MÉTODO PARA LA OBTENCIÓN DE ÓXIDO DE MAGNESIO DE ALTA SUPERFICIE PARA ADSORCIÓN DE CO2, ÓXIDO DE MAGNESIO DE ALTA SUPERFICIE Y SU USO.
Método para la obtención de óxido de magnesio de alta superficie para adsorción de CO2 óxido de magnesio de alta superficie y su uso.
El óxido de magnesio de alta superficie se prepara partir de un óxido de magnesio por hidratación y posterior tratamiento térmico del hidróxido resultante. La invención es de aplicación en todos los procesos industriales donde se desarrollen combustiones, como en el sector energético, así como en otros procesos industriales donde se lleven a cabo reacciones químicas en las que se genera CO2, (procesos de reformado húmedo o seco, reacción de desplazamiento del gas de agua, oxicombustiones, etc.). En todos estos procesos se generan gases ricos en CO2 que puede ser recuperado mediante un proceso de adsorción en lecho fijo con el material objeto de la invención para su posterior concentración
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201100036.
Solicitante: UNIVERSIDAD DE OVIEDO.
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: ASTURIAS.
Inventor/es: VEGA GRANDA,AURELIO, ORDOÑEZ GARCIA,SALVADOR, DIAZ FERNANDEZ,EVA, LEON GARCIA,MARTA.
Fecha de Solicitud: 10 de Enero de 2011.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 30 de Septiembre de 2011.
Clasificación PCT:
- 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.
- B01J20/04 B01 […] › B01J PROCEDIMIENTOS QUÍMICOS O FÍSICOS, p. ej. CATÁLISIS O QUÍMICA DE LOS COLOIDES; APARATOS ADECUADOS. › B01J 20/00 Composiciones absorbentes o adsorbentes sólidas o composiciones que facilitan la filtración; Absorbentes o adsorbentes para cromatografía; Procedimientos para su preparación, regeneración o reactivación. › conteniendo compuestos de metales alcalinos, de metales alcalinotérreos o de magnesio.
- C01F5/02 QUIMICA; METALURGIA. › C01 QUIMICA INORGANICA. › C01F COMPUESTOS DE BERILIO, MAGNESIO, ALUMINIO, CALCIO, ESTRONCIO, BARIO, RADIO, TORIO O COMPUESTOS DE LOS METALES DE LAS TIERRAS RARAS (hidruros metálicos C01B 6/00; sales de oxácidos de halógenos C01B 11/00; peróxidos, sales de los perácidos C01B 15/00; sulfuros o polisulfuros de magnesio, calcio, estroncio o bario C01B 17/42; tiosulfatos, ditionitos, politionatos C01B 17/64; compuestos que contienen selenio o teluro C01B 19/00; compuestos binarios del nitrógeno con metales C01B 21/06; azidas C01B 21/08; amidas metálicas C01B 21/092; nitritos C01B 21/50; fosfuros C01B 25/08; sales de los oxácidos del fósforo C01B 25/16; carburos C01B 32/90; compuestos que contienen silicio C01B 33/00; compuestos que contienen boro C01B 35/00; compuestos que tienen propiedades de tamices moleculares pero que no tienen propiedades de cambiadores de base C01B 37/00; compuestos que tienen propiedades de tamices moleculares y de cambiadores de base, p. ej. zeolitas cristalinas, C01B 39/00; cianuros C01C 3/08; sales del ácido ciánico C01C 3/14; sales de cianamida C01C 3/16; tiocianatos C01C 3/20; procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la preparación de elementos o de compuestos inorgánicos excepto anhídrido carbónico C12P 3/00; obtención a partir de mezclas, p. ej. a partir de minerales, de compuestos metálicos que son los compuestos intermedios de un proceso metalúrgico para la obtención de un metal libre C22B; producción de elementos no metálicos o de compuestos inorgánicos por electrólisis o electroforesis C25B). › C01F 5/00 Compuestos de magnesio. › Magnesia.
PDF original: ES-2354671_A1.pdf
Fragmento de la descripción:
Método para la obtención de óxido de magnesio de alta superficie para adsorción de CO2, óxido de magnesio de alta superficie y su uso.
