ES2345135A1 - Dispositivo ciclonico para calcinacion y procedimiento de separacion de co2 usando dicho dispositivo. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo ciclónico para calcinación y procedimiento de separación de CO{sub,2} usando dicho dispositivo. Dispositivo ciclónico que cuenta con el ciclón propiamente dicho que tiene una entrada lateral por la parte superior del carbonato cálcico y una salida inferior de óxido de calcio que está rodeado de una envolvente de manera que la combustión de los gases de calentamiento quede separada de la calcinación, para lo cual el ciclón está rodeado por una camisa o por un horno, hogar, o gasificador, por lo que permite la generación de una corriente concentrada de CO{sub,2} no mezclada con los gases de combustión, logrando un doble objetivo por un lado la reducción del área de transferencia de calor y por otro lado el hecho de separar de manera concentrada el CO{sub,2}.
Description
Dispositivo ciclónico para calcinación y
procedimiento de separación de CO_{2} usando dicho
dispositivo.
Es objeto de la presente invención un
dispositivo ciclónico para calcinación, así como un procedimiento de
separación de CO_{2} en el que se emplea dicho dispositivo.
El dispositivo ciclónico de la presente
invención se emplea para la calcinación de carbonato cálcico
(CaCO_{3}) aplicable tanto a cementeras como a procesos de captura
de CO_{2} mediante un ciclo de carbonatación.
Caracteriza al dispositivo ciclónico su especial
configuración y diseño que reduce el área de transferencia de calor
necesaria para que se produzca la calcinación del carbonato cálcico
de forma indirecta a través de las paredes metálicas y permite
obtener una corriente concentrada en dióxido de carbono.
Para lograr el fin anteriormente expuesto el
ciclón se rodea de una camisa o envolvente en donde se instalan
quemadores de gas natural u otro tipo de combustible.
La calcinación es el proceso de descomposición
térmica de la caliza (CaCO_{3}) en óxido de calcio y dióxido de
carbono.
El proceso se realiza de forma directa en
cementeras por medio de largos hornos cilíndricos junto con
ciclones, que si bien logran los fines conseguidos, no permiten
obtener una corriente concentrada en dióxido de carbono.
En los dispositivos ciclónicos actualmente en
uso, para lograr la calcinación, el gas de combustión es
directamente inyectado en el interior del ciclón, por lo que los
gases expulsados son una mezcla de gases de combustión junto con
CO_{2}, lo que no favorece la separación de CO_{2} en un proceso
de calcinación.
En la patente GB 425405 (Triggs) se describe un
calcinador en el cual no se mezclan los gases de combustión con el
CO_{2} generado en la calcinación, ya que la transferencia de
calor entre los gases de combustión calientes y la caliza se realiza
a través de un conducto de carburo de silicio por donde desciende
lentamente el CaO. Su inconveniente básico son los bajos
coeficientes de transferencia de calor y por lo tanto la baja
capacidad de calcinación del sistema, lo que da lugar a que la
diferencia de temperatura entre el lado de los gases y la caliza
deba ser elevada, imposibilitando la existencia de materiales que
resistan tan altas temperaturas.
En las patentes AU 1468760 (West's Limited), US
4128392 (TocK WH), US 4389381 (Dinovo ST), US 4707350 (Baudequin F)
se emplean lechos fluidos para la calcinación, pero ninguno de ellos
emplea dispositivos ciclónicos como los de la presente
invención.
Por lo tanto, respecto de los dispositivos
ciclónicos, es objeto de la presente invención desarrollar un
dispositivo ciclónico que supere los anteriores inconvenientes, que
no mezcle el dióxido de carbono con los gases de combustión, y que
reduzca el área de transferencia de calor, lo que significa una
clara reducción en los costes y tamaños del calcinador.
Por otro lado, hoy en día es indudable el gran
interés suscitado por los temas relacionados con la reducción,
separación y/o captura de emisiones de CO_{2} debido a su efecto
sobre el calentamiento global. El principal problema para la
separación y captura de CO_{2} es su baja concentración en los
gases de combustión de grandes instalaciones.
