Un método de depuración de un gas que contiene dióxido de carbono, y un sistema de purificación de dióxido de carbono.

un método de depuración de un gas de chimenea que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono generado en una caldera (2) que quema un combustible en presencia de un gas que contiene oxígeno gaseoso,

comprendiendo el método

comprimir el gas de chimenea que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono, y a continuación

enfriar el gas de chimenea comprimido que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono a una primera temperatura, y a continuación

dirigir el gas de chimenea comprimido y enfriado que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono a través de un adsorbedor de mercurio (66) para eliminar al menos una porción del contenido de mercurio de gas de chimenea comprimido y enfriado que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono, y a continuación

enfriar adicionalmente el gas de chimenea comprimido que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono a una segunda temperatura, que es inferior a la primera temperatura, y a continuación dirigir el gas de chimenea comprimido y enfriado adicionalmente que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono a través de un secador (70) para eliminar al menos una porción del contenido de agua del gas de chimenea comprimido y enfriado adicionalmente que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono, caracterizado por que

el paso de enfriamiento del gas de chimenea comprimido que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono a una primera temperatura comprende enfriar a una primera temperatura que es más alta que la temperatura del punto de rocío con respecto al vapor de agua del gas de chimenea comprimido que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11150940.

Solicitante: ALSTOM TECHNOLOGY LTD.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: BROWN BOVERI STRASSE 7 5400 BADEN SUIZA.

Inventor/es: STALLMANN,OLAF.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B01D53/00 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL.B01D SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda B03B, B03D, mesas o cribas neumáticas B03B, por vía seca B07; separación magnética o electrostática de materiales sólidos a partir de materiales sólidos o de fluidos, separación mediante campos eléctricos de alta tensión B03C; aparatos centrifugadores B04B;   aparato de vórtice   B04C; prensas en sí para exprimir los líquidos de las sustancias que los contienen B30B 9/02). › Separación de gases o de vapores; Recuperación de vapores de disolventes volátiles en los gases; Depuración química o biólogica de gases residuales, p. ej. gases de escape de los motores de combustión, humos, vapores, gases de combustión o aerosoles (recuperación de disolventes volátiles por condensación B01D 5/00; sublimación B01D 7/00; colectores refrigerados, deflectores refrigerados B01D 8/00; separación de gases difícilmente condensables o del aire por licuefacción F25J 3/00).
  • B01D53/75 B01D […] › B01D 53/00 Separación de gases o de vapores; Recuperación de vapores de disolventes volátiles en los gases; Depuración química o biólogica de gases residuales, p. ej. gases de escape de los motores de combustión, humos, vapores, gases de combustión o aerosoles (recuperación de disolventes volátiles por condensación B01D 5/00; sublimación B01D 7/00; colectores refrigerados, deflectores refrigerados B01D 8/00; separación de gases difícilmente condensables o del aire por licuefacción F25J 3/00). › Procedimientos multietapas.
  • C01B31/20 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C01 QUIMICA INORGANICA.C01B ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la preparación de elementos o de compuestos inorgánicos excepto anhídrido carbónico C12P 3/00; producción de elementos no metálicos o de compuestos inorgánicos por electrólisis o electroforesis C25B). › C01B 31/00 Carbono; Sus compuestos (C01B 21/00, C01B 23/00  tienen prioridad; percarbonatos C01B 15/10; negro de carbón C09C 1/48). › Dióxido de carbono.
  • F23J15/00 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F23 APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION.F23J RETIRADA O TRATAMIENTO DE LOS PRODUCTOS O RESIDUOS DE COMBUSTION; CONDUCTOS DE HUMOS (precipitación del polvo procedente de los conductos de gases B01D; composición del combustible C10; aparatos de combustión para eliminar humos o vapores, p. ej. gases de escape, F23G 7/06). › Colocación de dispositivos para el tratamiento de humos y vapores (para los dispositivos en sí , y los métodos de tratamiento de humos y vapores, véanse las subclases apropiadas para los tratamientos, p. ej. B01D 53/00).
  • F23J15/06 F23J […] › F23J 15/00 Colocación de dispositivos para el tratamiento de humos y vapores (para los dispositivos en sí , y los métodos de tratamiento de humos y vapores, véanse las subclases apropiadas para los tratamientos, p. ej. B01D 53/00). › de aparatos de refrigeración.
  • F25J3/06 F […] › F25 REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR; FABRICACION O ALMACENAMIENTO DEL HIELO; LICUEFACCION O SOLIDIFICACION DE GASES.F25J LICUEFACCION, SOLIDIFICACION O SEPARACION DE GASES O MEZCLAS GASEOSAS POR PRESION Y ENFRIAMIENTO (bombas criogénicas F04B 37/08; recipientes para almacenamiento de gas, gasómetros F17; llenado o descarga de recipientes con gases comprimidos, licuados o solidificados F17C; máquinas, instalaciones o sistemas de refrigeración F25B). › F25J 3/00 Procedimientos o aparatos para separar los constituyentes de las mezclas gaseosas implicando el empleo de una licuefacción o de una solidificación. › por condensación parcial (F25J 3/08 tiene prioridad; por rectificación F25J 3/02).

