Procedimiento e instalación para la producción semicontinua de carbonato cálcico cristalino.

Procedimiento para la preparación de carbonato cálcico cristalino mediante reacción de hidróxido cálcico con CO2,

proporcionándose el hidróxido cálcico como lechada de cal, sirviendo el biogás como fuente de CO2, que en el procedimiento se purifica simultáneamente en biometano mediante el enriquecimiento de CO2, y el procedimiento comprende una primera etapa de la formación de núcleos de núcleos de carbonato cálcico y una etapa posterior de crecimiento de cristales separada de la formación de núcleos,

caracterizado porque

el procedimiento se conduce semicontinuamente

a) efectuándose en la primera etapa la formación de núcleos continuamente en una etapa o varias etapas en uno o varios reactores y con nivel opcionalmente variable de lechada de cal en cada reactor y

b) efectuándose en la segunda etapa el crecimiento de cristales y la estabilización de cristales en el procedimiento discontinuo en uno o varios reactores y con nivel constante de lechada de cal parcialmente convertida en cada reactor,

realizándose el aporte de biogás y el aire de recirculación en los reactores de las etapas a) y b) mediante un dispositivo de gasificación presente en cada reactor, preferiblemente una turbina de gasificación, y en la etapa a) la forma cristalina deseada de los cristales de carbonato cálcico se controla por el ajuste independientemente entre sí de la concentración de lechada de cal del hidróxido cálcico, el tiempo de permanencia hidráulico medio de la lechada de cal cargada, del grado de conversión de hidróxido cálcico con CO2 y del grado de saturación de la lechada de cal con CO2.

Procedimiento e instalación para la producción semicontinua de carbonato cálcico cristalino DESCRIPCIÓN

La presente invención se refiere a un procedimiento y a una instalación para la producción semicontinua de carbonato cálcico cristalino (carbonato cálcico precipitado, CCP) mediante reacción de hidróxido cálcico con CO2, proporcionándose el hidróxido cálcico como lechada de cal y sirviendo el biogás formado como fuente de CO2. El procedimiento y la instalación según la invención permiten además la purificación simultánea del biogás utilizado, que se purifica con un contenido preferido del 85 al 99 % en volumen de metano mediante el enriquecimiento del CO2 en biometano.

Con el procedimiento y la instalación de la presente invención puede realizarse un procedimiento energéticamente favorable que trabaja independientemente de las oscilaciones en la cantidad de biogás y en la concentración de CO2 del biogás y con el cual puede prepararse cada morfología cristalina de CCP industrialmente deseada.

Por el documento WO 2008/128776 A2 se conoce un procedimiento para la purificación de biogás en el que como producto secundario valioso precipita CaCO3 en forma cristalina. El centro de este procedimiento es la generación de un CaCO3 para la utilización preferentemente como mejorador del suelo. Además, se describe que en la operación discontinua las condiciones de reacción, junto con los detalles constructivos del sistema de gasificación, se eligen y ajustan de forma que pueden formarse cristales de CaCO3 definidos homogéneos como producto final.

Existe, sin embargo, la necesidad de un proceso que opere continuamente que al mismo tiempo compense las oscilaciones volumétricas de la cantidad de biogás formado y las oscilaciones en la composición del biogás. El proceso también deberá proporcionar, adaptado a las necesidades, en ciertos momentos libremente elegibles claramente más CCP y proporcionar a su vez en otros momentos ningún CCP acabado, sino solamente biogás purificado.

En el documento EP 0 799 797 A1 se describe un procedimiento en el que el carbonato cálcico se prepara continuamente en celdas conectadas en serie. Cada una de estas celdas puede recubrirse con gas y lechada de cal y mezclarse con ayuda de un agitador. La lechada de cal parcialmente reaccionada llega sin presión a la siguiente celda mediante un tubo inclinado. La formación de cristales en la reacción de carboxilación se controla mediante la cantidad de gas, la temperatura y la concentración de la lechada de cal.

Como el contenido del biogás en CO2 está fijado por la fermentación continua, un control del crecimiento cristalino en este procedimiento se plantea como extraordinariamente difícil.

Un proceso para la preparación de CCP con alto contenido de sólidos sin una etapa de deshidratación adicional se describe en el documento WO 2008/128545 A1. Se describen dos o varios recipientes de reacción separados distintos en los que se pone en contacto hidróxido cálcico con un gas que contiene CO2. Estos recipientes de reacción están conectados entre sí mediante un conducto de recirculación, presentando el conducto de recirculación sitios de dosificación para CaO o Ca (OH) 2 en forma sólida.

Este proceso describe una reacción de carboxilación con extinción simultánea. El experto sabe que en la extinción de la cal los parámetros elegidos tienen una influencia directa sobre la morfología que cabe esperar del CCP. Dependiendo de la velocidad de flujo de la suspensión puede aparecer una distribución no homogénea de la temperatura y concentración de lechada de cal, lo que dificulta la preparación de CCP con una estructura cristalina definida homogénea.

