Un método para aumentar la capacidad de carbonatación de un absorbente,

que comprende un metal alcalinotérreo para reaccionar con el dióxido de carbono, en el que el óxido de metal alcalinotérreo se produce durante la calcinación del carbonato alcalinotérreo en la oxidación en lecho fluidizado de combustibles de combustión, para reacción con dióxido de carbono, caracterizado por el hecho de que el método comprende: (a) introducir un material calcinable en un lecho fluidizado; (b) calcinar el material calcinable para formar un óxido de metal alcalinotérreo y dióxido de carbono; (c) pretratar partículas del óxido de metal alcalinotérreo en un reactor de hidratación, para formar partículas de hidróxido de metal alcalinotérreo; (d) carbonatar el hidróxido de metal alcalinotérreo para producir carbonato de metal alcalinotérreo y agua; (e) calcinar el carbonato de metal alcalinotérreo para regenerar el óxido de metal alcalinotérreo y producir dióxido de carbono; (f) carbonatar el óxido de metal alcalinotérreo en un carbonatador a una temperatura de al menos 700 ºC, de manera que el óxido de metal alcalinotérreo captura el dióxido de carbono para producir un carbonato de metal alcalinotérreo; (g) re-introducir el carbonato de metal alcalinotérreo carbonatado en el lecho fluidizado; y (h) calcinar el carbonato de metal alcalinotérreo carbonatado para regenerar el óxido de metal alcalinotérreo; (i) y repetir las etapas (c) a (g) utilizando el producto de la etapa (h)

Campo de la invención

Esta invención se refiere a la reactivación de absorbentes de dióxido de carbono y óxidos de azufre usados en la combustión en lecho fluidizado de combustibles que contienen carbono y azufre. Más particularmente, la presente invención se refiere a aumentar la capacidad de captura de gas de estos absorbentes y, de esta manera, reducir el nivel de emisión de dióxido de carbono y óxidos de azufre a la atmósfera.

Antecedentes de la invención

El aumento en las emisiones de carbono y la mayor concentración de dióxido de carbono y óxidos de azufre en nuestra atmósfera ha forzado la consideración del control de la emisión de estos gases a partir de fuentes estacionarias, tales como combustores de combustible sólido. Una política ampliamente aceptada de “emisión cero” para dióxido de carbono y la necesidad de tecnologías de control de gases invernadero ha enfatizado la necesidad de separar el dióxido de carbono de los gases de combustión y, de esta manera, obtener una corriente purificada de dióxido de carbono.

Aunque la separación del dióxido de carbono de los gases de escape es una opción viable, el coste inherente es alto. Por consiguiente, está surgiendo una serie de enfoques para separar el dióxido de carbono por procedimientos más eficaces económicamente. Se están ensayando actualmente numerosos procedimientos de separación de dióxido de carbono para su utilización en centrales eléctricas basadas en combustibles fósiles.

Los procedimientos de absorción conocidos emplean disolventes físicos y químico, tales como selexol y rectisol, mientras que los sistemas de adsorción capturan dióxido de carbono sobre un lecho de materiales adsorbentes, tales como tamices moleculares o carbono activado. El dióxido de carbono puede separarse también de otros gases, cuando se considera fuera de las temperaturas criogénicas. Los polímeros, metales tales como paladio y tamices moleculares se están evaluando también para procedimientos de separación basados en membranas. Se ha propuesto una técnica para enlazar químicamente el dióxido de carbono que utiliza la carbonatación de cal y la calcinación reversible de la piedra caliza como un medio para capturar y separar el dióxido de carbono. La combustión en lecho fluidizado (FBC) de los combustibles carbonosos es una tecnología atractiva, en la que la retirada del dióxido de azufre puede conseguirse inyectando un absorbente basado en calcio en el combustor. Los materiales basados en cal son los absorbentes empleados más habitualmente. Sin embargo, la utilización del absorbente en el sistema FBC es bastante baja, típicamente menor del 45%. La baja utilización del absorbente da como resultado cantidades significativas de óxido de calcio sin reaccionar en las cenizas del horno. Esto supone un gasto, así como un riesgo de seguridad potencial, para desactivar el óxido de calcio restante antes de que las cenizas puedan desecharse con seguridad, por ejemplo en un vertedero de basuras.

