PROCEDIMIENTO Y SISTEMA DE CAPTURA DEL DIOXIDO DE CARBONO PRESENTE EN HUMOS.
Procedimiento de captura del dióxido de carbono presente en unos humos,
que comprende las etapas siguientes:
a) un primer enfriamiento de los humos para eliminar, mediante condensación, una fracción del agua presente en los humos,
b) la deshidratación de los humos con el fin de eliminar el agua residual,
c) un segundo enfriamiento de los humos mediante intercambio de calor de manera que se llevan los humos a una temperatura tal que el dióxido de carbono pasa directamente del estado gaseoso al estado sólido mediante anti-sublimación,
d) después de la evacuación de los humos, recalentamiento, en un recinto cerrado, del dióxido de carbono solidificado hasta el punto triple en el que aparece una fase líquida, y
e) trasvase o bombeo del dióxido de carbono líquido y/o gaseoso hacia un depósito aislado térmicamente,
caracterizado porque una parte del dióxido de carbono líquido recuperado se recicla y, después de la expansión hasta la presión atmosférica, se reinyecta durante la etapa de segundo enfriamiento de manera continua o intermitente para ser mezclada a los humos procedentes anteriormente de la etapa de deshidratación
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2006/051400.
Solicitante: GDF SUEZ.
Nacionalidad solicitante: Francia.
Dirección: 16-26 RUE DU DOCTEUR LANCEREAUX,75008 PARIS.
Inventor/es: SAYSSET,SAMUEL, GITTON,JOELLE.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 5 de Mayo de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- B01D53/00C
Clasificación PCT:
- B01D53/00 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL. › B01D SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda B03B, B03D, mesas o cribas neumáticas B03B, por vía seca B07; separación magnética o electrostática de materiales sólidos a partir de materiales sólidos o de fluidos, separación mediante campos eléctricos de alta tensión B03C; aparatos centrifugadores B04B; aparato de vórtice B04C; prensas en sí para exprimir los líquidos de las sustancias que los contienen B30B 9/02). › Separación de gases o de vapores; Recuperación de vapores de disolventes volátiles en los gases; Depuración química o biólogica de gases residuales, p. ej. gases de escape de los motores de combustión, humos, vapores, gases de combustión o aerosoles (recuperación de disolventes volátiles por condensación B01D 5/00; sublimación B01D 7/00; colectores refrigerados, deflectores refrigerados B01D 8/00; separación de gases difícilmente condensables o del aire por licuefacción F25J 3/00).
- F25J3/02 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F25 REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR; FABRICACION O ALMACENAMIENTO DEL HIELO; LICUEFACCION O SOLIDIFICACION DE GASES. › F25J LICUEFACCION, SOLIDIFICACION O SEPARACION DE GASES O MEZCLAS GASEOSAS POR PRESION Y ENFRIAMIENTO (bombas criogénicas F04B 37/08; recipientes para almacenamiento de gas, gasómetros F17; llenado o descarga de recipientes con gases comprimidos, licuados o solidificados F17C; máquinas, instalaciones o sistemas de refrigeración F25B). › F25J 3/00 Procedimientos o aparatos para separar los constituyentes de las mezclas gaseosas implicando el empleo de una licuefacción o de una solidificación. › por rectificación, es decir, por intercambio continuo de calor y de materia entre una corriente de vapor y una corriente de líquido (F25J 3/08 tiene prioridad).
Fragmento de la descripción:
Procedimiento y sistema de captura del dióxido de carbono presente en humos.
La presente invención tiene por objeto un procedimiento y un sistema de captura del dióxido de carbono (CO2) contenido en humos u otros efluentes gaseosos procedentes de instalaciones industriales.
La captura y el almacenamiento geológico del dióxido de carbono ofrecen una oportunidad de reducir las emisiones de gas con efecto invernadero, como complemento a los esfuerzos de mejora de las eficacias energéticas y de incitación a la utilización de recursos no fósiles.
En la actualidad, los costes de la captura del CO2 representan cerca de tres cuartas partes de los costes de la cadena de secuestro geológico del CO2 que incluye la captura, el transporte y el almacenamiento del CO2.
Por otro lado, el consumo energético representa aproximadamente 50% de los costes de captura.
En particular, entre las tecnologías que se pueden prever para la captura del CO2, la criogenia (o destilación a baja temperatura) adolece del inconveniente de un consumo energético importante para la producción de frigorías.
