogruppenhaltiges Polymer, während DE 102004 053 167 Al obligatorisch den Einsatz eines Polymers mit einem Verzweigungsgrad von < 35% und einem Molekulargewicht von 500 bis 100.000 g/mol vorsieht. EP 2700440 A2 and DE 102004053 167 A1 each disclose a method and a system for the continuous recovery of carbon dioxide from a flue gas stream generated by the combustion of fuel. The methods comprise an absorption step, which comprises continuously contacting the flue gas stream with a liquid sorbent in a countercurrent manner, whereby the liquid sorbent absorbs carbon dioxide and forms a carbon dioxide-laden liquid sorbent and a carbon dioxide-depleted flue gas stream, and a desorption step comprising continuously heating the carbon dioxide-laden liquid sorbent, whereby the carbon dioxide-laden liquid sorbent desorbs carbon dioxide and regenerates the liquid sorbent. The liquid sorbent used in EP 2 700 440 A2 comprises a water-soluble, amino-group-containing polymer, while DE 102004 053 167 A1 requires the use of a polymer with a degree of branching of < 35% and a molecular weight of 500 to 100,000 g/mol.
Mittel zum Lösen der Probleme Means to solve the problems
In einem ersten Aspekt zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgabe betrifft die vorliegende Erfindung somit ein Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Gasatmosphäre, wie es in Anspruch 1 definiert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst: In a first aspect to achieve the above-described object, the present invention thus relates to a process for the continuous recovery of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas atmosphere, as defined in claim 1. The process according to the invention comprises:
(a) einen Absorptionsschritt, welcher das kontinuierliche Inkontaktbringen eines kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms mit einem flüssigen Sorbens im Gegenstrom- oder Kreuzstromprinzip bei Umgebungstemperatur und unter Normaldruck umfasst, wobei das flüssige Sorbens Kohlenstoffdioxid absorbiert und ein mit Kohlenstoffdioxid beladenes flüssiges Sorbens sowie ein an Kohlenstoffdioxid abgereicherter Gasstrom gebildet werden; und (a) an absorption step comprising continuously contacting a carbon dioxide-containing gas stream with a liquid sorbent in a countercurrent or cross-current manner at ambient temperature and under atmospheric pressure, whereby the liquid sorbent absorbs carbon dioxide and forms a carbon dioxide-laden liquid sorbent and a carbon dioxide-depleted gas stream; and
(b) einen Desorptionsschritt, welcher das kontinuierliche Erwärmen des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens auf eine gegenüber Umgebungstemperatur erhöhte Temperatur oder/und das kontinuierliche Hindurchführen des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens durch eine Atmosphäre mit einem gegenüber Normaldruck verringerten Kohl enstoffdioxidpartial druck umfasst, wobei das mit Kohlenstoffdioxid beladene flüssige Sorbens Kohlenstoffdioxid desorbiert und das flüssige Sorbens regeneriert wird, wobei das flüssige Sorbens Polyethylenimin umfasst. (b) a desorption step which comprises continuously heating the carbon dioxide-laden liquid sorbent to a temperature higher than ambient temperature and/or continuously passing the carbon dioxide-laden liquid sorbent through an atmosphere with a carbon dioxide partial pressure lower than normal pressure, wherein the carbon dioxide-laden liquid sorbent desorbes carbon dioxide and regenerates the liquid sorbent, wherein the liquid sorbent comprises polyethyleneimine.
In einem zweiten Aspekt zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgabe betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Gasatmosphäre, wie sie in Anspruch 14 definiert ist. Die erfmdungsgemäße Vorrichtung umfasst: In a second aspect to achieve the above-described object, the invention relates to a device for the continuous recovery of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas atmosphere as defined in claim 14. The device according to the invention comprises:
(a) eine Zuführleitung für einen kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstrom; (a) a supply line for a gas stream containing carbon dioxide;
(b) eine Zuführleitung für ein flüssiges Lösungsmittel; (b) a supply line for a liquid solvent;
(c) eine Zuführleitung für ein flüssiges Sorbens; (c) a supply line for a liquid sorbent;
(d) eine Abführleitung für einen an Kohlenstoffdioxid abgereicherten Gasstrom; (d) a discharge line for a gas stream depleted in carbon dioxide;
(e) eine Abführleitung für ein mit Kohlenstoffdioxid beladenes flüssiges Sorbens;(e) a discharge line for a liquid sorbent loaded with carbon dioxide;
(f) eine Abführleitung für Kohlenstoffdioxid; (f) a carbon dioxide discharge line;
(g) einen Absorber, welcher zumindest eine mit der Zuführleitung für einen kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstrom verbundene erste Einlassöffnung, eine mit der Zuführleitung für ein flüssiges Lösungsmittel verbundene zweite Einlassöffnung, eine mit der Zuführleitung für ein flüssiges Sorbens verbundene dritte Einlassöffnung, Mittel zum kontinuierlichen Inkontaktbringen des kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms mit dem flüssigen Sorbens im Gegenstrom- oder Kreuzstromprinzip bei Umgebungstemperatur und unter Normaldruck zur Bildung des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens und des an Kohlenstoffdioxid abgereicherten Gasstroms, eine mit der Abführleitung für einen an Kohlenstoffdioxid abgereicherten Gasstrom verbundene erste Auslassöffnung, und eine mit der Abführleitung für ein mit Kohlenstoffdioxid beladenes flüssiges Sorbens verbundene zweite Auslassöffnung umfasst; und (g) an absorber comprising at least one first inlet opening connected to the supply line for a carbon dioxide-containing gas stream, a second inlet opening connected to the supply line for a liquid solvent, a third inlet opening connected to the supply line for a liquid sorbent, means for continuously contacting the carbon dioxide-containing gas stream with the liquid sorbent in a countercurrent or crosscurrent manner at ambient temperature and under atmospheric pressure to form the carbon dioxide-laden liquid sorbent and the carbon dioxide-depleted gas stream, a first outlet opening connected to the discharge line for a carbon dioxide-depleted gas stream, and a second outlet opening connected to the discharge line for a carbon dioxide-laden liquid sorbent; and
(h) einen Desorber, welcher zumindest eine mit der Abführleitung für ein mit Kohlenstoffdioxid beladenes flüssiges Sorbens verbundene erste Einlassöffnung, Mittel zum kontinuierlichen Erwärmen des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens auf eine gegenüber Umgebungstemperatur erhöhte Temperatur oder/und Mittel zum kontinuierlichen Hindurchführen des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens durch eine Atmosphäre mit einem gegenüber Normaldruck verringerten Kohlenstoffdioxidpartialdruck zur Desorption von Kohlenstoffdioxid und Regeneration von flüssigem Sorbens, eine mit der Zuführleitung für ein flüssiges Sorbens verbundene erste Auslassöffnung, und eine mit der Abführleitung für Kohlenstoffdioxid verbundene zweite Auslassöffnung umfasst; wobei das flüssige Sorbens Polyethylenimin umfasst. (h) a desorber comprising at least one first inlet opening connected to the discharge line for a liquid sorbent loaded with carbon dioxide, means for continuously heating the liquid sorbent loaded with carbon dioxide to a temperature elevated relative to ambient temperature and/or means for continuously passing the liquid sorbent loaded with carbon dioxide through an atmosphere with a carbon dioxide partial pressure reduced relative to normal pressure for desorption of carbon dioxide and regeneration of liquid sorbent, a first outlet opening connected to the supply line for a liquid sorbent, and a second outlet opening connected to the discharge line for carbon dioxide; wherein the liquid sorbent comprises polyethyleneimine.
In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung einer flüssigen Lösung von Polyethylenimin zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Gasatmosphäre. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert. In a third aspect, the invention relates to the use of a liquid solution of polyethyleneimine for the continuous recovery of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas atmosphere. Advantageous embodiments of the method and device of the present invention are defined in the subclaims.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Short description of the drawings
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Atmosphäre gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 shows a schematic representation of an apparatus for the continuous recovery of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing atmosphere according to a first embodiment of the present invention.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Atmosphäre gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 shows a schematic representation of an apparatus for the continuous recovery of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing atmosphere according to a second embodiment of the present invention.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Atmosphäre gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 3 shows a schematic representation of an apparatus for continuously recovering carbon dioxide from a carbon dioxide-containing atmosphere according to a third embodiment of the present invention.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Atmosphäre gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 4 shows a schematic representation of an apparatus for continuously recovering carbon dioxide from a carbon dioxide-containing atmosphere according to a fourth embodiment of the present invention.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Atmosphäre gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 5 shows a schematic representation of an apparatus for continuously recovering carbon dioxide from a carbon dioxide-containing atmosphere according to a fifth embodiment of the present invention.
Fig. 6 zeigt eine schematische Teildarstellung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Atmosphäre gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 6 shows a schematic partial representation of an apparatus for continuously recovering carbon dioxide from a carbon dioxide-containing atmosphere according to a sixth embodiment of the present invention.
Fig. 7 zeigt eine schematische Teildarstellung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Atmosphäre gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 7 shows a schematic partial representation of an apparatus for continuously recovering carbon dioxide from a carbon dioxide-containing atmosphere according to a seventh embodiment of the present invention.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung eines zylinderförmig ausgebildeten Gegenstromabsorbers (links) und eines rechteckig ausgebildeten Kreuzstromabsorbers (rechts). Fig. 9 zeigt einen Querschnitt durch einen Kreuzstromabsorber als Ausführungsform eines Absorbers, welcher in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Atmosphäre zur Anwendung gelangen kann. Fig. 8 shows a schematic representation of a cylindrical counterflow absorber (left) and a rectangular crossflow absorber (right). Fig. 9 shows a cross-section through a crossflow absorber as an embodiment of an absorber that can be used in a device according to the invention for the continuous extraction of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing atmosphere.
Fig. 10 zeigt eine Draufsicht und einen Schnitt durch einen Kreuzstromabsorber gemäß Fig. 9 mit kreisförmig ausgebildeter Grundfläche. Fig. 11 zeigt eine Draufsicht und einen Schnitt durch einen Kreuzstromabsorber gemäß Fig. 9 mit achteckig ausgebildeter Grundfläche. Fig. 10 shows a plan view and a section through a cross-flow absorber according to Fig. 9 with a circular base area. Fig. 11 shows a plan view and a section through a cross-flow absorber according to Fig. 9 with an octagonal base area.
Fig. 12 zeigt eine Draufsicht und einen Schnitt durch einen Kreuzstromabsorber gemäß Fig. 9 mit rechteckig ausgebildeter Grundfläche. Fig. 12 shows a plan view and a section through a cross-flow absorber according to Fig. 9 with a rectangular base area.
