Método y dispositivo para purificar un gas de chimenea rico en dióxido de carbono.

Un método de purificación de un gas de chimenea rico en dióxido de carbono que contiene dióxido de azufre generado en una caldera (2) que quema un combustible en presencia de un gas que contiene oxígeno gaseoso,

en donde el gas de chimenea rico en dióxido de carbono que sale de la caldera (2) contiene al menos 40% en volumen de CO2, comprendiendo el método

eliminar al menos 80% del contenido de dióxido de azufre del gas de chimenea generado en la caldera (2) en un primer dispositivo de purificación de gas (10; 110) a fin de generar un gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado,

dirigir al menos una porción del gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado a un segundo dispositivo de purificación de gas (12; 212) que está separado del primer dispositivo de purificación de gas (10; 110),

enfriar, en dicho segundo dispositivo de purificación de gas (12, 212), el gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado a fin de condensar agua del mismo, generando con ello un gas de chimenea rico en dióxido de carbono purificado que tiene una concentración menor de vapor de agua que el gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado, caracterizado porque en dicho paso de enfriamiento, en el segundo dispositivo de purificación de gas (12; 212), el gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado para condensar agua del mismo, comprende poner el gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado en contacto directo con un líquido de refrigeración, en donde el valor de pH del líquido de refrigeración se controla de modo que esté comprendido dentro del intervalo de pH 4-6,5, por suministro de una sustancia alcalina que tiene una solubilidad en agua a 20ºC de al menos 50 g/litro a dicho líquido de refrigeración.

Método y dispositivo para purificar un gas de chimenea rico en dióxido de carbono.

Campo de la Invención La presente invención se refiere a un método de purificación de un gas de chimenea rico en dióxido de carbono que 5 contiene dióxido de azufre generado en una caldera que quema un combustible en presencia de un gas que contiene oxígeno gaseoso.

La presente invención se refiere también a un sistema de caldera.

Antecedentes de la Invención En la combustión de un combustible, tal como carbón, petróleo, turba, desechos, etc., en una planta de combustión, tal como una central termoeléctrica, se genera un gas de proceso caliente, conteniendo dicho gas de proceso, entre otros componentes, óxidos de azufre, tales como dióxido de azufre, SO2, y dióxido de carbono CO2. Con las exigencias ambientales crecientes se han desarrollado diversos procesos para eliminación de dióxido de carbono del gas de proceso. Uno de tales procesos es el denominado proceso oxi-fuel. En un proceso oxi-fuel un combustible, tal como los combustibles arriba mencionados, se quema en presencia de un gas pobre en nitrógeno. El oxígeno gaseoso, que es proporcionado por una fuente de oxígeno, se suministra a una caldera en la cual el oxígeno gaseoso oxida el combustible. En el proceso de combustión oxi-fuel se produce un gas de chimenea rico en dióxido de carbono, cuyo contenido en dióxido de carbono puede comprimirse en una unidad separada y desecharse a fin de reducir la emisión de dióxido de carbono a la atmósfera.

Un ejemplo de una caldera oxi-fuel se describe en US 2007/0243119. La caldera oxi-fuel del documento US

2007/0243119 genera un gas de proceso al que se hace referencia como gas de chimenea. El gas de chimenea se dirige a un colector de partículas para eliminación de las partículas de polvo del gas de chimenea. Después de ello, el gas de chimenea se dirige a una unidad constituida por una torre de pulverización en la cual se elimina el dióxido de azufre poniéndolo en contacto con una lechada de caliza. La unidad de la torre de refrigeración proporciona también una refrigeración del gas de chimenea para condensar una porción del contenido de agua del gas de chimenea.

US 2009/0013871 da a conocer un sistema de caldera oxi-fuel que comprende una unidad de pretratamiento. La unidad de pretratamiento puede comprender un paso de desulfuración y un paso de refrigeración.