PDF original: ES-2542975_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Un método de depuración de un gas que contiene dióxido de carbono, y un sistema de purificación de dióxido de carbono.

Campo de la Invención

La presente invención se refiere a un método de depuración de un gas rico en dióxido de carbono generado en una caldera que quema un combustible en presencia de un gas que contiene oxígeno gaseoso.

La presente invención se refiere adicionalmente a un sistema de purificación de gases para depurar un gas rico en dióxido de carbono generado en un sistema de la caldera que comprende una caldera para quemar un combustible en presencia de un gas que contiene oxígeno gaseoso.

Antecedentes de la Invención

En la combustión de un combustible, tal como carbón, petróleo, turba, residuos, etc., en una planta de combustión, tal como una central de energía eléctrica, se genera un gas de proceso caliente, comprendiendo dicho gas de proceso, entre otros componentes, dióxido de carbono C02. Con las exigencias ambientales crecientes, se han desarrollado diversos procesos para separar el dióxido de carbono del gas de proceso. Uno de tales procesos es el denominado proceso oxi-fuel. En un proceso oxi-fuel, un combustible como tal como uno de 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, que puede ser eliminado a fin de reducir la emisión de dióxido de carbono a la atmósfera.

Antes de ser eliminado, es necesario depurar el dióxido de carbono gaseoso. WO 2010/021053 da a conocer un sistema de depuración de gas en el cual un gas de proceso caliente generado en una caldera se somete a separación de los óxidos de nitrógeno, el polvo, y el dióxido de azufre. El gas de proceso caliente, que es un gas rico en dióxido de carbono, se somete luego a un paso de separación de mercurio para depurar el gas rico en dióxido de carbono antes de la eliminación del mismo.

EP 1.790.614 A1 da a conocer una planta para purificación de gas de chimenea en la cual un gas de chimenea se comprime y se enfría luego, después de lo cual se suministra a una columna para separación de SO2, NOx y mercurio por absorción. El gas resultante se comprime luego adicionalmente y se enfría para ser suministrado después a una segunda columna para separación final de NOx y por último a un secador.

FR 2.918.578 da a conocer un método para purificación de una corriente de gas que comprende comprimir la corriente de gas, separar las impurezas contenidas en la corriente de gas utilizando cambiadores de calor y separadores y recuperar una corriente rica en C02. Adicionalmente, se separan también de la corriente de gas NOx y/o agua.

Sumario de la Invención

Un objeto de la presente invención es proporcionar un método de depuración de un gas de chimenea rico en dióxido de carbono generado en una caldera que quema un combustible en presencia de un gas que contiene oxígeno gaseoso, siendo el método más eficiente que el método de la técnica anterior.

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

Una ventaja de este método es que tanto la adsorción del mercurio como la separación del vapor de agua pueden realizarse a temperaturas eficaces para la operación respectiva. Adicionalmente, no hay necesidad alguna de calentar el gas entre las dos operaciones, reduciendo con ello el consumo de energía.

Conforme a una realización, el paso de enfriamiento del gas de chimenea comprimido rico en dióxido de carbono a una primera temperatura comprende enfriar a una primera temperatura que es más alta que la temperatura del punto de rocío con respecto al vapor de agua del gas de chimenea comprimido rico en dióxido de carbono. Una ventaja de esta realización es que se evita la condensación del vapor de agua en el adsorbedor de mercurio. Dicha condensación podría ser perjudicial para la eficiencia y la vida del adsorbedor de mercurio y los materiales activos utilizados en él.