Existen diversos métodos de captura de CO_{2},
los más desarrollados en la actualidad están basados en procesos de
absorción química a baja temperatura, lo que origina una gran
pérdida de rendimiento de centrales térmicas y limitaciones en la
aplicabilidad al emplear combustibles con contenidos en azufre
medios-altos.
Otros de los procesos en desarrollo es el basado
en la reacción de equilibrio
CaO + CO_{2} =
CaCO_{3}
Entre las numerosas publicaciones se encuentra,
la publicación de Shimizu T, Hirama T, Hosoda H, Gitano K, Inagaki
M, Tejima K (1999) "A twin fluid-bed reactor for
renoval CO_{2} from combustión processes". Trasn IChemE; 77, A,
1999. Aquí se propone por primera vez la utilización del equilibrio
para la separación del CO_{2} procedente de gases de combustión.
Carbonatan CaO a 600ºC eliminando parcialmente el CO_{2} de gases
de combustión y regeneran el CaCO_{3} en un lecho fluido que actúa
como calcinador.
En la patente US 2002/0037246 (Beal et
al.) también se hace uso de la reacción anterior, pero se
especifica en detalle cómo será el carbonatador y el calcinador.
En la patente WO 0380223 (Abanades JC, OaKey A),
si bien supone un paso hacia delante en los procedimientos de
separación de CO_{2}, presenta como inconveniente la dificultad de
transferir el calor procedente de la combustión para la calcinación
al poner paredes separadoras entre la calcinación y el hogar, horno
o gases de combustión, siendo precisa una gran área de transferencia
de calor para que el proceso sea viable, además de un buen contacto
del sorbente con la pared, de forma que se intensifique la
transferencia de calor entre la combustión y el proceso de
calcinación.
En los procesos de calcinación en donde se
emplean ciclones siempre ha existido una mezcla de los gases de
calentamiento con el CO_{2} liberado en la calcinación, lo que
imposibilita su utilización en cualquier proceso de captura de
CO_{2}.
Por lo tanto, es objeto de la presente
invención, además del desarrollo de un dispositivo ciclónico, el
desarrollar un nuevo procedimiento de separación y captura de
CO_{2} en los procesos de calcinación que supere los anteriores
inconvenientes de mezcla de los gases de calentamiento con el
CO_{2} y que reduzca el área de transferencia de calor necesaria
para lograr una calcinación indirecta, empleando un dispositivo
ciclónico como del que es objeto la invención.
La invención de dispositivo ciclónico para la
calcinación de CaCO_{3} es aplicable tanto a cementeras como a
procesos de separación de CO_{2} mediante ciclo de
carbonatación.
En esta invención el intercambio de calor se
realiza de forma indirecta a través de paredes metálicas, para ello
el dispositivo cuenta con un ciclón, con un alto coeficiente de
transferencia de calor interior por lo que el área de necesaria para
la calcinación se reduce respecto de los procesos actuales. Dicho
ciclón está rodeado de una envolvente, que puede ser un encamisado,
hogar, horno o gasificador, de manera que los gases de combustión y
su combustión no estén en contacto directo con el carbonato
cálcico.
El conjunto deberá contar con una entrada de
carbonato cálcico, una salida inferior del ciclón para las
partículas y un superior para el dióxido de carbono y el gas de
transporte.
En el caso de que el ciclón esté rodeado de una
camisa o envolvente, ésta contará con unos quemadores de gas
natural, propano u otro tipo de combustible.
El carbonato cálcico se introduce junto con un
gas de transporte, que será vapor de agua si el proceso se utiliza
además para la separación de CO_{2}, o bien el gas de transporte
será cualquier gas si se utiliza solo para la calcinación.
