PROCESO Y PLANTA PARA LA OBTENCION DE UNA CORRIENTE GASEOSA ENRIQUECIDA EN CO2.
Un proceso para obtener una corriente gaseosa enriquecida en CO2 procedente de una planta de producción de compuestos calcíferos,
del tipo que comprende un horno rotativo que tiene una entrada y una salida y en el cual el flujo, en contracorriente, por una parte de materiales calcíferos pulverulentos y/o granulares inyectados a través de la entrada y que tienen que sufrir una fase de calcinación después de la cual los compuestos producidos se extraen a través de la salida del horno y, por otra parte, una mezcla gaseosa de alta temperatura inyectada a través de la salida del horno a fin de calcinar gradualmente los materiales, produciendo dicha calcinación humo que incluye CO2 y que se extrae a través de la entrada del horno, en el cual:
se producen gases de combustión, en un estado estacionario, a partir de un quemador alimentado con un combustible y con un oxidante del cual se ha eliminado la mayor parte del nitrógeno,
después de eliminación del polvo y precalentamiento, algo del humo procedente de la operación de calcinación se recicla al horno como una carga gaseosa circulante que contribuye a formar la mezcla de gases por incorporación de la misma en los gases de combustión y se intentan mantener la combustión del gas y los parámetros de flujo, a fin de aumentar la concentración de CO 2,
y por último, la corriente gaseosa así enriquecida con CO 2 se extrae a fin de dirigirla a una planta de purificación-licuefacción
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E01126734.
Solicitante: MESSER FRANCE S.A.
Nacionalidad solicitante: Francia.
Dirección: 26, RUE DES FRERES CHAUSSON,92600 ASNIERES.
Inventor/es: MATHEOUD, PATRICK, ZIMMER,JEAN-CLAUDE.
Fecha de Publicación: .
Fecha Solicitud PCT: 9 de Noviembre de 2001.
Fecha Concesión Europea: 23 de Septiembre de 2009.
Clasificación Internacional de Patentes:
- C01B31/20
- C04B2/10 QUIMICA; METALURGIA. › C04 CEMENTOS; HORMIGON; PIEDRA ARTIFICIAL; CERAMICAS; REFRACTARIOS. › C04B LIMA; MAGNESIA; ESCORIAS; CEMENTOS; SUS COMPOSICIONES, p. ej. MORTEROS, HORMIGON O MATERIALES DE CONSTRUCCION SIMILARES; PIEDRA ARTIFICIAL; CERAMICAS (vitrocerámicas desvitrificadas C03C 10/00 ); REFRACTARIOS (aleaciones basadas en metales refractarios C22C ); TRATAMIENTO DE LA PIEDRA NATURAL. › C04B 2/00 Cal, magnesia o dolomita. › Precalentamiento, cocción, calcinación o enfriamiento (descarbonación durante la cocción de materias primas del cemento C04B 7/43).
Clasificación PCT:
- C01B31/20
Clasificación antigua:
- C01B31/20
Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.
Fragmento de la descripción:
Proceso y planta para la obtención de una corriente gaseosa enriquecida en CO2.
La invención se refiere al campo técnico general de la purificación del dióxido de carbono residual teniendo en cuenta sus muchas aplicaciones comerciales en forma de gas o líquido.
En muchos campos, se utiliza dióxido de carbono por sus características químicas o bien, y quizás más generalmente, por sus características de enfriamiento cuando se encuentra en un estado líquido que ha sido conferido previamente al mismo.
Las aplicaciones del dióxido de carbono son suficientemente numerosas y bien conocidas para no tener que hacer referencia a ellas, incluso de modo no exhaustivo.
Una de las características del dióxido de carbono reside en el hecho de que el mismo tiene que transportarse en forma líquida a los sitios en que se consume o se utiliza y dicho transporte se lleva a cabo por cisternas de carretera o ferrocarril.
Debido a los considerables costes de transporte asociados con dicho método de transportar el mismo, los suministradores de dióxido de carbono se ven obligados a buscar sitios de producción que estén localizados dentro de un radio de desplazamiento máximo definido para una concentración dada de usuarios dado que, más allá de este factor de proximidad relativa, el coste de transporte es una desventaja que puede resultar inaceptable para cualquier pretensión de comercialización desde un sitio de producción demasiado lejano.
