ES2682920T3 - Aparato de captura de dióxido de carbono - Google Patents

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ES2682920T3 ES13841840.5T ES13841840T ES2682920T3 ES 2682920 T3 ES2682920 T3 ES 2682920T3 ES 13841840 T ES13841840 T ES 13841840T ES 2682920 T3 ES2682920 T3 ES 2682920T3
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Won Choon Choi
Na Young Kang
Hwimin Seo
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Abstract

Un sistema de captura de dióxido de carbono (100, 200, 300, 400, 500) para la separación selectiva de dióxido de carbono a partir de gases de escape, que comprende: una primera sección de adsorción/desorción de dióxido de carbono que comprende una primera sección de adsorción de dióxido de carbono (101, 201, 301, 401, 501), una primera sección de desorción de dióxido de carbono (102, 202, 302, 402, 502) conectada a la primera sección de adsorción de dióxido de carbono y un primer adsorbente de dióxido de carbono que circula a través de la primera sección de adsorción de dióxido de carbono y la primera sección de desorción de dióxido de carbono; y una segunda sección de adsorción/desorción de dióxido de carbono que comprende una segunda sección de adsorción de dióxido de carbono (101, 201, 301, 401, 501), una segunda sección de desorción de dióxido de carbono (102, 202, 302, 402, 502) conectada a la segunda sección de adsorción de dióxido de carbono y un segundo adsorbente de dióxido de carbono que circula a través de la segunda sección de adsorción de dióxido de carbono y la segunda sección de desorción de dióxido de carbono, en la que la primera sección de adsorción de dióxido de carbono (101, 201, 301, 401, 501) está conectada a la segunda sección de desorción de dióxido de carbono (102, 202, 302, 402, 502) de modo que el calor de adsorción generado a partir de la primera sección de adsorción de dióxido de carbono se transfiere a la segunda sección de desorción de dióxido de carbono para la desorción de dióxido de carbono cuando el primer adsorbente de dióxido de carbono tiene temperaturas de adsorción y desorción superiores que el segundo adsorbente de dióxido de carbono, en la que la primera sección de adsorción de dióxido de carbono (101, 201, 301, 401) está conectada a la segunda sección de desorción de dióxido de carbono (102, 202, 302, 402) de tal modo que la primera sección de adsorción de dióxido de carbono (101, 201, 301, 401) penetra la segunda sección de desorción de dióxido de carbono (102, 202, 302, 402) o la segunda sección de desorción de dióxido de carbono (102, 202, 302, 402) penetra la primera sección de adsorción de dióxido de carbono (101, 201, 301, 401) o en la que la primera sección de adsorción de dióxido de carbono (501) está conectada a la segunda sección de desorción de dióxido de carbono (502) a través de un medio de transferencia de calor (503).

Description

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DESCRIPCION
Aparato de captura de dioxido de carbono rCampo tecnicol
La presente invencion se refiere a sistemas de captura de dioxido de carbono y, mas espedficamente, a sistemas de captura de dioxido de carbono que evitan que el dioxido de carbono presente en gases de escape de instalaciones industriales, tales como centrales electricas y plantas de laminacion de acero, se escape a la atmosfera.
ITecnica anterior]
Debido al reciente calentamiento global, los casquetes polares se han estado derritiendo, causando un aumento en el nivel del mar. Los cambios recientes en el clima han causado fenomenos climatologicos inusuales en todo el mundo. El calentamiento global se conoce por atribuirse al aumento en emisiones de gas de efecto invernadero. Se han suscrito acuerdos internacionales para restringir la emision de dioxido de carbono. Los intentos en suprimir la emision de dioxido de carbono mediante la introduccion de creditos de carbono se han convertido en un problema economico en pafses individuales en todo el mundo. Los esfuerzos en reducir la emision de dioxido de carbono se han dirigido hacia el desarrollo de fuentes energeticas alternativas (tales como la energfa solar y energfa eolica) capaces de reemplazar los combustibles fosiles, asf como tecnicas para la captura y almacenamiento de dioxido de carbono de combustibles fosiles mientras que se evita que el dioxido de carbono se libere en la atmosfera. Las ultimas tecnicas se denominan tecnicas de captura y almacenamiento de carbono (CCS) y se dividen ampliamente en tecnicas para capturar dioxido de carbono de centrales electricas y plantas de laminacion de acero asf como tecnicas para almacenar el dioxido de carbono capturado en el suelo u oceano.
Las tecnicas de captura de dioxido de carbono pueden dividirse en captura post-combustion, captura pre-combustion y captura de oxi-combustible segun las etapas en las que el dioxido de carbono es capturado. Las tecnicas de captura de dioxido de carbono tambien pueden dividirse en tecnicas de separacion de membrana, separacion de fase lfquida y separacion de fase solida segun los criterios de la captura de dioxido de carbono. Las tecnicas de separacion de membrana usan membranas de separacion para concentrar dioxido de carbono, las tecnicas de separacion lfquida usan adsorbentes lfquidos tales como aminas o amoniaco acuoso y las tecnicas de separacion de fase solida usan adsorbentes de fase solida tales como metales alcalinos o alcalinoterreos.
Las tecnicas de separacion de fase solida se dirigen en gran medida hacia el desarrollo de adsorbentes de fase solida. La eficacia de captura de dioxido de carbono se ve afectada en gran medida por el diseno de los procedimientos de adsorcion asf como el rendimiento de los adsorbentes de fase solida. Los adsorbentes de fase solida pueden clasificarse ampliamente en adsorbentes organicos, inorganicos, a base de carbono e hfbridos organico-inorganico por el tipo de sus materiales constituyentes. Los adsorbentes de fase solida tambien pueden clasificarse en adsorbentes ffsicos y adsorbentes qmmicos dependiendo de sus formas adsorbidas por el dioxido de carbono. Ejemplos representativos de tales adsorbentes de fase solida incluyen: adsorbentes de polfmeros de amina tales como adsorbentes organicos; adsorbentes a base de zeolita, adsorbentes alcalinos y adsorbentes de metales alcalinoterreos tales como adsorbentes inorganicos; adsorbentes de carbon activo modificados con metales alcalinos tales como adsorbentes a base de carbono; y adsorbentes de MOF y adsorbentes de sflice poroso injertados con materiales organicos que tienen un grupo amina como adsorbentes hfbridos organico-inorganico. El dioxido de carbono se adsorbe ffsicamente en adsorbentes a base de zeolita y a base de carbono. El dioxido de carbono se adsorbe en los otros adsorbentes a traves de reacciones qmmicas (Energy Environ. Sci. 2011, 4, 42. ChemSusChem 2009, 2, 796).
La separacion de fase solida incluye las etapas de adsorber dioxido de carbono en un objeto diana y desorber y separar el dioxido de carbono adsorbido desde el objeto diana. La adsorcion y desorcion de dioxido de carbono puede producirse de forma reversible y puede inducirse a traves de intercambio de calor o un cambio en la presion externa. Tales procedimientos de captura de dioxido de carbono que usan adsorbentes en seco se clasifican en procedimientos de adsorcion por cambio de presion (PSA) y procedimientos de adsorcion por cambio de temperatura (TSA) por los factores que usan. Los procedimientos de PSA san una diferencia de presion y los procedimientos de TSA usan una diferencia de temperatura para desorber el dioxido de carbono adsorbido. Generalmente, los procedimientos de adsorcion por cambio de presion que usan columnas de adsorcion de lecho fijo son ventajosos en la captura de dioxido de carbono a pequena escala y los procedimientos de adsorcion por cambio de temperatura sencillos de aumentar que usan columnas de adsorcion y desorcion de lecho fluidizado son ventajosos en la captura de una gran cantidad de dioxido de carbono de centrales electricas o grandes hornos de combustion.
