ES2339733A1 - Procedimiento y dispositivo para la combustion de biomasa sin emision de dioxi8do de carbono. - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para la combustion de biomasa sin emision de dioxi8do de carbono. Download PDF

Info

Publication number
ES2339733A1
ES2339733A1 ES200803325A ES200803325A ES2339733A1 ES 2339733 A1 ES2339733 A1 ES 2339733A1 ES 200803325 A ES200803325 A ES 200803325A ES 200803325 A ES200803325 A ES 200803325A ES 2339733 A1 ES2339733 A1 ES 2339733A1
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
solids
carbonator
combustor
cao
combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
ES200803325A
Other languages
English (en)
Other versions
ES2339733B1 (es
Inventor
Juan Carlos Abanades Garcia
Monica Alonso Carreño
Nuria Rodriguez Gomez
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Union Fenosa Generacion SA
Original Assignee
Union Fenosa Generacion SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to ES200803325A priority Critical patent/ES2339733B1/es
Application filed by Union Fenosa Generacion SA filed Critical Union Fenosa Generacion SA
Priority to PCT/ES2009/070513 priority patent/WO2010058054A1/es
Priority to US13/130,374 priority patent/US8757072B2/en
Priority to ES09827213.1T priority patent/ES2539661T3/es
Priority to PL09827213T priority patent/PL2359925T3/pl
Priority to DK09827213.1T priority patent/DK2359925T3/en
Priority to EP09827213.1A priority patent/EP2359925B1/en
Publication of ES2339733A1 publication Critical patent/ES2339733A1/es
Application granted granted Critical
Publication of ES2339733B1 publication Critical patent/ES2339733B1/es
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/62Carbon oxides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/96Regeneration, reactivation or recycling of reactants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/02Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed
    • F23C10/04Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone
    • F23C10/08Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone characterised by the arrangement of separation apparatus, e.g. cyclones, for separating particles from the flue gases
    • F23C10/10Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone characterised by the arrangement of separation apparatus, e.g. cyclones, for separating particles from the flue gases the separation apparatus being located outside the combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/30Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having a fluidised bed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/10Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of field or garden waste or biomasses
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J7/00Arrangement of devices for supplying chemicals to fire
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2251/00Reactants
    • B01D2251/40Alkaline earth metal or magnesium compounds
    • B01D2251/404Alkaline earth metal or magnesium compounds of calcium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2251/00Reactants
    • B01D2251/60Inorganic bases or salts
    • B01D2251/602Oxides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/50Carbon oxides
    • B01D2257/504Carbon dioxide
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2215/00Preventing emissions
    • F23J2215/50Carbon dioxide
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2219/00Treatment devices
    • F23J2219/60Sorption with dry devices, e.g. beds
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/32Direct CO2 mitigation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)

Abstract

La invención describe un dispositivo y un procedimiento para la combustión de biomasa y captura simultánea del CO{sub,2} generado en dicha combustión para generar una corriente sustancialmente pura de CO{sub,2} (9) que puede ser posteriormente almacenada. El dispositivo comprende un reactor combustor-carbonatador (a) que se alimenta con biomasa y aire; al menos un ciclón de reciclo (b, c) de sólidos que separa sólidos (5) que retornan al combustor-carbonatador, y del que sale una corriente de sólidos y gases (4). El dispositivo comprende un calcinador B que regenera CaO, un lecho fluidizado (d), y medios para alimentar CaCO{sub,3} fresco (12) y para purgar sólidos (11).