Por la parte inferior del ciclón se recogerá el
sólido, óxido de calcio, y por la parte superior se obtendrá una
corriente concentrada de CO_{2} junto con una pequeña proporción
de partículas y de gas de transporte, que en el caso de que sea
vapor de agua puede condensar en equipos posteriores. Lo que no
saldrá es una mezcla de CO_{2} con gases de combustión como venía
sucediendo hasta ahora.
La pequeña proporción de partículas emitidas
serán filtradas posteriormente en otro dispositivo, por ejemplo un
ciclón si se realiza a alta temperatura o un ciclo de mangas si se
realiza a baja temperatura.
Con el dispositivo ciclónico propuesto se logra
una reducción del área de transferencia de calor debido a los
mayores coeficientes de transferencia de calor en ciclones de alta
temperatura con respecto a otro tipo de dispositivos (paredes de
contacto indirecto). La reducción del área de transferencia de calor
supone una reducción apreciable en el tamaño del sistema, lo que
favorece la viabilidad técnica y económica de la calcinación, así
como de los procesos de captura de CO_{2} basados en esta
tecnología, ya que el CO_{2} se obtiene de manera concentrada y no
mezclada con los gases de combustión.
Para complementar la descripción que
seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor
comprensión de sus características, se acompaña a la presente
memoria descriptiva un juego de planos en cuyas figuras, de forma
ilustrativa y no limitativa, se representan los detalles más
significativos de la invención.
La figura 1 muestra una representación
esquemática de un ciclón objeto de la invención.
La figura 2 muestra el mismo objeto de la
invención para su introducción en un hogar, horno o gasificador.
A la vista de las figuras se describe
seguidamente un modo de realización preferente de la invención
propuesta.
En la figura 1, se observa cómo el dispositivo
ciclónico presenta el ciclón (1) que está rodeado de un encamisado o
envoltura (2) en el que hay dispuestos una serie de quemadores (3)
de gas natural, propano o cualquier otro combustible.
Por la parte lateral superior cuenta con una
entrada (6) del carbonato cálcico junto con los gases de transporte.
Inferiormente tiene una salida (4) donde se recogerá el CaO y
también cuenta con una abertura lateral de salida (5) para los gases
de combustión del encamisado.
Se observa en dicha figura cómo por la parte
superior tiene una apertura superior (7) para salida del dióxido de
carbono y el gas de transporte.
Los quemadores (3) deben ser capaces de llevar
la pared del ciclón a una temperatura superior a 1150ºC.
Las paredes externas del ciclón, interior del
encamisado, adicionalmente podrían incluir unos direccionadores de
flujo a fin de que la corriente de gases de combustión a alta
temperatura tuviera un tiempo de residencia suficiente para ceder la
energía necesaria para la calcinación.
Por otro lado, la parte exterior del encamisado
o envolvente (2) estará realizada con material refractario y
aislante con el fin de que todo el calor se emplee en la
calcinación.
Como se ha descrito anteriormente en la figura 2
se observa el ciclón (1), que puede ser introducido en un hogar,
horno o gasificador; es decir, se ha reemplazado el encamisado (2)
(figura 1) por uno de los medios descritos de manera que tenga lugar
la combustión de modo separado del proceso de calcinación.
En cuanto al procedimiento de separación de
CO_{2} empleando un dispositivo ciclónico como el descrito cuenta
con las siguientes etapas:
- -
- Introducción de carbonato cálcico junto con vapor de agua como gas de transporte al interior del ciclón.
- -
- Introducción de un gas combustible para producir una temperatura de la pared del ciclón superior a los 1000ºC, preferentemente cercana o superior a 1150ºC.
- -
- Calcinación del carbonato cálcico en el interior del ciclón
- -
- Recogida por la parte inferior del ciclón del óxido de calcio
- -
- Expulsión de los gases de combustión
- -
- Obtención por la parte superior de una corriente concentrada de CO_{2}, junto con una pequeña proporción de partículas y de gas de transporte.