La presente invencion esta destinada a capturar una gran cantidad de dioxido de carbono de un modo continuo usando adsorbentes solidos y se basa en un procedimiento de adsorcion por cambio de temperatura que usa columnas de adsorcion de lecho fluidizado y columnas de desorcion de lecho fluidizado. Las columnas de adsorcion y desorcion pueden dividirse en columnas de lecho fluidizado de burbujeo y columnas de lecho fluidizado diluido segun la concentracion de adsorbentes en las regiones operativas. Los adsorbentes estan presentes en altas concentraciones en las columnas de lecho fluidizado de burbujeo y en bajas concentraciones en las columnas de
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lecho fluidizado diluido. La aplicacion de tales lechos fluidizados de burbujeo y lechos fluidizados diluidos a columnas de adsorcion y columnas de desorcion proporciona cuatro posibles combinaciones: i) columnas de lecho fluidizado diluido-columnas de lecho fluidizado diluido, ii) columnas de lecho fluidizado diluido-columnas de lecho fluidizado de burbujeo, iii) columnas de lecho fluidizado de burbujeo-columnas de lecho fluidizado diluido y iv) columnas de lecho fluidizado de burbujeo-columnas de lecho fluidizado de burbujeo ("Fluidization Engineering", D. Kunii and O. Levenspiel, Robert E. Krieger, 1977).
Las publicaciones de patente coreana n.° 2005-0003767, 2010-0099929 y 2011-0054948 desvelan procedimientos de lecho fluidizado para la captura de dioxido de carbono que usan adsorbentes solidos en seco en base al concepto de adsorcion por cambio de temperatura que usa columnas de adsorcion de lecho fluidizado diluido y columnas de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo. Segun tales procesos de separacion de fase solida basados en el concepto de adsorcion por cambio de temperatura, sin embargo, se consume una enorme cantidad de energfa de al menos 2 GJ/t-CO2 para desorber dioxido de carbono a partir de adsorbentes. Este consumo de energfa es una causa del aumento en los costes de captura, junto con el coste de los adsorbentes. Por lo tanto, es muy importante desarrollar una tecnologfa mediante la cual el dioxido de carbono pueda desorberse eficazmente de los adsorbentes con menos energfa, consiguiente unos costes de captura reducidos.
El documento US 1 577 534 A se refiere a un procedimiento y aparato para separar o recuperar un gas o vapor de una mezcla de gases o vapor, en el que el procedimiento consiste en inyectar material adsorbente pulverizado, tal como gel de sflice, en una corriente de la mezcla de gas a partir de la cual se desea separar uno o mas constituyentes, la corriente de gas llevando junto a ella el material adsorbente pulverizado en suspension, separando el adsorbente de los gases despues de que se haya adsorbido a partir de la misma el constituyente deseado y, a continuacion, liberando la sustancia adsorbida del materia adsorbente.
rDivulgacion!
rProblema tecnicol
Un primer objeto de la presente invencion es proporcionar un sistema de captura de dioxido de carbono multietapa construido para usar adsorbentes de dioxido de carbono que tengan distintas temperaturas de adsorcion y desorcion de modo que el calor de la adsorcion de dioxido de carbono puede usarse para la desorcion de dioxido de carbono.
Un segundo objeto de la presente invencion es proporcionar un sistema de captura de dioxido de carbono construido para usar el calor generado a partir de la adsorcion de dioxido de carbono para la desorcion del dioxido de carbono adsorbido de modo que la cantidad de energfa consumida para capturar dioxido de carbono puede reducirse.
Un tercer objeto de la presente invencion es proporcionar un sistema de captura de dioxido de carbono construido para usar adsorbentes que tengan tasas de adsorcion y desorcion de dioxido de carbono bajas, consiguiendo un intercambio de calor eficaz.
Un cuarto objeto de la presente invencion es proporcionar un sistema de carbono de dioxido de carbono construido para usar adsorbentes que tengan una tasa de adsorcion de dioxido de carbono basa y una tasa de desorcion de dioxido de carbono alta, consiguiendo un intercambio de calor eficaz.
Un quinto objeto de la presente invencion es proporcionar un sistema de captura de dioxido de carbono construido para usar adsorbentes que tengan una tasa de adsorcion alta y una tasa de desorcion de dioxido de carbono baja, consiguiendo un intercambio de calor eficaz.
Un sexto objeto de la presente invencion es proporcionar un sistema de captura de dioxido de carbono construido para usar adsorbentes que tengan tasas de adsorcion y desorcion de dioxido de carbono altas, consiguiendo un intercambio de calor eficaz.
Un septimo objeto de la presente invencion es proporcionar un procedimiento de captura de dioxido de carbono que usa adsorbentes de dioxido de carbono que tengan distintas temperaturas de adsorcion y desorcion de dioxido de carbono para conseguir una eficacia de procedimiento mejorada.
rSolucion tecnical
Segun la reivindicacion 1 de la presente invencion, se proporciona un sistema de captura de dioxido de carbono para la separacion selectiva de dioxido de carbono de gases de escape, que incluye: una primera seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono que incluye una primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono, una primera seccion de desorcion de dioxido de carbono conectada a la primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono y un primer adsorbente de dioxido de carbono que circula a traves de la primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono y la primera seccion de desorcion de dioxido de carbono; y una segunda seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono que incluye una segunda seccion de adsorcion de dioxido de carbono, una segunda seccion de desorcion de dioxido de carbono conectada a la segunda seccion de adsorcion de dioxido de carbono y un segundo adsorbente de dioxido que carbono que circula a traves de la segunda seccion de adsorcion de dioxido de carbono y la segunda seccion de desorcion de dioxido de carbono, en la que la primera
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seccion de adsorcion de dioxido de carbono esta conectada a la segunda seccion de desorcion de dioxido de carbono de modo que el calor de adsorcion generado a partir de la primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono se transfiere a la segunda seccion de desorcion de dioxido de carbono para la desorcion de dioxido de carbono cuando el primer adsorbente de dioxido de carbono tiene temperatures de adsorcion y desorcion superiores que el segundo adsorbente de dioxido de carbono.
Segun una primera alternativa de la reivindicacion 1, una primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono puede conectarse a la segunda seccion de desorcion de dioxido de carbono de tal modo que la primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono penetra la segunda seccion de desorcion de dioxido de carbono o la segunda seccion de desorcion de dioxido de carbono penetra la primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono.
Segun a una segunda alternativa de la reivindicacion 1, la primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono puede conectarse a la segunda seccion de desorcion de dioxido de carbono a traves de un medio de transferencia de calor.
Segun otra realizacion de la presente invencion, la primera seccion de desorcion de dioxido de carbono esta disenada preferentemente de tal modo que la primera seccion de desorcion de dioxido de carbono esta cargada con el 0,1 al 10 % en volumen del primer adsorbente de dioxido de carbono.
Segun otra realizacion de la presente invencion, la primera seccion de desorcion de dioxido de carbono esta disenada preferentemente de tal modo que la primera seccion de desorcion de dioxido de carbono esta cargada con el 10 al 80 % en volumen del primer adsorbente de dioxido de carbono.
