Sistema de secuestro de dióxido de carbono.

Un sistema para reducir las emisiones de dióxido de carbono que comprende:

una cámara de reacción (102) seleccionada del grupo que consiste en: un reactor de lecho fluidizado, un reactor de lecho en suspensión, un depurador venturi, un depurador de torres de atomización, un reactor depurador empaquetado y un reactor tanque con agitación continua; donde dicha cámara de reacción tiene una entrada de fluido (104), una entrada de suspensión (112a, 112b), una zona de mezcla (114), una salida de fluido (106) y una salida de suspensión (122); donde una corriente de efluente que contiene dióxido de carbono está en comunicación de fluido con la cámara de reacción y se introduce en la cámara de reacción mediante la entrada de fluido; donde el sistema comprende una suspensión (108) procedente de una fuente de suspensión (108), que está en comunicación de fluido con la cámara de reacción, donde la suspensión procedente de la fuente de suspensión se introduce en la cámara de reacción mediante la entrada de suspensión (112a, 112b); la zona de mezcla proporciona una mezcla turbulenta de la suspensión y la corriente de efluente; donde la cámara de reacción tiene un volumen que proporciona un tiempo de residencia suficiente para tratar la corriente de efluente con el fin de reducir la cantidad de dióxido de carbono al menos aproximadamente un 30%, y donde la suspensión comprende un primer componente, un segundo componente y agua, donde el primer componente comprende óxido de calcio e iones de metales alcalinos en forma de óxido de sodio y/u óxido de potasio,

caracterizado por que

el segundo componente comprende una escoria que comprende silicatos reactivos seleccionados entre gammasilicato de dicalcio, beta-silicato de dicalcio y silicato de tricalcio, y donde una suspensión usada y/o un producto de carbonato de calcio se eliminan de la cámara de reacción mediante la salida de suspensión.

Sistema de secuestro de dióxido de carbono Campo La presente invención se refiere a un sistema para reducir las emisiones de CO2 que secuestra dióxido de carbono de corrientes de efluentes que contienen dióxido de carbono.

En diversos aspectos, la presente descripción proporciona métodos para secuestrar dióxido de carbono como contaminante presente en una corriente de fluido de efluente industrial que contiene dióxido de carbono. En un aspecto, un método comprende reducir una cantidad de dióxido de carbono en la corriente de fluido poniendo en contacto la corriente con un material de lavado. El material de lavado comprende un primer componente y un segundo componente. En algunos aspectos, la reacción se realiza en presencia de agua (por ejemplo, en suspensión o formas semi-secas) . El primer componente es distinto del segundo componente. Además, el primer componente comprende una fuente de óxido de calcio y una fuente de iones de metal alcalino y el segundo componente comprende una escoria con uno o más compuestos de silicato reactivos.

Antecedentes Se han propuesto muchos procedimientos para la eliminación de dióxido de carbono de corrientes gaseosas o aire.

La Patente Internacional WO 93/20013 desvela un procedimiento para reducir SOx, NOx y CO2 de una mezcla gaseosa con mayores eficacias y menos impacto medioambiental. Para lavado, el procedimiento utiliza lodo de desecho y/o agua de procedimientos industriales, tales como los lodos producidos en la reacción de sosa y cal con agua de mar, disolución marina, aguas salobres, de río, de lago, de pozo o residual.

La Patente de EE.UU. 2004/0129181 describe un procedimiento para producción de clínker de cemento incluyendo control de las emisiones de dióxido de carbono por un método que implica catalizar la hidratación de dióxido de carbono en una disolución de iones bicarbonato e iones hidrógeno. Los iones bicarbonato se hacen reaccionar con iones Ca2+ obtenidos de la disolución de CaCl2, polvo de horno de secado de cemento o sales de mar.

La Patente Internacional WO 2006/099611, publicada el 21 de septiembre de 2006, describe composiciones de sorbentes que contienen calcio, alúmina, sílice y halógeno que se utilizan combinadas durante la combustión de carbón para, p. ej., reducir las emisiones de mercurio y azufre. En varias realizaciones, una composición en polvo de sorbente alcalino contiene uno o más polvos que contienen calcio tales como el cemento de Portland, polvo de horno de secado de cemento, polvo de horno de secado de cal, varias escorias y cal de remolacha azucarera, junto con una arcilla de aluminosilicato. Se forma un producto cementoso que comprende ceniza volante combinada con el sorbente en polvo alcalino, que se puede utilizar como un sustituto para el cemento de Portland ordinario en el hormigón.

La Patente Internacional WO 2005/015085 describe un proceso para eliminar un contaminante de un gas de escape. Se recubre una mezcla alcalina con un agente de recubrimiento que mejora la dispersabilidad y retrasa la calcinación de la mezcla alcalina en una zona de combustión y da como resultado una mezcla alcalina recubierta. La mezcla alcalina recubierta se introduce en la caldera para crear una reacción que elimina los contaminantes del gas de escape.