La presente invención está referida a un método de obtención de un material económico y de sencilla preparación para su aplicación a la adsorción de CO2, a dicho material, y a los usos de ese material. Dicho material consiste en un óxido de magnesio de alta superficie preparado a partir de un óxido de magnesio por hidratación y posterior tratamiento térmico del hidróxido resultante.
La invención es de aplicación en todos los procesos industriales donde se desarrollen combustiones, como en el sector energético, así como en otros procesos industriales donde se lleven a cabo reacciones químicas en las que se genera CO2 (procesos de reformado húmedo o seco, reacción de desplazamiento del gas de agua, oxicombustiones, etc.). En todos estos procesos se generan gases ricos en CO2 que puede ser recuperado mediante un proceso de adsorción en lecho fijo con el material objeto de la invención para su posterior concentración.
Estado de la técnica
En la actualidad existe una creciente preocupación por la implicación que el aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) de origen antropogénico, especialmente de CO2, puede estar teniendo sobre el calentamiento global del planeta. A pesar de que la mayoría de los gases de efecto invernadero tienen un origen natural, su concentración en la atmósfera se ha incrementado significativamente en los últimos 250 años, debido a la acción del hombre. En las tres últimas décadas, las emisiones totales de GEI han aumentado a un ritmo medio de 1.6% anual. El principal contribuyente a la intensificación del efecto invernadero desde el punto de vista de la actividad humana es el CO2. Su concentración en la atmósfera se ha incrementado más de un 30% desde la industrialización, y sus emisiones, debido a la utilización de combustibles fósiles, se han incrementado a un ritmo medio de 1,9% anual en los últimos 30 años [IPCC, en Climate Change 2007: Mitigación of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, 2007].
Además de en los procesos de combustión, la recuperación del dióxido de carbono también es esencial en diferentes procesos de purificación de gases, tales como la producción y purificación de hidrógeno o del gas natural. Por este motivo, se han propuesto una gran variedad de opciones tecnológicas para la reducción neta de las emisiones de CO2, o para la reducción de su concentración en la atmósfera, entre las que destacan la mejora de la eficacia energética, el uso de energías renovables o nuclear, la intensificación de los sumideros naturales biológicos y la captura y almacenamiento de CO2. Esta última incluye la captura o separación del CO2 de las emisiones gaseosas procedentes -principalmente- de grandes fuentes estacionarias, la compresión y transporte de la corriente de CO2 concentrada obtenida, y finalmente su almacenamiento a largo plazo en un lugar seguro. Entre las tecnologías de captura de CO2 disponibles para limitar las emisiones en los procesos de combustión se encuentran la captura postcombustión, que se refiere a la separación del CO2 a partir de los gases de combustión procedentes principalmente de la utilización de combustibles fósiles, la captura precombustión, que conlleva la separación del CO2 de una corriente de CO2 y H2, y la oxicombustión, que consiste en la quema de combustibles en oxígeno en lugar de aire para evitar la dilución con N2.
Los sistemas de captura de CO2 pueden utilizar las tecnologías disponibles para la separación de gases, tales como absorción, adsorción, separación con membranas o destilación criogénica. La adsorción con sólidos destaca sobre el resto por su simplicidad y su eficiencia energética. Sin embargo, la aplicación de esta tecnología a sistemas de captura postcombustión requiere el desarrollo de adsorbentes específicos para CO2. Éstos deben reunir una serie de características, a saber: alta selectividad y capacidad de adsorción de CO2 a temperatura elevada, cinética de adsorción/desorción para el CO2 adecuada bajo las condiciones de operación, capacidad de adsorción estable para el CO2 después de repetidos ciclos de adsorción/desorción, así como propiedades mecánicas adecuadas por parte de las partículas del adsorbente para resistir las tensiones experimentadas como consecuencia de la exposición cíclica a corrientes de distinta presión o temperatura [Yong et al., Industrial and Engineering Chemistry Research, 40,204-209 (2001)].
