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[[Datei:aminwäsche.jpg|mini|600px|Stark vereinfachtes Flussdiagramm des Aminwäscheprozesses]]
Die '''Aminwäsche''' ist ein häufig benutzter chemischer Prozess zur Abtrennung von [[Kohlenstoffdioxid]], [[Schwefelwasserstoff]] und anderen [[Saures Gas|sauren Gasen]] aus Gasgemischen. Die Aminwäsche basiert auf dem Prinzip der [[Chemisorption]] und erreicht so schon bei relativ niedrigen Drücken in der [[Absorptionskolonne]] hohe Reinheiten. Die Selektivität ist ebenfalls meist höher als bei der [[Physisorption]]<ref name=":0" />.

== Verfahren ==
Bei der Aminwäsche werden in einem geschlossenen Prozess leicht [[Alkalische Lösung|alkalische]] wässrige Lösungen von [[Amine]]n (zumeist [[Monoethanolamin|Ethanolamin-Derivate]]) eingesetzt, die saure Gaskomponenten [[Reversibler Prozess|reversibel]] chemisch [[Absorption (Chemie)|absorbieren]]. In den [[Absorber (Verfahrenstechnik)|Absorber]] wird bei niedriger Temperatur (ca. 40 °C)<ref name=":2">{{Literatur |Autor=Klinski, Stefan. |Titel=Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz : Studie ; diese Arbeit wurde im Rahmen des Projektes: "Evaluierung der Möglichkeiten zur Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz" (FKZ 22021103) erstellt |Auflage=2. Aufl |Verlag=Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe |Ort=Gülzow |Datum=2006 |ISBN=3000183469}}</ref> und leicht erhöhtem Druck (ca. 8 bar)<ref name=":2" /> frische Aminlösung vom Kopf zugeführt. Von unten wird das zu reinigende Gas in die [[Trennkolonne]] geleitet. Durch die chemische Reaktion des absorbierten CO2 mit der Aminlösung wird Energie in Form von Wärme freigesetzt<ref name=":0" />. Das gereinigte Gas verlässt die Kolonne am Kopf und das beladene Waschmittel (Aminlösung) wird am Sumpf der Kolonne in den Desorber gepumpt.

Im Desorber wird bei hoher Temperatur (Einsatz von thermischer Energie) und niedrigem Druck die Reaktion und das chemische Gleichgewicht umgekehrt und somit das gebundene saure Gas dem Waschmittel entzogen. Am Kopf des Desorbers kann somit das reine Gas (mit feuchten Bestandteilen) abgezogen werden. Durch einen Kondensator werden die Anteile an Waschmittel und Wasser vom Gasstrom abgetrennt und der Kolonne wieder zugeführt.

Durch die nachgeschaltete Regeneration des Waschmittels kann das gebundene Gas hoch konzentriert gewonnen werden. Dies macht eine spätere stoffliche Nutzung von z. B. CO2 <ref name=":1" /> oder H2S ([[Claus-Prozess]]) möglich. Dies ist mit anderen Methoden wie der [[Druckwasserwäsche]] nicht möglich.

Verwendet werden zumeist [[Diethanolamin]] und [[Monoethanolamin]], daneben sind aber auch [[Methyldiethanolamin]], [[Diisopropylamin]], [[Diisopropanolamin]] und [[Diglycolamin]] gebräuchlich:<ref name=":0">{{Literatur | Autor=Arthur L. Kohl, Richard B. Nielsen | Titel=Gas Purification | Auflage=5. | Verlag=Gulf Publishing Company | Jahr=1977 | ISBN=0-88415-220-0 | Seiten=50 ff}}</ref>

* Monoethanolamin (MEA) absorbiert nur CO2,<ref name=":3">{{Literatur |Autor=Stefan Klinski |Titel=Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz |Hrsg=Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. |Sammelwerk= |Band= |Nummer= |Auflage=2 |Verlag= |Ort=Leipzig |Datum=2006 |ISBN=3-00-018346-9 |ID=FKZ 22021103 |Seiten=38–39}}</ref> mit einer Reaktionsenthalpie von ca. 85 kJ/mol<ref name=":0" />
* Diethanolamin (DEA)
* Methyldiethanolamin (MDEA) absorbiert H2S und CO2<ref name=":3" /> mit einer Reaktionsenthalpie von ca. 62 kJ/mol<ref name=":0" />
* Diglycolamin (DGA)

Oftmals werden auch Mischungen dieser genannten Amine verwendet, um [[Synergiepotenzial|Synergieeffekte]], wie eine [[Katalyse|katalytische Wirkung]] für die Reaktionen des Waschmittels zu nutzen.

Ein wichtiges Bewertungskriterium der verschiedenen Mischungen ist die Wärmeleistung, die im Verdampfer eingesetzt wird, um saures Gas aus dem Waschmittel zu regenerieren. Dies kann über die Wärmemenge des absorbiertem CO2 ausgedrückt werden.

