DISPOSITIVO CICLONICO PARA CALCINACION Y PROCEDIMIENTO DE SEPARACION DE CO2 USANDO DICHO DISPOSITIVO.
Dispositivo ciclónico para calcinación y procedimiento de separación de CO{sub,
2} usando dicho dispositivo.Dispositivo ciclónico que cuenta con el ciclón propiamente dicho que tiene una entrada lateral por la parte superior del carbonato cálcico y una salida inferior de óxido de calcio que está rodeado de una envolvente de manera que la combustión de los gases de calentamiento quede separada de la calcinación, para lo cual el ciclón está rodeado por una camisa o por un horno, hogar, o gasificador, por lo que permite la generación de una corriente concentrada de CO{sub,2} no mezclada con los gases de combustión, logrando un doble objetivo por un lado la reducción del área de transferencia de calor y por otro lado el hecho de separar de manera concentrada el CO{sub,2}
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200701996.
Solicitante: FUNDACION CIRCE - CENTRO DE INVESTIGACION DE RECURSOS Y CONSUMOS ENERGETICOS.
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: ZARAGOZA.
Inventor/es: GIL MARTINEZ,ANTONIA, ROMEO GIMENEZ,LUIS MIGUEL.
Fecha de Solicitud: 17 de Julio de 2007.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 6 de Julio de 2011.
Clasificación Internacional de Patentes:
- B01D53/62 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). › B01D 53/00 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). › Oxidos de carbono.
- B01J6/00C
- B01J8/00J2
- B01J8/14 B01 […] › B01J PROCEDIMIENTOS QUÍMICOS O FÍSICOS, p. ej. CATÁLISIS O QUÍMICA DE LOS COLOIDES; APARATOS ADECUADOS. › B01J 8/00 Procedimientos químicos o físicos en general, llevados a cabo en presencia de fluidos y partículas sólidas; Aparatos para tales procedimientos. › desplazándose en un aparato de vórtice libre.
Clasificación PCT:
- B01D53/62 B01D 53/00 […] › Oxidos de carbono.
- B01J6/00 B01J […] › Calcinación; Cocción.
- B01J8/00 B01J […] › Procedimientos químicos o físicos en general, llevados a cabo en presencia de fluidos y partículas sólidas; Aparatos para tales procedimientos.
- B01J8/14 B01J 8/00 […] › desplazándose en un aparato de vórtice libre.
Fragmento de la descripción:
Dispositivo ciclónico para calcinación y procedimiento de separación de CO2 usando dicho dispositivo.
Objeto de la invención
Es objeto de la presente invención un dispositivo ciclónico para calcinación, así como un procedimiento de separación de CO2 en el que se emplea dicho dispositivo.
El dispositivo ciclónico de la presente invención se emplea para la calcinación de carbonato cálcico (CaCO3) aplicable tanto a cementeras como a procesos de captura de CO2 mediante un ciclo de carbonatación.
Caracteriza al dispositivo ciclónico su especial configuración y diseño que reduce el área de transferencia de calor necesaria para que se produzca la calcinación del carbonato cálcico de forma indirecta a través de las paredes metálicas y permite obtener una corriente concentrada en dióxido de carbono.
Para lograr el fin anteriormente expuesto el ciclón se rodea de una camisa o envolvente en donde se instalan quemadores de gas natural u otro tipo de combustible.
Antecedentes de la invención
La calcinación es el proceso de descomposición térmica de la caliza (CaCO3) en óxido de calcio y dióxido de carbono.
El proceso se realiza de forma directa en cementeras por medio de largos hornos cilíndricos junto con ciclones, que si bien logran los fines conseguidos, no permiten obtener una corriente concentrada en dióxido de carbono.
En los dispositivos ciclónicos actualmente en uso, para lograr la calcinación, el gas de combustión es directamente inyectado en el interior del ciclón, por lo que los gases expulsados son una mezcla de gases de combustión junto con CO2, lo que no favorece la separación de CO2 en un proceso de calcinación.
