ES2692796T3 - Secuestración de dióxido de carbono mediante unión como carbonato alcalino - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para la fabricación de cloro y retención de dióxido de carbono, en el que a) un compuesto de la fórmula M+Cl- reacciona electrolíticamente hasta M y Cl2, en el que M+ es Na, K o una mezcla de ellos; b) M reacciona con dióxido de carbono y dado el caso H2O hasta M2CO3 y/o dado el caso hasta MHCO3; y c) se almacenan M2CO3 y/o dado el caso MHCO3 en el que la reacción de M con dióxido de carbono y dado el caso H2O ocurre en la etapa b) mediante combustión de M en una atmósfera que comprende dióxido de carbono y dado el caso H2O.

Description

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DESCRIPCION
Secuestracion de dioxido de carbono mediante union como carbonato alcalino
La presente invencion se refiere a un procedimiento para la fabricacion de cloro y retencion de dioxido de carbono, en el que M+Cl' reacciona electroliticamente hasta M y Cl2, en el que M+ es Na, K o una mezcla de ellos, M reacciona con dioxido de carbono y dado el caso H2O hasta M2CO3 y/o dado el caso hasta MHCO3, y se almacenan M2CO3 y/o dado el caso MHCO3, asi como un dispositivo para la ejecucion de tal procedimiento.
Estado de la tecnica
Aproximadamente 80% del requerimiento mundial de energia es cubierto actualmente por la combustion de combustibles fosiles. Mediante estos procesos de combustion se emitieron a la atmosfera en el ano 2011 a nivel mundial aproximadamente 34.032,7 millones de toneladas dioxido de carbono (CO2). Esta liberacion es la ruta mas simple para disponer tambien grandes cantidades de CO2 (estaciones energeticas de lignito por encima de 50000 t por ano).
El CO2 puede aparte de ello ser eliminado mediante diferentes procedimientos o usado como materia prima.
Por ejemplo, con ayuda de monoetanolamina (MEA) puede lavarse dioxido de carbono de gas de combustion. A continuacion se escinde el complejo MEA-CO2 a elevada temperatura. El CO2 puro puede asi por ejemplo ser almacenado o dispuesto permanentemente en cavernas para gas o tanques superficiales. Tambien la industria quimica usa CO2, para reemplazar por ejemplo parte de las unidades de monomeros en polimeros, por policarbonato. En la espuma plastica asi presentada se observan propiedades parcialmente mejores que sin adicion de carbonato. Tambien a partir de los documentos DE102008031437-A1, WO2010000681-A2, WO2010000681-A3, EP2294643-A2, US20110113844-A1, CN102077395-A se conocen procedimientos, en los cuales por reaccion con CO2 los metales alcalinos suministran energia termica adecuada para plantas de generacion y de modo similar productos intermedios valiosos para la industria quimica. Sin embargo, inevitablemente tales procedimientos no pueden capturar todo el dioxido de carbono producido, y es parcialmente costosa tambien una actualizacion de las instalaciones existentes.
A partir de los documentos WO2012/038330 y WO2013/156476 se conocen otras refinaciones del procedimiento.
La discusion sobre los efectos negativos del gas de invernadero CO2 sobre el clima ha conducido a que se piense en un reciclaje de CO2. Visto termodinamicamente, el CO2 esta muy abajo y por ello puede ser reducido solo muy dificilmente de nuevo hasta productos utiles. Por ello se piensa en una retencion final del CO2 mediante incorporacion en cavernas subterraneas para gas (captura y retencion de carbono). La poblacion no ha aceptado esta forma de retencion final de CO2, porque existe el peligro de que escape el gas con efecto asfixiante y pueda conducir a un considerable riesgo para la salud.
Con ello, existe una necesidad por un procedimiento para la retencion segura y eficiente de dioxido de carbono. Resumen de la invencion
De acuerdo con la invencion se ha encontrado que es posible un secuestracion tal de dioxido de carbono, tambien mediante el uso de sales de metales alcalinos de Na y/o K con generacion simultanea de cloro, en el que aqui pueden obtenerse, aparte de una retencion segura de CO2, ademas tambien productos valiosos. Es ventajoso tambien que son obtenibles como materias primas NaCl y o KCl, tambien de modo simple y barato.
De acuerdo con un primer aspecto, la presente invencion se refiere a un procedimiento para la fabricacion de cloro y retencion de dioxido de carbono, en el que
a) un compuesto de la formula M+Cl- reacciona electroliticamente hasta M y Cl2, en el que M+ es Na, K o una mezcla de ellos;
b) M reacciona con dioxido de carbono y dado el caso H2O hasta M2CO3 y/o dado el caso hasta MHCO3; y
c) se almacenan M2CO3 y/o dado el caso MHCO3, en el que la reaccion de M con dioxido de carbono y dado el caso H2O en la etapa b) ocurre por combustion de M en una atmosfera que comprende dioxido de carbono y dado el caso H2O.