Se sabe que también pueden producirse diferentes morfologías en un procedimiento de lotes alimentados. A este respecto, se procede de forma que en un reactor con dispositivo de gasificación convencional se dispone inicialmente una cantidad más pequeña de suspensión de Ca (OH) 2 y a continuación el reactor se carga manteniendo constante la conductividad hasta el máximo nivel posible. En esta fase se fijan las condiciones para la morfología deseada. A continuación se finaliza la reacción en el mismo reactor. Este modo de operar no contrarresta las composiciones de gas cambiantes y la diferente cantidad de biogás. Hay que añadir que se suceden fases con y sin aireación, sin embargo, el biogás se forma constantemente y no puede pararse o evacuarse al aire ambiente. Un reactor que durante amplios tramos de la reacción trabaja solo con nivel mínimo también necesita más energía que un reactor que trabaja con nivel constante.

En el documento DE 199 43 093 A1 se describe un procedimiento continuo de varias etapas en el que en principio se diferencia entre la fase de formación de núcleos y la fase de crecimiento de núcleos. La fase de formación de núcleos se realiza en un reactor de funcionamiento en continuo con dispositivo de gasificación. Dependiendo de la posterior morfología solicitada, cristalitas de Ca (OH) 2 de 1, 2 a 2, 4 μm de tamaño en disolución acuosa pasan a un primer reactor y allí se ponen en contacto con un gas que contiene CO2. La concentración de CO2 eficaz necesaria para la primera etapa se consigue a este respecto mediante la aplicación de diferentes concentraciones de gas. La conversión relativa de CCP (definida por el cociente de Ca (OH) 2 reaccionado entre Ca (OH) 2) no reaccionado) está fijada por el tamaño del reactor junto con la velocidad del caudal de la suspensión de lechada de cal. Por tanto, las

condiciones para la formación de una cierta morfología de los núcleos se presentan cuando adicionalmente también se consideran las otras condiciones conocidas para el experto de la formación de cristales.

Después de abandonar el primer reactor (el reactor de formación de núcleos) , la suspensión reaccionada hasta un determinado nivel puede almacenarse en un recipiente intermedio. Desde allí, la suspensión se transporta al reactor de crecimiento de núcleos que también funciona continuamente. Aquí se ajusta normalmente una mayor concentración de CO2 en el gas de suministro para conseguir una mayor concentración de CO2 eficaz en la fase líquida.

Este modo de operación continuo y disposición presenta defectos que se describirán más adelante y que ya son desventajosos en las instalaciones técnicas que normalmente funcionan con gases de combustión o de hornos de cuba. En el caso de utilización de biogás que se forma continuamente tampoco es posible garantizar en cualquier momento un grado de pureza predefinido del biometano preparado a partir del biogás.

El reactor de funcionamiento continuo de la segunda etapa (crecimiento de núcleos) debe operarse del 99 al 99, 9 % para alcanzar un rendimiento de casi el 100 % en el punto final de la reacción. En este intervalo, el aprovechamiento de gas disminuye drásticamente. Las mediciones han mostrado que, dependiendo del sistema de gasificación seleccionado, es suficiente la reducción del 70 al 85 % de aprovechamiento de CO2 hasta menos del 10 % de aprovechamiento de CO2 (véase Fig, 1) . Esto se basa en la disminución progresiva constante del valor de pH con desplazamiento simultáneo del equilibrio del carbonato. La disminución del valor de pH de, por ejemplo, 10 a 9 significa una reducción de un factor de 10 en el contenido de carbonato a condiciones por lo demás constantes.

Pero al mismo tiempo también aumenta el aporte específico de energía del dispositivo de gasificación. Por mol de CO2 eficazmente aportado debe bombearse una pluralidad de gas portador (gas inerte en el sentido de esta reacción) .

Cuando ahora se bombea la lechada de cal con un grado todavía bajo de reacción al reactor de crecimiento de núcleos, la reacción residual restante total (es decir, generalmente la mayor parte) debe operarse en un punto energéticamente desfavorable. Las mediciones han confirmado estas relaciones.

En la Figura 1 se representa el grado de aprovechamiento de gas frente a la conversión relativa o la utilización energética específica en función del grado de conversión.

Según el procedimiento del documento DE 199 43 093 A1, en el segundo reactor (reactor de crecimiento de núcleos)

tampoco puede realizarse continuamente una gasificación posterior necesaria para la preparación de algunas morfologías de CCP para la estabilización de los cristales. Esto se aplica a una conversión del 100 % y evitará la reacción inversa parcial de CaCO3 en Ca (OH) 2.