Segun otra realizacion de la presente invencion, la segunda seccion de adsorcion de dioxido de carbono esta disenada preferentemente de tal modo que la segunda seccion de adsorcion de dioxido de carbono esta cargada con el 0,1 al 10 % en volumen del segundo adsorbente de dioxido de carbono.
Segun otra realizacion de la presente invencion, la segunda seccion de adsorcion de dioxido de carbono esta disenada preferentemente de tal modo que la segunda seccion de adsorcion de dioxido de carbono esta cargada con el 10 al 80 % en volumen del segundo adsorbente de dioxido de carbono.
Segun otra realizacion adicional de la presente invencion, se proporciona un sistema de captura de dioxido de carbono para la separacion selectiva de dioxido de carbono de gases de escape, que incluye una pluralidad de secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono en las que se cargan adsorbentes de dioxido de carbono y el dioxido de carbono se adsorbe y desorbe continuamente mientras que los adsorbentes de dioxido de carbono circulan a traves de las regiones de adsorcion y desorcion de dioxido de carbono, en las que el calor de adsorcion generado a partir de la region de adsorcion de dioxido de carbono de al menos una de las secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono se transfiere a la region de desorcion de dioxido de carbono de la seccion de adsorcion/desorcion adyacente y, al menos sorbentes de una seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono tienen distintas temperaturas de adsorcion y desorcion de dioxido de carbono a partir de los adsorbentes de las otras secciones de adsorcion/desorcion.
Segun una realizacion de la presente invencion, el calor de adsorcion generado a partir de la region de adsorcion de dioxido de carbono de al menos una de las secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono puede transferirse a la region de desorcion de dioxido de carbono de la seccion de adsorcion/desorcion adyacente de tal modo que la region de adsorcion de dioxido de carbono entra en contacto directo con la region de desorcion de dioxido de carbono.
Segun otra realizacion adicional de la presente invencion, el calor de adsorcion generado a partir de la region de adsorcion de dioxido de carbono de al menos una de las secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono puede transferirse a la region de desorcion de dioxido de carbono de la seccion de adsorcion/desorcion adyacente a traves de un medio de transferencia de calor.
Segun otra realizacion de la presente invencion, puede proporcionarse un intercambiador de calor entre la region de adsorcion de dioxido de carbono y la region de desorcion de dioxido de carbono.
Segun otra realizacion de la presente invencion, la pluralidad de secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono se dividen en una seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono de alta temperatura, una seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono de temperatura intermedia y una seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono de baja temperatura; el calor de adsorcion generado a partir de una region de adsorcion de dioxido de carbono de la seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono de alta temperatura puede transferirse a una region de desorcion de dioxido de carbono de la seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono de temperatura intermedia; y el calor de adsorcion generado a partir de una region de adsorcion de dioxido de carbono de la seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono de temperatura intermedia puede transferirse a una region de desorcion de dioxido de carbono de la region de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono de baja temperatura.
Segun otra realizacion adicional de la presente invencion, se proporciona un sistema de captura de dioxido de
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carbono que incluye una pluralidad de secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono, cada una de las cuales incluye: una columna de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo en la cual se mueve un adsorbente de dioxido de carbono desde la parte superior a la parte inferior; una columna de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo en la cual se mueve un adsorbente de dioxido de carbono desde la parte superior a la parte inferior; una primera lmea de conexion que conecta la parte inferior de la columna de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo a la parte superior de la columna de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo; una segunda lmea de conexion que conecta la parte inferior de la columna de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo a la parte superior de la columna de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo; y un ciclon dispuesto entre la segunda lmea de conexion y la columna de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo, en el que al menos una de la pluralidad de secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono se construye de modo que el calor es intercambiable.
Segun otra realizacion adicional de la presente invencion, se proporciona un sistema de captura de dioxido de carbono que incluye una pluralidad de secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono, cada una de las cuales incluye: una columna de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo en la cual se mueve un adsorbente de dioxido de carbono desde la parte superior a la parte inferior; una columna de desorcion de lecho fluidizado diluido en la cual se mueve un adsorbente de dioxido de carbono desde la parte inferior a la parte superior; y un ciclon dispuesto entre la columna de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo y la columna de desorcion de lecho fluidizado diluido, en el que al menos una de la pluralidad de secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono se construye de modo que el calor es intercambiable.
Segun otra realizacion adicional de la presente invencion, se proporciona un sistema de captura de dioxido de carbono que incluye una pluralidad de secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono, cada una de las cuales incluye: una columna de adsorcion de lecho fluidizado diluido en la cual se mueve un adsorbente de dioxido de carbono desde la parte inferior a la parte superior; una columna de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo en la cual se mueve un adsorbente de dioxido de carbono desde la parte superior a la parte inferior; y un ciclon dispuesto entre la columna de adsorcion de lecho fluidizado diluido y la columna de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo, en el que al menos una de la pluralidad de secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono se construye de modo que el calor es intercambiable.
Segun otra realizacion adicional de la presente invencion, se proporciona un sistema de captura de dioxido de carbono que incluye una pluralidad de secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono, cada una de las cuales incluye: una columna de adsorcion de lecho fluidizado diluido en la cual se mueve un adsorbente de dioxido de carbono desde la parte inferior a la parte superior; una columna de desorcion de lecho fluidizado diluido en la cual se mueve un adsorbente de dioxido de carbono desde la parte inferior a la parte superior; dos columnas de almacenamiento que conectan la columna de adsorcion de lecho fluidizado diluido a la columna de desorcion de lecho fluidizado diluido; un ciclon dispuesto entre la columna de adsorcion de lecho fluidizado diluido y una de las columnas de almacenamiento; y un ciclon dispuesto entre la columna de desorcion de lecho fluidizado diluido y la otra columna de almacenamiento, en el que al menos una de la pluralidad de secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono se construye de modo que el calor es intercambiable.
Segun otra realizacion adicional de la presente invencion, se proporciona un procedimiento de captura de dioxido de carbono para la separacion selectiva de dioxido de carbono de gases de escape en el que el dioxido de carbono se adsorbe y desorbe en una pluralidad de secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono y, al menos una de la pluralidad de secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono usa un adsorbente de dioxido de carbono que tiene distintas temperaturas de adsorcion y desorcion de dioxido de carbono a partir de un adsorbente de dioxido de carbono usado en la seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono adyacente.
Segun una realizacion de la presente invencion, la pluralidad de secciones adsorcion/desorcion de dioxido de carbono puede conectarse entre sf de modo que el calor es intercambiable.
Segun otra realizacion adicional de la presente invencion, las temperaturas de adsorcion y desorcion de dioxido de carbono en al menos una de la pluralidad de secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono son distintas de las del dioxido de carbono en la seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono adyacente.
rEfectos ventaiososl
Los sistemas de captura de dioxido de carbono segun las realizaciones de la presente invencion tienen los siguientes efectos ventajosos.
1. El sistema de captura de dioxido de carbono segun una realizacion de la presente invencion incluye una pluralidad de secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono y esta construido de modo que una de las secciones de adsorcion/desorcion genera calor de adsorcion y la seccion de adsorcion/desorcion adyacente recibe y usa el calor de adsorcion para la desorcion de dioxido de carbono. Esta construccion puede ahorrar energfa necesaria para al adsorcion y desorcion de dioxido de carbono.
