Reducción de las emisiones de gases de azufre resultantes del quemado de combustibles carbonosos.

Método para reducir la cantidad de gases de azufre liberados a la atmósfera tras la combustión de un combustible carbonoso que contiene azufre,

que comprende:

aplicar una composición de sorbente en polvo sobre el combustible carbonoso; y

realizar la combustión del combustible carbonoso con el sorbente en polvo aplicado,

en el que la composición de sorbente en polvo comprende

el 20-50% en peso de cemento Portland

el 20-40% en peso de óxido de calcio

el 15-25% en peso de un material dolomítico seleccionado del grupo que consiste en dolomita y dolomita calcinada, y

el 5-15% en peso de una arcilla de aluminosilicato.

Reducción de las emisiones de gases de azufre resultantes del quemado de combustibles carbonosos.

INTRODUCCIÓN

La presente invención se refiere a procedimientos y a composiciones para disminuir las emisiones de gases de azufre tras la combustión de materiales carbonosos. En particular, se añaden composiciones de sorbente líquidas y en polvo a carbón para capturar el azufre en la ceniza e impedir la liberación de óxidos de azufre a la atmósfera.

Se está volviendo más difícil identificar y desarrollar fuentes de energía rentables necesarias para el crecimiento económico sostenido y el bienestar nacional. Los costes crecientes de combustibles tales como petróleo, gas y propano han conducido a un examen extenso de otras fuentes de energía disponibles. Dos de las fuentes de energía más rentables son la energía nuclear y la energía derivada del carbón. Dadas las preocupaciones públicas con la energía nuclear y sus retos de desechos a largo plazo, se está poniendo más énfasis en la energía generada a partir de carbón.

Existen importantes fuentes de carbón en los Estados Unidos y otros lugares. Según algunas estimaciones, las reservas conocidas pueden satisfacer grandes partes de las necesidades de energía en los dos siglos siguientes. En los Estados Unidos, se encuentra carbón de bajo valor de BTU en la cuenca del río Powder de Wyoming/Montana, yacimientos de lignito en la región norcentral (Dakota del Norte y del Sur) , yacimientos sub-bituminosos del filón de East Pittsburgh en Pensilvania, Ohio y Virginia Occidental, y se encuentra hulla en la cuenca de Illinois. Excepto por los carbones de la cuenca del río Powder, los carbones de Estados Unidos tienden a caracterizarse por tener un alto contenido en azufre. Aunque puede enviarse carbón de bajo contenido en azufre a otras ubicaciones para proporcionar un combustible de quemado relativamente limpio, es más rentable para los servicios públicos quemar carbón producido localmente. En la mayoría de las partes del mundo esto significa quemar un carbón de mayor contenido en azufre para satisfacer las necesidades energéticas de la sociedad.

El quemado de carbón de alto contenido en azufre libera una cantidad significativa de gases que contienen azufre, lo que puede provocar lluvia ácida y otros efectos perjudiciales si se permite que se escapen de la instalación de quemado de carbón. Los servicios públicos y otros consumidores de carbón están esforzándose continuamente para reducir o eliminar la cantidad de azufre emitida por las centrales energéticas y las calderas alimentadas con carbón, con el fin de proteger el medio ambiente y la salud de sus trabajadores y clientes. Una estrategia eficaz implica actualizar instalaciones de quemado de carbón más antiguas con lavadores de gases por vía húmeda para la captura de azufre. Estas instalaciones son normalmente de gran tamaño y consumen hasta el 5% de la energía generada por la central. Aunque se usan ampliamente, su coste está volviéndose casi prohibitivamente caro, lo que conduce a subidas de las tarifas que debe abonar en última instancia el consumidor o contribuyente.

Una alternativa al lavado de gases por vía húmeda para la eliminación de azufre es la aplicación de materiales de sorción y estabilización de azufre al carbón. Se ha realizado una gran cantidad de trabajo en esta área debido a su facilidad de aplicación y eliminación de altos costes de inversión para el equipo tal como se necesita en operaciones de lavado de gases por vía húmeda. La aplicación de sorbente de azufre directamente al carbón tiene la ventaja de un largo tiempo de retención con los gases de horno, permitiendo así una mayor captura de azufre.

La patente estadounidense n.º 4, 824, 441 de Kindig comenta varios métodos que se han probado intentando mejorar la captura de azufre, Kelly, et al., concluyeron (first joint symposium on Dr y SO2 and simultaneous SO2/NOx Control Technologies (“Primer simposio conjunto sobre tecnologías de control de SO2/NOX simultáneo y SO2 seco”, documento EPA 600/9-85-020a, artículo n.º 14 de julio de 1985) que los sorbentes de azufre deben inyectarse aguas abajo para evitar altas temperaturas pico en la zona de combustión. También se sugirió que el tiempo de permanencia de los sorbentes a base de calcio debe maximizarse en la zona de 982-1232ºC (1800-2250ºF) del horno. El trabajo llevado a cabo por Dykema (patente estadounidense n.º 4, 807, 542) sugiere el uso de silicio para ayudar a maximizar la captura de azufre cuando se combina con CaO como agente de remediación. Steinberg en las patentes estadounidenses n.os 4, 602, 918 y 4, 555, 392 ha sugerido el uso de cemento Portland como sorbente para carbón. Además, la solicitud de patente alemana DE3015710A1 da a conocer un método para la unión de azufre de material combustible y la patente estadounidense 5, 126, 300 da a conocer materiales compuestos de arcilla para la eliminación de SOx de corrientes de gases de chimenea.