Fig. 13 zeigt einen Querschnitt durch einen Dünnschichtverdampfer als Ausführungsform eines Desorbers, welcher in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Atmosphäre zur Anwendung gelangen kann. Fig. 13 shows a cross section through a thin-film evaporator as an embodiment of a desorber which can be used in a device according to the invention for the continuous recovery of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing atmosphere.
Genaue Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Gasatmosphäre umfasst obligatorisch einen Absorptionsschritt und einen Desorptionsschritt. Der Begriff „kohlenstoffdioxidhaltige Gasatmosphäre“, wie er im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, bezeichnet hierbei eine beliebige Gasatmosphäre, welche zumindest Kohlenstoffdioxid als Bestandteil umfasst. Dies bedeutet, dass der Begriff prinzipiell sowohl eine rein aus Kohlenstoffdioxid bestehende Gasatmosphäre als auch eine Gasatmosphäre, welche neben Kohlenstoffdioxid einen oder mehrere weitere Bestandteile umfasst, beinhaltet. Als weitere Bestandteile kommen insbesondere Stickstoff, Sauerstoff und Edelgase in Betracht, welche in einem beliebigen Verhältnis mit Kohlenstoffdioxid gemischt sein können. Im Hinblick auf eine Ausgestaltung als DAC- Verfahren beinhaltet die kohlenstoffdioxidhaltige Gasatmosphäre indessen bevorzugt kein Rauchgas. Stärker bevorzugt handelt es sich bei der kohlenstoffdioxidhaltigen Gasatmosphäre um Luft, wobei der Begriff „Luft“ neben Umgebungsluft auch Abluft (z.B. aus industriellen Prozessen) umfasst. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Umgebungsluft, wobei deren Wassergehalt in Abhängigkeit von den jeweiligen örtlichen Gegebenheiten (Temperatur, Druck, etc.) variieren kann. The process according to the invention for the continuous recovery of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas atmosphere necessarily comprises an absorption step and a desorption step. The term "carbon dioxide-containing gas atmosphere," as used in the context of the present application, refers to any gas atmosphere that comprises at least carbon dioxide as a component. This means that the term essentially encompasses both a gas atmosphere consisting purely of carbon dioxide and a gas atmosphere that comprises one or more other components in addition to carbon dioxide. Other components that come into consideration are, in particular, nitrogen, oxygen, and noble gases, which can be mixed with carbon dioxide in any desired ratio. With regard to a configuration as a DAC process, however, the carbon dioxide-containing gas atmosphere preferably does not contain flue gas. More preferably, the carbon dioxide-containing gas atmosphere is air, whereby the term "air" encompasses not only ambient air but also exhaust air (e.g., from industrial processes). The use of ambient air is particularly preferred, although its water content may vary depending on the local conditions (temperature, pressure, etc.).
Der Absorptionsschritt umfasst das kontinuierliche Inkontaktbringen eines kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms mit einem flüssigen Sorbens im Gegenstrom- oder Kreuzstromprinzip bei Umgebungstemperatur und unter Normaldruck, wobei das flüssige Sorbens Kohlenstoffdioxid absorbiert und ein mit Kohlenstoffdioxid beladenes flüssiges Sorbens sowie ein an Kohlenstoffdioxid abgereicherter Gasstrom gebildet werden. Der Begriff „kohlenstoffdioxidhaltiger Gasstrom“, wie er im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, bezeichnet hierbei einen Gasstrom, welcher unter Verwendung geeigneter technischer Mittel aus der vorstehend definierten kohlenstoffdioxidhaltigen Gasatmosphäre erhalten wird und zumindest Kohlenstoff dioxid als essenziellen Bestandteil umfasst. Bevorzugt handelt es sich bei dem kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstrom dementsprechend um einen Luftstrom, und besonders bevorzugt um einen Umgebungsluftstrom, welcher typischerweise über eine entsprechend konfigurierte Leitung (nachfolgend auch als Zuführleitung für einen kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstrom bezeichnet) in einen Absorber eingebracht und dort unter geeigneten Bedingungen mit einem zur Aufnahme von Kohlenstoffdioxid befähigten, flüssigen Sorbens in Kontakt gebracht wird. Das flüssige Sorbens wird in der Regel über eine separate Zuführleitung (nachfolgend auch als Zuführleitung für ein flüssiges Sorbens) in den Absorber eingebracht. The absorption step comprises the continuous contacting of a carbon dioxide-containing gas stream with a liquid sorbent in a countercurrent or cross-current manner at ambient temperature and under atmospheric pressure, whereby the liquid sorbent absorbs carbon dioxide and forms a carbon dioxide-laden liquid sorbent and a carbon dioxide-depleted gas stream. The term "carbon dioxide-containing gas stream" as used in the present application is used here refers to a gas stream which is obtained from the carbon dioxide-containing gas atmosphere defined above using suitable technical means and which comprises at least carbon dioxide as an essential component. Accordingly, the carbon dioxide-containing gas stream is preferably an air stream, and particularly preferably an ambient air stream, which is typically introduced into an absorber via an appropriately configured line (hereinafter also referred to as a feed line for a carbon dioxide-containing gas stream) and there brought into contact under suitable conditions with a liquid sorbent capable of absorbing carbon dioxide. The liquid sorbent is generally introduced into the absorber via a separate feed line (hereinafter also referred to as a feed line for a liquid sorbent).
Das im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete flüssige Sorbens ist ein Sorbens, welches Polyethylenimin (PEI) als essenzielle Komponente umfasst. Polyethylenimine sind Polymere, welche formal durch Polymerisation von Ethylenimin (Aziridin) erhalten werden und eine Vielzahl von Aminogruppen aufweisen. Aufgrund ihrer stark basischen Eigenschaften liegen Polyethylenimine üblicherweise als Polykationen vor, wodurch sie eine hohe Löslichkeit in Wasser und anderen protischen Lösungsmitteln besitzen. Gleichzeitig weisen Polyethylenimine in der Regel ein zahlenmittleres Molekulargewicht von zumindest mehreren Tausend g/mol auf, woraus ein relativ geringer Dampfdruck resultiert. Letzteres stellt insofern einen signifikanten Vorteil gegenüber den beispielsweise aus der Rauchgaswäsche bekannten kurzkettigen Aminen dar, als bei der direkten Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus Umgebungsluft hohe Luftvolumenströme benötigt werden. Aufgrund dieser hohen Luftvolumenströme würde der Einsatz von kurzkettigen, einen relativ hohen Dampfdruck aufweisenden Aminen beim DAC-Verfahren zu hohen Aminverlusten in der Waschflüssigkeit führen. Der geringe Dampfdruck von (langkettigen) Polyethyleniminen wirkt diesem Problem entgegen, indem die Gefahr eines Austrags von Amin aus dem flüssigen Sorbens minimiert wird. The liquid sorbent used in the present invention is a sorbent comprising polyethyleneimine (PEI) as an essential component. Polyethylenimines are polymers formally obtained by polymerizing ethyleneimine (aziridine) and containing a large number of amino groups. Due to their strongly basic properties, polyethyleneimines are usually present as polycations, which makes them highly soluble in water and other protic solvents. At the same time, polyethyleneimines generally have a number-average molecular weight of at least several thousand g/mol, resulting in a relatively low vapor pressure. This represents a significant advantage over the short-chain amines known, for example, from flue gas scrubbing, since high air volume flows are required for the direct recovery of carbon dioxide from ambient air. Due to these high air volume flows, the use of short-chain amines with a relatively high vapor pressure in the DAC process would lead to high amine losses in the scrubbing liquid. The low vapor pressure of (long-chain) polyethyleneimines counteracts this problem by minimizing the risk of amine leaching from the liquid sorbent.
Das in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz gelangende flüssige Sorbens umfasst Polyethylenimin, welches in einem flüssigen Lösungsmittel gelöst ist. Beispiele für flüssige Lösungsmittel im Sinne der vorliegenden Anmeldung umfassen sowohl aprotische Lösungsmittel als auch protische Lösungsmittel, wobei protische Lösungsmittel wie Wasser, Methanol, Ethanol oder Mischungen hiervon bevorzugt sind. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem flüssigen Lösungsmittel um Wasser, womit insbesondere ein wässriges Sorbens enthaltend Polyethylenimin zur Anwendung kommen kann. Das Polyethylenimin als solches kann linear oder verzweigt ausgebildet sein, wobei verzweigte Polyethylenimine als bevorzugt gelten. Das zahlenmittlere Molekulargewicht des Polyethylenimins ist nicht in besonderer Weise beschränkt, liegt jedoch bevorzugt in einem Bereich von 1000 bis 200.000 g/mol, stärker bevorzugt 2500 bis 150.000 g/mol, und am stärksten bevorzugt 5000 bis 100.000 g/mol, wie mittels Gelpermeationschromatographie bestimmt. Geeignete Polyethylenimine sind im Fachbereich bekannt und u.a. von Alfa Aesar, Sigma-Aldrich und TCI Chemical kommerziell erhältlich. Die Konzentration an Polyethylenimin in dem flüssigen Sorbens liegt üblicherweise in einem Bereich von 5 bis 35 Gew.-%, und bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 25 Gew - %, bezogen auf das Gesamtgewicht des flüssigen Sorbens. The liquid sorbent used in the process according to the invention comprises polyethyleneimine dissolved in a liquid solvent. Examples of liquid solvents within the meaning of the present application include both aprotic solvents and protic solvents, with protic solvents such as water, methanol, ethanol or mixtures thereof being preferred. Particularly preferred are The liquid solvent is water, which means that an aqueous sorbent containing polyethyleneimine can be used in particular. The polyethyleneimine as such can be linear or branched, with branched polyethyleneimines being preferred. The number-average molecular weight of the polyethyleneimine is not particularly limited, but is preferably in a range from 1000 to 200,000 g/mol, more preferably 2500 to 150,000 g/mol, and most preferably 5000 to 100,000 g/mol, as determined by gel permeation chromatography. Suitable polyethyleneimines are known in the art and are commercially available from Alfa Aesar, Sigma-Aldrich and TCI Chemical, among others. The concentration of polyethyleneimine in the liquid sorbent is usually in a range from 5 to 35 wt.%, and preferably in a range from 10 to 25 wt.%, based on the total weight of the liquid sorbent.