2. El sistema de captura de dioxido de carbono segun una realizacion de la presente invencion esta construido para usar adsorbentes de dioxido de carbono que tienen distintas temperaturas de adsorcion y desorcion de dioxido de carbono. Debido a esta construccion, el calor de la adsorcion de dioxido de carbono puede usarse
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para la desorcion de dioxido de carbono, consiguiendo una transferencia de ene^a eficaz.
3. El sistema de captura de dioxido de carbono segun una realizacion de la presente invencion esta disenado para usar de forma selectiva secciones de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido o lecho fluidizado de burbujeo y secciones de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido o lecho fluidizado de burbujeo en una pluralidad de secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono conectadas entre su Debido a este diseno, el sistema de captura de dioxido de carbono puede hacer funcionar de manera eficaz dependiendo de las caractensticas de los adsorbentes con respecto a las tasas de adsorcion y desorcion de dioxido de carbono.
4. El sistema de captura de dioxido de carbono segun una realizacion de la presente invencion esta construido de modo que el calor de adsorcion de dioxido de carbono se transfiere directamente. Esta construccion puede evitar la perdida de calor durante la transferencia del calor de adsorcion.
5. El sistema de captura de dioxido de carbono segun una realizacion de la presente invencion esta construido de modo que el calor de adsorcion de dioxido de carbono se transfiere usando un medio de transferencia de calor. Esto simplifica la construccion del sistema y resulta ventajoso cuando se amplfa el sistema.
rDescripcion de los dibuiosl
La FIG. 1 es un diagrama para explicar el concepto de usar calor de adsorcion de dioxido de carbono como calor necesario para la desorcion de dioxido de carbono en un ciclo de adsorcion-desorcion de dioxido de carbono que consiste en una region de baja temperatura, una region de temperatura intermedia y una region de alta temperatura segun una realizacion de la presente invencion.
La FlG. 2 ilustra las partes principales de un sistema de captura de dioxido de carbono que incluye columnas de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo y columnas de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo segun una realizacion de la presente invencion.
La FIG. 3 ilustra las partes principales de un sistema de captura de dioxido de carbono que incluye columnas de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo y columnas de desorcion de lecho fluidizado segun una realizacion de la presente invencion.
La FIG. 4 ilustra las partes principales de un sistema de captura de dioxido de carbono que incluye columnas de adsorcion de lecho fluidizado diluido y columnas de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo segun una realizacion de la presente invencion.
La FIG. 5 ilustra las partes principales de un sistema de captura de dioxido de carbono que incluye columnas de adsorcion de lecho fluidizado diluido y columnas de desorcion de lecho fluidizado diluido segun una realizacion de la presente invencion.
La FIG. 6 es un diagrama para explicar el concepto de transferir calor de adsorcion de dioxido de carbono a una region necesaria para la desorcion de dioxido de carbono a traves de un medio de transferencia de calor segun una realizacion de la presente invencion.
La FIG. 7 ilustra un sistema de captura de dioxido de carbono que incluye columnas de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo y columnas de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo segun una realizacion de la presente invencion.
La FIG. 8 ilustra un sistema de captura de dioxido de carbono que incluye columnas de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo y columnas de desorcion de lecho fluidizado segun una realizacion de la presente invencion.
La FIG. 9 ilustra un sistema de captura de dioxido de carbono que incluye columnas de adsorcion de lecho fluidizado diluido y columnas de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo segun una realizacion de la presente invencion.
La FIG. 10 ilustra un sistema de captura de dioxido de carbono que incluye columnas de adsorcion de lecho fluidizado diluido y columnas de desorcion de lecho fluidizado diluido segun una realizacion de la presente invencion.
La FIG. 11 ilustra un sistema de captura de dioxido de carbono que usa un medio de transferencia de calor segun una realizacion de la presente invencion.
rModo para la invencion!
La presente invencion se describira ahora en detalle.
Una realizacion de la presente invencion proporciona un sistema de captura de dioxido de carbono que incluye: una primera seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono que incluye una primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono, una primera seccion de desorcion de dioxido de carbono conectada a la primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono y un primer adsorbente de dioxido de carbono que circula a traves de la primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono y la primera seccion de desorcion de dioxido de carbono; y una segunda seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono que incluye una segunda seccion de adsorcion de dioxido de carbono, una segunda seccion de desorcion de dioxido de carbono conectada a la segunda seccion de adsorcion de dioxido de carbono y un segundo adsorbente de dioxido que carbono que circula a traves de la segunda seccion de adsorcion de dioxido de carbono y la segunda seccion de desorcion de dioxido de carbono, en la que la primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono esta conectada a la segunda seccion de desorcion de dioxido de carbono de modo que el calor de adsorcion generado a partir de la primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono se transfiere a la segunda seccion de desorcion de dioxido de carbono y el primer adsorbente de dioxido de
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carbono tiene temperaturas de adsorcion y desorcion distintas al segundo adsorbente de dioxido de carbono.
La FIG. 1 es un diagrama para explicar el concepto de usar calor de adsorcion de dioxido de carbono como calor necesario para la desorcion de dioxido de carbono en un ciclo de adsorcion-desorcion de dioxido de carbono que consiste en una region de baja temperatura, una region de temperatura intermedia y una region de alta temperatura segun una realizacion de la presente invencion. En referencia a la figura 1, las secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono en las que el dioxido de carbono se adsorbe y desorbe a distintas temperaturas estan conectadas en multietapa. Esta conexion permite la transferencia de energfa entre las secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono en las que se adsorbe y desorbe dioxido de carbono. Es decir, los adsorbentes que tienen temperaturas de adsorcion y desorcion distintas se cargan en las secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono de alta temperatura, temperatura intermedia y baja temperatura, se genera calor de adsorcion en el transcurso de desorcion de dioxido de carbono adsorbido y se transfiere a la region adyacente para inducir la desorcion de dioxido de carbono o reducir la cantidad de calor necesario para la desorcion. Espedficamente, el calor de desorcion se emite cuando el adsorbente adsorbe dioxido de carbono en la region de alta temperatura y se usa como energfa necesaria para que el adsorbente en la region de temperatura intermedia desorba el dioxido de carbono y, el calor de adsorcion se emite cuando el adsorbente adsorbe dioxido de carbono en la region de temperatura intermedia y se usa como energfa necesaria para que el adsorbente en la region de baja temperatura desorba el dioxido de carbono. El uso de energfa generada durante la adsorcion de dioxido de carbono como energfa necesaria para la desorcion de dioxido de carbono puede reducir los costes de energfa consumida para desorber el dioxido de carbono.
Segun las realizaciones de la presente invencion, los sistemas de captura de dioxido de carbono pueden disenarse para que tengan diversas construcciones. Primero, los sistemas de captura de dioxido de carbono pueden construirse para incluir secciones de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo o de lecho fluidizado diluido y secciones de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo o de lecho fluidizado diluido. Es decir, las siguientes cuatro posibilidades son posibles: i) secciones de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo-secciones de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo, ii) secciones de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo-secciones de desorcion de lecho fluidizado diluido, iii) secciones de adsorcion de lecho fluidizado diluido-secciones de desorcion de lecho de burbujeo y iv) secciones de adsorcion de lecho fluidizado diluido-secciones de desorcion de lecho fluidizado diluido. Cada una de las secciones de adsorcion o secciones de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo esta disenada de modo que esta preferentemente carga con un adsorbente a una concentracion del 10 al 80 % en volumen, mas preferentemente del 30 al 60 % en volumen. Cada una de las secciones de adsorcion o secciones de desorcion de lecho fluidizado diluido esta disenada de modo que esta preferentemente cargada con un adsorbente a una concentracion del 0,1 al 10 % en volumen, mas preferentemente del 0,5 al 5% en volumen. Se requiere que los sistemas de captura de dioxido de carbono tengan construcciones especialmente disenadas para usar el valor de la adsorcion de dioxido de carbono para la desorcion de dioxido de carbono.
