SISTEMA Y PROCEDIMIENTO PARA RECUPERAR SUSTANCIAS GASEOSAS A PARTIR DE CORRIENTES GASEOSAS.

Sistema y procedimiento para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas.

Dispositivo y procedimiento que permiten recuperar CO2 de gases de combustión con gran ahorro en costes y evitando la producción de sustancias nocivas para el medioambiente. El dispositivo comprende un conducto de entrada y uno de salida, un generador de haz de luz láser (3) para ionización de la corriente de gases, unos electrodos (11) destinados a crear un campo electromagnético de atracción de los iones del gas a separar. En caso de que para obtener las concentraciones deseadas sea necesario emplear más de un dispositivo, éstos se colocan en serie de forma que la corriente de salida de uno es la corriente de entrada del siguiente. El procedimiento para la separación de gases comprende una etapa de ionización, una segunda etapa de separación y desionización, y una tercera etapa opcional de aprovechamiento de energía.

Sistema y procedimiento para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se puede incluir en el campo técnico del tratamiento de corrientes gaseosas, en particular, del tratamiento de gases de escape de combustión.

Dicha instalación y procedimiento puede aplicarse para la recuperación de cualquier sustancia gaseosa que se encuentre formando parte de la corriente gaseosa a separar.

El objeto de la invención se refiere a una instalación y un procedimiento para recuperar sustancias, en particular gases de efecto invernadero, fundamentalmente dióxido de carbono 15 (CO2) , a partir de corrientes gaseosas, empobreciendo dichas corrientes gaseosas en la sustancia recuperada.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En los próximos años, en base al cumplimiento de normativa UE y del acuerdo de Kioto, va a ser necesario disminuir la emisión de gases de efecto invernadero. El más importante de dichos gases de efecto invernadero es el CO2. Una de las vías para llevar a cabo reducciones en las emisiones de dichos gases trata de emplear medios de separación de los sustancias gaseosas contenidas en corrientes gaseosas con el objetivo de capturar los gases de efecto 25 invernadero.

Hasta ahora los métodos utilizados para la separación de sustancias gaseosas emplean procesos físico-químicos que buscan utilizar la polaridad/apolaridad, el tamaño molecular, las características oxidantes/reductoras y el cambio de estado de las sustancias que componen la 30 corriente gaseosa. Dichos procedimientos son altamente demandantes en energía y/o comprenden la elaboración de productos químicos intermedios que resultan nocivos para el medio ambiente, lo cual implica unos costes elevados en seguridad para evitar el desprendimiento hacia la atmósfera de dichos productos nocivos.

Además, del estado de la técnica se conocen métodos y aparatos de extracción de dióxido de 35 carbono que emplean carbonatos y agua para secuestrar el dióxido de carbono como bicarbonato. Estos aparatos utilizan sistemas de spray o de atomización y catalizadores metálicos para favorecer la reacción química y el dióxido de carbono que se secuestra se obtiene como otra sustancia química, bicarbonato en este caso, y no como sustancia final.

Se conocen asimismo unos reactores de descomposición de gases de efecto invernadero, mediante sistemas de semiconductores en capas o mediante capas de semiconductores. Se utilizan fuentes de microondas para producir la ionización y posteriormente descomponen los gases ionizados en sus átomos para que se liberen como moléculas estables.

También se conocen sistemas de captura de dióxido de carbono en disolución acuosa para formar carbonatos que puedan ser almacenados en el subsuelo de forma estable. Generalmente mediante carbonatos de metales alcalinos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN 50

La presente invención describe un dispositivo y un procedimiento de recuperación de sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas. Dicho procedimiento está basado en la ionización de las moléculas de las sustancias componentes de la corriente gaseosa y su posterior separación mediante la aplicación de campos electrostáticos.

La invención es aplicable a multitud de sustancias gaseosas si bien está especialmente enfocada al tratamiento del grupo de gases de efecto invernadero. Puede utilizarse para la recuperación de varias sustancias de efecto invernadero como óxidos de nitrógeno y óxidos de 5 azufre así como el resto de componentes de la corriente gaseosa, aunque principalmente se emplea para la recuperación de dióxido de carbono.