Description

Procedimiento y dispositivo para la combustión de biomasa sin emisión de dióxido de carbono.
Campo de la invención
La presente invención se encuadra dentro del campo de obtención de energía a partir de la combustión de biomasa, con captura simultánea de CO_{2} para su almacenamiento posterior, y sin la liberación de cantidades significativas de dióxido de carbono. En concreto la presente invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo para la combustión de biomasa y captura de CO_{2} simultánea, mediante CaO como absorbente del CO_{2} generando carbonato cálcico. Posteriormente el CaO se regenera en un calcinador, que puede acoplarse al dispositivo de la invención.
Antecedentes de la invención
Actualmente, la generación de electricidad a partir de combustibles fósiles se lleva a cabo fundamentalmente mediante procesos de combustión que generan importantes cantidades de CO_{2}, principal responsable del cambio climático. Por ello, se han propuesto en el estado de la técnica diferentes métodos para la captura del CO_{2} liberado en estos procesos, entre los que cabe destacar los que se basan en la reacción de carbonatación-calcinación:
CaO + CO_{2} = CaCO_{3}
La patente US 5,520,894 describe un método de absorción de CO_{2} con sólidos regenerables que incluyen, entre otros, MgO y/o CaO. La regeneración del carbonato formado se lleva a cabo mediante el calor obtenido de los gases de combustión. Esta solución es viable para el caso de la captura de CO_{2} con MgO formándose un carbonato ya que las temperaturas de descomposición del MgCO_{3} son moderadas. Sin embargo, para el caso del CaO como sorbente de CO_{2}, el sistema propuesto de regeneración mediante la calcinación de CaCO_{3}, no resulta viable en la práctica, ya que la demanda mínima de calor en el calcinador es muy elevada para eficacias de captura de CO_{2} superiores al 70%. [Rodríguez y col., Heat requirements of a CaCO_{3} calciner when integrated in a CO_{2} capture system. Chemical Engineering Journal, 138, 1-3, 148-155, 2008]. Es decir, a las temperaturas habituales de combustión, no está disponible en los gases de combustión, la temperatura mínima precisa para intercambiar el calor al calcinador de CaCO_{3}, el cual necesariamente por el equilibro termodinámico, se debe operar a temperaturas superiores a 900ºC para obtener CO_{2} puro del regenerador.
Shimizu y col.; (Shimizu et al. A twin fluid-bed reactor for removal of CO_{2} from combustión processes Trans IChemE, 77, A,1999) publican un procedimiento para la utilización de CaO como absorbente del CO_{2} procedente de los gases de combustión, con regeneración mediante calcinación en continuo de. CaCO_{3}, para obtener una corriente concentrada de CO_{2}. El sistema propuesto utiliza como carbonatador y calcinador dos lechos fluidizados interconectados. El calcinador utiliza la oxi-combustión de carbón para suministrar el calor necesario a la etapa endotérmica de calcinación del CaCO_{3} para dar CaO y CO_{2}. La desventaja de este sistema de captura de CO_{2} es que requiere ser aplicado a una central térmica de alto rendimiento (generadora de la corriente de gas de combustión que se alimenta al carbonatador) para reducir al máximo la penalización energética de la costosa planta de separación de aire para producir el O_{2} de alta pureza requerido en el calcinador.
WO 03/080223 describe un procedimiento de combustión a temperaturas preferiblemente superiores a 1000ºC, con separación integrada de CO_{2} por carbonatación basado en la utilización de CaO como transportador de parte del calor generado en cámara de combustión, que es utilizado en el calcinador para mantener la reacción endotérmica de calcinación, y regenerar el CaO, sin la necesidad de utilizar una planta de separación de aire como proponen Shimizu y col. Para transferir el calor necesario para alcanzar temperaturas de calcinación superiores a 900ºC, se propone utilizar lechos fluidizados circulantes separados por paredes metálicas o, preferiblemente, interconectados mediante un flujo de sólidos inertes en la reacción de combustión, que transfieren calor desde la cámara de combustión al calcinador. La primera propuesta se ha descartado por falta de materiales adecuados.
WO 2004/097297 describe un procedimiento de combustión con captura de CO_{2} que incluye un reactor de lecho fluidizado burbujeante a presión. En dicho reactor se llevan a cabo tres reacciones simultáneas: combustión del material de carbono alimentado al reactor, captura "in situ" del CO_{2} generado durante la combustión y captura "in situ" del SO_{2} generado durante la combustión. Las dos últimas reacciones son posibles gracias a que el reactor se alimenta de forma continua con una. corriente de CaO, obtenida por combustión de carbón en condiciones de oxi-combustión. Por tanto este procedimiento presenta la desventaja de que requiere una planta de separación de aire para producir O_{2}. El combustible de la invención es preferiblemente coque de petróleo o cualquier otro combustible sólido de bajo contenido en cenizas, para evitar problemas con las altas temperaturas de regeneración (>1.000ºC) en el lecho fluidizado a presión. Esta patente describe sistemas de combustión a alta presión debido a que son los únicos en los que es posible compaginar altas velocidades de combustión de combustibles sólidos poco reactivos, como coque de petróleo, y altas eficacias de carbonatación y de retención de sulfatación.
