Dispositivo de captura de anhídrido carbónico atmosférico mediante control térmico del proceso de licuación.

Dispositivo de captura de anhídrido carbónico atmosférico mediante control térmico del proceso de licuación,

consistente en un expansor (5) que al enfriar el aire atmosférico, consigue precipitar su CO2 alternativamente en unos serpentines (17). Esta alternancia se produce según éstos se obstruyen con hielo seco.

La fusión de éste se produce recirculando aire descarbonizado procedente de los serpentines (17), calentado y formado su caudal con la mezcla de los caudales de cada uno de los intercambiadores de calor (19). Este aire descarbonizado recirculado, también se emplea para regular de forma precisa la temperatura de los serpentines (17) con el fin de evitar la formación de hielo seco en estos.

El aire descarbonizado transmite su baja temperatura y elevada presión al aire atmosférico por medio de un recuperador de energía (7), formado por intercambiadores de calor (9) y turbocompresores (10).

Dispositivo de captura de anhídrido carbónico atmosférico mediante control térmico del proceso de licuación.

Objeto de la invención

La invención se refiere a un dispositivo destinado a la extracción del CO2 contenido en la atmósfera, empleando el aire comprimido producido por otro dispositivo.

Las principales características consisten, en la captura de CO2 en estado líquido directamente de la atmósfera, facilitando así su almacenamiento y obteniéndose el anhídrido carbónico líquido mediante el control preciso de la temperatura del proceso de licuación.

Campo de aplicación de la invención

La invención se encuadra en el sector de la lucha contra los efectos del cambio climático y dentro de éste en los dispositivos que capturan anhídrido carbónico de la atmósfera.

Antecedentes de la invención

Actualmente, los efectos del cambio climático debido al anhídrido carbónico resultante de la quema de combustibles fósiles, constituye uno de los principales problemas mundiales. Una de las acciones demandadas por los expertos científicos de la ONU como solución a 25 dicho problema, es la captura de anhídrido carbónico. Existen dos procedimientos de retirada de CO2 atmosférico.

El primero, consiste en capturar el anhídrido carbónico en los propios focos de emisión, es decir, en los sistemas de evacuación de gases de escape de fábricas y centrales 30 eléctricas. Este procedimiento es el que se encuentra más desarrollado, siendo aplicado actualmente en algunas instalaciones industriales.

El segundo, consiste en capturar el anhídrido carbónico directamente de la atmósfera. Este procedimiento es de difícil aplicación, debido a la baja concentración de anhídrido 35 carbónico en el gas atmosférico. En el estado de la técnica, se han desarrollado unos dispositivos de captura directa del CO2 atmosférico por medio de procedimientos químicos. Estos emplean óxidos e hidróxidos para formar carbonatos con el anhídrido carbónico del aire atmosférico, o aminas que incorporan el CO2 atmosférico. Estos carbonatos al calentarse liberan los óxidos e hidróxidos para su reutilización posterior y el 40 anhídrido carbónico, objetivo del procedimiento. Con las aminas se utiliza el mismo procedimiento.

No obstante, estos dispositivos tienen unos serios inconvenientes. Primero, necesitan la aportación de calor al proceso de captura. Por lo tanto, consumen energía y si ésta no 45 procede de fuentes de energía renovables, están aportando anhídrido carbónico a la atmósfera. Segundo, el anhídrido carbónico capturado por estos sistemas se encuentra en estado gaseoso y a elevada temperatura, lo cual dificulta su almacenamiento y transporte. Con el propósito de lograr un almacenaje y transporte económicamente rentables, es necesario licuar el CO2 capturado, lo que implica consumir aún más energía 50

Tercero, la dependencia de un suministro energético exterior limita las zonas de establecimiento de operación de estos dispositivos.

Sería por lo tanto deseable encontrar un dispositivo de captura de anhídrido carbónico atmosférico, el cual no necesite un suministro de energía exterior. El anhídrido carbónico 5 sería capturado en estado líquido y el dispositivo debería operar en cualquier zona

Para lo cual la presente invención aporta las siguientes características:

1º Emplea, la presión transmitida por un dispositivo al aire atmosférico, en un proceso de 10 aumento de la concentración de anhídrido carbónico mediante separación de gases y en la disminución de temperatura del aire resultante de esta separación de gases, hasta alcanzar la temperatura de licuefacción del CO2 y como resultado separar el anhídrido carbónico en estado líquido del aire.