Se cree que el cambio climático global (es decir, el calentamiento global) es debido a emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero. La representación con modelo de los efectos de calentamiento global predice aumentos globales en la temperatura y los niveles del mar, desplazamientos en modelos atmosféricos y sucesos atmosféricos más extremos, incluyendo inundación y sequías. Los gases de efecto invernadero incluyen dióxido de carbono, metano, óxido nitroso, vapor de agua, ozono y perfluorocarbonos/clorofluorocarbonos. Se ha estimado que el dióxido de carbono justifica aproximadamente el 84% de las emisiones de gases de efecto invernadero en los Estados Unidos en 2.000. La proporción de emisiones de dióxido de carbono (CO2) y otros contaminantes del aire peligrosos está muy correlacionada con el crecimiento tanto económico como industrial y ha aumentado de manera significativa desde mediados de los años 80. Se genera típicamente CO2 por combustión de hidrocarburos, combustibles fósiles y/o por diversos procedimientos industriales que generan subproducto de dióxido de carbono, incluyendo en la producción de cemento, cal, hierro y acero. La Agencia de Protección Medioambiental de los Estados Unidos (EPA, por sus siglas en inglés) y el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático de los Estados Unidos (IPCC, por sus siglas en inglés) clasifican las emisiones basándose en combustión de combustible (que en su mayoría incluye vehículos a motor y centrales eléctricas) y otras fuentes industriales. El 97% de las emisiones de CO2 antropogénicas en los Estados Unidos se atribuye a fuentes de combustión de combustibles fósiles, tales como centrales eléctricas, incineradoras y vehículos a motor. Otras fuentes localizadas significativas de dióxido de carbono incluyen fabricantes de cemento, cal e hierro/acero, todos los cuales generan abundante CO2 durante el tratamiento, tanto como subproducto de reacción como por combustión de combustibles hidrocarbonados.

Además de ser un gas de efecto invernadero no deseable, el CO2 presenta el potencial de crear problemas

operacionales y económicos, ya que es un diluyente sin ningún valor de combustible. Es un gas ácido y puede causar problemas de corrosión en presencia de agua, creando ácido carbónico que puede ser bastante corrosivo para algunas aleaciones.

Por tratados internacionales, tales como el Protocolo de Kyoto, numerosas naciones se han comprometido a reducir las emisiones de diversos gases de efecto invernadero, incluyendo CO2. En los Estados Unidos, se han centrado mucho tradicionalmente en desarrollar equipo para reducir con eficacia las emisiones contaminantes del aire regulados, tales como materia en forma de partículas, óxidos de azufre y óxidos de nitrógeno. Sin embargo, el desarrollo de tecnología de reducción para emisiones de CO2 no reguladas se ha quedado atrás de otras tecnologías de control. Sin embargo, como diversas naciones ponen en marcha regulaciones y programas comerciales que restringen la generación de diversos gases de efecto invernadero, en particular CO2, hay una incipiente necesidad de tecnologías de reducción de CO2 más eficaces y económicas.

Los métodos existentes para la eliminación de CO2 de corrientes gaseosas incluyen absorción/adsorción química con sistemas de disolventes particulares (lavado de aminas) , separación de membrana, fraccionamiento criogénico y/o adsorción usando tamices moleculares. En sistemas desechables, el material o los materiales activos realizarán un solo pase por el reactor/depurador y se desechan después. Los sistemas de un solo uso son menos deseables debido al gasto añadido y al mantenimiento asociado a la eliminación de cantidades mayores de material activo usado. Se diseñan sistemas regenerativos para regenerar el material activo, haciéndolo adecuado para posteriores pases productivos por el reactor. Los tamices moleculares, tales como zeolitas y carbón activado, se usan en sistemas de adsorción por oscilación de presión (PSA) o de adsorción por oscilación de temperatura, regenerativos, que separan mezclas gaseosas por adsorción selectiva de uno o más de los gases a alta presión y/o baja temperatura, para eliminar los componentes no deseados de una corriente de gases. Las impurezas capturadas se desorben después disminuyendo la presión, o aumentando la temperatura, del sistema adsorbente (así el sistema "oscila" de una presión alta a baja o una temperatura baja a alta) . La etapa de desorción regenera el material adsorbente para reutilización durante la etapa de adsorción posterior. Los sistemas PSA comprenden típicamente diversos lechos de adsorción, por los que se hace pasar la corriente de gases, permitiendo la separación de las especies gaseosas seleccionadas. Cada uno de los procedimientos anteriores presenta desventajas, incluyendo altas inversiones de capital y costes de operación, así como capacidad de rendimiento relativamente pequeña y baja eficacia de eliminación en algunos casos. Dichos sistemas son de coste potencialmente prohibitivo para diversas aplicaciones, en particular para instalaciones de producción de alto rendimiento que generan grandes cantidades de dióxido de carbono y otras emisiones.