Abanades y col. (Abanades, J. C.; et al. Fluidized Bed Combustión Systems Integrating CO_{2} Capture with CaO. Environ. Sci. Tech. 2005, 39(8), 2861; y Abanades, J.C., et al. In-situ capture of CO_{2} in a fluidized bed combustor. 17th Int. Conf. on Fluidized Bed Combustión, FL-USA, ASME. Mayo 2003. paperlO) describen un procedimiento similar al de la solicitud WO 2004/097297, pero a presión atmosférica y sólo válido para combustibles de alta reactividad y muy bajo contenido en azufre como la biomasa. El procedimiento consiste en la combustión de biomasa y la captura simultánea "in situ" del CO_{2} formado, por carbonatación trabajando entorno a 700ºC. Sin embargo, no ha podido demostrarse la viabilidad del procedimiento (C. Salvador, et al. Capture of CO_{2} with CaO in a pilot fluidized bed carbonator. Experimental results and reactor model. 7th Congress on Greenhouse Gas Control Technologies-GHGT-7; Vancouver, Cañada; Sep. 2004) principalmente por llevarse a cabo en lecho fluidizado burbujeante, con una gran segregación en el lecho de la reacción de combustión que impide el necesario contacto entre el CO_{2} y las partículas absorbentes de CaO.
Por tanto, y a la vista de todo lo expuesto, sigue existiendo la necesidad en el estado de la técnica de proporcionar un procedimiento y un dispositivo alternativos para la combustión y carbonatación "in situ" que supere al menos en parte los problemas del estado de la técnica mencionados, y resulte más eficaz desde un punto de vista energético y económico, y por ello interesante para su escalado a nivel industrial.
Breve descripción de las figuras
Figura 1: muestra un esquema del dispositivo de combustión-carbonatación de la invención y un diagrama de flujo del procedimiento de la invención.
Figura 2: muestra una gráfica en la que se representan las eficacias experimentales de captura de CO_{2} obtenidas en el dispositivo de combustión-carbonatación de la invención a distintos tiempos junto con las máximas permitidas por el equilibrio en las condiciones presentes en el dispositivo en esos mismos tiempos.
Descripción de la invención
En un primer aspecto, la invención se relaciona con un nuevo dispositivo, en adelante dispositivo de la invención, para la combustión de biomasa y captura simultánea del CO_{2} generado en dicha combustión que comprende:
(i) un combustor-carbonatador (a) de lecho fluidizado circulante que se alimenta con biomasa (1) y aire (2), emite una corriente de sólidos y gases (3), opera a una temperatura de entre 550 y 700ºC, y comprende una cantidad de CaO de al menos 500 kg CaO/m^{2}.
En el contexto de la invención la expresión una cantidad de CaO de al menos 500 kg CaO/m^{2} se refiere a una cantidad de CaO de al menos 500 kg por cada m^{2} de sección transversal del reactor de combustión-carbonatación.
En una realización preferente del dispositivo de la invención el combustor-carbonatador (a) opera a una temperatura comprendida entre 600 y 650ºC. La cantidad de al menos 500 kg CaO/m^{2} de CaO en el lecho del combustor-carbonatador es importante para que tengan lugar de forma simultánea las reacciones de combustión de biomasa y carbonatación del CaO.
En otra realización preferente la cantidad de CaO en el combustor-carbonatador está comprendida entre 1000-2000 kg CaO/m^{2}.
La cantidad de CaO debe permanecer estable en el lecho. La estabilidad debe conseguirse mediante el aporte de las corrientes (5) y (14) al combustor-carbonatador. El aporte mínimo de sólidos al combustor-carbonatador lo constituye la corriente (14). Este aporte de CaO desde el calcinador B es el necesario para obtener altas eficacias (por ejemplo, superiores al 70%) en la captura de CO_{2} mediante la reacción de carbonatación. Dicho aporte ha sido determinado experimentalmente por los inventores y está comprendido entre 5 y 20 veces el flujo molar de carbono alimentado con la biomasa al combustor-carbonatador. Además el CaO del combustor-carbonatador se renueva de forma continua en el dispositivo de la invención mediante la alimentación continua de CaCO_{3} en forma de caliza fresca (12) y la purga continua de sólidos (11).
En una realización particular, el dispositivo de la invención comprende, además del combustor-carbonatador (a) los siguientes elementos (Figura 1):
(ii) un ciclón primario (b) de reciclo de sólidos, al que llega la corriente (3), que separa sólidos (5) que entran en el combustor-carbonatador, y del que sale una corriente de sólidos y gases (4);
(iii) un ciclón secundario (c) de reciclo de sólidos, al que llega la corriente (4), que separa sólidos (7) que entran en el calcinador (B) y del -que sale una corriente de gas (6);
(iv) un calcinador (B) del que sale una corriente (8) que se separa en CO_{2} y sólidos (10);
(v) un lecho fluidizado (d) con vapor o CO_{2} (13) al que llegan los sólidos (10), y del que salen sólidos (14) que entran en el combustor-carbonatador; y
(vi) medios para purgar sólidos (11) del lecho fluidizado (d), y medios para alimentar caliza fresca (12) al lecho fluidizado (d).