De acuerdo con otro aspecto, la presente invencion se refiere a
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un dispositivo para la fabricacion de cloro y retencion de dioxido de carbono, que comprende un dispositivo E de electrolisis, que esta formado para que un compuesto de la formula M+Cl' reaccione electroliticamente hasta M y CI2, en el que M+ es Na, K o una mezcla de ellos;
un primer dispositivo 1 de alimentacion para M+Cl-, que esta formado para conducir M+Cl- al dispositivo E de electrolisis;
un primer dispositivo 1 ’ de descarga para Cl2, que esta formado para retirar Cl2 del dispositivo E de electrolisis;
un segundo dispositivo 2’ de descarga para M, que esta formado para retirar M del dispositivo E de electrolisis;
un primer reactor R para la reaccion de dioxido de carbono con M, que esta formado para que M reaccione con dioxido de carbono y dado el caso H2O hasta M2CO3 y/o dado el caso hasta MHCO3;
un segundo dispositivo de alimentacion 2 para M, que esta unido al segundo dispositivo 2’ de descarga para M y esta formado para alimentar M al primer reactor R;
un tercer dispositivo de alimentacion 3 para dioxido de carbono y dado el caso H2O, que esta formado para alimentar al primer reactor R, dioxido de carbono y dado el caso H2O;
un tercer dispositivo 3’ de descarga para M2CO3 y/o dado el caso MHCO3, que esta formado para retirar M2CO3 y/o dado el caso MHCO3 del primer reactor R; y
un dispositivo S de retencion para la retencion de M2CO3 y/o dado el caso MHCO3, que esta formado para retener M2CO3 y/o dado el caso MHCO3, el cual proviene del tercer dispositivo 3’ de descarga, en el que el primer reactor (R) exhibe un quemador para la combustion de M con dioxido de carbono y dado el caso H2O. En las reivindicaciones dependientes y la descripcion detallada se encuentran otros aspectos de la presente invencion.
Descripcion de las figuras
Los dibujos acompanantes deberian ilustrar formas de realizacion de la presente invencion y facilitar una comprension adicional de la misma. En relacion con la descripcion, sirven para la aclaracion de conceptos y principios de la invencion. Otras formas de realizacion y muchas de las ventajas mencionadas aparecen respecto a los dibujos.
Los elementos de los dibujos no son representados necesariamente a escala mutua. Igualmente, los elementos, rasgos y componentes que tienen la misma funcion y el mismo efecto, estan provistos en las figuras de los dibujos, en tanto no se cite de otro modo, en cada caso con los mismos signos de referencia.
La figura 1 muestra de manera esquematica una primera forma de realizacion como ejemplo, de la invencion.
La figura 2 muestra de manera esquematica una segunda forma de realizacion como ejemplo, de la invencion.
La figura 3 muestra de manera esquematica una tercera forma de realizacion como ejemplo, de la invencion.
Descripcion detallada de la invencion
La presente invencion esta orientada, de acuerdo con formas determinadas de realizacion, a un procedimiento para la fabricacion de cloro y retencion de dioxido de carbono, en el que
a) un compuesto de la formula M+Cl- reacciona electroliticamente hasta M y Cl2, en el que M+ es Na, K o una mezcla de ellos;
b) M reacciona con dioxido de carbono y dado el caso H2O hasta M2CO3 y/o dado el caso hasta MHCO3; y
c) se retiene M2CO3 y/o dado el caso MHCO3.
En principio, la transformacion total de esta forma de realizacion puede ser representada en la siguiente ecuacion:
2 MCl + 2 CO2 ^ M2CO3 + CO + Cl2, en la que M = Na y K o sus mezclas.
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Con ello, en la reaccion en la etapa b) puede generarse tambien monoxido de carbono, el cual reacciona entonces hasta dar otros productos quimicos.
La densidad de retencion de CO2 por el cloruro metalico se dobla, cuando no se secuestra carbonato sino el hidrogenocarbonato.
2 MCl + 3 CO2 + H2O ^ 2 MHCO3 + CO + Cl2, en la que M = Na y K o sus mezclas.
Para la reaccion en la etapa c) son posibles por ejemplo las siguientes reacciones, por ejemplo cuando se usa aire con fraccion de oxigeno, agua y dioxido de carbono:
2 M + CO2 ^ M2O + CO
2 M + 2 CO2 ^ M2CO3 + CO
2 M + 1/2 O2 ^ M2O; M2O + CO2 ^ M2CO3
2 M + 2 H2O ^ MOH + H2 MOH + CO2 ^ MHCO3
El CO obtenido de acuerdo con estas ecuaciones puede ser retirado del procedimiento despues de la etapa b), por consiguiente del reactor para la reaccion de dioxido de carbono con M, y sirve como sustancia valiosa. Por ejemplo puede reaccionar con hidrogeno en un procedimiento de Fischer-Tropsch, hasta dar alcoholes u otros hidrocarburos de cadena larga.
n CO + (2n+1) H2 ^ CnH2n+2 + n H2O (alcanos) n CO + (2n) H2 ^ CnH2n + n H2O (alquenos) n CO + (2n) H2 ^ CnH2n+1OH + (n-1) H2O (alcoholes)
Las reacciones transcurren de modo exotermico, de modo que no tiene que gastarse energia adicional para el proceso. Con ello, en la reaccion en la etapa b) puede generarse tambien monoxido de carbono, el cual puede ser transformado en otros productos quimicos. Estos productos representan por su lado sustancias valiosas, que pueden ser vendidos como tales o ser usados como reactivos para la industria quimica.