Durch die Verwendung eines flüssigen Sorbens anstelle eines feststoffgebundenen Sorbens kann das erfindungsgemäße Verfahren problemlos und ohne besonderen technischen Aufwand kontinuierlich betrieben werden. Gleichzeitig erzielt das erfindungsgemäße Verfahren aufgrund des Einsatzes von Polyethylenimin als Absorptionsmittel einen wesentlichen Vorteil der bekannten Niedertemperaturverfahren, nämlich jenen einer niedrigen Desorptionstemperatur von Kohlenstoffdioxid. Somit lassen sich der Absorptionsschritt und der Desorptionsschritt räumlich voneinander trennen und individuell an die jeweiligen Rahmenbedingungen anpassen, was insofern von Bedeutung ist, als ein im Absorptionsschritt verwendeter Absorber aufgrund des hohen Gasvolumenstroms möglichst groß dimensioniert sein muss, während ein im Desorptionsschritt verwendeter Desorber im Hinblick auf eine Reduzierung des Energieeinsatzes möglichst klein dimensioniert sein sollte. Eine solche Anpassung ist im Batch- Betrieb nicht möglich, da der Absorptionsschritt und der Desorptionsschritt in diesem Fall nicht räumlich voneinander getrennt durchgeführt werden, sondern in ein und derselben Apparatur ablaufen. Folglich werden erfindungsgemäß die Vorteile bekannter Hochtemperatur- und Niedertemperaturverfahren miteinander kombiniert, weshalb eine flüssige Lösung von Polyethylenimin vorteilhaft zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Gasatmosphäre verwendet werden kann. By using a liquid sorbent instead of a solid-bound sorbent, the process according to the invention can be operated continuously without any problems and without any special technical effort. At the same time, due to the use of polyethyleneimine as the absorbent, the process according to the invention achieves a significant advantage of known low-temperature processes, namely that of a low desorption temperature of carbon dioxide. This allows the absorption and desorption steps to be spatially separated from one another and individually adapted to the respective conditions. This is important because an absorber used in the absorption step must be as large as possible due to the high gas volume flow, while a desorber used in the desorption step should be as small as possible with a view to reducing energy consumption. Such an adaptation is not possible in batch operation, since in this case the absorption and desorption steps are not carried out spatially separated from one another, but rather take place in one and the same apparatus. Consequently, the invention combines the advantages of known high-temperature and low-temperature processes, which is why a liquid solution of polyethyleneimine can be advantageously used for the continuous recovery of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas atmosphere.
Erfindungsgemäß wird der kohlenstoffdioxidhaltige Gasstrom mit dem flüssigen Sorbens im Gegenstrom- oder Kreuzstromprinzip bei Umgebungstemperatur und unter Normaldruck in Kontakt gebracht, wobei das flüssige Sorbens Kohlenstoffdioxid absorbiert und ein mit Kohlenstoffdioxid beladenes flüssiges Sorbens sowie ein an Kohlenstoffdioxid abgereicherter Gasstrom gebildet werden. Der Begriff „Umgebungstemperatur“, wie er im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, bezeichnet hierbei prinzipiell jene Temperatur, welche während der Durchführung des Verfahrens am jeweiligen Standort vorherrscht. Je nach Standort einer für die Durchführung des Verfahrens konfigurierten Vorrichtung liegt die Umgebungstemperatur somit üblicherweise in einem Bereich von -20 bis 50°C, bevorzugt 0 bis 40°C, und besonders bevorzugt 5 bis 35°C. Demgegenüber bezeichnet der Begriff „Normaldruck“, wie er im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, jenen Luftdruck, welcher während der Durchführung des Verfahrens am jeweiligen Standort vorherrscht. Wird das Verfahren beispielsweise auf Meereshöhe ausgeführt, so beträgt der Normaldruck 1013,25 hPa bzw. etwa 1 bar. Im Falle einer Durchführung des Verfahrens auf 1000 m über dem Meeresspiegel verringert sich der Normaldruck auf 891 hPa. According to the invention, the carbon dioxide-containing gas stream is brought into contact with the liquid sorbent in a countercurrent or cross-current manner at ambient temperature and under normal pressure, whereby the liquid sorbent absorbs carbon dioxide and a carbon dioxide-laden liquid sorbent and a carbon dioxide-depleted gas stream are formed. The term "ambient temperature", as used in the present application, basically refers to the temperature prevailing at the respective location during implementation of the process. Depending on the location of a device configured for implementation of the process, the ambient temperature is therefore usually in a range from -20 to 50°C, preferably 0 to 40°C, and particularly preferably 5 to 35°C. In contrast, the term "standard pressure", as used in the present application, refers to the air pressure prevailing at the respective location during implementation of the process. If the process is carried out at sea level, for example, the standard pressure is 1013.25 hPa or approximately 1 bar. If the process is carried out at 1000 m above sea level, the standard pressure drops to 891 hPa.
Eine hinreichende Absorption von Kohlenstoffdioxid während des Absorptionsschritts wird dadurch bewerkstelligt, dass der kohlenstoffdioxidhaltige Gasstrom mit dem flüssigen Sorbens im Gegenstrom- oder Kreuzstromprinzip in Kontakt gebracht wird (siehe Fig. 8). Ein Gegenstromabsorber bietet in der Theorie zahlreiche Vorteile gegenüber einem Kreuzstromabsorber. Zu diesen Vorteilen zählt u.a. eine höhere Absorptionseffizienz, da der zu reinigende kohlenstoffdioxidhaltige Gasstrom und das flüssige Sorbens in entgegengesetzte Richtungen strömen, auf diese Weise innerhalb des Absorbers ein maximaler Konzentrationsunterschied entsteht, und der Konzentrationsunterschied die treibende Kraft für die Absorptionsreaktion darstellt. Weitere Vorteile umfassen einen besseren Stoffaustausch (da durch das kontinuierliche Aufeinanderprallen von kohlenstoffdioxidhaltigem Gasstrom und flüssigem Sorbens über die gesamte Länge des Absorbers immer neue Phasengrenzflächen zwischen Gas und Flüssigkeit ausgebildet werden), eine geringere Kanalbildungsgefahr und eine einfachere Aerosolabscheidung. Zwecks Vermeidung eines Austrags von Aerosolen aus dem Absorber kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise ein Demister zum Einsatz gelangen, wobei ein solcher Demister bei Anwendung des Gegenstromprinzips problemlos nach unten abtropfen kann. Adequate absorption of carbon dioxide during the absorption step is achieved by bringing the carbon dioxide-containing gas stream into contact with the liquid sorbent using the countercurrent or crosscurrent principle (see Fig. 8). In theory, a countercurrent absorber offers numerous advantages over a crosscurrent absorber. These advantages include higher absorption efficiency, as the carbon dioxide-containing gas stream to be purified and the liquid sorbent flow in opposite directions, thus creating a maximum concentration difference within the absorber, and the concentration difference is the driving force for the absorption reaction. Further advantages include better mass transfer (since the continuous collision of the carbon dioxide-containing gas stream and the liquid sorbent over the entire length of the absorber continually creates new phase interfaces between gas and liquid), a lower risk of channeling, and easier aerosol separation. In order to avoid the discharge of aerosols from the absorber, a demister can be used, for example, within the scope of the process according to the invention, whereby such a demister can easily drip downwards when the countercurrent principle is applied.
Um den Gesamtenergieverbrauch des Absorptionsschritts, welcher insbesondere durch die aktive Zufuhr des kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms zum Absorber und die Umwälzung des flüssigen Sorbens im Absorber bestimmt wird, gering zu halten, wird eine langsame Durchströmung des Absorbers mit dem kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstrom angestrebt. Letzteres impliziert bei einem konstanten Gasvolumenstrom eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit, weshalb letzten Endes die Anströmfläche des Absorbers vergrößert werden muss und bei Anwendung des Gegenstromprinzips ein größerer Flächenverbrauch resultiert. Ein Kreuzstromabsorber bietet gegenüber einem Gegenstromabsorber den Vorteil einer besseren Grundflächenausnutzung, da die Anströmfläche in die Höhe erweitert werden kann. Aus einem in der Regel zylinderförmig ausgestalteten Gegenstromabsorber entwickelt sich auf diese Weise ein eher flacher und rechteckig ausgestalteter Kreuzstromabsorber, welcher eine natürliche Luftbewegung infolge seiner Ausrichtung in Hauptwindrichtung besser nutzen kann als ein Gegenstromabsorber. Unter Berücksichtigung dieses Sachverhalts und im Hinblick auf die Skalierung ist es somit erfindungsgemäß bevorzugt, dass der Absorptionsschritt das kontinuierliche Inkontaktbringen des kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms mit dem flüssigen Sorbens im Kreuzstromprinzip umfasst, obgleich die Verwendung eines Kreuzstromabsorbers auf den ersten Blick Nachteile gegenüber der Verwendung eines Gegenstromabsorbers mit sich bringt. In order to keep the total energy consumption of the absorption step low, which is determined in particular by the active supply of the carbon dioxide-containing gas stream to the absorber and the circulation of the liquid sorbent in the absorber, a slow flow of the carbon dioxide-containing gas stream through the absorber is aimed for. The latter implies a reduction of the Flow velocity, which is why the inflow area of the absorber ultimately has to be enlarged and, when the counterflow principle is used, a larger area is required. A cross-flow absorber offers the advantage of better use of floor space compared to a counterflow absorber, since the inflow area can be extended vertically. In this way, a generally cylindrical counterflow absorber develops into a rather flat and rectangular cross-flow absorber, which can better utilize natural air movement due to its orientation in the prevailing wind direction than a counterflow absorber. Taking this fact into account and with regard to scaling, it is therefore preferred according to the invention for the absorption step to comprise the continuous contacting of the carbon dioxide-containing gas stream with the liquid sorbent using the cross-flow principle, even though the use of a cross-flow absorber at first glance entails disadvantages compared to the use of a counterflow absorber.
Das im Rahmen des Absorptionsschritts gebildete, mit Kohlenstoffdioxid beladene flüssige Sorbens wird sodann einem Desorptionsschritt zugeführt. Der Desorptionsschritt umfasst das kontinuierliche Erwärmen des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens auf eine gegenüber Umgebungstemperatur erhöhte Temperatur oder/und das kontinuierliche Hindurchführen des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens durch eine Atmosphäre mit einem gegenüber Normaldruck verringerten Kohlenstoffdioxidpartialdruck, wobei das mit Kohlenstoffdioxid beladene flüssige Sorbens Kohlenstoffdioxid desorbiert und das flüssige Sorbens regeneriert wird. Zu diesem Zweck wird das mit Kohlenstoffdioxid beladene flüssige Sorbens typischerweise über eine entsprechend konfigurierte Leitung (nachfolgend auch als Abführleitung für ein mit Kohlenstoffdioxid beladenes flüssiges Sorbens) aus dem Absorber abgeführt und in einen Desorber eingebracht, in welchem das mit Kohlenstoffdioxid beladene flüssige Sorbens unter Verwendung geeigneter technischer Mittel derart behandelt wird, dass vorab gebundenes Kohlenstoffdioxid wieder freigesetzt wird. Dieses Kohlenstoffdioxid kann sodann über eine entsprechend konfigurierte Leitung (nachfolgend auch als Abführleitung für Kohlenstoffdioxid bezeichnet) aus dem Desorber abgeführt und gegebenenfalls weiterverarbeitet werden. The carbon dioxide-laden liquid sorbent formed during the absorption step is then fed to a desorption step. The desorption step comprises continuously heating the carbon dioxide-laden liquid sorbent to a temperature elevated relative to ambient temperature and/or continuously passing the carbon dioxide-laden liquid sorbent through an atmosphere with a carbon dioxide partial pressure reduced relative to normal pressure, whereby the carbon dioxide-laden liquid sorbent desorbes carbon dioxide and regenerates the liquid sorbent. For this purpose, the carbon dioxide-laden liquid sorbent is typically discharged from the absorber via an appropriately configured line (hereinafter also referred to as a discharge line for a carbon dioxide-laden liquid sorbent) and introduced into a desorber, in which the carbon dioxide-laden liquid sorbent is treated using suitable technical means such that previously bound carbon dioxide is released again. This carbon dioxide can then be removed from the desorber via an appropriately configured line (hereinafter also referred to as the carbon dioxide discharge line) and, if necessary, further processed.
Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konzipierte Vorrichtung umfasst folglich zumindest einen Absorber, einen Desorber, eine Zuführleitung für einen kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstrom, eine Zuführleitung für ein flüssiges Lösungsmittel, eine Zuführleitung für ein flüssiges Sorbens, eine Abführleitung für einen an Kohlenstoffdioxid abgereicherten Gasstrom, eine Abführleitung für ein mit Kohlenstoffdioxid beladenes flüssiges Sorbens, und eine Abführleitung für Kohlenstoffdioxid. Der Absorber umfasst zumindest eine mit der Zuführleitung für einen kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstrom verbundene erste Einlassöffnung, eine mit der Zuführleitung für ein flüssiges Lösungsmittel verbundene zweite Einlassöffnung, eine mit der Zuführleitung für ein flüssiges Sorbens verbundene dritte Einlassöffnung, Mittel zum kontinuierlichen Inkontaktbringen des kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms mit dem flüssigen Sorbens im Gegenstrom- oder Kreuzstromprinzip bei Umgebungstemperatur und unter Normaldruck zur Bildung des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens und des an Kohlenstoffdioxid abgereicherten Gasstroms, eine mit der Abführleitung für einen an Kohlenstoffdioxid abgereicherten Gasstrom verbundene erste Auslassöffnung, und eine mit der Abführleitung für ein mit Kohlenstoffdioxid beladenes flüssiges Sorbens verbundene zweite Auslassöffnung. Der Desorber umfasst zumindest eine mit der Abführleitung für ein mit Kohlenstoffdioxid beladenes flüssiges Sorbens verbundene erste Einlassöffnung, Mittel zum kontinuierlichen Erwärmen des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens auf eine gegenüber Umgebungstemperatur erhöhte Temperatur oder/und Mittel zum kontinuierlichen Hindurchführen des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens durch eine Atmosphäre mit einem gegenüber Normaldruck verringerten Kohlenstoffdioxidpartialdruck zur Desorption von Kohlenstoffdioxid und Regeneration von flüssigem Sorbens, eine mit der Zuführleitung für ein flüssiges Sorbens verbundene erste Auslassöffnung, und eine mit der Abführleitung für Kohlenstoffdioxid verbundene zweite Auslassöffnung. Konkrete Ausführungsformen einer solchen Vorrichtung sind in Fig. 1 bis 5 dargestellt. A device designed to carry out the process according to the invention therefore comprises at least one absorber, one desorber, one feed line for a carbon dioxide-containing gas stream, one feed line for a liquid solvent, one A supply line for a liquid sorbent, a discharge line for a carbon dioxide-depleted gas stream, a discharge line for a carbon dioxide-laden liquid sorbent, and a carbon dioxide discharge line. The absorber comprises at least one first inlet opening connected to the feed line for a carbon dioxide-containing gas stream, a second inlet opening connected to the feed line for a liquid solvent, a third inlet opening connected to the feed line for a liquid sorbent, means for continuously bringing the carbon dioxide-containing gas stream into contact with the liquid sorbent in countercurrent or crosscurrent flow at ambient temperature and under atmospheric pressure to form the carbon dioxide-laden liquid sorbent and the carbon dioxide-depleted gas stream, a first outlet opening connected to the discharge line for a carbon dioxide-depleted gas stream, and a second outlet opening connected to the discharge line for a carbon dioxide-laden liquid sorbent. The desorber comprises at least one first inlet opening connected to the discharge line for a carbon dioxide-laden liquid sorbent, means for continuously heating the carbon dioxide-laden liquid sorbent to a temperature elevated relative to ambient temperature and/or means for continuously passing the carbon dioxide-laden liquid sorbent through an atmosphere with a carbon dioxide partial pressure reduced relative to normal pressure for the desorption of carbon dioxide and regeneration of liquid sorbent, a first outlet opening connected to the supply line for a liquid sorbent, and a second outlet opening connected to the carbon dioxide discharge line. Specific embodiments of such a device are shown in Figs. 1 to 5.
Was den Absorptionsschritt betrifft, so ist es wie vorstehend beschrieben bevorzugt, dass dieser das kontinuierliche Inkontaktbringen des kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms mit dem flüssigen Sorbens im Kreuzstromprinzip umfasst. Während ein als Wandmodul ausgestalteter Kreuzstromabsorber die Problematik des hohen Grundflächenverbrauchs eines Gegenstromabsorbers löst, ergeben sich in Zusammenhang mit der Gasförderung und Partikelabscheidung neue Herausforderungen. So muss für eine Förderung des kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms vor und eine Abscheidung von unerwünschten Partikeln hinter der Packung die gesamte Anströmfläche eines Kreuzstromabsorbers abgedeckt werden, was einen hohen Einsatz an Material und Bauteilen erfordert. Um diesem Problem Rechnung zu tragen, umfasst der Absorptionsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders bevorzugt zusätzlich das Abführen des mit Kohlenstoffdioxid abgereicherten Gasstroms in einer im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms während der Absorption stehenden und einer der Strömungsrichtung des flüssigen Sorbens während der Absorption entgegengesetzten Richtung. Bei einer solchen Konstellation umfasst eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konfigurierte Vorrichtung folglich einen Absorber, welcher neben den vorstehend genannten Komponenten weiterhin Mittel zum kontinuierlichen Inkontaktbringen des kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms mit dem flüssigen Sorbens im Kreuzstromprinzip und gegebenenfalls Mittel zum Abführen des an Kohlenstoffdioxid abgereicherten Gasstroms aus dem Absorber in einer im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms in dem Absorber stehenden und einer der Strömungsrichtung des flüssigen Sorbens in dem Absorber entgegengesetzten Richtung umfasst, wobei der hierin verwendete Ausdruck „in einer im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms während der Absorption stehenden Richtung“ sowohl einen rechten Winkel von 90° als auch eine Abweichung von ± 20° vom rechten Winkel umfasst. Bevorzugt liegt die Abweichung vom rechten Winkel im Bereich von ± 10°. With regard to the absorption step, as described above, it is preferred that this comprises the continuous contacting of the carbon dioxide-containing gas stream with the liquid sorbent using the cross-flow principle. While a cross-flow absorber designed as a wall module solves the problem of the high floor space requirement of a counter-flow absorber, new challenges arise in connection with gas conveyance and particle separation. For example, to convey the carbon dioxide-containing gas stream upstream of the packing and to separate unwanted particles downstream of the packing, the entire inflow area of a cross-flow absorber must be covered, which requires a high use of material and components. To address this problem, the absorption step of the process according to the invention particularly comprises Preferably, in addition, the carbon dioxide-depleted gas stream is discharged in a direction substantially perpendicular to the flow direction of the carbon dioxide-containing gas stream during absorption and in a direction opposite to the flow direction of the liquid sorbent during absorption. In such a constellation, a device configured to carry out the method according to the invention consequently comprises an absorber which, in addition to the aforementioned components, further comprises means for continuously bringing the carbon dioxide-containing gas stream into contact with the liquid sorbent using the cross-flow principle and, if appropriate, means for discharging the carbon dioxide-depleted gas stream from the absorber in a direction substantially perpendicular to the flow direction of the carbon dioxide-containing gas stream in the absorber and a direction opposite to the flow direction of the liquid sorbent in the absorber, wherein the expression "in a direction substantially perpendicular to the flow direction of the carbon dioxide-containing gas stream during absorption" used herein includes both a right angle of 90° and a deviation of ± 20° from the right angle. Preferably, the deviation from the right angle is in the range of ± 10°.
In einem Fall, in welchem der mit Kohlenstoff di oxid abgereicherte Gasstrom in einer im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms während der Absorption stehenden und einer der Strömungsrichtung des flüssigen Sorbens während der Absorption entgegengesetzten Richtung abgeführt wird, ist es zudem bevorzugt, dass der mit Kohlenstoff di oxid ab gereicherte Gasstrom in geeigneter Weise aus dem Absorber abgesaugt wird. Zu diesem Zweck kann der Absorber derart konfiguriert sein, dass er über seine gesamte Mantelfläche gleichmäßig mit kohlenstoffdioxidhaltigem Gas angeströmt wird (d.h. das kohlenstoffdioxidhaltige Gas vollflächig über die Mantelfläche ansaugt) und gleichzeitig eine effiziente Abfuhr des mit Kohlenstoffdioxid abgereicherten Gases ermöglicht. Dies wird in der Praxis bevorzugt dadurch realisiert, dass die Mittel zum Abführen des an Kohlenstoffdioxid abgereicherten Gasstroms aus dem Absorber einen Gaskanal und einen mit dem Gaskanal verbundenen Ventilator umfassen, der Gaskanal räumlich um die Längsachse des Absorbers angeordnet ist, und der Gaskanal von den Mitteln zum kontinuierlichen Inkontaktbringen des kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms mit dem flüssigen wässrigen Sorbens im Kreuzstromprinzip umschlossen ist. Indem der Gaskanal räumlich um die Längsachse des Absorbers angeordnet ist, wird zudem eine Verengung des Querschnitts erzielt, was eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit am Einlass und eine hohe Strömungsgeschwindigkeit am Auslass des Absorbers zur Folge hat und aufgrund einer längeren Verweildauer des kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms im Absorber u.a. Druckverluste reduziert und die Absorptionsleistung des flüssigen Sorbens verbessert. In a case in which the carbon dioxide-depleted gas stream is discharged in a direction substantially perpendicular to the flow direction of the carbon dioxide-containing gas stream during absorption and opposite to the flow direction of the liquid sorbent during absorption, it is further preferred that the carbon dioxide-depleted gas stream be sucked out of the absorber in a suitable manner. For this purpose, the absorber can be configured such that it is uniformly supplied with carbon dioxide-containing gas over its entire surface area (i.e., the carbon dioxide-containing gas is sucked in over the entire surface area) and simultaneously enables efficient removal of the carbon dioxide-depleted gas. In practice, this is preferably achieved by the means for discharging the carbon dioxide-depleted gas stream from the absorber comprising a gas channel and a fan connected to the gas channel, the gas channel being spatially arranged around the longitudinal axis of the absorber, and the gas channel being surrounded by the means for continuously contacting the carbon dioxide-containing gas stream with the liquid aqueous sorbent in a cross-flow manner. By spatially arranging the gas channel around the longitudinal axis of the absorber, a narrowing of the cross-section is also achieved, which ensures a low flow velocity at the inlet and a high flow velocity at the outlet of the absorber and, due to a longer residence time of the carbon dioxide-containing gas stream in the absorber, reduces pressure losses and improves the absorption capacity of the liquid sorbent.