Mediante los ciclones primario y secundario se garantiza un doble reciclo de sólidos (5) y (14) al combustor-carbonatador (a) que garantiza inventarios de sólidos en el lecho de una cantidad de CaO de al menos 500 kg/m^{2} en el reactor de combustión-carbonatación. El ciclón primario se diseña para operar con eficacias de separación de sólidos comprendidas entre el 70 y el 90%, permitiendo la salida de una corriente (4) que comprende sólidos al ciclón secundario (c), el cual recibe los gases y sólidos que salen del ciclón primario y separa, por una parte una corriente de sólidos (7) parcialmente carbonatada que se destina al calcinador B, y por otra parte, una corriente de gas con un contenido reducido de CO_{2} (6) con presiones parciales de CO_{2} entre 0.005-0.035 atmósferas.
En el calcinador B se calcina en continuo el sólido (7) parcialmente carbonatado regenerando el CaO y generando una corriente pura o fácil de purificar de CO_{2} (9) susceptible de almacenamiento geológico permanente. La calcinación es un proceso endotérmico y la energía necesaria para la reacción se puede obtener por ejemplo quemando una parte de un combustible, como biomasa, carbón etc., en presencia de oxígeno obtenido opcionalmente de una planta de separación de aire según se conoce del estado de la técnica.
El CaO se encuentra en forma particulada. La elección de la granulometría del CaO, el diseño de las interconexiones entre elementos del dispositivo de la invención desde el punto de vista de la transferencia de sólidos entre ellos, así como la separación de los sólidos de los gases que los arrastran se realiza mediante elementos y procedimientos del estado de la técnica relativo a sistemas fluidizados gas/sólido.
En lecho fluidizado burbujeante (d) que se fluidiza con vapor o CO_{2} (13) permite por una parte recuperar calor de los sólidos (10) del segundo reciclo, y por otra parte, la alimentación de caliza fresca en continuo y la purga de sólidos agotados en continuo con lo que la cantidad de CaO en el combustor-carbonatador se mantiene constante asegurando el eficaz funcionamiento del dispositivo de la invención. Estos sólidos agotados comprenden CaO, cenizas e inertes formados en el combustor-carbonatador y en el calcinador. El lecho fluidizado burbujeante (d) actúa como una válvula de sólidos que permite la recuperación de calor de la corriente de sólidos que entra al combustor-carbonatador desde el calcinador.
En otra realización particular el dispositivo de la invención comprende además del combustor-carbonatador (a):
(ii) un ciclón (b) de reciclo de sólidos, al que llega la corriente (3), que separa los sólidos de los gases; y
(iii) una válvula de sólidos que separa la corriente de sólidos que sale del ciclón en dos corrientes, de las cuales una se recircula al combustor-carbonatador y otra se lleva al calcinador.
De este modo también es posible mantener un inventario de sólidos en el combustor-carbonatador por encima de 500 kgCaO/m^{2}, a la vez que se mantiene una intensa circulación de sólidos con el calcinador.
La presente invención se relaciona en otro aspecto con un procedimiento para la combustión de biomasa y captura simultánea del CO_{2} generado en dicha combustión, que comprende una etapa de:
a) combustión de biomasa y carbonatación simultánea de CaO para generar CaCO_{3} en un combustor-carbonatador de lecho fluidizado circulante que presenta una cantidad de CaO de al menos 500 kg CaO/m^{2} a una temperatura comprendida entre 550 y 700ºC.
Este procedimiento, en adelante procedimiento de la invención puede llevarse a cabo en un dispositivo como el de la presente invención.
En una realización preferente del procedimiento de la invención, la combustión y carbonatación tienen lugar en un combustor-carbonatador de lecho fluidizado circulante a una temperatura comprendida entre 600 y 650ºC.
Aunque las reacciones de combustión y carbonatación tengan lugar a temperaturas entre 550-700ºC, se prefiere el intervalo de entre 600-650ºC ya que se ha comprobado que así puede hacerse un uso más eficaz del calor generado en las reacciones de combustión y carbonatación manteniendo altas velocidades de reacción y eficacias de combustión. Los inventores han observado en ensayos realizados en un prototipo de lechos fluidizados circulantes interconectados, que el procedimiento de la invención llevado a cabo a estas temperaturas maximiza la captura de CO_{2} en el combustor-carbonatador alcanzando eficacias de carbonatación superiores al 80% y eficacias de combustión superiores al 95%.
En la Figura 2 se presentan los resultados obtenidos en una realización particular del procedimiento y del dispositivo de la invención.
En una realización particular la combustión y carbonatación tienen lugar en un combustor-carbonatador de lecho fluidizado que presenta una cantidad de CaO comprendida entre 1000 y 2000 kg CaO/m^{2}.
En otra realización particular del procedimiento de la invención, éste comprende, además, las siguientes etapas:
- separar sólidos de la corriente de salida (3) del combustor-carbonatador (a) en un ciclón primario (b) reciclándolos (5) al combustor-carbonatador y separándolos de una corriente de salida (4);
- separar sólidos de la corriente de salida (4) del ciclón primario (b) en un ciclón secundario (c) conduciéndolos a un calcinador (B) y separándolos de una corriente de gas (6);
