PROCEDIMIENTO PARA LA OBTENCION DE UN SORBENTE CAPTADOR DE SO2.

Procedimiento para la preparación de una composición sorbente captador de SO{sub,

2}, constituido por la mezcla en agua de hidróxido de calcio y una arcilla a seleccionar dentro de sepiolita, esmectita o atapulgita. La mezcla se realizará a temperatura ambiente y sin el uso de catalizadores; dando como resultado tras el filtrado y secado del material un sorbente con elevado porcentaje de captación de SO{sub,2} por mol de calcio

Procedimiento para la obtención de un sorbente captador de SO₂.

La presente invención se refiere a un procedimiento de preparación de sorbentes con propiedades de captación de SO₂, siendo idóneo su uso en el sector empresarial de generación de energía o en cualquier instalación que deba tratar un efluente gaseoso que contenga dióxido de azufre en concentraciones que no sean muy elevadas.

El dióxido de azufre (SO₂) es un gas irritante y tóxico, emitido fundamentalmente en la combustión de combustibles fósiles, escapes en refinerías de petróleo y en otras actividades industriales como plantas incineradoras de residuos, producción de metales por tostación de sulfuros, industria del cemento, fabricación de productos cerámicos; citadas a modo de ejemplo.

En los gases efluentes producidos en esta combustión de combustibles que contienen azufre, hay niveles de SO₂ gaseoso en porcentajes que dependen del contenido de azufre del material combustible.

Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), con exposiciones diarias de la población a concentraciones normales de este tipo de gases, se observa un aumento de las enfermedades respiratorias agudas; produciendo la exposición a altas concentraciones, aun siendo periodos de corto tiempo, riesgo de irritación en el tracto respiratorio, pudiendo causar bronquitis o congestionar los conductos bronquiales de las personas asmáticas.

La legislación europea establece que las empresas en las que se desarrolle alguna de las actividades industriales que emitan determinadas sustancias contaminantes, entre ellas óxido de azufre y otros compuestos de azufre, y óxidos de nitrógeno y otros compuestos de nitrógeno, deben realizar un control integrado de contaminación, otorgando los organismos públicos una autorización ambiental integrada.

Para cumplir con la legislación vigente es necesario reducir las emisiones de dióxido de azufre a la atmósfera, bien eliminando el azufre del combustible o neutralizando el SO₂ formado durante o después de la combustión. Para ello se han desarrollado diferentes tecnologías de procedimientos de desulfuración en las que el producto final puede ser seco o húmedo, siendo el seco más fácilmente gestionable.

El proceso de inyección del sorbente en la conducción del efluente gaseoso constituye una buena tecnología no sólo para pequeñas y medianas centrales térmicas que consumen carbón sino también para incineradoras. La inyección de un sorbente directamente en el combustor o en los gases de combustión es atractiva porque no requiere atomizadores o equipos para eliminar la humedad del producto final, al ser éste seco.

De este modo, la inyección del sorbente se puede realizar en el combustor (700-1200ºC y CaSO₄ como principal producto), en el economizador (300-600ºC) o después del economizador y con humidificación (250-50ºC), (sistema Coolside). En los dos últimos casos el producto que se obtiene preferentemente es CaSO₃.

Si se tiene en cuenta la utilidad del producto final, los procesos serán nominados en función del producto que se obtiene: para obtención de yeso, fertilizantes, SO₂, para obtención de ácido sulfúrico, etc.

En todos los procesos se necesita una sustancia de carácter básico, sorbente, que como sólido o en suspensión o disolución capte el gas ácido.

Los sorbentes básicos más frecuentes son hidróxido de calcio, Ca(OH)₂, carbonato de calcio, CaCO₃, o carbonato de sodio, Na₂CO₃; variando estos sorbentes en función de la temperatura a la que se produzca la desulfuración.

Se ha ensayado la utilización de hidróxido de calcio preparado a partir de CaCl₂ y NaOH en disolución o la adición de sales delicuescentes como aditivos al Ca(OH)₂.

El principal problema del proceso de desulfuración por inyección de un sorbente en la conducción del efluente gaseoso es la baja utilización de los sólidos desulfurantes, que implica una baja cantidad de moles de SO₂ retenidos por mol de base en el sorbente, debido al escaso tiempo de contacto entre la corriente gaseosa que contiene el SO₂ y el sorbente. Para tratar de mejorar esta utilización se han ensayado numerosos procedimientos con los que se trata de preparar sólidos para que capten más SO₂ por mol de base.

Todos los ensayos de modificación-mejora de sorbentes, para utilizarlos en inyección en la conducción, tratan de aumentar la utilización de la parte básica del sorbente, que es la que reacciona con el SO₂ que es ácido.