Existe por lo tanto una necesidad de racionalización de la operación de captura del CO2 con el fin de mejorar la eficacia de esta operación y reducir su coste.
En el plano terminológico, se utilizará en la continuación de la descripción el término de anti-sublimación para designar el fenómeno físico de la condensación sólida en la que un gas cambia de estado para pasar directamente a la fase sólida sin que se haya producido licuefacción, es decir, sin pasar por el estado líquido. La anti-sublimación constituye así el fenómeno físico inverso de la sublimación que designa el paso de un cuerpo directamente del estado sólido al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido.
Ya se han propuesto diferentes procedimientos y sistemas de captura del CO2 por licuefacción o anti-sublimación.
En el caso en el que el dióxido de carbono está a presión parcial, superior a 5,18 bares, es posible obtener la licuefacción directa del CO2 mediante el enfriamiento de los humos. Este tipo de procedimiento adolece sin embargo del inconveniente de tener que disponer de efluentes a presión o de comprimir los humos.
Cuando el CO2 está disponible a una presión parcial inferior a 5,18 bares, como es el caso para humos de combustión, el enfriamiento de los humos provocará la anti-sublimación del CO2. El dióxido de carbono sólido puede ser manipulado más adelante en forma sólida, por ejemplo después de la separación en un ciclón, o bien sublimado antes de ser licuado corriente arriba, o también fundido directamente mediante simple calentamiento.
Se conoce en particular a partir del documento EP 1 355 716 B1 y de la solicitud de patente WO 2004/080558 un procedimiento de trasvase del CO2 de los humos mediante enfriamiento y solidificación del CO2 a presión atmosférica mediante el suministro de las frigorías por medio de una destilación fraccionada.
Sin embargo, en algunos casos, en particular para humos procedentes de turbinas a gas o de calderas a gas, el contenido en CO2 de los humos puede ser bastante bajo, por ejemplo del orden de 1 a 5%, lo cual implica una temperatura de cebado de anti-sublimación a la presión atmosférica que puede ser del orden de -110ºC a -120ºC.
Además, este contenido de CO2 en los humos disminuirá aún más por cuanto que el índice de captura diana será elevado.
Por otro lado, se ha observado un retraso en la anti-sublimación, en particular para el CO2 en el caso de la formación de un sólido a partir de una fase gaseosa a baja temperatura y a baja presión parcial. Este fenómeno se traduce por una anti-sublimación del compuesto a una temperatura más baja que la temperatura dada por la termodinámica.
Debido a este fenómeno, para anti-sublimar el CO2, es preciso por lo tanto o bien enfriar el compuesto más allá de su temperatura termodinámica de anti-sublimación, lo cual es igual a tener una temperatura de funcionamiento más baja todavía en el intercambiador, o bien aumentar la superficie de intercambio y multiplicar así los contactos entre el compuesto y unas superficies frías. Estas dos condiciones generan un coste adicional en el procedimiento.
La presente invención prevé remediar los inconvenientes citados anteriormente y permitir efectuar una captura del CO2 de manera eficaz pero a menor coste y con unas instalaciones simplificadas y con rendimiento potencialmente mejorado.
Estos objetivos se alcanzan, según la invención, gracias a un procedimiento de captura del dióxido de carbono presente en unos humos, que comprende las etapas siguientes:
caracterizado porque una parte del dióxido de carbono líquido recuperado se recicla y, después de la expansión hasta la presión atmosférica, se reinyecta durante la etapa de segundo enfriamiento de manera continua o intermitente para ser mezclada a los humos que proceden anteriormente de la etapa de deshidratación.
Para combatir el retraso en la anti-sublimación, es posible favorecer la cinética del proceso de anti-sublimación mediante la inyección de cristales de CO2 que desempeñan una función de cebador en la formación del sólido. Estas finas partículas sólidas son unos centros de nucleación sobre los cuales se solidificará el CO2 gaseoso. La reinyección se puede llevar a cabo en el interior del intercambiador, a partir del punto en el que la temperatura de los humos es próxima a la temperatura teórica de anti-sublimación.
La parte del dióxido de carbono líquido recuperado, que se recicla, se reinyecta así, durante la etapa de segundo enfriamiento, preferentemente en forma de finas partículas sólidas, y asimismo preferentemente en el interior mismo de un intercambiador de calor.