- calcinar en continuo el CaCO_{3} para separar CO_{2} (9) de una corriente de sólidos (10);
- llevar la corriente de sólidos (10) a un lecho fluidizado (d),
- alimentar en continuo caliza fresca (12) al lecho fluidizado (d),
- purgar en continuo sólidos (11) del lecho fluidizado (d) y
- alimentar una corriente (14) desde el lecho fluidizado (d) al combustor-carbonatador (a).
En otra realización particular del procedimiento de la invención éste comprende además:
(ii)
separar en un ciclón (b) de reciclo de sólidos, al que llega la corriente (3), los sólidos de los gases; y
(iii)
separar mediante una válvula de sólidos la corriente de sólidos que sale del ciclón (b) en dos corrientes, de las cuales una se recircula al combustor-carbonatador y otra se lleva al calcinador.
El procedimiento de la invención comprende, además, recuperar calor liberado en las reacciones de combustión y carbonatación, a partir de una o más de las corrientes resultantes del procedimiento. En una realización particular el calor se recupera de una o más de las siguientes corrientes:
- de la corriente de sólidos (10) en el lecho fluidizado (d) con vapor o CO_{2},
- de la corriente de gases (6) del ciclón secundario (c),
- de la corriente de sólidos purgada (11);
- de la corriente (5) de retorno de sólidos al combustor-carbonatador.
El calor recuperado se utiliza en un ciclo vapor para generar electricidad o vapor en un nuevo ciclo de vapor, o para integrarse como nueva fuente de calor en el ciclo de vapor de una central existente de mayor tamaño. En este último caso, los gases calientes de combustión con bajo contenido en CO_{2} (6) se pueden alimentar a los gases de combustión de una central térmica de carbón para recuperar su calor y diluir el contenido de carbono fósil en la corriente de gases de combustión de carbón.
Una de las ventajas adicionales del procedimiento de la invención, reside en que es un proceso que puede integrarse como fuente de calor en una central térmica, generando electricidad con emisiones negativas de CO_{2}, ya que el carbono captado de la atmósfera por la biomasa durante su crecimiento es capturado mediante este procedimiento, y puede ser almacenado en forma pura y permanente en el subsuelo.
A continuación se presentan un ejemplo ilustrativo de la invención que se exponen para una mejor comprensión de la invención y en ningún caso deben considerarse una limitación del alcance de la misma.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
Ejemplo 1
Para la puesta en práctica del procedimiento y el dispositivo de la invención se utilizó un prototipo que consta de dos reactores de 100 mm de diámetro interior y 3.2 m de altura interconectados mediante ciclones, tuberías de descarga de sólidos (standpipes) y válvulas fluidizadas de sólidos (loopseal). Uno de los reactores se ha operado como combustor-carbonatador y el otro reactor como calcinador continuo para suministrar continuamente CaO calcinado al combustor-carbonatador.
La Figura 2 es una gráfica en la que se representan los resultados obtenidos, la eficacia de captura (%) en el reactor de combustión-carbonatación de - este prototipo experimental de lechos fluidizados interconectados, frente al tiempo.
Se han realizado multitud de experimentos con dos tipos de biomasa (serrin y pepitas machacadas de oliva), distintas velocidades de alimentación de biomasa y de aire, y distintos caudales de circulación de sólidos (aproximadamente entre 0.5-5 kg/m^{2}s). La linea (Equilibrio) de la Figura 2 indica la eficacia de captura de CO_{2} máxima permitida por el equilibrio de CaO/CaCO_{3} según la temperatura y composición gases de combustión puntuales (no mostradas por simplicidad). Los resultados que se muestran en la Figura 2 (Experimental) incluyen tres situaciones extremas: estados del sistema con muy baja eficacia de captura de CO_{2} por falta de material activo en el lecho, estado estable del sistema con una eficacia de captura intermedia y estados inestables con muy alta eficacia de captura de CO_{2}.
En la Figura 2 se muestra como entorno a las 15:10, la eficacia de captura desciende abruptamente debido a que se para la alimentación de sólidos del combustor-carbonatador para intentar medir la velocidad de circulación de los mismos. Esto se traduce en una desaparición rápida de los sólidos en el combustor-carbonatador, que opera en esa situación como un combustor de biomasa sin captura de CO_{2}. Al reponer el caudal de aire a la válvula de sólidos (loop-seal), la eficacia de captura aumenta hasta un valor de 88%. Esta eficacia corresponde a un lecho con suficientes partículas de CaO activas en su inventario, en este caso debido a la entrada rápida de CaO del calcinador cuando comienza la aireación de la válvula de sólidos. Estos sólidos se carbonatan y por tanto el lecho pierde progresivamente capacidad de absorción de CO_{2}. Solo la alimentación continua de sólidos desde el calcinador sostiene eficacias de captura aproximadamente estables entre el 40-50%. Finalmente entorno a las 15:40, se cargan 3.2 kg de sólidos parcialmente calcinados y la eficacia de captura llega a aumentar hasta valores entorno al 96.6% a las 15:45, para descender a valores entorno al 76.6% a las 15:50, debido nuevamente a la pérdida de material activo en el combustor-carbonatador.