Conforme a una realización, el paso de enfriamiento del gas a una primera temperatura comprende enfriar el gas a una primera temperatura que es 5 a 30°C más alta que la temperatura del punto de rocío con respecto al vapor de agua del gas de chimenea comprimido rico en dióxido de carbono. El enfriamiento a una temperatura inferior a 5°C por encima de la temperatura del punto de rocío es menos atractivo, dado que el riesgo de condensación del vapor de agua aumenta. El enfriamiento a una temperatura más de 30°C por encima de la temperatura del punto de rocío es también menos atractivo, dado que la eficiencia de la adsorción de mercurio disminuye.

Conforme a una realización, el paso de enfriamiento ulterior del gas de chimenea comprimido rico en dióxido de carbono a una segunda temperatura, que es menor que la primera temperatura, comprende enfriar a una segunda temperatura que es más baja que la temperatura del punto de rocío con respecto al vapor de agua del gas de chimenea comprimido rico en dióxido de carbono. Una ventaja de esta realización es que se produce cierta condensación del vapor de agua, lo cual aumenta la eficiencia del secador situado aguas abajo.

Conforme a una realización, el paso de enfriamiento ulterior del gas de chimenea comprimido rico en dióxido de carbono comprende enfriar a una segunda temperatura que es 0 a 40°C más alta que la temperatura de formación de hidratos de dióxido de carbono del gas de chimenea comprimido rico en dióxido de carbono. El enfriamiento a una temperatura que es más baja que la temperatura de formación de hidratos de dióxido de carbono es menos atractivo, dado que la formación de hidratos de dióxido de carbono sólido puede ser perjudicial para la operación de un refrigerante en el que tiene lugar el paso de enfriamiento ulterior del gas de chimenea comprimido rico en dióxido de carbono. El enfriamiento a una temperatura más de 40°C por encima de la temperatura de formación de hidratos de dióxido de carbono es también menos atractivo, dado que la eficiencia de adsorción del vapor de agua en el secador de gas se hace menos eficiente, dando como resultado la necesidad de un secador innecesariamente grande y costoso.

Conforme a una realización, el paso de compresión del gas de chimenea rico en dióxido de carbono implica calentar, por medio de la compresión del gas, el gas de chimenea comprimido rico en dióxido de carbono a una temperatura que es mayor que la primera temperatura. Una ventaja de esta realización es que el calor de compresión se utiliza para obtener una temperatura inicial, a partir de la cual el gas puede enfriarse a las temperaturas primera y segunda. Por tanto, no es necesario calentamiento adicional alguno durante la operación normal.

Conforme a una realización, la compresión del gas de chimenea rico en dióxido de carbono implica calentar, por medio de la compresión del gas, el gas de chimenea comprimido rico en dióxido de carbono a una temperatura de 60 a 270°C. Una ventaja de esta realización es que a menudo es alcanzable una temperatura de 60 a 270°C como resultado de la compresión por un compresor que opera eficientemente para comprimir el gas de chimenea rico en dióxido de carbono. Una temperatura menor que 60°C después de la compresión significa a menudo que la compresión ha dado como resultado una presión bastante baja del gas comprimido. Por tanto, serían necesarias más etapas de compresión. Una temperatura mayor que 270°C después de la compresión a menudo que la compresión ha sido menos eficiente energéticamente, dando como resultado pérdidas de calor excesivas.

Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un sistema de purificación para depurar un gas de chimenea rico en dióxido de carbono generado en una caldera que quema un combustible en presencia de un gas que contiene oxígeno gaseoso, siendo el sistema de purificación más eficiente que los sistemas de la técnica anterior.

Este objeto se consigue por medio de un sistema de purificación de gas conforme a la reivindicación 7.

Una ventaja de este sistema de purificación es que el mismo es muy eficiente con relación a los costes de inversión y operación. No es necesario incluir un calentador separado, y los requerimientos de potencia de calentamiento son limitados.