El procedimiento de la invención está basado en un ciclo de fases secuenciales que comprende primero una ionización, segundo una separación y tercero una desionización y 10 aprovechamiento energético en serie, de la sustancia gaseosa a separar y/o recuperar.

Un ciclo de ionización, separación y desionización da como resultado, a partir de una primera corriente de entrada, dos corrientes de salida: una primera corriente de salida con una concentración de la sustancia gaseosa a extraer menor que la de la primera corriente de 15 entrada, y una segunda corriente de salida con una concentración de la sustancia gaseosa a extraer mayor que la de la primera corriente de entrada.

En función de los parámetros concretos del procedimiento y de las exigencias de la normativa que sea necesario cumplir en cada momento, el procedimiento puede ser iterativo, repitiéndose 20 el ciclo de ionización, separación y desionización en varias etapas, de manera que la primera corriente de salida de la primera etapa constituya la corriente de entrada de la segunda etapa y así sucesivamente.

En el caso de que el gas a separar se seleccione entre los gases de escape de efecto 25 invernadero, la corriente de entrada a la primera etapa puede provenir de cualquier corriente que comprenda gas de efecto invernadero, preferentemente de al menos una corriente de gases de escape de combustión, en adelante referida como corriente de escape, por ejemplo, de centrales térmicas de combustión de combustibles fósiles, centrales de combustión de biomasa, etc. 30

Dicha corriente de entrada es dirigida hacia una primera zona, para efectuar una fase de ionización, donde incide un haz de luz láser intenso capaz de fotoionizar una determinada sustancia de la corriente de entrada, permitiendo, frente a otros métodos de ionización, la posibilidad de ionización selectiva. 35

En una primera realización se fotoioniza inicialmente aquella sustancia cuyo potencial de ionización sea menor, y en las etapas posteriores se ionizan otras sustancias en función de potencial de ionización creciente. En un ejemplo de realización en el que la sustancia de efecto invernadero es dióxido de carbono, primero se fotoionizan y separan los óxidos de nitrógeno, 40 posteriormente los óxidos de azufre, después el vapor de agua, posteriormente el oxígeno presente en la corriente de entrada y finalmente se fotoioniza el dióxido de carbono.

En una segunda realización se hace una ionización selectiva y se fotoioniza directamente una determinada sustancia gaseosa presente. Por ejemplo, si de la corriente de entrada se decide 45 seleccionar CO2, mediante el ajuste de los parámetros experimentales se puede ionizar exclusivamente esta molécula dejando las demás en su estado neutro.

El dispositivo y el procedimiento propuestos pueden emplearse a cualquier presión y temperatura, si bien, en función de las características, conocidas en el estado de la técnica, de 50 los sistemas de fotoionización por haces de luz coherente y de separación electroestática, la corriente de gases de entrada al dispositivo se acondiciona previamente a una presión y/o temperatura determinados en cada caso.

A continuación la corriente de gas se hace pasar a un conducto principal, donde se induce la separación del gas ionizado mediante la aplicación de campos electrostáticos capaces de extraer los iones generados en la fase anterior y de desviarlos de la corriente principal de gases, hacia un segundo conducto. De esta forma, se obtiene una primera corriente de salida empobrecida en el gas a separar y una segunda corriente de salida enriquecida en el gas a 5 separar.

Tras la fase de separación y extracción de los iones de la corriente principal, se somete a la segunda corriente de salida a una tercera fase final, en la que se favorece su desionización y estabilización energética. Dicha segunda corriente de salida se dirige mediante el conducto por 10 el que circula hacia el exterior del dispositivo objeto de la presente invención para su posterior tratamiento y/o almacenamiento. En esta última fase de desionización, se incluye un segundo subsistema que permite el aprovechamiento del flujo electrónico debido a la estabilización del gas para su posterior adecuación y reutilización energética.

En función de la naturaleza de la corriente de entrada y de las sustancias que se desean separar, la segunda corriente de salida puede ser desechada o bien puede ser aprovechada para su venta a otras empresas. Por ejemplo, en el caso de recuperación de CO2 a partir de corrientes de escape, la segunda corriente de salida es o muy rica en óxidos de nitrógeno, o en óxidos de azufre o en oxígeno, dependiendo de la etapa de separación en que se encuentre, 20 los cuales constituyen unos subproductos aprovechables como materia prima por otras empresas como por ejemplo empresas de fertilizantes.

