ELIMINACIÓN DE DIÓXIDO DE CARBONO Y OTROS GASES ATMOSFÉRICOS MEDIANTE RESIDUOS INDUSTRIALES RICOS EN CALCIO.

La presente invención se refiere a un uso de una suspensión acuosa que comprende calcio en una proporción mayor al 15% en peso,

siendo la fase sólida de la suspensión acuosa preferiblemente portlandita procedente de residuos de la industria química, para la eliminación de CO2 y otros gases de efecto invernadero. La presente invención también se refiere a un procedimiento de eliminación de dichos gases en condiciones de presión y temperaturas ambientales, tanto por carbonatación inducida como ambiental.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201000062.

Solicitante: UNIVERSIDAD DE SEVILLA.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: ESQUIVIAS FEDRIANI,LUIS, SANTOS SANCHEZ,ALBERTO, MORALES FLOREZ,VICTOR, CARDENAS ESCUDERO,CRISTIAN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B01D53/62 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). › 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). › Oxidos de carbono.
  • C01F11/18 QUIMICA; METALURGIA.C01 QUIMICA INORGANICA.C01F COMPUESTOS DE BERILIO, MAGNESIO, ALUMINIO, CALCIO, ESTRONCIO, BARIO, RADIO, TORIO O COMPUESTOS DE LOS METALES DE LAS TIERRAS RARAS (hidruros metálicos C01B 6/00; sales de oxácidos de halógenos C01B 11/00; peróxidos, sales de los perácidos C01B 15/00; sulfuros o polisulfuros de magnesio, calcio, estroncio o bario C01B 17/42; tiosulfatos, ditionitos, politionatos C01B 17/64; compuestos que contienen selenio o teluro C01B 19/00; compuestos binarios del nitrógeno con metales C01B 21/06; azidas C01B 21/08; amidas metálicas C01B 21/092; nitritos C01B 21/50; fosfuros C01B 25/08; sales de los oxácidos del fósforo C01B 25/16; carburos C01B 32/90; compuestos que contienen silicio C01B 33/00; compuestos que contienen boro C01B 35/00; compuestos que tienen propiedades de tamices moleculares pero que no tienen propiedades de cambiadores de base C01B 37/00; compuestos que tienen propiedades de tamices moleculares y de cambiadores de base, p. ej. zeolitas cristalinas, C01B 39/00; cianuros C01C 3/08; sales del ácido ciánico C01C 3/14; sales de cianamida C01C 3/16; tiocianatos C01C 3/20; procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la preparación de elementos o de compuestos inorgánicos excepto anhídrido carbónico C12P 3/00; obtención a partir de mezclas, p. ej. a partir de minerales, de compuestos metálicos que son los compuestos intermedios de un proceso metalúrgico para la obtención de un metal libre C22B; producción de elementos no metálicos o de compuestos inorgánicos por electrólisis o electroforesis C25B). › C01F 11/00 Compuestos de calcio, estroncio o bario (C01F 7/00 tiene prioridad). › Carbonatos.

PDF original: ES-2364420_A1.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Eliminación del dióxido de carbono y otros gases atmosféricos mediante residuos industriales ricos en calcio.

La presente invención se refiere a un uso de una suspensión acuosa que comprende calcio en una proporción mayor al 15% en peso, siendo la fase sólida de la suspensión acuosa preferiblemente portlandita procedente de residuos de la industria química, para la eliminación de CO2 y otros gases de efecto invernadero. La presente invención también se refiere a un procedimiento de eliminación de dichos gases en condiciones de presión y temperaturas ambientales.

Estado de la técnica anterior

Una de las tecnologías más prometedoras en la captura y almacenamiento del dióxido de carbono (CO2) es la relacionada con la fijación de dicho gas en forma de carbonatos inorgánicos insolubles. Esa fijación se consigue mediante una reacción química, conocida como carbonatación mineral. En las reacciones de carbonatación, el CO2 reacciona con materiales que tienen óxidos metálicos (típicamente de metales alcalino-térreos) en su composición, formando así el correspondiente carbonato como subproducto. Sin embargo, estas reacciones son muy lentas cuando transcurren en ambientes naturales, de tal manera que los estudios que implementan actualmente dichas reacciones requieren la adición de una energía intensiva (de activación), para conseguir que los minerales sean más reactivos.