Conforme a una realización, el sistema de purificación comprende adicionalmente un sistema de control que comprende un sensor que mide la temperatura del gas de chimenea rico en dióxido de carbono comprimido enfriado aguas abajo del primer refrigerante... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. un método de depuración de un gas de chimenea que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono generado en una caldera (2) que quema un combustible en presencia de un gas que contiene oxígeno gaseoso, comprendiendo el método

comprimir el gas de chimenea que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono, y a continuación

enfriar el gas de chimenea comprimido que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono a una primera temperatura, y a continuación

dirigir el gas de chimenea comprimido y enfriado que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono a través de un adsorbedor de mercurio (66) para eliminar al menos una porción del contenido de mercurio de gas de chimenea comprimido y enfriado que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono, y a continuación

enfriar adicionalmente el gas de chimenea comprimido que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono a una segunda temperatura, que es inferior a la primera temperatura, y a continuación

dirigir el gas de chimenea comprimido y enfriado adicionalmente que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono a través de un secador (70) para eliminar al menos una porción del contenido de agua del gas de chimenea comprimido y enfriado adicionalmente que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono, caracterizado por que

el paso de enfriamiento del gas de chimenea comprimido que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono a una primera temperatura comprende enfriar a una primera temperatura que es más alta que la temperatura del punto de rocío con respecto al vapor de agua del gas de chimenea comprimido que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono.

2. Un método conforme a la reivindicación 1, que comprende adicionalmente enfriar a una primera temperatura que es 5 a 30°C superior a la temperatura del punto de rocío con respecto al vapor de agua del gas de chimenea comprimido que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono.

3. Un método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el paso de enfriamiento ulterior del gas de chimenea comprimido que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono a una segunda temperatura que es inferior a la primera temperatura, comprende enfriar a una segunda temperatura que es inferior a la temperatura del punto de rocío con respecto al vapor de agua del gas de chimenea comprimido que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono.

4. Un método conforme a la reivindicación 3, que comprende adicionalmente enfriar a una segunda temperatura que es 0 a 40°C más alta que la temperatura de formación de hidratos de dióxido de carbono del gas de chimenea comprimido que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono.

5. Un método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones que anteceden, en donde el paso de compresión del gas de chimenea que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono implica calentar, por medio de la compresión del gas, el gas de chimenea comprimido que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono a una temperatura que es mayor que la primera temperatura.

6. Un método conforme a la reivindicación 5, que comprende adicionalmente calentar, por medio de la compresión del gas, el gas de chimenea comprimido que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono a una temperatura de 60 a 270°C.

7. El sistema de purificación de gases para realización del método de la reivindicación 1 que comprende:

un compresor (40'; 240') para comprimir el gas de chimenea que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono,

un primer refrigerante de gas (64) dispuesto aguas abajo, como se ve en la dirección de flujo del gas de chimenea que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono, del compresor (40'; 240') para enfriar el gas de chimenea comprimido que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono a una primera temperatura que es superior a la temperatura del punto de rocío con respecto al vapor de agua del gas de chimenea comprimido que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono,

un adsorbedor de mercurio (66) dispuesto aguas abajo del primer refrigerante de gas (64) para separar al menos una porción del contenido de mercurio del gas de chimenea comprimido y enfriado que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono,

un segundo refrigerante de gas (68) dispuesto aguas abajo del adsorbedor de mercurio (66) para enfriamiento ulterior del gas de chimenea comprimido que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono, y

un secador de gas (70) dispuesto aguas abajo del segundo refrigerante de gas (68) para eliminar al menos 5 una porción del contenido de agua del gas de chimenea comprimido y enfriado adicionalmente que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono, caracterizado por que comprende adicionalmente un sistema de control (82, 84) que comprende un sensor (82) que mide la temperatura del gas de chimenea comprimido y enfriado que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono aguas abajo del primer refrigerante de gas (64), comprendiendo adlclonalmente el sistema de control un dispositivo de control (84) que controla el primer refrigerante 10 de gas (64) teniendo presente la temperatura medida.

8. Un sistema de purificación de gas de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende adicionalmente una trampa de agua (98) dispuesta entre el segundo refrigerante de gas (68) y el secador de gas (70) para recoger agua líquida procedente del gas de chimenea comprimido y enfriado adicionalmente que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono.

9. Un sistema de purificación de gas conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 7-8, que comprende

adicionalmente un sistema de calentamiento (120) para dirigir un gas caliente a través del adsorbedor de mercurio (66) antes de la puesta en marcha del sistema de purificación de gas.


 

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