Los procedimientos para la transferencia de calor de adsorcion de dioxido de carbono a la seccion de desorcion de dioxido de carbono adyacente tambien pueden modificarse. Uno de los procedimientos modificados es intercambiar calor en un estado en el cual la seccion de adsorcion de dioxido de carbono esta en contacto directo con la seccion de desorcion de dioxido de carbono. Otro procedimiento modificado es intercambiar calor usando un medio de transferencia de calor.
Como se ha descrito anteriormente, las realizaciones de la presente invencion se clasifican ampliamente en 8 modos mediante las construcciones y modos de transferencia de calor de las secciones de adsorcion de dioxido de carbono y secciones de desorcion, que se resumen en la Tabla 1.
[TABLA 11
Modo de intercambio de calor
Combinaciones (Seccion de desorcion)-(Seccion de adsorcion)
Modo directo (sin medio de transferencia de calor)
(Lecho fluidizado de burbujeo)-(Lecho fluidizado de burbujeo) (Lecho fluidizado de burbujeo)-(Lecho fluidizado diluido) (Lecho fluidizado diluido)-(Lecho fluidizado de burbujeo) (Lecho fluidizado diluido)-(Lecho fluidizado diluido)
Modo indirecto (usando medio de transferencia de calor)
(Lecho fluidizado de burbujeo)-(Lecho fluidizado de burbujeo) (Lecho fluidizado de burbujeo)-(Lecho fluidizado diluido) (Lecho fluidizado diluido)-(Lecho fluidizado de burbujeo) (Lecho fluidizado diluido)-(Lecho fluidizado diluido)
En lo sucesivo en el presente documento, las principales construcciones y funcionamientos de los sistemas de captura de dioxido de carbono se describiran con referencia a las FIG. 2 a 6.
La FIG. 2 ilustra las partes principales de un sistema de captura de dioxido de carbono que incluye columnas de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo y columnas de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo segun una realizacion de la presente invencion. El sistema de captura de dioxido de carbono incluye secciones de
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adsorcion/desorcion de dioxido de carbono, que pueden conectarse en tres etapas, es dedr, etapas de temperature baja, intermedia y alta. Un adsorbente en la region de temperature intermedia genera calor mediante adsorcion de dioxido de carbono. Este calor se transfiere a la region de baja temperature mediante intercambio de calor directo a traves de la pared del reactor y se usa como energfa necesaria para la desorcion de dioxido de carbono en la region de baja temperature. Un adsorbente en la region de alta temperature genera calor mediante adsorcion de dioxido de carbono. Este calor se transfiere a la region de temperatura intermedia mediante intercambio de calor directo a traves de la pared del reactor y se usa como energfa necesaria para la desorcion de dioxido de carbono en la region de temperatura intermedia. Es decir, el calor de adsorcion generado durante la adsorcion de dioxido de carbono en la region de alta temperatura se transfiere secuencialmente a la region de temperatura inferior donde el calor de adsorcion se usa como energfa necesaria para la desorcion del dioxido de carbono adsorbido. En referencia a la figura 2, cada una de la seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono en la region de ciclo de baja temperatura y la seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono en la region de ciclo de alta temperatura del sistema de captura de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo-lecho fluidizado de burbujeo 100 incluye una seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 101, una seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 102, ciclones 103 y 104, un intercambiador de calor 105, una primera lmea de transferencia 106 y una segunda lmea de transferencia 107. La seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono en la region de ciclo de baja temperatura se carga con un adsorbente de dioxido de carbono que tiene temperaturas de adsorcion y desorcion de dioxido de carbono relativamente bajas y la seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono en la region de ciclo de alta temperatura se carga con un adsorbente de dioxido de carbono que tiene temperaturas de adsorcion y desorcion de dioxido de carbono relativamente altas. Se suministra un gas de escape que contiene dioxido de carbono a la parte inferior de la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 101 y el gas de escape sin dioxido de carbono se libera a traves del ciclon 103 dispuesto sobre la parte superior de la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 101. El dioxido de carbono se adsorbe en el adsorbente de dioxido de carbono en la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 101. Tras la adsorcion, el adsorbente de dioxido de carbono se mueve en la direccion de desde la parte inferior en la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 101 y se suministra a la parte superior de la seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 102 a traves de la primera lmea de transferencia 106. El dioxido de carbono de desorbe en la seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 102 y se libera a traves del ciclon 104. Tras la desorcion, el adsorbente se transfiere desde la parte inferior en la seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 102 a la parte superior de la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 101 a traves de la segunda lmea de transferencia 107. Segun se repite este ciclo, el dioxido de carbono puede capturarse a partir de los gases de escape liberados al exterior. La seccion de adsorcion de dioxido de carbono de mayor temperatura y la seccion de desorcion de dioxido de carbono de inferior temperatura estan conectadas adyacentes entre sf y se disponen de tal modo que el calor es intercambiable entre ellas. La figura ilustra que la seccion de adsorcion de dioxido de carbono se dispone para penetrar la seccion de desorcion de dioxido de carbono. No obstante, tambien es posible cualquier disposicion siempre y cuando se puede intercambiar directamente calor entre la seccion de adsorcion y la seccion de desorcion. Por ejemplo, la seccion de adsorcion puede conectarse a la seccion de desorcion a traves de una pared.
Pueden colocarse medios de refrigeracion en la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 101 y se pueden colocar medios de calentamiento en la seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 102. El adsorbente de dioxido de carbono que entra en la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 101 puede refrigerarse previamente y el adsorbente de dioxido de carbono que entre en la seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 102 puede calentarse previamente. Para la refrigeracion y calentamiento previos, puede usarse un intercambiador de calor 105. Aunque no se ilustra en la figura, puede instalarse al menos un intercambiador de calor adicional en una ubicacion necesaria. Aunque no se ilustra en la figura, puede proporcionarse al menos un compresor o soplador para mover el adsorbente de dioxido de carbono, si se necesita.
El sistema de captura de dioxido de carbono que incluye secciones de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo y secciones de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo se construye para mantener de forma suficiente la retencion de adsorbentes en las secciones de adsorcion y las secciones de desorcion durante un tiempo necesario para adsorber y desorber dioxido de carbono. Las lmeas de transferencia se usan para la suficiente retencion de los adsorbentes. Esta construccion resulta ventajosa cuando los adsorbentes para la captura de dioxido de carbono tienen tasas de adsorcion y desorcion bajas.