Um Kohlenstoffdioxid in hohen Mengen absorbieren zu können, ist zudem eine große Phasengrenzfläche von Vorteil, wofür in der Regel Füllkörper bzw. Packungen in Kombination mit Sprühdüsen bzw. Verteilrinnen eingesetzt werden. Während Sprühdüsen aufgrund des Vordrucks sehr viel Energie verbrauchen, tendieren Verteilrinnen zu einer inhomogenen Verteilung der Waschflüssigkeit. Indem das flüssige Sorbens vor dem Inkontaktbringen mit dem kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstrom durch eine oberhalb des Reaktionsraums angeordnete Lochplatte mit geeigneter Perforierung hindurchgeführt wird, kann eine äußerst homogene Verteilung der Waschflüssigkeit bei minimalen Energieeinsatz erzielt werden. Dementsprechend umfasst der Absorptionsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt weiterhin das Hindurchführen des flüssigen Sorbens durch eine Lochplatte zum Steuern der Berieselungsdichte des flüssigen Sorbens vor dem Inkontaktbringen mit dem kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstrom. Bei einer solchen Konstellation umfasst eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konfigurierte Vorrichtung folglich einen Absorber, welcher neben den vorstehend genannten Komponenten weiterhin eine Lochplatte zum Steuern der Berieselungsdichte des flüssigen Sorbens im Absorber umfasst. In order to absorb large amounts of carbon dioxide, a large phase interface is also advantageous, for which random packings or packings are generally used in combination with spray nozzles or distribution channels. While spray nozzles consume a great deal of energy due to the upstream pressure, distribution channels tend to result in an inhomogeneous distribution of the scrubbing liquid. By passing the liquid sorbent through a perforated plate with suitable perforations arranged above the reaction chamber before contacting it with the carbon dioxide-containing gas stream, an extremely homogeneous distribution of the scrubbing liquid can be achieved with minimal energy consumption. Accordingly, the absorption step of the process according to the invention preferably further comprises passing the liquid sorbent through a perforated plate to control the spray density of the liquid sorbent before contacting it with the carbon dioxide-containing gas stream. In such a constellation, a device configured to carry out the method according to the invention consequently comprises an absorber which, in addition to the above-mentioned components, further comprises a perforated plate for controlling the sprinkling density of the liquid sorbent in the absorber.
Wie vorstehend erwähnt, kann der Desorptionsschritt das kontinuierliche Erwärmen des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens auf eine gegenüber Umgebungstemperatur erhöhte Temperatur umfassen. In einem Fall, in welchem der Desorptionsschritt das kontinuierliche Erwärmen des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens auf eine gegenüber Umgebungstemperatur erhöhte Temperatur beinhaltet, umfasst das Bereitstellen der gegenüber Umgebungstemperatur erhöhten Temperatur bevorzugt das Übertragen von Wärmeenergie aus dem flüssigen Sorbens des Desorptionsschritts auf das mit Kohlenstoffdioxid beladene flüssige Sorbens des Absorptionsschritts. Bei einer solchen Konstellation umfasst eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konfigurierte Vorrichtung neben den vorstehend genannten Komponenten folglich weiterhin ein mit dem Absorber und dem Desorber verbundenes Mittel zum Übertragen von Wärmeenergie von dem Absorber auf den Desorber, wobei es sich bei dem Mittel bevorzugt um eine Hochtemperaturwärmepumpe handelt. Das Übertragen von Wärmeenergie mithilfe einer Hochtemperaturwärmepumpe ermöglicht sowohl eine aktive Kühlung des flüssigen Sorbens im Sumpf des Absorbers als auch eine energieeffiziente Erwärmung des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens im Desorber. Durch aktives Entziehen der in den Absorber eingetragenen Wärme erhöht sich die Aufnahmefähigkeit des flüssigen Sorbens für Kohlenstoffdioxid, während sich gleichzeitig die Verdunstungsrate des flüssigen Lösungsmittels verringert. Auf der Gegenseite kann durch Ausnutzen des Joule-Thompson Effekts die Wärme für den Desorptionsschritt deutlich effizienter bereitgestellt werden, als wenn die Erwärmung rein elektrisch erfolgen würde. As mentioned above, the desorption step can comprise the continuous heating of the carbon dioxide-laden liquid sorbent to a temperature higher than ambient temperature. In a case in which the desorption step comprises the continuous heating of the carbon dioxide-laden liquid sorbent to a temperature higher than ambient temperature, providing the temperature higher than ambient temperature preferably comprises the transfer of thermal energy from the liquid sorbent of the desorption step to the carbon dioxide-laden liquid sorbent of the absorption step. In such a constellation, a device configured to carry out the method according to the invention therefore further comprises, in addition to the aforementioned components, a means connected to the absorber and the desorber for transferring thermal energy from the absorber to the desorber, wherein the means is preferably a high-temperature heat pump. The transfer of thermal energy using a high-temperature heat pump enables both active cooling of the liquid sorbent in the The combination of both the absorber sump and the energy-efficient heating of the carbon dioxide-laden liquid sorbent in the desorber is used. Actively removing the heat introduced into the absorber increases the liquid sorbent's carbon dioxide absorption capacity while simultaneously reducing the evaporation rate of the liquid solvent. On the other hand, by exploiting the Joule-Thompson effect, the heat for the desorption step can be provided significantly more efficiently than if the heating were done purely electrically.
In einem Fall, in welchem der Desorptionsschritt das kontinuierliche Hindurchführen des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens durch eine Atmosphäre mit einem gegenüber Normaldruck verringerten Kohlenstoffdioxidpartialdruck beinhaltet, umfasst das Bereitstellen des gegenüber Normaldruck verringerten Kohlenstoffdioxidpartialdrucks bevorzugt das Verringern des Absolutdrucks oder/und das Vermischen des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens mit zumindest einem Strippgas, wobei das gleichzeitige Verringern des Absolutdrucks und das Vermischen des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens mit zumindest einem Strippgas als besonders bevorzugt gilt. Bei einer solchen Konstellation umfasst eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konfigurierte Vorrichtung folglich einen Desorber, welcher neben den vorstehend genannten Komponenten weiterhin Mittel zur Verringerung des Absolutdrucks oder/und Mittel zum Vermischen des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens mit zumindest einem Strippgas umfasst. Durch das Verringern des Absolutdrucks bzw. das Einstellen eines auf den jeweiligen Standort bezogenen Unterdrucks kann die für eine Verdampfung des flüssigen Sorbens erforderliche Temperatur abgesenkt und damit die für den Desorptionsschritt benötigte Energie reduziert werden, wodurch u.a. auch Hochtemperaturwärmepumpen als Wärmequelle zur Anwendung gelangen können. Da die Erzeugung von Unterdrück ebenfalls Energie verbraucht, wird der Absolutdruck indessen bevorzugt derart gewählt, dass ein energetisches Optimum zwischen der für eine Druckverringerung benötigten Energie und der bei einer Temperaturabsenkung eingesparten Energie erzielt wird. In a case in which the desorption step involves continuously passing the carbon dioxide-laden liquid sorbent through an atmosphere with a carbon dioxide partial pressure reduced compared to normal pressure, providing the carbon dioxide partial pressure reduced compared to normal pressure preferably comprises reducing the absolute pressure and/or mixing the carbon dioxide-laden liquid sorbent with at least one stripping gas, with the simultaneous reduction of the absolute pressure and mixing of the carbon dioxide-laden liquid sorbent with at least one stripping gas being considered particularly preferred. In such a constellation, a device configured to carry out the method according to the invention consequently comprises a desorber which, in addition to the aforementioned components, further comprises means for reducing the absolute pressure and/or means for mixing the carbon dioxide-laden liquid sorbent with at least one stripping gas. By reducing the absolute pressure or setting a negative pressure specific to the respective location, the temperature required for evaporation of the liquid sorbent can be lowered, thus reducing the energy required for the desorption step. This allows, among other things, high-temperature heat pumps to be used as a heat source. Since the generation of negative pressure also consumes energy, the absolute pressure is preferably selected such that an energetic optimum is achieved between the energy required for a pressure reduction and the energy saved by a temperature reduction.