=== Reaktionen ===

Hier sind die Nettoreaktionen von H2S und von CO2 dargestellt.

:<math>\mathrm{ R{-}NH_2 \ + \ H_2S \ \rightleftharpoons \ R{-}NH_3^+ \ + \ HS^-}</math>
:<math>\mathrm{ R{-}NH_2 \ + \ CO_2 \ \rightleftharpoons \ R{-}NHCOO^- \ + \ H^+}</math>

==== Reaktionsnetzwerk ====

Ionisierung des Wassers:

<chem>H2O <=> H+ + OH-</chem>

Ionisierung des gelöstem H2S

<chem>H2S <=> H+ + HS-</chem>

Hydrolyse und Ionisierung des gelösten CO2

<chem>CO2 + H2O <=> HCO3- + H+</chem>

Protonierung des Amins

<chem>RNH2 + H+ <=> RNH3+</chem>

Bildung der [[Carbamate]]

<chem>RNH2 + CO2 <=> RNHCOO- + H+</chem>

Diese Reaktionen beschreiben mögliche Pfade der Bindung von CO2 bzw. von H2S. Die sich einstellenden Gleichgewichtskonzentrationen hängen nach dem [[Henry-Gesetz|Gesetz von Henry]] von den Partialdrücken der Gase ab. Die gebildeten Carbamate stellen eine Gruppe von stabilen Reaktionsprodukten dar, die erst im Desorber wieder aufgelöst werden<ref name=":0" />.

Bei der Absorption von CO2 im Amin/Wasser-Gemisch löst sich zunächst das CO2 im Wasser und bildet [[Kohlensäure]]. Die entstandene Kohlensäure zerfällt zunächst zu H+ und HCO3- -Ionen. Diese reagieren mit dem Amin. Somit wird das absorbierte CO2 chemisch reversibel gebunden. Das chemische Gleichgewicht wird also erst bei einer deutlich höheren Beladung des Waschmittels erreicht. Über diesen Mechanismus kann ebenfalls die [[Selektivität (Chemie)|Selektivität]] eines Amins für eine Gaskomponente erklärt werden.

== Verwendung ==
Verwendet wird dieses Verfahren u. a. in [[Erdölraffinerie|Raffinerien]], [[Petrochemie|petrochemischen Anlagen]], im [[Direct air capture|Direct-air-capture]]-Verfahren, in Stahlwerksprozessen,<ref name=":1">{{Internetquelle |autor=Bernd Overmaat |url=https://www.thyssenkrupp.com/de/newsroom/content-page-162.html |titel=Carbon2Chem |werk=ThyssenKrupp |hrsg=ThyssenKrupp |datum= |abruf=2019-09-13 |sprache=de}}</ref> in der [[Erdgas]]- und [[Biogasaufbereitung]], in der [[Rauchgasentschwefelung]] und zur Atemluftaufbereitung in [[U-Boot]]en.

Eine Möglichkeit der Emissionsreduktion ist es, das Kohlenstoffdioxid aus Rauchgasen in Kohle- und Gaskraftwerken per Aminwäsche abzutrennen und es dann zu lagern ([[CO2-Abscheidung und -Speicherung|CCS]]). Auch eine Nutzung als Ausgangsstoff für verschiedene chemische Synthesen ist möglich<ref name=":1" /> ([[Power-to-Chemicals]]). Zurzeit ist dieser Verfahrenspfad nicht wirtschaftlich darzustellen.<ref name=":1" />

== Beispielhafte Erklärung ==
Durch das Gedankenspiel mit kohlensäurehaltigem Mineralwasser lässt sich das Prinzip der Absorption greifbarer machen:

Ist eine Mineralwasserflasche kalt und ungeöffnet (hoher Druck im inneren) ist viel CO2 in Form von Kohlensäure im Wasser gebunden. Dies stellt im Fall der Aminwäsche den Absorber dar. Wird die Flasche nun geöffnet (niedrigerer Druck) und ungekühlt gelagert (höhere Temperatur) löst sich das CO2 aus der Bindung und wird an die Umgebung abgegeben. Dies stellt bei der Aminwäsche den Desorber dar. Der größte Unterschied ist, dass es sich bei der Aminwäsche um Mischungen aus Wasser und Aminen handelt, die deutlich mehr CO2 chemisch binden können und bei der Regeneration im Desorber weniger Wärme hinzugefügt werden muss.

== Einzelnachweise ==
<references />

{{SORTIERUNG:Aminwasche}}
[[Kategorie:Chemisch-technisches Verfahren]]
[[Kategorie:Abgasreinigungstechnik]]

Aminwäsche - Versionsgeschichte

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