La FIG. 3 ilustra las partes principales de un sistema de captura de dioxido de carbono que incluye columnas de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo y columnas de desorcion de lecho fluidizado segun una realizacion de la presente invencion. El sistema de captura de dioxido de carbono incluye secciones de adsorcion/desorcion de carbono, que pueden conectarse en tres etapas, es decir, etapas de temperatura baja, intermedia y alta. Debido a esta conexion, el calor de la adsorcion de dioxido de carbono puede transferirse de la region de alta temperatura a la region de temperatura intermedia y desde la region de temperatura intermedia a la region de baja temperatura. En referencia a la figura 3, cada una de la seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono en la region de ciclo de baja temperatura y la seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono en la region de ciclo de alta temperatura del sistema de captura de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo-lecho fluidizado diluido
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200 incluye una seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 201, una seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 202, un ciclon 203 y un intercambiador de calor 205. Se suministra un gas de escape que contiene dioxido de carbono a la parte inferior de la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 201 y el gas de escape sin dioxido de carbono se libera desde la parte superior de la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 201. El dioxido de carbono se adsorbe en un adsorbente de dioxido de carbono en la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 201. Tras la adsorcion, el adsorbente de dioxido de carbono se mueve en la direccion de desde la parte inferior en la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 201 y se suministra a la parte inferior de la seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 202. Mientras que el adsorbente de dioxido de carbono que entra en la seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 202 se mueve desde la parte inferior a la parte superior, el dioxido de carbono se desorbe desde el adsorbente de dioxido de carbono. El dioxido de carbono desorbido se libera a traves del ciclon 203 y el adsorbente de dioxido de carbono se suministra de nuevo a la parte superior de la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 201. La seccion de adsorcion de dioxido de carbono y la seccion de desorcion de dioxido de carbono estan conectadas adyacentes entre sf y se disponen de tal modo que el calor es intercambiable entre ellas. La seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado 202 se dispone para que penetre la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 201 y el calor se intercambia a traves de la pared. En esta realizacion, tambien es posible cualquier disposicion siempre y cuando se puede intercambiar directamente calor entre la seccion de adsorcion y la seccion de desorcion. Por ejemplo, la seccion de adsorcion puede conectarse a la seccion de desorcion a traves de una pared. Pueden colocarse medios de refrigeracion en la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 201 y se pueden colocar medios de calentamiento en la seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 202. Pueden proporcionarse adicionalmente medios de calentamiento o refrigeracion previos para calentar o refrigerar previamente el adsorbente de dioxido de carbono. Puede proporcionarse adicionalmente al menos un compresor o soplador para mover el adsorbente de dioxido de carbono.
El sistema de captura de dioxido de carbono que incluye secciones de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo y secciones de desorcion de lecho fluidizado diluido se construye para mantener de forma suficiente la retencion de adsorbentes en las secciones de adsorcion durante un tiempo necesario para adsorber dioxido de carbono. El tiempo de retencion de los adsorbentes en las secciones de desorcion de dioxido de carbono puede determinarse dependiendo de las condiciones de funcionamiento del sistema. Esta construccion es ventajosa cuando los adsorbentes tienen una tasa de adsorcion de dioxido de carbono baja y una tasa de desorcion de dioxido de carbono alta.
La FIG. 4 ilustra las partes principales de un sistema de captura de dioxido de carbono que incluye columnas de adsorcion de lecho fluidizado diluido y columnas de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo segun una realizacion de la presente invencion. El sistema de captura de dioxido de carbono incluye secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono, que pueden conectarse en tres etapas, es decir, etapas de temperatura baja, intermedia y alta. Debido a esta conexion, el calor de la adsorcion de dioxido de carbono puede transferirse de la region de alta temperatura a la region de temperatura intermedia y desde la region de temperatura intermedia a la region de baja temperatura. En referencia a la figura 4, cada una de la seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono en la region de ciclo de baja temperatura y la seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono en la region de ciclo de alta temperatura del sistema de captura de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido-lecho fluidizado de burbujeo 300 incluye una seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 301, una seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 302, un ciclon 303 y un intercambiador de calor 305. Se suministra un gas de escape que contiene dioxido de carbono a la parte inferior de la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 301 y el gas de escape sin dioxido de carbono se libera a traves del ciclon 303 dispuesto sobre la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 301. El dioxido de carbono se adsorbe en un adsorbente de dioxido de carbono en la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 301. Tras la adsorcion, el adsorbente de dioxido de carbono se mueve en la direccion de desde la parte inferior a la parte superior en la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 301 y se suministra a la parte superior de la seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 302. Mientras que el adsorbente de dioxido de carbono que entra en la seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 302 se mueve en la direccion de desde la parte superior a la parte inferior, el dioxido de carbono se desorbe desde el adsorbente de dioxido de carbono. La seccion de adsorcion de dioxido de carbono y la seccion de desorcion de dioxido de carbono estan conectadas adyacentes entre sf y se disponen de tal modo que el calor es intercambiable entre ellas. La seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho diluido 301 se dispone para que penetre la seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 302 y el calor se intercambia a traves de la pared. En esta realizacion, tambien es posible cualquier disposicion siempre y cuando se puede intercambiar directamente calor entre la seccion de adsorcion y la seccion de desorcion. Por ejemplo, la seccion de adsorcion puede conectarse a la seccion de desorcion a traves de una pared. Pueden colocarse medios de refrigeracion en la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 301 y se pueden colocar medios de calentamiento en la seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 302. Pueden proporcionarse adicionalmente medios de calentamiento o refrigeracion previos para calentar o refrigerar previamente el adsorbente de dioxido de carbono. Puede proporcionarse adicionalmente al menos un compresor o soplador para mover el adsorbente de dioxido de carbono.
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El tiempo de retencion de los adsorbentes en las secciones de desorcion de dioxido de carbono del sistema de captura de dioxido de carbono puede determinarse dependiendo de las condiciones de funcionamiento del sistema. Esta construccion es ventajosa cuando los adsorbentes tienen una tasa de adsorcion de dioxido de carbono alta y una tasa de desorcion de dioxido de carbono baja.
La FIG. 5 ilustra las partes principales de un sistema de captura de dioxido de carbono que incluye columnas de adsorcion de lecho fluidizado diluido y columnas de desorcion de lecho fluidizado diluido segun una realizacion de la presente invencion. El sistema de captura de dioxido de carbono incluye secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono, que pueden conectarse en tres etapas, es decir, etapas de temperatura baja, intermedia y alta. Debido a esta conexion, el calor de la adsorcion de dioxido de carbono puede transferirse de la region de alta temperatura a la region de temperatura intermedia y desde la region de temperatura intermedia a la region de baja temperatura. En referencia a la figura 5, cada una de la seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono en la region de ciclo de baja temperatura y la seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono en la region de ciclo de alta temperatura del sistema de captura de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido-lecho fluidizado diluido 400 incluye una seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 401, una seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 402, ciclones 403 y 404, un intercambiador de calor 405 y columnas de almacenamiento 406 y 407. Se suministra un gas de escape que contiene dioxido de carbono a la parte inferior de la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 401 y el gas de escape sin dioxido de carbono se libera a traves del ciclon 403 dispuesto sobre la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 401. El dioxido de carbono se adsorbe en un adsorbente de dioxido de carbono en la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 401. Tras la adsorcion, el adsorbente de dioxido de carbono se mueve en la direccion de desde la parte inferior a la parte superior en la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 401 y se suministra posteriormente a la parte superior de la columna de almacenamiento 406 y a la parte inferior de la seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 402. Mientras que el adsorbente de dioxido de carbono que entra en la seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 402 se mueve en la direccion de desde la parte inferior a la parte superior, el dioxido de carbono de desorbe desde el adsorbente de dioxido de carbono y se libera a traves del ciclon 404. Por lo tanto, el adsorbente de dioxido de carbono se suministra a la parte inferior de la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 401 a traves de la columna de almacenamiento 407. Puesto que los adsorbentes de dioxido de carbono se mueven en la direccion de desde la parte superior en tanto la seccion de adsorcion como la seccion de desorcion, se requieren espacios para acomodar los adsorbentes separados de los ciclones. Las columnas de almacenamiento 406 y 407 funcionan como medios para acomodar los adsorbentes. La seccion de adsorcion de dioxido de carbono y la seccion de desorcion de dioxido de carbono estan conectadas adyacentes entre sf y se disponen de tal modo que el calor es intercambiable entre ellas. La seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho diluido 401 se dispone para que penetre la seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 402 y el calor se intercambia a traves de la pared. En esta realizacion, tambien es posible cualquier disposicion siempre y cuando se puede intercambiar directamente calor entre la seccion de adsorcion y la seccion de desorcion. Por ejemplo, la seccion de adsorcion puede conectarse a la seccion de desorcion a traves de una pared. Pueden colocarse medios de refrigeracion en la seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 401 y se pueden colocar medios de calentamiento en la seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 402. Pueden proporcionarse adicionalmente medios de calentamiento o refrigeracion previos para calentar o refrigerar previamente el adsorbente de dioxido de carbono. Puede proporcionarse adicionalmente al menos un compresor o soplador para mover el adsorbente de dioxido de carbono.
