INSTALACIÓN Y PROCEDIMIENTO PARA RECUPERAR SUSTANCIAS GASEOSAS A PARTIR DE CORRIENTES GASEOSAS.

Instalación y procedimiento para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas.

Permite recuperar CO2 de gases de combustión con gran ahorro en costes respecto emplear absorción química, sin producir substancias nocivas medioambientalmente. La instalación comprende: a) un primer reactor (5), para recibir una primera corriente de entrada (6) gaseosa que comprende CO2, dicho primer reactor (5) contiene materiales de adsorción (7) para adsorber CO2 de la primera corriente de entrada (6), produciendo una primera corriente de salida (8) con una concentración de CO2 más baja que la de la primera corriente de entrada (6), y b) unos primeros medios de depresión (12) para provocar una depresión en el primer reactor (5) para desorber el CO2, produciendo una segunda corriente de salida (13) con una concentración en CO2 más alta que la primera corriente de entrada (6). La adsorción-desorción puede repetirse iterativamente en un segundo reactor (15) y sucesivos.

Instalación y procedimiento para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se puede incluir dentro del campo técnico del tratamiento de corrientes gaseosas, en particular, del tratamiento de gases de escape de combustión.

El objeto de la invención se refiere a una instalación y un procedimiento para recuperar sustancias, particularmente gases de efecto invernadero, fundamentalmente CO2, a partir de corrientes gaseosas, enriqueciendo dichas corrientes gaseosas en la sustancia recuperada.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En los próximos años, en base al cumplimiento de normativa UE y del acuerdo de Kioto, va a ser necesario disminuir la emisión de gases de efecto invernadero. El más importante de dichos gases de efecto invernadero es el dióxido de carbono (CO2) . Una de las vías para llevar a cabo reducciones en las emisiones de dichos gases trata de emplear medios de separación de los componentes atmosféricos en corrientes gaseosas con el objetivo de capturar los gases de efecto invernadero.

Hasta ahora, los métodos utilizados se centraban en emplear procesos de absorción química del dióxido de carbono. Dichos procedimientos comprenden la elaboración de productos químicos intermedios que resultan nocivos para el medio ambiente, lo cual implica unos costes elevados en seguridad para evitar el desprendimiento hacia la atmósfera de dichos productos nocivos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención describe una instalación y un procedimiento para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas, dicho procedimiento basado en ciclos de adsorción-desorción de dichas sustancias.

La invención es aplicable a multitud de sustancias gaseosas, si bien se prefieren las sustancias que están dentro del grupo de gases de efecto invernadero, principalmente dióxido de carbono, aunque la invención también es viable para recuperar otras substancias de efecto invernadero, tales como nitrógeno, gases nitrogenados y gases de fósforo y/o azufre.

El procedimiento de la invención está basado en un ciclo de adsorción-desorción que comprende la adsorción de las sustancias, empleando reactores con materiales adecuados, en adelante materiales de adsorción, y la posterior desorción de dichas substancias desde los mencionados materiales de adsorción.

Un ciclo de adsorción-desorción da como resultado, a partir de una primera corriente de entrada, dos corrientes de salida: una primera corriente de salida con una concentración de sustancias de efecto invernadero menor que la de la primera corriente de entrada, y una segunda corriente de salida, con una concentración de sustancias de efecto invernadero mayor que la de la primera corriente de entrada.

En función de los parámetros concretos del procedimiento y de las exigencias de la normativa que sea necesario cumplir en cada momento, el procedimiento puede ser iterativo, repitiéndose el ciclo adsorción-desorción en varias etapas, de manera que la segunda corriente de salida de la primera etapa constituye una segunda corriente de entrada de la segunda etapa y así sucesivamente.

Para el caso de que la sustancia se seleccione entre los gases de efecto invernadero, la corriente de entrada a la primera etapa puede provenir de cualquier corriente que comprenda gas de efecto invernadero, preferentemente de al menos una corriente de gases de escape de combustión, en adelante referida como corriente de escape, por ejemplo, de centrales térmicas de combustión de combustibles fósiles, centrales de combustión de biomasa, etc.

Dicha corriente de entrada es dirigida, para efectuar una fase de adsorción, hacia un primer reactor que contiene materiales de adsorción adaptados para atrapar por adsorción al menos una de las sustancias de la corriente de entrada. Por ejemplo, según es conocido en el estado de la técnica, si la sustancia de efecto invernadero es dióxido de carbono, materiales de adsorción adecuados pueden comprender carbono activo y/o zeolitas 13X. De igual modo, en la literatura se pueden encontrar materiales de adsorción adecuados para otras sustancias.

En función de las características, conocidas en el estado de la técnica, de los materiales de adsorción, así como de los parámetros del procedimiento, la corriente de escape puede requerir de un acondicionamiento previo en presión y temperatura antes de ser empleada como corriente de entrada, tal como se explicará más adelante.