Según un modo particular de realización, el procedimiento comprende además una etapa de enfriamiento previo de los humos antes de dicha etapa de primer enfriamiento, efectuándose la etapa de enfriamiento previo mediante intercambio de calor con por lo menos uno de los fluidos que comprenden el agua líquida recuperada durante las etapas de primer enfriamiento y de deshidratación de los humos, y los compuestos incondensables de los humos recuperados después de dicha etapa de segundo enfriamiento.
Según un modo particular ventajoso, el primer enfriamiento de los humos, la deshidratación de los humos y el segundo enfriamiento de los humos realizan un intercambio de calor con los humos a través de los bucles refrigerantes que llevan las frigorías obtenidas por intercambio de calor con el gas natural licuado presente en un terminal metanero para ser regasificado.
Según una característica particular, el primer enfriamiento de los humos y la deshidratación de los humos realizan un intercambio de calor con los humos a través de por lo menos un bucle refrigerante que hace intervenir agua glicolada.
Según otra característica particular, el segundo enfriamiento de los humos realiza un intercambio de calor con los humos a través de por lo menos un bucle refrigerante que hace intervenir metano o nitrógeno.
En este caso, según todavía otra característica particular, el segundo enfriamiento de los humos puede realizar un intercambio de calor con los humos a través de por lo menos un bucle refrigerante suplementario que hace intervenir etileno o etano.
La utilización de frigorías...
Reivindicaciones:
1. Procedimiento de captura del dióxido de carbono presente en unos humos, que comprende las etapas siguientes:
caracterizado porque una parte del dióxido de carbono líquido recuperado se recicla y, después de la expansión hasta la presión atmosférica, se reinyecta durante la etapa de segundo enfriamiento de manera continua o intermitente para ser mezclada a los humos procedentes anteriormente de la etapa de deshidratación.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la parte del dióxido de carbono líquido recuperado, que se recicla, se reinyecta durante la etapa de segundo enfriamiento en forma de finas partículas sólidas.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la parte del dióxido de carbono líquido recuperado, que se recicla, se inyecta durante la etapa de segundo enfriamiento en el interior mismo de un intercambiador de calor.
4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque comprende además una etapa de enfriamiento previo de los humos antes de dicha etapa de primer enfriamiento, efectuándose la etapa de enfriamiento previo mediante intercambio de calor con por lo menos uno de los fluidos que comprenden el agua líquida recuperada durante las etapas de primer enfriamiento y de deshidratación de los humos, y los compuestos incondensables de los humos recuperados después de dicha etapa del segundo enfriamiento.
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el primer enfriamiento de los humos, la deshidratación de los humos y el segundo enfriamiento de los humos realizan un intercambio de calor con los humos a través de los bucles refrigerantes que conducen unas frigorías obtenidas mediante intercambio de calor con el gas natural licuado presente en un terminal metanero para ser regasificado.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque el primer enfriamiento de los humos y la deshidratación de los humos realizan un intercambio de calor con los humos a través de por lo menos un bucle refrigerante que hace intervenir agua glicolada.
7. Procedimiento según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque el segundo enfriamiento de los humos realiza un intercambio de calor con los humos a través de por lo menos un bucle refrigerante que hace intervenir metano o nitrógeno.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque el segundo enfriamiento de los humos realiza un intercambio de calor con los humos a través de por lo menos un bucle refrigerante suplementario que hace intervenir etileno o etano.
9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la deshidratación de los humos comprende una etapa de intercambio de calor con los compuestos incondensables de los humos recuperados después de la etapa de segundo enfriamiento.
10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la etapa de deshidratación de los humos se lleva a cabo de manera discontinua con, en alternancia, una etapa de enfriamiento de los humos para solidificar el agua sobre las paredes de un intercambiador de calor y una etapa de recalentamiento del agua solidificada para permitir su recuperación en forma líquida.
11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque el recalentamiento del agua solidificada se lleva a cabo mediante intercambio de calor con unos humos antes de su enfriamiento durante la etapa de enfriamiento de los humos con solidificación del agua.
12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la etapa de segundo enfriamiento de los humos para provocar una anti-sublimación del dióxido de carbono y la etapa de recalentamiento del dióxido de carbono solidificado se llevan a cabo de manera discontinua en alternancia.