Tal como indican estas referencias, existe la necesidad de una remediación rentable de azufre, nitrógeno, mercurio y cloro que resultan de la combustión de carbón. Todavía son necesarias técnicas de eliminación más eficaces y menos costosas para desarrollar y utilizar eficazmente recursos de carbón de alto contenido en azufre.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

En diversas realizaciones, la invención proporciona un procedimiento para quemar carbón u otros combustibles carbonosos en el que el azufre y otros compuestos no deseados se capturan y retienen en una forma similar a cerámica no reactiva tras la fase de combustión. En diversas realizaciones, una variedad de sorbentes líquidos y en polvo se añaden al carbón antes de la combustión para eliminar azufre y otros elementos no deseados de los productos de combustión volátiles.

En diversas realizaciones, el procedimiento de la presente invención implica la captura de azufre en una matriz a base de cerámica y calcio utilizando polvos alcalinos de múltiples elementos y/o nitratos y nitritos a base de bromuro y calcio fuertemente oxidantes. Estos materiales de remediación cuando se aplican en un polvo complejo que contiene múltiples elementos dan como resultado una captura de azufre superior que la que conseguirían estos elementos de manera individual. En algunas realizaciones, los materiales contienen bentonitas y metacaolines, que ayudarán a elevar el punto de fusión de la ceniza, minimizando así la oxidación y disminuyendo la tenacidad de la ceniza, la adhesión y la formación de escoria.

Las composiciones de sorbente en polvo contienen materiales inorgánicos que proporcionan fuentes de silicio, aluminio, calcio, hierro y magnesio. En una realización, el sorbente en polvo contiene cemento Portland, óxido de calcio, una arcilla y un material dolomítico. Se ha encontrado que la adición del absorbente en polvo a carbón antes de la combustión atenúa o reduce la cantidad de gases de azufre producidos durante el quemado del carbón, o aumenta de manera equivalente la cantidad de azufre contenido en la ceniza tras la combustión. Por tanto, la invención proporciona un método para reducir la cantidad de gases de azufre liberados a la atmósfera según la reivindicación 1. Ventajosamente, el sorbente puede añadirse al carbón a niveles de hasta el seis % en peso, evitando grandes acumulaciones de cenizas durante la combustión.

En diversas realizaciones, se proporcionan sorbentes en polvo que reducen la cantidad de mercurio y/o cloro en el gas de combustión así como la cantidad de azufre. Sorbentes en polvo preferidos para la atenuación o reducción de mercurio contienen además de los metales indicados anteriormente, un componente que comprende un compuesto inorgánico que contiene cloro soluble en agua. Adicionalmente, los sorbentes de mercurio contienen preferiblemente componentes adicionales seleccionados del grupo que consiste en silicatos, hidróxidos y óxidos de potasio y sodio. En una realización preferida, el sorbente de mercurio contiene cemento Portland, cloruro de sodio, óxido de calcio, metacaolín, y al menos una sal de metal alcalino seleccionada del grupo que consiste en silicatos, hidróxidos y óxidos.

En realizaciones preferidas, los sorbentes en polvo respectivos comprenden además componentes que contribuyen a oxidar aniones en la composición de sorbente. Aniones oxidantes preferidos incluyen nitratos y nitritos. Los aniones oxidantes pueden añadirse en forma de nitrato de calcio y nitrito de calcio, o como otras sales de aniones oxidantes, dependiendo del nivel de calcio proporcionado de otro modo en la composición de sorbente y otros factores.

Los aniones oxidantes pueden añadirse a la composición de sorbente en polvo... [Seguir leyendo]

1. Método para reducir la cantidad de gases de azufre liberados a la atmósfera tras la combustión de un combustible carbonoso que contiene azufre, que comprende:

aplicar una composición de sorbente en polvo sobre el combustible carbonoso; y realizar la combustión del combustible carbonoso con el sorbente en polvo aplicado,

en el que la composición de sorbente en polvo comprende e.

2. 50% en peso de cemento Portland e.

2. 40% en peso de óxido de calcio el 15-25% en peso de un material dolomítico seleccionado del grupo que consiste en dolomita y dolomita calcinada, y el 5-15% en peso de una arcilla de aluminosilicato.

2. Método según la reivindicación 1, en el que la arcilla comprende montmorillonita de calcio, caolín, o una combinación de los mismos.

3. Método según la reivindicación 1, en el que la composición de sorbente comprende el 30% en peso de cemento Portland, el 40% en peso de óxido de calcio, el 20% en peso de dolomita, y el 10% en peso de arcilla.

4. Método según la reivindicación 1, en el que la composición de sorbente comprende además al menos una sal oxidante seleccionada del grupo que consiste en nitrato de calcio y nitrito de calcio.

5. Método según la reivindicación 4, que comprende aplicar la al menos una sal oxidante en una disolución acuosa.

6. Método según la reivindicación 1, en el que el combustible carbonoso comprende carbón.

7. Método según la reivindicación 6, en el que el carbón comprende <4% en peso de azufre.

8. Método según la reivindicación 6, en el que el carbón comprende <3% en peso de azufre.

9. Método según la reivindicación 6, en el que el carbón comprende <2% en peso de azufre.

10. Método según la reivindicación 6, en el que el carbón comprende >4% en peso de azufre.

11. Método según la reivindicación 1, que comprende aplicar hasta el 6% en peso de la composición de sorbente sobre el combustible.

12. Método según la reivindicación 11, que comprende además aplicar un sorbente líquido que comprende agua y sólidos, comprendiendo los sólidos al menos uno de nitrato de calcio y nitrito de calcio.

13. Método según la reivindicación 12, que comprende aplicar hasta el 3% en peso de la composición en polvo y hasta el 1, 5% en peso de los sólidos en el sorbente líquido, basándose en el peso del combustible carbonoso.