\vskip1.000000\baselineskip
La introducción del carbonato cálcico junto con
los gases de transporte, puede realizarse a presión atmosférica o
presiones inferiores a ésta.
La corriente concentrada de CO_{2} expulsada
que va junto con una pequeña proporción de partículas será filtrada
en otro dispositivo, por ejemplo un ciclón o un dispositivo de
mangas si se realiza a baja temperatura.
No altera la esencialidad de esta invención
variaciones en materiales, forma, tamaño y disposición de los
elementos componentes, descritos de manera no limitativa, bastando
ésta para su reproducción por un experto.
Claims (9)
1. Dispositivo ciclónico para la calcinación de
carbonato cálcico caracterizado por:
- -
- un ciclón (1),
- -
- una envoltura (2) donde tiene lugar la combustión de forma separada de la calcinación del carbonato cálcico produciéndose la calcinación de forma indirecta a través de las paredes metálicas del ciclón,
- -
- una entrada (6) del carbonato cálcico junto con los gases de transporte,
- -
- una salida inferior (4) donde se recogerán unas partículas
- -
- una apertura superior (7) para salida del dióxido de carbono y el gas de transporte.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Dispositivo ciclónico para la calcinación
según la reivindicación 1, caracterizado porque la envoltura
del ciclón (1) es un encamisado (2) por donde circulan unos gases de
combustión procedentes de unos quemadores (3), inferiormente el
encamisado (2) cuenta con una abertura de salida (5) para los gases
de combustión.
3. Dispositivo ciclónico para la calcinación
según la reivindicación 1, caracterizado porque la envoltura
del ciclón (1) es un hogar, horno o gasificador.
4. Dispositivo ciclónico para la calcinación
según la I reivindicación 2, caracterizado porque los
quemadores (3) deben ser capaces de llevar la pared del ciclón a una
temperatura superior a 1150ºC.
5. Dispositivo ciclónico para la calcinación
según la reivindicación 2, caracterizado porque las paredes
externas del ciclón, interior del encamisado, cuentan con unos
direccionadores de flujo a fin de que la corriente de gases
combustibles a altas temperaturas tenga un tiempo de residencia
suficiente para ceder la energía necesaria para la calcinación.
6. Dispositivo ciclónico para la calcinación
según la reivindicación 2, caracterizado porque la parte
exterior del encamisado o envolvente (2) estará realizada con
material refractario y aislante a fin de que todo el calor se emplee
en la calcinación.
7. Procedimiento de separación de CO_{2}
usando el dispositivo reivindicado anteriormente mediante un proceso
de calcinación caracterizado porque consta de las siguientes
etapas:
- -
- Introducción de carbonato cálcico junto con vapor de agua como gas de transporte al interior del ciclón.
- -
- Introducción de un gas combustible para producir una temperatura de la pared del ciclón superior a los 1000ºC, preferentemente cercana o superior a 1150ºC.
- -
- Calcinación del carbonato cálcico en el interior del ciclón
- -
- Recogida por la parte inferior del ciclón del óxido de calcio
- -
- Expulsión de los gases de combustión
- -
- Obtención por la parte superior de una corriente concentrada de CO_{2}, junto con una pequeña proporción de partículas y de gas de transporte.
\vskip1.000000\baselineskip
8. Procedimiento de separación de CO_{2} según
la reivindicación 7, caracterizado porque la introducción del
carbonato cálcico junto con los gases de transporte, se realiza a
presiones inferiores a la atmosférica.
9. Procedimiento de separación de CO_{2}
según la reivindicación 7, caracterizado porque la corriente
concentrada de CO_{2} expulsada que va junto con una pequeña
proporción de partículas se filtra en otro dispositivo, por ejemplo
un ciclón o un filtro de mangas si se realiza a baja
temperatura.
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| ES (1) | ES2345135B1 (es) |
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2007
- 2007-07-17 ES ES200701996A patent/ES2345135B1/es not_active Withdrawn - After Issue
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2345135B1 (es) | 2011-07-18 |
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