Claims (12)

1. Dispositivo para la combustión de biomasa y captura simultánea del CO_{2} generado en dicha combustión que comprende:
(i) un combustor-carbonatador (a) de lecho fluidizado circulante que se alimenta con biomasa (1) y aire (2), emite una corriente de sólidos y gases (3), y opera a una temperatura de entre 550 y 700ºC, y comprende una cantidad de CaO de al menos 500 kg CaO/m^{2}.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el combustor-carbonatador opera a una temperatura de entre 600 y 650ºC.
3. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el lecho del combustor-carbonatador (a) comprende una cantidad comprendida entre 1000 y 2000 kg CaO/m^{2}.
4. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además:
(ii) un ciclón primario (b) de reciclo de sólidos, al que llega la corriente (3), que separa sólidos (5) que entran en el combustor-carbonatador, y del que sale una corriente de sólidos y gases (4);
(iii) un ciclón secundario (c) de reciclo de sólidos, al que llega la corriente (4), que separa sólidos (7) que entran en el calcinador (B) y del que sale una corriente de gas (6);
(iv) un calcinador (B) del que sale una corriente (8) que se separa en CO_{2} y sólidos (10);
(v) un lecho fluidizado (d) con vapor o CO_{2} (13) al que llegan los sólidos (10), y del que salen sólidos (14) que entran en el combustor-carbonatador; y
(vi) medios para purgar sólidos (11) del lecho fluidizado (d), y medios para alimentar caliza fresca (12).
\vskip1.000000\baselineskip
5. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además:
(ii) un ciclón (b) de reciclo de sólidos, al que llega la corriente (3), que separa los sólidos de los gases y
(iii) una válvula de sólidos que separa la corriente de sólidos que sale del ciclón en dos corrientes, de las cuales una se recircula al combustor-carbonatador y otra se lleva al calcinador.
\vskip1.000000\baselineskip
6. Procedimiento para la combustión de biomasa y captura simultánea del CO_{2} generado en dicha combustión que comprende una etapa de:
a) combustión de biomasa y carbonatación simultánea del CaO para generar CaCO_{3} en un combustor-carbonatador de lecho fluidizado circulante que presenta una cantidad de CaO de al menos 500 kg CaO/m^{2} a una temperatura comprendida entre 550 y 700ºC.
\vskip1.000000\baselineskip
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que la combustión y carbonatación tienen lugar en un combustor-carbonatador de lecho fluidizado circulante a una temperatura comprendida entre 600 y 650ºC.
8. Procedimiento según la reivindicación 6 o 7, en el que la combustión y carbonatación tienen lugar en un combustor-carbonatador de lecho fluidizado que presenta una cantidad de CaO comprendida entre 1000 y 2000 kg CaO/m^{2}.
9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6-8, que comprende además, las siguientes etapas:
- separar sólidos de la corriente de salida (3) del combustor-carbonatador (a) en un ciclón primario (b) reciclándolos (5) al combustor-carbonatador y separándolos de una corriente de salida (4);
- separar sólidos de la corriente de salida (4) del ciclón primario (b) en un ciclón secundario (c) conduciéndolos a un calcinador (B) y separándolos de una corriente de gas (6);
- calcinar en continuo el CaCO_{3} para generar y separar CO_{2} (9) y una corriente de sólidos (10);
- llevar la corriente de sólidos (10) a un lecho fluidizado (d),
- alimentar en continuo caliza fresca al lecho fluidizado (d),
- purgar en continuo sólidos del lecho fluidizado (d) y
- alimentar una corriente (14) al combustor-carbonatador (a).
\vskip1.000000\baselineskip
10. Procedimiento según la reivindicación 9, que comprende, además, recuperar calor de una o más de las siguientes corrientes resultantes del procedimiento:
- de la corriente de sólidos (10) en el lecho fluidizado (d) con vapor o CO_{2},
- de la corriente de gases (6) del ciclón secundario (c),
- de la corriente de sólidos purgada (11);
- de la corriente (5) de retorno de sólidos al combustor-carbonatador.
\vskip1.000000\baselineskip
11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6-8, que comprende además:
(ii)
separar en un ciclón (b) de reciclo de sólidos, al que llega la corriente (3), los sólidos de los gases; y
(iii)
separar mediante una válvula de sólidos la corriente de sólidos que sale del ciclón (b) en dos corrientes, de las cuales una se recircula al combustor-carbonatador y otra se lleva al calcinador.
\vskip1.000000\baselineskip
12. Procedimiento según la reivindicación 11, que comprende además recuperar calor de una o más de las corrientes resultantes del procedimiento.
ES200803325A 2008-11-21 2008-11-21 Procedimiento y dispositivo para la combustion de biomasa sin emisionde dioxido de carbono. Expired - Fee Related ES2339733B1 (es)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES200803325A ES2339733B1 (es) 2008-11-21 2008-11-21 Procedimiento y dispositivo para la combustion de biomasa sin emisionde dioxido de carbono.
US13/130,374 US8757072B2 (en) 2008-11-21 2009-11-18 Method and device for biomass combustion without carbon dioxide emission
ES09827213.1T ES2539661T3 (es) 2008-11-21 2009-11-18 Procedimiento y dispositivo de combustión de biomasa y captura simultánea de dióxido de carbono en un combustor-carbonatador
PL09827213T PL2359925T3 (pl) 2008-11-21 2009-11-18 Sposób i urządzenie do spalania biomasy i jednoczesnego wychwytywania dwutlenku węgla w urządzeniu do spalania-karbonatyzacji
PCT/ES2009/070513 WO2010058054A1 (es) 2008-11-21 2009-11-18 Procedimiento y dispositivo para la combustión de biomasa sin emisión de dióxido de carbono
DK09827213.1T DK2359925T3 (en) 2008-11-21 2009-11-18 METHOD AND DEVICE FOR BIOMASS BURNING AND SIMULTANEOUS CAPTURE OF CARBON DIOXIDE In a combustor-carbonator
EP09827213.1A EP2359925B1 (en) 2008-11-21 2009-11-18 Method and device for biomass combustion and simultaneous capture of carbon dioxide in a combustor-carbonator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES200803325A ES2339733B1 (es) 2008-11-21 2008-11-21 Procedimiento y dispositivo para la combustion de biomasa sin emisionde dioxido de carbono.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
ES2339733A1 true ES2339733A1 (es) 2010-05-24
ES2339733B1 ES2339733B1 (es) 2011-03-15

