Proceso para controlar la concentración de humedad de un gas de combustión.

Un método de combustión que comprende:

la combustión de un combustible fósil en presencia de oxígeno utilizando un quemador,

la creación de un gas de combustión procedente de la etapa de combustión,

la eliminación de dióxido de azufre y la reducción de la humedad del gas de combustión de forma simultánea con un aparato de torre de pulverización (10) que funciona en un modo no adiabático;

el enfriamiento del gas de combustión con un reactivo líquido (31) a medida que el gas de combustión pasa a través del aparato de torre de pulverización; y

la recirculación de una parte del gas de combustión que sale del aparato lavador al quemador para facilitar una combustión adicional.

Proceso para controlar la concentraciïn de humedad de un gas de combustiïn

Campo y antecedentes de la invenciïn La presente invenciïn se refiere en general a la eliminaciïn de la humedad y los contaminantes de los gases de combustiïn y, en particular, a un mïtodo nuevo y ïnico de utilizaciïn de una torre de pulverizaciïn para regular el contenido de humedad de un gas de combustiïn.

La combustiïn de combustibles fïsiles es reconocida como un importante factor contribuyente a las crecientes concentraciones de diïxido de carbono en la atmïsfera terrestre. La continuamente creciente concentraciïn de diïxido de carbono ha hecho que muchos gobiernos e industrias analicen el uso extendido de los combustibles fïsiles y traten de desarrollar nuevas tecnologïas destinadas a reducir las emisiones de diïxido de carbono. Las principales fuentes de diïxido de carbono relacionadas con la utilizaciïn de combustibles fïsiles incluyen las centrales termoelïctricas alimentadas con carbïn, el uso de gas natural para la producciïn de energïa elïctrica y para la calefacciïn domïstica, asï como los combustibles derivados del petrïleo para el transporte. Se considera que estas tres fuentes son responsables de aproximadamente el 36 %, el 22 % y el 42 %, respectivamente, de las emisiones de diïxido de carbono de los sistemas de combustiïn que utilizan combustibles fïsiles. Dado que el uso de carbïn en las centrales termoelïctricas representa una fuente puntual de las emisiones de diïxido de carbono, los gobiernos y los generadores de energïa elïctrica estïn centrando sus esfuerzos en el desarrollo de medios fiables para controlar las emisiones de diïxido de carbono procedentes de estas fuentes.

Las tecnologïas actuales propuestas para la captura, el transporte y la eliminaciïn de diïxido de carbono de las instalaciones de generaciïn de energïa elïctrica requieren un alto consumo de energïa y son costosas. La tecnologïa de CO2 mïs madura para capturar y concentrar el diïxido de carbono es la absorciïn-separaciïn utilizando diversas aminas orgïnicas, tales como monoetanolamina, usadas comercialmente para eliminar el CO2 del gas natural crudo. Sin embargo, la aplicaciïn de esta tecnologïa a las instalaciones de generaciïn de energïa elïctrica se traduce en pïrdidas de energïa superiores al 30 % de la producciïn de la central. En consecuencia, existe la necesidad entre los gobiernos y las industrias que se basan en la combustiïn de carbïn para satisfacer sus necesidades energïticas de desarrollar tecnologïas de captura de diïxido de carbono econïmicamente viables para su uso en instalaciones de generaciïn de energïa elïctrica alimentadas con carbïn.

El documento EP 0768108 A se refiere a un desulfurador de gas de combustiïn de calderas que se puede aïadir a 35 equipos de tipo caldera. El dispositivo es capaz de utilizar el calor recuperado del gas de combustiïn.

Una tecnologïa alternativa que ofrece la posibilidad de concentrar el diïxido de carbono de los gases de combustiïn de las centrales elïctricas con menores penalizaciones energïticas que la del lavado con aminas es una tecnologïa generalmente conocida como oxicombustiïn. En un proceso de combustiïn normal, se quema un combustible usando aire ambiente que contiene aproximadamente el 21 % de oxïgeno y el 78 % de nitrïgeno en volumen. El carbono presente en el combustible reacciona con el oxïgeno del aire para producir diïxido de carbono y el hidrïgeno presente en el combustible reacciona con el oxïgeno para producir vapor de agua. Los productos gaseosos de la combustiïn, generalmente conocidos como gases de combustiïn, contienen entre el 10 y el 15 % de CO2 y entre el 4 y el 7 % de H2O, y el resto estï compuesto principalmente de nitrïgeno. Si es posible separar el

oxïgeno del aire del nitrïgeno antes de la combustiïn del combustible fïsil, el proceso de combustiïn producirïa un gas de combustiïn con concentraciones mucho mayores de CO2 y de vapor de agua (tïpicamente alrededor de 3 veces superiores y, posiblemente, mïs de 5 veces superiores) .

La sustituciïn del aire ambiente por oxïgeno concentrado es una de las principales caracterïsticas de la oxicombustiïn. Otra caracterïstica principal es la recirculaciïn del gas de combustiïn. En la figura 1 se muestra un diagrama esquemïtico de una caldera de oxicombustiïn. Se alimentan carbïn y oxïgeno a una caldera aguas arriba de un colector de partïculas y de un medio de desulfuraciïn del gas de combustiïn. El gas de combustiïn limpio se divide entonces en dos corrientes, una que se recicla de nuevo al proceso de combustiïn y otra que se emite a la atmïsfera o se acondiciona para realizar el secuestro.