Esta es la razón por la cual los productores de dióxido de carbono, especialmente dióxido de carbono líquido, tienen sitios de producción que están distribuidos geográficamente.
Las plantas suministradoras de dióxido de carbono pueden considerarse limitadas y generalmente ascienden a tres tipos de fuentes de producción que proporcionan concentraciones del dióxido de carbono producido que oscilan, para la concentración mínima de 2% a 15%, para la concentración media de 15% hasta 30%, y para la concentración máxima desde 90% a 99%.
Está claro que el beneficio operativo máximo se alcanza utilizando fuentes de alta concentración que, por lo general, proceden de la actividad industrial tal como la fabricación de hidrógeno u óxido de etileno.
La tendencia industrial está orientada hacia la reducción progresiva de estas fuentes de producción por razones que en general implican concentraciones de producción industrial o bien el abandono de ciertos sitios de producción debido a cambios en los procesos de fabricación.
Al enfrentarse a una reducción de este tipo en las fuentes disponibles, es por consiguiente una preocupación particular el poder encontrar fuentes de sustitución de tal modo que se cumpla siempre la demanda de CO2, especialmente CO2 líquido, que tiende a aumentar continuamente.
En el estado actual de la técnica, la purificación/licuefacción requiere una concentración mínima de 90% a fin de producirse en condiciones técnico-económicas aceptables.
Para utilizar una fuente de la primera o incluso de la segunda categoría, es por tanto necesario preconcentrar el CO2.
Los procesos conocidos actualmente implican fases de compresión/permeación selectiva, teniendo lugar la permeación a través de membranas, o fases de absorción/desorción, realizándose la absorción en disolventes adecuados, o bien fases de absorción/desorción en las cuales la absorción tiene lugar sobre soportes sólidos, o combinaciones de estos principios. En casi todos los casos, los costes de inversión y operación requeridos para estos procesos son demasiado altos para que los mismos resulten rentables.
Existe por tanto necesidad de poder disponer de una técnica adecuada para enriquecer con dióxido de carbono los efluentes de fuentes de producción de la segunda categoría, a fin de poder satisfacer las exigencias de los consumidores, al tiempo que se cumple todavía, necesariamente, con el factor distancia entre el sitio de producción y el sitio de consumo, lo que implica un coste de transporte aceptable.
El documento EE.UU. 2.080.981 describe un proceso para la producción de cal y dióxido de carbono, que comprende calcinar piedra caliza granulada en un tubo herméticamente cerrado dispuesto en el interior de una cámara de combustión, calentándose dicho tubo hermético al aire por los gases de combustión, y extraer el dióxido de carbono por acción de aspiración.
Es por tanto un objeto de la invención proponer una nueva técnica de obtención de una corriente gaseosa enriquecida en CO2 proporcionando el uso de medios técnicos adaptables en plantas para producción de compuestos calcíferos, especialmente plantas de producción de cal, que ofrecen la característica y la ventaja de estar distribuidos generalmente de modo más homogéneo en todos los territorios y de ser capaces por tanto de formar sitios de producción para los cuales los costes de transporte del dióxido de carbono, especialmente dióxido de carbono líquido, sigan siendo aceptables para los usuarios.
Para alcanzar el objetivo anterior, el proceso para la obtención de una corriente gaseosa enriquecida en CO2 a partir de una planta para producción de compuestos calcíferos de acuerdo con la invención, es uno en el cual:
- se producen gases de combustión, en un estado estacionario, a partir de un quemador alimentado con un combustible y con un oxidante del cual se ha eliminado la mayor parte del nitrógeno,
- después de eliminación del polvo y precalentamiento, algo del humo procedente de la operación de calcinación se recicla al horno como una carga gaseosa circulante que contribuye a formar la mezcla de gases por incorporación de la misma en los gases de combustión y se intentan mantener la combustión del gas y los parámetros de flujo, a fin de aumentar la concentración de CO2,
- y por último, la corriente gaseosa así enriquecida con CO2 se extrae a fin de dirigirla a una planta de purificación-licuefacción.
El objeto de la invención es también una planta para implementar un proceso de este tipo.