Sumario de la Invención Un objeto de la presente invención es proporcionar un método de purificación de un gas de chimenea rico en dióxido de carbono que contiene dióxido de azufre generado en una caldera que quema un combustible en presencia de un gas que contiene oxígeno gaseoso, siendo el método más eficiente con respecto a eficiencia de eliminación y/o costes de operación comparado con el método de la técnica anterior.

Este objeto se consigue por un método conforme a la reivindicación 1.

Una ventaja de este método es que la eliminación de la mayor porción del contenido de dióxido de azufre del gas de chimenea rico en dióxido de carbono puede realizarse en el primer dispositivo de purificación del gas de una manera que está optimizada con respecto a eficiencia de eliminación del dióxido de azufre, sin tener que dar cuenta de la refrigeración del gas. Muchos dispositivos de purificación de gases que son eficientes para eliminación de dióxido de azufre incluyen lechadas y/o materiales de polvo húmedo que comprenden absorbentes basados en calcio, siendo tales absorbentes propensos a causar incrustaciones, en particular a las temperaturas más bajas que pueden llegar a ser interesantes en una refrigeración para causar condensación. Adicionalmente, una condensación en el primer dispositivo de purificación del gas puede causar también problemas con el control del balance de agua del primer dispositivo de purificación del gas. Por tanto, la realización de la eliminación principal del dióxido de azufre en un primer dispositivo de purificación del gas, que está optimizado para dicha tarea, y la realización de la refrigeración en el segundo dispositivo de purificación del gas, que está separado del primer dispositivo de purificación del gas, 45 proporciona una operación eficiente y duradera.

Dicho paso de refrigeración, en dicho segundo dispositivo de purificación del gas, el gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado para condensar agua del mismo, comprende poner el gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente depurado en contacto directo con un líquido de refrigeración. Una ventaja de esto es que el líquido de refrigeración enfriará eficientemente el gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente 50 purificado, y eliminará también gran porción del contenido remanente de dióxido de azufre del gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado. Por tanto, el segundo dispositivo de purificación del gas actuará como un dispositivo de depuración del gas, además de su función como refrigerante, proporcionando un gas de chimenea rico en dióxido de carbono muy puro como producto final.

El valor de pH del líquido de refrigeración se controla de modo que esté comprendido en el intervalo de pH 4-6, 5 por suministro de una sustancia alcalina que tiene una solubilidad en agua a 20º C de al menos 50 g/litro a dicho líquido de refrigeración. Una ventaja de esto es que un pH de 4-6, 5, y más preferiblemente un pH de 4, 5-6, hace eficiente la eliminación del dióxido de azufre, consiguiendo con ello un efecto satisfactorio de purificación del gas en el segundo 5 dispositivo de depuración del gas. La sustancia alcalina que tiene una solubilidad en agua a 20º C de al menos 50 g/litro tiene la ventaja de no añadir sólido alguno al líquido de refrigeración. Por tanto, el segundo dispositivo de purificación del gas estará operando con un líquido sustancialmente puro. Además de menos problemas con la formación de incrustaciones en el segundo dispositivo de purificación del gas, un proceso que utiliza una sustancia alcalina con una solubilidad alta tiene también la ventaja de proporcionar una eliminación eficiente del dióxido de azufre, dado que el absorbente está disponible fácilmente para dicha absorción. Preferiblemente, la sustancia alcalina se selecciona del grupo de sustancias alcalinas que comprenden hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, y carbonato de sodio. Además de ser solubles en sí mismas, dichas sustancias tienen también la ventaja adicional de proporcionar con el dióxido de azufre absorbido compuestos tales como sulfato de sodio, Na2SO4, que tienen también una solubilidad alta en agua, reduciendo con ello adicionalmente los problemas con la formación de incrustaciones en el segundo dispositivo de purificación del gas.

Conforme a una realización, dicho líquido de refrigeración contiene menos de 10 gramos/litro de sólidos. Una ventaja de esta realización es que el segundo dispositivo de purificación del gas que opera a una concentración muy baja de sólidos en el líquido de refrigeración presentará pocos problemas con la formación de incrustaciones, y problemas de desgaste bajos. Por tanto, los costes de inversión y operación del segundo dispositivo de purificación del gas se reducen.