Aparte de ello, podria ocurrir dado el caso tambien una reaccion de M con nitrogeno en la etapa b), dado que el nitrogeno esta disponible en la atmosfera de la reaccion. Con ello, podrian surgir diferentes productos de nitrogeno, los cuales entonces pueden reaccionar adicionalmente hasta amoniaco, aminas (con CO o alcanos, alquenos, etc.), compuestos nitro, etc. Con ello puede obtenerse por ejemplo tambien amoniaco como sustancia valiosa.
Ademas, en el procedimiento de acuerdo con la invencion surge cloro gaseoso, el cual puede ser obtenido de la etapa a) y dado el caso retenido y/o evacuado. De acuerdo con determinadas formas de realizacion, puede ser usado tambien en sitio para otras reacciones quimicas, por ejemplo para la cloracion de alcanos, alquenos, alcoholes, etc. generados anteriormente, o por reaccion con hidrogeno hasta HCl. El Cl2 sirve a la industria quimica para la fabricacion de solventes, sustancias intermedias o acido clorhidrico.
La produccion anual de cloro es de aproximadamente 71 millones de t (toneladas) en 2013. Esto corresponde en el procedimiento de acuerdo con la invencion a una cantidad secuestrable de CO2 de 88 millones de t. Adicionalmente se agregan aun 44 millones de t de CO2, que abandonan el proceso total como CO (28 millones de t). Respecto al mercado de cloro, el ciclo de operaciones de acuerdo con la invencion tiene con ello un volumen total de CO2 de 132 millones de t/ano, que no son liberadas a la atmosfera. Para un precio certificado de CO2 de € 30/t(CO2), esto corresponde a un ahorro certificado de € 3.960 millones. Para un menor precio esperado del certificado de emision de CO2 de aproximadamente € 7 a € 10 /t de CO2 se encuentra solo el ahorro de certificado a pesar de ello en aproximadamente € 1.000 millones. De 28 millones de t de CO se producen aproximadamente 14 millones de t de nafta, que para un valor de mercado de € 650/t, corresponde a un volumen total de otros € 9.100 millones. Las 23 mas grandes estaciones alemanas de energia de carbon duro y lignito emiten aproximadamente 200 millones de t de CO2. Esto significa que 2/3 del desecho de CO2 de estaciones alemanas de energia, pueden ser dispuestos de manera permanente como solido en la tierra, cuando se establezca el ciclo de operaciones y se produzca la materia prima cloro de acuerdo con el curso de proceso segun la invencion.
De acuerdo con formas preferidas de realizacion, el compuesto de la formula M+Cl- proviene de productos de desecho de la industria quimica y/o es obtenido partir de ellos. Por ejemplo, tales productos (de desecho) pueden provenir de desechos de la sal.
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La electrolisis en la etapa a) no esta limitada particularmente de acuerdo con la invencion y puede comprender por ejemplo una electrolisis de sal fundida, de un compuesto de la formula M+Cl- o una electrolisis de una solucion acuosa del compuesto de la formula M+Cl-.
Por uso de una electrolisis de sal fundida de una mezcla que comprende un compuesto de la formula M+Cl-, surge como ventaja que se alcanza una mayor eficiencia.
Por otro lado, cuando de manera alterna ocurre una electrolisis de una solucion acuosa del compuesto de la formula M+Cl- con formacion de hidrogeno, puede usarse este hidrogeno por ejemplo como producto valioso o reaccionar de acuerdo con formas determinadas de realizacion con monoxido de carbono generado en la reaccion en la etapa b), hasta otros productos quimicos, como se ilustra a modo de ejemplo en las formulas anteriores. Naturalmente, no se excluye que el hidrogeno provenga de otras fuentes, para una reaccion del monoxido de carbono generado en la etapa b). Por ejemplo, la reaccion de monoxido de carbono con hidrogeno puede ocurrir tambien en un primer reactor, pero tambien en otro reactor.
De acuerdo con la invencion, la reaccion de M con dioxido de carbono y dado el caso H2O en la etapa b), ocurre por combustion de M en una atmosfera que comprende dioxido de carbono y dado el caso H2O. Sin embargo, la atmosfera en la etapa b) no esta limitada de modo particular, en tanto este presente dioxido de carbono, y puede tambien ser por ejemplo aire o aire de escape de una combustion, por ejemplo en procesos de combustion termica convencional como en estaciones energeticas a carbon o en la combustion de petroleo y/o gas natural. Preferiblemente, la reaccion tiene lugar en una atmosfera, que en comparacion con el aire normal circundante, esta enriquecida en dioxido de carbono, por ejemplo aire de escape de una combustion de materiales que tienen carbono, para la generacion de energia electrica. Para una combustion en la etapa b) es ventajoso un curso de reaccion eficiente y rapido. Con este proposito, dado el caso puede iniciarse la combustion, por ejemplo mediante adicion de agua o mediante fuentes de ignicion electricas u otras, como arco electrico, laser, etc.