En el primer reactor, los materiales de adsorción retienen por adsorción la sustancia de efecto invernadero considerada, de modo que se obtiene una primera corriente de salida cuya concentración en la sustancia, controlada a través El acceso de corriente de entrada hacia el primer reactor se mantiene mientras la concentración de sustancias de efecto invernadero medida por el primer medidor cumple unos requisitos predeterminados, por ejemplo, dicha concentración está por debajo de un primer valor umbral predeterminado o dicha concentración no es creciente. Cuando los requisitos no se cumplen, se interrumpen el acceso de la corriente de entrada hacia el primer reactor, y la salida de la primera corriente de salida desde dicho primer reactor, puesto que los materiales de adsorción están saturados y ya no pueden retener más cantidad de sustancia.

Se desea destacar que los materiales de adsorción no son estrictamente específicos para una única sustancia determinada, sino que normalmente tienen capacidad para efectuar desorción de más de una substancia en proporciones diferentes.

Después de la fase de absorción se produce una fase de desorción. Con el primer reactor aislado (cerradas la corriente de entrada y la primera corriente de salida) , se efectúa una depresión en dicho primer reactor, empleando medios de depresión, para que las sustancias adsorbidas en los materiales de adsorción se desorban y abandonen el primer reactor por efecto de la depresión, en forma de una segunda corriente de salida que presenta una concentración en la sustancia superior a la de la primera corriente de entrada y la primera corriente de salida. La depresión puede ir acompañada de un calentamiento, para facilitar la desorción de las sustancias.

En función de la naturaleza de la corriente de entrada y de las sustancias que se desean adsorber-desorber, la primera corriente de salida puede ser desechada o bien puede ser vendida a otras empresas. Por ejemplo, en el caso de recuperación de CO2 a partir de corrientes de escape, la primera corriente de salida es muy rica en nitrógeno gaseoso, lo cual constituye un subproducto aprovechable como materia prima por empresas de fertilizantes.

Tal como se ha avanzado anteriormente, la corriente de escape puede requerir de ser sometida a un acondicionamiento en presión y temperatura, previamente al acceso al primer reactor como primera corriente de entrada, para adaptar las condiciones de la primera corriente de entrada a las características de funcionamiento del reactor y de los materiales de adsorción. En particular, la corriente de escape se puede someter a un abatimiento térmico para reducir la temperatura de la corriente de escape proveniente de combustión.

En su caso, la corriente de escape abatida se puede someter a una compresión, con enfriamientos posterior o intermedio, hasta una presión adecuada al funcionamiento del reactor, por ejemplo del orden de 2 a 3.5 atmósferas, tal como es conocido en el estado de la técnica. La energía térmica recuperada en el abatimiento y en los enfriamientos de la compresión se emplea preferentemente (al menos en parte) para el calentamiento necesario en la fase de desorción, con lo cual se obtiene un aprovechamiento energético más eficiente.

Los parámetros básicos del procedimiento son los siguientes:

- la naturaleza y la concentración de la sustancia o sustancias que se desean desorber presentes en la primera corriente;

- el porcentaje mínimo en peso que se requiere retirar de cada sustancia, respecto del porcentaje de dicha sustancia contenido en la primera corriente; y

-la concentración mínima en cada sustancia adsorbida-desorbida requerida para la segunda corriente de salida.

En función de dichos parámetros básicos, se seleccionan los materiales de adsorción más adecuados y se determina el resto de los parámetros del procedimiento, por ejemplo, dimensionamiento del reactor, duración de las fases, presiones, depresiones, temperaturas, etc. Uno de dichos parámetros es el denominado número de etapas del procedimiento,

o lo que es equivalente, el número de ciclos de adsorción-desorción a que es sometida consecutivamente la corriente...

1. Instalación para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas, caracterizada porque comprende:

- un primer reactor (5) , dotado de un primer conducto de entrada para transportar hacia el primer reactor (5) una primera corriente de entrada (6) gaseosa que comprende al menos una sustancia que se desea recuperar, dicho primer reactor (5) contiene materiales de adsorción (7) para adsorber, de la primera corriente de entrada (6) , la sustancia que se desea recuperar, así como el primer reactor (5) está dotado de un primer conducto de salida para extraer de dicho primer reactor (5) una primera corriente de salida (8) con una concentración de la sustancia que se desea recuperar más baja que la de la primera corriente de entrada (6) , como consecuencia de la adsorción, y

- unos primeros medios de depresión (12) para provocar una depresión en el primer reactor (5) para desorber la sustancia que se desea recuperar, donde el primer reactor está dotado de un segundo conducto de salida para extraer de dichos primeros medios de depresión una segunda corriente de salida (13) que posee una concentración en la sustancia que se desea recuperar más alta que la de la primera corriente de entrada (6) , consecuencia de la desorción.

2. Instalación para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende adicionalmente:

-un primer medidor (9) para medir la concentración de la sustancia que se desea recuperar en la primera corriente de salida (8) , y

- una unidad de control (10) conectada al primer medidor (9) , para determinar la interrupción del acceso de la primera corriente de entrada (6) al primer reactor (5) y de la salida de la primera corriente de salida (8) de dicho primer reactor (5) , cuando los valores medidos por el primer medidor (9) no satisfacen unos criterios preestablecidos.