La ceniza producida en un horno de FBC normalmente contiene 20-30% de óxido de calcio no reaccionado. La reactivación del absorbente por hidratación con cualquiera con agua o vapor, puede mejorar la utilización del absorbente. Durante la hidratación del absorbente parcialmente sulfatado, el agua o vapor permea por la capa de sulfato de calcio externa y reacciona con el óxido de calcio en el núcleo de las partículas de absorbente para formar hidróxido de calcio. Cuando las partículas de absorbente reactivadas se re-inyectan en el horno de FBC, el hidróxido de calcio formado de esta manera se descompone a óxido de calcio y se hace disponible para una sulfatación adicional.

Investigaciones recientes han indicado que las cenizas volantes tienen un comportamiento bastante diferente, en comparación con las cenizas del fondo del horno. Las cenizas volantes no mostraron reactivación mediante ningún tratamiento de hidratación. También, un tratamiento de hidratación drástico con vapor redujo realmente la capacidad de llevar dióxido de carbono de las cenizas volantes. Estos resultados sugieren que, aunque la hidratación es una medida eficaz para reactivar las cenizas del fondo del horno, su eficacia para reactivar las cenizas volantes es cuestionable.

Se usa típicamente piedra caliza como absorbente para la captura de dióxido de azufre y/o dióxido de carbono. Sin embargo, con múltiples ciclos de calcinación/carbonatación para reactivar el absorbente, debido a la pérdida de volumen de poros en el disolvente basado en cal, la eficacia de absorción de las partículas de absorbente disminuye rápidamente.

En principio, el volumen de poros creado durante las calcinaciones debería ser suficiente para permitir una recarbonatación más o menos completa del óxido de calcio. En la práctica, sin embargo, la recarbonatación ocurre preferentemente cerca del exterior de la partícula, de manera que la porosidad superficial se aproxima a cero después de múltiples ciclos, evitando que el dióxido de carbono alcance el óxido de calcio no reaccionado en el interior de la partícula. Para alcanzar el óxido de calcio en el interior de las partículas de absorbente, el dióxido de carbono debe difundirse a través de la capa carbonatada; el resultado es que la reacción entre el dióxido de carbono y las partículas de absorbente se ralentiza gradualmente. La sinterización en cada ciclo de calcinación es probablemente otro factor para reducir la reactivación del óxido de calcio después de múltiples ciclos de carbonatación y calcinación. Los procedimientos de la técnica anterior han intentado encontrar una solución a los problemas asociados con la regeneración del absorbente basado en cal en múltiples ciclos de carbonatación/calcinación.

Huege, en el documento US 5.792.440, desvela el tratamiento de los gases de escape que salen de un horno de cal para producir un precipitado de carbonato de calcio de alta pureza. Una fuente de óxido de calcio se hidrata para formar hidróxido de calcio, que se pone en contacto con dióxido de carbono para formar un precipitado de carbonato de calcio de alta pureza.

Rechmeier, en el documento US 4.185.080, desvela la combustión de combustibles que contienen azufre en presencia de carbonato de calcio o carbonato de calcio y magnesio, para formar sulfato de calcio o sulfato de calcio y magnesio. El óxido de calcio u óxido de calcio y magnesio se retira de las cenizas de combustión y se apaga con agua para formar los hidróxidos correspondientes, que se reciclan a la zona de combustión.

Shearer, en el documento US 4.312.280, desvela el aumento de la capacidad de sulfatación de los carbonatos de metal alcalinotérreo en forma de partículas para lavar el dióxido de carbono de los gases de escape producidos durante la combustión en lecho fluidizado de carbón. Los carbonatos alcalinotérreos parcialmente sulfatados recuperados se hidratan en un lecho fluidizado para agrietar el recubrimiento de sulfato, para facilitar la conversión del óxido alcalinotérreo al hidróxido. La deshidratación posterior del sulfato-hidróxido a una partícula de sulfato-óxido produce partículas que tienen un tamaño de poro mayor, aumento de la porosidad, disminución del tamaño de grano y una capacidad de sulfatación adicional.