En determinadas formas de realizacion, puede obtenerse energia termica adicional a partir de la reaccion en la etapa b), que dado el caso puede usarse en energia electrica y/o para el calentamiento previo de M. Tambien puede usarse la energia electrica para la electrolisis en la etapa a). Segun formas preferidas de realizacion, la energia para la reaccion electrolitica de M+Cl- hasta M y Cl2 es suministrada esencialmente a partir del exceso de energia de energias renovables, por consiguiente por ejemplo hasta mas de 50%, preferiblemente mas de 70%, aun preferiblemente mas de 80% y de modo particular preferiblemente mas de 90%, referido al requerimiento de energia de la electrolisis. El exceso de energia de energias renovables esta a disposicion aqui por ejemplo entonces cuando se pone a disposicion mas corriente mediante fuentes de energia renovables y/o convencionales, de la que se retira por los usuarios. En particular se indica aqui la energia, que se produce en exceso mediante fuentes de energias renovables como instalaciones solares, instalaciones de viento, instalaciones hidraulicas, instalaciones geotermicas, instalaciones de biocombustibles (biomasa) o similares y que no puede ser retirada local, regional y/o suprarregionalmente al tiempo del generador por los usuarios. Con ello, no se excluye que la energia se refiera tambien a otras fuentes, por ejemplo de fuentes convencionales de corriente y/o de la energia generada arriba por la reaccion en la etapa b). De acuerdo con formas de realizacion preferidas de modo particular, la energia que se usa para la electrolisis del compuesto de la formula M+Cl-, se refiere a 100% de las fuentes de energias renovables, en la que para la operacion de la unidad de electrolisis tambien la energia que no esta en union directa con la electrolisis del compuesto de la formula M+Cl-, como por ejemplo para propositos de iluminacion o para la operacion de bombas, etc. puede provenir de otras fuentes de energia, pero tambien de fuentes de energia renovable.
Ademas, en la presente invencion esta comprendido un dispositivo, con el cual puede ejecutarse el procedimiento de acuerdo con la invencion.
De este modo, de acuerdo con formas de realizacion preferidas, la invencion se refiere a
un dispositivo para la fabricacion de cloro y retencion de dioxido de carbono, que comprende
un dispositivo E de electrolisis, que esta formado para que un compuesto de la formula M+Cl- reaccione electroliticamente hasta M y Cl2, en el que M+ es Na, K o una mezcla de ellos;
un primer dispositivo 1 de alimentacion para M+Cl-, que esta formado para alimentar M+Cl- al dispositivo E de electrolisis;
un primer dispositivo 1' de descarga para Cl2, que esta formado para retirar Cl2 del dispositivo E de electrolisis;
un segundo dispositivo 2' de descarga para M, que esta formado para retirar M del dispositivo E de electrolisis;
un primer reactor R para la reaccion de dioxido de carbono con M, que esta formado para que M reaccione con dioxido de carbono y dado el caso H2O hasta M2CO3 y/o dado el caso hasta MHCO3;
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un segundo dispositivo de alimentacion 2 para M, que esta unido con el segundo dispositivo 2’ de descarga para M y que esta formado para anadir M al primer reactor R;
un tercer dispositivo 3 de alimentacion para dioxido de carbono y dado el caso H2O, que esta formado para anadir al primer reactor R dioxido de carbono y dado el caso H2O;
un tercer dispositivo 3’ de descarga para M2CO3 y/o dado el caso MHCO3, que esta formado para retirar M2CO3 y/o dado el caso MHCO3 del primer reactor R; y
un dispositivo S de retencion para la retencion de M2CO3 y/o dado el caso MHCO3, que esta formado para retener M2CO3 y/o dado el caso MHCO3, el cual proviene del tercer dispositivo 3’ de descarga.
De acuerdo con formas preferidas de realizacion, el dispositivo de acuerdo con la invencion puede comprender ademas un dispositivo para la generacion de energia renovable, que esta formado para suministrar energia electrica al dispositivo (E) de electrolisis. El dispositivo/instalacion para la generacion de energia renovable no esta limitado aqui de modo particular y puede comprender por ejemplo instalaciones eolicas, instalaciones de potencia hidraulica, instalaciones geotermicas, instalaciones solares, plantas de energia mareomotriz, instalaciones biotermicas o instalaciones de biomasa, etc.
En determinadas formas de realizacion, el primer reactor R puede exhibir un quemador para la combustion de M con dioxido de carbono y dado el caso H2O. Para el inicio de la combustion pueden estar presentes tambien fuentes que ignicion como arcos electricos, para la generacion de una chispa de ignicion o plasma. Otras instalaciones de ignicion conocidas para la generacion de una chispa de ignicion o plasma son por ejemplo encendedores magneticos, encendedores electronicos y encendedores laser.
Tambien, de acuerdo con formas determinadas de realizacion, el primer reactor R puede comprender otros dispositivos de descarga para productos gaseosos que se forman, como CO, NH3, etc.
De acuerdo con determinadas formas de realizacion, el dispositivo E de electrolisis puede ser un dispositivo de electrolisis de sal fundida , o de acuerdo con otras formas determinadas de realizacion el dispositivo E de electrolisis puede estar formado de modo que se realiza electrolisis a una solucion acuosa de M+Cl', en la que el dispositivo entonces puede comprender tambien otro cuarto dispositivo 4’ de descarga para hidrogeno, que esta formado para retirar hidrogeno del dispositivo E de electrolisis.
Ademas, el dispositivo de acuerdo con la invencion puede comprender un cuarto dispositivo 4 de alimentacion para hidrogeno, que de acuerdo con determinadas formas de realizacion esta unido con el cuarto dispositivo 4’ de descarga para hidrogeno y esta formado de modo que alimenta hidrogeno al primer reactor R. Naturalmente puede estar presente tambien un cuarto dispositivo 4 de alimentacion para hidrogeno, que no esta unido con el cuarto dispositivo 4’ de descarga para hidrogeno, o un tal cuarto dispositivo 4 de alimentacion para hidrogeno puede estar presente tambien en formas de realizacion en las cuales el cuarto dispositivo 4’ de descarga para hidrogeno no esta presente necesariamente, por ejemplo cuando el dispositivo E de electrolisis esta modificado para la ejecucion de una electrolisis en fundido.