3. Instalación para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende adicionalmente:

- al menos un segundo reactor (15) , dotado de un segundo conducto de entrada para transportar hacia dicho segundo reactor (5) la segunda corriente de salida (13) del primer reactor (15) como segunda corriente de entrada (14) , dicho segundo reactor (15) contiene materiales de adsorción (7) adaptados para adsorber, de la segunda corriente de entrada (14) , la sustancia que se desea recuperar, así como el segundo reactor (15) está dotado de un tercer conducto de salida para extraer de dicho segundo reactor (5) una tercera corriente de salida (16) con una concentración de la sustancia que se desea recuperar más baja que la de la segunda corriente de entrada (14) , como consecuencia de la adsorción, y

- al menos unos segundos medios de depresión (18) para provocar una depresión en el segundo reactor (15) para desorber la sustancia que se desea recuperar, así como el segundo reactor (15) incorpora un cuarto conducto de salida, para extraer de dicho segundo reactor (15) , a través de los segundos medios de depresión (18) , una cuarta corriente de salida (20) que posee una concentración en la sustancia que se desea recuperar más alta que la de la segunda corriente de entrada (14) , como consecuencia de la desorción.

4. Instalación para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende adicionalmente un tanque pulmón (21) para recibir la segunda corriente de salida (13) y proporcionar una corriente final de salida (22) en condiciones controladas de presión y caudal.

5. Instalación para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende adicionalmente unos medios de acondicionamiento (2, 3, 4) para adaptar la temperatura y la presión de la primera corriente de entrada (6) a las características de funcionamiento del primer reactor (5) y de los materiales de adsorción.

6. Procedimiento para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas, empleando la instalación descrita en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, realizando una primera etapa de adsorción-desorción, caracterizado porque comprende los siguientes pasos:

- introducción de la primera corriente de entrada (6) en el primer reactor (5) , para producir una primera fase de adsorción a través de los materiales de adsorción (7) , resultando una primera corriente de salida (8) con concentración en la sustancia que se desea recuperar menor que la de la primera corriente de entrada (6) ;

-medición, a través del primer medidor (9) , de la concentración de las sustancias que se desean recuperar de la primera corriente de salida (8) ,

-comparación de las medidas del primer medidor (9) con unos criterios preestablecidos, a través de la unidad de control,

- interrupción del acceso de la primera corriente de entrada (6) al primer reactor (5) y de la salida de la primera

-con la primera corriente de salida (8) y la primera corriente de entrada (6) interrumpidas, aplicación de una depresión a través de los primeros medios de depresión (11) , en el primer reactor, para desorber la sustancia que se desea recuperar, generando la segunda corriente de salida (13) .

7. Procedimiento para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas, de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque comprende adicionalmente un paso de acondicionamiento, a través de los medios de acondicionamiento (2, 3, 4) , para acondicionar la temperatura y la presión de la primera corriente de entrada (6) a las condiciones de funcionamiento del primer reactor (5) .

8. Instalación para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque la sustancia que se desea recuperar es un gas de efecto invernadero.

9. Instalación para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada porque el gas de efecto invernadero se selecciona entre dióxido de carbono, nitrógeno, gases nitrogenados y gases de fósforo y / o azufre.

10. Instalación para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizada porque la sustancia que se desea recuperar es dióxido de carbono.

11. Instalación para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizada porque la primera corriente de entrada (6) proviene de una corriente de escape (1) de combustión.

12. Procedimiento para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas, de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque comprende adicionalmente:

- introducción de la segunda corriente de salida (13) del primer reactor (5) en el segundo reactor (15) como segunda corriente de entrada, para producir una fase de adsorción a través de los materiales de adsorción (7) , resultando una tercera corriente de salida (16) con concentración en la sustancia que se desea recuperar menor que la de la segunda corriente de entrada (14) ;

-medición, a través del segundo medidor (17) , de la concentración de las sustancias que se desean recuperar de la tercera corriente de salida (16) ,

- comparación de las medidas del segundo medidor (17) con unos criterios preestablecidos, a través de la unidad de control (10) ,

-interrupción del acceso de la segunda corriente de entrada (14) al segundo reactor (15) y de la salida de la tercera corriente de salida (16) de dicho segundo reactor (15) , cuando las medidas de los segundos medidores (17) no cumplen los criterios preestablecidos, y

- con la tercera corriente de salida (16) y la segunda corriente de entrada (14) interrumpidas, aplicación de una depresión a través de los segundos medios de depresión (18) , en el segundo reactor (15) , para desorber la sustancia que se desea recuperar, generando la cuarta corriente de salida (20) .

13. Procedimiento para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas, de acuerdo con la reivindicación 10, donde la segunda corriente de salida (13) , es dirigida hacia un tanque pulmón (21) para proporcionar a dicha segunda corriente de salida (13) un caudal y una presión estables controlados.

14. Procedimiento para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas, de acuerdo con la reivindicación 12, donde la cuarta corriente de salida (20) , es dirigida hacia un tanque pulmón (21) para proporcionar a dicha cuarta corriente de salida (20) un caudal y una presión estables controlados.