Finalmente, el objeto de la invención es también la aplicación particular del proceso a una planta de producción de cal o, alternativamente, a una planta para producción de carbonato de calcio precipitado, que representa un producto elemental ampliamente utilizado en el campo de la fabricación del papel.
Diversas otras características resultarán evidentes a partir de la descripción dada a continuación, con referencia al dibujo del apéndice que muestra, por medio de un ejemplo no limitante, una realización y un método de implementación que constituyen el objeto de la invención.
La figura única ilustra, esquemáticamente, una planta para implementación del proceso.
Esta figura única muestra una planta para producción de productos calcíferos, y más particularmente cal, a partir de materiales calcíferos pulverulentos y/o granulares. Dentro del contexto de la invención, debe entenderse que una planta de este tipo puede reservarse también para la producción de otros productos calcíferos, tales como carbonato de calcio que se utiliza generalmente en gran escala como carga para la fabricación de papel y/o cartón.
Una planta para producción de productos calcíferos comprende un horno (1), preferiblemente pero no de modo exclusivo del tipo rotativo, cuyo eje (x-x') está inclinado ligeramente respecto a la horizontal. Un horno de este tipo está asociado con medios de soporte del mismo y con medios para rotación del mismo, no representándose éstos en el dibujo debido a que una persona experta en la técnica es perfectamente conocedora de los mismos.
El horno (1) puede considerarse como un recinto que define, desde una entrada (2), y zona de entrada (3) llamada la zona de precalentamiento, una zona de calcinación (4) y una zona denominada la zona de enfriamiento (5) que está conectada con una salida (6) para los productos calcíferos obtenidos. La sucesión de zonas (3) a (5) debe considerarse en asociación con la sección de entrada (2) que ocupa la parte más alta del horno (1) cuando éste último tiene un eje (x-x') inclinado respecto a la horizontal.
La sección de entrada (2) está conectada con medios para transportar los productos o materiales calcíferos, de naturaleza pulverulenta y/o granular, que se introducen por...
Reivindicaciones:
1. Un proceso para obtener una corriente gaseosa enriquecida en CO2 procedente de una planta de producción de compuestos calcíferos, del tipo que comprende un horno rotativo que tiene una entrada y una salida y en el cual el flujo, en contracorriente, por una parte de materiales calcíferos pulverulentos y/o granulares inyectados a través de la entrada y que tienen que sufrir una fase de calcinación después de la cual los compuestos producidos se extraen a través de la salida del horno y, por otra parte, una mezcla gaseosa de alta temperatura inyectada a través de la salida del horno a fin de calcinar gradualmente los materiales, produciendo dicha calcinación humo que incluye CO2 y que se extrae a través de la entrada del horno,
en el cual:
- se producen gases de combustión, en un estado estacionario, a partir de un quemador alimentado con un combustible y con un oxidante del cual se ha eliminado la mayor parte del nitrógeno,
- después de eliminación del polvo y precalentamiento, algo del humo procedente de la operación de calcinación se recicla al horno como una carga gaseosa circulante que contribuye a formar la mezcla de gases por incorporación de la misma en los gases de combustión y se intentan mantener la combustión del gas y los parámetros de flujo, a fin de aumentar la concentración de CO2,
- y por último, la corriente gaseosa así enriquecida con CO2 se extrae a fin de dirigirla a una planta de purificación-licuefacción.
2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual, durante la operación de la planta, se inyecta en el circuito de reciclo una cantidad de CO2 equivalente a la carga de reciclo.
3. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual, durante la operación de la planta, se produce la mezcla de gases basada en los gases de combustión procedentes del quemador alimentado con combustible y con aire, y después de ello el humo procedente de la calcinación se recicla gradualmente a fin de enriquecer la carga de reciclo con CO2 al mismo tiempo que se reduce la entrada de aire a favor de una mixtura oxidante enriquecida en oxígeno hasta que el aire ha sido sustituido por oxígeno puro o prácticamente puro.
4. El proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual la mezcla gaseosa se produce de tal modo que se inyecta la misma en el horno, aguas arriba de la zona de enfriamiento que precede a la salida de los compuestos calcíferos producidos, y en la cual dicho enfriamiento se efectúa por medio de aire presurizado que no se deja entrar en la zona de calcinación del horno.
5. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en cual parte del humo procedente de la operación de calcinación se sangra a la atmósfera hasta que se alcanza la concentración deseada de CO2 y en el cual, después de ello, se cierra la salida de la válvula a la atmósfera y se abre luego la comunicación con una línea de purificación-licuefacción de CO2.
6. Aplicación del proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 a una planta de producción de cal.
7. Aplicación del proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 a una planta para producción de carbonato de calcio precipitado.
8. Una planta para implementar el proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, del tipo que comprende:
- un horno (1) que tiene una zona de entrada denominada la zona de precalentamiento (3), una zona de calcinación (4) y una zona de salida denominada la zona de enfriamiento (5), a través de cuyo horno fluyen, en contracorriente, por una parte, materiales calcíferos inyectados por la zona de entrada con objeto de ser sometidos a calcinación, dando como resultado la producción en la zona de salida de compuestos calcíferos, y, por otra parte, una mezcla gaseosa de alta temperatura inyectada en la salida a fin de calcinar los materiales calcíferos, calcinación que produce humo que comprende CO2, que se envía, desde la zona de entrada, a una unidad de tratamiento y descarga (10),
- un quemador (11) responsable de la producción de la mezcla gaseosa de alta temperatura, y
- un circuito (37, 35) para enfriamiento de los compuestos calcíferos,
planta que comprende:
- medios para producir, en la zona de calcinación del horno, una mezcla gaseosa de alta temperatura constituida por los gases de combustión producidos por el quemador, de los cuales se ha eliminado la mayor parte del nitrógeno del oxidante, y una carga reciclable basada esencialmente en CO2;
- y medios para dirigir la mezcla gaseosa reciclada y enriquecida en CO2 a una planta de purificación-licuefacción.
9. La planta de acuerdo con la reivindicación 8, en la cual el quemador está conectado a una alimentación de combustible (15) y a una alimentación de oxidante (13), estando basado dicho oxidante en oxígeno puro o prácticamente puro.
10. La planta de acuerdo con la reivindicación 9, en la cual la alimentación de oxidante para el quemador comprende una línea de entrada (21) para oxígeno puro o prácticamente puro y una línea de entrada de aire (19, 23), estando controladas estas líneas por medios de apertura/cierre proporcionales conjugados inversamente (24, 27) que están controlados por al menos un sensor (30) que detecta la concentración de CO2 en la producción de humo por el horno.
11. La planta de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende medios para reciclar la carga gaseosa, comprendiendo dichos medios un tanque de CO2 (16) capaz de suministrar, durante la operación, una cantidad de CO2 equivalente a la carga reciclada.
12. La planta de acuerdo con la reivindicación 8, en la cual los medios de reciclo comprenden una línea de toma de muestras (19), que puede cerrarse y se sangra a través de la salida de la unidad de tratamiento y descarga del humo (10), y que incluye medios (26) para circulación forzada hacia un mezclador (22) situado en la línea (21) para inyección de oxígeno puro o prácticamente puro.
13. La planta de acuerdo con la reivindicación 11, en la cual el depósito de CO2 (16) está conectado, por una válvula (16a), a la línea de toma de muestras (19) y aguas arriba del mezclador (22).
14. La planta de acuerdo con la reivindicación 12, en la cual el mezclador (22) está situado aguas arriba de un calentador (35) localizado aguas arriba del quemador (11).
15. La planta de acuerdo con la reivindicación 14, en la cual el calentador (35) forma parte del circuito (37, 35) para enfriamiento de los compuestos calcíferos.
16. La planta de acuerdo con la reivindicación 15, en la cual el circuito para enfriamiento de los compuestos calcíferos comprende una entrada de aire y medios (36 y 40) para, por una parte, inyectar este aire a través de la zona de salida del horno y, por otra parte, prevenir que este aire reinyectado penetre en la zona de calcinación de dicho horno.
17. La planta de acuerdo con la reivindicación 8 ó 10, en la cual la línea (19) está provista, aguas arriba del mezclador (22), de una válvula (31) (que hace posible abrir una ventilación a la atmósfera (32) o una línea (33) para comunicación con una planta de purificación-licuefacción.
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