Así, hay una necesidad de procedimientos que reduzcan las emisiones de CO2 de gases de escape de fuentes fijas de una manera eficaz y además, son de coste eficaz. Adicionalmente, el equipo de reducción de las emisiones de CO2 puede manipular preferiblemente... [Seguir leyendo]

1. Un sistema para reducir las emisiones de dióxido de carbono que comprende:

una cámara de reacción (102) seleccionada del grupo que consiste en: un reactor de lecho fluidizado, un reactor de lecho en suspensión, un depurador venturi, un depurador de torres de atomización, un reactor depurador empaquetado y un reactor tanque con agitación continua; donde dicha cámara de reacción tiene una entrada de fluido (104) , una entrada de suspensión (112a, 112b) , una zona de mezcla (114) , una salida de fluido (106) y una salida de suspensión (122) ; donde una corriente de efluente que contiene dióxido de carbono está en comunicación de fluido con la cámara de reacción y se introduce en la cámara de reacción mediante la entrada de fluido; donde el sistema comprende una suspensión (108) procedente de una fuente de suspensión (108) , que está en comunicación de fluido con la cámara de reacción, donde la suspensión procedente de la fuente de suspensión se introduce en la cámara de reacción mediante la entrada de suspensión (112a, 112b) ; la zona de mezcla proporciona una mezcla turbulenta de la suspensión y la corriente de efluente; donde la cámara de reacción tiene un volumen que proporciona un tiempo de residencia suficiente para tratar la corriente de efluente con el fin de reducir la cantidad de dióxido de carbono al menos aproximadamente un 30%, y donde la suspensión comprende un primer componente, un segundo componente y agua, donde el primer componente comprende óxido de calcio e iones de metales alcalinos en forma de óxido de sodio y/u óxido de potasio, caracterizado por que el segundo componente comprende una escoria que comprende silicatos reactivos seleccionados entre gammasilicato de dicalcio, beta-silicato de dicalcio y silicato de tricalcio, y donde una suspensión usada y/o un producto de carbonato de calcio se eliminan de la cámara de reacción mediante la salida de suspensión.

2. El sistema para reducir las emisiones de dióxido de carbono según la reivindicación 1, donde la suspensión comprende una suspensión de material de secuestro de dióxido de carbono que comprende:

el primer componente que comprende polvo de horno de secado de cemento (CKD) ; el segundo componente que comprende una escoria que tiene una fuente de silicatos reactivos; y agua, donde la suspensión comprende partículas que tienen un tamaño de partícula máximo promedio menor que o igual a aproximadamente 500 μm y una superficie promedio mayor que o igual a aproximadamente 1.000 cm2/g.

3. El sistema según la reivindicación 1, que comprende además uno o más dispositivos de control de la contaminación del aire (APCD) en comunicación de fluido con la entrada de fluido, donde el o los APCD tratan la corriente de efluente que contiene dióxido de carbono antes de que entre por la entrada de fluido de la cámara de reacción, o uno o más dispositivos de control de la contaminación del aire (APCD) en comunicación de fluido con la salida de fluido, donde el o los APCD procesan adicionalmente la corriente de efluente tratada después de que salga por la salida de fluido.

4. El sistema según la reivindicación 1, donde la corriente de efluente que contiene dióxido de carbono se genera por uno o más de: calderas, hornos, incineradoras, hornos de secado de cemento u hornos de secado de cal.

5. El sistema según la reivindicación 1, donde el volumen de la cámara de reacción se dimensiona para que procese una corriente de efluente que contiene dióxido de carbono que tenga una tasa de flujo mayor que o igual a 285 m3/min o menor que o igual a 28.000 m3/min.

6. El sistema según la reivindicación 1, donde el primer componente comprende polvo de horno de secado de cemento (CKD) y el segundo componente comprende una escoria de acero inoxidable.

7. El sistema según la reivindicación 1, donde la suspensión comprende de 15% en peso a 50% en peso del primer componente, de 15% en peso a 50% en peso del segundo componente y de 15% en peso a 50% en peso de agua.

8. El sistema según la reivindicación 1, donde el primer componente comprende:

óxido de calcio (CaO) , de 30% a 45% en peso; sílice (SiO2) , de 10% a 20% en peso; alúmina (Al2O3) , de 2% a 7% en peso; óxido de hierro (Fe2O3) , de 1% a 3% en peso; óxido de magnesio (MgO) , de 0, 5% a 3% en peso; sulfato (SO3) , de 1% a 15% en peso; óxido de sodio (Na2O) , de 0, 1% a 1% en peso; y óxido de potasio (K2O) , de 0, 1% a 15% en peso, 18

y el segundo componente comprende:

sílice (SiO2) , de 10% a 35% en peso;

óxido de calcio (CaO) , de 35% a 55% en peso; óxido de magnesio (MgO) , de 3% a 10% en peso; óxido de hierro (FeO) , de 0, 1% a 40% en peso; y alúmina (Al2O3) , de 0, 1% a 10% en peso.

9. El sistema según la reivindicación 2, donde la suspensión de material de secuestro de dióxido de carbono comprende agua, de 15% a 85% en peso.

10. El sistema según la reivindicación 2, donde la suspensión comprende partículas que tienen un tamaño de partícula máximo promedio menor que o igual a 300 μm, o preferiblemente menor que o igual a 100 μm. 15

11. El sistema según la reivindicación 2, donde la suspensión comprende partículas que tienen una superficie promedio mayor que o igual a 4.000 cm2/g, o preferiblemente que tienen una superficie promedio mayor que o igual a 7.000 cm2/g.