Adsorbentes como zeolitas, carbones activos, sílice o geles de alúmina se emplean comercialmente para la separación de CO2 de mezclas de gases o la eliminación de trazas de CO2 de gases contaminados. La adsorción selectiva del CO2 por parte de estos materiales en mezclas que contienen otros gases, tales como CO, CH4, N2, O2 o H2, tiene su origen en atracciones de tipo físico, tales como fuerzas de Van der Waals entre la molécula de CO2 y la superficie del adsorbente, así como interacciones dipolo-dipolo y dipolo-ion entre el momento cuadrupolar permanente de la molécula de CO2 y los centros polares e iónicos de la superficie del adsorbente. La reversibilidad del proceso de adsorción, imprescindible para la regeneración de los materiales, se ve favorecida por las bajas o medias entalpías de adsorción de estos adsorbentes. Por otro lado, la cinética de adsorción de del CO2 en los adsorbentes es generalmente rápida. Ambos factores permiten llevar a la práctica procesos de separación de CO2 mediante PSA (Pressure Swing Adsorption), VSA (Vacuum Swing Adsorption), TSA (Thermal Swing Adsorption) o combinaciones de los mismos.
Sin embargo, los adsorbentes actuales presentan dos importantes limitaciones operacionales. En primer lugar, la capacidad de adsorción en el equilibrio disminuye drásticamente a temperaturas altas (>200ºC) [Lee et al., Journal of Colloid and Interface Science, 308, 30-39 (2007)]. Por otro lado, los adsorbentes polares como zeolitas, gel de sílice y alúmina, presentan una mayor afinidad por las moléculas de agua que por las de CO2, debido al mayor momento dipolar de la molécula de H2O. Por tanto, la presencia de incluso pequeñas cantidades de agua en la fase gas reduce drásticamente la capacidad de adsorción de CO2. Este efecto es menos acusado en el caso de los carbones activos, relativamente no polares, pero aún limita la rentabilidad del proceso. Además, los gases de salida de procesos de combustión se encuentran típicamente a temperaturas superiores a los 200ºC, a presión atmosférica, y saturados de humedad. Dado que económicamente es deseable la captura del CO2 sin etapas previas de enfriamiento, secado y compresión, estos materiales no son adecuados para tal fin [Lee et al., Journal of Colloid and Interface Science, 308, 30-39 (2007)].
Más recientemente se han desarrollado una serie de materiales cuya interacción con el CO2 es de tipo químico (más fuerte) pero con capacidades de retención considerables y alta selectividad para el CO2 respecto a otros gases, incluido el vapor de agua, capaces de operar a temperaturas de hasta 550ºC. Estos materiales pueden encuadrarse dentro de dos categorías, en función de que la reacción del CO2 con el material tenga lugar en la totalidad del mismo o en la superficie. Dentro del primer grupo cabe destacar el óxido de calcio [J.P. Pat. No. 7088362 (A); C.N. Pat. No. 101310853 (A); E.P. Pat. No. 0922482 (A1); Kuramoto et al., Industrial and Engineering Chemistry Research, 42, 975-981 (2003); Abanades y Álvarez, Energy & Fuel, 17, 308-315 (2003); Wu et al., Industrial and Engineering Chemistry Research 46, 7896-7899 (2007); Oliveira et al., Separation and Purification Technology 62, 137-147 (2008)] y el zirconato de litio [Jun-Ichi y Lin, Environmental Science & Technology 37, 1999-2004 (2003)]. Entre los materiales en los que la retención del CO2 tiene lugar sobre centros activos superficiales se encuentran alúminas dopadas con óxido de sodio [U.S. Pat. No 6,322,612], óxidos mixtos derivados de hidrotalcitas [Ding y... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Método para la obtención de un óxido de magnesio de alta superficie y eficaz para la adsorción de CO2 que comprende las siguientes etapas:
2. Óxido de magnesio de alta superficie, obtenido según la reivindicación 1, caracterizado por poseer una alta superficie específica mayor de 200 m2/g.
3. Óxido de magnesio de alta superficie, obtenido según la reivindicación 2, caracterizado porque su capacidad de adsorción de CO2 en una mezcla de gases es superior a 0.1 mmol/g en un intervalo de temperaturas entre 50 y 400ºC.
4. Óxido de magnesio de alta superficie, obtenido según la reivindicación 2, caracterizado porque tras una adsorción de CO2 en una mezcla de gases, se regenera a partir de 450ºC.
5. Uso del óxido de magnesio de alta superficie de las reivindicaciones 2, 3 ó 4 en procesos de captura selectiva de CO2 en corrientes gaseosas que contienen CO2.
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