La formación de núcleos y la maduración de núcleos requieren frecuentemente concentraciones de CO2 de diferente eficacia (saturaciones) que, en la combinación de sistema de aporte... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la preparación de carbonato cálcico cristalino mediante reacción de hidróxido cálcico con CO2, proporcionándose el hidróxido cálcico como lechada de cal, sirviendo el biogás como fuente de CO2, que en el procedimiento se purifica simultáneamente en biometano mediante el enriquecimiento de CO2, y el procedimiento comprende una primera etapa de la formación de núcleos de núcleos de carbonato cálcico y una etapa posterior de crecimiento de cristales separada de la formación de núcleos, caracterizado porque el procedimiento se conduce semicontinuamente a) efectuándose en la primera etapa la formación de núcleos continuamente en una etapa o varias etapas en uno o varios reactores y con nivel opcionalmente variable de lechada de cal en cada reactor y b) efectuándose en la segunda etapa el crecimiento de cristales y la estabilización de cristales en el procedimiento discontinuo en uno o varios reactores y con nivel constante de lechada de cal parcialmente convertida en cada reactor, realizándose el aporte de biogás y el aire de recirculación en los reactores de las etapas a) y b) mediante un dispositivo de gasificación presente en cada reactor, preferiblemente una turbina de gasificación, y en la etapa a) la forma cristalina deseada de los cristales de carbonato cálcico se controla por el ajuste independientemente entre sí de la concentración de lechada de cal del hidróxido cálcico, el tiempo de permanencia hidráulico medio de la lechada de cal cargada, del grado de conversión de hidróxido cálcico con CO2 y del grado de saturación de la lechada de cal con CO2.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el ajuste de un nivel variable para cada reactor de funcionamiento continuo en la etapa a) se garantiza mediante un recipiente intermedio que se comunica con éste, cuyo volumen asciende a igual a cien veces el volumen del reactor de funcionamiento continuo, preferiblemente de una a veinte veces, y que está conectado con el/los reactores de la segunda etapa.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque en el recipiente intermedio está previsto un dispositivo de gasificación para la gasificación de la lechada de cal parcialmente convertida con biogás y un agitador para agitar la lechada de cal.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el ajuste de un nivel variable para cada reactor de funcionamiento continuo en la etapa a) se garantiza mediante agrandamiento del reactor mediante un accesorio sobre el reactor, cuyo volumen asciende a igual a veinte veces el volumen del reactor dispuesto debajo.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque como dispositivo de gasificación en los reactores que operan continuamente de la etapa a) se utiliza una turbina de gasificación.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el ajuste del grado de saturación de CO2 en el reactor en la etapa a) se realiza mediante el cambio del nivel dado el caso junto con un cambio del número de revoluciones de la turbina de gasificación.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el ajuste del tiempo de permanencia hidráulico medio de la lechada de cal en el reactor en la etapa a) se realiza mediante el aumento o reducción del nivel.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el ajuste del grado de conversión de hidróxido cálcico con CO2 en el reactor en la etapa a) se realiza mediante el cambio de la concentración de hidróxido cálcico en la lechada de cal dispuesta junto con su grado de finura y/o mediante la regulación de la conductividad eléctrica de la fase líquida en el reactor.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la conversión completa del CO2 puesto a disposición se controla por el ajuste independientemente entre sí de los parámetros de la turbina número de revoluciones, presión de alimentación, tasa de gasificación y mezcla 11

proporcional del aire de recirculación en el reactor respectivo.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque la presión de alimentación se genera y se ajusta conectando un ventilador sobre el dispositivo de gasificación.

11. Instalación para la realización del procedimiento de las reivindicaciones 1 a 10, que presenta uno o varios reactores que operan continuamente conectados en serie, en los que se efectúa la formación de núcleos de núcleos de carbonato cálcico y que están conectados respectivamente mediante un conducto de carga y de retorno con un recipiente intermedio, que está provisto de un agitador y de un dispositivo de gasificación para la gasificación con biogás y que permite trabajar con nivel variable en el reactor comunicante, estando conectado el recipiente intermedio, por su parte, con uno o varios reactores que operan discontinuamente conectados en serie, en los que tiene lugar el crecimiento de cristales y la estabilización de cristales, en la que todos los reactores presentan un dispositivo de gasificación, preferiblemente una turbina de gasificación con dado el caso ventilador intercalado que sirve para la gasificación con biogás y su mezcla con el interior del reactor.

12. Instalación según la reivindicación 11, que presenta un reactor que opera continuamente, que está conectado con un recipiente intermedio mediante un conducto de carga y de retorno, que, por su parte, está conectado con dos reactores que operan discontinuamente.

13. Instalación para la realización del procedimiento de las reivindicaciones 1 a 10, que presenta un reactor que opera continuamente con accesorio, en el que se efectúa la formación de núcleos de los núcleos de carbonato cálcico, en el que el volumen del accesorio asciende a igual a veinte veces la parte inferior del reactor y la altura geodésica del accesorio sobrepasa un factor de 1, 2 a 7 la altura de trabajo del reactor dispuesto debajo, y el reactor que opera continuamente está conectado con uno o varios reactores que operan discontinuamente conectados en serie, en el que se realiza el crecimiento de cristales y la estabilización de cristales, en la que todos los reactores presentan un dispositivo de gasificación, preferiblemente una turbina de gasificación con dado el caso ventilador intercalado que sirve para la gasificación con biogás y su mezcla con el contenido del reactor.