En la patente GB 425405 (Triggs) se describe un calcinador en el cual no se mezclan los gases de combustión con el CO2 generado en la calcinación, ya que la transferencia de calor entre los gases de combustión calientes y la caliza se realiza a través de un conducto de carburo de silicio por donde desciende lentamente el CaO. Su inconveniente básico son los bajos coeficientes de transferencia de calor y por lo tanto la baja capacidad de calcinación del sistema, lo que da lugar a que la diferencia de temperatura entre el lado de los gases y la caliza deba ser elevada, imposibilitando la existencia de materiales que resistan tan altas temperaturas.
En las patentes AU 1468760 (West's Limited), US 4128392 (TocK WH), US 4389381 (Dinovo ST), US 4707350 (Baudequin F) se emplean lechos fluidos para la calcinación, pero ninguno de ellos emplea dispositivos ciclónicos como los de la presente invención.
Por lo tanto, respecto de los dispositivos ciclónicos, es objeto de la presente invención desarrollar un dispositivo ciclónico que supere los anteriores inconvenientes, que no mezcle el dióxido de carbono con los gases de combustión, y que reduzca el área de transferencia de calor, lo que significa una clara reducción en los costes y tamaños del calcinador.
Por otro lado, hoy en día es indudable el gran interés suscitado por los temas relacionados con la reducción, separación y/o captura de emisiones de CO2 debido a su efecto sobre el calentamiento global. El principal problema para la separación y captura de CO2 es su baja concentración en los gases de combustión de grandes instalaciones.
Existen diversos métodos de captura de CO2, los más desarrollados en la actualidad están basados en procesos de absorción química a baja temperatura, lo que origina una gran pérdida de rendimiento de centrales térmicas y limitaciones en la aplicabilidad al emplear combustibles con contenidos en azufre medios-altos.
Otros de los procesos en desarrollo es el basado en la reacción de equilibrio
CaO + CO2 = CaCO3
Entre las numerosas publicaciones se encuentra, la publicación de Shimizu T, Hirama T, Hosoda H, Gitano K, Inagaki M, Tejima K (1999) "A twin fluid-bed reactor for renoval CO2 from combustión processes". Trasn IChemE; 77, A, 1999. Aquí se propone por primera vez la utilización del equilibrio para la separación del CO2 procedente de gases de combustión. Carbonatan CaO a 600ºC eliminando parcialmente el CO2 de gases de combustión y regeneran el CaCO3 en un lecho fluido que actúa como calcinador.
En la patente US 2002/0037246 (Beal et al.) también se hace uso de la reacción anterior, pero se especifica en detalle cómo será el carbonatador y el calcinador.
En la patente WO 0380223 (Abanades JC, OaKey A), si bien supone un paso hacia delante en los procedimientos de separación de CO2, presenta como inconveniente la dificultad de transferir el calor procedente de la combustión para la calcinación al poner paredes separadoras entre la calcinación y el hogar, horno o gases de combustión, siendo precisa una gran área de transferencia de calor para que el proceso sea viable, además de un buen contacto del sorbente con la pared, de forma que se intensifique la transferencia de calor entre la combustión y el proceso de calcinación.
En los procesos de calcinación en donde se emplean ciclones siempre ha existido una mezcla de los gases de calentamiento con el CO2 liberado en la calcinación, lo que imposibilita su utilización en cualquier proceso de captura de CO2.
Por lo tanto, es objeto de la presente invención, además del desarrollo de un dispositivo ciclónico, el desarrollar un nuevo procedimiento de separación y captura de CO2 en los procesos de calcinación que supere los anteriores inconvenientes de mezcla de los gases de calentamiento con el CO2 y que reduzca el área de transferencia de calor necesaria para lograr una calcinación indirecta, empleando un dispositivo ciclónico como del que es objeto la invención.
Descripción de la invención
La invención de dispositivo ciclónico para la calcinación de CaCO3 es aplicable tanto a cementeras como a procesos de separación de CO2 mediante ciclo de carbonatación.