En el caso de que una caldera existente fuese adaptada para incorporar la tecnologïa de oxicombustiïn, el horno se diseïarïa para funcionar dentro de un intervalo de temperatura prescrito, generalmente comprendido entre aproximadamente 1350 ïC (2500 ïF) y aproximadamente 1650 ïC (3000 ïF) , y la transferencia de calor a las diversas partes de la caldera no se verïa alterada por la nueva configuraciïn de oxicombustiïn. Sin embargo, la sustituciïn del aire por oxïgeno puede hacer que el proceso de combustiïn funcione a temperaturas significativamente mïs altas, suficientemente altas en la mayorïa de casos para causar daïos irreparables en el horno. De manera adicional, en aplicaciones de adaptaciïn de instalaciones existentes, el flujo mïsico de gas de combustiïn serïa tan solo de alrededor de un quinto del valor de diseïo de la caldera, lo que provocarïa que la distribuciïn de transferencia de calor a los diversos componentes de la caldera cambiase de manera perjudicial para 65 la generaciïn de vapor para el generador de turbina. Sin embargo, si los gases de combustiïn emitidos desde la caldera se recirculasen de nuevo al horno, el oxïgeno introducido en el sistema de combustiïn se podrïa diluir con el gas de combustiïn, de tal manera que la concentraciïn global de oxïgeno del gas de combustiïn enriquecido con oxïgeno serïa cercana a la del aire.

Al limitar los niveles de oxïgeno introducidos en el gas de combustiïn recirculado, el horno puede funcionar dentro de las condiciones de diseïo normales y se puede conseguir que los perfiles de caudal y temperatura del gas de combustiïn a travïs del resto de las secciones de generaciïn de vapor coincidan con las condiciones de diseïo. El gas de combustiïn recirculado contiene principalmente CO2 y H2O. La inyecciïn de oxïgeno en el gas de combustiïn recirculado crea un gas de combustiïn enriquecido con oxïgeno que tiene una concentraciïn de oxïgeno aproximadamente igual a la del aire, lo que permite el efecto deseado de oxicombustiïn, es decir, la generaciïn de vapor para la producciïn de energïa elïctrica en la que se produce un gas de combustiïn compuesto significativamente carbono diïxido, lo que permite una mejor eliminaciïn de las emisiones por medios tales como, entre otros, el secuestro.

Los combustibles fïsiles, tales como el carbïn, comprenden de manera natural impurezas tales como azufre,

materia mineral y mercurio, cuyas emisiones se han de controlar con el fin de cumplir con las regulaciones existentes y en trïmite de aprobaciïn. Dado que el caudal de gas de combustiïn expulsado desde el proceso de oxicombustiïn serïa aproximadamente una quinta parte del expulsado desde un proceso de combustiïn convencional, el tamaïo de los colectores de polvo, de los procesos de desulfuraciïn y de los dispositivos de captura de mercurio podrïa ser potencialmente mucho mïs pequeïo. Sin embargo, las concentraciones de todos estos contaminantes en un gas de combustiïn recirculado que retorna a la caldera pueden ser hasta cinco veces mayores de lo que serïan en el escape de un proceso de combustiïn convencional. Por ejemplo, si la concentraciïn de SO2 de un gas de combustiïn de un proceso de combustiïn convencional es de 1500 ppm, la concentraciïn de SO2 de un gas de combustiïn recirculado puede ser de alrededor de 7500 ppm. Se pueden plantear comparaciones similares en tïrminos de partïculas y mercurio.

La condensaciïn de ïcido sulfïrico en el calentador de aire y en ïltima instancia en el lavador por vïa hïmeda puede verse aïn mïs agravada por el aumento combinado de la concentraciïn de SO2 y de la concentraciïn de humedad en el gas de combustiïn recirculado. La reducciïn de la concentraciïn de cualquiera de estos contaminantes se puede mejorar en gran medida si el dispositivo de eliminaciïn de contaminante se coloca en el bucle de recirculaciïn. En este caso, se minimiza la ventaja de la reducciïn de tamaïo del equipo; sin embargo, en muchas aplicaciones, tales como las adaptaciones de instalaciones... [Seguir leyendo]

1. Un mïtodo de combustiïn que comprende:

la combustiïn de un combustible fïsil en presencia de oxïgeno utilizando un quemador,

la creaciïn de un gas de combustiïn procedente de la etapa de combustiïn,

la eliminaciïn de diïxido de azufre y la reducciïn de la humedad del gas de combustiïn de forma simultïnea con un aparato de torre de pulverizaciïn (10) que funciona en un modo no adiabïtico; el enfriamiento del gas de combustiïn con un reactivo lïquido (31) a medida que el gas de combustiïn pasa a travïs del aparato de torre de pulverizaciïn; y 15 la recirculaciïn de una parte del gas de combustiïn que sale del aparato lavador al quemador para facilitar una combustiïn adicional.

2. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, que comprende ademïs la etapa de usar un reactivo lïquido en el aparato de torre de pulverizaciïn para eliminar el diïxido de azufre del gas de combustiïn. 20

3. El mïtodo de la reivindicaciïn 2, que comprende ademïs la etapa de mantener la temperatura del reactivo lïquido con un intercambiador de calor.

4. El mïtodo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende ademïs la etapa de recircular una parte del 25 gas de combustiïn que sale del aparato de torre de pulverizaciïn a un pulverizador.

5. El mïtodo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la composiciïn del gas de combustiïn que entra en el aparato de torre de pulverizaciïn comprende sustancialmente diïxido de carbono.