PROCEDIMIENTO DE CAPTURA DE CO2.

Procedimiento de captura de CO2.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la captura de CO2,

en un intercambiador tubular con soportes de alúmina impregnada con aminoalcoholes en condiciones de TSA, de PSA y arrastre de vapor combinadas y posterior reacondicionamiento del sorbente.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201130296.

Solicitante: ENDESA, S. A.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: PARDOS GOTOR,José Manuel, NOTARO,Maurizio, SAVOLDELLI,Paolo.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B01D53/14 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). › por absorción.
  • B01D53/62 B01D 53/00 […] › Oxidos de carbono.
  • B01D53/82 B01D 53/00 […] › con reactivos en estado estacionario.
  • B01J20/08 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 óxido o hidróxido de aluminio; conteniendo bauxita.
  • B01J20/22 B01J 20/00 […] › conteniendo una sustancia orgánica.
  • F28D7/10 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F28 INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL.F28D INTERCAMBIADORES DE CALOR, NO PREVISTOS EN NINGUNA OTRA SUBCLASE, EN LOS QUE LOS MEDIOS QUE INTERCAMBIAN CALOR NO ENTRAN EN CONTACTO DIRECTO (materiales de transferencia de calor, de intercambio de calor o de almacenamiento de calor C09K 5/00; calentadores de fluidos que tienen medios para producir y transferir calor F24H; hornos F27; partes constitutivas de los aparatos intercambiadores de calor de aplicación general F28F ); APARATOS O PLANTAS DE ACUMULACION DE CALOR EN GENERAL. › F28D 7/00 Aparatos cambiadores de calor que tienen conjuntos fijos de canalizaciones tubulares para los dos medios que intercambian calor, estando cada uno de los medios en contacto con un lado de la pared de la canalización. › estando las canalizaciones colocadas una dentro de la otra, p. ej. concéntricamente.
  • F28F1/10 F28 […] › F28F PARTES CONSTITUTIVAS DE APLICACION GENERAL DE LOS APARATOS INTERCAMBIADORES O DE TRANSFERENCIA DE CALOR (materiales de transferencia de calor, de intercambio de calor o de almacenamiento de calor C09K 5/00; purgadores de agua o aire, ventilación F16). › F28F 1/00 Elementos tubulares; Conjuntos de elementos tubulares (especialmente adaptados para el movimiento F28F 5/00). › Elementos tubulares o sus conjuntos con medios para aumentar la superficie de transferencia de calor, p. ej. con aletas, con salientes, con ahuecamientos (elementos rameados u ondulados F28F 1/06, F28F 1/08).

PDF original: ES-2387791_A1.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento de captura de CO2..

La presente invención se refiere a un procedimiento para la captura de CO2, en un circuito de tratamiento de gases en reactores de lecho fijo con soportes de alúmina impregnada con aminoalcoholes, en condiciones de TSA, de PSA y arrastre de vapor combinadas.

ESTADO DE LA TECNICA ANTERIOR

Actualmente, todas las plantas de captura de CO2 post-combustión utilizan procedimientos basados en la absorción química con un disolvente acuoso de alcanolamina, monoetanolamina (MEA) y dietanolamina (DEA) son los disolventes más frecuentes. Sin embargo, tienen numerosos inconvenientes para tratar las corrientes gaseosas, entre los que se incluyen la gran cantidad de calor requerido para regenerar el disolvente y los problemas de funcionamiento producidos por la corrosión y la degradación química, que dan como resultado elevados costes de capital y funcionamiento. En total, un 75–80% del coste de captura y secuestro del 90% del CO2 procedente de una planta de producción de energía eléctrica es atribuible a la etapa de captura y compresión. Resulta por tanto crucial el desarrollo de unos medios de captura del CO2 a bajo coste para secuestrar emisiones de CO2 a escala industrial.

Se considera que la absorción química en sorbentes sólidos regenerables es una de las tecnologías más prometedoras para capturar el CO2 procedente de corrientes gaseosas, debido a que permitiría una reducción del consumo de energía, se podrían disminuir la capacidad calorífica y la temperatura de regeneración del sorbente sólido.

Recientemente, se ha descrito acerca de sorbentes regenerables basados en sustratos para la captura de CO2 postcombustión en corrientes gaseosas procedentes de plantas de energía eléctrica alimentadas con combustibles fósiles. Se han empleado varios procedimientos diferentes para sintetizar quimiosorbentes sólidos para la captura de CO2 [WO2009/061470]. También se describe el uso de aminas o poliaminas injertadas sobre un soporte sólido nanodimensionado para mejorar algunas características de los sorbentes gaseosos en la fase sólida. Por ejemplo, un procedimiento para crear quimiosorbentes de CO2 se basa en la inserción de grupos amina en soportes de sílice mesoporosa nanoestructurada [US 5087597].