Hidratando el hidróxido de calcio con las cenizas volantes que se generan en la combustión de carbón, que contienen elevadas cantidades de silicatos, constituyendo el producto residual más voluminoso de las centrales térmicas, se obtienen sorbentes de elevada superficie especifica con los que se alcanzan mejores retenciones de SO₂ para un mismo contenido en calcio. También se han empleado para preparar sorbentes otras fuentes de sílice distintas de las cenizas volantes, habitualmente productos residuales. El proceso de preparación de estos sólidos por hidratación de hidróxido de calcio y alguna fuente de sílice requiere tiempo y un elevado consumo energético.

Por la patente de Estados Unidos 5403808 se conoce la preparación de sorbentes a partir de diferentes silicatos a los que se añade yeso para obtener sólidos sorbentes semejantes a los que se forman por hidratación de las cenizas volantes con hidróxido de calcio.

Con objeto de incrementar la superficie específica de los sorbentes, Pinnavaia y colaboradores, en los documentos 5298473 y 5334564 de Estados Unidos, patentaron la preparación de materiales compuestos por mezcla física seca o húmeda de arcillas como agente dispersante y CaO como base cálcica, al que se añade un segundo metal, como óxido Fe₃O₄, para catalizar la oxidación de SO₂ a SO₃ en un proceso a alta temperatura. Estos sorbentes se ensayaron para captación de SO₂ a altas temperaturas (900ºC).

Las patentes referidas preparan los sorbentes siguiendo un proceso complejo, largo y costoso. Actualmente la investigación para la preparación de nuevos sorbentes está encaminada a reducir costes en la preparación de sólidos, costes de operación y a la obtención de un producto final útil o que no tenga la condición de peligroso.

El objeto de patente es un sorbente y su procedimiento de elaboración que obtiene con igual cantidad de hidróxido de calcio valores de captación de SO₂ similares o poco menores que los encontrados con los sólidos preparados con métodos más largos y elevado consumo de energía.

Dicho sorbente consigue unos valores de captación de moles de SO₂ por mol de calcio superiores a los que se obtienen en las mismas condiciones con hidróxido de calcio sin ingredientes añadidos, que es un sorbente de SO₂ habitual, como se ha mencionado anteriormente.

La patente que se presenta describe un procedimiento para la preparación y caracterización de sorbentes de SO₂ o desulfurantes sólidos más breve que los conocidos y con un bajo consumo energético, utilizando como materias primas hidróxido de calcio, Ca(OH)₂, y alguna de estas tres arcillas: esmectita, sepiolita y atapulgita. La innovación consiste en la utilización de un procedimiento de preparación sencillo a temperatura ambiente y sin utilización de catalizadores, con el que se obtienen sólidos con elevado poder de captación de SO₂ en un proceso con un coste energético pequeño.

Hay que destacar que el sólido que se obtiene después de la captación de SO₂ contiene fundamentalmente arcilla, sulfito de calcio y, en una pequeña proporción, el hidróxido de calcio no reaccionado. Además, en función del origen del efluente gaseoso, contendrá otros sólidos como cenizas volantes, etc. En todo caso no presentará problemas medioambientales para ser depuesto en vertedero o incluso pudiera ser utilizado en la formulación de productos para enmienda inorgánica de terrenos.

Describimos en la invención el proceso de preparación de sorbentes de carácter químicamente básico (puesto que se prepara con hidróxido de calcio que es una base fuerte) para captar SO₂ a baja temperatura, así...

1. Procedimiento para la obtención de un sorbente captador de SO₂, caracterizado porque comprende las fases de:

a) Mezclar en agua, hidróxido de calcio y, al menos, una arcilla seleccionada entre esmectita, atapulguita y sepiolita.

b) Filtrado de la mezcla.

c) Secado del material de la fase b).

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado porque en el sólido compuesto por el hidróxido de calcio y la arcilla, el hidróxido de calcio está presente en una relación entre 1:10 a 1:1 en peso con respecto a la arcilla.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la relación en peso del agua con respecto al sólido formado por la arcilla y el hidróxido de calcio es entre 10:1 hasta 2:1.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el mezclado se realiza a temperatura ambiente.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la mezcla se realiza por agitación magnética o mecánica.

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque se produce la filtración del sólido de la mezcla si la relación líquido/sólido lo requiere.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el secado del material se produce hasta obtener peso constante.

8. Composición de un sorbente captador de SO₂, caracterizado porque comprende una mezcla en agua de:

a) Una arcilla, al menos, seleccionada entre esmectita, atapulguita y sepiolita.

b) Hidróxido de calcio.

9. Composición de un sorbente, de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado porque el agua se halla en una proporción en el intervalo de 10:1 hasta 2:1 del peso con respecto a la mezcla formada por la arcilla y el hidróxido de calcio.

10. Composición de un sorbente, de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque en dicha mezcla el hidróxido de calcio está presente en una relación entre 1:10 a 1:1 del peso con respecto a la arcilla.