Family

ID=42153938

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES200803325A Expired - Fee Related ES2339733B1 (es) 2008-11-21 2008-11-21 Procedimiento y dispositivo para la combustion de biomasa sin emisionde dioxido de carbono.
ES09827213.1T Active ES2539661T3 (es) 2008-11-21 2009-11-18 Procedimiento y dispositivo de combustión de biomasa y captura simultánea de dióxido de carbono en un combustor-carbonatador

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES09827213.1T Active ES2539661T3 (es) 2008-11-21 2009-11-18 Procedimiento y dispositivo de combustión de biomasa y captura simultánea de dióxido de carbono en un combustor-carbonatador

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8757072B2 (es)
EP (1) EP2359925B1 (es)
DK (1) DK2359925T3 (es)
ES (2) ES2339733B1 (es)
PL (1) PL2359925T3 (es)
WO (1) WO2010058054A1 (es)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2644257B1 (en) 2012-03-30 2016-03-30 Alstom Technology Ltd High solids flux circulating carbonation reactor
US9566546B2 (en) * 2014-01-21 2017-02-14 Saudi Arabian Oil Company Sour gas combustion using in-situ oxygen production and chemical looping combustion
CN116336464B (zh) * 2023-04-07 2024-01-19 南京工程学院 一种钙基危废协同捕集so2/nox/co2工艺方法及系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2128765T5 (es) * 1994-10-12 2002-06-16 Foster Wheeler Energia Oy Reactor de lecho fluidizado circulante.
ES2302610A1 (es) * 2006-03-31 2008-07-16 Consejo Superior Investig. Cientificas Procedimiento de calcinacion con produccion de co2 puro o facilmente purificable proveniente de la descomposicion de carbonatos.

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL9201179A (nl) 1992-07-02 1994-02-01 Tno Werkwijze voor het regeneratief verwijderen van kooldioxide uit gasstromen.
DE19540996A1 (de) * 1995-11-03 1997-05-15 Paul Loerke Verfahren zur thermischen Behandlung von feinkörnigem Gut, insbesondere zur Herstellung von Zementklinker
US6790430B1 (en) * 1999-12-09 2004-09-14 The Regents Of The University Of California Hydrogen production from carbonaceous material
ES2192994B1 (es) 2002-03-22 2005-02-16 Consejo Superior Investig. Cientificas Procedimiento de combustion con separacion integrada de co2 mediante carbonatacion.
FR2850156B1 (fr) * 2003-01-16 2005-12-30 Alstom Switzerland Ltd Installation de combustion avec recuperation de co2
EP1618335A1 (en) 2003-04-29 2006-01-25 Her Majesty the Queen in Right of Canada as Represented by The Minister of Natural Resources In-situ capture of carbon dioxide and sulphur dioxide in a fluidized bed combustor
DE102007015082A1 (de) * 2007-03-29 2008-10-02 Leithner, Reinhard, Prof. Dr. techn. CO2-Abscheidung aus Abgasen mit CaO und Kalzinierung mittels Hochtemperaturwärmetauschern

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2128765T5 (es) * 1994-10-12 2002-06-16 Foster Wheeler Energia Oy Reactor de lecho fluidizado circulante.
ES2302610A1 (es) * 2006-03-31 2008-07-16 Consejo Superior Investig. Cientificas Procedimiento de calcinacion con produccion de co2 puro o facilmente purificable proveniente de la descomposicion de carbonatos.