La primera corriente de salida podrá pasar por sucesivas etapas similares a la descrita para conseguir la separación de las distintas sustancias gaseosas a recuperar,...

1. Sistema para la recuperación de sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas que comprende un al menos un dispositivo de separación de gases (19) y una unidad de control (14) conectada a unos elementos medidores (15) , a una unidad de despresurización 5 (17) y a unos elementos de acondicionamiento (16) conectados a su vez a las entradas y salidas del dispositivo, y la instalación está caracterizada por que el dispositivo de separación de gases (19) comprende:

- al menos un conducto de gases de entrada (2) destinado al paso de una corriente 10 de gases de entrada (1) , -al menos una zona de fotoionización (6) conectada con el conducto de gases de entrada (2) , -al menos un conducto de fotoionización (4) conectado por uno de sus extremos a un láser destinado a emitir un haz de luz láser (3) y por el otro extremo a la zona de 15 fotoionización (6) , en dirección perpendicular a la dirección de avance de la corriente de gases de entrada (1) , y que comprende en su interior al menos una lente (5) destinada a orientar el haz de luz láser (3) hacia la zona de fotoionización (6) , -al menos un segundo conducto de salida (7) destinado al paso de una segunda corriente de gases de salida (8) , situado en oposición al conducto de fotoionización 20 (4) ; dicho conducto de salida (7) es un cuerpo tubular en cuyo interior se disponen unos electrodos (11) destinados a crear un campo electromagnético de atracción de los iones del gas a separar, y comprende adicionalmente un sistema de desionización (12) destinado a estabilizar electrónicamente la segunda corriente de gases de salida (8) , 25

- al menos un primer conducto de salida (9) destinado al paso de la primera corriente de gases de salida (10) .

2. Sistema para la recuperación de sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas según la reivindicación 1 caracterizada por que el dispositivo de separación de gases (19) adicionalmente comprende un sistema de recuperación energética (13) conectado a los 30 electrodos (11) del sistema de separación electromagnético y al láser para la generación del haz de luz láser (3) .

3. Sistema para la recuperación de sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas según la reivindicación 1 caracterizado por que comprende una pluralidad de dispositivos de 35 separación de gases conectados en serie tal que la primera corriente de gases de salida de un primer dispositivo de separación de gases (19) es la corriente de gases de entrada de un segundo dispositivo de separación de gases (20) adyacente a él.

4. Instalación para la recuperación de sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas 40 que comprende una pluralidad de sistemas para la recuperación de sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas como el descrito en la reivindicación 1 caracterizada por que las unidades de control (14) de los sistemas de separación de gases (21) están conectadas a una unidad de control superior (18) que gestiona las unidades de despresurización (17) .

5. Procedimiento para la recuperación de sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas que se lleva a cabo en el sistema descrito en la reivindicación 1 caracterizado por que comprende las siguientes etapas que se realizan en el al menos un dispositivo separador de gases (19) :

- introducir una corriente de gas de entrada (1) en el dispositivo de separación de gases (19) a través del conducto de entrada de gases (2) , -ionizar la corriente de gas de entrada (1) mediante un haz de luz láser (3) perpendicular a la dirección de avance de dicha corriente de gas de entrada (1) , -redirigir las sustancias gaseosas ionizadas al segundo conducto de salida (7) 5 mediante aplicación de un campo eléctromagnético generado por unos electrodos (11) para obtener la segunda corriente de salida de gases (8) , -desionizar la segunda corriente de salida de gases (8) en un sistema de desionización (12) , y -recoger la primera corriente de salida de gases (10) en el primer conducto de salida 10 de gases (9) .

6. Procedimiento para la recuperación de sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas según la reivindicación 4 caracterizado por que adicionalmente comprende una etapa de utilizar la energía obtenida en el sistema de desionización (12) mediante un sistema de recuperación de energía (13) contactado a los electrodos (11) y al laser para 15 generación del haz de luz láser (3) .