Malden, en el documento US 4.900.533, desvela la producción de un óxido de metal alcalinotérreo calcinando carbonato de metal alcalinotérreo bruto. El óxido se apaga en agua para formar una suspensión del hidróxido de metal alcalinotérreo correspondiente, enfriando la suspensión y carbonatando el hidróxido en suspensión en agua con dióxido de carbono sustancialmente puro, en presencia de un reactivo blanqueante de ditionita para formar un precipitado de carbonato de metal alcalinotérreo. El precipitado se separa del medio acuoso por filtración.

Kuivalaine, en el documento US 6.290.921, desvela un método y aparato para unir los contaminantes en el gas de escape, que comprende introducir al menos uno de óxido de calcio, piedra caliza y dolomita en un horno de combustión para unir los contaminantes en el gas de escape en el horno. El agua se mezcla en una cantidad de hasta el 50% en peso de la ceniza recuperada, para hidratar al menos una parte del óxido de calcio en la ceniza para formar hidróxido de calcio. Rheims, en el documento US 6.537.425, desvela la adición de una suspensión de pasta de un medio que contiene óxido de calcio o hidróxido de calcio durante el procedimiento químico de carga con las fibras de carbonato de calcio contenidas en la suspensión... [Seguir leyendo]

1. Un método para aumentar la capacidad de carbonatación de un absorbente, que comprende un metal alcalinotérreo para reaccionar con el dióxido de carbono, en el que el óxido de metal alcalinotérreo se produce durante la calcinación del carbonato alcalinotérreo en la oxidación en lecho fluidizado de combustibles de combustión, para reacción con dióxido de carbono, caracterizado por el hecho de que el método comprende:

(a) introducir un material calcinable en un lecho fluidizado;

(b) calcinar el material calcinable para formar un óxido de metal alcalinotérreo y dióxido de carbono;

(c) pretratar partículas del óxido de metal alcalinotérreo en un reactor de hidratación, para formar partículas de hidróxido de metal alcalinotérreo;

(d) carbonatar el hidróxido de metal alcalinotérreo para producir carbonato de metal alcalinotérreo y agua;

(e) calcinar el carbonato de metal alcalinotérreo para regenerar el óxido de metal alcalinotérreo y producir dióxido de carbono;

(f) carbonatar el óxido de metal alcalinotérreo en un carbonatador a una temperatura de al menos 700 ºC, de manera que el óxido de metal alcalinotérreo captura el dióxido de carbono para producir un carbonato de metal alcalinotérreo;

(g) re-introducir el carbonato de metal alcalinotérreo carbonatado en el lecho fluidizado; y

(h) calcinar el carbonato de metal alcalinotérreo carbonatado para regenerar el óxido de metal alcalinotérreo;

(i) y repetir las etapas (c) a (g) utilizando el producto de la etapa (h).

2. El método como se ha definido en la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la etapa (c) se realiza usando agua líquida o vapor a una temperatura de al menos 50 ºC.

3. El método como se ha definido en la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la etapa (e) se realiza a una temperatura en el intervalo de 700 ºC a 1200 ºC.

4. El método como se ha definido en la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que la etapa (c) se realiza a presión atmosférica.

5. El método como se ha definido en la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que la etapa (c) se realiza a una presión mayor que la presión atmosférica.

6. El método como se ha definido en la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el carbonato de metal alcalinotérreo es piedra caliza.

7. El método como se ha definido en la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el óxido metal alcalinotérreo es cal.

8. El método como se ha definido en la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el lecho fluidizado para la combustión se selecciona entre un combustor de lecho fluidizado presurizado (PFBC/C) y un combustor de lecho fluidizado circulante (CFBC/C).

9. El método como se ha definido en la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el dióxido de carbono producido en las etapas (b) y (e) es dióxido de carbono puro.

10. El método como se ha definido en la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el absorbente agotado y el dióxido de carbono no capturado se retiran en la etapa (f).

11. El método como se ha definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por el hecho de que la etapa (b) se realiza en un primer calcinador, la etapa (e) se realiza en un segundo calcinador y la etapa (h) se realiza en el primer calcinador.