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ABANADES, J.C. et al. Fluidized Bed Combustion Systems Integrating CO2 Capture with CaO. Environmental Science & Technology. 15.04.2005, Vol. 39, No. 8, Pág. 2861-2866, ISSN: 1520-5851, figura 6. *
ALONSO, M. et al. Modelling of a fluidized bed carbonator reactor to capture CO2 from a combustion flue gas. 05.11.2008. Recuperado de Internet: URL: , página 888, párrafo 3; figura 4. *
ALONSO, M. et al. Modelling of a fluidized bed carbonator reactor to capture CO2 from a combustion flue gas. 05.11.2008. Recuperado de Internet: URL: <http://www.sciencedirect.com/ science/article/B6TFK-4TVHSRV-5/2/b36a96fcc40c97919fd38b435c10a 980>, página 888, párrafo 3; figura 4. *
HUGHES, R.W. et al. Design, process simulation and construction of an atmospheric dual fluidized bed combustion system for in situ CO2 capture using high-temperature sorbents. Fuel Processing Technology. Octubre 2005, Vol. 86, No. 14-15, Pág. 1523-1531, ISSN 0378-3820, página 1523, resumen, líneas 1-3; página 1524, apartado 2.1, líneas 1-5; página 1526, apartado 2.4, líneas 9-12; figuras 1,2. *
SALVADOR, C. et al. Capture of CO2 with CaO in a pilot fluidized bed carbonator experimental results and reactor model. En: E.S. Rubin et al., Editores, Greenhouse Gas Control Technologies 7, Elsevier Science Ltd, Oxford, 2005, Pág. 1107-1113, ISBN 978-0-08-044704-9, páginas 1107,1108. *

Also Published As

Publication number Publication date
EP2359925B1 (en) 2015-03-18
EP2359925A1 (en) 2011-08-24
US8757072B2 (en) 2014-06-24
DK2359925T3 (en) 2015-06-29
EP2359925A4 (en) 2012-07-11
US20110250550A1 (en) 2011-10-13
ES2539661T3 (es) 2015-07-02
PL2359925T3 (pl) 2015-09-30
WO2010058054A1 (es) 2010-05-27
ES2339733B1 (es) 2011-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2671444T3 (es) Sistema y procedimiento de procesamiento de ciclo de calcinación/carbonatación
JP4355661B2 (ja) 流動床燃焼器内での二酸化炭素と二酸化硫黄の現場捕獲
ES2838727T3 (es) Sistema para captura de CO2 de un gas de combustión mediante los ciclos de carbonatación-calcinación CaO/CaCO3
ES2384491T3 (es) Procedimiento de captura de CO2 mediante CaO y la reducción exotérmica de un sólido
KR20220005074A (ko) 탄소 포집을 위한 시스템 및 방법
CA2479886C (en) Combustion method with integrated carbon dioxide separation by means of carbonation
ES2592703T3 (es) Sistema de generación de vapor que tiene múltiples cámaras de combustión y depuración de gas de combustión en seco
JP2710267B2 (ja) 二酸化炭素含有ガスからの二酸化炭素の分離装置と、二酸化炭素分離機能を有する燃焼装置
ES2302610B1 (es) Procedimiento de calcinacion con produccion de co2 puro o facilmente purificable proveniente de la descomposicion de carbonatos.
ES2698074T3 (es) Procedimiento de funcionamiento de una caldera de CFB de oxicombustión
De las Obras-Loscertales et al. Sulfur retention in an oxy-fuel bubbling fluidized bed combustor: Effect of coal rank, type of sorbent and O2/CO2 ratio
ES2339733B1 (es) Procedimiento y dispositivo para la combustion de biomasa sin emisionde dioxido de carbono.
CA2877733A1 (en) Controlling acidic compounds produced from oxy-combustion processes
ES2695554T3 (es) Procedimiento de captura de óxidos de azufre a partir del gas de combustión de una caldera de CFB de combustión de oxicombustible
ES2401294B1 (es) DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO PARA LA CAPTURA DE CO2 POR CARBONATACION DE CaO
ES2650840B2 (es) Sistema integrado de captura de CO2 y producción de bicarbonato de sodio (NaHCO3) A partir de Trona (Na2CO3 - 2H2O - NaHCO3)
US20140158030A1 (en) Method and system for capturing carbon dioxide in an oxyfiring process where oxygen is supplied by steam enhanced oxygen release from regenerable metal oxide sorbents
CZ31029U1 (cs) Zařízení pro záchyt CO2 z generátorového plynu metodou vysokoteplotní sorpce
SE504755C2 (sv) Förfarande och anordning för avskiljning av gasformiga föroreningar, såsom svaveldioxid och väteklorid, från vid förbränning i fluidiserad bädd bildade rökgaser
ES2737875A1 (es) Instalacion y procedimiento de captura de co2
AU2006303828B2 (en) System and method for calcination/carbonation cycle processing
CZ31287U1 (cs) Nízkoemisní energetický systém tvořený integrovaným paroplynovým cyklem s precombustion záchytem CO2

Legal Events

Date Code Title Description
EC2A Search report published

Date of ref document: 20100524

Kind code of ref document: A1

FG2A Definitive protection

Ref document number: 2339733

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: B1

Effective date: 20110303

FD2A Announcement of lapse in spain

Effective date: 20210929