Das Vermischen des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens mit zumindest einem Strippgas bewirkt ebenfalls eine Verringerung des Kohlenstoffdioxidpartialdrucks an der Phasengrenzfläche. Strippgase, welche zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet sind und in einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konfigurierten Vorrichtung über eine mit einer zweiten Einlassöffnung des Desorbers verbundene Zuführleitung für Strippgas in den Desorber eingebracht werden können, sind im Fachbereich bekannt und umfassen u.a. Luft, Wasserdampf, Wasserstoff und Stickstoff. Bevorzugt handelt es sich bei dem Strippgas um Wasserdampf, Wasserstoff, Stickstoff oder eine Mischung hiervon, wobei der Vorteil des Einsatzes von Wasserdampf darin liegt, dass das im Produktgasstrom enthaltene Wasser ohne größere Schwierigkeiten auskondensiert werden kann. Nachteilig ist die hohe Verdampfungsenthalpie, welche für die Erwärmung des flüssigen Sorbens und für die Erzeugung von Wasserdampf aus flüssigem Wasser benötigt wird. Um diesem Problem Rechnung zu tragen, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren besonders bevorzugt weiterhin das Übertragen von Wärmeenergie vom Produktgasstrom des Desorptionsschritts auf das flüssige Sorbens des Absorptionsschritts oder/und auf flüssiges Wasser, welches dem mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens im Rahmen des Desorptionsschritts in Form von Wasserdampf als Strippgas zugeführt werden soll. Bei einer solchen Konstellation umfasst eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konfigurierte Vorrichtung neben den vorstehend genannten Komponenten folglich weiterhin ein mit der Abführleitung für Kohlenstoff di oxid und der Zuführleitung für ein flüssiges Sorbens verbundenes Mittel zum Übertragen von Wärmeenergie vom Produktgasstrom auf das (dem Absorber zuzuführende) flüssige Sorbens, oder/und ein mit der Abführleitung für Kohlenstoffdioxid und der Zuführleitung für Strippgas verbundenes Mittel zum Übertragen von Wärmeenergie vom Produktgasstrom auf flüssiges Wasser, wobei es sich bei dem Mittel bevorzugt um eine Hochtemperaturwärmepumpe handelt. Sofern Wasserstoff oder Stickstoff als Strippgas verwendet wird, reduziert sich die für eine Erzeugung von Dampf benötigte Wärmeenergie. Darüber hinaus kann, speziell bei Kopplung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem nachgelagerten Prozess wie z.B. einer unter Verwendung von Synthesegas ablaufenden chemischen Reaktion, in Abhängigkeit von der Art des nachgelagerten Prozesses bereits vorab das passende Verhältnis von Kohlenstoffdioxid und Strippgas (insbesondere Wasserstoff) eingestellt werden, was den technischen Aufwand für eine Aufreinigung des Produktgasstroms deutlich reduziert. Mixing the carbon dioxide-laden liquid sorbent with at least one stripping gas also reduces the carbon dioxide partial pressure at the phase interface. Stripping gases which are suitable for use in the process according to the invention and which are fed into a device configured to carry out the process according to the invention via a line connected to a second inlet opening of the desorber Stripping gas feed lines that can be introduced into the desorber are known in the art and include, among others, air, steam, hydrogen, and nitrogen. The stripping gas is preferably steam, hydrogen, nitrogen, or a mixture thereof, the advantage of using steam being that the water contained in the product gas stream can be condensed out without great difficulty. A disadvantage is the high enthalpy of vaporization required to heat the liquid sorbent and to generate steam from liquid water. To address this problem, the process according to the invention particularly preferably furthermore enables the transfer of thermal energy from the product gas stream of the desorption step to the liquid sorbent of the absorption step and/or to liquid water, which is to be fed to the carbon dioxide-laden liquid sorbent in the form of steam as stripping gas during the desorption step. In such a constellation, a device configured to carry out the method according to the invention therefore further comprises, in addition to the aforementioned components, a means connected to the carbon dioxide discharge line and the liquid sorbent feed line for transferring thermal energy from the product gas stream to the liquid sorbent (to be fed to the absorber), and/or a means connected to the carbon dioxide discharge line and the stripping gas feed line for transferring thermal energy from the product gas stream to liquid water, wherein the means is preferably a high-temperature heat pump. If hydrogen or nitrogen is used as the stripping gas, the thermal energy required to generate steam is reduced. Furthermore, especially when coupling the method according to the invention with a downstream process such as a chemical reaction using synthesis gas, the appropriate ratio of carbon dioxide and stripping gas (in particular hydrogen) can be set in advance depending on the type of downstream process, which significantly reduces the technical effort required for purifying the product gas stream.
In einem Fall, in welchem das Bereitstellen des gegenüber Normaldruck verringerten Kohlenstoffdioxidpartialdrucks das Vermischen des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens mit zumindest einem Strippgas umfasst, ist es bevorzugt, dass das zumindest eine Strippgas nach dem Desorptionsschritt von dem desorbierten Kohlenstoffdioxid zumindest teilweise abgetrennt und in den Desorptionsschritt zurückgeführt wird. Bei einer solchen Konstellation umfasst eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konfigurierte Vorrichtung neben den vorstehend genannten Komponenten folglich weiterhin ein mit der Abführleitung für Kohlenstoffdioxid und der Zuführleitung für Strippgas verbundenes Mittel zum zumindest teilweisen Abtrennen von Strippgas von dem desorbierten Kohlenstoffdioxid, wobei es sich bei dem Mittel bevorzugt um eine Membran handelt. So kann der im Desorptionsschritt erhaltene Produktgasstrom beispielsweise einem nachgelagerten Kondensatabscheider oder/und einer nachgelagerten Membran (im Fall der Verwendung von Wasserstoff oder Stickstoff als Strippgas) zugeführt werden, wobei das Strippgas von desorbiertem Kohlenstoffdioxid abgetrennt und über entsprechend konfigurierte Leitungen zum Desorber zurückgepumpt wird. Auf diese Weise kann der Verbrauch an Strippgas effektiv gesenkt und somit die Kosten zur Durchführung des kontinuierlich betriebenen Verfahrens zur Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Gasatmosphäre merklich reduziert werden. In a case in which the provision of the carbon dioxide partial pressure reduced compared to normal pressure comprises the mixing of the carbon dioxide-laden liquid sorbent with at least one stripping gas, it is preferred that the at least one stripping gas is at least partially separated from the desorbed carbon dioxide after the desorption step and returned to the desorption step. In such a constellation, a device configured to carry out the method according to the invention comprises In addition to the aforementioned components, the device therefore further comprises a means connected to the carbon dioxide discharge line and the stripping gas supply line for at least partially separating stripping gas from the desorbed carbon dioxide, wherein the means is preferably a membrane. Thus, the product gas stream obtained in the desorption step can, for example, be fed to a downstream condensate separator and/or a downstream membrane (if hydrogen or nitrogen is used as the stripping gas), wherein the stripping gas is separated from desorbed carbon dioxide and pumped back to the desorber via appropriately configured lines. In this way, the consumption of stripping gas can be effectively reduced and thus the costs of carrying out the continuously operated process for recovering carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas atmosphere can be significantly reduced.
Eine weitere Möglichkeit zur Verringerung des Energieverbrauchs im Desorptionsschritt liegt in einer Filmverdampfung des flüssigen Sorbens. Da die Desorption von Kohlenstoffdioxid über eine Phasengrenzfläche erfolgt und eine Temperaturerhöhung oder/und eine Verringerung des Kohlenstoffdioxidpartialdrucks erfordert, kann durch Ausbilden eines dünnen Films im Desorber sowohl das Volumen an Gas als auch das Volumen an Polyethylenimin pro Phasengrenzfläche begrenzt und hierdurch der Energieaufwand für die Desorption reduziert werden. Insofern umfasst der Desorptionsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt weiterhin das Bereitstellen des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens als Film mit einer Filmdicke von weniger als 3 mm, und besonderes bevorzugt von weniger als 1 mm. Bei einer solchen Konstellation umfasst eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konfigurierte Vorrichtung folglich einen Desorber, welcher neben den vorstehend genannten Komponenten weiterhin ein Mittel zum Bereitstellen des mit Kohlenstoffdioxid beladenen flüssigen Sorbens als Film mit einer Filmdicke von weniger als 1 mm umfasst, wobei es sich bei dem Mittel bevorzugt um einen Dünnschichtverdampfer handelt. A further possibility for reducing energy consumption in the desorption step is film evaporation of the liquid sorbent. Since the desorption of carbon dioxide occurs via a phase interface and requires an increase in temperature and/or a reduction in the carbon dioxide partial pressure, both the volume of gas and the volume of polyethyleneimine per phase interface can be limited by forming a thin film in the desorber, thereby reducing the energy required for desorption. In this respect, the desorption step of the method according to the invention preferably further comprises providing the carbon dioxide-laden liquid sorbent as a film with a film thickness of less than 3 mm, and particularly preferably less than 1 mm. In such a configuration, a device configured to carry out the method according to the invention consequently comprises a desorber which, in addition to the aforementioned components, further comprises a means for providing the carbon dioxide-laden liquid sorbent as a film with a film thickness of less than 1 mm, wherein the means is preferably a thin-film evaporator.
Neben dem Absorptionsschritt und dem Desorptionsschritt kann das erfindungsgemäße Verfahren einen oder mehrere zusätzliche Schritte umfassen, wie beispielsweise einen Filtrationsschritt, einen Vorwaschschritt, einen Gaskonditionierungsschritt und einen Kontroll schritt. Um das im Absorptionsschritt verwendete flüssige Sorbens vor grober Verschmutzung und damit vor einer unerwünschten Verringerung des Absorptionsvermögens zu schützen, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt weiterhin einen Filtrationsschritt, welcher das Filtrieren des kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms vor dem Absorptionsschritt umfasst. Bei einer solchen Konstellation umfasst eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konfigurierte Vorrichtung neben den vorstehend genannten Komponenten folglich weiterhin ein mit der Zuführleitung für einen kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstrom und der ersten Einlassöffnung des Absorbers verbundenes Mittel zum Filtrieren des kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms, wobei es sich bei dem Mittel bevorzugt um einen Stauboder Pollenfilter handelt, welcher den Eintrag von groben Verunreinigungen in die Waschflüssigkeit verhindert. In addition to the absorption step and the desorption step, the process according to the invention may comprise one or more additional steps, such as a filtration step, a pre-washing step, a gas conditioning step, and a control step. In order to protect the liquid sorbent used in the absorption step from coarse contamination and thus from an undesirable reduction in absorption capacity, the process according to the invention preferably further comprises a Filtration step, which comprises filtering the carbon dioxide-containing gas stream prior to the absorption step. In such a configuration, a device configured to carry out the method according to the invention, in addition to the aforementioned components, further comprises a means for filtering the carbon dioxide-containing gas stream, which means is connected to the supply line for a carbon dioxide-containing gas stream and the first inlet opening of the absorber. The means is preferably a dust or pollen filter, which prevents the entry of coarse contaminants into the scrubbing liquid.
Bei einem Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid, welches auf der Verwendung eines wässrigen Sorbens basiert und zwecks Schutzes vor Ablagerungen in der Regel vollentsalztes Wasser (VE-Wasser) als flüssiges Lösungsmittel nutzt, wird der kohlenstoffdioxidhaltige Gasstrom nahezu zu 100% mit Wasser gesättigt. Hierdurch kommt es zu einem Austrag von Wasser aus der Waschflüssigkeit, welches entsprechend nachgespeist werden muss. Um diesem Problem entgegenzuwirken, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt weiterhin einen Vorwaschschritt, welcher das Vorwaschen des kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms mit Wasser vor dem Absorptionsschritt umfasst, wobei es sich bei dem Wasser bevorzugt um entkalktes Wasser handelt. Bei einer solchen Konstellation umfasst eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konfigurierte Vorrichtung neben den vorstehend genannten Komponenten folglich weiterhin ein mit der Zuführleitung für einen kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstrom und der ersten Einlassöffnung des Absorbers verbundenes oder in den Absorber integriertes Mittel zum Vorwaschen des kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms mit Wasser, wobei es sich bei dem Mittel bevorzugt um einen Gasvorwäscher handelt. Die Gasvorwäsche erzielt sowohl eine Verringerung der Menge an benötigtem VE-Wasser als auch eine zusätzliche Filterfunktion, und kann über einen zyklischen Austausch der Waschflüssigkeit gewartet werden. In a process for the continuous recovery of carbon dioxide, which is based on the use of an aqueous sorbent and generally uses demineralized water (DI water) as the liquid solvent to protect against deposits, the carbon dioxide-containing gas stream becomes almost 100% saturated with water. This results in the discharge of water from the scrubbing liquid, which must be replenished accordingly. To counteract this problem, the process according to the invention preferably further comprises a pre-washing step, which involves pre-washing the carbon dioxide-containing gas stream with water before the absorption step, wherein the water is preferably decalcified water. In such a configuration, a device configured to carry out the method according to the invention therefore further comprises, in addition to the aforementioned components, a means for pre-washing the carbon dioxide-containing gas stream with water, which means is connected to the supply line for a carbon dioxide-containing gas stream and the first inlet opening of the absorber or is integrated into the absorber. The means is preferably a gas pre-washer. The gas pre-wash achieves both a reduction in the amount of deionized water required and an additional filter function, and can be maintained by cyclical replacement of the washing liquid.