Dentro de la tecnología de la carbonatación mineral, ciertos trabajos se proponen como estudios para una eliminación de CO2 a escala masiva. Entre ellos destaca "C. Y. Tai, W. R. Chen y S. H. Shih. AlChE J., 52:292 (2005)". Posteriormente, se han realizado estudios comparativos analizando diferentes tipos de muestras y condiciones experimentales obteniéndose, de cara a su aplicación de eliminación masiva, unos resultados más esperanzadores.

El estudio que se presenta se enmarca dentro del conjunto de técnicas de eliminación de CO2 mediante la utilización de minerales ricos en calcio procedentes de residuos industriales o residuos sólidos urbanos (G. Montes-Hernández, R. Pérez-López, F. Renard, J.M. Nieto, L. Charlet. Journal of Hazardous Materials 161, 1347-1354, 2009).

Desde hace más de una década se viene planteando la posibilidad de reducir el nivel de CO2 en la atmósfera mediante la reacción del CO2 disperso en la atmósfera con diversos minerales, como medida complementaria y alternativa al secuestro de CO2. Esta línea de trabajo fue desarrollada por Lackner et al. (Klaus S. Lackner, Patrick Grimes y Hans-J. Ziock. 2nd U.S.-China Symposium on CO2 Emissions Control Science & Technology May 28th-30th, 2008) a nivel teórico, quienes compararon las tecnologías de las energías renovables (aerogeneradores o placas fotovoltaicas) con una tecnología conjunta de plantas de generación de energía basadas en combustibles fósiles junto con sumideros minerales de CO2 atmosférico. Sus cálculos económicos y energéticos demostraron que era más interesante desde el punto de vista de la reducción del CO2 del medio ambiente esta segunda opción. Es decir, el dióxido de carbono puede ser emitido al aire, donde el viento lo dispersa inmediatamente por encima de ciudades y fronteras, y se pueden disponer sumideros de CO2, donde este gas reacciona con un absorbente, fijándolo químicamente. Para este fin, Lackner propuso diversos absorbentes como los hidróxidos cálcico, sódico o de magnesio.

En términos más prácticos, el Dr. Stolaroff (Joshua K. Stolaroff, David W. Keith and Gregory V. Lowry. Environ. Sci. Technol., 42, 2728-2735, 2008) desarrolló un prototipo de "columna de secuestro de CO2 ambiental" mediante un sistema de aspersión de una disolución de hidróxido sódico. Este trabajo supone una primera puesta en marcha de las tecnologías de eliminación del CO2 ambiental como vía para la reducción del contenido de dióxido de carbono de la atmósfera. Su prototipo pulveriza una disolución concentrada de NaOH en la parte superior de una columna. El sodio contenido en las gotas reacciona con el CO2 del aire contenido en la columna de 5 m de alto, de manera que el aire que sale de la columna contiene menos CO2 que el que entra. De este modo, se plantea un sistema de columnas para atacar el exceso de CO2 de la atmósfera.

Últimamente se han desarrollado tecnologías para la reacción de minerales de calcio con el dióxido de carbono. Así por ejemplo, Eighmy et al. (en la solicitud de patente WO2005/086843) plantean un dispositivo experimental para carbonatar minerales ricos en calcio en una columna de carbonatación sobre la que bombea aire. Igualmente, Mueller et al. (en la solicitud de patente WO2008055326) proponen hacer circular aire contaminado de CO2 con la ayuda de un compresor radial a través de dos tanques en serie, en donde fuerza la reacción con el óxido de calcio (CaO).

Por último, la utilización de los residuos industriales ricos en calcio para la eliminación de CO2 mediante quimisorción ha sido planteada por Montes-Hernández et al. Ellos han realizado varios trabajos de investigación en el más reciente de "G. Montes-Hernández, R. Pérez-López, F. Renard, J.M. Nieto, L. Charlet. Journal of Hazardous Materials 161, 1347-1354 (2009)", se han involucrando los residuos de la industria del papel o de la combustión del carbón. En el caso de la industria papelera, los residuos se componen de portlandita en un 55%. El desarrollo planteado en este trabajo consiste en atacar con CO2 el residuo seco disperso en agua destilada, dentro de un reactor con temperatura controlada (fijada a 30ºC y a 60ºC), en el que se inyecta CO2 a diversas presiones, desde 10 bar hasta 60 bar. Por otro lado, la técnica dirigida a los residuos de las centrales térmicas trata de aprovechar el calcio contenido en el residuo conocido como ceniza volante (fly ash). Este residuo está formado por partículas esféricas micrométricas, con un contenido en CaO del 4%. De nuevo, se plantean unas condiciones experimentales similares a las del trabajo anterior, es decir, de temperatura y presión controladas. El bajo contenido en CaO de las cenizas hace que el residuo de la industria papelera sea mucho más atractivo. Estos resultados se reflejaron en la solicitud de patente WO2009077358. La configuración experimental reivindicada implica la utilización de agua destilada como dispersante de los residuos sólidos, control de la temperatura (entre 30ºC y 60ºC) así como aumentar la presión del CO2 en el reactor entre los 10 bar y los 40 bar.