El tiempo de retencion de los adsorbentes en las secciones de adsorcion y secciones desorcion de dioxido de carbono del sistema de captura de dioxido de carbono puede determinarse dependiendo de las condiciones de funcionamiento del sistema. Esta construccion resulta ventajosa cuando los adsorbentes tienen tasas de adsorcion y desorcion altas.
La FIG. 6 es un diagrama para explicar el concepto de transferir calor de adsorcion de dioxido de carbono a una region necesaria para la desorcion de dioxido de carbono a traves de un medio de transferencia de calor segun una realizacion de la presente invencion. En referencia a la figura 6, el sistema de captura de dioxido de carbono 500 incluye secciones de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 501, secciones de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 502 y un medio de transferencia de calor 503. El medio de transferencia de calor 503 conecta la seccion de adsorcion de dioxido de carbono 501 a la seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo 502 y funciona como medio para transferir calor de adsorcion de dioxido de carbono a la seccion de desorcion. La transferencia de calor a traves del medio de transferencia de calor permite el libre diseno de las partes del sistema, siendo, de este modo, ventajoso en la simplificacion o aumento de la construccion del sistema. Un medio de transferencia de calor esta compuesto de un material que tiene una conductividad termica alta. El sistema puede incluir medios de aislamiento de calor que rodean la superficie externa del mismo. Los medios de aislamiento de calor pueden ser, por ejemplo, una camisa de agua de aislamiento o una camisa de aceite de silicona. El sistema de captura de dioxido de carbono de la FIG. 6 que incluye las secciones de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido y las secciones de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de carbono se ilustran para facilitar su explicacion. El medio de transferencia de calor tambien puede aplicarse a otros sistemas de captura de dioxido de carbono.
Se proporcionara una descripcion detallada con respecto a las construcciones y funcionamientos de los sistemas de
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captura de dioxido de carbono en referencia a las FIG. 7 a 11. Estas figuras explican las realizaciones de la presente invencion y algunas de las partes pueden omitirse o modificarse dependiendo de las caractensticas de los adsorbentes de dioxido de carbono y las condiciones de funcionamiento de los sistemas.
Las FIG. 7 a 10 ilustran los sistemas de captura de dioxido de carbono segun las realizaciones de la presente invencion. Las secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono de los sistemas de captura de dioxido de carbono tienen una combinacion de columnas de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo y columnas de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo, una combinacion de columnas de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo y columnas de desorcion de lecho fluidizado diluido, una combinacion de columnas de adsorcion de lecho fluidizado diluido y columnas de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo o una combinacion de columnas de adsorcion de lecho fluidizado diluido y columnas de desorcion de lecho fluidizado diluido en un modo de intercambio de calor directo. Los sistemas de captura de dioxido de carbono de las FIG. 7 a 10 son distintos entre sf en la construccion y conexion de las columnas de adsorcion de dioxido de carbono y las columnas de desorcion de dioxido de carbono. Las diferencias se han descrito en las FIG. 2 a 5 y se omite una explicacion repetida de las mismas. En lo sucesivo en el presente documento, se proporcionara una explicacion con respecto a las constituciones necesarias para comprender la alimentacion de gases de escape, la liberacion de dioxido de carbono y el movimiento de adsorbentes de dioxido de carbono. En referencia a las FIG. 7 a 10, cada uno de los sistemas de captura de dioxido de carbono incluye secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono, ciclones, lmeas de transferencia de adsorbente, intercambiadores de calor, circuladores de fluido, calentadores y valvulas reguladoras de flujo. Un gas de escape que contiene dioxido de carbono se suministra a traves de un compresor o ventilador como el circulador de fluido C1 y se suministra y distribuye en las columnas de adsorcion en las regiones de temperatura respectiva por medio de las valvulas reguladores de flujo V1, V2 y V3. Los gases de escape en las regiones de temperatura respectivas se calientan a temperaturas optimas para la adsorcion de dioxido de carbono y se introducen en las columnas de adsorcion a traves de los intercambiadores de calor HX3 y HX6. Puesto que los adsorbentes en las regiones de temperatura baja, intermedia y alta tiene temperaturas de desorcion superior que las temperaturas de adsorcion de dioxido de carbono, las diferencias de temperatura pueden causar el problema de baja eficacia de calentamiento durante ciclos de adsorcion-desorcion repetidos. Este problema se soluciona calentando los adsorbentes despues de la adsorcion de dioxido de carbono antes de que se alimenten los adsorbente en las columnas de desorcion y refrigerando los adsorbentes despues de la desorcion de dioxido de carbono antes de que se alimentes los adsorbentes en las columnas de adsorcion. Para calentar y refrigerar previamente, los intercambiadores de calor HX1, HX2, HX4, HX5, HX7 y HX8 se proporcionan entre las columnas de adsorcion y las columnas de desorcion de modo que el calor se intercambia en cada etapa. Los circuladores de fluido C2, C5 y C8 se colocan para un intercambio de calor suave durante la circulacion del medio de transferencia de calor a traves de los intercambiadores de calor. Es decir, los adsorbentes despues de la adsorcion se calientan antes de alimentarse en las columnas de desorcion y los adsorbentes despues de la desorcion se refrigeran antes de alimentarse en las columnas de adsorcion. El calentamiento y enfriamiento previos minimizan la cantidad de calor necesario para la adsorcion y desorcion. Para la transferencia de los adsorbentes, los adsorbentes que se han pasado a traves de los numeros de corriente S4, S17 y S29 se alimentan en los ciclones CY1, CY3 y CY5 a traves de las lmeas de transferencia (S4^CY1, S17^CY3 y S29^CY5). Las secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono SC3, SC5 y SC6 se instalan en las regiones de temperatura baja, intermedia y alta, respectivamente, para el intercambio de calor directo a traves de las superficies de pared de los reactores. Los ciclones CY1, CY2, CY3, CY4, CY5 y CY6 se disponen para separar los adsorbentes de gases liberados de las secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono. El calentador FH1 se coloca para recibir energfa necesaria para la desorcion del adsorbente en la region de alta temperatura desde el exterior. Los intercambiadores de calor HX9 y HX10 se colocan para intercambiar calor entre dioxido de carbono concentrado que escapa de las columnas de desorcion y un gas de escape desde un horno de calentamiento. Este intercambio de calor minimiza el suministro de energfa.