13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque la etapa de recalentamiento del dióxido de carbono solidificado hasta el punto triple en el que aparece una fase líquida se lleva a cabo mediante intercambio de calor con unos humos antes de su enfriamiento durante la etapa de segundo enfriamiento de los humos.
14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque comprende además una etapa de recuperación de los óxidos de azufre contenidos en los humos mediante anti-sublimación y recalentamiento hasta el punto triple en el que aparece una fase líquida de los óxidos de azufre.
15. Sistema de captura del dióxido de carbono presente en unos humos, que comprende:
caracterizado porque comprende además unos medios (152, 153) de expansión hasta la presión atmosférica de una parte del dióxido de carbono líquido recuperado, y de reinyección de esta parte de dióxido de carbono en los humos a nivel de dichos segundos medios (140) de enfriamiento de los humos.
16. Sistema según la reivindicación 15, caracterizado porque comprende unos medios para reinyectar, en forma de finas partículas sólidas en los humos, dicha parte del dióxido de carbono líquido recuperado.
17. Sistema según la reivindicación 15 ó 16, caracterizado porque los primeros medios de enfriamiento comprenden un intercambiador de calor (111, 112) entre los humos y por lo menos uno de los fluidos que comprenden el agua líquida recuperada en los primeros medios (120) de enfriamiento o en los medios (130) de deshidratación de los humos, y los compuestos incondensables de los humos recuperados a la entrada de los segundos medios de enfriamiento (144).
18. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, caracterizado porque comprende unos bucles refrigerantes (210, 220) que utilizan unos fluidos caloportadores que circulan por un lado en unos intercambiadores de calor (204, 205) presentes en un terminal metanero para asegurar un intercambio de calor con gas natural licuado sometido a un proceso de regasificación y, por otro lado en unos intercambiadores de calor (122, 133, 143) dispuestos en uno por lo menos de los primeros medios (120) de enfriamiento, de los medios (130) de deshidratación y de los segundos medios (140) de enfriamiento para asegurar un intercambio de calor con los humos que dan lugar a la captura del dióxido de carbono.
19. Sistema según la reivindicación 18, caracterizado porque comprende por lo menos un bucle refrigerante (210) que utiliza como fluido caloportador agua glicolada y que incluye por lo menos un intercambiador de calor (122, 133) dispuesto en los primeros medios (120) de enfriamiento o los medios (130) de deshidratación.
20. Sistema según la reivindicación 18 ó 19, caracterizado porque comprende por lo menos un bucle refrigerante (220) que utiliza como fluido caloportador metano o nitrógeno y que incluye por lo menos un intercambiador de calor dispuesto en los segundos medios (140) de enfriamiento.
21. Sistema según la reivindicación 20, caracterizado porque comprende además por lo menos un bucle refrigerante que utiliza como fluido caloportador etileno o etano y que incluye por lo menos un intercambiador de calor dispuesto en los segundos medios (140) de enfriamiento.
22. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 21, caracterizado porque comprende unos medios (145) de recuperación de los compuestos incondensables de los humos a la salida de los segundos medios (140) de enfriamiento, y unos medios (134) de intercambio de calor con por lo menos los medios (130) de deshidratación de los humos.
23. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 22, caracterizado porque los medios (130) de deshidratación de los humos comprenden por lo menos unos primer y segundo recintos (131, 132) provistos de intercambiadores de calor (133, 134) y que pueden recibir unos humos de manera discontinua con el fin de asegurar cada uno por turno un enfriamiento de los humos con solidificación del agua contenida en los humos sobre las paredes del recinto en cuestión y un recalentamiento del agua solidificada para permitir una recuperación del agua en forma líquida.
24. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 23, caracterizado porque los segundos medios (140) de enfriamiento de los humos y dichos medios de recalentamiento comprenden por lo menos unos primer y segundo recintos (141, 142) provistos de intercambiadores de calor (143) y que pueden recibir unos humos de manera discontinua con el fin de asegurar cada uno por turno un enfriamiento de los humos con anti-sublimación del dióxido de carbono que se deposita sobre las paredes del recinto en cuestión, y un recalentamiento del dióxido de carbono solidificado para provocar la fusión de éste.
25. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 24, caracterizado porque comprende además unos medios (155) de recuperación de óxidos de azufre en dichos medios (141, 142) de recalentamiento en un recinto cerrado.
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