En la actualidad, a pesar de que la fijación mineral es la manera más estable de eliminar CO2 de la atmósfera de manera permanente, la tecnología de secuestro de dióxido de carbono mediante la captación mineral ha sido bastante discutida por las dificultades que presentaba el proceso, tales como tiempos muy lentos de reacción (alrededor de años), o la baja eficiencia de la técnica. Para subsanar estos problemas, hasta ahora se habían planteado condiciones experimentales que conllevan altos consumos de energía en el proceso de eliminación del CO2.

Descripción de la invención

La presente invención resuelve los problemas planteados en el estado de la técnica simplificando todo el proceso a una etapa única y además supone reutilización de residuos industriales acuosos.

Asimismo, la presente invención proporciona el uso de una suspensión acuosa que comprende un residuo con alto contenido en calcio en forma de portlandita, como el generado en la industria del acetileno, para la eliminación de un gas que comprende dióxido de carbono, y su procedimiento de eliminación de dicho gas en unas condiciones de temperatura y presión ambientales.

En un primer aspecto, la presente invención se refiere a un uso de una suspensión acuosa con un porcentaje en peso de calcio superior al 15%, para eliminación de un gas que comprende dióxido de carbono.

El porcentaje en peso del calcio presente en la fase sólida de la suspensión acuosa es mayor del 50%, como el porcentaje de fase sólida en el líquido es mayor del 33%, indica que el contenido de calcio en el conjunto de la suspensión acuosa es preferiblemente mayor al 17%.

En una realización preferida la suspensión acuosa es un subproducto de la producción del acetileno. En una... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Uso de una suspensión acuosa con un porcentaje en peso de calcio superior al 15%, para la eliminación de un gas que comprende dióxido de carbono.

2. Uso de la suspensión acuosa según la reivindicación 1, donde dicha suspensión acuosa es un subproducto de la producción del acetileno.

3. Uso de una suspensión acuosa según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, donde el subproducto comprende portlandita.

4. Uso de la suspensión acuosa según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el dióxido de carbono proviene de la propia producción del acetileno.

5. Procedimiento de eliminación de CO2 de una corriente gaseosa que comprende dióxido de carbono mediante carbonatación inducida, con una suspensión acuosa que comprende calcio en un porcentaje de superior al 15% en peso.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, donde la carbonatación inducida se produce mediante el contacto forzado de la suspensión acuosa y la corriente del gas en condiciones de presión y temperatura ambientales.

7. Procedimiento de eliminación de un gas que comprende dióxido de carbono mediante carbonatación ambiental, con una suspensión acuosa que comprende calcio en un porcentaje en peso superior al 15%.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, donde la carbonatación ambiental se produce mediante el contacto de la suspensión acuosa en un reservorio con el gas contenido en la atmósfera.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, donde el reservorio es abierto.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, donde el reservorio esta en agitación.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, donde la relación de superficie/volumen de la suspensión acuosa es superior al 0,1 cm-1.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 11, donde el subproducto rico en calcio es portlandita.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 12, donde la suspensión acuosa es un subproducto de la producción del acetileno.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 13, donde la relación entre el volumen de suspensión acuosa y el flujo de gas se encuentra entre 0,01 s y 1 s.

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 14, donde la carbonatación se realiza a temperaturas entre 5 y 50ºC.

16. Procedimiento según la reivindicación 15, donde el intervalo de temperatura es entre 15 y 35ºC.

17. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 16, donde la carbonatación se realiza a presiones entre 0,5 y 2 bar.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, donde el intervalo de presión es entre 0,9 bar y 1,6 bar.


 

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