La FIG. 11 ilustra un sistema de captura de dioxido de carbono que usa un medio de transferencia de calor segun una realizacion de la presente invencion. En referencia a la figura 11, la mayona de las partes del sistema son las mismas que las explicadas en las FIG. 7 a 10. El sistema de las FIG. 11 se distingue de los sistemas de las FIG. 7 a
10 en la constitucion asociada con el uso del medio de transferencia de calor. Espedficamente, el sistema de la FIG.
11 incluye adicionalmente intercambiadores de calor y circuladores de fluido C4 y C7 para intercambiar calor de adsorcion de dioxido de carbon y calor de desorcion de dioxido de carbono a traves del medio de transferencia de calor. El ambito de la invencion se define por las reivindicaciones adjuntas.
[Explicacion de los numeros de referencia]
100: Sistema de captura de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo- lecho fluidizado de burbujeo
101: Seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo
102: Seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo
103, 104: Ciclones 105: Intercambiador de calor
106: Prima lmea de transferencia 107: Segunda lmea de transferencia
200: Sistema de captura de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo- lecho fluidizado diluido
201: Seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de burbujeo
202: Seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido 203: Ciclon 205: Intercambiador de calor
300: Sistema de captura de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido-lecho fluidizado de burbujeo
301: Seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido
302: Seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de
burbujeo
303: Ciclon 305: Intercambiador de calor
400: Sistema de captura de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido-lecho
fluidizado diluido
401: Seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido
402: Seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido
403, 404: Ciclones 405: Intercambiador de calor
406, 407: Columnas de almacenamiento
500: Sistema de captura de dioxido de carbono que usa medio de transferencia de calor
501: Seccion de adsorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado diluido
502: Seccion de desorcion de dioxido de carbono de lecho fluidizado de
burbujeo
503: Medio de transferencia de calor
C1-C10: Circuladores de fluido CY1-CY6: Ciclones
FH1: Calentador HX1-HX10: Intercambiadores de calor
SC1-SC6: Secciones de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono
S1-546: Numeros de corriente V1-V3: Valvulas reguladores de flujo

Claims (5)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema de captura de dioxido de carbono (100, 200, 300, 400, 500) para la separacion selectiva de dioxido de carbono a partir de gases de escape, que comprende:
    una primera seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono que comprende una primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono (101, 201, 301, 401, 501), una primera seccion de desorcion de dioxido de carbono (102, 202, 302, 402, 502) conectada a la primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono y un primer adsorbente de dioxido de carbono que circula a traves de la primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono y la primera seccion de desorcion de dioxido de carbono; y
    una segunda seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono que comprende una segunda seccion de adsorcion de dioxido de carbono (101, 201, 301, 401, 501), una segunda seccion de desorcion de dioxido de carbono (102, 202, 302, 402, 502) conectada a la segunda seccion de adsorcion de dioxido de carbono y un segundo adsorbente de dioxido de carbono que circula a traves de la segunda seccion de adsorcion de dioxido de carbono y la segunda seccion de desorcion de dioxido de carbono, en la que la primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono (101, 201, 301, 401, 501) esta conectada a la segunda seccion de desorcion de dioxido de carbono (102, 202, 302, 402, 502) de modo que el calor de adsorcion generado a partir de la primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono se transfiere a la segunda seccion de desorcion de dioxido de carbono para la desorcion de dioxido de carbono cuando el primer adsorbente de dioxido de carbono tiene temperaturas de adsorcion y desorcion superiores que el segundo adsorbente de dioxido de carbono,
    en la que la primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono (101, 201, 301, 401) esta conectada a la segunda seccion de desorcion de dioxido de carbono (102, 202, 302, 402) de tal modo que la primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono (101, 201, 301, 401) penetra la segunda seccion de desorcion de dioxido de carbono (102, 202, 302, 402) o la segunda seccion de desorcion de dioxido de carbono (102, 202, 302, 402) penetra la primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono (101, 201, 301, 401) o
    en la que la primera seccion de adsorcion de dioxido de carbono (501) esta conectada a la segunda seccion de desorcion de dioxido de carbono (502) a traves de un medio de transferencia de calor (503).
  2. 2. El sistema de captura de dioxido de carbono (100) segun la reivindicacion 1, en el que cada seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono comprende una columna de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo (101) en la cual se mueve un adsorbente de dioxido de carbono desde la parte superior a la parte inferior; una columna de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo (102) en la cual se mueve un adsorbente de dioxido de carbono desde la parte superior a la parte inferior; una primera lmea de conexion (106) que conecta la parte inferior de la columna de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo (101) a la parte superior de la columna de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo (102); una segunda lmea de conexion (107) que conecta la parte inferior de la columna de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo (102) a la parte superior de la columna de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo (101); y un ciclon (103) dispuesto entre la segunda lmea de conexion (107) y la columna de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo (101), en la que cada seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono esta construida de tal modo que el calor es intercambiable.
  3. 3. El sistema de captura de dioxido de carbono (200) segun la reivindicacion 1, en el que cada seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono comprende una columna de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo (201) en la cual se mueve un adsorbente de dioxido de carbono desde la parte superior a la parte inferior; una columna de desorcion de lecho fluidizado diluido (202) en la cual se mueve un adsorbente de dioxido de carbono desde la parte inferior a la parte superior; y un ciclon (203) dispuesto entre la columna de adsorcion de lecho fluidizado de burbujeo (201) y la columna de desorcion de lecho fluidizado diluido (202) en la que cada seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono esta construida de tal modo que el calor es intercambiable.
  4. 4. El sistema de captura de dioxido de carbono (300) segun la reivindicacion 1, en el que cada seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono comprende una columna de adsorcion de lecho fluidizado diluido (301) en la cual se mueve un adsorbente de dioxido de carbono desde la parte inferior a la parte superior; una columna de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo (302) en la cual se mueve un adsorbente de dioxido de carbono desde la parte superior a la parte inferior; y un ciclon (303) dispuesto entre la columna de adsorcion de lecho fluidizado diluido (301) y la columna de desorcion de lecho fluidizado de burbujeo (302) en la que cada seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono esta construida de tal modo que el calor es intercambiable.
  5. 5. El sistema de captura de dioxido de carbono (400) segun la reivindicacion 1, en el que cada seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono comprende una columna de adsorcion de lecho fluidizado diluido (401) en la cual se mueve un adsorbente de dioxido de carbono desde la parte inferior a la parte superior; una columna de desorcion de lecho fluidizado diluido (402) en la cual se mueve un adsorbente de dioxido de carbono desde la parte inferior a la parte superior; dos columnas de almacenamiento (406, 407) que conectan la columna de adsorcion de lecho fluidizado diluido (401) a la columna de desorcion de lecho fluidizado diluido (402); un ciclon (403) dispuesto entre la columna de adsorcion de lecho fluidizado diluido (401) y una de las columnas de almacenamiento (406); y un ciclon (404) dispuesto entre la columna de desorcion de lecho fluidizado diluido (402) y la otra columna de almacenamiento (407) en la que cada seccion de adsorcion/desorcion de dioxido de carbono esta construida de tal modo que el calor es intercambiable.
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