Conforme a una realización, 50-90% en volumen del gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado que sale del primer dispositivo de purificación del gas se recircula a la caldera sin que dicha porción se haga pasar primeramente a través del segundo dispositivo de purificación del gas. Una ventaja de esta realización es que la porción de gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado que debe recircularse se 25 devuelve a la caldera sin ser tratada en el segundo dispositivo de purificación del gas. Esto ahorra tanto costes de inversión, dado que el segundo dispositivo de purificación del gas puede hacerse más pequeño cuando no precisa tratar el flujo total del gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado, como costes de operación, dado que el enfriamiento y la depuración del gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado se efectúan solamente de aquella porción del gas que va a dirigirse realmente a la unidad que comprime, o trata de otro modo, el gas de chimenea rico en dióxido de carbono para su eliminación final. Adicionalmente, en el caso en que la caldera es una caldera oxi-fuel, un propósito de la recirculación de una porción del gas de chimenea es la dilución de los gases de combustión en la caldera. Por tanto, la eliminación de una porción del contenido de vapor de agua de la porción del gas de chimenea que debe recircularse no es ventajosa, dado que ello reduciría el... [Seguir leyendo]

1. Un método de purificación de un gas de chimenea rico en dióxido de carbono que contiene dióxido de azufre generado en una caldera (2) que quema un combustible en presencia de un gas que contiene oxígeno gaseoso, en donde el gas de chimenea rico en dióxido de carbono que sale de la caldera (2) contiene al menos 40% en volumen de CO2, comprendiendo el método eliminar al menos 80% del contenido de dióxido de azufre del gas de chimenea generado en la caldera (2) en un primer dispositivo de purificación de gas (10; 110) a fin de generar un gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado, dirigir al menos una porción del gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado a un 10 segundo dispositivo de purificación de gas (12; 212) que está separado del primer dispositivo de purificación de gas (10; 110) , enfriar, en dicho segundo dispositivo de purificación de gas (12, 212) , el gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado a fin de condensar agua del mismo, generando con ello un gas de chimenea rico en dióxido de carbono purificado que tiene una concentración menor de vapor de agua que el gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado, caracterizado porque en dicho paso de enfriamiento, en el segundo dispositivo de purificación de gas (12; 212) , el gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado para condensar agua del mismo, comprende poner el gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado en contacto directo con un líquido de refrigeración, en donde el valor de pH del líquido de refrigeración se controla de modo que esté comprendido dentro del intervalo de pH 4-6, 5, por suministro de una sustancia alcalina que tiene una solubilidad en agua a 20º C de al menos 50 g/litro a dicho líquido de refrigeración.

2. Un método conforme a la reivindicación 1, en donde dicha sustancia alcalina se selecciona del grupo de sustancias alcalinas que comprenden hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, y carbonato de sodio.

3. Un método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho líquido de refrigeración comprende menos de 10 gramos/litro de sólidos.

4. Un método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en dond.

5. 90% en volumen del gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado que sale del primer dispositivo de purificación de gas (10; 110) se recircula a la caldera (2) sin que dicha porción se haga pasar primeramente a través del segundo dispositivo de purificación de gas (12; 212) .

5. Un método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho paso de refrigeración, en el segundo dispositivo de purificación de gas (12; 212) el gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado para condensar agua del mismo comprende enfriar el gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado a una temperatura tal que el gas de chimenea rico en dióxido de carbono purificado comprende 0, 5 a 8% en volumen de vapor de agua.

6. Un método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones que anteceden, en donde al menos una porción del agua condensada formada en el segundo dispositivo de purificación de gas (12; 212) se envía al primer dispositivo de purificación de gas (10; 110) como agua de reposición.