2º La licuefacción del CO2 se produce en unas cámaras cuya temperatura es regulada de forma precisa mediante un sistema de intercambiadores y electroválvulas.

3º El aire atmosférico comprimido se obtiene directamente de un dispositivo de captación de energía renovable, con lo que la invención posee una total movilidad. 20

Todas estas características consiguen que la invención pueda capturar el anhídrido carbónico atmosférico por sus propios medios y sin aporte de energía exterior, pudiendo operar en cualquier zona y suministrando directamente en estado líquido el CO2 capturado, posibilitando su almacenamiento y transporte. 25

Por parte del solicitante se desconoce la existencia de alguna invención que reúna las novedosas características presentes en la invención aquí propuesta y cuyos elementos caracterizadores se detallan a continuación

Descripción de la invención

El dispositivo de captura de anhídrido carbónico atmosférico mediante control térmico del proceso de licuación, consiste en unos medios expansores, como por ejemplo unos turbo-expansores, del aire atmosférico comprimido previamente por un dispositivo 35 utilizando trabajo mecánico. En la expansión del aire comprimido, se disminuye su temperatura por el efecto Joule-Thomson, hasta alcanzar la temperatura de licuefacción del anhídrido carbónico. Esta temperatura depende de la presión a la que esté sometido el gas carbónico, como indica la figura 1.

Esta figura 1, muestra el diagrama termodinámico presión-temperatura del CO2, con sus distintas fases. La característica fundamental de la invención consiste en regular exactamente la temperatura, con el fin de lograr que la licuación del anhídrido carbónico suceda en unos medios de precipitación de CO2, como por ejemplo un serpentín de goteo. Cada uno de estos medios de precipitación se sitúa en el interior de un medio de 45 recepción de CO2 líquido, como por ejemplo una cámara receptora de líquido. El aire a baja temperatura circula alternativamente por dos o más medios de precipitación. Dicha alternancia sucede según éstos quedan inoperativos debido a la posible solidificación del CO2 en su interior. Primero el aire circula por uno de los medios de precipitación y cuando éste es obstruido por hielo seco (CO2 líquido) , se desvía el flujo de aire hacia otro 50 medio de precipitación, libre de hielo seco. En los medios de precipitación obstruidos, el hielo seco es eliminado recirculando aire descarbonizado (sin CO2) . Este se obtiene a la salida de los medios de precipitación, para a continuación elevar su temperatura en unos medios de intercambio de calor.

Con el fin de no elevar excesivamente la temperatura del medio de precipitación 5 obstruido, este aire descarbonizado logra la temperatura precisa con la que fundir el hielo seco, formando su caudal con la mezcla de los caudales de salida de cada uno de los medios de intercambio de calor. Esta mezcla de caudales es realizada por un medio de gestión, como por ejemplo un sistema informático, controlando éste unos medios de mezcla, regulación y control, como por ejemplo unos sensores de presión, temperatura y 10 electroválvulas de caudal variable. Los medios de intercambio de calor se sitúan, conectados uno a continuación de otro, a la salida del aire descarbonizado de los medios de precipitación. Los medios de intercambio de calor reciben el calor necesario, con el que cumplir su función reguladora de temperatura, del aire atmosférico procedente del exterior que transcurre sucesivamente por los medios de intercambio de calor. 15

El caudal de aire, mezcla de los caudales de aire de salida de los medios de intercambio de calor, se utiliza con la temperatura adecuada, para que al unir su caudal con el caudal del aire con CO2 de entrada a los medios de precipitación, evitar la formación de hielo seco y conseguir, el mayor tiempo posible, un fluir continuo de anhídrido carbónico 20 líquido. La obtención directa de CO2 en estado líquido es la principal característica de la invención.