Aparte de ello, el dispositivo de acuerdo con la invencion puede comprender tambien uno o varios sistemas de retencion para la retencion de cloro y/u otros productos como monoxido de carbono o hidrogeno y/o tambien productos secundarios como COCl2 (CO + Cl2), HCl (Cl2 + H2), etc., y/o tambien otros reactores para la reaccion de monoxido de carbono con hidrogeno y dado el caso sistemas de retencion para la retencion de productos de una reaccion tal de monoxido de carbono e hidrogeno, por ejemplo alcanos, alquenos y/o alcoholes. Aqui, es ventajoso que estos productos pueden ser generados para secuestracion simultaneo de dioxido de carbono. Eventualmente en tales otras reacciones, el dioxido de carbono generado puede ser retornado al procedimiento de acuerdo con la invencion o tambien ser liberado a la atmosfera, cuando para la reaccion en la etapa b) este disponible aire de escape con una elevada concentracion de dioxido de carbono, por ejemplo de una combustion de compuestos que tienen carbono, o cuando la unidad E de electrolisis y el primer reactor R estan ubicados de modo separado.
De acuerdo con la invencion, no se excluye que la unidad E de electrolisis y el primer reactor R se encuentren en lugares espacialmente lejanos, tal vez cuando la unidad E de electrolisis se encuentra en la cercania de instalaciones para la generacion de energias renovables y el primer reactor R se encuentra en otro sitio, donde ya previamente se ejecuto una combustion de dioxido de carbono con el metal M o reacciones similares, y es mas conveniente un transporte del metal M desde el dispositivo E de electrolisis hasta el primer reactor R, por ejemplo por barco, tren o camion, que establecer un nuevo primer reactor R cerca a la unidad E de electrolisis, lo cual puede estar asociado con costes notables. Tampoco se excluye que el primer reactor R y el dispositivo S de retencion se encuentren espacialmente en sitios separados, tal vez cuando en la cercania del primer reactor R no hay suficiente espacio para una retencion de los productos generados, como por ejemplo M2CO3 y/o dado el caso MHCO3, o cuando estos productos encuentran tambien consumidor como reactivo en otro sitio y se prefiere un
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Sin embargo, de acuerdo con determinadas formas de realizacion, la unidad E de electrolisis, el primer reactor y/o el dispositivo S de retencion no se encuentran muy separados uno de otro, para evitar tanto como sea posible la generacion de dioxido de carbono por un transporte de tal vez M, M2CO3 y/o MHCO3 hasta otros sistemas de retencion. Tambien, la unidad E de electrolisis se encuentra preferiblemente en la cercania de instalaciones para la generacion de energias renovables, que producen frecuentemente excesos de energia que no puede ser retirados de modo local o regional. Puesto que esto puede fluctuar tambien de modo estacional, tambien es posible que diferentes dispositivos E de electrolisis suministren M en diferentes tiempos al primer reactor R.
Los diferentes dispositivos de alimentacion, el primer dispositivo 1 de alimentacion, el segundo dispositivo 2 de alimentacion, el tercer dispositivo 3 de alimentacion y dado el caso el cuarto dispositivo 4 de alimentacion, asi como los diferentes dispositivos de descarga, el primer dispositivo 1’ de descarga, el segundo dispositivo 2’ de descarga, el tercer dispositivo 3’ de descarga y dado el caso el cuarto 4’ dispositivo de descarga no estan limitados de modo particular de acuerdo con la invencion y pueden comprender embudos (de colocacion), tuberias, cintas transportadoras, etc., pero tambien medios de transporte como camiones, barcos, contenedores de carga de tren, etc., por ejemplo para un transporte de M, que pueden preverse como adecuados.
Ademas, se anota que los productos intermedios metal alcalino M, lejias alcalinas MOH, las cuales pueden surgir en la combustion de M con agua, hidrogenocarbonato alcalino o carbonato alcalino poseen por si mismos un valor y dado el caso hasta ahora fueron obtenidos por otra ruta. El carbonato de sodio es obtenido por ejemplo actualmente a partir de fuentes naturales, y otros productos como soda caustica mediante otros procesos quimicos. Puesto que el procedimiento de acuerdo con la invencion suministra una cantidad esencialmente grande de carbonato de sodio o hidrogenocarbonato de sodio y/o soda caustica, puede con ello dado el caso reemplazarse o por lo menos reducirse por ejemplo la entrega de tales materiales, a partir de fuentes naturales o fabricacion mediante otro procedimiento.
Estas ventajas condicionadas por el proceso ocurren en particular, cuando una electrolisis de cloruro acuoso de metal alcalino, en la que el metal alcalino es K o Na, es reemplazada por una electrolisis de sal fundida y las sustancias correspondientes al ciclo de operaciones reaccionan en forma pura o modificada. Desde el punto de vista energetico, el proceso total es conducido en particular en determinadas formas de realizacion, mediante una sobreproduccion de energia electrica, que no puede ser almacenada en la red.