Zur Kompensation von Wasserverlusten infolge einer Aufsättigung des kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms mit Wasser während des Absorptionsschritts kann das erfindungsgemäße Verfahren alternativ einen Gaskonditionierungsschritt umfassen, welcher das Zurückgewinnen von flüssigem Lösungsmittel aus dem an Kohlenstoffdioxid abgereicherten Gasstrom nach dem Desorptionsschritt und das Befeuchten des kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms mit dem zurückgewonnenen flüssigen Lösungsmittel vor dem Absorptionsschritt umfasst. Bei einer solchen Konstellation umfasst eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konfigurierte Vorrichtung neben den vorstehend genannten Komponenten folglich weiterhin ein mit der Zuführleitung für einen kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstrom und der Abführleitung für einen an Kohlenstoffdioxid abgereicherten Gasstrom verbundenes Mittel zum Zurückgewinnen von flüssigem Lösungsmittel aus dem an Kohlenstoffdioxid abgereicherten Gasstrom und zum Befeuchten des kohlenstoffdioxidhaltigen Gasstroms mit dem zurückgewonnenen flüssigen Lösungsmittel, wobei es sich bei dem Mittel bevorzugt um ein Sorptionsrad handelt. Sofern die Zuluft und die Abluft des Absorbers über ein Sorptionsrad bzw. einen Rotationsentfeuchter miteinander verbunden sind, kann neben Wärme auch Feuchtigkeit übertragen werden, da das Sorptionsrad mit einem hygroskopischen Material wie z.B. Kieselgel oder Zeolith beschichtet ist. Gegenüber dem vorstehend beschriebenen Einsatz eines Gasvorwäschers bietet ein Sorptionsrad zudem den Vorteil, dass nicht nur die Menge an verwendetem VE-Wasser sondern der Gesamtwasserverbrauch der Vorrichtung reduziert werden kann. To compensate for water losses due to saturation of the carbon dioxide-containing gas stream with water during the absorption step, the process according to the invention can alternatively comprise a gas conditioning step, which comprises recovering liquid solvent from the carbon dioxide-depleted gas stream after the desorption step and humidifying the carbon dioxide-containing gas stream with the recovered liquid solvent before the absorption step. In such a constellation, a A device configured to carry out the method according to the invention, in addition to the components mentioned above, therefore further comprises a means connected to the supply line for a carbon dioxide-containing gas stream and the discharge line for a carbon dioxide-depleted gas stream for recovering liquid solvent from the carbon dioxide-depleted gas stream and for humidifying the carbon dioxide-containing gas stream with the recovered liquid solvent, wherein the means is preferably a sorption wheel. If the supply air and the exhaust air of the absorber are connected to one another via a sorption wheel or a rotary dehumidifier, moisture as well as heat can be transferred, since the sorption wheel is coated with a hygroscopic material such as silica gel or zeolite. Compared to the use of a gas pre-scrubber described above, a sorption wheel also offers the advantage that not only the amount of deionized water used but also the overall water consumption of the device can be reduced.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger konkreter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. The invention is described in more detail below using some concrete embodiments.
Beispiele Examples
Beispiel 1 Example 1
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Atmosphäre gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Anlehnung an bekannte DAC-Verfahren wird hierbei ein Polyethylenimin umfassendes wässriges Sorbens in einem als Gaswäscher konzipierten Absorber im Gegenstromprinzip mit Umgebungsluft in Kontakt gebracht. Die Durchströmung des Absorbers mit Luft wird mithilfe eines Gebläses realisiert. Ein vor dem Gebläse installierter Staub- oder Pollenfilter verhindert den Eintrag von groben Verunreinigungen in das wässrige Sorbens. Im Absorber wird die Phasengrenzfläche zwischen dem wässrigen Sorbens und der Luft durch den Einsatz einer Packung bzw. Schüttung erhöht. Das mit Kohlenstoffdioxid beladene wässrige Sorbens wird mithilfe einer Förderpumpe zum Desorber geführt, in welchem das mit Kohlenstoffdioxid beladene wässrige Sorbens erwärmt wird und Kohlenstoffdioxid desorbiert. Das noch feuchte Kohlenstoffdioxid wird in einem nachgelagerten Verfahrensschritt (nicht dargestellt) aufbereitet, indem es mithilfe eines Kondensatabscheiders entfeuchtet wird. Das regenerierte wässrige Sorbens wird vom Desorber zum Absorber zurückgeführt, wo es erneut zur Aufnahme von Kohlenstoff di oxid zur Verfügung steht. Die an Kohlenstoffdioxid abgereicherte Luft wird aus dem Absorber abgeführt und dem System entzogen. Fig. 1 shows a schematic representation of an apparatus for the continuous recovery of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing atmosphere according to a first embodiment of the present invention. Based on known DAC processes, an aqueous sorbent comprising polyethyleneimine is brought into contact with ambient air in an absorber designed as a gas scrubber using the countercurrent principle. The air flow through the absorber is achieved with the aid of a blower. A dust or pollen filter installed upstream of the blower prevents the entry of coarse contaminants into the aqueous sorbent. In the absorber, the phase interface between the aqueous sorbent and the air is increased by the use of packing or bed material. The aqueous sorbent loaded with carbon dioxide is fed to the desorber with the aid of a feed pump, in which the aqueous sorbent loaded with carbon dioxide is heated and desorbs carbon dioxide. The still moist carbon dioxide is treated in a downstream process step (not shown) by dehumidification using a condensate separator. The regenerated aqueous sorbent is removed from the desorber returned to the absorber, where it is again available to absorb carbon dioxide. The carbon dioxide-depleted air is removed from the absorber and removed from the system.
Beispiel 2 Example 2
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Atmosphäre gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung beinhaltet neben den in Beispiel 1 genannten Komponenten weiterhin eine mit dem Absorber und dem Desorber verbundene Hochtemperaturwärmepumpe, welche Wärmeenergie von dem Absorber auf den Desorber überträgt und auf diese Weise sowohl eine aktive Kühlung des wässrigen Sorbens im Sumpf des Absorbers als auch eine energieeffiziente Erwärmung des mit Kohlenstoffdioxid beladenen wässrigen Sorbens im Desorber ermöglicht. Fig. 2 shows a schematic representation of a device for the continuous recovery of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing atmosphere according to a second embodiment of the present invention. In addition to the components mentioned in Example 1, the device further includes a high-temperature heat pump connected to the absorber and the desorber, which transfers heat energy from the absorber to the desorber, thus enabling both active cooling of the aqueous sorbent in the absorber sump and energy-efficient heating of the carbon dioxide-laden aqueous sorbent in the desorber.
Beispiel 3 Example 3
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Atmosphäre gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung beinhaltet neben den in Beispiel 2 genannten Komponenten weiterhin eine zweite, lediglich mit dem Desorber verbundene Hochtemperaturwärmepumpe, welche Wärmeenergie von dem aus dem Desorber abgeführten Kohlenstoffdioxid auf flüssiges Wasser überträgt und auf diese Weise sowohl eine aktive Kühlung des desorbierten Kohlenstoffdioxids als auch eine energieeffiziente Erzeugung des dem Desorber als Strippgas zugeführten Wasserdampfs ermöglicht. Da sich die zweite Hochtemperaturwärmepumpe auf einem vergleichsweise hohen Temperaturniveau befindet, kann die Hochtemperaturwärmepumpe mit höherer Effizienz betrieben werden als die in Beispiel 2 beschriebene Hochtemperaturwärmepumpe. Fig. 3 shows a schematic representation of a device for the continuous recovery of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing atmosphere according to a third embodiment of the present invention. In addition to the components mentioned in Example 2, the device further includes a second high-temperature heat pump connected only to the desorber, which transfers heat energy from the carbon dioxide removed from the desorber to liquid water and thus enables both active cooling of the desorbed carbon dioxide and energy-efficient generation of the water vapor supplied to the desorber as stripping gas. Since the second high-temperature heat pump operates at a comparatively high temperature level, the high-temperature heat pump can be operated with greater efficiency than the high-temperature heat pump described in Example 2.
Beispiel 4 Example 4
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Atmosphäre gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung beinhaltet neben den in Beispiel 1 genannten Komponenten weiterhin einen vorgelagerten, in den Absorber integrierten Gasvorwäscher, in welchem die mithilfe des Staub- oder Pollenfilters vorgereinigte Luft mit entkalktem Wasser aufgesättigt und zugleich von weiteren Verschmutzungen befreit wird. Ein zusätzlich integrierter Tropfenabscheider bzw. Demister verhindert Schleppverluste des Waschwassers aus der Gasvorwäsche in den eigentlichen Absorber. Fig. 4 shows a schematic representation of a device for the continuous extraction of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing atmosphere according to a fourth embodiment of the present invention. In addition to the components mentioned in Example 1, the device further includes an upstream gas pre-scrubber integrated into the absorber, in which the air, pre-cleaned by means of the dust or pollen filter, is saturated with decalcified water and simultaneously freed from further contaminants. An additional integrated droplet separator or demister prevents losses of the washing water from the gas pre-wash into the actual absorber.
Beispiel 5 Example 5
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Atmosphäre gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung beinhaltet neben den in Beispiel 1 genannten Komponenten (und anstelle des in Beispiel 4 beschriebenen Gasvorwäschers) ein Sorptionsrad, welches unter Einsatz von Energie Wärme und Feuchtigkeit von der aus dem Absorber abgeführten, an Kohlenstoffdioxid abgereicherten Luft auf die dem Absorber zugeführte, kohlenstoffdioxidhaltige Luft überträgt und auf diese Weise den Gesamtwasserverbrauch der Vorrichtung reduziert. Fig. 5 shows a schematic representation of a device for the continuous recovery of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing atmosphere according to a fifth embodiment of the present invention. In addition to the components mentioned in Example 1 (and instead of the gas pre-scrubber described in Example 4), the device includes a sorption wheel that uses energy to transfer heat and moisture from the carbon dioxide-depleted air discharged from the absorber to the carbon dioxide-containing air supplied to the absorber, thus reducing the overall water consumption of the device.