El aire descarbonizado, a la salida de los medios de intercambio de calor del control de temperatura, tiene elevada presión y baja temperatura. En estas condiciones dicho aire 25 no puede ser expulsado a la atmósfera, ya que el rendimiento de la invención seria mínimo. Por dicho motivo el aire descarbonizado cede su alta presión y baja temperatura, al aire atmosférico procedente del exterior en un medio de recuperación de energía, formado por unos medios de intercambio de calor y unos medios de intercambio de presión. El aire atmosférico a la salida del recuperador de energía, con presión 30 incrementada y baja temperatura, se mezcla con el aire comprimido atmosférico inicial.

Una vez descritas las características principales de la invención, se describen a continuación las características adicionales.

El aire atmosférico procedente del exterior, al transcurrir primero...

1. Dispositivo de captura de anhídrido carbónico atmosférico mediante control térmico del proceso de licuación, del tipo que consta de unos medios expansores (5) del aire atmosférico comprimido, empleados con el fin de disminuir la temperatura del aire 5 atmosférico por el efecto Joule-Thomson hasta la temperatura de licuación del anhídrido carbónico, caracterizado por el hecho de que a la salida de los medios expansores (5) , el anhídrido carbónico contenido en el aire atmosférico precipita al circular este aire alternativamente por dos o más medios de precipitación (17) de anhídrido carbónico líquido, situados dentro de dos o más recintos de recepción del anhídrido carbónico 10 líquido (6) , produciendo unos medios de regulación la alternancia de circulación del aire atmosférico de un medio de precipitación (17) a otro, según éstos dejan de ser operativos debido a la solidificación del anhídrido carbónico líquido en su interior, devolviendo los medios de precipitación (17) desactivados a su estado operativo mediante la recirculación en éstos del aire desprovisto de anhídrido carbónico saliente de los medios de 15 precipitación (17) , consiguiendo este aire de recirculación la temperatura necesaria para su función, mezclando los caudales del aire de salida de cada uno de los medios de intercambio de calor (19) , conectados estos últimos uno a continuación de otro a la salida del aire sin anhídrido carbónico de los medios de precipitación (17) , recibiendo estos medios de intercambio de calor (19) el calor necesario para esta regulación de 20 temperatura del aire con anhídrido carbónico procedente de la atmósfera; porque el caudal de aire formado con la mezcla de los caudales de aire de salida de los medios de intercambio de calor (19) , se utiliza con la temperatura definida y necesaria para que al mezclarlo con el aire con anhídrido carbónico de entrada a los medios de precipitación (17) , conseguir evitar la solidificación del anhídrido carbónico en los mismos; y porque el 25 aire sin anhídrido carbónico a la salida de los medios de intercambio de calor de control de temperatura (19) , cede su baja temperatura y elevada presión al aire con anhídrido carbónico procedente de la atmósfera, mediante un medio recuperador de energía (7) constituido por unos medios de intercambio de calor (9) y unos medios de intercambio de presión (10) . 30

2. Dispositivo de captura de anhídrido carbónico atmosférico mediante control térmico del proceso de licuación, según reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que al aire atmosférico, procedente consecutivamente del medio recuperador de energía (7) y de los medios de intercambio de calor de control de temperatura (19) , se le transmite la presión 35 del anhídrido carbónico líquido procedente de los recintos de recepción de anhídrido carbónico líquido (6) y es elevada nuevamente su presión mediante el trabajo cedido en los medios expansores (5) .

3. Dispositivo de captura de anhídrido carbónico atmosférico mediante control térmico del 40 proceso de licuación, según reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el aire atmosférico comprimido antes de ser expandido en los medios expansores (5) , eleva su concentración de anhídrido carbónico por medio de unos medios separadores de gases (2) y (3) , los cuales separan un elevado porcentaje de nitrógeno del aire atmosférico antes de su expansión. 45

4. Dispositivo de captura de anhídrido carbónico atmosférico mediante control térmico del proceso de licuación, según reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el aire atmosférico comprimido expandido en los medios expansores (5) , que no proviene del medio de recuperación de energía (7) , adquiere su presión mediante el trabajo de un 50 dispositivo de energía renovable.