En principio, el procedimiento de acuerdo con la invencion puede ser usado en sitios, que usan actualmente la electrolisis de NaCl y o KCl, por ejemplo en una solucion acuosa de cloruro de sodio, para obtener la materia prima cloro. Para el hidrogeno que surge al respecto no existe hasta ahora frecuentemente un uso, en el que el, como se mostro anteriormente, pueda ser usado para la fabricacion de productos altamente valiosos como alcanos, alquenos o alcoholes. Si debiera estar presente mucho hidrogeno, el uso de una electrolisis de sal fundida es ventajoso, de modo que dependiendo de la presencia y demanda hacia el hidrogeno, por ejemplo tambien pueden ejecutarse de modo alternativo una electrolisis de una solucion acuosa de M+Cl' o una electrolisis de sal fundida, para tener a disposicion hidrogeno de modo correspondiente a la demanda y/o la necesidad para la fabricacion de productos altamente valiosos, por ejemplo con Fischer-Tropsch.
Con ello, el procedimiento total puede transcurrir como sigue, por ejemplo con etapas preparativas dado el caso presentes:
0) El cloruro de sodio y cloruro de potasio se encuentran frecuentemente en la naturaleza asociados y son separados de manera relativamente sofisticada mediante procedimientos electrostaticos. Sin embargo, la separacion es solo condicionalmente efectiva, de modo que surgen grandes acumulaciones de cloruro de potasio/sodio, que por razones economicas no son procesados adicionalmente.
Procedimiento electrostatico
Si se frota por ejemplo una sustancia como las sales NaCl o KCl sobre otro material, entonces ambos pueden cargarse mutuamente "de manera electrica”. Este principio es usado para la separacion de mezclas solidas. Aqui, por ejemplo la sal cruda es molida a un tamano de grano de un mm. En el siguiente paso, las sales pueden ser tratadas con sustancias que tienen actividad superficial, de modo que ellas se cargan mutuamente de manera selectiva en forma positiva y negativa. Despues de ello los cristales de sales escurren mediante un "separador de caida libre". Este consiste en dos electrodos, entre los cuales existe un campo electrico de alto voltaje. Las sales cargadas de modo diferente son desviadas al anodo o al catodo. Por debajo del separador de caida libre, se capturan separadamente los minerales seleccionados.
Estas acumulaciones pueden ser usadas ahora como fuente de cloruro, en las que sin embargo tambien la mezcla de KCl y NaCl puede servir como tal, como fuente de cloruro en la etapa a). Menos preferida es la degradacion
directa con este proposito. Si aumenta el valor de los certificados de CO2, puede tornarse tambien en una perdida economica. Preferiblemente son aquf mezclas mas bien sin valor con diferentes proporciones de cloruro de potasio y cloruro de sodio. De acuerdo con el diagrama de fases de NaCl-KCl, claramente se reducen los puntos de fusion de las sales en mezclas, lo cual desde el punto de vista energetico se torna mas conveniente, en particular en el 5 caso de una electrolisis de sal fundida. Las eficiencias tfpicas son aquf por ejemplo mayores a 50%. Para el procedimiento es irrelevante si los metales alcalinos son separados puros o como aleacion de los componentes individuales. Asf mismo, son posibles adiciones de otras sales (por ejemplo CaCh) para reducir el punto de fusion.
1) En la segunda etapa, a partir de los halogenuros mediante electrolisis de sal fundida por ejemplo, se fabrican los metales alcalinos, como ya es conocido.
10 Una electrolisis de sodio de acuerdo con el estado de la tecnica puede ocurrir por ejemplo en la fabricacion de sodio, mediante electrolisis de sal fundida de cloruro de sodio seco, en una denominadas celda de Downs. Para alcanzar una electrolisis mas eficiente a bajas temperaturas, para la disminucion del punto de fusion puede usarse aquf por ejemplo una mezcla eutectica de sal de 60 % de cloruro de calcio y 40 % de cloruro de sodio, que funde a 580 °C. Tambien es posible cloruro de bario como adicion. Despues de la aplicacion de un voltaje adecuado, por 15 ejemplo aproximadamente 7 voltios, proceden por ejemplo los siguientes procesos:
Catodo:
2Na++2e- ^ 2Na0 Anodo:
2Cl- ^ Cl2 + 2e- 20 Reaccion total:
2Na+ + 2Cl- ^ 2Na + Cl2
Por ejemplo, para la fabricacion de 1 kg de sodio durante la electrolisis de acuerdo con un procedimiento del estado de la tecnica, se consumen aproximadamente kWh de corriente.
Para KCl y/o mezclas de NaCl y KCl surgen reacciones analogas.
25 2) la reaccion en la etapa b) ocurre entonces por ejemplo de acuerdo con las siguientes ecuaciones:
2 M + CO2 ^ M2O + CO
2 M + 2 CO2 ^ M2CO3 + CO
2 M + % O2 ^ M2O; M2O + CO2 ^ M2CO3
2 M + 2 H2O ^ MOH + H2 MOH + CO2 ^ MHCO3
30 En la combustion de los metales alcalinos en atmosferas que comprenden por ejemplo CO2, N2, O2, H2O pueden obtenerse con ello en el dispositivo o en la planta generadora que comprende el primer reactor R, calor que puede ser utilizado, por ejemplo tambien para el calentamiento previo de M, y elementos valiosos para la sfntesis como CO, H2.