Beispiel 6 Example 6
Fig. 6 zeigt eine schematische Teildarstellung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Atmosphäre gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung beinhaltet neben den in einem der Beispiele 1 bis 5 genannten Komponenten einen Kondensatabscheider zur Entfeuchtung des aus dem Desorber abgeführten Kohlenstoffdioxids, sowie ein dem Kondensatabscheider nachgelagertes Membranmodul zur zumindest teilweisen Abtrennung von Wasserstoff aus dem entfeuchteten Kohlenstoffdioxid. Ein auf diese Weise erhaltenes Gemisch aus Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff kann als Synthesegas einem nachgelagerten Prozess zugeführt werden, während der mithilfe des Membranmoduls abgetrennte Wasserstoff zirkuliert und als Strippgas erneut in den Desorber eingebracht wird. Fig. 6 shows a schematic partial representation of a device for the continuous recovery of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing atmosphere according to a sixth embodiment of the present invention. In addition to the components mentioned in one of Examples 1 to 5, the device includes a condensate separator for dehumidifying the carbon dioxide discharged from the desorber, as well as a membrane module downstream of the condensate separator for at least partially separating hydrogen from the dehumidified carbon dioxide. A mixture of carbon dioxide and hydrogen obtained in this way can be fed to a downstream process as synthesis gas, while the hydrogen separated by means of the membrane module circulates and is reintroduced into the desorber as stripping gas.
Beispiel 7 Example 7
Fig. 7 zeigt eine schematische Teildarstellung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Atmosphäre gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung beinhaltet neben den in einem der Beispiele 1 bis 5 genannten Komponenten einen Kondensatabscheider zur Entfeuchtung des aus dem Desorber abgeführten Kohlenstoffdioxids, sowie ein dem Kondensatabscheider nachgelagertes Membranmodul zur zumindest teilweisen Abtrennung von Stickstoff aus dem entfeuchteten Kohlenstoffdioxid. Ein auf diese Weise erhaltenes Gemisch aus Kohlenstoffdioxid und Stickstoff kann einem nachgelagerten Prozess zugeführt werden, während der mithilfe des Membranmoduls abgetrennte Stickstoff zirkuliert und als Strippgas erneut in den Desorber eingebracht wird. Fig. 7 shows a schematic partial representation of a device for the continuous recovery of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing atmosphere according to a seventh embodiment of the present invention. In addition to the components mentioned in one of Examples 1 to 5, the device includes a condensate separator for dehumidifying the carbon dioxide discharged from the desorber, as well as a membrane module downstream of the condensate separator for at least partially separating nitrogen from the dehumidified carbon dioxide. A mixture of carbon dioxide and nitrogen obtained in this way can be fed to a downstream process. while the nitrogen separated by the membrane module circulates and is reintroduced into the desorber as stripping gas.
Beispiel 8 Example 8
Fig. 9 zeigt einen Querschnitt durch einen Kreuzstromabsorber als Ausführungsform eines Absorbers, welcher in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Atmosphäre zur Anwendung gelangen kann. Der Kreuzstromabsorber saugt mithilfe eines zentral über einem Absaugkanal (1) angeordneten Ventilators (2) über die Seitenflächen Luft an, welche dabei im Kreuzstrom zum wässrigen Sorbens die Packung (3) passiert. Um einen Eintrag von Verschmutzungen in den Absorber und einen Austrag von Wasser aus dem Absorber zu verhindern, werden der Packung (3) sowohl Lamellen (4, 5) als auch ein Pollenfilter (6) vorangeschaltet. Ein Demister (7) am Austritt des Absorbers verhindert einen Austrag von Partikeln in die Umgebung. Das durch eine Umwälzpumpe (8) im Kreis geführte wässrige Sorbens wird über eine Sorbens- Verteilung (9) am oberen Ende der Packung zugeführt und am unteren Ende zentral durch einen Sorbens-Sumpf (10) wieder aufgefangen. Fig. 9 shows a cross-section through a cross-flow absorber as an embodiment of an absorber which can be used in a device according to the invention for the continuous extraction of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing atmosphere. The cross-flow absorber draws in air via the side surfaces with the aid of a fan (2) arranged centrally above a suction duct (1), which air then passes through the packing (3) in cross-flow to the aqueous sorbent. To prevent the ingress of contaminants into the absorber and the discharge of water from the absorber, both lamellae (4, 5) and a pollen filter (6) are arranged upstream of the packing (3). A demister (7) at the absorber outlet prevents particles from being discharged into the environment. The aqueous sorbent, circulated by a circulating pump (8), is fed via a sorbent distributor (9) at the upper end of the packing and collected centrally at the lower end by a sorbent sump (10).
Der in Fig. 9 gezeigte Kreuzstromabsorber kann beispielsweise mit kreisförmig ausgebildeter Grundfläche (siehe Fig. 10), mit achteckig bzw. vieleckig ausgebildeter Grundfläche (siehe Fig. 11), oder mit rechteckig ausgebildeter Grundfläche (siehe Fig. 12) bereitgestellt werden und bietet u.a. den Vorteil, dass er über seine gesamte Mantelfläche gleichmäßig mit Luft angeströmt wird und aufgrund des zentralen Absaugkanals gleichzeitig eine effiziente Abfuhr der mit Kohlenstoffdioxid abgereicherten Luft mithilfe zumindest eines Ventilators ermöglicht. Aufgrund des vorbeschriebenen Designs kann die Anzahl an Ventilatoren im Verhältnis zur Anströmfläche klein gehalten werden, womit der gewünschte Absaugeffekt entweder mithilfe eines einzelnen großen, leistungsstarken Ventilators oder mithilfe einiger weniger mittelgroßer Ventilatoren erzielt werden kann. Indem die Anzahl an Ventilatoren klein gehalten wird, verringern sich sowohl die Produktionskosten als auch die Wartungskosten des Kreuzstromabsorbers. The cross-flow absorber shown in Fig. 9 can, for example, be provided with a circular base area (see Fig. 10), with an octagonal or polygonal base area (see Fig. 11), or with a rectangular base area (see Fig. 12). It offers, among other advantages, that it is evenly supplied with air over its entire surface area and, thanks to the central extraction channel, simultaneously enables efficient removal of the carbon dioxide-depleted air using at least one fan. Due to the design described above, the number of fans can be kept small in relation to the inflow area, whereby the desired extraction effect can be achieved either with a single large, powerful fan or with a few medium-sized fans. Keeping the number of fans small reduces both the production costs and the maintenance costs of the cross-flow absorber.
Durch Bereitstellen eines zentralen, räumlich um die Längsachse des Absorbers angeordneten Absaugkanals wird zudem eine Verengung des Querschnitts erzielt, was eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit am Einlass und eine hohe Strömungsgeschwindigkeit am Auslass des Absorbers zur Folge hat und aufgrund einer längeren Verweildauer der kohlenstoffdioxidhaltigen Luft im Absorber Druckverluste reduziert und die die Absorptionsleistung des wässrigen Sorbens sowie die Abscheideleistung des Demisters verbessert. In Bezug auf den Demister gilt es hierbei zu beachten, dass höhere Strömungsgeschwindigkeiten prinzipiell mit einer besseren Abscheideleitung korrelieren, eine zu hohe Strömungsgeschwindigkeit aus energetischen Gründen jedoch zu vermeiden ist. Durch eine Querschnittserweiterung des Absaugkanals am Austritt kann die Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Demister auf ein energetisch sinnvolles Niveau bei gleichzeitig guter Abscheideleistung ausgelegt werden. Weitere Vorteile des vorstehend beschriebenen Kreuzstromabsorbers umfassen: eine energetisch effiziente Ausnutzung der zur Verfügung gestellte Grundfläche, da über die Mantelfläche eine sehr große Anströmfläche für Luft bereitgestellt wird; eine Nutzung natürlicher Luftbewegungen unabhängig von der Hauptwindrichtung, da der Mantel allseitig angeströmt werden kann; eine Modularisierung durch „Beplankung“ einer Grundkonstruktion mit einem standardisierten Element mit rechteckig oder vieleckig ausgebildeter Grundfläche; eine relativ einfache und kostengünstige Herstellung, da eine spalt- bzw. ringspaltförmige Ausbildung des Absorbers weniger materialintensiv ist; und eine leichte und kostengünstige Skalierbarkeit. By providing a central suction channel arranged spatially around the longitudinal axis of the absorber, a narrowing of the cross-section is also achieved, which results in a low flow velocity at the inlet and a high flow velocity at the outlet of the absorber and, due to a longer residence time of the carbon dioxide-containing air in the absorber reduces pressure losses and improves the absorption capacity of the aqueous sorbent as well as the separation efficiency of the demister. With regard to the demister, it is important to note that higher flow velocities generally correlate with better separation efficiency, but excessive flow velocities should be avoided for energy reasons. By widening the cross-section of the suction duct at the outlet, the flow velocity of the air in the demister can be designed to an energetically sensible level while maintaining good separation efficiency. Further advantages of the cross-flow absorber described above include: energetically efficient use of the available floor space, as the shell surface provides a very large inflow area for air; utilization of natural air movements regardless of the prevailing wind direction, as the shell can be flown against from all sides; modularization by "planking" a basic structure with a standardized element with a rectangular or polygonal base area; relatively simple and cost-effective production, since a gap- or annular-gap-shaped design of the absorber is less material-intensive; and easy and cost-effective scalability.
Beispiel 9 Example 9
Fig. 13 zeigt einen Querschnitt durch einen Dünnschichtverdampfer als Ausführungsform eines Desorbers, welcher in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Kohlenstoffdioxid aus einer kohlenstoffdioxidhaltigen Atmosphäre zur Anwendung gelangen kann. Der Dünnschichtverdampfer ist derart konfiguriert, dass das aus dem Absorber erhaltene, mit Kohlenstoffdioxid beladene wässrige Sorbens als Film mit einer Filmdicke von weniger als 1 mm bereitgestellt und mit Strippgas in Kontakt gebracht wird. Auf diese Weise kann sowohl das Volumen an Gas als auch das Volumen an Polyethylenimin pro Phasengrenzfläche begrenzt und hierdurch der Energieaufwand für die Desorption im Desorber reduziert werden. Fig. 13 shows a cross-section through a thin-film evaporator as an embodiment of a desorber, which can be used in a device according to the invention for the continuous extraction of carbon dioxide from a carbon dioxide-containing atmosphere. The thin-film evaporator is configured such that the carbon dioxide-laden aqueous sorbent obtained from the absorber is provided as a film with a film thickness of less than 1 mm and brought into contact with stripping gas. In this way, both the volume of gas and the volume of polyethyleneimine per phase interface can be limited, thereby reducing the energy required for desorption in the desorber.
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| VIEHBAHN, ENERGIEWIRTSCH. TAGESFRAGEN, vol. 69, no. 12, pages 30 - 33 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102023125666A1 (en) | 2025-03-27 |
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