En esta invención el intercambio de calor se realiza de forma indirecta a través de paredes metálicas, para ello el dispositivo cuenta con un ciclón, con un alto coeficiente de transferencia de calor interior por lo que el área de necesaria para la calcinación se reduce respecto de los procesos actuales. Dicho ciclón está rodeado de una envolvente, que puede ser un encamisado, hogar, horno o gasificador, de manera que los gases de combustión y su combustión no estén en contacto directo con el carbonato cálcico.
El conjunto deberá contar con una entrada de carbonato cálcico, una salida inferior del ciclón para las partículas y un superior para el dióxido de carbono y el gas de transporte.
En el caso de que el ciclón esté rodeado de una camisa o envolvente, ésta contará con unos quemadores de gas natural, propano u otro tipo de combustible.
El carbonato cálcico se introduce junto con un gas de transporte, que será vapor de agua si el proceso se utiliza además para la separación de CO2, o bien el gas de transporte será cualquier gas si se utiliza solo para la calcinación.
Por la parte inferior del ciclón se recogerá el sólido, óxido de calcio, y por la parte superior se obtendrá una corriente concentrada de CO2 junto con una pequeña proporción de partículas y de gas de transporte, que en el caso de que sea vapor de agua puede condensar en equipos posteriores. Lo que no saldrá es una mezcla de CO2 con gases de combustión como venía sucediendo hasta ahora.
La pequeña proporción de partículas emitidas serán filtradas posteriormente en otro dispositivo, por ejemplo un ciclón si se realiza a alta temperatura o un ciclo de mangas si se realiza a baja temperatura.
Con el dispositivo ciclónico propuesto se logra una reducción del área de transferencia de calor debido a los mayores coeficientes de transferencia de calor en ciclones de alta temperatura con respecto a otro tipo de dispositivos (paredes de contacto indirecto). La reducción del área de transferencia de calor supone una reducción apreciable en el tamaño del sistema, lo que favorece la viabilidad técnica y económica de la calcinación, así como de los procesos...
Reivindicaciones:
1. Dispositivo ciclónico para la calcinación de carbonato cálcico caracterizado por:
2. Dispositivo ciclónico para la calcinación según la reivindicación 1, caracterizado porque la envoltura del ciclón (1) es un encamisado (2) por donde circulan unos gases de combustión procedentes de unos quemadores (3), inferiormente el encamisado (2) cuenta con una abertura de salida (5) para los gases de combustión.
3. Dispositivo ciclónico para la calcinación según la reivindicación 1, caracterizado porque la envoltura del ciclón (1) es un hogar, horno o gasificador.
4. Dispositivo ciclónico para la calcinación según la I reivindicación 2, caracterizado porque los quemadores (3) deben ser capaces de llevar la pared del ciclón a una temperatura superior a 1150ºC.
5. Dispositivo ciclónico para la calcinación según la reivindicación 2, caracterizado porque las paredes externas del ciclón, interior del encamisado, cuentan con unos direccionadores de flujo a fin de que la corriente de gases combustibles a altas temperaturas tenga un tiempo de residencia suficiente para ceder la energía necesaria para la calcinación.
6. Dispositivo ciclónico para la calcinación según la reivindicación 2, caracterizado porque la parte exterior del encamisado o envolvente (2) estará realizada con material refractario y aislante a fin de que todo el calor se emplee en la calcinación.
7. Procedimiento de separación de CO2 usando el dispositivo reivindicado anteriormente mediante un proceso de calcinación caracterizado porque consta de las siguientes etapas:
8. Procedimiento de separación de CO2 según la reivindicación 7, caracterizado porque la introducción del carbonato cálcico junto con los gases de transporte, se realiza a presiones inferiores a la atmosférica.
9. Procedimiento de separación de CO2 según la reivindicación 7, caracterizado porque la corriente concentrada de CO2 expulsada que va junto con una pequeña proporción de partículas se filtra en otro dispositivo, por ejemplo un ciclón o un filtro de mangas si se realiza a baja temperatura.
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