7. Un método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho paso de eliminación de al menos 80% del contenido de dióxido de azufre del gas de chimenea generado en la caldera (2) en un primer dispositivo de purificación de gas (10; 110) , comprende poner el gas de chimenea generado en la caldera (2) en contacto directo con un absorbente basado en calcio.

8. Un método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho segundo dispositivo de purificación de gas (12) se controla para eliminar al menos 70% del contenido de dióxido de azufre del gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado.

9. Un sistema de caldera para generación de energía por medio del suministro de un combustible, oxígeno

gaseoso y gas de chimenea rico en dióxido de carbono recirculado a una caldera (2) , estando la caldera (2) operativa para quemar el combustible con generación de un gas de chimenea rico en dióxido de carbono que contiene dióxido de azufre, en donde el gas de chimenea rico en dióxido de carbono que sale de la caldera (2) contiene al menos 40% en volumen de CO2, en donde el sistema de caldera (1; 101) comprende un sistema de purificación de gas, 50 en donde el sistema de purificación de gas (8; 108) comprende un primer dispositivo de purificación de gas (10; 110) que está operativo para recibir el gas de chimenea rico en dióxido de carbono generado en la caldera (2) y para eliminar al menos una porción del contenido de dióxido de azufre del gas de chimenea generado en la caldera (2) , generando con ello un gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado, y 11

un segundo dispositivo de purificación de gas (12; 212) , que está separado del primer dispositivo de purificación de gas (10; 110) y que está operativo para recibir al menos una porción del gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado que ha pasado a través del primer dispositivo de purificación de gas (10; 110) , estando el segundo dispositivo de purificación de gas (12; 212) operativo para eliminar al menos una porción del contenido de agua del gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado por enfriamiento del gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado para condensar agua del mismo, generando con ello un gas de chimenea rico en dióxido de carbono purificado que tiene una menor concentración de vapor de agua menor que el gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado, caracterizado por que dicho segundo dispositivo de purificación de gas que comprende un condensador (12; 212) que está operativo para poner el gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado en contacto directo con un líquido de refrigeración, en donde dicho segundo dispositivo de purificación de gas (12; 212) está provisto de un dispositivo de control de pH (82, 84, 86, 88, 90) que está operativo para controlar el valor del pH del líquido de refrigeración por suministro de una sustancia alcalina que tiene una solubilidad en agua a 20º C de al menos 50 gramos/litro a dicho líquido de refrigeración.

10. Un sistema de caldera conforme a la reivindicación 9, en donde dicho condensador (12) está provisto de un material de relleno (68) para poner el líquido de refrigeración en contacto con el gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado.

11. Un sistema de caldera conforme a la reivindicación 9, en donde dicho segundo dispositivo de purificación de gas es un condensador tubular (212) que está operativo para contacto indirecto del gas de chimenea rico en dióxido 20 de carbono parcialmente purificado.

12. Un sistema de caldera conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 9-11, en donde está provisto un conducto (22) entre dicho primer (10) y dicho segundo dispositivo de purificación de gas (12) , como se ven con respecto a la dirección del flujo del gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado, para recirculación de una porción del gas de chimenea rico en dióxido de carbono parcialmente purificado que sale del primer dispositivo de purificación de gas (10) retornando de nuevo a la caldera (2) sin que dicha porción se haga pasar primeramente a través del segundo dispositivo de purificación de gas (12) .

13. Un sistema de caldera conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 9-12, en donde dicho primer dispositivo de purificación de gas (10; 110) está provisto de un dispositivo de suministro de absorbente (36, 38; 136, 138) , que está operativo para suministrar un absorbente que contiene calcio a dicho primer dispositivo de purificación de gas (10; 110) .

14. Un sistema de caldera conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 9-13, en donde está provista una tubería (54, 56) para dirigir al menos una porción del agua condensada en el segundo dispositivo de purificación de gas (12; 212) a dicho primer dispositivo de purificación de gas (10; 110) como agua de reposición.