Se ha propuesto también una hipótesis adicional, denominada “envoltura molecular” (o en inglés “molecular basket”) en la que se emplean sílices mesoporosas nanoestructuradas, donde se utiliza como material de soporte nanosílice porosa, con un gran volumen de poro con el fin de obtener una elevada capacidad de adsorción mientras que para aumentar la selectividad y afinidad del adsorbente por el CO2, se introducen en los poros las poliaminas, las cuales presentan una gran afinidad por el CO2 [US 7795175].

Otros materiales empleados recientemente para atrapar dióxido de carbono son los materiales reticulares metalorgánico (MOF) . Los MOF son estructuras nanocristalinas compuestas por componentes orgánicos e inorgánicos dispuestos en una estructura de red cristalina. Estas estructuras se construyen utilizando un núcleo o eje metálico iónico, al cual se unen ligandos orgánicos. Las longitudes de los ligandos orgánicos definen el volumen de los huecos, el diámetro de los poros de la red cristalina, y la geometría del hueco. La capacidad de adsorción física y la selectividad del MOF dependen de estos parámetros. Los esqueletos organometálicos son más adecuados para la adsorción por oscilación de presión (PSA) con una presión de carga (15/40 bar, 1500/4000 kPa) y desorción a presión atmosférica. Se han preparado también MOF con funcionalidades amina no coordinadas en el interior de los poros en un esfuerzo por mejorar los rendimientos en la aplicación del procedimiento de quimiosorción y la adsorción por oscilación de temperatura (TSA) .

Todos los materiales anteriormente mencionados requieren síntesis complejas, y su producción a escala industrial resulta cara. Considerando que la aplicación para la captura de CO2 en una planta de energía eléctrica necesita grandes cantidades de materiales, serían necesarias metodologías de preparación baratas y simples para preparar sorbentes sólidos.

Independientemente de la tipología de los materiales empleados, un aspecto crítico se refiere a la definición de un procedimiento adecuado para la captura del CO2 post-combustión mediante sorbentes sólidos en una planta de energía eléctrica. Para una eficaz recuperación del CO2 ha de emplearse una gran cantidad de sorbente sólido en un procedimiento que proporcione una caída de presión baja y una fácil regeneración del sorbente, debido a una elevada concentración de CO2 y del caudal de las corrientes gaseosas de la planta de energía eléctrica.

La tipología del procedimiento de captura del CO2 con sorbente sólido depende del tamaño de partículas del material empleado. En el caso de emplear sorbentes en forma de polvo se genera una caída de presión elevada lo que hace que se necesite un lecho fluidizado, en este caso, el procedimiento empleado normalmente es un equipo lavador de gases, de lecho fluidizado en circulación, con una parte del sorbente transportado por el mismo flujo de gas en un dispositivo separado donde el sorbente se regenera calentándolo y a continuación se enfría y se vuelve a recircular en el absorbedor.

Por otro lado, cuando se usa un sorbente en forma de gránulos se genera una caída de presión menor y en este caso se emplearía un procedimiento de lecho fijo. Sin embargo, con el fin de llevar a cabo la etapa de regeneración, se suele emplear un lecho móvil para el uso de gránulos, donde el sorbente se recircula continuamente entre el absorbedor y el desorbedor para proporcionar un suministro continuo de material regenerado.

Ambas soluciones de procedimiento, tanto de lecho fluidizado como lecho móvil, tienen inconvenientes respecto a un lecho fijo: el lecho fluidizado y el móvil presentan una menor eficacia de captura que el lecho fijo y producen una pérdida de masa de sorbente por rozamiento y/o abrasión. Además, la difusión hacia el exterior desde la porosidad del sólido del CO2 liberado, desde el sorbente durante la regeneración podría no producirse espontáneamente únicamente por aumento de la temperatura y habrían de aplicarse también a continuación arrastre de vapor y/o despresurización a vacío. La necesidad de arrastre de gas y/o empleo de vacío hacen más difícil trabajar con procedimientos basados en un lecho fluido o en movimiento.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

La presente invención proporciona procedimiento para la captura de CO2 que comprende un circuito de tratamiento de corrientes gaseosas, empleando para ello reactores de lecho fijo en unas condiciones de TSA (absorción con oscilación de la temperatura) , PSA (absorción con oscilación de la presión) y arrastre de vapor combinadas.