Para aumentar la densidad de retencion, el carbonato metalico puede reaccionar con agua y CO2 adicional hasta 35 dar hidrogenocarbonato metalico:
M2CO3 + H2O + CO2 ^ 2 MHCO3
Los carbonatos metalicos o hidrogenocarbonatos metalicos pueden ser usados a continuacion o ser secuestrados en la sobreproduccion esperada.
Las formas de realizacion, modificaciones y mejoras adicionales anteriores pueden combinarse mutuamente de 40 cualquier forma, en tanto tenga sentido. Otras modificaciones, mejoras adicionales e implementaciones posibles de la invencion no comprenden tampoco combinaciones mencionadas de manera explfcita de rasgos de la invencion descritas antes o a continuacion, respecto a los ejemplos de realizacion. En particular se anaden tambien aspectos individuales para los expertos, como mejoramientos o complementos, a las respectivas formas basicas de la presente invencion.
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Ejemplos
En las figuras 1 a 3 se representan modificaciones de una instalacion, a modo de ejemplo.
Ejemplo 1
En la figura 1 se representa una primera forma de realizacion de un dispositivo de acuerdo con la presente invencion.
Se anade un compuesto M+Cl' a un primer dispositivo 1 de alimentacion para M+Cl' del dispositivo E de electrolisis. Esta es conducida por ejemplo como electrolisis de sal fundida. En este se realiza la electrolisis del compuesto, entonces hasta Cl2 y M, en la que se retira el Cl2 del dispositivo E de electrolisis mediante un primer dispositivo 1’ de descarga para Cl2 y entonces se retiene, transporta o se usa adicionalmente. Ademas, se retira M de dispositivo E de electrolisis mediante un segundo dispositivo 2’ de descarga para M. este esta unido con un segundo dispositivo 2 de alimentacion para M, mediante el cual se incorpora M en el primer reactor R para la reaccion de dioxido de carbono. Ademas, se suministran al primer reactor R dioxido de carbono y dado el caso H2O mediante el tercer dispositivo 3 de alimentacion para dioxido de carbono y dado el caso H2O. Alli reacciona M con CO2 y dado el caso H2O asi como dado el caso otros gases como N2 o O2, los cuales no estan representados, hasta M2CO3 y/o dado el caso MHCO3 asi como dado el caso otros productos no representados como MOH, NH3, etc.. Los M2CO3 y/o dado el caso MHCO3 generados son retirados del primer reactor R mediante un tercer dispositivo 3’ de descarga para M2CO3 y/o dado el caso MHCO3 y se incorporan en un dispositivo S de retencion para la retencion de M2CO3 y/o dado el caso MHCO3. Dado el caso pueden retirarse M2CO3 y/o dado el caso MHCO3 para la correspondiente demanda del dispositivo S de retencion. Tambien, mediante un dispositivo de descarga no representado, pueden retirarse del primer reactor los productos gaseosos generados en el primer reactor R.
Ejemplo 2
El dispositivo del Ejemplo 2 es representado en la figura y 2 corresponde al de Ejemplo 1, en el que la electrolisis de sal fundida como dispositivo E de electrolisis es representada por una tal, en la cual se realiza electrolisis de una solucion acuosa de M+Cl-. Mediante ello surge hidrogeno en el dispositivo E de electrolisis, el cual es retirado del dispositivo E de electrolisis mediante un cuarto dispositivo 4’ de descarga para hidrogeno. Este cuarto dispositivo 4’ de descarga para hidrogeno esta unido con un cuarto dispositivo 4 de alimentacion para hidrogeno, con el cual se alimenta el hidrogeno al primer reactor R, en el que aqui entonces pueden fabricarse alcanos, alquenos, alcoholes, etc., con el CO. Tambien estos pueden ser retirados mediante el no representado dispositivo de descarga para productos gaseosos o aun otro dispositivo de descarga.
Ejemplo 3
El dispositivo representado en la figura 3 del Ejemplo 3 corresponde al dispositivo en el Ejemplo 1, en el que al primer reactor R se alimenta hidrogeno mediante un cuarto dispositivo 4 de alimentacion para hidrogeno. A su vez el hidrogeno puede reaccionar con CO hasta alcanos, alquenos, alcoholes, etc., que pueden ser descargados mediante el no representado dispositivo de descarga para productos gaseosos o aun otro dispositivo de descarga.
De acuerdo con la presente invencion se describe un concepto total, en el cual
a. Se usan como fuente de sustancia, sustancias de ocurrencia natural como cloruros, como cloruro de sodio o cloruro de potasio.
b. Preferiblemente con ayuda de energia electrica en exceso se obtienen los metales alcalinos sodio y potasio, como agentes de retencion material estacional de energia, mediante electrolisis y cloro para la produccion de cloro.
c. Se realiza combustion de estos metales con CO2 hasta dar carbonato de sodio o carbonato de potasio, con formacion de CO.
d. El carbonato de sodio o carbonato de potasio o hidrogenocarbonato de potasio secuestran, con lo cual se retira CO2 de la atmosfera. La cantidad secuestrable esta determinada dado el caso por el exceso presente de energia y la necesidad de cloro.
e. Se suministra a la industria quimica la sustancia quimica fundamental cloro para la fabricacion de solventes, sustancias intermedias o acido clorhidrico.
Un acoplamiento de la produccion de cloro a los metales alcalinos para retencion de energia material estacional, abre la posibilidad de un proceso para el secuestracion de CO2, como carbonato metalico o hidrogenocarbonato metalico.
Este proceso hace posible ademas el acoplamiento de "captura y almacenamiento de carbono" a la sobreproduccion condicionada local y temporalmente de energias renovables. El exceso de energia es retenido en forma de metales alcalinos. La descarga de este sistema de retencion en compuesto con CO2 entrega energia termica a elevado nivel de temperatura para la conversion de retorno en electricidad y adicionalmente productos 5 intermedios valiosos para la sintesis quimica.
En el extremo de la cadena de explotacion surge carbonato metalico y/o hidrogenocarbonato metalico solido, no toxico, de facil disposicion.
El volumen maximo posible esta limitado tal vez a la demanda mundial de cloro, sin embargo seria suficiente para retener 2/3 de la emision de CO2 de las 24 mas grandes plantas de energia alemanas de carbon y lignito.
10 Se obtiene beneficio financiero adicional mediante el ahorro de certificados de CO2 y la obtencion de productos valiosos como nafta o alcoholes.

Claims (12)

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para la fabricacion de cloro y retencion de dioxido de carbono, en el que
    a) un compuesto de la formula M+Cl- reacciona electrolfticamente hasta M y Cl2, en el que M+ es Na, K o una mezcla de ellos;
    b) M reacciona con dioxido de carbono y dado el caso H2O hasta M2CO3 y/o dado el caso hasta MHCO3; y
    c) se almacenan M2CO3 y/o dado el caso MHCO3 en el que la reaccion de M con dioxido de carbono y dado el caso H2O ocurre en la etapa b) mediante combustion de M en una atmosfera que comprende dioxido de carbono y dado el caso H2O.
  2. 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la energfa para la reaccion electrolftica de M+Cl- hasta M y Cl2 consiste esencialmente en energfa en exceso de energfas renovables.
  3. 3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el compuesto de la formula M+Cl- es obtenido partir de productos residuales de la industria qufmica.
  4. 4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que la electrolisis en la etapa a) ocurre mediante electrolisis de sal fundida de una mezcla que comprende un compuesto de la formula M+Cl-.
  5. 5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que en la reaccion en la etapa b) tambien se genera monoxido de carbono, el cual dado el caso reacciona hasta otros productos qufmicos.
  6. 6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que de modo alterno ocurre una electrolisis de una solucion acuosa del compuesto de la formula M+Cl-, con formacion de hidrogeno.
  7. 7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 6, en el que en la reaccion en la etapa b) se genera tambien monoxido de carbono, el cual reacciona con el hidrogeno hasta dar otros productos qufmicos.
  8. 8. Dispositivo para la produccion de cloro y retencion de dioxido de carbono, que comprende
    un dispositivo (E) de electrolisis, que esta formado para que un compuesto de la formula M+Cl- reaccione electrolfticamente hasta M y Cl2, en el que M+ es Na, K o una mezcla de ellos;
    un primer dispositivo (1) de alimentacion para M+Cl-, que esta formado para conducir M+Cl- al dispositivo E de electrolisis;
    un primer dispositivo (1 ’) de descarga para Cl2, que esta formado para retirar Cl2 del dispositivo € de electrolisis;
    un segundo dispositivo (2’) de descarga para M, que esta formado para retirar M del dispositivo (E) de electrolisis;
    un primer reactor (R) para la reaccion de dioxido de carbono con M, que esta formado para que M reaccione con dioxido de carbono y dado el caso H2O hasta M2CO3 y/o dado el caso hasta MHCO3;
    un segundo dispositivo (2) de alimentacion para M, que esta unido al segundo dispositivo (2’) de descarga para M y esta formado para alimentar M al primer reactor (R);
    un tercer dispositivo (3) de alimentacion para dioxido de carbono y dado el caso H2O, que esta formado para alimentar al primer reactor (R), dioxido de carbono y dado el caso H2O;
    un tercer dispositivo 3’ de descarga para M2CO3 y/o dado el caso MHCO3, que esta formado para retirar M2CO3 y/o dado el caso MHCO3 del primer reactor (R); y
    un dispositivo (S) de retencion para la retencion de M2CO3 y/o dado el caso MHCO3, que esta formado para retener M2CO3 y/o dado el caso MHCO3, el cual proviene del tercer dispositivo (3’) de descarga, en el que el primer reactor (R) exhibe un quemador para la combustion de M con dioxido de carbono y dado el caso H2O.
  9. 9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 8, que comprende ademas un dispositivo para la generacion de energfa renovable, que esta formado para suministrar energfa electrica al dispositivo (E) de electrolisis.
  10. 10. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes relacionadas con dispositivos, en el que el dispositivo (E) de electrolisis es un dispositivo para la electrolisis de sal fundida.
  11. 11. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 y 9, en el que el dispositivo (E) de electrolisis esta formado de modo que de modo alternativo se realiza electrolisis de una solucion acuosa de M+Cl-, que comprende
    ademas un cuarto dispositivo (4’) de descarga para hidrogeno, que esta formado para retirar hidrogeno del dispositivo (E) de electrolisis.
  12. 12. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 11, que comprende ademas un cuarto dispositivo (4) de alimentacion para hidrogeno, que esta unido con el cuarto dispositivo (4’) de descarga para hidrogeno y que esta 5 formado de modo que suministra hidrogeno al primer reactor (R).
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