Un aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento de captura de CO2 en un circuito de tratamiento de una corriente gaseosa, en al menos dos reactores de lecho fijo (a partir de ahora procedimiento de la invención) , que comprende las etapas:

a) absorción del CO2 procedente de la corriente gaseosa, a una temperatura de entre 20 y 60ºC (condiciones TSA) . Los reactores de lecho fijo poseen un sorbente en el cual se va a absorber el CO2. Esta etapa de absorción del CO2 es una quimio-absorción exotérmica, por lo que los reactores pueden enfriarse para conseguir una captura del CO2 más eficaz y alargar el tiempo de absorción,

b) desorción del CO2 a una temperatura de entre 60 y 120ºC, una presión de entre 0, 08 y 0, 8 atm y un caudal de arrastre de vapor de entre 5 y 25% en volumen de la desorbida CO2 (combinación de condiciones TSA, PSA y arrastre de gas) . En esta etapa se produce la regeneración del sorbente cuando se alcanza la capacidad de saturación del CO2, y

c) reacondicionamiento del sorbente a una temperatura de entre 20 y 60ºC.

El procedimiento de la invención es un proceso discontinuo basado en un circuito de tratamiento de gases, sin embargo, al estar los reactores de lecho fijo funcionando alternativamente como dispositivo de absorción o de desorción, controlando la relación entre el caudal y las condiciones de cada etapa del procedimiento, se pueden acoplar temporalmente los tiempos de absorción y de desorción de forma que sean similares, obteniéndose un proceso de captura continua de CO2. Esta... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de captura de CO2, en al menos dos reactores de lecho fijo, que comprende las etapas: a) absorción del CO2, procedente de una corriente gaseosa, a una temperatura de entre 20 y 60ºC, b) desorción del CO2 a una temperatura de entre 60 y 120ºC, una presión de entre 0, 08 y 0, 8 atm y un

caudal de arrastre de vapor de entre 5 y 25% en volumen respecto al caudal de CO2 desorbido. c) reacondicionamiento del sorbente a una temperatura de entre 20 y 60ºC.

2. Procedimiento según la reivindicación 1 que comprende tres reactores de lecho fijo.

3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, donde el lecho fijo de los reactores comprende un sorbente de alúmina pelletilizada impregnada con al menos un aminoalcohol.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, donde el aminoalcohol se selecciona de entre dietanolamina, monoetanolamina, diglicolamina, diisopropanolamina, metildietanolamina, trietanolamina o cualquiera de sus combinaciones

5. Procedimiento según la reivindicación 4, donde el aminoalcohol es dietanolamina.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, donde el contenido en aminoalcohol es de entre el 30 al 40% en peso respecto al total de sorbente.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde el control de temperatura y presión de las etapas (a) , (b) y (c) se realiza mediante intercambiadores de calor.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, donde el intercambiador de calor es de aluminio con geometría tubular.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde el intercambiador de calor esta caracterizado porque comprende:

- un tubo (1) para la circulación del fluido termal que comprende unas aletas radiales longitudinales (2) y una cavidad interna (4) por donde circula un fluido térmico,

- una pared que envuelve los extremos libres de las aletas radiales, comprendiendo la pared, una pared interna (6) , una pared externa (5) y una camisa aislante entre ambas (7)

estando configurado el tubo, las aletas y la pared interna de modo que entre ellos se localiza un sorbente sólido pelletizado (3) por el cual fluye el gas que contiene el CO2.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, donde el intercambiador de calor además comprende un termopar (8) .

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde la absorción de la etapa (a) se realiza a una temperatura de entre 35 y 45ºC.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, donde la desorción de la etapa (b) se realiza a una temperatura de entre 80 y 90ºC, una presión de entre 0, 1 y 0, 3 atm y un caudal de arrastre de vapor de entre 5 y 15% en volumen respecto al caudal de CO2 desorbido.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, donde la etapa (c) de reacondicionamiento se realiza a una temperatura de entre 35 a 45ºC.

14. Intercambiador de calor para la realización del procedimiento según cualquiera de las anteriores reivindicaciones caracterizado porque comprende:

- un tubo (1) para la circulación del fluido termal que comprende unas aletas radiales longitudinales (2) y una cavidad interna (4) por donde circula un fluido térmico,

- una pared que envuelve los extremos libres de las aletas radiales, comprendiendo la pared, una pared interna (6) , una pared externa (5) y una camisa aislante entre ambas (7)

estando configurado el tubo, las aletas y la pared interna de modo que entre ellos se localiza un sorbente sólido pelletizado (3) por el cual fluye el gas que contiene el CO2

15. Intercambiador de calor según la reivindicación 14 que además comprende un termopar (8) .

(a) (b)

FIG. 1

FIG. 2

FIG. 3

t -seg- FIG. 4


 

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